Estratto Tesi di laurea: Studio e progettazione di facciate attraverso l'analisi della radiazione solare e il visual scripting

L’utilizzo di software parametrici e l’influenza dei parametri ambientali nella progettazione preliminare: Vasari & Dynamo

 

“La sostenibilità di un edificio si decide in larga parte nelle prime fasi dei processi di progettazione edilizia, alla base di Project Vasari c’è la volontà di dare una risposta a questa problematica offrendo al mercato soluzioni concrete per affrontarla e superarla. Project Vasari consente a chiunque, non solo agli utenti di Revit, di vedere e sperimentare molti dei benefici derivanti dall’applicazione delle analisi energetiche alle prime fasi di sviluppo concettuale dei progetti architettonici.”27

 

Si tratta di un modellatore stand-alone, che non richiede l’installazione di Autodesk Revit, ma è stato sviluppato con lo stesso linguaggio. Permette quindi di effettuare le prime analisi di un progetto nelle prime fasi della progettazione.

Lo strumento Conceptual Energy Analysis è incluso all’interno di Project Vasari per consentire di convertire in modo automatico un modello concettuale in un modello analitico per l’analisi energetica così da poter raccogliere informazioni sui consumi e costi energetici sin nelle primissime fasi del processo di progettazione.

Inoltre con Vasari è possibile calcolare la radiazione solare che colpisce le superfici. Dato importantissimo come vedremo in seguito, soprattutto nelle prime fasi della progettazione.

 

L’irraggiamento e la misurazione della radiazione solare

L’irraggiamento è uno dei tre modi in cui può essere trasferito il calore, (conduzione, convezione e irraggiamento). In termodinamica e elettromagnetismo esso viene inteso come un passaggio di energia tra due corpi mediante onde elettromagnetiche. Nel nostro caso parliamo più precisamente di Irraggiamento termico.

L’energia trasmessa dal sole è tale da giungere sulla terra e trasmettere calore ai corpi che investe. La quantità di flusso che giunge su un corpo, per unità di tempo e superficie, si chiama irradianza, e si misura in W/m2 .

I fattori principali che influiscono sull’irragiamento che riceve un corpo (o un’edificio) sono essenziallmente:28

  • Posizione Geografica
  • L’ora e il giorno
  • Condizioni atmosferiche
  • Orientamento e posizione della superfice stessa

 

 

Quest’ultimo in particolare è quello che ci interessa maggiormente, poichè è quello sul quale possiamo intervenire a livello progettuale. Lavorando in un clima caldo, dobbiamo sempre tener presente che il maggior quantitativo di energia viene utilizzato per raffrescare, quindi il nostro obbiettivo è quello di ridurre la temperatura all’interno del nostro edificio sin dalle prime fasi della progettazione. Un metodo molto efficace è per l’appunto quello di evitare l’iraggiamento diretto di quest’ultimi.

 

Sappiamo che la radiazione solare è importante per il raffrescamento e il raffredamento passivo dell’edificio e per l’illuminazione naturale, ma anche per la produzione di energia pulito in situ. Sapere l’incidenza della radiazione solare sul nostro progetto è nell’intorno si rileva un dato estremamente importante.

L’intensità del sole varia a secondo delle condizioni atmosferiche e dell’angolo di incidenza sulla superfice terrestre. Più i raggi saranno perperdicolari alla superficie maggiore sarà la loro potenza.

 

 

Il sole visto dallo SKYLABS, Nasa.       

Power from the Sun by by William Stine and Michael Geyer, capitolo 2

 

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Power from the Sun by by William Stine and Michael Geyer, capitolo 2.

La radiazione solare incidente viene espressa in unità di energia per area (nello specifico di Vasari in W/mq, kW/mq oppure BTU/ftq) edè uno dei dati più utili nella progettazione preliminare. Viene anche chiamata  Insolation (da INcident SOLar radiATION) e può essere espressa in unità di energia accumulata per unità di tempo (ore, giorni, anni).

Radiazione solare incidente, simulata dal software Autodesk Project Vasari.

La radiazione solare incidente è composta da due elementi principali:

  1. Radiazione diretta dal sole che è sempre misurata perpendicolarmente ai raggi solari.
  2. Radiazione diffusa che dipende sia dalla nuvolosità che dall’atmosfera. Viene misurata su una superficie orrizzontale.

Esempi di differente distribuzione dellenuvole nel cielo, Autodesk Sky Illumince Ecotect.

I dati per la radiazione diretta e la radiazione diffusa, sono inclusi nei Wheather Files che il software utilizza.

 

Confronto tra l’insolation in assenza di nuvole (teorica) e la presenza di nuvole.

 

Un cielo nuvolo riduce l’ammontare di radiazione diretta a favore di una radiazione diffusa. Dell’energia totale che viene dal sole più di un terzo vine riflessa nello spazio, e circa il 20% raggiunge la superficie sotto forma di radiazione diffusa, tutto il resto arriva sotto forma di radiazione diretta.

I valori della radiazione solare incidente che vengono calcolati e visualizzati da software come Vasari, Revit o Ecotect, sono basati sulla specifica forma dell’edificio in analisi. Il risultato finale deriva dai dati di radiazione diretta e diffusa dei wheater data, la forma dell’edificio e l’intervallo di tempo in cui si esegue l’analisi.

Il calcolo usato dal software tiene conto dell’ombreggiamento dato dagli edifici circostanti (Fshading), la porzione di cielo visbile dalla superfice in analisi(Fsky), e l’angolo di incidenza tra il sole e la superficie analizzata (theta). Essendo la radiazione solare incidente la misurazione di quanta energia colpisce l’elemento, il materiale dello stesso, non ha alcuna influenza all’interno del calcol in questione.

 

L’ammontare della porzione di cielo visibile da una superficie (Fsky) viene determinata applicando una maschera solare sulla volta celeste, Autodesk Sustainabilty Workshop.

 

L’equazione che sta dietro i valori forniti dal programma è:

 

Incident solar radiation = (Ib* Fshading * cos(theta)) + (Id * Fsky)+ Ir

Dove:

Ib = Radiazione solare diretta

Id  = Radiazione solare diffusa

Ir = Radiazione riflessa dal terreno

Fshading = Fattore d’ombreggiamento (=1 non ombreggiato, =0 ombreggiato)

Fsky = Fattore di cielo visibile

Theta = Angolo d’incidenza tra il sole e la superficie

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La radiazione solare quindi, è la quantità di energia che colpisce una superfice. Non ci dice necessariamente quanta radiazione è assorbita dalla facciata dell’edificio, trasmessa dalle finestre o riflessa indietro. Questo dipende dalle proprietà del materiale irradiato e segue generalmente questa regola:

100% incident – reflected = Absorbed  + Transmitted 

Attreverso Vasari o Revit, non possiamo calcolarci questi valori direttamente. Tuttavia possiamo sfruttare le informazioni sulla radiazione solare per progettare adeguatamente aperture, ombreggiamento, zone massive e la forma stessa dell’edificio.

Per un analisi più dettagliata delle prestazioni termiche dell’involucro, come vederemo nel capitolo successivo ci affideremo ad altri software come ad esempio THERM sviluppato da Lawrence Berkeley National Laboratory e dal dipartimento per l’energia degli Stati Uniti.

