Sostenibilità

I vantaggi di utilizzare la modellazione digitale (BIM) nella simulazione statica ed energetica degli edifici

Dopo il recepimento del Governo della direttiva (UE) 2018/844. Un’abitazione progettata e costruita facendo uso di openBIM consente di ottenere risparmi economici per tutta la vita dell’edificio che superano di gran lunga la maggiorazione dei costi

26 Giu 2020

Danilo Camerini

consulente nel mercato della gestione e conservazione documentale, membro del Consiglio Nazionale di IBIMI-buildingSMARTItalia

Anna Moreno

presidente di IBIMI-buildingSMARTItalia

L’uso della modellazione digitale (BIM) si rivela la soluzione ideale per superare le sfide poste in materia di sviluppo di un sistema energetico sostenibile, competitivo, sicuro e decarbonizzato. Il Consiglio dei Ministri, su proposta del ministro per gli Affari Europei, Vincenzo Amendola e di quello dello Sviluppo Economico, Stefano Patuanelli, ha recentemente approvato in via definita il decreto legislativo che promuove la diffusione di tecnologie per l’ICT per garantire la sicurezza degli edifici e prestazioni energetiche a basso impatto ambientale.

Le nuove norme mirano ad accelerare la ristrutturazione economicamente efficiente degli edifici esistenti, a integrare le strategie di ristrutturazione a lungo termine nel settore dell’edilizia per favorire la mobilitazione di risorse economiche nonché a sollecitare la realizzazione di edifici a emissioni zero entro il 2050.

La Direttiva (UE) 2018/844 del Parlamento Europeo e del Consiglio del 30 maggio 2018 sulla prestazione energetica nell’edilizia e sull’efficienza energetica, prevede lo sviluppo di un sistema energetico sostenibile, competitivo, sicuro e decarbonizzato. Ciò significa aumentare la quota di consumo di energia da fonti rinnovabili, realizzare un risparmio energetico conformemente alle ambizioni a livello dell’Unione per migliorare la sicurezza energetica, la competitività e la sostenibilità del Vecchio Continente. Inoltre la direttiva prevede che la digitalizzazione possa svolgere un ruolo importante, integrando le energie rinnovabili alle reti intelligenti e agli edifici predisposti all’intelligenza.

Si prevede la predisposizione di incentivi mirati per sistemi predisposti all’intelligenza e soluzioni digitali nell’ambiente edificato. Ciò offre nuove opportunità in termini di risparmio energetico, fornendo ai consumatori informazioni più precise sui loro modelli di consumo e consentendo al gestore di sistema di governare più efficacemente la rete.

Come già affermato in altro articolo degli stessi autori apparso su queste colonne, detti obiettivi possono essere raggiunti attraverso un uso “diffuso e corretto” del BIM nella simulazione statica ed energetica degli edifici. Vediamo cosa si intende con un uso diffuso e corretto attraverso un esempio su di un nuovo edificio e uno esistente.

Progettazione di nuovi edifici

Per progettare un edificio che sia efficiente e che sfrutti tutte le possibili fonti rinnovabili di energia disponibili, deve prevedere la realizzazione di un modello digitale (digital twin) a progettazione condivisa fin dalla fase di disegno preliminare. Banalmente l’ingegnere energetico sulla base del modello potrebbe suggerire un diverso posizionamento dell’edificio e della falda per sfruttare al meglio l’energia solare o suggerire l’uso dell’installazione di sonde geotermiche per sfruttare l’energia geotermica. L’esperto d’impatto ambientale potrebbe inoltre suggerire di adottare nel modello materiali e prodotti che abbiano un basso impatto ambientale o l’uso di prodotti a km 0. Ancora l’esperto di sistemi domotici, potrebbe consigliare l’installazione di sensori per il monitoraggio di dati ambientali e di eventuali movimenti tellurici soprattutto per edifici in zone sismiche. Infine, per accumulare l’energia prodotta da eventuali impianti fotovoltaici o eolici, si potrebbe pensare, oltre all’adozione di un sistema di accumulo, anche di prevedere prese per la ricarica di mezzi elettrici, andando ulteriormente a influire positivamente sull’ambiente. Alcuni di questi sensori, come quelli per il rilievo della CO2 esterna e quelli per gli spostamenti tellurici potrebbero poi essere anche utilizzati per una serie di servizi condivisi previsti in ambito “smart city”.

