La progettazione delle prestazioni: due casi applicativi

Fabio Viero, LEED AP, BREEAM Assessor

Manens-Tifs s.p.a.

Infoprogetto.it - 10 Novembre 2015 - Genova

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• Chi è Manens-Tifs

• Il processo di progettazione integrata prestazionale

• Caso Applicativo 1: iGuzzini HQ, Recanati

• Caso Applicativo 2: Prysmian HQ, Milano

SOMMARIO

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MANENS-TIFS

Società di ingegneria specializzata nella progettazione di impianti e nella consulenza

energetico-ambientale in edilizia

Anno fondazione 2010 (ma 40 anni di storia)

Personale 200

Sedi operative Padova, Verona, Riyadh, Doha

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MANENS-TIFS – ALCUNE REFERENZE

MART, Rovereto (TN)

Torri Isozaki, Hadid, Libeskind, Milano

Lavazza, Torino

Le Albere e MUSE, Trento

IntesaSanpaolo, Torino Sede 3M, Milano

Parco della Musica, Roma EXPO 2015, Milano

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Thermal Comfort CFD

Lighting Design

Acoustics

Energy Modelling Daylight Modelling

MANENS-TIFS – SETTORE FISICA EDIFICIO

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MANENS-TIFS – LEED E CERTIFICAZIONI AMBIENTALI

• 5 LEED AP

• 2 LEED GA

• 2 BREEAM Assessors

• 1 Esperto Protocollo ITACA

• socio fondatore di Green Building Council (GBC) Italia

• membro del primo Comitato Esecutivo

• membro del primo Comitato di Indirizzo

• socio di US Green Building Council

• Presidente del Comitato LEED (Organo tecnico del GBC Italia)

• Coordinatore del Comitato Energia e Atmosfera

• 6 membri nei comitati tecnici del GBC Italia per stesura dei protocolli

LEED ITALIA 2009 e GBC Home, GBC Historic Buildings, GBC Quartieri

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Tradizionale

Integrata Prestazionale

http://www.sevengroup.com/

PROCESSO DI PROGETTAZIONE INTEGRATA VS TRADIZIONALE: TEMPI

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PROCESSO INTEGRATA VS TRADIZIONALE: COSTI

http://www.sevengroup.com/

Costi di progettazione: +

Costi di costruzione: =

Costi di gestione: -

COSTI TOTALI: -

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PROGETTAZIONE INTEGRATA VS TRADIZIONALE: OPPORTUNITA’

Esecutivo Definitivo Prelimin. Concept Costruzione Occupazione

Tradizionale Integrato

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TEAM DI PROGETTAZIONE INTEGRATA PRESTAZIONALE

Progettazione

Strutturale

Progettazione

Impianti

Meccanici

Progettazione

Impianti

Elettrici

Progettazione

Sistemi

SMART

SPECIALISTI

FISICA EDIFICIO

Progettazione

Architettonica

COMMITTENTE

LEED AP e CxA

L’architetto è affiancato da Specialisti

di FISICA dell’EDIFICIO che si avvale di

Simulazioni Energetiche e Daylighting

Il committente è affiancato da uno

specialisti di sostenibilità (LEED AP) e

da specialisti di sistemi energetici

(Commissioning Authority CxA)

4 E della PIP: • Everyone • Engaging • Everything • Early

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NORMA DI PROGETTAZIONE INTEGRATA PRESTAZIONALE

BREEAM – Nave de Vero - Giugno 2014

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Intento

Supportare la progettazione di edifici ad alta prestazione ed economicamente efficienti attraverso un’analisi iniziale delle interrelazioni tra i sistemi dell’edificio stesso (Discovery Phase della norma ANSI)

Requisiti

• Iniziando dalla fase pre-progettuale e continuando durante il processo di progettazione, identificare e sfruttare opportunità di sinergie interdisciplinari e utilizzare l’analisi per informare il disciplinare alla progettazione, gli assunti progettuali, il progetto per i sistemi che seguono:

Sistemi Energetici

• Fase di Discovery:

– Eseguire una serie di simulazioni energetiche preliminari prima del completamento del progetto preliminare per esplorare come ridurre i carichi energetici ;

• Fase di Implementation:

– Documentare come l’analisi ha influenzato le decisioni progettuali;

Sistemi Idrici

• Fase di Discovery:

– Eseguire una serie di analisi preliminari sui consumi di acqua prima del completamento del progetto preliminare per esplorare come ridurre i fabbisogni di acqua potabile;

• Fase di Implementation:

– Documentare come l’analisi ha influenzato le decisioni progettuali sull’edificio e sul sito.

