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casa passiva e digital twin

Casa passiva, energie rinnovabili e digital twin: progettazione ecosostenibile in risposta alle emergenze climatiche

Tempo di lettura stimato: 10 minuti

La casa passiva è un edificio progettato per essere a basso consumo energetico. Ecco come i digital twin supportano la progettazione di questi edifici ecosostenibili per rispondere alle attuali sfide climatiche

Nel contesto dell’emergenza climatica che sta plasmando il nostro mondo, la necessità di adottare pratiche di progettazione ecosostenibile è diventata cruciale. Con il riscaldamento globale in aumento e l’urgente bisogno di ridurre le emissioni di carbonio, l’industria edilizia si sta evolvendo sempre più verso soluzioni innovative e responsabili. In questo scenario, le case passive emergono come pionieri dell’ecosostenibilità, rappresentando il futuro tangibile della progettazione eco-friendly.

Di conseguenza, la domanda per questa forma avanzata di progettazione ecosostenibile è in costante aumento e porterà con sé un aumento della domanda di architetti, ingegneri e tecnici specializzati nella progettazione e nell’implementazione di questo tipo di soluzioni. Per affrontare la crescente domanda di lavoro nella progettazione di case passive e più in generale di edifici ecosostenibili è necessaria un’accelerazione nella ricerca e nello sviluppo di nuove tecnologie, in questo contesto, il Digital Twin (o gemello digitale) può essere un’importante risorsa per tutti i professionisti. Puoi iniziare subito ad esplorare le potenzialità di questa tecnologia iniziando ad utilizzare gratuitamente un digital twin software.

In questo articolo approfondiamo il concetto di case passive e di digital twin ed esploriamo in che modo la tecnologia digital twin riesce a supportare i tecnici nella progettazione di case passive.

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Interfaccia del software per la creazione di un digital twin – usBIM

Cos’è una casa passiva?

Una casa passiva è un’abitazione estremamente efficiente dal punto di vista energetico, progettata per ridurre al minimo il consumo di energia per il riscaldamento, il raffreddamento e la ventilazione. Queste case sono costruite secondo rigorosi standard che mirano a ottenere un bilancio energetico quasi neutro.

Gli elementi che caratterizzano una casa passiva sono:

  • isolamento termico eccezionale: le pareti, i pavimenti e i tetti di una casa passiva sono estremamente ben isolati per impedire la dispersione del calore durante l’inverno e il surriscaldamento durante l’estate. Materiali isolanti di alta qualità sono utilizzati per ridurre al minimo il passaggio del calore attraverso le superfici dell’edificio;
  • serramenti e vetrate ad alta efficienza energetica: le finestre e le porte sono dotate di doppi o tripli vetri, spesso con rivestimenti speciali a bassa emissività, che impediscono la fuga del calore e riducono l’ingresso di radiazioni solari indesiderate;
  • sistemi di ventilazione controllata: un sistema di ventilazione meccanica controllata (VMC) assicura un ricambio d’aria costante senza dispersione eccessiva di calore. Questo sistema recupera il calore dall’aria esausta, contribuendo così a riscaldare l’aria fresca proveniente dall’esterno;
  • assenza di ponti termici: i ponti termici, che sono zone in cui l’isolamento è interrotto, sono eliminati o ridotti al minimo. Ciò previene la perdita di calore attraverso punti deboli nella struttura dell’edificio;
  • design orientato al sole: la disposizione degli elementi architettonici e delle finestre è studiata attentamente per sfruttare al massimo l’energia solare. Questo può contribuire al riscaldamento passivo durante l’inverno.

Il ruolo cruciale delle energie rinnovabili nelle case passive

Le case passive rappresentano una pietra miliare nell’architettura sostenibile, impegnandosi a ridurre al minimo il consumo energetico attraverso un approccio intelligente al design e all’efficienza. Tuttavia, gli elementi costruttivi di una casa passiva da soli non sono sufficienti per soddisfare completamente il fabbisogno energetico dell’abitazione. Pertanto, è essenziale integrare fonti di energia rinnovabile provenienti da risorse naturali come il sole, la terra, l’acqua e il terreno.

