BENIMPACT Suite. Piattaforma Software per la progettazione integrata di edifici sostenibili. M.Zanato, S.Dematté, A.Messina

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1 BENIMPACT Suite Piattaforma Software per la progettazione integrata di edifici sostenibili M.Zanato, S.Dematté, A.Messina

2 Sommario 1 BENIMPACT Suite Progetto BENIMPACT BENIMPACT Suite: supporto alla progettazione integrata Struttura della Suite: i moduli 2 Esempio applicativo Monitoraggio Modello virtuale Valutazione in regime dinamico Ottimizzazione

3 BENIMPACT è un progetto di ricerca della durata di 2 anni co-finanziato dalla Provincia Autonoma di Trento attraverso il FESR (Fondo Europeo di Sviluppo Regionale) PARTNERS COORDINATORE Ufficiali Associato

4 BENIMPACT Suite: Supporto metodologico per la progettazione del sistema edificio - impianto Competenze diverse Obiettivi diversi sostenibilità ambientale elevata costi minimi

5 Approccio convenzionale vs. Progettazione integrata Approccio convenzionale: lineare Approccio integrato: sinergico I vari soggetti lavorano in sequenza. Verifica del rispetto dei vincoli normativi Tutti i soggetti sono attivi fin dall inizio. Ottimizzazione multi - obiettivo Edificio obiettivo 1. Minor fabbisogno energetico 2. Minor impatto ambientale 3. Minori costi complessivi

6 Struttura della Suite DB Condizioni climatiche DB Normative 1. Modulo Target Setting Impostazione del progetto Scelta modalità di utilizzo della Suite A. Valutazione B. Ottimizzazione DB Green Design DB Involucro DB Impianti 3. Modulo Simulazione Dinamica Energy Plus TRNSYS ESP-r MODELLO VIRTUALE 4. Modulo LCA 2. Modulo Modellazione Geometrica 6.Modulo Ottimizzazione 5. Modulo CM

7 1. Modulo di Target Settings Impostazione del progetto. 1. Scelta della modalità: A. Valutazione B. Ottimizzazione (nuovo edificio o riqualifica) 2. Impostazione delle condizioni climatiche (es. file EPW) 3. Consultazione delle norme vigenti 4. Consultazione del database di Green Design 1 MTS 2 Modello 3 Simulazione 4 LCA 5 Cost Manag. 6 Ottimizzazione Database di supporto CONDIZIONI CLIMATICHE File climatici orari : EPW (Serie De Giorgio) del CTI NORMATIVE UNI TS D.Lgs.192/2005 Direttiva 2010/31/CE DB GREEN DESIGN Archivio di edifici sostenibili

8 2. Modulo di Modellazione Creazione dei pacchetti costruttivi (database interno) Creazione del modello geometrico Associazione delle stratigrafie e degli impianti da database Pacchetti Geometria Associazione costruttivi stratigrafie - materiali stratigrafie 1 MTS 2 Modello 3 Simulazione 4 LCA 5 Cost Manag. 6 Ottimizzazione INVOLUCRO Proprietà fisiche Costi Indicatori LCA PARETE FINESTRA BIM = Building Information Modelling IMPIANTI Potenze Rendimenti Costi

9 Modello virtuale dell edificio Zona Termica Ventilazione Apporti interni Impianto di climatizzazione ideale 1 MTS 2 Modello 3 Simulazione 4 LCA 5 Cost Manag. 6 Ottimizzazione Temperatura di set-point

10 3. Modulo di Simulazione Dinamica Le analisi in regime statico non tengono conto degli effetti dinamici di sollecitazioni climatiche variabili. Il comportamento orario del sistema può essere previsto tramite modelli virtuali. Le simulazione dinamica consente di apprezzare gli effetti della capacità termica delle masse. 1 MTS 2 Modello 3 Simulazione 4 LCA 5 Cost Manag. 6 Ottimizzazione

