Illuminotecnica e analisi energetica

Il BIM (Building Information Modeling) può essere definito come un “metodo” che consente di elaborare la progettazione di uno spazio attraverso una rappresentazione digitale dettagliata, inclusi gli aspetti tecnici come quello dell’illuminazione naturale e artificiale, integrata da una serie di dati e informazioni che consentono analisi e simulazioni sugli impatti e le prestazioni delle soluzioni scelte.

La modellazione 3D parametrica di uno spazio di lavoro permette infatti di valutare il comportamento interno ed esterno della luce. Adottando la modellazione già durante la fase di progettazione, quindi, è possibile anticipare e prevenire tutte quelle problematiche e disfunzioni che potrebbero interessare lo svolgimento delle attività lavorative, il comfort visivo e l’efficienza energetica.

Di seguito analizzeremo, dunque, come il BIM può gestire gli aspetti di illuminazione, artificiale e naturale.

La modellazione in BIM per la luce naturale

Rispetto all’illuminazione naturale, grazie alle possibilità di simulazione offerte dal BIM, è possibile andare ben oltre le raccomandazioni offerte dalla normativa. Questa tecnologia, infatti, aiuta a comprendere come la luce solare entra e si distribuisce negli spazi di lavoro, a seconda di fattori come:

• L’orientamento dell’edificio: il posizionamento dell’edificio rispetto al sole durante l’intero anno solare.

• I materiali: la riflettanza dei materiali scelti per il progetto (muri, rivestimenti, pavimenti, soffitti) e la trasparenza delle superfici vetrate.

In questo modo è possibile effettuare valutazioni per:

• L’analisi diurna (Daylighting analysis): il modello parametrico dello spazio di lavoro consente di fare simulazioni dinamiche basate su dati reali relativi al sito di progetto per calcolare la quantità di luce naturale disponibile in diverse ore del giorno e in diverse stagioni. Questo aiuta a ottimizzare il design per il comfort visivo degli occupanti e il risparmio energetico, che interessa principalmente chi gestisce lo spazio per conto degli affittuari o proprietari degli spazi.

• L’ottimizzazione del daylighting: utilizzando il metodo BIM, i progettisti possono creare diverse opzioni giocando con la posizione, la dimensione e la tipologia delle finestre e delle aperture per massimizzare l’illuminazione naturale, migliorando il benessere degli occupanti e riducendo il bisogno di illuminazione artificiale durante le ore del giorno in cui gli spazi possono godere di un sufficiente apporto di luce naturale.

La modellazione in BIM per la luce artificiale

Il BIM permette anche di progettare e simulare l’illuminazione artificiale, tenendo conto di alcuni aspetti come:

• La tipologia di corpi illuminanti: è possibile creare dei modelli informativi di diverse fonti di luce artificiale, come luci a LED, fluorescenti, alogene, e analizzare il loro effetto sugli spazi e le componenti illuminate.

• Il controllo dell’illuminazione: viene anche modellato il sistema di controllo della luce (ad esempio, l’uso di sensori di luminosità e presenza), per simulare il funzionamento in base alla necessità di luce in diversi momenti della giornata.

In questo modo è possibile effettuare valutazioni per:

• L’efficienza energetica: mettendo a sistema i dati, si possono analizzare i consumi energetici degli impianti di illuminazione artificiale, ottimizzandoli per ridurre i costi operativi e migliorare la sostenibilità del progetto.

• La simulazione della distribuzione della luce: utilizzando software BIM come Revit, è possibile eseguire simulazioni fotometriche che mostrano come la luce artificiale si distribuisce in uno spazio, calcolando l’intensità luminosa, i livelli di illuminamento (lux), e l’uniformità della luce. Ciò permette di assicurare che l’illuminazione sia appropriata per l’uso specifico degli ambienti.

