Visualizzazione dati e formati aperti per la diagnosi energetica

In un mondo in rapida trasformazione come quello odierno, i temi dell’efficienza energetica e della sostenibilità ambientale sono divenuti di primaria importanza, specialmente se riferiti al settore delle costruzioni. 

Gli edifici, oggi, consumano notevoli quantità di energia (spesso molto più di quella strettamente necessaria) a causa di molteplici criticità costruttive, operative e gestionali.

Per rispondere alle esigenze di efficientamento del patrimonio costruito, la diagnosi energetica è emersa come strumento cruciale in grado di offrire approfondimenti sui modelli di consumo energetico degli edifici e sulle opportunità di ottimizzazione degli stessi.

Tuttavia, l’efficacia di tale metodo di analisi dipende dalla corretta interpretazione e comunicazione dei dati energetici i quali, essendo spesso complessi, rendono necessario l’utilizzo di tecniche di visualizzazione dati nei processi di analisi.

Analisi energetica del patrimonio costruito per l’efficientamento

L’ambiente costruito è responsabile di quasi il 40% dei consumi energetici globali. Gli edifici costituiscono una parte significativa di tale numero usufruendo del 75% dell’energia utilizzata complessivamente nelle nostre città, causando ogni anno il 40% delle emissioni urbane di CO2 (World Green Building Council). 

Nel contesto italiano, molti di questi edifici, siano essi pubblici o privati, sono stati costruiti prima dell’entrata in vigore degli standard normativi nazionali in materia di efficienza energetica e, pertanto, risultano inadeguati sia dal punto di vista costruttivo che impiantistico, con conseguenti inefficienze nella gestione di riscaldamento, raffreddamento e ventilazione e, più in generale, della gestione energetica complessiva.

Prima di intervenire su questi edifici diventa fondamentale analizzarli per:

• far luce sui modelli di consumo corrispondenti 
• identificare le aree di inefficienza maggiore 
• fornire linee di indirizzo utili al loro miglioramento. 

Ciò comporta la raccolta e la valutazione di numerosi dati provenienti da varie fonti, tra cui rilievi, bollette, sensori, dati meteorologici e modelli di occupazione. Tuttavia, i dati grezzi raccolti da queste fonti sono spesso complessi, voluminosi e difficili da interpretare direttamente.

Il ruolo della Data Visualization nelle diagnosi energetiche

La data visualization svolge un ruolo fondamentale nei processi di analisi energetica del costruito. Permettendo di trasformare i tanti dati grezzi in indicatori prestazionali significativi, questa agisce da ponte tra la complessità tipica del mondo dei dati e le necessità di comprensione degli stessi da parte dei professionisti, consentendo loro di prendere decisioni informate circa le strategie di ottimizzazione energetica. 

Un buon metodo di visualizzazione dei dati può offrire diversi vantaggi in fase di diagnosi, quali:

• una maggiore chiarezza interpretativa 
• la possibilità di identificare pattern e anomalie 
• l’immediatezza di confronto
• un coinvolgimento più consapevole degli stakeholder nei processi di decision-making.

Chiarezza interpretativa

Per quanto completi, tanti dati non elaborati possono risultare incomprensibili senza un’adeguata organizzazione e presentazione. Grafici, diagrammi e mappe convertono numeri astratti in rappresentazioni visive di più facile comprensione consentendo l’immediata identificazione di tendenze, anomalie e potenziali aree di miglioramento.

Identificazione di pattern e anomalie nel comportamento dell’edificio

Una buona strategia di visualizzazione dati abbinata ad analisi energetiche in regime dinamico può consentire l’identificazione di tendenze che, con altri metodi, passerebbero inosservate. 

Una granularità dei dati su scala oraria può essere d’aiuto ad analizzare il comportamento dell’edificio nel tempo, indagare l’interazione dell’edificio con gli impianti, gli occupanti e le condizioni meteorologiche e informare le strategie di riduzione dei consumi e gestione dei picchi di lavoro degli impianti. 

Inoltre, la visualizzazione di dati energetici orari porta spesso alla luce anomalie non immediatamente evidenti al modellatore energetico. Ad esempio, consumi insolitamente elevati in periodi di bassa occupazione possono essere indicativi di malfunzionamenti delle apparecchiature o di inefficienze del sistema.

