Vantaggi e principi della modellazione energetica dinamica

Che cos'è la modellazione energetica dinamica

La modellazione energetica dinamica rappresenta uno strumento per il calcolo delle prestazioni energetiche di un edificio, basato su un modello di simulazione estremamente dettagliato, progettato per replicare il comportamento energetico reale del sistema edificio-impianto.

È definita “dinamica” poiché il calcolo avviene su intervalli di tempo molto brevi (solitamente su base oraria), un aspetto fondamentale per rilevare le variazioni nel comportamento energetico dell’edificio, influenzate da fattori come le oscillazioni della temperatura esterna, l’inerzia delle strutture e i cambiamenti nell’uso degli spazi. Considerata l’ultima frontiera nel campo del calcolo energetico, fino a qualche anno fa, la modellazione dinamica era prevalentemente riservata alla ricerca e a edifici “eccezionali”, come casi pilota.

Sebbene rimanga un argomento di nicchia, anche perché la sua applicazione non è obbligatoria in Italia per alcun tipo di intervento edilizio, negli ultimi anni si è assistito a un notevole incremento nella diffusione della modellazione energetica dinamica. Questo sviluppo è stato accelerato dalla crescente adozione di certificazioni ambientali volontarie, come la LEED, e dalle recenti Direttive comunitarie che orientano sempre più gli stati europei verso la direzione della riqualificazione e dell’efficientamento energetico degli edifici.

Simulare il comportamento di un edificio e i suoi fabbisogni energetici in maniera dinamica, crea un livello di consapevolezza che porta ad un mercato immobiliare trasparente e orientato al miglioramento dell’efficienza energetica del nostro patrimonio. Esistono sul mercato diversi software e modelli di calcolo, ma quali sono le differenze tra la modellazione dinamica e i calcoli standard effettuati dai tecnici, ad esempio per il rilascio dell’Attestato di Prestazione Energetica? Quali sfide deve affrontare un tecnico che decide di esplorare il mondo delle simulazioni dinamiche? Quando è meglio optare per il metodo dinamico al posto di quello tradizionale e quali nuove opportunità potrebbe cogliere decidendo di adottare questo metodo?

Simulazione e analisi dinamica del modello energetico degli edifici: vantaggi e strumenti per l’applicazione
Ecco come software di modellazione 3D/BIM e simulazione energetica dinamica degli edifici possono aiutare i progettisti con calcoli e previsioni più affidabili sulle performance energetiche dei progetti.
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Cosa differenzia una modellazione energetica dinamica da un calcolo “tradizionale”

Quando si discute del calcolo delle prestazioni energetiche di un edificio, si fa riferimento, in termini semplici, alla realizzazione di un bilancio energetico che analizza i flussi di energia in ingresso e in uscita dai confini dell’edificio stesso. Sebbene il concetto di base sia relativamente semplice, il grado di dettaglio con cui si può effettuare questo bilancio può variare notevolmente, soprattutto in funzione dell’obiettivo del calcolo e del tipo di risultato che si desidera ottenere. Ad esempio, se il calcolo della prestazione energetica è realizzato per verificare la conformità ai limiti stabiliti dalla normativa vigente, deve essere necessariamente standardizzato, con procedure di calcolo univoche e numerosi valori normati (specificamente dalle norme UNI TS 11300), per consentire un confronto diretto tra i risultati ottenuti e i valori legislativi.

Questo tipo di calcolo, definibile come “tradizionale”, è obbligatorio a livello europeo per tutti gli edifici di nuova costruzione e deve essere effettuato in tutti i casi di compravendita e locazione, con i risultati riportati in un Attestato di Prestazione Energetica. È evidente che un calcolo di questo genere deve essere semplificato e veloce da eseguire, e data la sua ampia applicazione, deve poter essere realizzato da un gran numero di professionisti con conoscenze di base in ambito energetico.

I software commerciali disponibili per i tecnici del settore sono numerosi e a costi accessibili (oltre a un applicativo gratuito sviluppato dal CNR, il DOCET), tutti progettati a livello nazionale e con funzionalità simili, la cui conformità alle norme tecniche è validata dal Comitato Termotecnico Nazionale (l’elenco completo dei software attualmente utilizzati è consultabile sul sito del Comitato )

Simulazioni termoenergetiche dinamiche: perché sono più affidabili?
La simulazione termoenergetica di un edificio è una procedura che può essere più o meno complessa a seconda del metodo di calcolo adottato. Si passa dal metodo dettagliato, che richiede l’inserimento di numerosissimi dati, variabili in funzione del tempo, a metodi semplificati, che riducono il numero di queste grandezze di input. Tra questi vi è il metodo orario introdotto dalla EN ISO 52016-1:2018. Ma come funziona? E quali sono i vantaggi e le criticità rispetto al metodo dinamico dettagliato? E quando è necessario utilizzare un approccio dinamico invece di un approccio stazionario?
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Tuttavia, il limite di un calcolo di questo tipo è che considera standard molti parametri che in realtà non lo sono, e che possono influenzare significativamente le prestazioni dell’edificio. Si pensi, ad esempio, alla temperatura esterna: i metodo di calcolo semplificati ne considerano il valore medio mensile (valori presi dalla norma UNI 10349-1:2016

“Riscaldamento e raffrescamento degli edifici - Dati climatici - Parte 1: Medie mensili per la valutazione della prestazione termo-energetica dell’edificio e metodi per ripartire l’irradianza solare nella frazione diretta e diffusa e per calcolare l’irradianza solare su di una superficie inclinata”), trascurandone completamente la variabilità, non solo lungo il mese, ma anche lungo la singola giornata.

Il risultato di un calcolo semi-stazionario basato su dati di input standardizzati, secondo la norma, è pertanto un valore puramente teorico, utile per confrontare le prestazioni ottenute con i limiti di legge o per classificare l’edificio in una classe energetica, ma assolutamente distante e non confrontabile con il consumo reale dell’edificio.

Se, invece, l’obiettivo del calcolo è creare un modello di simulazione del comportamento energetico dell’edificio il più vicino possibile alla realtà, magari per valutare soluzioni progettuali alternative o pianificare interventi di retrofit su un edificio esistente, un calcolo standardizzato e semplificato potrebbe non essere di grande utilità. In questo caso, il calcolo ottimale è quello che si basa su dati di input molto dettagliati e restituisce output altrettanto significativi. In alcune situazioni, può essere estremamente utile simulare il comportamento dell’edificio variando quei parametri che il calcolo tradizionale considera “standard”, ma che nella realtà sono dinamici, come la temperatura esterna.

Le forti fluttuazioni non solo nel corso di un mese, ma anche all’interno della stessa giornata, hanno un impatto considerevole sui consumi reali dell’edificio e sul comfort interno degli occupanti, aspetti che un calcolo tradizionale non riesce a cogliere. Per tenere conto di questi elementi, uno dei parametri che cambia è l’intervallo di calcolo: se le normative attuali utilizzano un intervallo mensile, per ottenere un calcolo più dettagliato, questo intervallo può essere ridotto a giornaliero o, meglio ancora, orario.

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Nei prossimi paragrafi si parlerà di:

• Difficoltà pratiche nell’approccio alla modellazione energetica dinamica;
• Opportunità e vantaggi: quando è sufficiente il metodo tradizionale, quando conviene optare per quello dinamico;
• Conclusioni della trattazione