L'Edificio e l'ambiente: tecniche innovative per il monitoraggio indoor e outdoor e per la definizione delle caratteristiche termofisiche di componenti edilizi

PDD, assuefazione, noise annoyance, variazioni fisiologicamente gradevoli della luce 
naturale/artificiale); 
• tenere conto delle necessità di comunicare all'utente le situazioni anomale o di allarme 
mediante sistemi remoti basati, ad esempio, sulla rete di comunicazione GSM (dal semplice 
SMS al collegamento audio e video su Internet). 
La presente Tesi si propone dunque di illustrare, tramite alcuni casi-studio, alcune soluzioni 
originali che riguardano i seguenti aspetti:  
1) Determinazione delle caratteristiche microclimatiche a piccola scala nell’intorno 
dell’edificio 
2) Determinazione delle grandezze microclimatiche e di qualità dell’aria all’interno 
dell’edificio 
3) Determinazione delle caratteristiche dei componenti dell’edificio 
Verrà descritta una nuova tecnica di monitoraggio delle condizioni climatiche a piccola scala 
mediante apparecchiature di rilevazione montate su mezzi in movimento, saranno illustrate due 
metodologie innovative di rilevazione delle grandezze  termoigrometriche e di IAQ in un edificio 
storico e su una “smart window” di un edificio a basso consumo energetico e verranno riportati i 
risultati dell’applicazione sperimentale di una metodologia generale per la determinazione delle 
caratteristiche termofisiche di componenti edilizi. 
 ii 
Giuseppe Giaconia : L'Edificio e l'ambiente: tecniche innovative per il monitoraggio indoor e 
outdoor e per la definizione delle caratteristiche termofisiche di componenti edilizi 
 ___________________________________________________________________________ 
 
_________________________________________________________________________________ 
Dottorato di Ricerca in Ingegneria Civile, della Sicurezza e del Controllo Strutturale ed  Ambientale , XVIII 
ciclo
Introduzione 
 
Al giorno d’oggi lo sviluppo tecnologico è rapido quanto non lo è stato mai nella storia dell’uomo; 
esso non interessa solo la nostra vita lavorativa ma anche quella di tutti i giorni. Con lo sviluppo 
della tecnologia e l’introduzione massiccia dell’elettronica negli oggetti di uso quotidiano, è invalsa 
anche l’abitudine di attribuire l’aggettivo “intelligente” a molte attività, processi, perfino agli 
oggetti stessi. 
Diciamo allora che una macchina fotografica è “intelligente” perché è capace di scattare fotografie 
in situazioni difficili dove occorrerebbe una esperienza che il fotografo non professionista non 
possiede, definiamo “intelligente” il cruscotto di un’automobile o di una cabina di pilotaggio  
perché forniscono al pilota il quadro delle informazioni veramente necessarie, filtrandole tra le 
risposte di tutti gli strumenti di bordo e sono capaci di correggere – se necessario – gli errori del 
pilota ed infine, da qualche tempo, si possono trovare in letteratura riferimenti ad un intero edificio 
cosiddetto “intelligente”.  
Il termine “edificio intelligente” è stato usato per la prima volta negli Stati Uniti all’inizio degli anni 
ottanta; la definizione che di esso diede l’Intelligent Building Institution di Washington e riportata 
da Kell, è la seguente: “An intelligent building is one which integrates various system to effectively 
manage resources in a coordinated mode to maximise: tecnical performances, investment and 
operating cost savings, flexibility.” 
Una definizione più recente e più articolata è quella del CIB Working Group : “An intelligent 
building is a dynamic and responsive architecture that  provides every occupant with productive, 
cost effective and environmentally approved conditions through a continuous interaction among its 
four basic elements : Places (fabric, structure, facilities) Processes (automation, control, systems): 
People (services, users) and Management (maintenance, performance) and the interrelation 
between them”. 
Il concetto di edificio intelligente è dunque più ampio di quello che si riferisce ad un edificio capace 
di rispondere in maniera più o meno autonoma ad input di base quali l'intrusione, 
l'innalzamento/abbassamento di temperatura in uno o più ambienti, l'allagamento, le correnti d'aria, 
la presenza massiccia di gas nocivi. Da questo punto di vista infatti si potrebbe ottenere un “edificio 
intelligente” con la mera sovrapposizione di impianti indipendenti e di tipo corrente quali: un 
impianto antifurto, uno o più termostati, sensori di allagamento o di vento, sensori di gas nocivi, 
impianti di rilevazione di fumo. 
 i 
Giuseppe Giaconia : L'Edificio e l'ambiente: tecniche innovative per il monitoraggio indoor e 
outdoor e per la definizione delle caratteristiche termofisiche di componenti edilizi 
 ___________________________________________________________________________ 
 
