Metodologia BIM per la realizzazione di un edificio NZEB

Introduzione

Tra i mille acronimi che affollano il nostro quotidiano sicuramente BIM è oggi quello più ricorrente nel mondo della progettazione. Nel corso dell’ultimo decennio molti sono statii convegni, gli articoli e le trattazioni sull’argomento, in parallelo sono stati progressivamente definiti gli obblighi normativi a riguardo: con il DM 560 del 1° Dicembre 2017 (Decreto Baratono), entrato in vigore il 27 gennaio 2018, è stata sancita la scaletta temporale con cui entrerà in vigore l'obbligo dell'utilizzo del Building Information Modeling per le stazioni appaltanti. L’obbligo scatterà dal 1° gennaio 2019 per gli appalti pubblici di importo pari o superiore ai 100 milioni di euro, successivamente ci sarà un’entrata in vigore graduale dell’obbligo per le opere di importo minore, fino ad arrivare al 2025 data in cui il BIM dovrà essere utilizzato anche per appalti di opere pubbliche di importo inferiore al milione.

Tuttavia i progettisti che applicano questa metodologia di lavoro nelle attività quotidiane, sfruttandone i vantaggi che essa può dare, anche in relazione a progetti di piccole medie dimensioni, sono ancora in numero limitato. Spesso, chi lavora nell’ambito energetico e acustico, fatica a comprendere in che modo il Building Information Modeling possa agevolare la progettazione di particolari tipologie di edificio.

I primi passi mossi da Edilclima verso la sperimentazione di questa nuova disciplina risalgono al 2009, quando venne deciso di intraprendere l’utilizzo della metodologia BIM per la realizzazione dei progetti impiantistici di due palazzine NZEB, ad altissima prestazione energetica, il cui fabbisogno, molto basso o quasi nullo, sarebbe stato coperto in misura importante da fonti rinnovabili.

Il complesso, costituito da due palazzine a carattere residenziale, è stato concepito con l’obiettivo di limitare i carichi termici invernali ed estivi e soddisfare le varie richieste energetiche tramite sistemi di recupero termico e l’utilizzo di fonti rinnovabili.

Descrizione del progetto: caratteristiche impiantistiche ed analisi dei modelli

Le due palazzine comprendono rispettivamente tre e quattro piani fuori terra per una superficie netta calpestabile totale rispettivamente di 480 e di 340 m².La progettazione dell’involucro era finalizzata all’ottenimento di un valore medio di trasmittanza termica di 0,13 W/(m2K) per la parte opaca, e 0,75 W/(m2K) per la parte trasparente.

Particolare attenzione è stata richiesta anche dal calcolo dei ponti termici i quali, su edifici così isolati, hanno un’incidenza molto elevata sulle dispersioni. Per tale ragione essi sono stati valutati con un’analisi analitica agli elementi finiti e non in maniera forfettaria. 

L’impianto di climatizzazione è stato progettato per sfruttare in modo ottimale lo scambio diretto con il terreno in modo da realizzare free cooling nella stagione estiva e un preriscaldamento gratuito in quella invernale. Quando sono richiesti livelli entalpici non raggiungibili con il solo scambio diretto, vengono attivate pompe di calore geotermiche che alimentano i terminali radianti e le batterie dell’unità di trattamento aria. La ventilazione è operata a portata variabile in funzione della concentrazione di inquinanti rilevata alloggio per alloggio. I pannelli solari termici integrano la produzione di acqua calda sanitaria, mentre i pannelli fotovoltaici producono l’energia necessaria per il funzionamento delle pompe di calore, dei ventilatori e degli ausiliari.

Per quanto riguarda il sistema di distribuzione, i cunicoli contenenti le reti di distribuzione principale sono stati progettati per garantire la minore dispersione termica possibile, utilizzando tubazioni pre-isolate nonché materiale isolante espanso in lastre che riempie completamente i cavedi.


Fig. 2 Schema impianto

Quando si progettano edifici che hanno l’intento di avere prestazioni così elevate, pur fruttando sistemi di progettazione semplici, bisogna considerare l’intervento nella sua totalità attraverso l’integrazione di più discipline ad opera di professionisti differenti allo scopo di ottenere soluzioni di progettazione ottimizzate ed un alto livello di sostenibilità. Difficile quindi pensare che si possa seguire un iter di progettazione tradizionale, bisognerà lavorare secondo un processo di progettazione integrata, che sfrutti i vantaggi che il Building Information Modeling può dare.

La progettazione delle palazzine è stata quindi svolta in maniera ciclica sfruttando il software BIM Revit ed il plug-in EC770 per gestire i flussi di informazione tra i modelli. Per svolgere un’accurata analisi della prestazione energetica e acustica dell’edificio già in fase di progettazione, risulta fondamentale lo scambio dei dati che devono essere sempre aggiornati e accurati per consentire una buona riuscita delle simulazioni sui modelli. Il Building Information Modeling in questo è fondamentale in quanto consente di lavorare con dei modelli contenenti tutti i dati relativi ai manufatti e di scambiare le informazioni tra di essi in modo da poter sviluppare le analisi in maniera semplice e rapida.