 

L’obiettivo quindi è quello di creare una schermatura che possa assorbire la maggior quantità possibile di radiazione solare diretta in modo da proteggere l’edificio. Per fare questo dobbiamo essere in grado di determinare la quantita di radiazione solare colpisce la nostra schermatura in ogni posizione e orientamento possibile e scegliere la migliore.

Ovviamente anche riducendo il range di possibilità a quelle concesse dai vincoli strutturali, dell’intorno e architettonici le possibilità da vagliare sono troppe per poter essere valutate. Da qui l’idea di utilizzare un software che unisca il calcolo della radiazione solare incidente e la possibilità di gestire e far variare geometrie parametricamente. In poche parole guideremo il modello attraverso lo studio della radiazione solare.

Inoltre vogliamo  ottimizzare anche l’esposizione della copertura, in modo da poter ottenere il massimo guadagno energetico dai pannelli fotovoltaici che la ricoprono.

Autodesk Project Vasari

Si tratta di un modellatore stand-alone, che non richiede l’installazione di Autodesk Revit, ma è stato sviluppato con lo stesso linguaggio. Permette quindi di effettuare le prime analisi di un progetto nelle prime fasi della progettazione.

 

Simulazione della radiazione solare eseguita dal software Autodesk Project Vasari.

 

Nelle pagine precedenti abbiamo detto che il dove è un parametro estremamente importante nell’analisi della radiazione solare, abbiamo anche accennato al fatto che Vasari attraverso dei Wheater Files tiene conto dei vari fattori che influenzano la radiazione solare come, incidenza dei raggi e nuvolosità media (in particolare negli studi annuali). Per fare questo, vasari si appoggia all'Autodesk Climate Server, una rete di rilevamento climatico si basa su 3 metodologie:

  • Virtual wheather station: il sistema di staizoni meteo virtuali di Green Building Studio, basato su elaborazioni di dati meteorologici. Elaborate dal NOAA.
  • Physical wheather station: basato su stazioni meteorologiche reali.
  • Historical data: una banca dati dello storico meteo del luogo.

Ovviamente questa rete di dati costantemente aggiorna, si rileva utilissima anche per le analisi termiche e lo studio dei venti.

Il progetto elaborato in Revit o Vasari viene così georeferenziato, il sistema si aggangerà alla stazione di rilevamento più vicina (dovremo stare attenti tuttavia, se sia quella che monitora il clima più simile a quello del nostro edificio, guardando ad esempio l’altimetria).

 

 

 

Autodesk Climate Server, rete di rilevamento bioclimatica negli USA.

 

Tipologie di output per l’analisi della radiazione solare

L’analisi della radiazione solare in Vasari ci ha la possibilità di selezionare diverse tipologie di dati di output a secondo delle nostre esigenze.

Inanzitutto, la sommatoria della quantità di energia irradiata su una superficie può essere calcolata in tre modi: Peak, Average, Cumulative.

 

Peak - E’ il massimo valore rilevato durante il periodo di studio, viene utilizzata se vogliamo conoscere nell’arco di un lungo periodo la condizione più sfavorevole dal punto di vista termico per l’edificio. E’ molto utile nel calcolo degli impianti di condizionamento e nella progettazione preliminare per evitare situazioni estreme. La radiazione solare incidente è un parametro molto influente dal punto di vista del raffrescamento sia naturale che meccanizzato dell’edificio.

 

Average - E’ la media oraria di tutti i valori rilevati nel periodo di studio, (la media è calcolata solo in base alle ore diurne). Questa analisi viene utilizzata non solo per conoscere i valori di radiazione solare nell’arco di una stagione ma anche nei soli orari di funzionamento e di attività dell’edificio. Con questa analisi possiamo stimare il potenziale guadagno termico passivo dell’edificio nei mesi invernali, quando l’accumolo di calore è richiesto. Inoltre se messo in funzione di un coefficiente di efficienza di un impianto fotovoltaico possiamo stimare l’outpu di energia che possiamo ottenere.

 

Cumulative - E’ il totale di tutti i valori calcolati nel periodo di studi. Possiamo usarla per calcolare il totale dell’energia accumulato in qualunque intervallo di tempo ci interessi. E’ molto utile per capire con quali quantità di energia dobbiamo lavorare poichè rispotto a un calcolo di media rispiecchia maggiormente i valori reali, sarà il tipo di analisi che utilizzeremo maggiomente.

Dynamo

Dynamo  è un ambiente di programmazione visiva sviluppato per il Building Information Modelling. Nonostante isa Revit che Vasari, siano software parametrici, Dynamo estende le sue capacità di gestione a dati astratti e funzioni logiche, governabili attraverso un algoritmo grafico, molto simele a Grasshopper per McKneel Rhinoceros. Tutto questo permette all’utente di condividere facilmente il lavoro di altri o di complirare il codice lui stesso.

 

Dynamo rientra nei software open-source e chiunque può scaricare il codice sorgente del programma e migliorarlo.

L’ambiente di lavora di Dynamo è basato su un desk vuoto, in cui è possibile posizionare i vari Node e connetterli con i Wires.

 

I Node quindi sono elementi che si posizionano e collegano tra loro per formare un Visual Program, essi possono possono rappresentare  elementi di Revit come Model Lines o Reference Point oppure funzioni matematiche. Tutti in Node hanno un Input e un Output rispettivamente posizionati a sinistra e destra in modo da facilitare la compilazione dello script. Inoltre i Node possono essere modificati dall’utente sempre all’interno Dynamo in modo da creare Node personalizzati, formati da altre funzioni al loro interno.

 

Il modello guidato dall’analisi della radiazione solare.

 

Mazria, E. (1979). Passive Solar Energy Book, Rodale Press.

Come  abbiamo detto vogliamo ottimizzare la quantità di radiazione

solare che colpisce la schermatura andando a lavorare sull’orientamento di questa. Faremo in modo che Dynamo legga i risultati dell’analisi sulla radiazione solare di Vasari ad ogni variazione di un parametro che guiderà la rotazione della schermatura, ed individui la migliore.

Per quanto riguarda la copertura invece, essendo una superfice a doppia curvatura, che viene generata dall’elevazione di uno dei vertici, creeremo un parametro che guidi l’altezza di questo punto (quello a Nord per la precisione).

 

Parametrizzazione dell’orientamento

Il modello che utilizzeremo è stato realizzato in modo tale da seguire un parametro  increment, ruotando o spostandosi di n unità, quante stabilite in un altro partametro angleincrement heightincrement. Useremo Dynamo per far compiere degli spostamenti iterativi alle superfici, in modo da trovare la posizione migliore in relazione al sole e all’ombreggiamento dato dall’intorno.

 

 

 

Impostare l’esportazione automatica della radiazione solare

Vasari permette di esportare l’analisi sull’irraggiamento in un file CVS, aggiornando i risultati in tempo reale in base alle variazioni eseguite sia sul modello che sui range di analisi. In questo modo ottiamo un sheet dei valori della griglia di analisi completamente interattivo con il modello.