_________________________________________________________________________________ 
Dottorato di Ricerca in Ingegneria Civile, della Sicurezza e del Controllo Strutturale ed  Ambientale , XVIII 
ciclo
Né basta a rendere “intelligente” un edificio il semplice fatto di dare ad esso la capacità di 
comunicare tempestivamente all'utente le situazioni di anomalia o di pericolo nè la possibilità di 
ricevere istruzioni per l'accensione o lo spegnimento dell'impianto di riscaldamento o delle sirene 
dell'antifurto, magari con l'uso di un pannello LCD a colori  collegato al telefono GSM. 
Le possibilità offerte da un mercato che produce elaboratori elettronici sempre più piccoli e potenti 
e sensori/trasduttori integrati sempre più capaci di comunicare con i sistemi computerizzati, fanno 
intravedere la possibilità di giungere ad un edificio che più che “intelligente” sia piuttosto “conscio” 
dei suoi rapporti energetici con il mondo esterno. 
Rapporti energetici di un edificio con l'esterno sono tutti i flussi di calore e di massa che si 
stabiliscono tra l'edificio ed il mondo esterno in funzione dell'attività degli impianti di 
riscaldamento/condizionamento (HVAC), per la ventilazione naturale e/o forzata, l'energia assorbita 
dalle linee di connessione elettriche, telefoniche, di trasmissione dati, televisive, la quantità di luce 
diurna e quella da fornire in relazione all'occupazione ed all'attività, il livello di rumore interno ed 
esterno, gli scambi di materia attraverso le tubazioni di adduzione e di scarico. 
Alcuni di questi scambi sono facilmente misurabili con semplici contatori di energia o di massa, con 
fonometri e luxometri, altri ancora sono “prevedibili” in funzione o delle normali richieste 
dell'utente o in base alla topografia ed alle condizioni meteoclimatiche del sito, dell'ora, del giorno e 
della stagione. 
L'edificio “energy conscious” che si ritiene sia possibile realizzare con i mezzi attualmente a 
disposizione, potrebbe essere dotato al suo interno dei più svariati sensori di  grandezze fisiche 
senza eccessive complicazioni di impianto o enormi masse di fili da gestire.  
A questo scopo si potrebbero utilizzare ad esempio i nuovi sistemi One-wire che consentono, 
mediante l'uso di un semplice doppino che collega tra loro tutti i sensori e l'unità di lettura, di far 
pervenire in tempo reale all'unità remota di controllo il quadro generale della situazione dell'edificio 
stesso. In questa accezione, “quadro generale” deve significare non solo i valori delle grandezze 
termoigrometriche ma anche i dati di presenza di occupanti (mediante microfoni e/o sensori 
piroelettrici), attività degli occupanti (mediante sensori antracometrici), uso dell'energia da parte 
degli occupanti, disponibilità di luce diurna e controllo della luce artificiale (luxometri e dimmer).  
Gli obiettivi di una ricerca sull'edificio intelligente potrebbero essere così sintetizzati: 
 
• identificare e fornire all'elaboratore destinato a gestire (e quindi a rendere “conscio” 
l'edificio) la serie più idonea di dati di base sulla posizione topografica dell'edificio (serie 
 ii 
Giuseppe Giaconia : L'Edificio e l'ambiente: tecniche innovative per il monitoraggio indoor e 
outdoor e per la definizione delle caratteristiche termofisiche di componenti edilizi 
 ___________________________________________________________________________ 
 