Tutto ciò non è futuro ma è già il presente per i professionisti che lavorano nell’ottica dell’openBIM. Lavorare in openBIM significa, infatti, operare in un ambiente condiviso di dati (ACDat o, in inglese Common Data Environment – CDE). Detto ambiente consente a tutti i professionisti di essere coinvolti fin dall’inizio della fase progettuale, al fine di prendere delle decisioni condivise che comportino la realizzazione non solo di un’opera realmente a energia zero ma anche un edificio sicuro, confortevole, a basso impatto ambientale e integrabile nei sistemi di smart city. La città di Helsinki, ad esempio, ha digitalizzato e messo a disposizione di tutti i cittadini il modello virtuale della città e, con pochi click si possono accedere ai valori delle classi energetiche degli edifici o anche a quelle del sistema pubblico di trasporto, dei sistemi logistici e cosi via. Il tutto tratto dal modello virtuale della città. L’ufficio di project management del sindaco ha individuato alcune centinaia di applicazioni che sfruttano i dati forniti attraverso il modello condiviso a beneficio dei singoli cittadini o anche per l’ideazione di nuovi servizi da mettere a disposizione della comunità e delle imprese.

Un’abitazione, progettata e costruita con i criteri sopra esposti, consente di ottenere risparmi economici per il proprietario che dureranno per tutta la vita dell’edificio e che sono probabilmente maggiori di due ordini di grandezza rispetto al costo lievemente maggiore di una progettazione fatta in openBIM anziché in modalità tradizionale. Senza considerare il notevole beneficio di contribuire agli obiettivi di realizzare edifici a impatto zero entro il 2050.

Riqualificazione di edifici esistenti

Nel caso di edifici esistenti, l’uso dell’openBIM si dimostra utile se si decide di ottenere un sistema di gestione dell’edificio connesso al modello BIM dell’esistente “as it is”. Soprattutto per edifici datati, infatti, spesso non si ha più alcuna traccia del progetto originale (ne dei materiali e dei percorsi impiantistici seguiti) e quindi qualsiasi intervento di riqualificazione o manutenzione straordinaria diventa un’incognita la cui risoluzione costa danaro. Con le tecniche oggi disponibili invece, è possibile non solo ricostruire il “doppio digitale” dell’edificio esistente ma anche, attraverso l’impiego delle nuove tecnologie investigative non distruttive (termocamere, georadar, ecc.) volte a individuare ponti termici, posizionamento degli impianti, presenza di dispersioni o – negli edifici storici – anche la presenza di affreschi o caratteristiche artistiche celate non altrimenti visibili che vanno assolutamente preservate nel momento in cui si decide di intervenire per una riqualificazione energetica.

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Il modello architettonico può essere realizzato attraverso l’uso di un laser scanner che produce una cosiddetta nuvola di punti geo-referenziata in modo che il modello geometrico dimensionale, da questa derivato con opportuni software, possa essere utilizzato dagli impiantisti non solo per concepire i nuovi impianti, ma anche per posizionare sensori per la sicurezza sismica o per il controllo del comfort interno. L’ingegnere energetico, inoltre, utilizzerà lo stesso modello geometrico e le informazioni stratigrafiche e termofisiche di pareti trasparenti ed opache presenti nel modello per effettuare una simulazione energetica e individuare quindi le migliori soluzioni da adottare per un migliore contenimento delle risorse. Se tali soluzioni permettessero di aumentare la classe energetica dell’edificio di almeno due classi, si potrà accedere alle diverse opportunità di finanziamento scaturite proprio dall’applicazione delle direttive sul miglioramento della performance energetica degli edifici.

openBIM ed ecobonus 110%

Dal prossimo primo luglio, ad esempio, entrerà in vigore l’ecobonus al 110%, sistema di incentivi contenuto nel recente Decreto Rilancio che prevede, al momento, agevolazioni per i seguenti interventi purché realizzati entro dicembre 2021:

  • cappotto termico
  • adeguamento sismico dell’edificio
  • sostituzione degli impianti esistenti con impianti centralizzati (per i condomini)
  • sostituzione degli impianti esistenti con altri più performanti per quelli unifamiliari
  • pompe di calore per condizionamento estivo/invernale e acqua calda sanitaria
  • impianti ibridi ad esempio cogenerazionee trigenerazione
  • microgenerazione
  • caldaia a condensazione con sistemi evoluti di termoregolazione
  • generatori di calore alimentati a biomassa.