Confronti immediati tra prestazioni o consumi di edifici

Una visualizzazione efficace dei dati facilita il confronto delle prestazioni di edifici diversi. Si pensi all’utilità di comparare le prestazioni di più edifici all’interno di un portafoglio o di confrontare i consumi attuali di un edificio con i suoi dati storici, in modo da fare un benchmarking della sua efficienza e monitorare gli impatti delle misure di miglioramento energetico nel tempo.

Coinvolgimento di stakeholder e decision-making

La visualizzazione dei dati trascende il gergo tecnico e consente una comunicazione efficace con gli stakeholder che potrebbero non avere una conoscenza approfondita dei sistemi edilizi o dei temi energetici. Che si tratti di chi possiede un edificio, di inquilini o di autorità di regolamentazione, visualizzazioni chiare possono aiutare a trasmettere le urgenze ed i potenziali benefici di intervento in modo più convincente di quanto farebbero dei dati “raw”, consentendo decisioni più consapevoli e responsabili.

Open data e data visualization: strumenti per la diagnosi energetica

Perché open data?

L’integrazione di tecniche di visualizzazione dei dati con l’utilizzo di fonti di dati aperte può migliorare sensibilmente l’efficacia di una diagnosi energetica in termini di:

• interoperabilità 
• standardizzazione 
• accessibilità a lungo termine e portabilità dei dati 
• trasparenza dei processi
• riproducibilità e condivisione dei risultati. 

Energy Plus per la diagnosi energetica con simulazione dinamica

EnergyPlus è un software di simulazione energetica sviluppato dal Department of Energy (DOE) degli Stati Uniti. È progettato per modellare le prestazioni energetiche e ambientali degli edifici e dei sistemi HVAC, contribuendo all’analisi del consumo energetico, del comfort termico e di altri fattori correlati. È spesso utilizzato da architetti, ingegneri, ricercatori e decision makers per valutare le prestazioni energetiche degli edifici durante le fasi di progettazione, costruzione e gestione. 

Compatibile alle normative internazionali (ad esempio, ASHRAE) e agli standard di modellazione più affermati (quali gbXML), EnergyPlus utilizza un approccio dettagliato e basato sulla fisica per simulare le interazioni energetiche all’interno degli edifici, considerando fattori come il trasferimento di calore, il flusso d’aria e le condizioni ambientali, generando dei dati di output aperti.

Esempio di analisi energetica iniziale: Palazzo Koch a Ferrara

Nelle seguenti figure mostriamo l’utilizzo di vari grafici di supporto per l’analisi energetica di un palazzo storico in area emiliana, Palazzo Koch a Ferrara, analizzato tramite Design Builder e Energy Plus prima di essere assoggettato a certificazione LEED.

Figura 1. Il modello energetico di Palazzo Koch in formato aperto gbXML. 

Figura 2. Il modello energetico di Palazzo Koch nella modalità Data Visualization in Design Builder. Le zone termiche sono colorate in base ai guadagni energetici derivanti dagli occupanti durante l’anno simulato. Le zone rosse sono quelle più affollate, mentre le blu sono meno occupate o non occupate.

Figura 3. Risultati principali della modellazione energetica. I grafici rappresentano l’andamento previsto dei consumi dell’edificio, a scala mensile (sopra) e oraria (sotto), suddivisi per tipologia di end-use (riscaldamento, raffrescamento, illuminazione, elettricità per utenze elettriche, acqua calda sanitaria, ventilazione). 

Il futuro della visualizzazione dati nella Building Energy Analysis

Con l’avanzare della tecnologia, il potenziale della data visualization nel contesto della gestione energetica degli edifici troverà probabilmente grandi sviluppi. 

Cruscotti interattivi, simulazioni di realtà virtuale, digital twin, e sovrapposizioni di realtà aumentata potrebbero fornire esperienze ancora più coinvolgenti. Algoritmi di apprendimento automatico potrebbero essere integrati negli strumenti di visualizzazione per fruire delle analisi energetiche in tempo reale e identificare le anomalie in ottica preventiva. Per non perderti gli aggiornamenti sulle tecnologie a supporto della pratica architettonica seguici sulle nostre pagine social –  Facebook e LinkedIn – e iscriviti alla newsletter.