 

A questo punto possiamo ripassare all’ambiente di Dynamo e creare lo script che ci permetta di:

  • Variare l’angolo di rotazione o l’altezza dell’elemento un deteminato numero di unità compiendo un iterazione tramite una numero determinato di incrementi. Questo approccio è chiamato brute force poichè ogni incremento è prima eseguito e solo dopo calcolato.
  • Leggere e analizzare i valori dell’analisi della radiazione solare. computare il totale per ogni incremento.
  • Comparare le varie analisi tra loro al variare di ogni parametro.
  • Quando tutte le iterazioni sono state eseguite, aggiornare il modello alla più performante.

 

Cominciamo con la creazione dello script. Nell’immagine sottostante possiamo vedere alcuni Input:

 

Il Family Instance Selection selezione la famiglia alla quale vogliamo far eseguire le iterazioni, String definisce il nome del parametro di incremento, con i dueNumber definiamo l’entità dell’incremento e il numero di iterazioni che vogliamo far compiere. Quest’ultimi sono scelti inbase ai vincoli imposti dal progetto stesso e dall’intorno. Infine nel node Filename indichiamo il CVS da cui importare le analisi.

L’operatore logico di tutto il procedimento è il node Solar Radiation Optimizer. Gli altri node rappresentano gli input. Lanciamo lo script ed osserviamo il programma compiere le iterazioni necessarie.

 

Example 7, Autodesk LTD, WikiHelp Autodesk Dynamo for Vasari.

Per capire meglio come lavora il Solar Radiation Optimizer guardiamo come è composto il node al suo interno.

 

Come vediamo anche qui abbiamo una serie di Input, che corrispondono a quelli immessi a livello superiore. Il nocciolo del lavoro viene eseguito dal nodeSolarradopt il quale esegue le iterazioni, o meglio le ricorsioni, attraverso le permutazioni. Il node Solarradupdate deriva dagli output del Solarradopt ed ha il compito di aggiornare a ogni iterazione la famiglia.

 

Come abbiamo detto il Solarradopt si occupa della parte principale del lavoro, ossia di leggere il CSV delle analisi attraverso il node ReadFile e ExtractSolarRadiationValue e dopo compararla con la precedente utilizzando Solarracomp.

Se notiamo bene all’interno del node Solarradopt troviamo un node Solarradopt. Questo tipo di situazione viene definito algoritmo ricorsivo, ossia unalgoritmo espresso in termini di se stesso, ovvero in cui l'esecuzione dell'algoritmo su un insieme di dati comporta la semplificazione o suddivisione dell'insieme di dati e l'applicazione dello stesso algoritmo agli insiemi di dati semplificati.

Tale tecnica risulta particolarmente utile per eseguire dei compiti ripetitivi su di un set di variabili in input, come nel nostro caso dove lo stesso elemento viene analizzato più volte ma sempre in posizioni diverse. L'algoritmo richiama se stesso generando una sequenza di chiamate che ha termine al verificarsi di una condizione particolare che viene chiamata condizione di terminazione, che in genere si ha con particolari valori di input.

La tecnica ricorsiva permette di scrivere algoritmi eleganti e sintetici per molti tipi di problemi comuni, anche se non sempre le soluzioni ricorsive sono le più efficienti. Questo è dovuto al fatto che comunemente la ricorsione viene implementata utilizzando le funzioni, e che l'invocazione di una funzione ha un costo rilevante, e questo rende più efficienti gli algoritmi iterativi.

 

Il node Solarracomp  si occupa invece di comparare le varie analisi tra loro attraverso tre variabili. La variabile Old contiene i risultati dell’analisi e la sua iterazione. La variabile Data è la nuova analisi e newAmt è il numero della nuova iterazione. Se List è maggiore della vecchia iterazione allora si passa alla listsuccessiva conservando quest’ultima altrimenti viene scartata. Tutto questo attreverso il node che contiene la funzione logica semplice If.

 

Torniamo infine al node Solarradupdate. Questo node esegue l’operazione finale. Il valore maggiore filtrato attraverso il node Solarradopt, il quale viene estrapolato attraverso tutte le ricorsioni fino al valore maggiore e verificato attraverso ognuno di esse. Quindi il valore finale viene mandato al Solarradupdateche ci resituirà un valore di incremento, quello ottimale, attraverso il node Get che inviarà quest’input  al node Set Instance Parameter.

 

In questo modo abbiamo ottenuto l’inclinazione della copertura e della facciata migliori, nei limiti imposti dal progetto e dall’intorno.

Attraverso l’utilizzo di software di programmazione visiva siamo stati di utilizzare gli strumenti di analisi ambientale di Vasari. Lo sviluppo di questi due software è ancora all’inizio, Vasari è una beta e Dynamo una versione alpha. Tuttavia continuando su questa strada sarà possibile realizzare componenti e famiglie in grado di scambiare informazioni di diverso genere in modo sempre più efficiente e completo. In questo modo il progettista avrà sempre più possibilità di sviluppare e reinterpretare i suoi strumenti, in modo da potersi muovere sempre più agevolmente tra essi, rendoci così in grado di poter sperimentare in modo molto più consapevole una vasata gamma di possibilità, riducendo sempre più le distanze tra chi crea il software e chi lo utilizza.

 

27. Phil Bernstein, Autodesk vice president of industry relations.

28. Arch. Maria Leporelli, L’influenza della radiazione solare sul comportamento energetico degli edifici – teoria e “numeri”.29. Solar Radiation Metrics, 29. Autodesk Sustainability Workshop.
 

Mar, 21/10/2014 - 19:10
Riqualificazione di un edificio scolastico nel messinese, verso un'architettura mediterranea ad alta efficienza. Sintesi tesi

Tradizione e innovazione, tecnologia e tettonica delle forme, design energetico e strutturale, sono questi i binomi che abbiamo sintetizzato per dare forma a nostro progetto. Questo lavoro descriverà il progetto di riqualificazione architettonica ed energetica della scuola elementare Leonardo da Vinci, nel villaggio Altolia, Messina.Attraverso la progettazione di un involucro, l’aggiunta di uno spazio comune e la riqualificazione energetica ed impiantistica, riqualifichiamo non solo un edificio di istruzione scolastica, ma un vero e proprio spazio della comunità, che va a risanare i vuoti creati da una perdita di identità delle zone rurali del nostro paese.

Riqualificazione di un edificio scolastico nel messinese, verso un'architettura mediterranea ad alta efficienza.
Stud. Vincenzo Panasiti, Nicolas Ombres.
Relatore: Prof. Arch. Gabriele Bellingeri
Corelatori: Prof.ssa Ing. Ginevra Salerno, Prof. Arch.Stefano Converso.

la versione integrale può essere liberamente scaricata qui

 

Tradizione e innovazione, tecnologia e tettonica delle forme, design energetico e strutturale, sono questi i binomi che abbiamo sintetizzato per dare forma a nostro progetto. Questo lavoro descriverà il progetto di riqualificazione architettonica ed energetica della scuola elementare Leonardo da Vinci, nel villaggio Altolia, Messina.

Attraverso la progettazione di un involucro, l’aggiunta di uno spazio comune e la riqualificazione energetica ed impiantistica, riqualifichiamo non solo un edificio di istruzione scolastica, ma un vero e proprio spazio della comunità, che va a risanare i vuoti creati da una perdita di identità delle zone rurali del nostro paese.