LEED V4: INTEGRATIVE PROCESS (IPC1)

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PROGETTAZIONE INTEGRATA PRESTAZIONALE: STRUMENTI

Maggiore RICERCA ed analisi PRIMA di iniziare a progettare

Maggiore COMPARTECIPAZIONE continua del team di progettazione anche su discipline non proprie

Maggiore definizione iniziale e quindi allineamento di TUTTO il TEAM di progettazione su ESIGENZE del committente, OBIETTIVI della progettazione e DECISIONI

Mettere in discussione metodi tradizionali dati dell’esperienza in un processo di CO-APPRENDIMENTO e ricerca di nuove SOLUZIONI SINERGICHE per RIDURRE I FABBISOGNI di energia ed acqua in particolare

Iterazioni progettuali ordinate e pianificate

Sin dalle fasi precedenti la progettazione e in modo continuo durante la progettazione utilizzare lo strumento delle SIMULAZIONI dinamiche (ENERGETICHE, DAYLIGHTING; ACUSTICHE) per analizzare diverse SOLUZIONI ed in particolare le interazioni tra loro di tipo WIN-WIN:

Analisi consumo d’ACQUA e ricerca di soluzioni per la riduzione dei fabbisogni

Analisi dei MATERIALI e impatto ambientale su ciclo di vita (LCA)

VERIFICA CONTINUA dei COSTI TOTALI (Costruzione + Gestione e Manutenzione) su ciclo di vita

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CASO STUDIO 1

Nuovo Centro Direzionale iGuzzini HQ. Recanati Arch. Maurizio Varratta

BIOCLIMATICA: FACCIATA DINAMICA

[Lux]

Situazione SENZA schermature

Situazione con schermature esterne nella doppia pelle

Posizione del Sole

Schermature esterne a rullo

Tende interne

ILLUMINAZIONE NATURALE

ILLUMINAMENTO 21 Giugno ore 18

Il calcolo della quantità di luce (detto illuminamento e misurato in Lux) in assenza di schermature rivela che in varie parti delle zone uffici adiacenti alle facciate Ovest Est e Nord si raggiungerebbero valori superiori ai 2000lux (zone in rosso), una quantità di luce troppo elevata che non permetterebbe agli occupanti di lavorare in modo confortevole.

Con la soluzione di schermature adottata è possibile nelle zone Nord e Ovest contenere la luminosità interna a valori intorno ai 300-600 lux (zone in azzurro): un range confortevole ed al contempo sufficiente ad evitare il ricorso ad alcuna illuminazione artificiale.

Nella zona Est e Sud sono ancora invece presenti zone con una quantità di luce troppo elevata. Per tali zone va studiata una soluzione diversa, utilizzando una schermatura esterna (invece che interna) per la facciata Ovest del patio e aggiungendo l’utilizzo di una tenda interna per la facciata Sud.

Rendering

Situazione SENZA schermature

Situazione con schermature esterne ed interne

Posizione del Sole

Schermature esterne a rullo

Tende interne

ILLUMINAZIONE NATURALE

ABBAGLIAMENTO 21 Giugno ore 18

Il 21 Giugno alle ore 18 il sole si trova ad Ovest (alla sx dell’immagine a sx). In assenza di schermature si creano zone all’interno della zona uffici ad Ovest ad Est e a Nord in cui l’irraggiamento solare entra in modo diretto (immagine a dx). L’irraggiamento diretto è, come è noto, da evitare sia per questioni di disconfort termico che di abbagliamento degli occupanti

Utilizzando (immagine a sx): • schermature esterne (in questo caso tende a

rullo nell’intecapedine della doppia pelle e sulle facciate del patio interno) a cui si demanda il controllo dell’irraggiamento diretto,

• tende interne, a cui si demanda il controllo della luce,

è possibile ottenere la soluzione ottimale in termini di controllo della luce (immagine a dx) Un sistema di movimentazione elettronica alza e abbassa le schermature a seconda della posizione ed intensità dell’irraggiamento solare.

Luminanza troppo elevata in zone con irraggiamento diretto

Situazione SENZA schermature

Situazione con schermature esterne ed interne

Posizione del Sole

Schermature esterne a rullo

Tende interne

ILLUMINAZIONE NATURALE

ABBAGLIAMENTO 21 Giugno ore 18

La luminanza è un indice del grado di abbagliamento che un occupante percepisce con lo sguardo verso una certa direzione. Il livello di luminanza massimo per garantire il confort visivo per un operatore di videoterminale è circa 1000cd/m2. In assenza di schermature, il calcolo della luminanza sul piano di lavoro (immagine a dx) conferma che le zone con irraggiamento diretto ottengono dei valori di illuminanza superiori a 2000cd/m2 (zone in giallo).

