Strumenti avanzati per la Simulazione degli Edifici
Prestazione energetica
La prestazione energetica dell’edificio rappresenta il fabbisogno energetico derivante dall’uso dell’edificio; essa può comprendere – come espresso dall’EPBD recast per un uso standard – l’energia utilizzata per il riscaldamento, il raffrescamento, la ventilazione, la produzione di acqua calda, l’illuminazione.
La prestazione energetica si può esprimere attraverso indicatori che quantificano, a seconda dello scopo e dell’ambito di applicazione, il fabbisogno di energia termica utile, il fabbisogno di energia primaria, la quantità di energia fornita all’edificio per servizio energetico e vettore energetico, la produzione energetica da fonti rinnovabili, ecc.▸ Leggi di più...
La modellazione della prestazione energetica dell’edificio è un argomento tutt’oggi ampiamente indagato dalla comunità scientifica. Da analisi di letteratura, i metodi disponibili per la valutazione della prestazione energetica si classificano in metodi semplificati (es. quelli derivanti dalla normativa tecnica), modelli di simulazione (es. strumenti di simulazione numerica dinamica dettagliata), metodi statistici (es. modelli di regressione), tecniche di machine learning (es. reti neurali) e altre metodologie.
Software | note |
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L'applicazione APACHE nel software IESVE offre un'interfaccia grafica intuitiva per interagire con il motore APACHE, consentendo la modellazione 3D, l'assegnazione di costruzioni e guadagni energetici. | |
COMSOL Multiphysics® è un software con un'interfaccia uniforme che supporta diverse applicazioni ingegneristiche e fenomeni fisici. Include moduli aggiuntivi per elettromagnetismo, meccanica strutturale, acustica, fluidodinamica, trasferimento di calore e ingegneria chimica, e consente il collegamento a software CAD. | |
DEROB-LTH è uno strumento di design per analizzare il comportamento dinamico degli edifici. Consente di modellare la forma dell'edificio con geometrie 3D flessibili e supporta fino a 8 zone. | |
EC700 consente di calcolare le prestazioni energiche degli edifici sia con metodo mensile secondo la UNI/TS 11300 che con metodo dinamico orario secondo la UNI EN ISO 52016-1. | |
EnergyPlus™ è un programma di simulazione energetica per edifici utilizzato da ingegneri, architetti e ricercatori per modellare il consumo energetico (riscaldamento, raffreddamento, ventilazione, illuminazione e carichi elettrici) e l'uso dell'acqua negli edifici. | |
ESP-r (Environmental Systems Performance - Research) è uno strumento di modellazione per la simulazione delle prestazioni degli edifici. Permette di valutare il flusso di calore, aria, umidità, luce ed energia elettrica con una risoluzione spaziale e temporale specificata dall'utente. | |
IDA ICE (Indoor Climate and Energy) è un innovativo strumento di simulazione che eleva le prestazioni degli edifici. Modella con precisione l'edificio, i suoi sistemi e i controllori, garantendo il consumo energetico minimo e il massimo comfort per gli occupanti. | |
Il software TERMUS è uno strumento termotecnico che consente la progettazione e verifica delle prestazioni energetiche degli edifici, supportando la certificazione energetica APE, la diagnosi energetica e gli interventi di riqualificazione ed efficientamento. | |
TRNSYS è un programma di simulazione di sistemi transitori con una struttura modulare. Permette agli utenti di descrivere i componenti del sistema e le loro connessioni attraverso un linguaggio specifico. |
Comfort Ambientale
Nel campo del comfort ambientale, le simulazioni sono utili per prevedere l'andamento temporale della temperatura a bulbo secco, dell'umidità relativa, della velocità dell'aria e dell'eventuale concentrazione di inquinanti negli spazi interni ed esterni.
In questo caso, le simulazioni degli edifici vengono spesso eseguite con gli stessi software utilizzati per la stima delle prestazioni energetiche, ma vengono condotte in condizioni di "free running", ovvero senza considerare alcun sistema meccanico in grado di controllare i parametri sopra elencati.▸ Leggi di più...
Successivamente, i risultati delle simulazioni energetiche devono essere post-elaborati attraverso strumenti idonei in grado di valutare una serie di parametri e indicatori di comfort, definiti da Standard internazionali che integrano note teorie del comfort, come lo Standard ANSI ASHRAE 55-2020 e lo Standard EN 16798-1:2019.