 

Al giorno d’oggi ci sono due grandi problemi che affligono l’edilizia italiana: il 70% degli edifici sono antecendenti a qualunque normativa sul risparmio energetico e il progressivo abbandono dei paesi. L’abbandono dei paesi, oltre a generare zone fantasma nel territorio nazionale contribuisce alla perdità delle identità locali e a tutte le variegate realtà culturali che da sempre sono state un carattere fondamentale del nostro paese. Inoltre via via la qualità della vità degli abitanti rurali diminuisce. Inoltre i vecchi edifici sono la causa maggiore delle emissioni di CO2. Le zone rurali come Altolia rappresentano un importantissimo giacimento culturale del territorio. Attraverso questo intervento intendiamo contribuire al mantenimento della popolazione rurale attiva in loco valorizzando le risorse endogene locali e aumentare l’attrattività degli ambiti rurali, attraverso la valorizzazione delle componenti culturali, architettoniche e paesaggistiche. La riqualificazione di questo patrimonio è importante sia per gli interessi storici, artistici e paesaggistici, ma anche come contributo al miglioramento della qualità delle condizioni di vita delle popolazioni rurali.

Il commissario dell’ENEA ha sottolineato di recente l’importanza delle riqualificazioni energetiche rispetto alla demolizione e ricostruzione, in concomitanza con la presentazione del rapporto del National Trust for Historic Preservation, dove a seguito di uno studio di diversi anni ha provato che la riqualificazione invece della demolizione comporterebbe un impatto ambientale minore del 49% con un 50% di occupazione in più. Abbiamo scelto di intervenire sulla scuola, poichè è uno dei punti principali di aggregazione del paese e di rappresentanza delle istituzioni. Durante l’alluvione del 2009 l’edificio è stato utilizzato come base operativa e punto di raccolta dalla protezione civile. Abbiamo voluto creare quindi uno spazio non solo di istruzione ma anche di identità del paese stesso.

Altolia, frazione collinare della I Circoscrizione del comune di Messina, posta a circa 16 km a Sud della città e a 5 km dalla Strada statale 114 Orientale Sicula, passante per Giampilieri Marina.

Il paese è situato al confine col comune di Scaletta Zanclea, sulle alte colline che sovrastano la vallata del torrente Giampilieri, tra agrumeti, vigneti e oliveti. Il suo nome è cambiato nei secoli: ActiliaArtiliaArtaliaArteliaLartiliaArtolia, per finire poi in Altolìa, che significherebbe "Luogo lontano dal mare".

Il nucleo più antico del villaggio sorge sul costone di una montagna che crea un ansa con l’omonimo torrente. L’intera zona fa parte di un sistema idrografico che copre gran parte della costa Ionica del messinese, caratterizzata da sistemi torrentizi che scendono sfociano verso il mare, plasmando l’orografia di tutto il fronte costiero. Il paese è composto principalmente da edifici di vecchia costruzione, in particolare tutta la parte sulla dorsale nord della montagna, che o è anche la migliore dal punto di vista idrogeologico e bioclimatico. La parte più moderna si è sviluppata lungo la provinciale, inglobando anche un piccolo insediamento a NW.

Negli anni 70 sono state realizzate dei caseggiati di edilizia popolare a valle della provinciale, vicino al greto del torrente. Purtroppo alcune di queste zone sono state devastate dall’alluvione del 2011 che ha colpito il messinese.

Le strade sono composte in larga parte da stretti vicoli pedonali. L’edificio scolastico costruito nei primi anni 50, sorge a ridosso del greto del fiume proprio a valle della strada provinciale.

L’edificio è di due piani con un giardino terrazzato che la circonda.  è composto da setti di muratura portante  ed è stato fino ai primi anni 80 scuola elementare e media, per poi diventare solo elementare (con la costruzione della scuola media vicino giampilieri. Alcuni anni fa è stato rimesso a norma l’impianto elettrico e gli accessi per i disabili. sono stati anche posizionati dei condizionatori split e sostituiti gli infissi.

L’edificio al suo stato attuale presenta diversi problemi. Primo tra tutti legati alla radiazione solare. L’edificio si trova sulla dorsale sud della montagna, con le aule a SE. il mancato isolamento e il cattivo orientamento, comporta un notevole dispendio di energia per tenere l’edificio in una situazione di comfort, che comunque non viene raggiunta. Inoltre lo spazio esterno è freddo in inverno e rovente d’estate, rendondolo di fatto inutilizzabile.

 

Gli edifici attualmente non sono solo la parte che produce più co2, ma è anche il settore dove la potenziale riduzione delle emissione è maggiore.

 

Negli edifici del passato possiamo riscoprire accorgimenti, che contribuivano a creare ambienti confortevoli per l’uomo, affinati nei secoli, adattandosi alle nostre latitudini. Il nostro intervento è stato pensato per funzionare bene nel clima mediterraneo, dove la difesa dal caldo è spesso più importante della difesa dal freddo. Alle nostre latitudini spendiamo molta più energia per raffrescare che per riscaldare. Una delle strategie più importanti è la protezione dalla radiazione solare, l’accumolo inerziale del calore e la sua dissipazione sfruttando le variazioni di temperatura giorno/notte. Ovviamente dovremo sempre tener conto del comportamento invernale dell’edificio. Soprattutto nel contesto dove andremo ad operare, poichè le temperature possono scendere sotto lo zero nei periodi invernali. Il bilanciamento di questi due comportamenti rende la progettazione in clima mediterraneo molto più difficile rispetto ai climi nordici. Nonostante la grandissima varietà dell’architettura del mediterraneo, tutti i modelli sono legati da una forte integrazione tra spazi chiusi e spazi semiaperti (corti, patii) in questo modo si creano dei luoghi riparati dal freddo durante i mesi freddi, ma anche dalla radiazione solare durante i mesi estivi. La progettazione di un buon microclima esterno è un passo importante per la realizzazione del benessere igrotermico. Ma come approcciarsi a un edificio già esistente, in cui per ragioni statiche non possiamo modificare aperture e bucature? Guardando l’architettura del paese, abbiamo capito che la soluzione migliore, fosse quella di un involucro, che protega l’edificio dalla radiazione solare diretta e contemporaneamente crei degli spazi di comunione all’esterno dell’edificio. Abbiamo avvolto quindi l’edificio in un involucro che riprende l’idea della vite che ricopre e protegge e richiama il muro a secco dei terrazzamenti che ripara.

Il processo progettuale del nostro intervento è basato su un’innovativa rete di piattaforme multidisciplinari attraverso l’uso di tecnologie digitali avanzate. Il rischio che si corre è quello di sviluppare modelli indipendenti relativi ai vari aspetti, che potrebbero contraddirsi a vicenda. Il primo passo è stato quello di creare un modello di sintesi condiviso, che ci permettesse di avere una base condivisa da cui poter estrapolare le informazioni necessarie. In questo il progetto ruota intorno a un modello parametrico: ossia un modello guidato dalle informazioni che vengono fornite dalle varie analisi (energertiche, strutturali, ecc.).

Per lo sviluppo di questo modello abbiamo optato per un software BIM (Building Information Modelling) dell’autodesk: Revit. La scelta è ricaduta su Revit sia per la notevole diffusione del prodotto (soprattutto all’estero) sia per aver già sperimentato una gestione multidisciplinare nel team MedInItaly durante la competizione Solar Decathlon Europe 2012 sempre utilizzando Revit. 