11 4. Modulo LCA Life Cycle Assessment Valutazione dell impatto ambientale delle scelte compiute all atto della progettazione 1 MTS 2 Modello 3 Simulazione 4 LCA 5 Cost Manag. 6 Ottimizzazione Punteggio ECO-indicatori secondo database IBO (Austria): GWP: Global Warming Potential [Kg CO2 eq.]; AP: Acidification Potential [Kg SO2 eq.]; PEIne: Energia Primaria non rinnovabile [MJ] (nicht erneuerbare PrimärEnergieInhalt) Kg CO 2 / m² di involucro OI3 (ÖkoIndikator) Indicatore di impatto globale dell intero edificio

12 5. Modulo CM Cost Management Valutazione della performance economica dell edificio nel suo intero ciclo di vita CONFRONTO RITORNI D INVESTIMENTO 1 MTS 2 Modello 3 Simulazione 4 LCA 5 Cost Manag. 6 Ottimizzazione Dati di input: Costi di acquisto di materiali e fonti energetiche (secondo prezziario provinciale o listini aziendali); Dati economico/finanziari per l attualizzazione dei costi (tassi di sconto e inflazione).

13 6. Modulo di Ottimizzazione 1 MTS 2 Modello 3 Simulazione 4 LCA 5 CM 6 Ottimizzazione Possibili Obiettivi Fabbisogno energetico Impatto ambientale Costi L ottimizzatore lancia in automatico i vari calcoli e propone al progettista un set di alternative che rappresentano i migliori compromessi tra gli obiettivi progettuali.

14 BENIMPACT Suite Esempio applicativo

15 Palazzo Kofler CasaClima A+ Edificio storico di Bolzano. Costruito nel 1750 e risanato nel Soggetto a monitoraggio. Impossibile visualizzare l'immagine. La memoria del computer potrebbe essere insufficiente per aprire l'immagine oppure l'immagine potrebbe essere danneggiata. Riavviare il computer e aprire di nuovo il file. Se viene visualizzata di nuovo la x rossa, potrebbe essere necessario eliminare l'immagine e inserirla di nuovo. Finestre Triplo vetro Telaio in legno 95 mm 0.60 W/m²K g = W/m²K Impossibile visualizzare l'immagine. La memoria del computer potrebbe essere insufficiente per aprire l'immagine oppure l'immagine potrebbe essere danneggiata. Riavviare il computer e aprire di nuovo il file. Se viene visualizzata di nuovo la x rossa, potrebbe essere necessario eliminare l'immagine e inserirla di nuovo. Chiusure opache Tetto verde con intercapedine Pareti isolate esternamente o internamente Solaio controterra Impossibile visualizzare l'immagine. La memoria del computer potrebbe essere insufficiente per aprire l'immagine oppure l'immagine potrebbe essere danneggiata. Riavviare il computer e aprire di nuovo il file. Se viene visualizzata di nuovo la x rossa, potrebbe essere necessario eliminare l'immagine e inserirla di nuovo W/m²K W/m²K 0.17 W/m²K Lana di roccia cm Lana di roccia, fibra di legno 20, 10+4 cm XPS 20 cm Impianto Riscaldamento Ventilazione Caldaia a pellet, pannelli radianti Recuperatore di calore Scambiatore geotermico ad aria: lunghezza 40 m, profondità 1.50 m

16 Certificazione Casa Clima vs. monitoraggio Gradi Consumo Casa Clima Giorno kwh/m 2 a kwh/m 2 GG 2791* (-57%) Anno Gradi Consumo misurato Giorno kwh/m 2 a kwh/m 2 GG PARTE ATTIVA Impianti Per individuare le cause di questo scostamento È stato avviato un processo di studio del comportamento reale dell edificio *Allegato A del D.M. 6 Agosto 1994 PARTE PASSIVA Condizioni interne, esterne e dell involucro

