La modellazione energetica e, in particolar modo, la modellazione in regime mensile semi stazionario, è uno strumento fondamentale a disposizione di progettisti, ingegneri e professionisti che operano nel settore edilizio e che hanno come obiettivo quello di creare degli edifici più efficienti e più sostenibili.
Con essa, si cerca di prevedere il comportamento termico di un edificio tenendo conto dell’interazione tra diverse componenti complesse come l’involucro edilizio, gli impianti, le condizioni climatiche esterne e il comportamento degli occupanti.
Si tratta, evidentemente, di un approccio molto avanzato che consente di ottenere risultati molto più accurati rispetto ai metodi tradizionali, offrendo così una visione completa delle prestazioni energetiche dell’edificio durante tutto il suo ciclo di vita.
Peraltro, si tenga conto come le simulazioni dinamiche della modellazione energetica non siano limitate solamente a calcolare il consumo energetico annuale, ma riescono ad analizzare l’edificio in maniera continua, ora per ora, considerando l’influenza di fattori come l’inerzia termica delle strutture, l’orientamento dell’edificio, le ombreggiature e i carichi termici variabili.
Come funziona la simulazione dinamica della modellazione energetica
La modellazione energetica dinamica funziona sulla base del lavoro di alcuni algoritmi matematici complessi che risolvono equazioni differenziali per rappresentare i fenomeni fisici di trasferimento del calore. Contrariamente a quanto avviene con i modelli energetici statici, che considerano condizioni medie e costanti, la modellazione energetica in regime semi-stazionario consente di valutare i consumi tenendo conto della variabilità temporale dei parametri di calcolo ad intervalli mensili.
Punto fondamentale di questi modelli è rappresentato dal bilancio energetico dell’edificio, che a sua volta considera tutti i flussi di energia entranti e uscenti: la trasmissione termica attraverso l’involucro, la ventilazione, gli apporti solari, i carichi interni generati da persone, apparecchiature e illuminazione.
Per quanto poi concerne l’effettuazione della simulazione, il processo è di solito effettuato ad intervalli temporali ridotti, tipicamente orari, consentendo così di valutare come l’edificio risponde alle variazioni climatiche giornaliere e stagionali in un approccio che risulta essere ancora più utile per analizzare fenomeni come il surriscaldamento estivo, l’efficacia delle strategie di raffrescamento passivo o il dimensionamento ottimale degli impianti di climatizzazione.
I vantaggi della modellazione energetica dinamica
Ma per quali motivi la modellazione energetica dinamica può essere ritenuta una scelta conveniente?
Prima di tutto, l’adozione di queste tecniche consente una previsione più accurata dei consumi energetici, riducendo il divario tra le prestazioni teoriche tipiche dei modelli statici, e quelle reali. Un valore aggiunto che diviene più che apprezzato nelle fasi iniziali di progettazione di piccoli o grandi investimenti.
La modellazione energetica dinamica consente inoltre di ottimizzare le strategie di controllo degli impianti. Permette di valutare l’impatto di diverse logiche di regolazione e di identificare le soluzioni che sembrano essere più efficienti.
Non solo. Un ulteriore beneficio particolarmente apprezzato è la possibilità di analizzare il comfort termico degli occupanti in modo dettagliato, considerando parametri come la temperatura operativa, l’umidità relativa e le asimmetrie radianti. Infine, la tecnica si rivela particolarmente utile anche nella valutazione della fattibilità economica di interventi di riqualificazione energetica, stimando con attendibilità i risparmi energetici attesi e i tempi di ritorno degli investimenti.
Software per la modellazione energetica dinamica
Un componente decisivo per la buona riuscita di un investimento in un sistema di modellazione energetica dinamica è rappresentato dal software, un programma che include un accurato motore di simulazione, integrato con interfacce grafiche intuitive, che semplifica la creazione del modello e l’interpretazione dei risultati.
Sul mercato esiste una vasta gamma di diversi programmi, ciascuno orientato al soddisfacimento di una specifica esigenza da parte degli operatori. Tutti, comunque, hanno come obiettivo quello di condurre l’utente verso la creazione di un modello energetico dinamico all’interno di un processo guidato e articolato che stimola l’intervento di competenze multidisciplinari.
Proviamo a riepilogare, brevemente, il percorso da seguire.
Definizione della geometria dell’edificio
È il primo passo da compiere. Lo step iniziale può essere realizzato direttamente nell’interfaccia del software di simulazione o può essere frutto dell’importazione da programmi di disegno CAD o BIM. In questa fase si procederà anche alla modellazione di tutti gli elementi architettonici rilevanti: pareti, solai, tetto, finestre, porte e eventuali elementi di ombreggiamento.
La scelta di materiali e stratigrafie
Successivamente al compimento del primo passo, si procede con la caratterizzazione dei materiali e delle stratigrafie dell’involucro edilizio, specificando le proprietà termofisiche come la conduttività termica, la densità, il calore specifico e la trasmittanza.
La definizione delle zone termiche
La definizione delle zone termiche rappresenta un altro passaggio molto importante: si tratta di individuare gli spazi con comportamento termico omogeneo, che possono corrispondere a singoli locali o a gruppi di ambienti con caratteristiche simili. Per ognuna delle zone termiche vanno definiti i profili di occupazione, i carichi interni dovuti a persone e apparecchiature, e i set-point di temperatura e umidità.
In questo scenario, riveste un’attenzione non certo sottovalutabile la modellazione degli impianti di climatizzazione richiede particolare attenzione, con la necessità di specificare le caratteristiche tecniche di generatori, terminali, sistemi di distribuzione e regolazione. Infine, è fondamentale impostare correttamente i dati climatici, utilizzando file meteorologici rappresentativi della località in cui sorge o sorgerà l’edificio.
La calibrazione del modello
Un’altra fase su cui si può spendere proficuamente qualche parola è quella della calibrazione, che consiste nell’affinare i parametri del modello fino a ottenere una corrispondenza soddisfacente tra i consumi energetici simulati e quelli reali misurati.
La calibrazione è generalmente effettuata partendo dalla raccolta di dati di monitoraggio, come i consumi energetici mensili, le temperature interne e possibilmente i profili di carico orari. I dati vengono poi confrontati con i risultati della simulazione, identificando le discrepanze più significative.
Seguono diverse iterazioni in cui si modificano i parametri più incerti del modello, come i profili di occupazione, l’efficienza degli impianti o le infiltrazioni d’aria, fino a raggiungere un livello di accuratezza ritenuto accettabile.