Lo studio illuminotecnico

Una delle caratteristiche più potenti del BIM è la possibilità, grazie ai punti sopra elencati, di combinare le analisi di illuminazione naturale e artificiale, creando scenari realistici per valutare il comfort visivo complessivo degli occupanti e l’efficienza energetica, contenendo i consumi e le relative emissioni di CO₂. Ad esempio, si possono progettare spazi che sfruttano la luce naturale durante il giorno, riducendo la dipendenza dalla luce artificiale, e integrando adeguatamente le due fonti di illuminazione nelle ore serali o in ambienti privi di accesso diretto alla luce solare.

Alcuni software BIM avanzati integrano funzionalità per la simulazione della luce naturale e artificiale, come Revit con plugin come Insight o software di terze parti come DIALux o Autodesk Ecotect Analysis. Questi strumenti consentono di eseguire calcoli accurati in base a norme di illuminazione e regolamenti energetici vigenti per diverse aree geografiche.

In sintesi, il BIM offre una piattaforma completa per ottimizzare sia l’illuminazione naturale che artificiale, garantendo un progetto più efficiente dal punto di vista energetico e un ambiente confortevole per gli utenti finali.

Quanto è rilevante, quindi, la modellazione in BIM per il progetto ufficio e l’aspetto illuminotecnico? È importante sottolineare che il BIM supporta l’integrazione dell’illuminazione con altri aspetti del progetto, come le componenti strutturali, l’involucro e gli impianti meccanici, elettrici e idraulici (MEP). Tutto ciò consente a tutti i team coinvolti nel progetto di lavorare insieme e in maniera complementare per raggiungere soluzioni davvero integrate e ottimizzate sotto una molteplicità di aspetti.

Le tappe del percorso di progettazione

Per mostrare nel concreto i principali benefici del BIM nella progettazione dell’illuminazione degli edifici adibiti a ufficio, prenderemo in considerazione uno dei progetti di RT BIM Lab, ossia uno dei tre piani dell’headquarter di una società danese, situata ad Aarhus, che opera nel retail. Chiediamo quindi a Dario Ruberti e Gabriele Tagliareni di RT BIM Lab di accompagnarci nel percorso di progettazione affrontato per questo interessante edificio.

Come avete impostato lo studio illuminotecnico del progetto?

Dario Ruberti: Per lo studio illuminotecnico di questo progetto, abbiamo come sempre utilizzato il modello informativo 3D dell’edificio, andando a geolocalizzarlo nel luogo in cui verrà successivamente realizzato. Per il suo posizionamento abbiamo quindi inserito le coordinate geografiche e le masse generiche degli edifici circostanti, in modo da ottenere delle analisi solari veritiere. Grazie a questi semplici passaggi, è stato possibile valutare sin da subito l’impatto dell’intorno e quindi la distribuzione preliminare degli ambienti interni, favorendo la giusta esposizione degli spazi di lavoro e, di conseguenza, il giusto apporto di luce naturale dalle aperture. Attraverso il software BIM, che consente anche di studiare il percorso della luce solare durante tutto l’anno, ci è stato possibile inoltre creare più varianti di layout in base al periodo, al fine di poter sfruttare al massimo il contributo della luce solare nelle ore lavorative durante le diverse stagioni e in base alle diverse possibili condizioni meteorologiche. (Fig. 01 – Schema luce solare)

Come avete gestito la presenza dei materiali
nei diversi ambienti?

Gabriele Tagliareni: I materiali che compongono le superfici degli oggetti BIM, come muri, pavimenti, controsoffitti, facciate continue, porte e finestre, contengono le grandezze fisiche capaci di valutare la consistenza dell’Illuminamento (LUX) nelle diverse soluzioni che si intendono sviluppare. Il calcolo di verifica è stato effettuato attraverso l’esportazione del modello parametrico in formato IFC (Industry Foundation Classes) all’interno di altri software BIM (DIALux, ad esempio, o software specifici forniti direttamente dai produttori di serramenti) capaci di leggere questo specifico “formato aperto”, mantenendo comunque l’interoperabilità tra i diversi programmi, senza margine di errore e senza dover reimpostare nuovamente i parametri stessi. Questo ovviamente ci ha consentito anche di accorciare i tempi di progettazione. (Fig. 02 – Rappresentazione generale delle luci con altri elementi in trasparenza)

Come avete gestito la distribuzione dei corpi illuminanti
nelle diverse soluzioni?