Il decreto per l’ecobonus al 110% è per ora applicabile solo per abitazioni, ma già si prevede un’estensione affinchè esso resti valido fino a dicembre 2022, ma estendendo la propria efficacia anche ad altre classi di edifici, come ad esempio:

  • seconde case unifamiliari purché non di lusso
  • strutture turistiche, se i gestori sono anche proprietari
  • enti non commerciali come quelli del terzo settore e religiosi
  • immobili adibiti a scuola paritaria d’infanzia no profit.

La possibilità di utilizzare un ambiente openBIM anche per i progetti di riqualificazione, reca notevoli vantaggi sia in fase di progettazione che in quella di costruzione ma i veri benefici si ottengono nella fase di manutenzione, periodo che non a caso rappresenta lo stadio temporale più esteso nel ciclo di vita di un’opera edile. Così come nel caso della progettazione di edifici nuovi, avere un modello digitale BIM dell’edificio, permette ai diversi professionisti di condividere e collaborare nelle scelte progettuali in modo non solo di assicurare la migliore soluzione tecnologica applicabile, ma anche di evitare interferenze con le strutture e/o gli impianti e/o con elementi artistici già esistenti.

In fase di costruzione l’uso dell’ambiente di condivisione è fondamentale affinché il committente possa mettere a fattore comune tutte le sue esigenze e il costruttore e i suoi collaboratori all’opera possano inserire nel modello digitale tutte le indicazioni sugli interventi effettuati e, soprattutto, le informazioni relative alle caratteristiche tecniche degli impianti installati, dati di vitale importanza per la successiva fase di manutenzione.

Si calcola che la manutenzione di un edificio influenzi fino al 70% dei costi dell’opera nel ciclo di vita di un edificio. Inoltre molti dei previsti incentivi oggi disponibili prevedono un attento monitoraggio e controllo degli interventi effettuati in modo che diano la possibilità di verificare che la classe energetica prevista in fase di progettazione sia effettivamente ottenuta in fase di consegna dell’opera.

Conclusioni

Gli edifici smart e le città smart si ottengono attraverso solo l’applicazione di “strategie smart” che prevedono un piccolo, maggiore, investimento iniziale (fase di progettazione) per raggiungere obiettivi economici e tecnologici ben più consistenti se si considera il costo di un edifico durante l’arco temporale della sua vita. Costruire un edificio a energia zero, ad esempio, significa probabilmente non pagare più bollette di gas e luce per tutta la vita dell’edificio, ma ci saranno comunque spese di manutenzione ordinarie e straordinarie che saranno ridotte se si sarà provveduto, in fase d’installazione, a raccogliere e manutenere tutte le informazioni necessarie nel modello virtuale dell’edificio.

È grazie alle associazioni di settore, come iBIMi buildingSMART Italia, che si deve la promozione e la diffusione, sia tra i professionisti che tra i committenti, della cultura dell’openBIM. Esse operano continuamente per invitare i proprietari di immobili a essere consapevoli, attraverso appropriati percorsi formativi, di cosa significhi progettare con l’openBIM, in modo da selezionare sin dalla fase realizzativa, professionisti e attori di filiera che siano effettivamente capaci di sfruttare tutte le potenzialità degli strumenti digitali collaborativi per ottenere le migliori soluzioni progettuali. Una volta consegnato il bene costruito, non si disporrà cosi solo di un sistema collaudato nel suo “doppio digitale”, ma anche di un modello gemello dell’edificio contenente tutte le informazioni vitali e necessarie per amministrare al meglio la gestione e la manutenzione dell’opera costruita.

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Danilo Camerini
consulente nel mercato della gestione e conservazione documentale, membro del Consiglio Nazionale di IBIMI-buildingSMARTItalia
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Anna Moreno
presidente di IBIMI-buildingSMARTItalia

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