Per questo, tipicamente, per la progettazione di una casa passiva si considera la possibilità di un tetto con un sistema fotovoltaico capace di sfruttare l’energia solare per produrre acqua calda da utilizzare sia per scopi sanitari che per il riscaldamento interno. Oppure si può optare per l’installazione di un tetto verde per migliorare l’isolamento termico e acustico dell’edificio. Nel caso di una casa passiva con un giardino, è possibile sfruttare l’energia geotermica attraverso un sistema di pompa di calore terra-acqua collegato a sonde nel terreno. Queste sonde catturano il calore dal terreno e lo trasferiscono ai pannelli radianti all’interno della casa, garantendo un riscaldamento efficiente e sostenibile. Durante l’estate, il processo viene invertito: la frescura del terreno viene convogliata dai pannelli alle sonde, contribuendo a mantenere un clima fresco e confortevole in tutta l’abitazione.

In conclusione, attraverso la giusta combinazione di design avanzato e tecnologie energetiche rinnovabili, la progettazione di case passive può essere capace di ridurre l’impatto ambientale e offrire un ambiente di vita sostenibile e incredibilmente confortevole per i loro abitanti.

Vantaggi della casa passiva

Una casa passiva rappresenta il futuro dell’edilizia sostenibile. Grazie all’adozione di tecnologie innovative e alla progettazione attenta, queste case mostrano un approccio all’abitare che è sia ecologico che economicamente conveniente. I vantaggi offerte dalla progettazione di case passive sono numerosi, tra questi:

  • elevata efficienza energetica: riducono drasticamente il consumo di energia per il riscaldamento e il raffreddamento, portando a significativi risparmi economici a lungo termine;
  • comfort superiore: garantiscono un comfort termico costante e una qualità dell’aria interna superiore grazie ai sistemi di ventilazione controllata;
  • riduzione delle Emissioni di CO2: contribuiscono alla riduzione delle emissioni di gas serra grazie alla minore dipendenza dalle fonti di energia tradizionali;
  • sostenibilità ambientale: favoriscono la conservazione delle risorse naturali e la sostenibilità ambientale attraverso l’utilizzo di materiali ecologici e l’adozione di pratiche costruttive responsabili.

Cos’è un gemello digitale

Il concetto di gemello digitale (Digital Twin) ha guadagnato una notevole attenzione e applicazione pratica in diversi settori, tra cui quello delle costruzioni, emergendo come una tecnologia fondamentale nell’era digitale contemporanea. Ma cosa si intende esattamente con “gemello digitale”?

Un gemello digitale è una rappresentazione virtuale, un modello digitale che agisce come specchio del suo corrispettivo fisico, fornendo una vista dinamica e in tempo reale di un oggetto, processo o sistema. Questo modello non è statico o limitato a una semplice replica visuale; piuttosto, è alimentato e costantemente aggiornato da dati provenienti da una varietà di fonti, come sensori, dispositivi IoT e piattaforme di monitoraggio, creando un’immagine digitale che riflette e simula lo stato attuale e le condizioni operative dell’entità fisica.

L’implementazione di un gemello digitale nel settore delle costruzioni non si limita alla fase di progettazione o costruzione, ma si estende attraverso l’intero ciclo di vita dell’oggetto fisico, dalla sua concezione alla demolizione. Le informazioni dettagliate e aggiornate fornite dal digital twin assistono gli utenti nel monitorare le prestazioni, prevedere e identificare potenziali problemi, e ottimizzare la manutenzione e la gestione dell’oggetto fisico.
Inoltre, il gemello digitale non è un’entità isolata, ma è capace di creare un ponte digitale che collega dati, processi e persone, facilitando un flusso di informazioni bidirezionale e permettendo un’interazione dinamica tra l’oggetto fisico e il suo modello digitale. Il digital twin diventa, dunque, un punto di verità unico, “a single point of truth”, che offre una fonte affidabile e coerente di informazioni, su cui basare decisioni informate e strategie operative.

