Nel mio articolo precedente, abbiamo esplorato i vari modi in cui il software di modellazione delle informazioni edilizie (BIM) ha influenzato l'architettura sostenibile. Espandendo il tema della sostenibilità, l'articolo di questo mese esamina una nuova tendenza nel software di sostenibilità chiamata modellazione energetica degli edifici (BEM).

Il BEM è un tipo di software che si integra tipicamente con gli strumenti BIM per migliorare ulteriormente l'analisi e la gestione dell'energia. I programmi BEM offrono simulazioni energetiche complete degli edifici che ingegneri, architetti e ricercatori utilizzano per modellare il consumo energetico—come riscaldamento, raffreddamento, ventilazione, illuminazione e carichi di plug e processi—oltre all'uso dell'acqua negli edifici.

Sebbene la modellazione energetica degli edifici sia attualmente un mercato di nicchia per il software, presso G2 crediamo che aumenterà in popolarità grazie alla sua capacità di migliorare la sostenibilità, fornire un alto ROI e, in ultima analisi, creare ambienti di lavoro migliori per il pubblico.

Perché il BEM è importante?

Secondo l'Amministrazione per l'Informazione sull'Energia degli Stati Uniti, gli edifici residenziali e commerciali hanno consumato circa il 40% di tutta l'energia negli Stati Uniti nel 2018. 

Per aggravare questo problema, la popolazione globale sta crescendo rapidamente e si prevede che raggiungerà i 10 miliardi di persone entro il 2050. Per tenere il passo con questa crescita demografica, dovremo costruire 13.000 edifici al giorno e investire 3,3 trilioni di dollari in infrastrutture annualmente fino al 2030. Questo avrà un impatto sostanziale sull'uso dell'energia e sulle emissioni. Con l'imminente aumento della costruzione all'orizzonte, architetti e designer devono considerare modi per costruire infrastrutture sostenibili. Una delle soluzioni a questo problema è la modellazione energetica degli edifici.

Storicamente, la performance energetica degli edifici è stata stimata approssimativamente. Anche con il software BIM, i designer si sono concentrati sulla funzionalità dell'edificio piuttosto che sul consumo energetico complessivo.

Tuttavia, con l'introduzione della modellazione energetica degli edifici, molte piattaforme BIM possono facilmente considerare la performance energetica di un edificio durante la fase di pianificazione. I designer possono inserire parametri come la geometria dell'edificio, la posizione dell'edificio e i dati meteorologici. Il risultato è un approccio più olistico alla modellazione energetica degli edifici, che può avere un impatto significativo sulla riduzione delle emissioni e dei tempi di costruzione.

Si dice che l'80% di come un edificio si comporterà sia deciso nel primo 20% del design. Se questo è vero, è un'ulteriore prova dell'importanza di condurre più modellazioni energetiche degli edifici durante le fasi di pianificazione.

Grande sfida per il BEM

Per architetti e designer, è abbastanza ovvio che il BEM può aprire la strada a un futuro più sostenibile. Tuttavia, le stime degli stakeholder suggeriscono che il BEM è utilizzato solo nel 20% dei nuovi progetti di edifici commerciali, e probabilmente in un numero ancora minore di nuovi progetti di edifici residenziali. Perché i designer e gli architetti sono stati così lenti ad adottare il BEM?

Bene, per una varietà di ragioni.

Secondo IBPSA Canada, “Lo sviluppo e l'implementazione dello scambio di dati automatizzato tra BIM e strumenti di simulazione energetica sono stati ostacolati dalla cultura industriale di professionisti specializzati che si sentono più a loro agio con l'inserimento manuale dei dati edilizi piuttosto che con lo scambio di dati automatizzato, dalla mancanza di programmi software disponibili che supportano un processo di traduzione robusto e dall'expertise tecnica richiesta.” 

Prima di tutto, lo scambio di dati tra strumenti di progettazione architettonica e software di simulazione energetica è sempre stato una grande sfida. È stato un problema tale che le simulazioni delle performance energetiche degli edifici sono state talvolta omesse completamente dal processo.

