STRUMENTI INFORMATICI DI SUPPORTO ALLA PROGETTAZIONE arch PhD Enza Tersigni

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1 STRUMENTI INFORMATICI DI SUPPORTO ALLA PROGETTAZIONE La questione ambientale: il nuovo paradigma ecologico prof.ssa D Ambrosio a.a MASTER II LIVELLO Progettazione e riqualificazione architettonica, urbana e ambientale con l utilizzo di tecnologie innovative

2 L Information and Communication Technology (ICT) ha modificato radicalmente negli ultimi decenni il modo di lavorare, di produrre documenti e di scambiare informazioni. In termini di prassi produttive e di qualità del progetto, le ICT, se sfruttate nelle loro potenzialità e non come mero sostituto elettronico degli strumenti comuni, possono avere conseguenze importanti: approfondimento progettuale: strumenti di calcolo, visualizzazione e analisi sempre più potenti e semplificati nell'uso permettono di migliorare il processo decisionale; lavoro collaborativo: gli strumenti ICT favoriscono l'integrazione nel stesso progetto di diverse competenze specializzate; comunicazione delle informazioni: le nuove tecnologie contribuiscono a migliorare la comunicazione delle informazioni, sia nella fase di progetto, sia per le successive fasi del processo edilizio. San Li Tun, Bejing, China, Team: Kengo Kuma and Associates, Arup & Partners Hong Kong Ltd, PB China Engineering (HK), Xinxing Baoxin Construction Co.

3 I software di simulazione del comportamento energetico, una volta creato un prototipo virtuale dell edifico dotato di similarità comportamentale e prestazionale rispetto all esistente, consentono di verificare a priori, cioè prima della costruzione materiale, i tratti essenziali della capacità di funzionare degli interventi secondo i requisiti di qualità attesi, attraverso la simulazione dei principali componenti e sistemi assemblati nell oggetto architettonico, ma soprattutto della loro integrazione nell insieme organico e armonico che formano gli edifici (E. Arlati). Le simulazioni sono generalmente iterative: si sviluppa un modello, si eseguono varie analisi, si apportano le modifiche evidenziate come necessarie dai risultati, si revisiona il modello e si prosegue con l iterazione fino a che non si raggiungono un adeguato livello di comprensione e i requisiti prestabiliti. Il grafico compara l esito di simulazioni energetiche rispetto a differenti livelli di dettaglio del modello dell edificio (fonte: Autodesk, Creating Models for Performance Analysis on Existing Buildings).

4 Modelli di progettazione concettuale e calcolo dei livelli da destinare ad appartamenti, studio annuale della radiazione solare, studio delle ombre in Ecotect Analysis, analisi delle esigenze per riscaldamento e raffrescamento in Revit MEP.

5 Fra i software di simulazione del comportamento energetico possiamo distinguere gli strumenti di valutazione in regime dinamico da quelli in regime stazionario. I primi utilizzano algoritmi complessi e permettono un analisi più realistica e completa valutando nel dettaglio la risposta dell involucro edilizio sollecitato da vari fattori esterni quali: la temperatura esterna, la radiazione solare, la ventilazione naturale, il comportamento degli occupanti, l impianto di climatizzazione. Gli strumenti di controllo effettuati in regime stazionario consentono invece di indagare solo parzialmente le reali prestazioni di un edificio perché partono dall assunto che la variazione periodica delle temperature e il contributo della radiazione solare possono essere trascurati, utilizzando dati climatici aggregati. Software di simulazione in regime dinamico e stazionario

6 Software di simulazione in regime dinamico e stazionario Fra gli strumenti di controllo effettuati in regime stazionario possono essere ulteriormente distinti i software per il controllo specifico da quelli per il controllo globale. I primi non prevedono una valutazione del quadro ambientale globale dell edificio, ma possono analizzare e valutare in che modo influiscono le diverse tecniche e i sistemi introdotti nell edificio, nelle differenti condizioni al contorno. Gli strumenti di controllo globale si basano generalmente su codici dettagliati di simulazione, integrando procedure di calcolo che descrivono quasi tutti i più significativi fenomeni di trasferimento del calore e forniscono informazioni sul comportamento termodinamico sia di singoli componenti che dell intero edificio.