D.R.: La distribuzione dei corpi illuminanti, il numero di massima e il loro distanziamento gli uni dagli altri, è stato analizzato attraverso gli abachi del software BIM che, grazie alla possibilità di mettere a confronto le aree degli ambienti e i dati illuminotecnici degli oggetti, ci ha permesso di fare degli schemi di base.

I corpi illuminanti sono quindi stati distribuiti all’interno gli ambienti tenendo conto dei requisiti e delle loro caratteristiche tecniche. Infatti, attraverso i parametri contenuti nelle famiglie BIM delle luci, è stato possibile procedere nuovamente al calcolo illuminotecnico, questa volta in modo definitivo attraverso DIALUX. (Fig. 03 – Immagine DIALUX)

Questo software dedicato, che ci ha permesso di caricare il nostro modello 3D al suo interno per poi andarlo a interrogare sugli aspetti che riguardano la luce. Molte delle famiglie BIM utilizzate sono state scaricate direttamente dai database delle aziende produttrici. Per quelli invece non disponibili sono state create delle famiglie specifiche oppure modificate quelle standard esistenti, integrando, ove possibile, i dati mancanti in formato .ies, un formato dati comune a livello internazionale capace di descrivere la distribuzione della luce negli apparecchi. Tutto questo ci ha permesso di simulare all’interno del software lo stesso comportamento dell’apparecchio nella realtà con estrema precisione.

Come avete gestito l’aspetto del facility management
e dei costi?

G.T.: La possibilità di valutare più soluzioni progettuali e la loro correttezza non è l’unico vantaggio del BIM in termini illuminotecnici. I dati inseriti nelle famiglie, come schede tecniche, durata, consumo o altri specifici aspetti definiti in accordo con la richiesta della committenza, ci permettono di monitorare costantemente l’aspetto manutentivo nel tempo e gestire più facilmente le attività del facility management dell’edificio.

Inoltre, poiché la maggior parte degli apparecchi illuminanti di oggi possono essere direttamente richiesti o scaricati dal sito dell’azienda, questo ci consente di ottenere, assieme ai report tecnici che riguardano appunto la pianificazione delle operazioni di manutenzione a medio-lungo temine, anche delle valutazioni in termini economici, ottenendo dei confronti immediati di costo tra le diverse proposte di mercato.

In conclusione, questa esperienza di RT BIM LAB dimostra come, sfruttando il metodo BIM, sia possibile ottenere un’ottimizzazione del progetto a 360 gradi. Infatti, grazie alla modellazione tridimensionale e alla simulazione dei flussi luminosi, si possono individuare soluzioni ottimali per bilanciare la luce naturale e artificiale, migliorando il comfort visivo e la qualità degli spazi. Inoltre, la combinazione di simulazioni per ottimizzare l’uso della luce naturale e la selezione di sistemi di illuminazione artificiale efficienti consente di ridurre notevolmente i consumi energetici e le emissioni di CO₂. Ciò comporta, di riflesso, la possibilità di meglio controllare i costi legati non solo alla fase di sviluppo del progetto e di costrizione, ma anche di manutenzione dell’edificio sul medio e lungo periodo.

Nel complesso, il BIM rappresenta uno strumento fondamentale di supporto alle decisioni. Consentendo una collaborazione multidisciplinare, infatti, l’illuminazione può essere facilmente integrata con altri aspetti del progetto, come la struttura, l’involucro e gli impianti meccanici, elettrici e idraulici (MEP). Ciò consente a tutti i team coinvolti nel progetto di lavorare in maniera congiunta, con un approccio olistico, per raggiungere un design integrato e ottimizzato.