Categoria: Efficienza Energetica e Involucro

Formati differenti, criteri di raccolta non allineati, archivi pensati ciascuno per finalità proprie: la documentazione sul costruito italiano arriva a chi analizza il settore in blocchi separati, difficili da incrociare. È la criticità di partenza della ricerca di Domenico Palladino e Francesca Pagliaro, ricercatori del Dipartimento Efficienza energetica dell’ENEA, di recente pubblicazione sulla rivista scientifica Energy and Buildings. Il lavoro mette a punto una metodologia che integra banche dati tra loro non interoperabili e ne fa emergere gli elementi utili a ricostruire, zona climatica per zona, il profilo più ricorrente del patrimonio edilizio nazionale, fino ai cosiddetti Edifici di Riferimento.

Archivi edilizi che non comunicano tra loro

La scarsa interoperabilità delle fonti è un limite che chiunque abbia lavorato su dati del parco costruito ha dovuto gestire. Ogni archivio possiede una struttura informativa autonoma: campi definiti con logiche proprie, classificazioni non immediatamente traducibili da un sistema all’altro, criteri di raccolta orientati agli usi per cui il database era stato originariamente pensato. Il risultato è una conoscenza del costruito costruita a frammenti.

Senza un passaggio di integrazione, distinguere i tratti ricorrenti da quelli occasionali diventa un esercizio incerto, e le analisi sul patrimonio edilizio perdono in affidabilità. La metodologia sviluppata presso il Dipartimento Efficienza energetica dell’ENEA assume l’integrazione delle banche dati non interoperabili come premessa operativa: è l’allineamento delle fonti a rendere possibile l’estrazione delle informazioni realmente utili alla descrizione del parco.

La griglia delle sei zone climatiche

L’organizzazione dei risultati segue la ripartizione del territorio nazionale in sei zone climatiche. Non si tratta di una scelta accessoria: ogni fascia delimita un ambito omogeneo entro cui leggere le caratteristiche del costruito, invece di accorpare in un’unica fotografia aggregata situazioni tra loro diverse.

L’obiettivo della ricerca è individuare, per ciascuna zona, i caratteri più rappresentativi del patrimonio edilizio italiano. La scala di osservazione si sposta così dal singolo immobile al comportamento prevalente del parco: ciò che interessa riconoscere non è la configurazione di un edificio, bensì l’insieme dei tratti che una parte consistente del costruito condivide.

Edifici di Riferimento, la sintesi del costruito nazionale

L’esito della procedura prende il nome di Edifici di Riferimento: nella ricerca, sono queste le configurazioni che sintetizzano le caratteristiche più rappresentative del patrimonio nazionale, organizzate per zona climatica. La trattazione completa, con i criteri di integrazione delle banche dati e il percorso di estrazione delle informazioni, è documentata nell’articolo pubblicato su Energy and Buildings.

Per i tecnici chiamati a leggere l’esistente, la disponibilità di un quadro descrittivo organizzato per zone climatiche costituisce un riferimento condiviso: un terreno comune per collocare i propri rilievi all’interno dei caratteri prevalenti del parco edilizio nazionale.

Gli ambienti termici dei data center raffreddati ad aria restano uno dei punti critici della gestione energetica degli edifici tecnici: la distribuzione non uniforme delle temperature nell’aria, tra alimentazione degli armadi e ritorno verso le unità di climatizzazione, determina direttamente i consumi del sistema di cooling. Su questo tema è stato pubblicato uno studio sulla rivista Buildings, volume 16, articolo 3857, dedicato alla valutazione dell’ambiente termico finalizzata al raffreddamento efficiente nei data center air-cooled, con un approccio che integra misure sperimentali, simulazioni CFD e modelli predittivi.

Tre strumenti complementari per la caratterizzazione termica

Il percorso metodologico si articola su tre livelli. Il primo è la campagna di misurazione, necessaria per acquisire dati reali del campo termico-fluidodinamico nell’ambiente server, dalle temperature dell’aria in ingresso alle apparecchiature fino ai comportamenti delle unità di trattamento aria. Le misure forniscono il riferimento sperimentale su cui calibrare le fasi successive dell’analisi.

Il secondo livello riguarda la simulazione fluidodinamica computazionale. La modellazione CFD consente di ricostruire la distribuzione delle grandezze termiche e di velocità all’interno della sala, evidenziando fenomeni che la strumentazione puntuale non riesce a catturare in modo esaustivo, come ricircoli locali, cortocircuiti tra aria fredda e aria calda e zone di stazionamento del flusso. In un data center air-cooled questi effetti condizionano la temperatura effettiva di alimentazione degli IT e, di conseguenza, il funzionamento dei sistemi di climatizzazione.

Il terzo elemento è il modello predittivo, sviluppato per stimare il comportamento termico dell’ambiente a partire dalle informazioni derivate da misura e simulazione. L’obiettivo è disporre di uno strumento in grado di anticipare le condizioni operative, riducendo la necessità di ricorrere sistematicamente a campagne sperimentali o a simulazioni complete per ogni variazione di carico o di assetto impiantistico.

Implicazioni per la gestione del cooling

La combinazione dei tre approcci risponde a un’esigenza concreta di chi gestisce infrastrutture di calcolo: capire dove e perché l’aria non si comporta come previsto dal progetto, e intervenire sul raffreddamento senza compromettere le condizioni termiche ammissibili per le apparecchiature. Una valutazione accurata dell’ambiente termico permette di agire sui set point e sull’organizzazione dei flussi d’aria, con ricadute dirette sull’energia assorbita dal sistema di cooling.