Come risultato di questa difficoltà, esistono solo due formati di dati che facilitano lo scambio BIM-to-BEM. Questo include il Green Building XML Schema (gbXML) e le Industry Foundation Classes (IFC).

Tutti i risultati sono stati scarsi in uno studio di caso che ha tentato di tradurre file BIM in piattaforme software BEM. Secondo lo studio, il BIM era visivamente pulito ma la geometria importata aveva ancora numerosi spazi vuoti e bordi non corrispondenti.

La ragione principale di ciò sembra essere il fatto che il software BIM è costruito specificamente per architetti e designer; è molto più focalizzato sulla rappresentazione architettonica e sulla documentazione di costruzione, mentre il software BEM si concentra sull'analisi energetica avanzata degli edifici. 

A parte i problemi di integrazione tra BIM e BEM, ci sono anche problemi riguardanti il valore che il software BEM porta ai proprietari di edifici e agli architetti. Storicamente, i proprietari di edifici volevano progetti che potessero essere completati rapidamente a basso costo. Di conseguenza, gli architetti si sentono sotto pressione per concentrarsi sulla funzionalità e sul costo piuttosto che sull'output energetico e sulla sostenibilità. 

La strada verso una maggiore implementazione del BEM

Considerando i problemi affrontati sopra, alcune cose devono accadere prima che architetti e gestori di edifici implementino il BEM a tassi più elevati.

Prima di tutto, i gestori di edifici devono essere convinti che la modellazione energetica degli edifici li aiuterà a ottenere un profitto. 

Storicamente, i costi associati al BEM erano elevati. Tuttavia, fino a poco tempo fa, non erano stati condotti studi sul ROI dell'implementazione della modellazione energetica degli edifici. Uno studio di Anica Landreneau, direttore della consulenza sulla sostenibilità presso la società globale di architettura e ingegneria HOK, ha rivelato che il ROI dalla modellazione energetica è tipicamente solo di 1–2 mesi.

  Fonte: Energy.gov

In uno dei suoi studi di caso, Anica ha scoperto un progetto architettonico che ha creato sistemi HVAC che si basavano sulla circolazione di acqua calda e fredda invece che di aria calda e fredda. Questa differenza nell'infrastruttura ha permesso agli utenti che hanno implementato il BEM di risparmiare una quantità significativa di denaro nei costi HVAC; l'azienda ha avuto un ROI di soli 1,3 mesi.  

Ci aspettiamo di vedere il mercato del BEM crescere sostanzialmente in futuro mentre la ricerca continua a rivelare più dati che evidenziano i benefici economici della modellazione energetica degli edifici. Oltre al ROI, il mercato del software BIM deve trovare modi per introdurre più prodotti che integrino il BEM nelle loro soluzioni. Questo eliminerebbe alcuni dei principali problemi che affrontano lo scambio di dati tra il software BIM e BEM.

Al momento della stesura di questo articolo, uno dei principali programmi software nel mercato del software di modellazione energetica degli edifici si chiama OpenStudio. OpenStudio supporta sia EnergyPlus che Radiance. Questo permette agli architetti di eseguire analisi di illuminazione ed energia all'interno di un unico modello. Secondo l'International Building Performance Simulation Association, sono attualmente in fase di sviluppo più integrazioni tra OpenStudio e altri principali software BIM. 

Mentre questo è un passo nella giusta direzione verso un'integrazione senza soluzione di continuità tra BIM e BEM, l'obiettivo finale è un'integrazione senza soluzione di continuità tra tutti i principali software BIM.

       Fonte: MDPI

Secondo Hexa Research, il mercato globale dei sistemi di gestione energetica degli edifici (BEMS) crescerà a un CAGR del 13,6% e raggiungerà oltre 7 miliardi di dollari entro il 2024. È solo una questione di tempo prima di vedere un enorme aumento di queste integrazioni BIM-to-BEM nel prossimo futuro.