L’utilizzo di un modello parametrico nel nostro progetto, fin dal prime fasi, ci ha permesso di lavorare parallelamente sul concept, curando contemporaneamente gli aspetti legati alla struttura e all’efficienza energetica.

 

Attraverso l’uso di un wireframe geometrico 3D, abbiamo rielaborato la procedura di scambio dati tra software di modellazione grafica (modello composto da triangolazioni mesh) e software ad elementi finiti. La geometria della copertura modellata all’interno di Vasari attraverso un software di visual scripting è stata esporta nel modello di montaggio e nel modello di calcolo strutturale. In questo modo siamo riusciti a capire come discretizzare e realizzare la superficie rigata della copertura. Effettuate le opportune modifiche sia geometriche che strutturali abbiamo analizzato di nuovo la geometria della copertura controllando che mantenesse le sue performance energetiche.

 

All’inizio del processo di progettazione abbiamo studiato le condizioni climatiche del sito.

 

 

Il nostro obiettivo è quello quindi di ridurre i carichi termici dell’edificio, favorire la ventilazione assicurandoci che le prestazioni invernali non siano compromesse. Abbiamo quindi valutato il comportamento del nostro edificio nel periodo invernale e nel periodo freddo, attraverso degli schemi qualitativi del comportamento, in seguito le analisi quantitative hanno dato la conferma necessaria ai nostri ragionamenti. Ovviamente questo non è stato un percorso unidirezionale, ma man mano che le analisi confermavano o smentivano le nostre supposizioni, tornavamo indietro rivalutando e cambiando le nostre scelte progettuali in base ai dati che ottenevamo.

Abbiamo progettato prestato particolare attenzione quindi all’isolamento termico, sfruttando l’inerzia termica delle pareti 

Abbiamo progettato l’involucro sfruttando gli spostamenti d’aria e la ventilazione naturale.

Parallalemente abbiamo verificato i nostri ragionamenti con un software di fluidodinamica.

 

A livello di radiazione solare. Attraverso un software di visual script (Dynamo), abbiamo compilato un algoritmo iterativo, in grado di far variare l’orientamento della facciata e della copertura in base.

 

 

L’obiettivo quindi è quello di creare una schermatura che possa assorbire la maggior quantità possibile di radiazione solare diretta in modo da proteggere l’edificio. Per fare questo dobbiamo essere in grado di determinare la quantita di radiazione solare colpisce la nostra schermatura in ogni posizione e orientamento possibile e scegliere la migliore. Ovviamente anche riducendo il range di possibilità a quelle concesse dai vincoli strutturali, dell’intorno e architettonici le possibilità da vagliare sono troppe per poter essere valutate. Da qui l’idea di utilizzare un software che unisca il calcolo della radiazione solare incidente e la possibilità di gestire e far variare geometrie parametricamente. In poche parole guideremo il modello attraverso lo studio della radiazione solare. Inoltre vogliamo ottimizzare anche l’esposizione della copertura, in modo da poter ottenere il massimo guadagno energetico dai pannelli fotovoltaici che la ricoprono.

Abbiamo progettato l’impianto in modo tale da sfruttare l’inerzia delle pareti e sopratutto per codizionare i locali evitando cambi di temperatura imporvvisi e zone con aria troppo veloce, anche qui abbiamo verificato il tutto con un software di FD.

La qualità della luce è stato uno degli aspetti centrali del nostro progetto, esiste un vasto corpus di leggi in materia di illuminotecnica tuttavia questo approccio non prendeva però in considerazione la percezione. Rimanevano al di fuori delle regole quantitative dell'illuminazione le modalità in cui l'uomo percepisce chiaramente le strutture e l'illuminazione comunica anche un effetto non solo estetico, ma anche di comfort e benessere fisiologico dovuta alla qualità della luce. Come diceva Juhani Pallasmaa, "Persino l'occhio tocca".

Abbiamo studiato il comportamento della luce artificiale in base alla funzione degli spazi. Sostituendo i vecchi apparecchi con lampade a LED dimmerabili Il lavoro di M.R. Bradley Advanced Sensors and Controls for Building Applications: Market Assessment and Potential R&D mostra come attraverso la dimmerazione degli apparecchi luminosi è possibile risparmiare fino al 58% dell’energia per l’illuminazione all’interno di un aula scolastica. Inoltre potendo gradualmente dimmerare la quantità di luce artificiale non si creano situazioni di stress visivo, poichè l’occhio dei bambini può abituarsi gradualmente alle nuove condizioni visive.

Lo studio della radiazione solare inoltre ha comportato a un’accurata progettazione degli elementi di ombreggiamento, che corrispondono a una parte molte importante del nostro intervento. Come abbiamo visto la facciata basandosi su modelli architettonici locali si comporta in modo eccellente, favorendo l’ingresso della luce diffusa è bloccando la radiazione diretta. Particolare attenzione è stata rivolta soprattuto agli spazi esterni, dove il nostro intervento si propone di creare spazi di mediazione tra l’esterno e l’interno, comfortevoli sia in estate che in inverno.

 

Per prima cosa abbiamo dimensionato la profondita dell’involucro in modo tale da permettere alla radiazione diretta di passare nei mesi più freddi, ma bloccandola nei periodi caldi. Quindi l’importante è capire che la luce più confortevole energeticamente arriva dal cielo, non dal sole. Anche in questo caso, non dobbiamo cadere nell’errore tipico di questo tipo di progettazione, dove si cerca di ottenere una luce il più uniforme possibile, abbandonando tutto lo spessore architettonico che essa da all’edificio. Abbiamo cercato di creare un equilibrio tra luce diffusa e luce diretta può creare una situazione energeticamente confortevole e al tempo stesso non sacrificare il carattere dell’edificio. Nella maggior parte del tempo avremo differenti scenari misti di luce naturale e luce artificiale. La luce naturale è dimmerata automaticamente dalle condizioni meteorologiche e dalla posizione del sole, la luce artificiale è stata progettata in modo tale da essere dimmerata dagli utenti. A questo punto risulta essenziale simulare il comportamento misto, per poter avere sia una stima dei consumi, sia prevedere è verificare che tipo di ambiente abbiamo progettato. Per eseguire queste analisi abbiamo sfruttato appieno il modello di Revit, il quale come abbiamo già detto, coniuga le caratteristiche del modello architettonico al modello illuminotecnico. Da questo abbiamo potuto eseguire le analisi miste, dimmerando la luce artificiale secondo le nostre esigenze.

Oppure per scenari straordinari come in caso di emergenza.

La struttura di copertura una struttura in legno, scelta questa che ben si sposa con la finalità del progetto di inserirsi perfettamente in un ambito fortemente sismico. Infatti per sollecitazioni parallele alla fibratura, il materiale legno presenta una ottima efficienza strutturale, se paragonato ad altri materiali da costruzione. La struttura è stata progetta seguendo la normativa e l’eurocodice ai carichi verticali e orrizzontali. Dato che il paese si trova in zona sismica 1 (la più alta in Italia). La struttura è stata pensata come un sistema di portali incastrati. Abbiamo inoltre progettato i 3 nodi più significativi poichè era necessario assicurarsi che i nodi lavorassero effetivamente a incastro.