7 IAAC - Institute for Advanced Architecture of Catalonia, Master in Advanced Architecture, Energy and Environmental design

8 IAAC - Institute for Advanced Architecture of Catalonia, Master in Advanced Architecture, Energy and Environmental design

9 IAAC - Institute for Advanced Architecture of Catalonia, Master in Advanced Architecture, Energy and Environmental design

10 IAAC - Institute for Advanced Architecture of Catalonia, Master in Advanced Architecture, Energy and Environmental design

11 AUTODESK ECOTECT ANALYSIS

12 Ecotect Analysis è uno strumento di analisi energetica valido dalla fase concettuale alla definizione dei dettagli; il software è in grado di fornire un ampia gamma di funzionalità per la simulazione e l analisi energetica finalizzata al miglioramento delle prestazioni energetiche di edifici esistenti e di nuove costruzioni. Il software contiene strumenti per l analisi energetica, idrica e delle emissioni di CO2 on-line integrata con strumenti che consentono di visualizzare e simulare le prestazioni degli edifici nel loro contesto ambientale. Daylighting Analisys

13 Autodesk Ecotect Analisys è disponibile per gli studenti in download gratuito e prova per 3 anni sul sito

14 Tutorials Autodesk Ecotect Fundamentals - Building Design di Autodesk Sustainability Workshop disponibili sul sito

15 Analisi energetica dell intero edificio: calcolo del consumo di energia e delle relative emissioni di CO2 su base annua, mensile, giornaliera e oraria, utilizzando un database globale di informazioni meteo. Prestazioni termiche: calcolo dei carichi di riscaldamento e raffrescamento su modelli di analisi che valutano gli effetti derivanti da fattori di occupazione e guadagni interni. Valutazione dell impiego idrico e relativi costi: stima dell impiego idrico all interno e all esterno dell edificio. Irraggiamento solare: visualizzazione dell irraggiamento solare incidente su vetrate e superfici, in qualunque periodo dell anno. Illuminazione con luce diurna: calcolo dei fattori diurni e dei livelli di illuminamento in qualunque punto del modello. Ombre e riflessioni: visualizzazione della posizione e del percorso del sole relativi al modello per qualsiasi data, orario e ubicazione. Solar Access Analisys Insolation Analisys

16 Dati climatici che è possibile visualizzare, analizzare ed editare all interno del Weather Tool di Ecotect

17 Diagramma stereografico semplice e con la sovrapposizione delle temperature in C annuali (dal menu Tool > Run the Weather Tool > Solar position).

18 ROSA DEI VENTI ANNUALE ROSA DEI VENTI MENSILE Analisi dell irraggiamento solare incidente sulla superficie in kwh/m 2

19 Elaborazione del diagramma che individua l orientamento ottimale di un edificio (optimum orientation) rispetto all irraggimaneto solare nei tre mesi più freddi (in blu) e nei tre più caldi (in rosso) e durante l intero anno (in verde). L orientamento ottimale viene individuato dalla freccia gialla compromise. Progettare con il sole

20 Diagramma Psicrometrico, rappresentazione grafica della proprietà termodinamiche dell aria umida.

21 ROSA DEI VENTI ANNUALE ROSA DEI VENTI MENSILE

22 ROSA DEI VENTI GIORNALIERA Diagrammi della frequenza e velocità dei venti provenienti: la scala radiale rappresenta la velocità del vento mentre i segmenti colorati di ogni raggio rappresentano le ore (fonte: Omena House, arch. Danny Forster, diagrammi elaborati da Kiel Moe).