17 Principali cause dei maggiori consumi Utenza presenza discontinua di un unico inquilino; schermatura invernale delle grandi vetrate a Sud-Ovest Impianto di ventilazione ingresso di aria più fredda di quella esterna nelle stagioni intermedie; efficienza del recuperatore minore di quella nominale (75% contro 90%). RECUPERATORE DI CALORE USCITA ARIA ESAUSTA VENTILATORE INGRESSO ARIA ESTERNA Temperature prima e dopo lo scambiatore SONDE GEOTERMICHE ORIZZONTALI LEGENDA Temperatura Esterna Temperatura dopo lo scambiatore

18 1. Modello virtuale dell edificio 1 Modello 2 Simulazione 3 Ottimizzazione Chiusure e partizioni Reali proprietà termo igrometriche Schermature Secondo utenza Imbotte Arretramento gestito da un comando ideato all interno del progetto BENIMPACT

19 2. Valutazione energetica Anno climatico tipo serie De Giorgio Modello 2 Simulazione 3 Ottimizzazione (Valori medi orari mensili) Caso reale Veneziane sempre abbassate Anno Gradi Giorno kwh/m 2 a Consumo kwh/m 2 GG De Giorgio Caso teorico Veneziane abbassate in estate per irradianza > 200 W/m 2 Consumo Anno Gradi Giorno kwh/m 2 a kwh/m 2 GG De Giorgio CasaClima Risultati attendibili + Apporti solari kwh m 2 anno Riscaldamento LEGENDA Apporti solari [kw] Potenza riscaldamento [kw]

20 3. Ottimizzazione Mono obiettivo Fabbisogno Obiettivi Fabbisogno energetico Costi Impatto ambientale Flusso energetico Attraverso le finestre 1 Modello 2 Simulazione 3 Ottimizzazione Configurazione Reale Min_energia Solaio #1 #1 Parete #1 #1 Finestre #1 #2 Tetto #1 #1 Riscaldamento kwh/m 2 anno Veneziane abbassate in estate per irradianza > 200 W/m 2 ID Finestra Reale #1 Min_energia #2 U vetro [W/m 2 K] g Telaio Legno PVC U frame [W/m 2 K] (Valori medi orari mensili) Non conta solo la trasmittanza, anche il Fattore solare è importante.

21 3. Ottimizzazione Multi obiettivo Involucro variabile Pareti verticali Serramenti Copertura Solaio Impianto fisso Caldaia a pellet + pannelli radianti 1 Modello 2 Simulazione 3 Ottimizzazione 50 design di base x 30 generazioni = 1500 design Lanciati in automatico Costi Frontiera di Pareto Insieme delle soluzioni ottime Impatto Obiettivi 50 anni Fabbisogno energetico Costi Impatto ambientale Fabbisogno

22 3. Ottimizzazione Multi obiettivo: frontiera di Pareto Minimo fabbisogno E l ottimo della mono obiettivo Costi Impatto 1 Modello 2 Simulazione 3 Ottimizzazione I progettisti scelgono, tra gli ottimi, il preferito Minimo impatto Chiusure opache orizzontali in legno, fibre di legno e sughero. Chiusure opache verticali con Stiferite W/m 2 K Vetrocamere basso emissive e telaio in legno Fabbisogno Minimo costo + 30% fabbisogno chiusure opache col miglior rapporto prezzo trasmittanza vetro basso emissivo - il più economico solaio in legno di abete e cls alleggerito. È il più economico

23 Ricapitolando È stata sviluppata una suite per la progettazione integrata che permette di ottenere risultati affidabili in tempi contenuti. La suite è stata testata e validata su edifici reali. La simulazione dinamica approssima meglio il reale comportamento dell edificio. Consumi kwh/m 2 GG Monitorato Simulato CasaClima L ottimizzazione fornisce numerose configurazioni alternative tra cui il progetista può individuare la preferita.

24 Ringraziamenti Si ringraziano tutti i colleghi, presenti e non presenti, che hanno contribuito alla realizzazione di questo progetto. Laura Gatti Alessandro Laner Massimiliano Margonari Gino Perna Diego Trabucco Valeria Viannei Per informazioni a.messina@enginsoft.it m.zanato@enginsoft.it s.dematte@enginsoft.it Grazie per l attenzione