Dal BIM al BEM: il contributo di ARCHICAD nella progettazione energetica di un edificio nZEB

 

La combinazione del modello BIM con la simulazione oraria dell'energia basata sulle condizioni del tempo e sui profili di operazione crea un ambiente di progettazione in realtà virtuale che aggiunge una ulteriore dimensione all'esperienza del Building Information Modeling.

 

Si parla quindi di BEM (Building Energy Model) dove un tipico modello energetico avrà input dedicati all’aspetto climatico, all’involucro edificio, ai guadagni interni relativi all’illuminazione, alle attrezzature e gli occupanti, agli aspetti di riscaldamento, raffreddamento e ventilazione; alle schedulazioni dei fruitori, delle attrezzature, e dell'illuminazione. Questi modelli di analisi BEM potranno di conseguenza produrre predizioni sull’utilizzo dell’energia a regime di funzionamento.

 

La funzione di valutazione delle prestazioni dell’edificio aiuta gli architetti a comparare l'efficienza energetica delle varianti del progetto.

Qual è il metodo più efficace per progettare un edificio ad alta efficienza energetica? Solo quando le decisioni giuste sono prese molto presto. Perché l’impronta ecologica non è solo relativa a riscaldamento e raffreddamento. L'impronta ecologica di un edificio parte dalla fase iniziale della progettazione: quando le scelte progettuali sono ancora semplici ed economiche da prendere.

Non stiamo parlando quindi solo di certificazione ma di semplificazione e ottimizzazione delle scelte progettuali nella fase dell’ideazione.

 

Grazie al modello BIM/BEM di ARCHICAD si potranno visualizzareresoconti dettagliati, completamente personalizzabili, sulle diverse caratteristiche relative all'energia di ogni blocco termico definito nel progetto, inclusi dati progettuali HVAC per il dimensionamento dei Sistemi Edificio (in modalità calcolo fabbisogno), Valori Chiave dei Blocchi Termici e Bilancio Energetico, come pure i profili delle Temperature Giornaliere. Questo resoconto dettagliato permette ai progettisti non solo di monitorare l'intera prestazione energetica dell'edificio ma anche di controllare il comportamento degli spazi (o gruppi di spazi) indipendentemente, per poterli veramente ottimizzare a seconda del loro scopo specifico all'interno dell'edificio.

 

 

La Casa Passiva "Villa del Sole" è un edificio sperimentale, progettato e costruito da Energiacasa Srl, come casa campione dimostrativa per conto di Villebio srl, rappresentanza in Italia dell’azienda produttrice di case in legno prefabbricate Lehner Holzbau Gmbh.

L’obiettivo era di realizzare un edificio con un fabbisogno energetico globale vicino a zero, in grado quindi di soddisfare sia i requisiti della direttiva europea, sia dello standard Passivhaus e Casaclima Gold.

L’edificio garantisce un elevato comfort abitativo, con l’uso di materiali naturali e rinnovabili, per minimizzare sia l’energia necessaria per la sua costruzione (energia grigia), sia l’energia per la sua gestione, infatti il consumo previsto è intorno a 5 kWh/m²anno corrispondente a circa 0,5 €/m² anno.

 

Gli obiettivi del progetto erano particolarmente ambiziosi per cui è stato necessario procedere con un’attenta progettazione effettuata attraverso un calcolo semi-dinamico accurato con il software PHPP, e una precisa modellazione tridimensionale, utile sia a controllare e verificare gli apporti solari, sia ad una precisa ingegnerizzazione della struttura.

Dato che per essere costruito in un impianto di prefabbricazione, l’edificio necessita di essere progettato come una macchina fino ai suoi minimi dettagli, è stato naturale pensare ad un programma BIM come ARCHICAD per poter, in maniera semplice e precisa, realizzare in tempi brevi non solo il modello dell’edificio ma anche quello degli impianti per ricavare la misura e posizione dei fori di passaggio.