Con la soluzione di schermatura adottata si riesce ad ottenere un eccellente controllo della luminanza con valori sempre all’interno dell’intervallo di confort su tutto il piano (immagine a sx).

Situazione SENZA schermature

Situazione con schermature esterne ed interne

Per l’illuminazione naturale negli uffici le norme internazionali hanno fissato i rapporti massimi di contrasto di luminanza fra tutte le superfici di lavoro, e le altre superfici all'interno del campo visivo dell'occupante e precisamente: • Monitor computer: 300cd/m2 • Zone adiacenti al monitor: 750 – 900 cd/m2 • Superfici presenti nel campo visivo: 3000 cd/m2

In assenza di schermature, il calcolo della luminanza sul videoterminale è superiore a 700cd/m2 (colore verde-rosso).

ILLUMINAZIONE NATURALE

ABBAGLIAMENTO 21 Giugno ore 18

Nella soluzione con schermature, la luminanza sul videoterminale non è superiore a 300cd/m2 (colore blu), garantendo una buona visione senza abbagliamento.

SIMULAZIONI TERMODINAMICHE

Fabbisogno Annuale Energia per Riscaldamento: 7,6 kWhter/m2 (1,6 kWhele/m2)

Fabbisogno Annuale Energia per Raffrescamento: 44 kWhfri/m2 (8,0 kWhele/m2)

SIMULAZIONI TERMODINAMICHE

Pompe di calore a scambio geotermico con acqua di falda - efficienza doppia Pannelli radianti a soffitto Recuperatori entalpici sull’aria di ventilazione

La produzione di acqua calda e fredda per la climatizzazione è effettuata con un impianto dotato di pompe di calore a scambio geotermico ad acqua di falda. Questo sistema utilizza energia elettrica ed acqua emunta dalla falda sotterranea per lo scambio termico di condensazione, con un’efficienza energetica di molto superiore rispetto a macchine più tradizionali che scambiano calore con l’aria esterna. Nei periodi di fabbisogno simultaneo di acqua calda e refrigerata (per esempio al mattino nelle mezze stagioni la parte Est dell’edificio può necessitare di raffrescamento mentre la parte Ovest di riscaldamento) il sistema consente di parzializzare il funzionamento dei gruppi frigoriferi aumentandone l’efficienza e di scaldare (o raffrescare) gratuitamente alcune parti dell’edificio con il calore gratuito generato (o assorbito) da parte delle macchine. Inoltre in estate si produce una quantità di calore da smaltire (quale energia di scambio per la climatizzazione estiva) che viene riutilizzato per coprire una larga parte del fabbisogno di acqua calda sanitaria dell’edificio.

POMPA DI CALORE

POZZO per ACQUA di FALDA

ENERGIA TERMICA O FRIGORIFERA

per Riscaldamento o Raffrescamento

L’IMPIANTO DI CLIMATIZZAZIONE

Uno dei criteri importanti che rendono un edificio sostenibile è la capacità di contenere l’utilizzo di acqua potabile al minimo necessario per i soli usi sanitario e potabile. L’impianto de iGuzzini è progettato utilizzando un doppio circuito idraulico: uno per l’acqua potabile che serve esclusivamente i lavabi e uno per l’acqua di falda (non potabile) per alimentare tutti i circuiti meno ‘nobili’, quali l’adduzione degli urinatoi e dei sanitari e degli impianti di climatizzazione. Il tutto è abbinato a fixtures a basso consumo di acqua. Inoltre essendo l’acqua ad una temperatura energeticamente vantaggiosa viene sfruttata come scambio termico per le pompe di calore che nella produzione del freddo raggiungono efficienze doppie rispetto ai sistemi tradizionali raffredati ad aria.

ACQUA DI FALDA

La facciata a doppia pelle ventilata naturalmente e le schermature nell’intercapedine sono controllate in base a temperature ed irraggiamento solare in modo da eliminare situazioni di disconfort termico da irraggiamento diretto e contenere al minimo i consumi di riscaldamento e raffrescamento

La luce artificiale è controllata da sensori di luminosità che misurano la quantità di luce naturale che entra dalle facciate vetrate esterne e del pozzo di luce, per ridurre al minimo il consumo elettrico per illuminazione.