Digital Twin di un edificio: dati ed informazioni

Digital Twin di un edificio: dati ed informazioni

Creazione e funzionamento di un gemello digitale

La creazione di un gemello digitale inizia con la costruzione di un modello digitale accurato dell’oggetto fisico o del sistema in esame. Questo non si limita a una mera replica visuale, ma incorpora una serie di dati e informazioni che permettono di riflettere e simulare il comportamento e le condizioni dell’entità reale in un ambiente virtuale. La creazione del digital twin può avvalersi di diverse tecnologie e metodologie, tra cui la fotogrammetria terrestre, che utilizza fotografie e misurazioni di riferimento per creare modelli accurati e dettagliati, e l’uso di modelli 3D, spesso realizzati attraverso piattaforme di modellazione BIM nel contesto delle costruzioni.

Il funzionamento del gemello digitale è strettamente legato alla sua capacità di simulare, analizzare e prevedere il comportamento dell’oggetto fisico, fornendo agli utenti un mezzo per eseguire esperimenti, testare scenari ipotetici e prendere decisioni informate senza interferire con l’oggetto reale. Questo è reso possibile attraverso l’uso di motori di simulazione avanzati e tecnologie di rendering, che permettono di visualizzare e interagire con l’ambiente virtuale in modo realistico e dettagliato.

La creazione e la gestione di un digital twin richiedono, però, una comprensione approfondita e l’integrazione di varie tecnologie e discipline, tra cui IoT, intelligenza artificiale (AI), machine learning (ML) e analisi dei dati, tutte convergenti per fornire un modello digitale che non solo replica, ma anche arricchisce, la realtà fisica con intuizioni e funzionalità avanzate.

Integrazione con i Dati e IoT

Una delle caratteristiche fondamentali del digital twin è la sua capacità di integrare dati provenienti da una molteplicità di fonti, creando un modello che sia non solo rappresentativo, ma anche dinamico e reattivo alle variazioni dello stato dell’oggetto fisico. I dati possono provenire da sensori, dispositivi IoT, e altre piattaforme di monitoraggio, che forniscono informazioni in tempo reale riguardo allo stato, alle condizioni e alle prestazioni dell’oggetto fisico.

L’Internet delle Cose (IoT) gioca un ruolo cruciale in questo contesto, fornendo i mezzi per raccogliere, trasmettere e ricevere dati tra il DT e l’oggetto fisico. I sensori e i dispositivi IoT installati sull’oggetto fisico raccolgono dati relativi a vari parametri e li trasmettono al gemello digitale, che poi utilizza queste informazioni per aggiornare il modello e riflettere le condizioni attuali dell’oggetto reale. Questa integrazione continua di dati permette al gemello digitale di funzionare come un un punto di verità unico, “a single point of truth”, offrendo una vista coerente, accurata e tempestiva dell’oggetto o sistema in esame.

Inoltre, l’integrazione dei dati nel gemello digitale non si limita alla mera raccolta e visualizzazione di informazioni. I dati vengono analizzati, interpretati e utilizzati per alimentare simulazioni, prevedere tendenze e identificare potenziali problemi o aree di ottimizzazione. In questo modo, favoriscono una gestione proattiva e basata sui dati dell’oggetto fisico.

Realtà Virtuale e Aumentata nel gemello digitale

La Realtà Virtuale (VR) e la Realtà Aumentata (AR) sono tecnologie che permettono agli utenti di immergersi e interagire con ambienti virtuali o di sovrapporre elementi virtuali al mondo reale. Nel contesto del digital twin, VR e AR offrono opportunità uniche per visualizzare, esplorare e interagire con il modello digitale in modi intuitivi e coinvolgenti:

  • Visualizzazione Immersiva: la VR permette agli utenti di esplorare l’ambiente digitale del digital twin in modo immersivo, offrendo una comprensione più profonda e intuitiva della struttura e delle dinamiche dell’oggetto fisico;
  • interazione avanzata: la AR permette di sovrapporre il digital twin al mondo reale, fornendo informazioni e dati in tempo reale mentre si interagisce con l’oggetto fisico, facilitando operazioni come manutenzione, ispezione e formazione.
  • simulazione e sperimentazione: VR e AR permettono di simulare vari scenari e condizioni nel digital twin e permettono agli utenti di testare e sperimentare strategie e soluzioni in un ambiente virtuale sicuro prima di implementarle nel mondo reale.

