• Inserimento in un progetto strutturale già definito; tutti gli errori che generalmente si riscontrano in cantiere sono risolti nel modello virtuale, avendo così un risparmio sui costi e sui tempi ed eliminando la rilavorazione. • Riduzione delle incongruenze progettuali, che spesso portano i progettisti a sovradimensionare gli impianti o
anche a cambiamenti in fase di costruzione; quindi allo stesso tempo si trovano soluzioni tecnologiche ottimizzate e si riducono i costi e i tempi di costruzione.
• Realizzazione di edifici sostenibili, perché si possono scegliere, fin dalla fase di progettazione, materiali che possono ridurre l'impatto ambientale; quindi il life cycle cost di un edificio si riduce.
• Miglioramento dell'efficienza per la gestione e la manutenzione. Grazie alla disponibilità immediata dei dati di progettazione storica è possibile risparmiare fino al 15% sui tempi di manutenzione, riducendo i sopralluoghi per la risoluzione dei problemi. Inoltre gli impianti saranno sempre efficienti riducendo i consumi.
CASO STUDIO - L’impatto della digitalizzazione nelle nuove costruzioni residenziali NZEB
D. Fusco, M. Picco, D. Chiaroni, M. Marengo
Al fine di rendere gli investimenti negli edifici nZEB più attrattivi ed economicamente sostenibili è necessario adottare sin da subito strategie ed approcci differenti da quelli tradizionalmente utilizzati. La digitalizzazione, intesa come gestione digitale dei dati dell’edificio sia in fase di progetto che di operatività e di manutenzione dello stesso, ricoprirà indubbiamente un ruolo fondamentale, soprattutto considerando due temi di grande attualità e più che mai legati tra di loro:
• La progettazione integrata BIM, attraverso la quale ottimizzare le fasi di progettazione e realizzazione.
• La Building Automation, attraverso la quale ottimizzare la gestione dell’edificio, verificare la corrispondenza tra progetto e reale utilizzo - aspetto fondamentale sia per utenti finali, che finanziatori e legislatori - e fornire servizi aggiuntivi.
In quest’ottica è stata condotta una ricerca volta a studiare l’impatto di questi due fattori sulla nuova edilizia residenziale, attraverso il progetto di un edificio condominiale di prossima realizzazione nel Sud Italia: il condominio NZEB (di cui si riporta un rendering in figura), grazie all’utilizzo di un innovativo sistema edificio-impianti, presenta costi di realizzazione pari a quelli un edificio tradizionale (1.166 €/m2) e
costi energetici sostanzialmente azzerati sia per quanto riguarda gli usi comuni che quelli privati. In particolare, l’edificio studiato è situato a Crotone (899 gradi giorno) e si compone di 5 piani (piano terra per i garage, 3 piani abitativi e un ultimo piano adibito a locale tecnico), ovvero 12 appartamenti di 3 diverse metrature (90, 100 e 110 m2) più 3 grandi attici (due da 143 m2 e uno da 123 m2). La superficie lorda
pavimentata è pari a 1.646 m2 mentre quella commerciale è pari a 2.590 m2, con un rapporto di forma S/V pari a 30. La struttura dell’edificio
è costituita da una muratura portante in casseri a perdere in polistirolo, costituiti da due pannelli di EPS affacciati tra loro e collegati da distanziatori, nella cui intercapedine viene alloggiato il ferro e colato il cemento. Tale sistema si traduce in una bassa trasmittanza termica (Umuro= 0,248 W/m2 x K), in un’elevata anti-sismicità e nella possibilità di industrializzare il cantiere senza necessità di manodopera
altamente specializzata e macchinari particolarmente costosi.
