La simulazione dinamica delle prestazioni per la progettazione e gestione di edifici ad energia positiva: il caso della Solar House ReStart4Smart al Solar Decathlon Middle East 2018

Il progetto ReStart4Smart è pensato per il clima mediorientale e mira a rispondere alle strategie di sviluppo sostenibile degli Emirati, ponendosi come una soluzione praticabile alla crescente domanda di alloggi della classe medio- bassa legata allo sviluppo del settore delle costruzioni. La fase di studio si è quindi concentrata sulla ricerca di un concetto di progettazione basato sulla massima efficienza energetica, semplicità strutturale e costruttiva, ottimizzazione e flessibilità degli interni.

La ricerca ha anche indagato sulla possibilità di incorporare, in modo moderno e innovativo, alcune caratteristiche distintive della vita della casa araba, sia a livello tecnologico, per quanto riguarda il controllo delle condizioni climatiche interne, sia a livello sociologico, per l'ospitalità e aspetti della privacy. Sviluppando il progetto, è stata condotta un'analisi approfondita dei bisogni da soddisfare, della legislazione da rispettare, dei servizi da fornire, del contesto ambientale, culturale e socio-economico del sito della competizione, nonché delle soluzioni progettuali proposte in precedenti edizioni del Solar Decathlon. I risultati di questa analisi hanno individuato le condizioni iniziali per impostare le scelte progettuali, da cui sono derivate le opzioni per le soluzioni tecnologiche, ottimizzando le prestazioni energetiche e termo-igrometriche, l'illuminazione e il benessere psicologico, riducendo al minimo gli impatti sull'ambiente, al fine di garantire l'aspetto tecnico ed economico di fattibilità del progetto.

Un ruolo importante nella definizione delle soluzioni per ridurre il fabbisogno energetico è stato svolto dai dati e dalle informazioni raccolte che indagano sul contesto ambientale in relazione agli aspetti geografico-territoriali e al clima della regione del Medio Oriente e della città di Dubai in particolare, caratterizzati da alte temperature e radiazioni solari (3900 gradi giorno per il raffreddamento, una temperatura massima media annuale di 34 ° C con valori massimi superiori a 48 ° C, radiazioni globali annuali su una superficie orizzontale 2330 kWh / m2), elevata umidità relativa (massima umidità media> 65%) e scarsa piovosità (30 mm / anno). Questi dati hanno permesso di impostare correttamente le scelte progettuali come rapporto forma / volume dell'edificio e orientamento, distribuzione degli interni, posizionamento e quotatura delle aperture e orientamento delle superfici del tetto.

Le caratteristiche climatiche di Dubai richiedono una forte attenzione al raffreddamento e alla deumidificazione dell'aria in entrata, in considerazione dei suoi livelli disagevoli durante la maggior parte dell'anno. Nei mesi invernali, tuttavia, è possibile sfruttare la ventilazione notturna per il raffreddamento. Nel complesso, i requisiti di riscaldamento invernale sono molto bassi. In estate forti radiazioni solari necessitano di tetti e pareti pesanti, ben coibentati e riflettenti, e l'altezza del sole consente sistemi di ombreggiamento orizzontali e verticali, adatti al controllo del guadagno di calore sulla facciata sud. I lati ovest ed est ricevono molte radiazioni, specialmente in estate, quindi si devono ridurre al minimo le superfici vetrate. L'illuminazione è generalmente molto alta, con radiazioni dirette significativamente più elevate delle radiazioni diffuse, quindi si consigliano finestre con protezione solare o ombreggiatura dinamica attiva.

Secondo il clima, le strategie di progettazione e costruzione per l'efficienza energetica della Solar House hanno incluso un approccio globale per favorire l'uso razionale dell'energia riducendo il fabbisogno energetico (misure di sufficienza energetica), installando sistemi ad alta efficienza (misure di efficienza energetica), e utilizzando fonti di energia rinnovabile (misure di energia pulita) e IoT e sistemi di domotica (misure di intelligenza artificiale) attraverso un equilibrio ottimale di passività (incidendo in particolare sulle variabili architettoniche, morfologiche e costruttive) e misure attive (relative al funzionamento dei sistemi tecnologici) , al fine di ottenere le migliori condizioni di comfort, un uso corretto delle risorse e un impatto ridotto sull'ecosistema dei recettori.

In particolare, per raggiungere l'obiettivo di ridurre il consumo energetico, la strategia ReStart4Smart viene rispetta quattro diversi livelli, o pilastri:
• un livello tipologico (Smart Shape) relativo alla forma e all'orientamento dell'edificio, al posizionamento e al dimensionamento delle aperture e alla distribuzione degli spazi interni al fine di favorire l'illuminazione naturale e la ventilazione, l'uso di energie rinnovabili e la riduzione di consumo di energia;
• un livello tecnico-costruttivo (Smart Envelope) riguardante entrambe le caratteristiche della struttura, al fine di massimizzare la resilienza e la flessibilità e ridurre i costi e i tempi di costruzione e le caratteristiche termo-igrometriche dell'involucro edilizio per ridurne il fabbisogno energetico e massimizzare i livelli di comfort termico, acustico e visivo;
• un livello tecnologico (Smart Systems), che favorisce l'utilizzo di soluzioni di sistemi ad alta efficienza e l'integrazione di fonti di energia rinnovabili al fine di ridurre il consumo di energia primaria da fonti non rinnovabili e massimizzare i livelli di comfort interno;
• un livello socio-culturale (Smart People) attraverso l'uso di sistemi avanzati di automazione degli edifici e la formazione e il coinvolgimento diretto degli utenti che per una migliore gestione e consapevolezza dei consumi energetici e i livelli di comfort.

Al fine di consentire l'ottimizzazione, sin dalle prime fasi del progetto, delle diverse scelte in relazione agli obiettivi, al contesto e al budget disponibile, le prestazioni di Solar House sono state fatte delle simulazioni in termini di comfort, consumo energetico, impatto sull'ambiente e sui tempi e i costi di realizzazione.
In questo contesto, l'uso della modellazione virtuale BIM ha permesso di integrare in tempo reale la soluzione architettonica formale (3D) con gli effetti in termini di prestazioni energetiche e ambientali (4D) e di costi di costruzione, gestione e manutenzione (5D), controllando l’intero progetto fino alla fase di costruzione dal punto di vista formale, tecnologico ed economico. [...]