Come il digital twin supporta la progettazione di una casa passiva

Il digital twin può rappresentare un’innovazione rivoluzionaria nell’edilizia ecosostenibile in quanto è capace di offrire una visione completa e dettagliata delle prestazioni degli edifici. Il futuro della progettazione di case passive efficienti e altamente confortevoli risiede senza dubbio nell’utilizzo di questa tecnologia.

Dunque, se hai intenzione di approfittare della domanda di lavoro crescente legata alla ricerca di soluzioni sostenibili e a basso impatto ambientale capaci di rispondere alla crescente emergenza ambientale ti consiglio di iniziare ad approcciare subito all’utilizzo di un software per digital twin e sperimentare tu stesso i vantaggi che riesce ad offrire attraverso:

  • la creazione di ambienti virtuali;
  • la simulazione e interazione realistica;
  • il decision-making basato sui dati.

Creazione di Ambienti Virtuali

La creazione di ambienti virtuali nel digital twin va oltre la semplice modellazione 3D dell’oggetto fisico. Si tratta di costruire un ecosistema digitale che riflette non solo la forma e la struttura dell’oggetto, ma anche le sue funzionalità, le dinamiche operative e le interazioni con altri oggetti o l’ambiente circostante.

La creazione di ambienti virtuali all’interno del digital twin svolge un ruolo cruciale nella progettazione di case passive in quanto permette di ottenere una modellazione fortemente dettagliata. Infatti, l’ambiente virtuale nel digital twin viene modellato con un alto grado di precisione per assicurare che rifletta accuratamente l’oggetto fisico e le sue caratteristiche. In tali ambienti virtuali, è possibile sperimentare il layout degli spazi interni ed esterni dell’edificio. Questo include l’ottimizzazione della disposizione delle stanze, delle finestre e delle pareti divisorie per massimizzare l’illuminazione naturale, migliorare la circolazione dell’aria e ridurre la necessità di illuminazione artificiale e riscaldamento/raffreddamento eccessivi. Inoltre, è possibile testare diverse opzioni di materiali da costruzione per valutarne l’impatto ambientale e l’efficacia nell’isolamento termico.

Simulazioni e Interazioni Realistiche

La possibilità di condurre simulazioni e interazioni realistiche nel digital twin permette di sperimentare, testare e ottimizzare vari scenari, strategie e soluzioni in un ambiente virtuale sicuro prima di implementarli nel mondo reale. Il digital twin, infatti, offre ad architetti e ingegneri la possibilità di:

  • effettuare simulazioni dinamiche: il digital twin permette di simulare dinamiche operative, flussi di lavoro e scenari variabili, offrendo intuizioni sulle prestazioni, l’efficienza e gli eventuali colli di bottiglia o problemi nell’oggetto fisico;
  • interagire in tempo reale: gli utenti possono interagire con il digital twin in tempo reale, modificando vari parametri, attivando o disattivando funzioni e osservando gli effetti delle loro azioni nell’ambiente virtuale;
  • fare analisi dettagliate: le simulazioni e le interazioni nel digital twin forniscono dati preziosi che possono essere analizzati per valutare l’efficacia delle varie strategie, identificare aree di miglioramento e ottimizzare le operazioni e le decisioni.

Nell’ambito della progettazione di edifici sostenibili queste simulazioni risultano un mezzo potente per analizzare e sperimentare le prestazioni dell’edificio in vari scenari e di migliorarne l’efficienza energetica, la sostenibilità e il comfort degli occupanti.