I software BIM di ultima generazione, opportunamente integrati e calibrati per gli scopi della ricerca, hanno permesso l’elaborazione dell’analisi dinamica dei consumi energetici sfruttando lo stesso modello geometrico sviluppato per la modellazione architettonica e strutturale. Questo ha consentito di calcolare un fabbisogno termico reale dell’edificio in riscaldamento pari a 1.368 kWht (0,9 kWht/m2
anno) e pari a 42.960 kWht in raffrescamento (28.1 kWht/m2 anno). Tale fabbisogno è soddisfatto attraverso una centrale termica costituita
da due pompe di calore polivalenti da 40 kW aria-acqua (taglia minima per una pompa di calore polivalente), in grado di generare l’acqua calda sanitaria dal calore di scarto della produzione dell’acqua fredda. Gli impianti di generazione e distribuzione (anch’essi progettati in BIM) sono disgiunti attraverso l’utilizzo di serbatoi di accumulo dell’acqua calda sanitaria e dell’acqua tecnica. Un’altra particolarità è che tutti gli impianti passano attraverso un cavedio posto ai lati del vano scala e nel controsoffitto degli appartamenti, in modo da facilitare la posa, le ispezioni e le manutenzioni. Il fabbisogno elettrico per gli usi comuni (riscaldamento e raffrescamento attraverso pompe di calore, distribuzione dei vettori, illuminazione e carichi elettrici per usi comuni) è stato stimato in 61.448 kWh/anno, mentre i consumi per ciascuna unità immobiliare in 4.500 kWh/anno. Tale fabbisogno annuale risulta interamente soddisfatto da un impianto fotovoltaico condominiale posto sul tetto da 35 kW e da 15 impianti da 3,5 kW, sempre posti sul tetto, uno per ciascuna unità immobiliare. L’energia consumata ed energia prodotta si bilanciano a livello giornaliero, ma non a livello orario, richiedendo comunque un costante scambio di energia elettrica con la rete.
L’obiettivo della ricerca, ancora in corso su questo edificio, è lo studio di un sistema di accumuli elettrici e termici che, abbinati ad un apposito impianto di Building Automation, siano in grado di spostare i carichi energetici durante il periodo di produzione fotovoltaica, in modo da rendere l’edificio sempre più indipendente.
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L'essenza del BIM è quindi la possibilità per architetti, ingegneri strutturali, ingegneri impiantisti, costruttori, ecc. di collaborare in un mondo virtuale dove qualsiasi problema può essere risolto con poche ore di rilavorazione, evitando le modifiche in fase di realizzazione, che fanno lievitare tempi e costi e conducono a soluzioni spesso non ottimizzate dal punto di vista energetico.
6.2.1 Il BIM e il miglioramento dell’efficienza energetica
L’uso del BIM in fase di progettazione109 permette di ottimizzare l'efficienza energetica, simulando il comportamento dell'edificio dopo la messa in servizio e durante tutta la sua vita, eliminando gli sprechi. Gli edifici moderni, ad alta tecnologia e intelligenti sono modelli complessi che comprendono molti sistemi e processi che interagiscono tra loro. L’uso di sensori, collegato all’Internet of Things (IoT), permette oggi l’ottimizzazione della gestione. Con l'aggiunta di ulteriori informazioni sulle prestazioni degli "oggetti intelligenti", il BIM può essere utilizzato con un BMS (Building Management System) per creare un modello energetico che è quasi reale.
Gli interventi di ristrutturazione energetica possono essere supportati dal BIM, per trovare le soluzioni migliori con certezza dei costi e dei tempi di realizzazione e ci si auspica che esso diventi parte del processo di approvazione della pianificazione, a vantaggio di tutti i professionisti che progettano e realizzano la ristrutturazione, ma soprattutto per i proprietari, che potranno prendere decisioni ben ponderate, basate sul modello virtuale, di quanto realmente si intende realizzare.
Gli elementi che sono presi in considerazione per la realizzazione del modello virtuale sono i seguenti:
109 Nel Regno Unito il codice di condotta CIBSE, che consente agli ingegneri di progettare edifici confortevoli, ecologici ed efficienti dal punto di vista energetico, considera le tecniche BIM e la visualizzazione 3D come le migliori pratiche per la progettazione di un impianto di energia centrale economico ed efficiente, con conseguente riduzione delle emissioni di carbonio e diminuzione dei costi energetici.
CASO STUDIO - L’App SafeSchool 4.0
N. Calabrese
L’ENEA ha messo a punto un’applicazione per smartphone e tablet, SafeSchool 4.0, che misura in modo semplice I consumi energetici degli edifici scolastici. Inserendo le informazioni nelle apposite sezioni dell’applicativo è possibile evidenziare:
• Un report dei rilievi completo di foto.
• Il livello della classe di merito energetica e degli interventi per ottimizzarne la prestazione. • Gli elementi di vulnerabilità strutturale e il livello per migliorare la sicurezza dell’edificio. • Un file contenente tutte le informazioni inserite dal tecnico.
