Software

Nel presente lavoro è stata utilizzata l'interfaccia grafica disponibile nel software Design Builder [49] che, nato da un progetto europeo, si propone come uno strumento di grande qualità e attendibilità per lo studio di edifici semplici e complessi. La precisione dei calcoli viene garantita attraverso l’implementazione dell' Energy Plus, sviluppato dal ministero dell’energia degli Stati Uniti (DOE) a seguito della prima crisi energetica del 1974, privo però di interfaccia grafica.

Figura 2. 17 - Moduli del Design Builder.

La particolarità di tale sistema consiste nel principio di funzionamento fondato su un metodo dinamico che porta risultati molto accurati.

I principali utilizzi del software Design Builder sono: Analizzare tipologie di facciate per quantificare gli effetti di surriscaldamento, utilizzo dell'energia e impatto visivo dell’edificio; Calcolare il consumo energetico dell’edificio; Valutare l'uso ottimale della luce naturale. Modellare sistemi di controllo di illuminazione e calcolare i risparmi in illuminazione elettrica. Visualizzare le ombre solari in qualsiasi periodo dell'anno. Simulare il comportamento termico di edifici ventilati naturalmente. Calcolare le potenze di impianti di riscaldamento e condizionamento.In particolare l'Energy Plus offre informazioni relativamente ai seguenti parametri: consumo di energia; emissioni di CO2; condizioni di comfort; temperature all'interno dell'edificio; consumi dei componenti HVAC; modelli per il controllo dell’illuminazione; ventilazione naturale; trasmissione del calore attraverso i vari componenti edilizi.

Processo di Modellazione

L’interfaccia di Design Builder offre la possibilità di creare il modello geometrico e termofisico dell’edificio.

La costruzione dell’edificio, la definizione degli elementi strutturali che lo compongono e le proprietà di ogni elemento vengono definite secondo una logica cosiddetta gerarchica o “a cascata” in cui si procede dal generale al particolare attribuendo in generale i parametri di input secondo la categoria predominante e particolarizzandoli secondo le necessità per i singoli elementi di dettaglio. L’ereditarietà dei dati si sviluppa, quindi, secondo tale gerarchia: Terreno; Edificio; Blocchi; Zone; Superfici; Finestre.

58 Figura 2. 18 - Esempio di costruzione “a cascata” nel Design Builder.

Le caratteristiche che vengono attribuite al livello superiore vengono sempre ereditate dai livelli sottostanti, pertanto le impostazioni validate a livello dell’edificio divengono attive in tutti gli elementi che lo compongono.

È possibile, inoltre, modificare le impostazioni ereditate solo per un singolo livello, lasciando inalterati gli altri. Tali proprietà vengono definite attraverso la categoria dei “Template” e dei “Componenti”; i primi sono dei database generici, i secondi rappresentano dei database di singoli elementi; l’insieme dei componenti definisce il Template.

Creazione del Modello

I primo passo è quello di definire i dettagli geomorfologici del luogo, quali l'orientamento in funzione dell’angolo orario rispetto al nord, tipo di terreno, temperature mensili, file climatico per la simulazione presente per molte località nella libreria del software; in assenza della città in esame è necessario crearlo e importarlo.

Al fine della realizzazione 3D dell’edificio, il programma propone una barra di comandi con la quale disegnare la planimetria, ma non esclude la possibilità di importare dall’esterno i disegni CAD; in tal caso è necessario importare una rappresentazione grafica estremamente semplificata (solo muri esterni e tramezzi) con linee che passano per l’interasse dei tramezzi e sul filo esterno dell’involucro edilizio.

Realizzato il disegno 2D si procede alla definizione del Blocco; esso rappresenta la geometria base attraverso la quale generare un modello complesso; è un elemento versatile, facile da modificare. Il Design Builder definisce ogni piano dell’edificio, comprendente l’altezza di interpiano e lo spessore del solaio inferiore; all’ultimo blocco viene poi aggiunto automaticamente un solaio di copertura. Talvolta può risultare necessario creare diversi blocchi nello stesso piano, come per i piani caratterizzati da diverse quote di imposta.

Sono disponili tre tipologie di blocco:

 Blocco costruzione, con il quale creare l’edificio stesso;

 Blocco Profilo, utilizzato come supporto per la creazione di elementi inclinati, cupole, ecc;  Blocco componente, necessario per creare aggetti e strutture visive non contenenti le zone;

questi si suddividono a loro volta in altre tipologie:

o Tipologia standard impiegata per l’ombreggiatura, la riflessione e la visualizzazione; o Tipologia terreno impiegata per impostare l’adiacenza con il terreno;

59 o Tipologia adiabatica impiegata per l’impostazione di superfici ad adiacenza

adiabatica.