Decision-making Basato sui Dati

Il digital twin non solo fornisce una piattaforma per la raccolta e l’analisi dei dati, ma anche un mezzo per facilitare il decision-making basato sui dati. Le intuizioni e le informazioni derivanti dall’analisi dei dati nel digital twin possono essere utilizzate per informare e guidare le decisioni in tutte le fasi del ciclo di vita dell’oggetto fisico, dalla progettazione e costruzione alla manutenzione e ottimizzazione.

Le decisioni basate sui dati derivanti dal digital twin sono informate, tempestive e mirate e permettono ai professionisti del settore di agire proattivamente piuttosto che reattivamente. Questo è di grande rilevanza nella progettazione di edifici sostenibili in quanto permette di:

  1. identificare le esigenze di consumo energetico: raccogliendo dati sulla domanda energetica, inclusi i picchi di consumo e i modelli di utilizzo, è possibile comprendere meglio come l’edificio sarà utilizzato. Queste informazioni aiutano a progettare sistemi di riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC) ottimizzati, riducendo così il consumo di energia e le emissioni di gas serra;
  2. monitorare e gestire l’uso dell’energia: sistemi di monitoraggio basati sui dati consentono il tracciamento in tempo reale dei consumi energetici dell’edificio. Questi dati sono essenziali per identificare sprechi e inefficienze, consentendo la tempestiva correzione di anomalie e l’ottimizzazione dei sistemi per massimizzare l’efficienza energetica;
  3. ottimizzare l’illuminazione e il controllo ambientale: i dati sull’illuminazione, inclusi i livelli di luce naturale e artificiale in diverse parti dell’edificio, aiutano a progettare sistemi di illuminazione che si accendono solo quando e dove sono necessari. Ciò riduce il consumo eccessivo di energia. Inoltre, i dati sull’umidità, la temperatura e il flusso d’aria possono essere utilizzati per regolare automaticamente l’ambiente interno, ottimizzando il comfort degli occupanti senza sprechi energetici;
  4. analizzare il ciclo di vita e dei materiali da costruzione: l’analisi basata sui dati del ciclo di vita dei materiali consente di valutare l’impatto ambientale di ciascun materiale utilizzato nella costruzione. Questo aiuta nella selezione di materiali sostenibili e nella riduzione dell’impatto ecologico complessivo dell’edificio;
  5. ottenere un feedback continuo per l’ottimizzazione: i dati raccolti dopo l’occupazione dell’edificio forniscono un feedback prezioso sulle prestazioni in tempo reale. Le metriche di utilizzo, le abitudini degli occupanti e i dati sul consumo di energia aiutano a ottimizzare i sistemi esistenti e a informare le decisioni per le future progettazioni sostenibili.

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Esempi di utilizzo del digital twin per le case passive

Il digital twin offre una vasta gamma di applicazioni pratiche nell’ambito della progettazione di case passive. Eccone alcune:

  • possibilità di simulare e ottimizzare il comportamento dell’edificio in diversi scenari. Questo include l’analisi dettagliata delle prestazioni energetiche, consentendo ai progettisti di identificare inefficienze e di apportare modifiche nel processo di progettazione per massimizzare l’efficienza energetica;
  • gestione avanzata dei sistemi di riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC), regolando dinamicamente queste funzioni per adattarsi alle esigenze degli occupanti e alle variazioni climatiche in tempo reale;
  • creazione di modelli di simulazione interattivi che coinvolgono gli occupanti nella gestione del consumo energetico. Questi modelli permettono agli utenti di visualizzare l’impatto delle proprie azioni sul consumo energetico dell’edificio, incoraggiandoli a pratiche più sostenibili;
  • analisi dei dati storici e in tempo reale sull’utilizzo dell’energia, sull’efficienza operativa e sulla manutenzione preventiva. Questa analisi dati informata supporta le decisioni strategiche nella gestione continua delle case passive, garantendo che siano non solo sostenibili nel presente, ma anche nel lungo termine.

 

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