Durante la fase di progettazione delle palazzine sono stati realizzati 4 modelli: uno architettonico che fosse la rappresentazione digitale di tutte le caratteristiche dell’edificio, uno meccanico rappresentante tutti gli impianti presenti nella struttura, sviluppati dalle utenze fino alla centrale termica ed infine due modelli di analisi, uno energetico e l’altro acustico creati per studiare le prestazioni degli edifici al variare delle soluzioni progettuali che venivano proposte.

Interazione tra modelli: da Revit a EC700 attraverso il plug-in EC770

Il modello architettonico, sviluppato con Autodesk Revit, è stato, durante tutta la fase di progettazione, il contenitore del maggior numero di informazioni. In esso sono state inserite tutte le caratteristiche degli edifici, dai locali alle strutture disperdenti complete delle stratigrafie. Tali dati venivano trasferiti in maniera automatica dal modello architettonico a quello di analisi energetica mediante l’utilizzo del plug-in EC770. 

La funzione del plug-in è quella di leggere il modello architettonico, assegnargli tutti i dati utili per lo svolgimento di un’analisi energetica (valori di conducibilità dei materiali, ombreggiamenti, ponti termici) e svolgere una prima fase di analisi per accertarsi che le scelte progettuali fatte portino almeno al rispetto di alcune condizioni base, quali l’esito positivo delle verifiche termoigrometriche e dei buoni valori di trasmittanza, oltre a valutare quali sono le potenze invernali necessarie per ciascun ambiente. Successivamente viene esportato un fileper il programma EC700 all’interno del quale si ha la generazione di un vero e proprio modello energetico sul quale si possono svolgere tutte le verifiche necessarie per valutare nel dettaglio, già in fase progettuale, la prestazione raggiunta dal modello in termini di energia utile e primaria. 

Una seconda fase di analisi viene poi svolta a livello acustico: il modello energetico, sviluppato in EC700 sulla base dei dati in arrivo da Revit, viene sfruttato per generare un modello per la verifica dei requisiti acustici di facciate ed elementi divisori sfruttando il passaggio dati automatico svolto dai programmi. 

Il modello meccanico generato sempre con Autodesk Revit non è stato utilizzato per uno scambio di informazioni relative all’impianto tra i software di analisi, ma è servito per eseguire una clashdetection degli elementi costituenti le reti impiantistiche. Tale operazione è stata fondamentale per evitare che ci fossero problemi di interferenza tra gli impianti durante la fase di progettazione e che questi dovessero essere risolti dalle maestranze durante la fase di cantiere, causando rallentamenti dei lavori e possibili aumenti dei costi in fase di costruzione.  

La bontà della progettazione è stata monitorata durante la stagione 2015-2016 grazie ad un sistema di sensori di temperatura, umidità relativa, pressione, IAQ e stato (ON-OFF). I sensori di temperatura sono in generale collocati su tutte le tubazioni ed i canali principali sia in mandata, sia in ripresa. I sensori di umidità relativa sono collocati sui canali di ripresa. I sensori di pressione sono collocati sui canali di mandata e ripresa. Per la misurazione dei consumi elettrici, oltre al sistema di telegestione e telecontrollo (misurazione e registrazione di tutti i parametri di funzionamento degli impianti tra cui temperature, pressioni, portate e contatori per la misura dei consumi delle varie utenze a lettura diretta), anche un multimetro registratore per la misura e registrazione in continuo dei dati di consumo delle apparecchiature di centrale: pompa di calore riscaldamento, pompa di calore produzione ACS, circolatori, ventilatori, regolazioni ecc.

A seguire vengono presentati i consumi per riscaldamento e climatizzazione estiva degli appartamenti collocati all’ultimo piano delle due palazzine, i quali sono paragonabili in termini di volumetria totale, superfici totali e collocazione, ma caratterizzati da utenze con abitudini diverse dal punto di vista dell’uso di un edificio NZEB.

    

      Fig. 4  Confronto consumi misurati e attesi palazzine

Conclusioni

Come si può vedere principalmente dal confronto tra i consumi misurati e attesi nella palazzina alta, la cui utenza conosce il funzionamento di un edificio NZEB, la vita utile dell’edificio, in termini di consumi, non si discosta in modo rilevante da quelli ipotizzati in fase progettuale. Questo conferma come il costante scambio automatico di dati, sempre aggiornati in base alle varianti progettuali, e il controllo preventivo delle interferenze tra i sistemi impiantistici all’interno di spazi ristretti come la centrale termica delle palazzine sia stato fondamentale per evitare errori ed ottimizzare la fase di progettazione consentendo il raggiungimento degli obiettivi prestazionali prefissati. 

Ancora una volta quindi risulta chiaro come il Building Information Modeling possa essere di fondamentale aiuto anche per progettisti che lavorano su progetti di piccole – medie dimensioni ma che vogliono raggiungere elevati livelli prestazionali ottimizzando le scelte svolte in fase progettuale ed evitando possibili errori ed eccessive varianti durante la fase di realizzazione dell’opera.

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