Per il progettista o il consulente tecnico che si occupa di edifici tecnologici, il valore del lavoro sta nel quadro metodologico: misure verificate sul campo, un modello CFD per la visione spaziale completa del campo termico e uno strumento predittivo per le analisi di scenario. Una catena di questo tipo è applicabile anche nella fase di verifica di sale server esistenti, dove la sola lettura dei dati impiantistici non basta a descrivere ciò che accade tra pavimento tecnico e bande di ritorno aria.

Un riferimento per gli studi sul tema

La pubblicazione, collocata nel volume 16 di Buildings, si inserisce nel filone delle ricerche che affrontano l’efficienza dei data center partendo dalla fisica dell’ambiente interno piuttosto che dalla sola ottica impiantistica. Per chi lavora su integrazione tra monitoraggio, fluidodinamica numerica e modelli di previsione, lo studio rappresenta un contributo di riferimento sull’uso combinato di queste tre tecniche nel contesto del raffreddamento ad aria.

Il tema resta attuale: con l’aumento delle densità di potenza nelle sale IT, la capacità di prevedere e controllare il campo termico diventa una competenza sempre più richiesta a chi progetta e gestisce queste infrastrutture.

Perforazione al 20% e tessitura ispirata ai diagrammi di Voronoi: è la combinazione che ha fornito il miglior bilancio termico complessivo nel confronto tra facciate a schermatura esterna applicate a un edificio educativo in clima mediterraneo. La ricerca, firmata da Mana Dastoum, Yasmine Mahmoud Saad Abdelhamid, Esraa Elareef, Carmen Sánchez-Guevara, Beatriz Arranz e Reza Askarizad, è stata pubblicata su CivilEng (Vol. 7, Pages 26, doi: 10.3390/civileng7020026).

L’impiego di facciate a tessitura e a motivo geometrico è in crescita nell’architettura contemporanea, ma la quantificazione del loro comportamento termico è rimasta indietro. La letteratura disponibile tende a privilegiare la resa daylighting o gli esiti estetici del disegno, mentre l’effetto energetico resta poco definito proprio negli edifici in cui la domanda di raffrescamento pesa di più, come le scuole nei climi mediterranei. La ricerca affronta questo ambito con una valutazione comparativa centrata sul raffrescamento e con una procedura esplicita di scelta tra varianti.

Tre logiche di tessitura generate in forma parametrica

Al confronto sono state sottoposte tre famiglie di pattern con genealogie diverse: una tessitura di ispirazione naturale costruita sui diagrammi di Voronoi, una geometria di matrice islamica e un pattern ricavato dalle pieghe dell’origami. Ogni tipologia è stata generata parametricamente e applicata come schermatura esterna a un edificio scolastico, variando il rapporto di perforazione. Il disegno dell’indagine vuole isolare l’influenza di due parametri tra loro indipendenti: la morfologia del pannello e la quota di superficie aperta, che insieme governano il comportamento termico dell’inviluppo.

Simulazioni annuali e quattro indicatori

Il quadro prestazionale di ciascuna variante deriva da simulazioni termiche annuali condotte con Climate Studio. Quattro grandezze descrivono il comportamento dell’inviluppo: il guadagno di calore solare, l’intensità d’uso dell’energia, il numero di ore di surriscaldamento, ottenuto a partire dalla temperatura operativa, e il picco della domanda di raffrescamento. L’insieme copre il bilancio energetico complessivo e il regime estivo degli ambienti interni, così da non ridurre il giudizio a un indicatore unico.

Compromise Programming a valle delle simulazioni

La scelta della configurazione migliore non affida il verdetto a un algoritmo evolutivo né a indici di comfort di natura soggettiva. Gli autori adottano una procedura di supporto alle decisioni basata sui dati, la Compromise Programming, applicata a valle delle simulazioni per valutare e ordinare le alternative discrete di facciata in base a più criteri termici. Il metodo è trasparente nel criterio di classifica e contenuto sul piano computazionale: caratteristiche coerenti con l’attività preliminare di progetto, in cui il progettista confronta un numero chiuso di varianti geometriche e deve poter motivare la preferenza con argomenti verificabili.

Risultati: perforazione al 20% e Voronoi in testa

Il segno complessivo è univoco. Ogni facciata tessellata riduce il guadagno di calore solare e il picco di raffrescamento rispetto al caso di riferimento privo di schermatura. La misura del beneficio dipende però dall’interazione tra geometria e rapporto di perforazione: le configurazioni più chiuse, con perforazione al 20%, ottengono costantemente prestazioni superiori alle varianti più aperte. Sul piano morfologico, la tessitura Voronoi consegue l’equilibrio termico più stabile su tutti i criteri valutati e chiude la classifica al primo posto.

La parte più ripetibile del lavoro riguarda il metodo: generazione parametrica delle geometrie, simulazione termica annuale e ordinamento multiobiettivo esplicito delle alternative. Un flusso di questo tipo si inserisce nelle decisioni preliminari, quando la definizione dell’inviluppo condiziona la domanda di raffrescamento dell’edificio, e si adatta a climi mediterranei e affini, dove la schermatura solare esterna incide in modo diretto sull’efficienza energetica dell’edilizia scolastica.