L’applicativo mette a confronto i consumi reali dell’immobile con il fabbisogno energetico di riferimento per gli edifici scolastici, assegnando ad ogni fabbricato una classe di merito (buono/sufficiente/insufficiente), sia per i consumi da riscaldamento che per quelli elettrici. Inoltre, consente di effettuare più rilievi e di salvare sul dispositivo i dati per poter gestire l’indagine in più fasi. La sua struttura funzionale è costituita da schede informative raggruppabili in due macro-aree: valutazione energetica e valutazione strutturale. Per guidare l’utilizzatore le informazioni sono suddivise per tipologia in tre distinte sezioni: dati generali, indagine energetica e indagine strutturale. All’interno di queste sezioni sono presenti tutti i dati da rilevare, raggruppati in forma grafica grazie a delle icone e per tipologia di dato da inserire come mostrato in figura.
L’impiego dell’applicativo consente di automatizzare la fase di raccolta dati e di ottenere rapidamente una classificazione strutturale ed energetica dell’edificio, ma non si può prescindere dalla costruzione del modello con la caratterizzazione dell’involucro e degli impianti tecnici, al fine di conoscere gli impatti sull’edificio degli interventi di miglioramento dell’efficienza energetica in termini di riduzione del consumo energetico. Di conseguenza, l’App SafeSchool 4.0 si configura come un importante elemento di supporto alla diagnosi energetica e strutturale, la quale non può prescindere da ulteriori analisi o strumenti informatici di calcolo per essere eseguita in modo completo. Per garantire la massima affidabilità e sicurezza, l’utilizzo della App è consentito esclusivamente a tecnici abilitati (periti, geometri, architetti e ingegneri) che operano nel settore dell’edilizia scolastica, con particolare specializzazione sugli aspetti strutturali ed impiantistici*. È stato inoltre previsto che, in assenza di dati o di informazioni specialistiche, non sia possibile ottenere risultati.
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• Impatti del ciclo di vita, utilizzando strumenti software di valutazione conformi al BIM.• Efficienza dei materiali, utilizzando i disegni e i calcoli BIM che mostrano la riduzione dell'uso del materiale attraverso il design.
• Gestione dei rifiuti di costruzione, utilizzando il BIM per identificare i materiali superflui.
È essenziale monitorare e misurare le prestazioni effettive di un edificio una volta operativo. Ciò fornisce un feedback che può essere utilizzato in progetti futuri e specifiche, migliorando quindi la prevedibilità dei processi BIM. Inoltre, inserendo dei controlli intelligenti è possibile ridurre lo spreco di energia. Complessivamente, ciò ridurrà la domanda di energia dell'edificio e potrebbe portare a ridurre la potenza degli impianti, oltre che sostituirli con tecnologie a basse emissioni di carbonio.
6.2.2 Il BIM nel Decreto Legislativo 50/2016
Nel Dicembre 2017 il Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti ha emesso il Decreto attuativo del D.Lgs 50/2016, riguardante le modalità e le tempistiche per l’implementazione di sistemi di gestione elettronica delle informazioni edili (BIM) nelle stazioni appaltanti110. Le prescrizioni del Decreto attuativo prevedono che le grandi stazioni appaltanti si adeguino realizzando:
• Un piano di formazione interno.
• Un adeguato sistema hardware e software. • Procedure di controllo e gestione dei modelli.
L’obbligatorietà parte da gennaio 2019 per gli appalti sopra i 100 milioni di euro, andando poi gradualmente a coprire qualsiasi appalto entro il 2025. Indipendentemente dall’obbligatorietà, se il BIM è usato anche per ottimizzare i progetti dal punto di vista energetico, il vantaggio è tale che l’investimento sui costi maggiori di progettazione è ripagato dai benefici economici derivanti da un edificio più efficiente e con minori costi di gestione e manutenzione.