Software | note |
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Tool per valutare il Comfort Termico secondo ANSI/ASHRAE 55-2020 e EN 16798-1:2019, progettato dal "Center for the Built Environment". | |
Climate Consultant è un semplice tool con accattivante interfaccia grafica, che supporta architetti, costruttori, progettisti e studenti nel comprendere ed analizzare il clima locale. | |
Il software di ENVI-met è un potente strumento di modellazione 3D progettato per analizzare e simulare l'interazione tra gli elementi urbani e l'ambiente atmosferico. | |
Ladybug Tools è una raccolta di applicazioni gratuite che supportano la progettazione e l'analisi del comfort ambientale. |
Sostenibilità
L’analisi della sostenibilità degli edifici prevede un approccio olistico che comprende l’intero ciclo di vita del manufatto (produzione, utilizzo, dismissione) secondo l’approccio della Life Cycle Analysis (LCA).
I software adoperati per tale analisi fanno tipicamente uso di marchi di qualità ecologica di materiali e prodotti edilizi disponibili sul mercato, secondo lo Standard internazionale della Environmental Product Declaration (EPD), con la possibilità di considerare scenari alternativi di recupero e riuso dei materiali di risulta che siano specifici del sito in cui l’edificio è ubicato.▸ Leggi di più...
Sono utilizzati anche strumenti a punteggio multicriterio ed analitici, tipici degli schemi di certificazione ambientale più diffusi quali LEED (https://www.usgbc.org/leed), BREEAM (https://kb.breeam.com/) e WELL, in grado di attribuire un punteggio di merito in funzione di criteri di sostenibilità quali il consumo di energia incorporata, di acqua potabile e di consumo del suolo.
Software | note |
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Software di valutazione del ciclo di vita e dichiarazione ambientale di prodotto facile da usare, con tutti i dati del mondo. | |
È un software leader nel campo della valutazione del ciclo di vita (LCA) e della sostenibilità ambientale. Sviluppato da PRé Sustainability, SimaPro è uno strumento potente utilizzato da aziende, consulenti e ricercatori per analizzare e migliorare la sostenibilità dei prodotti e dei processi. |
Scambi di energia e di massa
Le simulazioni dei fenomeni di scambio combinato di calore, aria e umidità (HAMT) sono utili quando è necessario studiare le prestazioni igrometriche transitorie di edifici e componenti edilizi, con particolare attenzione al trasferimento e all’accumulo dell'umidità sia in forma aeriforme che liquida.
Ciò consente, ad esempio, di prevedere possibili danni legati all'umidità nei materiali a base di legno (o in altri materiali organici sensibili all'umidità) e negli edifici storici. Le simulazioni HAMT possono essere utilizzate anche per quantificare le dispersioni di calore nei ponti termici.▸ Leggi di più...
I software di simulazione HAMT risolvono in forma numerica i bilanci combinati di calore e di massa in geometrie 1D o 2D su intervalli di tempo medio-lunghi, e richiedono la disponibilità di dati meteorologici affidabili e aggiornati. I risultati (in termini di temperatura, umidità relativa e contenuto di acqua nei vari strati della parete) possono essere post-elaborati per valutare una serie di indicatori di rischio ampiamente disponibili in letteratura, indagando anche l'efficacia di possibili strategie di mitigazione, come le membrane impermeabili e traspiranti.
Software | note |
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DELPHIN è un software di simulazione dinamica sviluppato da Bauklimatik-Dresden, in grado di effettuare la modellazione dei fenomeni combinati di scambio termico, di massa e di umidità (HAMT) nei materiali da costruzione porosi. | |
TRISCO è uno strumento digitale all'avanguardia progettato per l'analisi termica dei componenti edilizi. La sua velocità e completezza lo rendono un alleato indispensabile per professionisti del settore edile e dell'efficienza energetica. | |
WIS è un software multiuso che assiste nella definizione delle caratteristiche termiche e solari dei componenti finestrati (vetrate, telai, dispositivi di schermatura solare, ecc.) | |
WUFI® è una famiglia di software che consente la modellazione dei fenomeni combinati di trasporto termico, massa e umidità (HAMT), unidimensionale e bidimensionale, nelle pareti e in altri componenti edilizi multistrato esposti alle condizioni climatiche esterne. |
Acustica
I software per la simulazione acustica permettono di modellare i meccanismi di propagazione delle onde sonore, ricostruendo la distribuzione spaziale e temporale dei livelli di pressione sonora.
