Simulazione dinamica energetica degli edifici
La simulazione dinamica energetica ottimizza il comfort e riduce i costi degli edifici NZEB. Guida completa a BPS, normativa e software IDA ICE.
Punti Chiave
- 1.Supera i limiti del calcolo statico per una precisione millimetrica
- 2.Indispensabile per edifici NZEB e certificazioni LEED
- 3.Riduce i costi di costruzione evitando il sovradimensionamento degli impianti
- 4.Monitoraggio in tempo reale grazie all'integrazione con Digital Twin
L'edificio è un sistema complesso, i fenomeni energetici che si sviluppano al suo interno sono diversi e in continua relazione tra loro. Si tratta di questioni che riguardano le caratteristiche dell'involucro (murature, solai, finestre), gli impianti (riscaldamento, raffrescamento, elettricità), la destinazione d'uso degli ambienti (residenze, uffici, alberghi, etc), la presenza di un numero elevato di persone o macchinari che producono calore. Il modo di costruire e ristrutturare gli edifici è cambiato: l’attenzione alla qualità energetica ed al comfort ambientale è diventato un aspetto prioritario.
L’attenzione alla qualità energetica ed al comfort ambientale è oggi un aspetto prioritario e inscindibile dal processo costruttivo.
I software avanzati come IDA ICE superano i vecchi metodi di calcolo, garantendo edifici più confortevoli, conformi alle nuove Direttive UE 2023/1791 e ottimizzati nei costi di gestione attraverso il corretto dimensionamento degli impianti.
A cosa serve la simulazione dinamica?
La progettazione degli edifici ad alta efficienza energetica necessita di strumenti avanzati che permettano di valutare correttamente i fenomeni termofisici. Solo la “simulazione dinamica” analizza con precisione ed affidabilità le prestazioni energetiche di un edificio ad alte prestazioni come gli “NZEB” o gli edifici in “Classe A”. I software di simulazione dinamica permettono di controllare le numerose variabili presenti in un sistema edificio-impianto. Progettare un edificio con maggiore consapevolezza dei fenomeni energetici permette di ottimizzare le scelte risparmiando sui consumi, sui costi di costruzioni e di manutenzione.
Il vantaggio chiave: Progettare con maggiore consapevolezza permette di ottimizzare le scelte, risparmiando sui consumi e sui costi di costruzione e manutenzione.
Building Performance Simulation (BPS)
La simulazione energetica dinamica (in inglese dynamical building performance simulation - BPS) è la disciplina che studia questa complessità tramite l'utilizzo di software avanzati che superano il metodo semplificato basato sul calcolo stazionario o semi-stazionario.
| Caratteristica | Simulazione Stazionaria | Simulazione Dinamica |
|---|---|---|
| Intervallo temporale | Mensile o stagionale | Orario o al minuto |
| Precisione | Approssimativa | Molto elevata |
| Inerzia termica | Semplificata | Calcolata analiticamente |
| Fattori variabili | Medie statistiche | Condizioni reali e variabili |
Un esempio più concreto: la modellazione di una villa
Ipotizzando di modellare una villa isolata in un comune del centro Italia. Si potrebbe conoscere la temperatura di una stanza esposta a sud, senza riscaldamento, alle ore 2 di una notte di gennaio. Il software valuta l'apporto gratuito del Sole di giorno, la capacità delle murature di accumulare il calore (inerzia termica delle strutture), l'ingresso di aria fredda da infissi o altri componenti non ben isolati, il calore emesso da due persone che dormono all'interno della stanza e tante altre caratteristiche termofisiche.
Da un'indagine con la simulazione dinamica potremmo conoscere anche il flusso di calore che passa attraverso le murature, la quantità di anidride carbonica ora per ora in una singola stanza, i flussi d'aria tra l'interno e l'esterno dell'ambiente.
Il confronto tra i dati ottenuti dalla simulazione e quelli misurati realmente con delle sonde di temperatura sono incredibilmente simili.
Differenza tra simulazione dinamica e simulazione stazionaria o semi-stazionaria
Ma che differenza c'è con i tradizionali software di progettazione con i quali si realizzano anche le certificazioni energetiche? I software tradizionali calcolano i consumi e le prestazioni secondo un regime stazionario (stagionale) o semi-stazionario (mensile) e sono quindi molto più approssimativi. I software di simulazione dinamica invece calcolano i dati secondo un intervallo temporale più limitato, anche al minuto, e considerano il fattore "inerzia termica" cioè la capacità dell'immobile di immagazzinare il calore oltre ad altre variabili termofisiche.
Quali sono i risultati che si ottengono
I risultati che si ottengono nel singolo ambiente da una BPS, prendendo come esempio il software IDA ICE, sono:
- Temperatura dell'aria e temperatura percepita
- Temperatura dell'aria al pavimento ed al soffitto
- Temperatura e flussi di calore sulle singole superfici
- Bilancio termico
- Benessere Termoigrometrico secondo gli indici di Fanger (PPD, PMV)
- Qualità dell'aria interna tramite ricambi d'aria/ora, livello di CO2, umidità
- Flussi d'aria e ventilazione meccanica controllata (VMC)
- Dispersione dei flussi di calore attraverso l'aria, l'involcuro, le murature
- Illuminazione solare
- Comportamento dei materiali a cambiamento di fase (PCM)
- Controllo degli ombreggiamenti
Applicazioni della simulazione dinamica
La complessità della progettazione, il raggiungimento di alti livelli di efficienza energetica nelle costruzioni, il miglioramento dei sistemi impiantistici, la richiesta degli utenti di maggiore comfort e risparmio sono le principali motivazioni per cominciare ad utilizzare la simulazione dinamica.