6.3
Edifici verdi per l’efficienza energetica delle aree urbane
C.A. Campiotti, G. Giagnacovo, M. ScocciantiLa Commissione Europea ha sottolineato111 l’importanza di soluzioni basate sulle infrastrutture verdi, quali coltri vegetali sugli edifici nelle aree urbane, giardini pensili, corridoi verdi, piantumazioni nelle città di siepi ed alberi, ai fini del miglioramento dell’efficienza energetica e della diminuzione delle emissioni di gas a effetto serra nelle città. Il verde è da sempre un elemento di progetto nell’architettura degli edifici e nel decoro urbano delle città, ma fino a poco tempo fa il suo utilizzo era soltanto a scopo decorativo. Oggi, invece, le realizzazioni di coltri vegetali, definite tecnicamente come Green Roof o Tetti Verdi e Green Walls o Pareti Verdi, vengono considerate nel mondo delle costruzioni un vero e proprio componente edilizio112. Gli effetti delle coltri vegetali sono più marcati durante i periodi di caldo intenso, poiché le coperture verdi agiscono da strato isolante per le superfici dell’edificio e aumentano l’efficacia di isolamento, poiché ostacolano l’eccesso di radiazione solare incidente sulla superficie delle costruzioni. Inoltre, parte della radiazione solare viene utilizzata dalle piante come calore latente per sostenere il fenomeno della traspirazione fogliare, che consente di mantenere una temperatura della pianta adatta alla fisiologia vegetale (la traspirazione di 1.000 litri di acqua consente un consumo di energia fino a 700 kWh, pari a 2-3 °C di raffrescamento dell’aria) e al processo della fotosintesi clorofilliana.
I tetti verdi risultano di particolare interesse per migliorare l’efficienza energetica dei sistemi di condizionamento, soprattutto nei periodi di caldo intenso. In particolare, nei sistemi di condizionamento a compressione diretta, la temperatura di condensazione del gas refrigerante (tcond) è vincolata alla temperatura dell’aria esterna (t1) che li attraversa, pertanto un aumento della temperatura dell’aria esterna determina un aumento della temperatura e della pressione di condensazione del gas refrigerante. Viene altresì aumentato il rapporto di compressione (pressione di
110Decreto Ministeriale numero 560 del 01/12/2017 del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti. 111Infrastrutture verdi – Rafforzare il capitale naturale in Europa, COM(2013) 249 Final.
112 Attualmente, l’integrazione del verde orizzontale (tetti verdi) nelle strutture edilizie risulta regolata dalla Norma UNI 11235:2007, successivamente sostituita dalla 11235:2015, mentre per quanto riguarda il verde verticale (pareti verdi), i riferimenti tecnici e normativi sono regolati da norme locali e/o regionali.
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mandata gas refrigerante/pressione di aspirazione gas refrigerante) e di conseguenza l’assorbimento di potenza elettrica (W). In definitiva, una temperatura dell’aria più elevata provoca una diminuzione della resa frigorifera e quindi un consumo maggiore di elettricità. Le coltri vegetali a copertura, dei sistemi di condizionamento localizzati sui terrazzi, creano condizioni di temperature dell’aria minori (schermatura della radiazione solare) e, in ultima analisi, ne migliorano l’efficienza con vantaggi energetici, ambientali ed economici.
CASO STUDIO - Coltri vegetali: edificio dimostrativo presso il Centro Ricerche Casaccia dell’ENEA
C. A. Campiotti
L’ENEA ha avviato un programma di ricerca e sperimentazione per valutare gli effetti delle coltri vegetali sugli edifici, ai fini del miglioramento dell’efficienza energetica e del comfort microclimatico interno ed esterno. L’attività progettuale, che ha previsto la realizzazione di un edificio dimostrativo presso il Centro Ricerche Casaccia, ha l’obiettivo di definire, in termini energetici e biologici, gli effetti microclimatici dell’uso delle coltri vegetali disposte sia in orizzontale che in verticale.
Particolare del prototipo tetto-giardino sull’edificio dimostrativo del Centro Casaccia
Prototipo della parete verde
Per valutare l’effetto di schermatura della radiazione solare incidente, entrante in un edificio dotato di coltre vegetale, è stato definito l’indice costante verde (Kv), pari al rapporto tra la differenza tra la temperatura della parete nuda e quella protetta e la differenza tra la temperatura della parete nuda e quella dell’aria esterna. La costante verde Kv varia tra 0 ed 1 e, in prima approssimazione, per Kv
pari a 0 la coltre non esercita alcuna schermatura, mentre per Kv pari a 1 la coltre
esercita completa schermatura. Dai calcoli risulta che la coltre vegetale riduce di circa il 44% il flusso termico entrante. La Tabella a lato mostra i valori della costante verde Kv per alcune essenze vegetali, derivanti da esperienze di misura
effettuate dall’ENEA in collaborazione con le Università di Bari e di Pisa.
Essenza vegetale Kv
Pandorea jasminoides (Variegata) 0,95 Partenocissus quinquefolia (Vite americana) 0,85
Hedera helix (Edera comune) 0,83
Lonicera hall prolific (Caprifoglio) 0,81 Rhyncospermum jasminoides (Rincospermo) 0,81