Building automation ed efficienza energetica: metodologia di valutazione del risparmio energetico conseguibile mediante controllo integrato dell'illuminazione e delle protezioni solari

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In questi anni assistiamo ad un rinnovamento dell’interesse verso le fonti rinnovabili di energia e l’efficienza energetica, ormai riconosciute come uniche soluzioni di molteplici urgenze: da un lato economiche legate all’aumento del prezzo degli idrocarburi, dall’altro sociali derivanti da una sensibilità ambientale sempre più diffusa. In verità il problema dell’efficienza energetica è molto complesso, specialmente in edilizia, dove è assai difficile fare discorsi omnicomprensivi poiché ogni edificio è un mondo a sé, sia per le caratteristiche architettoniche che per l’utilizzo a cui è destinato. Perciò risulta complicato prevedere i benefici energetici ed economici delle diverse soluzioni architettoniche ed impiantistiche, anche le più semplici ed intuitive. Esistono poi delle possibilità innovative ed interessanti i cui benefici sono materia oscura (al pari dei bosoni di Higgs!).

Il motore della tesi è stata la necessità di disporre di strumenti di calcolo semplici ed affidabili per la valutazione dei benefici energetici delle nuove tecnologie applicate all’edilizia. Il lavoro si è concentrato sull’evoluzione del daylighting design sfruttando le possibilità offerte dalla building automation e dalla domotica. Il daylighting design (testualmente: progettazione a luce diurna) si basa su un concetto molto antico: sfruttare nel modo più opportuno la luce naturale per l’illuminazione dei locali. Il giusto apporto di luce naturale produce molteplici benefici: limita l’utilizzo di illuminazione elettrica, riduce la necessità di climatizzazione estiva e, non da ultimo, ha un’influenza positiva sull’umore degli occupanti. Grazie all’introduzione dell’elettronica in edilizia (building automation e domotica) è possibile controllare in modo innovativo l’illuminazione dei locali agendo contemporaneamente sulle tapparelle e sull’illuminazione elettrica (dimming) in base alla disponibilità di luce solare. Il risultato è un’illuminazione sempre ottimale ed una riduzione dei consumi elettrici.

Scopo della tesi è produrre uno strumento di calcolo che affondi le sue radici nei più complessi modelli matematici che simulano il comportamento energetico ed illuminotecnico degli edifici e dei sistemi di building automation. A dispetto di tale complessità, lo strumento deve presentarsi sotto un’interfaccia flessibile e di facile fruizione che possa essere applicata anche senza avvalersi di supporti informatici. Data la complessità di tali modelli, assolutamente non gestibile a mano, si è optato per un processo di reverse engineering in cui, a partire dalle simulazioni energetiche di un gran numero di locali con diverse caratteristiche architettoniche ed impiantistiche, si è poi risaliti tramite regressione, alle relazioni che legano i consumi energetici alla tipologia di locale. In questo modo si è arrivati a produrre dei semplici grafici tramite i quali chiunque potrebbe stimare in pochi minuti il beneficio energetico della building automation nel caso specifico.

Le simulazioni sono state eseguite tramite EnergyPlus, un software pubblico implementato dal Lawrence Berkeley Nation Lab dell’Università della California per conto del governo degli Stati Uniti. Sono stati inoltre implementati altri due software per la creazione dei file di input alle simulazioni e per la gestione e l’analisi dell’enorme mole di dati di output (7’014 simulazioni annuali ad intervalli di 10 minuti, 1’474’623'360 dati di output). La tesi è inoltre corredata da un terzo software (LENImanager) che permette il calcolo del risparmio in modo ancora più rapido e intuitivo, prevedendo anche un confronto con i valori suggeriti dalla norma EN15193 sui sistemi automatici d’illuminazione.

I risultati di questa tesi potranno essere di duplice utilità: in fase progettuale sotto forma di indicazione della configurazione energeticamente ottimale e in fase analitica come valutazione della situazione esistente e determinazione degli interventi più efficaci tra quelli possibili.


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