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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II| DiARC DIPARTIMENTO DI ARCHITETTURA | prof. arch. Valeria D’Ambrosio

Master di II livello in Progettazione e riqualificazione architettonica, urbana e ambientale con l'utilizzo di tecnologie innovative

STRUMENTI PER IL CONTROLLO AMBIENTALE DEL PROGETTO

arch PhD Enza Tersigni

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.

Strumenti per il controllo ambientale del progetto arch PhD Enza Tersigni

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).


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.


Software di simulazione in regime dinamico e stazionario

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

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.


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


AUTODESK ECOTECT ANALYSIS


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


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

https://www.youtube.com/playlist?list=PLU-TfPimPH1QIDpzTZh58pMqYrWk1-NVI


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


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


Diagramma stereografico semplice e con la

sovrapposizione delle temperature in °C annuali (dal

menu Tool > Run the Weather Tool > Solar position).


ROSA DEI VENTI ANNUALE ROSA DEI VENTI MENSILE

Analisi dell’irraggiamento solare incidente sulla superficie in kWh/m2


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.


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


ROSA DEI VENTI ANNUALE ROSA DEI VENTI MENSILE


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).

ROSA DEI VENTI GIORNALIERA


Analisi delle condizioni climatiche (temperatura, umidità relativa, velocità del vento, radiazione solare diretta e diffusa,

nuvolosità e copertura del cielo, ecc.) .


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


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


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


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


Analisi mensile di diverse grandezze climatiche.


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.


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

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

http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus

/weatherdata_about.cfm e convertibile direttamente

in Ecotect Analisys).


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


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.

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.


Analisi del soleggiamento

(Daylighting Analysis) nel solstizio

estivo e nel solstizio invernale

(fascia oraria 10:00-17:00).


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.


Elaborazione del diagramma stereografico che

consente di individuare i periodi dell’anno in cui una

superficie resta in ombra.


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.


Lo strumento Shading Design Wizard consente di calcolare il

sistema di ombreggiamento più efficace per le superfici vetrate.


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).

Average daily summer insolation 3157 Wh/m2 Average daily summer insolation 689 Wh/m2


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.


Mean Radiant Temp Predicted Mean Vote Percent Dissatisfaction

Analisi del comfort termico all’interno di uno spazio: dal menu Calculations > Spatial Comfort

(fonte: http://wiki.naturalfrequency.com/).


WinAir per Ecotect: interfaccia del plug-in

e visualizzazione dei risultati.


Computational Fluid Dynamic (CFD) attraverso

WinAir in Ecotect

Flow Vectors

Cell Temperature


ECOTECT TUTORIALS

http://wiki.naturalfrequency.com/

http://wewanttolearn.wordpress.com/2011/10/12/computational-fluid-dynamic-cfd-using-

winair-for-ecotect/ (WINAIR)

https://www.youtube.com/playlist?list=PLU-TfPimPH1QIDpzTZh58pMqYrWk1-NVI

http://web.mit.edu/jaimelee/Public/ECOTECT_TUTORIAL_Fall09.pdf

http://www.ia.arch.ethz.ch/wp-content/uploads/2013/11/Ecotect-Tutorial.pdf


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