La facciata, basato sul progetto dragonfly di Buro Happold, La facciata viene concepita come un’insieme di laminati in alluminio, (4 tipologie in tutto), collegati gli uni agli altri tramite rivetti, in numero di 4 per ogni facciata del singolo elemento ed in misura di almeno tre facce per cella singola.

La facciata è stata verificata alla deformazione tensionale e agli sforzi di taglio, momento e tensione assiale attraverso l’importazione di un wireframe dal modello condiviso, in base alla normativa italiana.

 

Tuttavia per poter avere un riscontro effettivo delle scelte progettuali abbiamo pensato che fosse necessario un monitoraggio in tempo reale dei consumi energetici dell’edificio e delle condizioni bioclimatiche. Usman Haque direttore dell’Haque + Research, ha sviluppato una piattaforma di condivisione dati chiamata Pachube (ora Xively).

Pachube permette di inviare dati rilevati da sensori in tutto il mondo, dopo il terremoto in GIappone del 2011 Pachube è stato utilizzato dai volontari per collegare tutti i contatori Geiger dell’area di Fukoshima per studiare la ricaduta radiottiva. Basandoci anche sul progetto del ministero dell’ambiente “il sole a scuola” un’iniziativa per la diffusione della conoscenza dell’uso sostenibile dell’energia e dell’impiego delle fonti rinnovabili rivolta alla scuola secondaria superiore. Una maggiore consapevolezza sulle diverse fonti di produzione di energia e sulle conseguenze sull’ambiente del loro utilizzo da parte dei cittadini, costruita fin dai tempi della scuola, può infatti contribuire al conseguimento degli impegni assunti dal Paese a livello nazionale e internazionale sulle riduzioni delle emissioni dei gas serra e sulle altre sfide ambientali.

 

Abbiamo deciso di attrezzare il nostro edificio con una rete di sensori gestiti attraverso Arduino. Arduino è un framework open source che permette la prototipazione rapida e l'apprendimento veloce dei principi fondamentali dell'elettronica e della programmazione. Tramite Arduino possiamo acquisire i dati dell’edificio rilevati dai sensori ambientali e potenziometri. I sensori ambientali rilevano la temperatura degli ambienti interni e dell’esterno dell’edificio. I sensori potenziometri invece rilevano distintamente i consumi elettrici dell’illuminazione e dell’impianto, inoltre monitorando la produzione dell’impianto fotovoltaico e i consumi dalla rete elettrica.

 

Oltre i dati rilevati dalla sensoristica, andrando aggiunti anche i dati relativi all’edificio. I dati raccolti dalla sensoristica ambientale vengono inviati a un database online che attraverso un portale web fornirà un resoconto dettagliato di tutti i parametri monitorati. I dati potranno essere visualizzati da un “Energy Manager” che potrà valutarli e prendere decisioni su base di un flusso di dati reale. Qualora, come nel nostro caso non sia possibile, ne utile, una figura di “Energy Manager” gli stessi utenti della scuola potranno visualizzare molto facilmente questi dati e capire in modo semplice come attraverso piccole accortezze, come ridurre facilmente i consumi.

 

Attraverso la condivisione di questi dati, confrontati con un censimento degli interventi di riqulificazione effettuati, gli enti statali e locali possono avere un efficace strumento di controllo e verifica degli interventi da effettuare. I progettisti invece possono verificare attraverso l’uso di dati reali l’effittiva efficacia delle strategie progettuali ed energetiche utilizzate nell’ edificio. In questo modo si crea un knowhow della progettazione energetica nelle varie zone del paese.

 

- DATI DELL’EDIFICIO

- DESCRIZIONE DI EVENTUALI INTERVENTI DI RIQUALIFICAZIONE

- MONITORAGGIO DEI DATI E DEI CONSUMI REALI DELL’EDIFICIO

 

Attraverso un monitoraggio di tutto il territorio nazionale, risulterebbe più semplice stabilire i criteri di priorità per gli interventi di riqualificazione energetica delle scuole italiane.

Un sistema di monitoraggio e attuazione completamente automatizzato presenta numerosi svantaggi oltre che costi di realizzazzione e gestione molto elevati. Riservando il monitoraggio al sistema di sensori gestito da Arduino, le scelte attuative sono lasciate all’utente. Il quale attraverso i dati dell’ambiente ha la totale libertà di prendere scelte (come aprire le finestre, spegnere le luci o spegnere l’impianto) in completa libertà ma con un immediato riscontro degli effetti prodotti. In questo modo, si educa l’utente a prendere le scelte più vantaggiose lasciandogli tuttavia la totale libertà di scelta, in modo da non trovarsi mai “bypassato” dal sistema, nel momento in cui si presenta uno scenario particolare. Inoltre la gracifizzazione di concetti come il consumo e la produzione di energia, che altrimenti rischierebbero di essere solo concetti astratti, permette al bambino di sviluppare una coscienza della sensibilità sin da subito, rendendo azioni come spegnere le luci o chiudere il rubinetto dell’acqua, quasi naturali.

Si ringrazia l’architetto Cesare Augusto, per l’aiuto con la documentazione catastale e le planimetrie della scuola, il ragioniere Giuseppe Micali per la logistica e i referenti in loco, la guardia forestale della provincia di Messina per la cartografia e la documentazione aerea e infine ma non per importanza, tutta la comunità di Altolia per la disponibilità, i consigli e l’entusiasmo verso questo lavoro.

Mar, 21/10/2014 - 19:07
Dimmerazione Led con Arduino

Ecco i primi passi per utilizzare Arduino!

Per prima cosa dobbiamo procurarci il materiale, a cominciare ovviamente da Arduino stesso. Va bene qualunque board, io ho un Arduino Uno. 

Seconda cosa consiglio a tutti la guida di Massi Banzi, Arduino la guida ufficiale.

Bene adesso non resta che procurarci tutto il materiale elettrico o elettronico su cui riusciamo a mettere mano e cominciare!  Il materiale che ci serve molto probabilemtne è già a casa nostra, a giacere inutilizzato in vecchie tv, tastiere, telecomandi, telefoni ecc. Smontando qualunque di questi oggetti ormai spazzatura possiamo trovare tutto il materiale ce ci serve. Ma possiamo cmq comprare tutto quello che ci serve in qualunque negozio di elettronica. Pastorelli è molto fornito e si trova vicino al mattatoio. Prima avvertenza, quando andate in questi negozi, siate preparati!!! Se vi presentate chiedendo delle resistenze o dei termistori, dovete essere pronti a saper rispondere alla domanda "da quanto?" Pena la derisione da parte dei commessi e di tutti i vecchietti che affollano il negozio!

Il 99% delle domande  trovano risposta nella Legge di Ohm

Un accessorio assolutamente necessario, a meno che non siate esperti in saldature di circuiti è la Breadboard la quale ci permetterà di unire i circuiti incastrando!

A questo punto non rimane che scaricare il compilatore di arduino l'IDE (Ambiente di sviluppo integrato) applicazione in Java che utilizza le librerie C/C++....che significa? Che per compilare in Arduino non è necessario conoscere il linguaggio C/C++ ma semplicemente utlizare due funzioni: 

Passiamo all'azione.