_________________________________________________________________________________ 
Dottorato di Ricerca in Ingegneria Civile, della Sicurezza e del Controllo Strutturale ed  Ambientale , XVIII 
ciclo
storiche di dati meteorologici del sito, anni tipo, anni ridotti, TRY, ecc.), i dati istantanei 
delle grandezze meteoclimatiche esterne e di qualità dell’aria; 
• definire il comportamento termico dell’edificio in regime vario, tramite la creazione di un 
modello matematico dell’edificio che possa essere utilizzato in tempo reale per ricavare la 
risposta dell’edificio alle sollecitazioni esterne. Per essere utile ed efficace questo modello 
deve essere costruito in base alla conoscenza approfondita delle caratteristiche termofisiche 
dei componenti di base. 
• schedulare il comportamento degli occupanti dell'edificio e le loro abitudini (non escludendo 
la possibilità di autoapprendimento da parte del sistema); 
• identificare gli algoritmi che possano consentire all'unità centrale, in correlazione con i dati 
posseduti, di determinare le migliori condizioni per gli occupanti (OLF, Decipol, PMV, 
PDD, assuefazione, noise annoyance, variazioni fisiologicamente gradevoli della luce 
naturale/artificiale); 
• integrare le conoscenze residenti nell'unità centrale, la situazione istantanea, gli algoritmi del 
benessere con i sistemi di controllo identificandone le strategie più opportune. 
• tenere conto delle necessità di comunicare all'utente le situazioni anomale o di allarme 
(intrusione, fumo, fuoco, allagamento, gas nocivi in alta concentrazione) mediante sistemi 
remoti basati sulla rete di comunicazione GSM (dal semplice SMS al collegamento audio e 
video sulla rete Internet). 
Da quanto esposto sopra è evidente che alla progettazione ed alla gestione di un edificio intelligente 
concorrono numerose discipline appartenenti non solo all’ingegneria ed all’architettura, ma anche 
ad altri campi che vanno dalla meteorologia, all’informatica, dalla psicologia all’economia, solo per 
citare i più rilevanti. 
E’ necessario peraltro sottolineare che qualsiasi studio si voglia condurre sulle interazioni tra 
l’edificio e l’ambiente circostante, tra la risposta dell’involucro alle variazioni delle condizioni 
esterne, tra la risposta degli occupanti al comportamento dell’edificio, non si può prescindere dalla 
conoscenza precisa e puntuale dei dati sperimentali necessari per condurre una analisi che sarà tanto 
più precisa ed affidabile quanto più piccola sarà la scala alla quale i dati saranno stati ottenuti. 
Prendendo spunto da queste considerazioni, la presente Tesi si propone di illustrare, tramite alcuni 
casi-studio, alcune soluzioni originali che riguardano i seguenti aspetti:  
1) Determinazione delle caratteristiche microclimatiche a piccola scala nell’intorno 
dell’edificio 
 iii 
Giuseppe Giaconia : L'Edificio e l'ambiente: tecniche innovative per il monitoraggio indoor e 
outdoor e per la definizione delle caratteristiche termofisiche di componenti edilizi 
 ___________________________________________________________________________ 
 
_________________________________________________________________________________ 
Dottorato di Ricerca in Ingegneria Civile, della Sicurezza e del Controllo Strutturale ed  Ambientale , XVIII 
ciclo
2) Determinazione delle grandezze microclimatiche e di qualità dell’aria all’interno 
dell’edificio 
3) Determinazione delle caratteristiche dei componenti dell’edificio. 
Come si è detto, ciascuno di questi aspetti sarà affrontato mediante l’illustrazione di un caso-studio 
alla cui realizzazione l’autore ha partecipato o ha condotto direttamente. 
In particolare per ciò che riguarda il primo punto verrà descritta una nuova tecnica di monitoraggio 
delle condizioni climatiche a piccola scala mediante apparecchiature di rilevazione montate su 
mezzi in movimento, per il secondo punto saranno illustrate due metodologie innovative di 
rilevazione delle grandezze  termoigrometriche e di IAQ in un edificio storico e su una “smart 
window” di un edificio a basso consumo energetico mentre per il terzo punto verranno riportati i 
risultati dell’applicazione sperimentale di una metodologia generale per la determinazione delle 
caratteristiche termofisiche di componenti edilizi.  
 
 iv 
Giuseppe Giaconia : L'Edificio e l'ambiente: tecniche innovative per il monitoraggio indoor e 
outdoor e per la definizione delle caratteristiche termofisiche di componenti edilizi 
 ___________________________________________________________________________ 
 
_________________________________________________________________________________ 
Dottorato di Ricerca in Ingegneria Civile, della Sicurezza e del Controllo Strutturale ed  Ambientale , XVIII 
ciclo
Bibliografia 
 
A. Kell, Intelligent Buildings now. Electrotechnology, October/Novembre (1966), 26,27 
 
CIB Working Group W98, Proceedings of the International Building Congress, Tel Aviv, Israel, 
Feb.1995. Ed. A. Lustig.  
 
T. Derek, J. Clements-Croome, What do we mean by Intelligent Buildings ?. Automation in 
Construction, 6, (1997), 394-400 
 
W.M. Kroner, An Intelligent and Responsive Architecture. Automation in Construction, 6, (1997), 
381-393 
 
H.W. Kuaa, S.E. Lee, Demonstration intelligent building-a methodology for the promotion of total 
sustainability in the built environment. Building and Environment 37 (2002) 231–240 
 
J.K.W. Wong, H. Li, S.W. Wang, Intelligent building research: a review, Automation in 
Construction, 14 (2005) 143– 159 
 
H. Elkadi, Ecological approach for the evaluation of intelligence energy features in a building's 
skin. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 4 (2000) 91-103 
 
E. Shaviv, Integrating energy consciousness in the design process. Automation in Construction, 8 
(1999) 463–472 
 
D.L. Loveday, G.S. Virk, J.Y.M. Cheung, D. Azzi, Intelligence in Buildings: the Potential of 
Advanced Modelling. Automation in Construction, 6, (1997), 447-461 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 v