23 Analisi delle condizioni climatiche (temperatura, umidità relativa, velocità del vento, radiazione solare diretta e diffusa, nuvolosità e copertura del cielo, ecc.).

24 Analisi settimanale della media delle temperature in C (rispetto alla settimana dell anno e all ora del giorno).

25 Analisi settimanale della percentuale di umidità relativa (rispetto alla settimana dell anno e all ora del giorno).

26 Analisi settimanale della velocità del vento in kw/h (rispetto alla settimana dell anno e all ora del giorno).

27 Vista complessiva delle analisi settimanali delle grandezze climatiche disponibile in Ecotect.

28 Analisi mensile di diverse grandezze climatiche.

29 Simulazione analisi energetiche per il rione IACP "Massimo D'Azeglio" di Luigi Cosenza a Barra (NA). Creazione del modello semplificato in Rhinoceros ed esportazione del modello in Ecotect Analisys.

30 N.B. Prima di procedere alle simulazioni è necessario caricare il file contenente i dati climatici della zona in Load Weather File (il file è scaricabile dal sito /weatherdata_about.cfm e convertibile direttamente in Ecotect Analisys). Analisi del soleggiamento (Daylighting Analysis) nel solstizio estivo e nel solstizio invernale (fascia oraria 10:00-17:00).

31 Analisi dell irraggiamento solare incidente sulla superficie (Insolation Analisys) nel solstizio estivo.

32 N.B. Ecotect lavora in mm quindi in scale objects by inserire un fattore di scala per ottenere un modello in cui 1unità=1mm. Selezionare tutti i layer e nella sezione Zone assegnare By Item Name. Per assegnare materiali specifici selezionare un layer e scegliere nella sezione Material, Select Material e scegliere nell elenco. Creazione in Rhinoceros del modello semplificato di un piano tipo del rione IACP "Massimo D'Azeglio" di Luigi Cosenza a Barra (NA) e importazione del modello in Ecotect Analisys.

33 Analisi del soleggiamento (Daylighting Analysis) nel solstizio estivo e nel solstizio invernale (fascia oraria 10:00-17:00).

34 Analisi dell irraggiamento solare incidente sulla superficie di un appartamento tipo (Insolation Analisys) nel solstizio estivo. A destra vista dall interno dell appartamento delle zone maggiormente irraggiate.

35 Elaborazione del diagramma stereografico che consente di individuare i periodi dell anno in cui una superficie resta in ombra.

36 Lo studio delle ombre portate sulle superfici degli edifici da parte di terrazze, aggetti, edifici contigui, consente di definire soluzioni atte a ridurre il carico radiante della porzione di superficie investita dall ombra.

37 Lo strumento Shading Design Wizard consente di calcolare il sistema di ombreggiamento più efficace per le superfici vetrate.

38 Average daily summer insolation 3157 Wh/m 2 Average daily summer insolation 689 Wh/m 2 Analisi dell irraggiamento solare incidente sulla superficie delle finestre: riduzione del 78% della radiazione solare diretta sul fronte est (fonte: Mario Cucinella Architects, 3M headquarters, Milano).

39 Settaggio dei materiali con relative stratificazioni e caratteristiche (spessore, trasmittanza, colore, ecc.) per il calcolo di analisi specifiche come la radiazione assorbita o trasmessa e il comfort termico degli spazi.

40 Analisi del comfort termico all interno di uno spazio: dal menu Calculations > Spatial Comfort (fonte: Mean Radiant Temp Predicted Mean Vote Percent Dissatisfaction

41 WinAir per Ecotect: interfaccia del plug-in e visualizzazione dei risultati. N.B. È possibile scaricare WinAir il plug-in di Ecotect per le analisi CFD sul sito: tle=computational_fluid_dynamics

42 Cell Temperature Flow Vectors Computational Fluid Dynamic (CFD) attraverso WinAir in Ecotect

43 ECOTECT TUTORIALS DI RIFERIMENTO

44 GRAZIE PER L ATTENZIONE