Bene ora cominceremo da qualcosa di molto semplice, accenderemo un led e lo spegneremo GRADUALMENTE!!! Come possiamo fare? attraverso una tecnica  chiamata Modulazione di Larghezza di Impulso o PWM, in parole semplici: se facciamo lampeggiare un LED abbastanza rapidamente, non lo si vede più lampeggiare, ma si riesce a cambiare la luminosità cambiando il rapporto tra il tempo in cui sta acceso e quello in cui sta spento.

Assembliamo il nostro circuito in questo modo:

Il Led è collegato dall'anodo (+) al PIN digitale 9 e il suo catodo (-) ovviamente alla massa

E adesso compiliamo lo sketch:

La programmazione è molto semplice, notiamo come tutto quello che viene scritto dopo // non viene letto dal compilatore, ma è è molto utile per noi per ricordare cosa abbiamo fatto ecc. soprattutto in script molto lunghi.

E questo è il risultato:

<iframe width="640" height="360" src="http://www.youtube.com/embed/4FAq9j1ZCjk?feature=player_detailpage" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>

Il prossimo passora sarà che di dimmerare 3 LED di 3 colori diversi!

Mini lampada RGB

COme preannunciato ecco la dimmerazione con 3 LED dei colori RGB, con i quali, attraverso la sintesi ADDITIVA, riusciamo a  altri colori!

Per prima cosa creiamo il circuito con 3 LED

E ricombiliamo il codice come prima, ma facendo in modo che i LED si accendano in tutte le combinazioni possibili (RGB, RB, RG, GB, R, G, B)

Ma in questo modo non otteniamo altre tonalità....ecco perchè ora dobbiamo creare un diffusore!A cosa ci serve? In questo modo potremo aumentare la superfice diffondente dei LED e permetteremo ai colori di mescolarsi. Un semplice diffusore artigianale può essere creato costruendo una scatolina di carta e riempirla con dei fazolettini "tempo" (sono perfetti per ammorbidire la luce), ed ecco il risultato (a breve pubblicherò anche le altre immagini): 

Mar, 21/10/2014 - 19:00
Arduino & Firefly

Uno strumento molto potente per creare sofistificati modelli parametrici è senza dubbio GrasshopperGrasshopper è un editor visuale per lo scripting, completamente gratuito e progettato in modo da non richiedere conoscenze di programmazione. attraverso un intuitivo metodo grafico basato su interfaccia a nodi, l'utente definisce sequenze di istruzioni che vengono tradotte in modelli tridimensionali nella finestra di Rhino. [Arturo Tedeschi, Architettura Parametrica]
Quindi al contrario di Rhinoscript non richiede la conoscenza di linguaggi di rpogrammazione. Tuttavia manca della capacità di comunicare con hardware esterno come, ad esempio, Arduino. Anche qui non avere dimestichezza con i linguaggi può essere un ostacolo, ed è qui che entra in gioco Firefly. La caratteristica principale di questo plug-in di grasshopper è la possibilità di far dialogare quasi in tempo reale inpu e output dal mondo phisical al digital, attraverso un interfaccia visiva!

Cominciamo!

Per prima cosa dobbiamo avere installato sul nostro computer:

  • Rhinoceros (4.0 sr8 o 5.0)
  • Grasshopper (v. 8.004 o più recente)
  • Arduino IDE

A questo punto scarichiamo dal sito la fersione più recente di Firefly e seguiamo le istruzioni per installarla ed la palette di firefly comparirà nel menu di grasshopper.

Per prima cosa, dobbiamo verificare che firefly comunichi con Arduino per la porta giusta:

  • Posizioniamo il nodo Ports Aviable sul desk di Grasshopper
  • Adesso trasciniamo il nodo Open Port e colleghiamo il suo input Port all'output dell'altro nodo
  • Ora dobbiamo trascinare un Boolean Toggle da Params>Input>Boolean Toggle
  • Colleghiamo il suo output all'input Open del Open/Close Port
  • A questo punto creiamo due Panel da Params>Input>Panel e li colleghiamo all'output dei componenti Open Port e Aviable Port

Se tutto è andato bene dovreste ottenere un graficante messaggio HOORAAY

Perfetto adesso il passo successivo è quello di vedere gli input che riceve dai Pin analogici e Digitali.

Piccola, ma importante, digressione sui Pin di Arduino:

I segnali in ingresso o in uscita, possono essere analogici o digitali. Un segnale analogico può assumere qualsiasi valore (all'interno di un range noto). Con notevole semplificazione, si può pensare che siano "analogiche" tutte le grandezze fisiche misurabili nell'ambiente. Un segnale digitale può assumere due soli stati (High/Low, 1/0), corrispondenti a due livelli di tensione convenzionali (ad esempio, 5-0V). Con simile semplificazione, si può pensare che siano "digitali" tutte le informazione scambiate tra componenti logici (microprocessori, memorie, interfaccie di rete, display...). Possiamo quindi schematizzare in questo modo:

Dei pin digitali solo alcuni sono predisposti per segnali di tipo PWM (per maggiori dettagli rimando al post precedente) qui sotto sono quelli in verde. Infine ci sono 6 pin dedicati ai segnali analogici (in giallo), ma solo in input, ossia questi pin servono principalmente per acquisire dei segnali provenienti da sensori di tipo analogico: trimmer, potenziometri, fororesistenze, ultrasuoni, IR, ecc… ossia tutti quei sensori che possono generare un segnale analogico in funzione della loro stimolazione (luminosa, meccanica, ecc).

Sapere questo come vedremo è estremamente importante, come vedremo in seguito, per creare i nostri progetti.

Bene, andiamo avanti. Adesso quindi vogliamo che gli input analogici di Arduino vengano letti da firefly, come possiamo fare?

  • Per prima cosa trascianiamo nel desk il componente Uno Read (Firefly>Arduino Boards>Uno Read)
  • Colleghiamo l'output di Port Aviable al port input di Uno Read
  • Prendiamo un nuovo Bolean Toggle e colleghiamolo allo start input di Uno Read
  • Colleghiamo un Panel per output di Uno Read
  • Prendiamo un GH_Timer (Params>Special>Timer) e colleghiamolo all'Uno Read.
  • Settiamo come valore del timer 1ms, in questo modo i valori che otteremo saranno aggiornati pressochè in tempo reale
  • Attiviamo il bolean Toggle

A questo punto vedremo apparire dei valori nei vari panel di output (ricordiamo che dagli analogici avrevo valori compresi tra 0 e 1023 e dai digitali 0[low] e 1[HIGH]) anche se non abbiamo sensori collegati ai pin analogici vedremo comunque dei valori, che cambiano in continuazione, niente paura si tratta semplicimente di disturbi statici (white noise)  ininfluenti per noi. Se avete fatto tutto bene dovreste trovarvi con una situazione del genere:

Il prossimo passo sarà quello di far rispondere il nostro modello agli input analogici.

Mar, 21/10/2014 - 18:57
Vasari Energy Workflow

“La sostenibilità di un edificio si decide in larga parte nelle prime fasi dei processi di progettazione edilizia, alla base di Project Vasari c’è la volontà di dare una risposta a questa problematica offrendo al mercato soluzioni concrete per affrontarla e superarla. Project Vasari consente a chiunque, non solo agli utenti di Revit, di vedere e sperimentare molti dei benefici derivanti dall’applicazione delle analisi energetiche alle prime fasi di sviluppo concettuale dei progetti architettonici.”

