Processo BIM-Based per la riqualificazione energetica di edifici con sistema a cappotto

Il tema della riqualificazione energetica passa necessariamente per l’implementazione prestazionale dell’involucro opaco degli edifici esistenti che rappresenta la maggiore voce di spesa energetica da ridurre. Gli edifici del patrimonio storico costruito, infatti, non hanno la necessaria stratificazione di involucro che consenta di rispettare i diversi parametri di termo trasmittanza che possano incontrare le attuali esigenze e le attuali richieste normative.

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Il sistema a cappotto rappresenta dunque un processo efficace per perseguire questo obiettivo e viene proposto e utilizzato in molte realizzazioni soprattutto per il settore residenziale andando a consentire ingenti risparmi.

Si propone l’analisi tecnica ed economica effettuata per un caso studio di edilizia sociale , situato nella periferia nord del Comune di Brescia. Si tratta di un edificio in linea, costruito nella seconda metà degli anni ’70, realizzato con struttura a telaio in calcestruzzo armato, solai in latero-cemento e pareti di tamponamento a cassa vuota con 6 piani fuori terra più un piano seminterrato. L’edificio residenziale è costituito da ventiquattro appartamenti serviti da due corpi scala. L’edificio è caratterizzato da un piano seminterrato ad uso cantine condominiali ed una porzione al piano terra con “pilotis” (Fig.1).

L’edificio è un progetto pilota, uno studio condotto nel 2019 in collaborazione con il “Dipartimento di Ingegneria Civile, Architettura, Territorio, Ambiente e di Matematica”  dell’Università di Brescia, per la riqualificazione sismica e termica andando a proporre un approccio BIM-based per le necessarie analisi che hanno portato alla proposta di rigenerazione ed ottimizzazione prestazionale.

Di seguito saranno trattate le analisi svolte, gli approcci proposti e le soluzioni adottate nella valutazione di valorizzazione progettuale dell’intervento.

Figura 1 - Planimetria dell’area su cui sorge l’edificio caso-pilota (a sinistra); Prospetto dell’edificio e rilevo con laser scanner (fonte: Gexcel)(a destra).

La caratterizzazione prestazionale dell’edificio esistente

L’edificio ha una superficie utile di 2.046 m², un volume lordo riscaldato pari a 7.984 m³ con un rapporto di forma pari a 0.46. Le pareti dell’edificio sono realizzate a cassa vuota, senza isolamento termico e mantenute nello stato originale mentre le finestre nel 2000 sono state sostituite con infissi in PVC e doppi vetri. In termini di dispersioni per trasmissione, le pareti sono responsabili del maggior contributo, e la trasmittanza media corretta dell’involucro è stata calcolata rispetto a pareti verticali (U=1.13 W/m²K), solaio su spazio aperto (U=1.48 W/m²K), solaio su cantine (U=1.24 W/m²K), Solaio verso sottotetto (U=1.78 W/m²K) pari a 1.46 W/(m²K). È stato calcolato che i ponti termici (dovuti ai vani finestre ai solai con balconi) rappresentano circa il 9% delle dispersioni per trasmissione e il 6% rispetto alle dispersioni totali, considerando cioè le dispersioni per ventilazione e trasmissione. Rispetto al calcolo dei consumi di energia primaria dell’edificio è stato possibile calcolare circa 170 kWh/m²anno considerando un fabbisogno di involucro pari a 158 kWh/m²anno.

La metodologia BIM-based per la riqualificazione

La metodologia adottata nello studio ha previsto la ricognizione dei dati geometrici dell’edificio tramite scansione laser scanner e la trasposizione di questi all’interno di un modello BIM (Building Information Modeling). Da tale modello sono state proseguite le analisi specialistiche verso l’ambiente di calcolo per la valutazione sismica e per la valutazione energetica.

Figura 2 - Rilevo con laser scanner (fonte: Gexcel) e workflow BIM-based per l’analisi sismica ed energetica (fonte: Università degli Studi di Brescia, DICATAM)

Il modello BIM dell’edificio è stato esportato verso ambienti di calcolo numerico per la quantificazione del fabbisogno energetico e la valutazione del design optioneering per la riqualificazione energetica. Sono stati testati percorsi di esportazione al fine di verificare la procedura, con software che consentono l’analisi dinamica di dettaglio della prestazione termica della costruzione. All’interno dell’ambiente di BIM authoring è stato preparato il modello analitico tramite la creazione di spazi a cui vengono attribuite le caratteristiche termiche. 

I risultati dei modelli predittivi per la prestazione termica della costruzione sono stati confrontati con le bollette energetiche della costruzione in quanto al fine di un investimento per la realizzazione del sistema a cappotto è necessario poter contare su risultati affidabili delle prestazioni di base e ottenibili con l’intervento al fine di poter prospettare i tempi di ammortamento dell’investimento.

Nel caso in oggetto i modelli di calcolo che utilizzano lo stesso algoritmo di calcolo ma hanno capacità di importazione diverse dal modello BIM e dunque una interoperabilità diversa, abbiano una differenza del 10% mentre hanno una differenza maggiore rispetto alla bolletta energetica. Normalizzando i dati delle bollette rispetto ai gradi giorni e all’efficienza dell’impianto, si ottiene però un fabbisogno utile che si discosta del 7% ovvero una tolleranza assolutamente accettabile rispetto alle incertezze del calcolo. Questi risultati mostrano come il modello predittivo sia accurato rispetto alla possibile definizione di scenari di riqualificazione e possa essere utilizzato per il calcolo dei risparmi ottenibili e quindi del ritorno dei costi di investimento della riqualificazione.

I risultati energetici

Per quanto riguarda l’edificio è stato analizzato rispetto alle prestazioni per i diversi appartamenti al fine di comprendere nel dettaglio la prestazione delle diverse parti della costruzione. Si nota dall’analisi per appartamento come quelli posizionati verso il piano pilotis e gli appartamenti dell’ultimo piano (che affacciano verso l’esterno) siano quelli che mostrano consumi maggiori rispetto a quelli dei piani intermedi. Rispetto al valore complessivo a m² dell’edificio di 109.84 kWh/m²anno per riscaldamento e 16.58 kWh/m² anno per raffrescamento, lo scostamento massimo in inverno è da +35% a -19% mentre in estate +22% e -45%. Questo ci mostra come l’isolamento dell’involucro esterno e verso gli spazi non riscaldati possa comportare un grande contributo nel miglioramento prestazionale dell’immobile (Figura 3, Figura 4).

Figura 3 – Comparazione dei fabbisogni energetici dei diversi appartamenti indicati per piano e orientamento.

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