Possono essere utilizzati per valutare il comfort acustico e l’intelligibilità del parlato all’interno degli edifici, e per supportare la progettazione acustica di scuole, chiese, teatri, auditorium, cinema e centri commerciali.
Software | note |
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ODEON è un software completo per l'acustica degli ambienti. Può essere utilizzato per simulare (in 3D) e misurare l'acustica interna di edifici, tra cui sale da concerto, teatri, chiese, uffici open space, ristoranti. | |
Ramsete è stato il primo software di simulazione acustica "open" per simulazioni acustiche basate sullo schema di calcolo Pyramid Tracing, per risolvere problemi di propagazione del suono in grandi edifici o all'aperto. Ramsete è anche dotato di un potente strumento per l'auralizzazione. | |
SoundPLAN può essere utilizzato per studi di valutazione del rumore, sia all'interno che all'esterno degli edifici. Supporta la pianificazione stradale, i piani urbanistici, le procedure autorizzative, i piani d'azione per il rumore, la mappatura acustica, la valutazione acustica di eventi all'aperto o la pianificazione di uffici open space. |
Illuminotecnica
Nel campo dell’illuminazione, le simulazioni possono essere utilizzate per valutare diversi aspetti relativi alla luce elettrica e alla luce naturale. A seconda dell’obiettivo specifico, è necessario scegliere il software più adeguato.
Una prima distinzione va fatta tra i software basati su un approccio di calcolo di tipo statico e quelli basati su un approccio di tipo dinamico.
Grazie ai primi è possibile valutare la distribuzione della luce elettrica o naturale in ambiente; calcolare i parametri per i quali la normativa fornisce i valori limite al fine di soddisfare le condizioni di confort visivo in presenza di luce elettrica (come i valori di illuminamento e uniformità sulle superfici dello spazio o i valori di UGR);▸ Leggi di più...
valutare la disponibilità di luce naturale in specifiche condizioni meteorologiche (ad esempio cielo clear o overcast) ed in specifici orari e giorni dell’anno. Grazie ai software per il calcolo dinamico, invece, si può valutare la disponibilità di luce naturale in ambienti interni nell’arco di un intero anno e con un intervallo generalmente orario, considerando le variazioni delle condizioni climatiche specifiche di una determinata area geografica, modellate a partire dai dati contenuti nei file climatici. In questo modo è possibile ottenere informazioni più complete sulla distribuzione in ambiente di luce naturale durante l’anno, valutare la quantità di luce elettrica necessaria a integrare la luce naturale nel tempo, calcolare i corrispettivi consumi energetici, analizzare le prestazioni di sistemi di controllo automatici o di sistemi schermanti e valutare, con un approccio statistico, l’insorgere di eventuali rischi di condizioni non confortevoli dovute alla presenza di luce naturale. Infine, va sottolineato che la grande attenzione della ricerca ai cosiddetti effetti non-visivi dell’illuminazione (effetti sull’umore, sulle prestazioni lavorative, sui ritmi circadiani) ha portato allo sviluppo di alcuni software in grado di simulare in modo accurato le interazioni spettrali tra luce e materia per poi valutare le irradianze spettrali all’occhio degli occupanti di uno spazio, grazie alle quali è poi possibile stimare gli effetti non-visivi della luce.
Software | note |
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ALFA è un plugin per Rhinoceros 3D che consente di analizzare gli effetti non visivi dell’illuminazione, valutando le interazioni spettrali tra luce e materia considerando 81 canali dello spettro ed estendendo il motore di calcolo di Radiance. | |
ClimateStudio è un plugin per Rhinoceros 3D che consente di effettuare simulazioni dinamiche di luce naturale, valutare le prestazioni dell'impianto di illuminazione elettrica ed il confort visivo. | |
DIALux è un software che consente di progettare, calcolare e visualizzare la luce elettrica in spazi interni ed esterni. Consente inoltre di effettuare simulazioni statiche di luce naturale. | |
Lark è un plugin per Grasshopper che consente di valutare gli effetti non-visivi della luce. | |
Radiance è una suite di strumenti per eseguire simulazioni di illuminazione elettrica e naturale. | |
Relux è un'applicazione per la simulazione della luce artificiale e naturale con approccio statico. |