 

– Costruzione compatta: l’edificio progettato ha la forma di un cubo allungato in quanto più il fabbricato è compatto meno costa, è più facile isolarlo e meno disperde;

- Protezione estiva: Sul lato sud dell’edificio la gronda e un ballatoio garantiscono il massimo sfruttamento invernale ed una buona protezione

– Alto isolamento dell’involucro opaco: Per realizzare questo progetto è stato utilizzato un sistema in legno a telaio, con parete esterna con trasmittanza U=0,11W/m²K; tetto U = 0,10 W/m²K platea di fondazione isolata con U=0,11W/m²K;

– Alto isolamento dell’involucro trasparente: Per poter garantire minime dispersioni anche attraverso le superfici trasparenti sono stati scelti dei serramenti in legno/alluminio con vetri a doppia camera Ug=0,5 W/m²K, g=50%, Uw=0,7 W/m²K;

– Assenza di ponti termici: E’ stata fatta una attenta valutazione di tutti i nodi attraverso specifici software con calcolo agli elementi finiti, al fine di garantire le temperature superficiali superiori sia ai limiti Passivhaus sia del protocollo Casaclima Gold.

 

Orientamento e verifica delle ombre:

L’edificio è realizzato con la massima esposizione a sud in modo da ottenere il miglior sfruttamento dell’irraggiamento solare.

ARCHICAD, grazie alle sue caratteristiche di modellazione e simulazione ha permesso di effettuare uno studio completo degli irraggiamenti attraverso la simulazione della luce solare. 

  

 

 

Sempre con gli strumenti di analisi dinamica è stato possibile verificare l’irraggiamento di ogni singola finestra sia in termini di schermatura sia in termini di energia.

 

Elevata ermeticità della struttura.

Tutta la struttura è stata progettata per garantire un elevato valore di tenuta all’aria

Per ottenere un edificio ermetico, sin dall’inizio, sono state curate nei minimi particolari tutte le possibili vie di passaggio dell’aria attraverso una attenta progettazione 3D delle condotte effettuata con l’applicativo MEP Modeler.

 

 

 

Tutti i passaggi, partendo dagli scarichi, del servizio elettrico, idrico ecc. annegati nella platea, sono stati resi ermetici, mediante predisposizione in fase di progettazione di nastri butilici di tenuta fino ad arrivare alle pareti ai serramenti ed infine al tetto.

Per testare la reale tenuta all’aria dell’edificio, sono stati effettuate le misure di tenuta attraverso un Blower Door Test; il valore n50, che per le case passive e per lo standard Casaclima Gold deve essere inferiore a 0,6 (h-1) è stato ampiamente rispettato. Il valore di collaudo è stato n50 = 0,27 (h-1).

 

Il montaggio della casa è avvenuto in 2 giorni, ci sono voluti poi altri 4 giorni per completare gli isolamenti e la tenuta all’aria delle parti già montate. Dopo una settimana dall’inizio del montaggio l’edificio era completato al rustico e completamente chiuso.

 

Per quanto riguarda lo sfruttamento attivo dell’energia solare, sono stati installati un pannello solare sottovuoto per la produzione di ACS e circa 30mq di pannelli fotovoltaici (6 kWp) per la produzione di energia elettrica, e un impianto di ventilazione meccanica controllata con recupero di calore.

Fanno parte dell’impianto anche due sistemi di recupero dell’acqua calda del tutto innovativi, inseriti sullo scarico delle docce che, attraverso uno scambiatore, preriscaldano l’acqua che in arrivo dall’acquedotto arriva all’accumulo. Nel cortile è stata interrata una cisterna di raccolta delle acque meteoriche che saranno utilizzate per l’irrigazione del giardino.

 

L’edificio al momento della valutazione e successivo inserimento nel database è risultato tra le prime 24 costruzioni italiane in grado di soddisfare tutti i requisiti richiesti dallo standard Passivhaus

 

Progettisti Arch. Giuseppe Cabini, Per. Ind. Roberto Vincenzi, 
Collaboratore modellazione ARCHICAD Arch. Angelo Dugnani