Se nel passato era utilizzata nelle Università e nei centri ricerca, oggi è sempre più richiesta da società di costruzione e progettazione, professionisti ed imprese che producono componenti per l'edilizia.
Le principali applicazioni sono:
- Progettazione di edifici NZEB - Edifici a Energia quasi Zero (guarda un edificio da noi progettato in dinamica: NZEB a Roma)
- Dimensionamento degli impianti di riscaldamento, raffrescamento, ventilazione
- Progetto dell'involucro (facciate, doppia pelle, pareti ventilate, etc)
- Diagnosi energetica
- Riqualificazione o nuova progettazione di edifici con destinazioni complesse (musei, ospedali, palestre, edifici storici, etc)
- Modellazione energetica per punteggio aggiuntivo per il protocollo LEED
- Per attività di ricerca scientifica e/o tesi universitarie
- Simulazione dei materiali a cambiamento di fase (PCM)
- Calcolo del Daylight interno
- Simulazione del micro clima interno e delle condizioni di esercizio necessarie per usi particolari (ambienti con specifiche richieste di livello di CO2, di livelli di umidità o di daylight)
Raffrescamento estivo, ombreggiamento e ventilazione naturale
La modellazione energetica dinamica è particolarmente utile nel valutare il comportamento termo-fisico di un edificio in estate (raffrescamento estivo) ed in generale per edifici localizzati in climi caldi. Per progettare un edificio in un clima caldo, senza un utilizzo eccessivo degli impianti di raffrescamento, bisogna utilizzare al meglio l'ombreggiamento e la ventilazione. In generale capire come proteggere gli edifici dal freddo è più semplice rispetto come proteggerli dal caldo.
Inoltre il dimensionamento degli impianti di raffrescamento è alquanto complesso e l’affidabilità e le potenzialità della simulazione dinamica permettono di valutare aspetti altrimenti impossibili da calcolare con software in regime stazionario o semi-stazionario.
In Italia, ed in altri paesi caldi d'estate come quelli mediterranei, è quindi consigliato l'uso della simulazione dinamica per la progettazione energetica. Con la previsione dell’aumento delle temperature esterne, considerando i probabili scenari futuri, l’importanza di un corretto dimensionamento di un impianto di raffrescamento risulta fondamentale se non indispensabile.
La simulazione dinamica fa risparmiare soldi grazie al corretto dimensionamento degli impianti
Il metodo per progettare un impianto di riscaldamento o raffrescamento si è basato nel passato sul dimensionamento dei picchi di potenza, sull'utilizzo di rapide formule di moltiplicazioni basate sulla volumetria e su "fattori di sicurezza".
Questo è un metodo vecchio di progettare un immobile.
A causa di questa approssimazione succede spesso che gli impianti sono "sovradimensionati", con un conseguente aumento dei costi e dei consumi. Il sovradimensionamento non è applicato solo al generatore, come la caldaia ad esempio, ma anche alle tubazioni, e ai terminali. Il costo aggiuntivo non è relativo solo all'acquisto dell'impianto ma anche alla sua gestione.
Lo spreco quindi viene spalmato lungo tutto l'arco di vita dell'immobile!
Considerando che un impianto di raffrescamento o riscaldamento può costare migliaia di euro è importante sapere che il corretto dimensionamento può far risparmiare molti soldi!
Il metodo più completo e versatile disponibile per un dimensionamento corretto è attraverso la modellazione energetica ed in particolare la simulazione dinamica.
Normativa
Normativa Italiana
La simulazione dinamica è introdotta nella normativa energetica italiana dal DPR 59/2009 che tratta di "adozione di criteri generali, di una metodologia di calcolo e requisiti della prestazione energetica". In particolare all'art. 4 comma 27 lettera o) si prescrive:
Nel calcolo rigoroso della prestazione energetica dell'edificio occorre prendere in considerazione, per gli edifici di nuova costruzione del settore terziario con volumetria maggiore di 10.000 mc, l'influenza dei fenomeni dinamici, attraverso l'uso di opportuni modelli di simulazione, salvo che si possa dimostrare la scarsa rilevanza di tali fenomeni nel caso specifico.
Normativa Europea
L'impulso introdotto dalle normative europee sull'efficienza energetica e sull'utilizzo di tecnologie BIM negli appalti va nella direzione di promuovere anche l'utilizzo della simulazione energetica dinamica nella progettazione degli edifici.
La Direttiva 2010/31/UE sul rendimento energetico nell'edilizia promuove l'adozione di metodi di calcolo dinamici orari per una valutazione più accurata delle prestazioni energetiche degli edifici.