Il sistema di controllo degli impianti di climatizzazione ed elettrici assicura il confort termico negli ambienti ed consumi energetici minimi per ogni condizione di funzionamento.

Building Management

System (BMS)

1. Façade

Management System (FMS)

3. Technological Management

System (TMS)

2. Lighting

Management System (LMS)

Il Building Management System (Bms) è in grado di raccogliere le informazioni di tutte le diverse regolazioni elettroniche dell’edificio. Una sorta di cervello che percepisce e comanda tutte le regolazioni previste per ridurre al minimo i consumi energetici e donare il miglior comfort agli occupanti.

REGOLAZIONI ELETTRONICHE

L’utilizzo del tetto verde permette di ridurre l’effetto “isola di calore” e minimizza l’impatto sul microclima locale

I vantaggi del tetto verde sono infatti: • Riduzione dei consumi energetici per

raffrescamento grazie all’effetto di evapo-traspirazione (evaporazione dell’acqua in eccesso della superficie a verde)

• Riduzione delle potenze degli impianti di raffrescamento ambiente

• Riduzione dei carichi termici invernali grazie ad un effetto coibente elevato

• Riduzione del volume di acqua meteorica da scaricare nella rete dei pluviali

• Migliore inserimento dell’edificio nel contesto di impatto ambientale esterno

Copertura tradizionale

Copertura con tetto verde

IL TETTO VERDE

L’edificio è stato sottoposto alla valutazione secondo il Protocollo Sustainable Building Challenge di iiSBE (international initiative for Sustainable Built Environment), un’associazione no-profit con sedi in 25 paesi. Tale protocollo permette di valutare in modo oggettivo e misurabile le prestazioni energetico-ambientale degli edifici assegnando un punteggio finale che rappresenta il livello di sostenibilità raggiunto dall’edificio rispetto al minimo legislativo o alla corrente pratica costruttiva. Il punteggio globale di sostenibilità raggiunto dal quartier generale di iGuzzini Illuminazione a Recanati secondo il metodo di valutazione Sustainable Building Challenge è di 3,5 migliore del punteggio che rappresenta la miglior pratica costruttiva. Tale punteggio è il più alto finora registrato in Italia per un edificio per uffici. In particolare il Polo della Luce presenta consumi energetici talmente contenuti da raggiungere il massimo del punteggio (pari a 5) nei criteri di valutazione dei consumi energetici.

CERTIFICAZIONE SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE

WORLD SB08 A MELBOURNE, AUSTRALIA: UNO DEI 3 EDIFICI ITALIANI

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CASO STUDIO 2

Nuovo Centro Direzionale Prysmian HQ. Milano Arch. Maurizio Varratta

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ANALISI CLIMATICHE PRELIMINARI

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IMPATTO DEL CLIMA SULL’INVOLUCRO

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ANALISI ENERGETICHE

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OTTIMIZZAZIONI ENERGETICHE

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OTTIMIZZAZIONI ENERGETICHE

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RISULTATI ENERGETICI

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OTTIMIZZAZIONI LUCE NATURALE

Calcolo FLD puntuale (non solo medio) indica QUANTITA’ di luce distribuita nello spazio

FLD è influenzato da:

• Posizione, dimensione e Trasmissione Luminosa delle superfici trasparenti

• Layout interno

• Riflessione delle pareti interne

• Tipologia divisori

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OTTIMIZZAZIONI LUCE NATURALE

Calcolo Luminanza delle superfici e Contrasto indicano QUALITA’ della luce distribuita

nello spazio

Controllo di questi valori consente di ottimizzare la scelta dei dispositivi di protezione

dall’abbagliamento (tende interne,

SCELTA TENDE INTERNE

Illuminance calculation for a south facing office -

21st of March at 12.00 a.m.

Glare evaluation for a south facing office - 21st of March at 12.00 a.m.

No blinds Screen G3 Screen G5 Thermotec

No

blin

ds

Scr

een

G3

Scr

een

G5

The

rmot

ec

Illuminance calculation on the working plane

with a step of 0,38 meters, placed 0,85 meters

above the floor

41

CFD ANALYSIS – TEMPERATURE AND SPEED DISTRIBUTION

42

CFD – THERMAL COMFORT ANALYSIS (ISO 7730)

BREEAM – Nave de Vero - Giugno 2014

Per ulteriori informazioni si prega rivolgersi a: Ing. Fabio Viero, LEED AP, BREEAM Assessor Head of Sustainability, Manens-Tifs s.p.a. verona@manens-tifs.it www.manens-tifs.it