Phil Bernstein, Autodesk vice president of industry relations.

Si tratta di un modellatore stand-alone, che non richiede l’installazione di Autodesk Revit, ma è stato sviluppato con lo stesso linguaggio. Permette quindi di effettuare le prime analisi di un progetto nelle prime fasi della progettazione.
Lo strumento Conceptual Energy Analysis è incluso all’interno di Project Vasari per consentire di convertire in modo automatico un modello concettuale in un modello analitico per l’analisi energetica così da poter raccogliere informazioni sui consumi e costi energetici sin nelle primissime fasi del processo di progettazione.

Vogliamo capire cosa come e quanto influisce ogni scelta all'interno della nostra simulazione, per verificare se l'output di dati che ricaviamo sia effettivamente attendibile, o comunque mostri una precisione apprezzabile. Per fare questo modelleremo 3 tipologie di edifici (stecca, cubo e corte) in tre zone climatiche italiane differenti (nord, centro e sud) e andremo a verificare cosa e quanto varierà nelle nostre analisi.

Ma procediamo con ordine.

Dove

Il parametro più importante di qualunque analisi energetica è sicuramente il DOVE, questa viene effettuata. All'interno di Vasari possiamo definire dove sarà situato il nostro progetto, attraverso un sistema di coordinate, che ci colegherà alla stazione meteo più vicina!

IMPORTANTE: bisogna stare molto attenti a quale stazione ci agganciamo, specialmente in luoghi con grandi dislivelli: se il nostro edificio sorge in una vallata e la stazione meteo è sulla cima di una montagna i nostri dati di partenza non saranno molto validi.

L'Autodesk Climate Server, una rete di rilevamento climatico si basa su 3 metodologie:

Nel nostro esempio sceglieremo 3 locali climaticamente diverse  (all'interno comunque della fascia climatica temperata-mediterranea):

  • Casteldarne (BZ)
  • Roma (RM)
  • Altolia (ME)

E scegliamo le rispettive stazioni meteo.

Cosa

Stabilita la localizzazione, dobbiamo decidere la forma del nostro edificio! Poichè vasari è un software di analisi PRELIMINARE, ci viene molto utile nel caso si debba scegliere la forma migliore del nostro edificio in funzione della strategia bioclimatica. Questo perchè edifici di forme diverse, a parità di isolamento, volume ecc, hanno comportametni diversi. Questo è legato a un discorso sulla superficie disperdente, disporso che viene spiegato molto bene in questa tesi .

Per il nostro lavoro utilizzeremo 3 tipologie di edificio con pari volume:

  • Stecca
  • Cubo
  • Corte

Tutti e tre sono tipologie molto omuni di edifici, forse il cubo non tanto, ma va bene uguale.

La teoria ci dice che un edificio a cubo risulta più efficiente nei climi freddi, dove le dipersioni termiche sono ridotte al minimo. Mentre un edificio a corte in climi caldi,  un edificio a corte risulta vantaggioso poichè a fronte di uno svantaggio nel periodo invernale, attraverso la ventilazione naturale ha un guadagno in regime estivo. Tutto questo perchè bisogna sempre valutare se:

Consumo di più per riscaldare o per raffreddare?

Questo è un concetto di estrema importanza, poichè Vasari genera una stima stima dei consumi che avrà il nostro edificio. Ora dobbiamo solo capire come e se è in grado di apprezzare le variazioni di forma che daremo al nostro edificio.

Vasari è in grado attraverso la sua analisi energetica di fornire:

  • Stima delle emissioni di anidride carbonica (CO2) legate a quasi ogni aspetto dell'edificio, comprese le emissioni di CO2 della rete elettrica regionale per tipo di combustibile utilizzato.
  • Analisi del potenziale della ventilazione naturale per la gestione del carico di raffrescamento dell'edificio su base oraria
  • Stima del numero di ore nelle quali si può utilizzare l'aria esterna per il raffrescamento dell’edificio e valutazione della necessità di sistemi di condizionamento forzato
  • Stima del carico richiesto per il condizionamento forzato
  • Stima del fabbisogno idrico in base al tipo di edificio e al numero di occupanti
  • Valutazione di misure per la riduzione del consumo idrico

Come sappiamo per svolgere queste analisi Vasari utilizza il sistema Autodesk 360 Energy Analysis, un sistema di elaborazione in cloud su cui l'Autodesk sta spingendo molto negli ultimi anni.

Ma cosa intendiamo esattamente per Energy Analysis? basta andare nella directory  DOEs Building Energy Software Tools Directory per trovare decine di software legati alle analisi energetiche. Tuttavia spesso i software sono stati realizzati per un particolare utenza o fascia di mercato o parte del mondo (90% sono fatti per paesi anglossassoni). Tuttavia il sistema di analisi dell'autodesk come il sistema di rendering ecc. è basato su un MOTORE comune ad altri software ossia il DOE2.2. Un algoritmo di calcolo creato da Lawrence Berkeley National Laboratory, James J. Hirsch & Associates, U.S. Department of Energy e l'Electric Power Research Institute. Basato sul DOE2.1 del 1994 è una sua diretta evoluzione dove viene incrementato la capicità di calcolo generale in relazione agli impianti alle superfici disperdenti e ai dati climatici.

Questo motore risulta leggermente meno accurato del più noto EnergyPlus (sempre sviluppato dal dip. dell'energia degli Stti Uniti) ma ha un notevole vantaggio in termini di velocità di elaborazione ed interattività. Cosa comporta questo? E' sicuramente lo strumento più adatto in un analisi preliminare dove molte cose non sono definite e le variazioni anche significative del progetto sono molto frequenti.

Ma vediamo come Vasari sfrutta questo motore per l'analisi energetica:

  • L'edificio è discretizzato per zone termiche, che scambiano calore tra loro e con l'esterno.
  • I dati climatici sono inviati su base oraria, specialmente temperature, velocità del vento, umidità e irraggiamento.
  • Attraverso il "calcolo agli elementi finiti" il calore viene scambiato per convezione, conduzione e irragiamento.

Quanto e' accurato?

Questa è il problema principale. Durante una lezione AU2012 Ian Molly spiega come esistono 2 tipi di accuratezza: l'accuratezza di calcolo e l'accuratezza di informazioni. Per quanto riguarda il calcolo gli esperimenti mostrano una precisione del +/- 5%, il che è senza dubbio notevole, ma per avere un alto livello di precisione dobbiamo avere informazioni di base precise. Vige sempre la logica del GARBAGE IN GARBAGE OUT!

Attraverso questo schema sempre dell'AU2012, vediamo come gran parte dei dati necessari per l'analisi energetica derivino da operazioni che possiano conoscere con una buona precisione. Ovviamente tutte le parti che derivano dalla progettazione invece, molto difficilmente saranno definite fino alla fine del processo.

L'analisi energetica quindi non è una scienza esatta, lo scopo di Vasari per l'appunto non è quello di darci risultati esatti, ma quello di guidarci nella progettazine prelimanare nella scelta della forma e dei materiali.

Dopo questa lunga ma indispensabile digressione, vediamo cosa risucimo a verificare noi.

Confronto

Come detto in precedenzo cominceremo modellando 3 edifici di forma differente ma di pari volume:

Mar, 21/10/2014 - 18:54

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