Inoltre, ogni blocco componente è definito dal suo materiale, dal valore di trasmittanza ed eventuali informazioni relative all’ombreggiamento. Il passo successivo consiste nell’inserimento dei tramezzi ed, eventualmente, di corti interne; la presenza dei divisori interni comporta di conseguenza la suddivisione degli ambienti in differenti “zone termiche”. Si procede poi con la realizzazione delle finestre, con la possibilità di facilitare i loro posizionamento attraverso le linee di costruzione. Definite le geometrie del progetto, si procede con il settaggio delle cinque opzioni che il menu a tendina propone: attività, costruzione, aperture, illuminazione, HVAC.

Attività: ogni zona viene individuata da una specifica attività, pertanto risponderà a precisi requisiti di normativa in funzione della destinazione d’uso; ogni attività è costituita da componenti come per esempio il tasso di occupazione (che calcola il grado di affollamento della zona) e il controllo dell’ambiente, come mostrato in Figura 2. 19; in particolare quest’ultimo parametro richiede la definizione della temperatura di set-point e di set-back. La prima indica la temperatura di riferimento a cui deve essere mantenuta la zona in presenza di persone, in genere 20 °C nel periodo di riscaldamento e 26 °C nel periodo di raffrescamento. La seconda indica quella temperatura di riferimento a cui l’ambiente interno deve essere mantenuto in assenza di persone, regolando di conseguenza l’accensione dell’impianto di riscaldamento/raffrescamento. È inoltre possibile stabilire se l’ambiente sia caratterizzato da una ventilazione di tipo naturale, garantita per deficit di pressione con l’apertura delle finestre, o da ventilazione di tipo meccanico che garantisce ricambi orari dell’aria, come previsto dalle attuali norme, al fine di migliorare la qualità dell’aria interna; la voce “aria minima di rinnovo” assicura condizioni ambientali, igieniche e di benessere, riferendosi all’immissione di aria esterna da parte dell’impianto in funzione della destinazione d’uso come stabilito dalla norma UNI 10339.

Figura 2. 19 - Template delle attività.

Costruzione: definisce in maniera dettagliata ogni elemento costituente il blocco attraverso l’esplicitazione della stratigrafia; il software propone un ampio archivio di materiali a cui attingere, ma spesso si procede alla creazione ex novo di template agendo sulle proprietà termofisiche degli

60 elementi quali: Conducibilità termica; Densità; Peso specifico. Essi consentono di valutare la trasmittanza dell’elemento in esame in riferimento alla norma UNI EN 6949. Nel caso di materiali composti, come il mattone forato, è necessario, invece, ricorrere alla definizione della resistenza termica. La definizione di ogni elemento strutturale si effettua attraverso un tempalete costituito da quattro parti riguardanti: Stratigrafia: numero di strati, materiale e spessore; Proprietà superficiali: coefficiente convettivo per il trasferimento di calore della superficie interna ed esterna; Immagine riproducente la stratigrafia impostata; Scheda con informazioni sulle proprietà di trasmissione del calore dell’elemento editato, con calcolo della trasmittanza, di seguito illustrato (Figura 2. 20).

Figura 2. 20- Rappresentazione delle proprietà termofisiche di una generica stratigrafia.

Aperture: definisce le proprietà relativamente ai serramenti in termini di dimensioni, materiali, schermature e presenza di blocchi componenti riproducenti l’ombreggiatura.

Illuminazione: definisce il target di illuminamento che si vuole impostare nella zona e può essere di tipo generale, per attività specifiche e proveniente anche dall’esterno.

HVAC: acronimo di heating ventilation air condition consente di configurare diversi sistemi previsti per il riscaldamento, raffrescamento, ventilazione meccanica e produzione di acqua calda sanitaria stabilendo il tipo di combustibile utilizzato dalla caldaia, oltre al valore di efficienza stagionale CoP. E' necessario impostare l’arco temporale in cui si vuol simulare e visualizzare il comportamento energetico dell’edificio partendo dai dati gli input precedentemente inseriti tramite la modellazione. Tale intervallo può essere Annuale, Mensile, Giornaliero, Orario, Sub-orario. Dalla finestra delle Impostazioni è possibile impostare gli algoritmi di soluzione, gli step temporali, quali outputs calcolare e visualizzare. I dati di output sono: Trasmissione di calore della superficie: genera il flusso di calore ai bordi della superficie; Controllo ambientale attraverso la definizione dei valori di temperatura e umidità; Comfort; Distribuzione della temperatura, bilancio termico e ventilazione; Apporti interni; Consumi energetici suddivisi per categoria; Consumi totali; Emissioni di CO2; I risultati conseguiti costituiscono un ausilio alla progettazione soprattutto per analizzare il caso estivo in cui gli aspetti dinamici non sono trascurabili.