In futuro infatti, in tema di Certificazioni Energetiche APE il calcolo dovrebbe seguire la UNI EN ISO 52016-1:2018, norma che fornisce una metodologia di calcolo dinamico orario semplificato per la valutazione del fabbisogno energetico degli edifici, sostituendo il precedente metodo di calcolo statico.
Questa modalità di calcolo orario, sebbene più evoluto rispetto ad un calcolo semi-stazionario, risulta ancora non confrontabile rispetto all’affidabilità e all’accuratezza che si può raggiungere con una simulazione dinamica con software tipo IDA ICE della EQUA Simulation.
La nuova Direttiva (UE) 2023/1791, che sostituisce la 2010/31/UE, rafforza esplicitamente questo orientamento. Il calcolo dinamico non è più solo “consigliato”, ma viene di fatto indicato come riferimento principale per garantire una rappresentazione realistica del comportamento energetico.
All’articolo 4 e nell’Allegato I, la direttiva richiede che:
- i metodi di calcolo delle prestazioni energetiche riflettano il comportamento reale dell’edificio, includendo il profilo d’uso, l’interazione tra impianti e involucro, e le condizioni climatiche locali;
- gli Stati membri adottino metodi basati su condizioni dinamiche e integrino dati reali di esercizio, anche attraverso strumenti digitali (come BEMS e Digital Twin).
Questa evoluzione normativa riconosce la simulazione dinamica come strumento fondamentale per una progettazione integrata, non più relegato alle sole fasi accademiche o di ricerca, ma pienamente operativo nel contesto esecutivo.
Le grandi potenzialità del Digital Twin
L’evoluzione tecnologica nel settore della modellazione energetica sta portando la simulazione dinamica oltre la fase di progettazione, integrandola in processi digitali avanzati come BIM (Building Information Modeling) e Digital Twin.
Attraverso la connessione diretta con i modelli informativi BIM, i software di simulazione dinamica sono oggi in grado di dialogare ed ottenere le informazioni geometriche e tipologiche in automatico.
Il passo successivo è rappresentato dal Digital Twin, una replica digitale dell’edificio che combina:
- dati reali provenienti da sensori IoT;
- algoritmi predittivi basati su intelligenza artificiale;
- simulazioni dinamiche in tempo reale.
Questo approccio consente di monitorare continuamente le prestazioni energetiche effettive, individuare deviazioni dal comportamento atteso e ottimizzare i parametri di esercizio, trasformando la simulazione dinamica in un sistema di controllo adattivo a supporto dell’efficienza e della sostenibilità a lungo termine.
La simulazione dinamica nel protocollo LEED
All’interno dei sistemi di certificazione ambientale, in particolare nel protocollo LEED v4 e v4.1, la simulazione dinamica assume un ruolo determinante per il conseguimento del credito “Optimize Energy Performance” nella categoria Energy and Atmosphere.
L’impiego di software come IDA ICE permette di:
- costruire modelli baseline e proposed conformi agli standard LEED;
- simulare con precisione l’interazione tra involucro, impianti e occupanti;
- quantificare i risparmi energetici in termini di site energy, source energy e emissioni di CO₂.
Grazie alla simulazione dinamica, è possibile ottimizzare il progetto già in fase preliminare, orientando le scelte verso soluzioni che massimizzano il punteggio LEED, riducendo al contempo i costi operativi dell’edificio.
Qui trovi un nostro approfondimento sul ruolo della simulazione dinamica nel LEED: Punteggio LEED con la simulazione dinamica
Software IDA ICE
IDA Indoor Climate and Energy, prodotto dalla EQUA Simulation AB è tra i migliori software di simulazione dinamica. Ormai da anni il software è usato anche nelle Università italiane, nei corsi di laurea di ingegneria ed architettura dove sono state realizzate diverse tesi con questo programma.
L'evoluzione ha portato ad utilizzare la simulazione dinamica, oltre che nella ricerca, nelle Diagnosi Energetiche, in interventi di riqualificazione energetica e nella progettazione di edifici ad alta efficienza.
Per saperne di più leggete il nostro articolo dove EnUp ha seguito la progettazione energetica del Quirinale a Roma con la simulazione dinamica: Riqualificazione impianto termico nel Palazzo del Quirinale, Roma
EnUp S.r.l. è rivenditore del software "IDA ICE", cura i corsi di formazione e l'assistenza del software in Italia.
Maggiori informazioni su IDA ICE
Domande Frequenti
Che differenza c'è tra simulazione dinamica e statica?
La simulazione statica usa medie mensili approssimative. Quella dinamica analizza l'edificio ogni ora o minuto, considerando inerzia termica e variabili climatiche reali.
Quanto si risparmia con la simulazione dinamica?
Evitando impianti sovradimensionati e ottimizzando l'involucro, si possono ridurre i costi di installazione e gestione fino al 30% lungo l'intero ciclo di vita dell'edificio.
Qual è il software migliore per la simulazione dinamica?
IDA ICE è considerato lo standard di eccellenza per precisione e affidabilità, utilizzato sia in ambito accademico che professionale per edifici complessi.
