EDILCLIMA - PROGETTO 2000

Rivelare l’invisibile: il potere dell’Intelligenza Artificiale nel calcolo energetico

Tra le diverse funzionalità del software EC700 Calcolo prestazioni energetiche degli edifici è ora disponibile il tool EnergIA, nato da un progetto di Edilclima e il laboratorio di ricerca BAEDA Lab del dipartimento Energia del Politecnico di Torino.

Cos’è e cosa invece non è EnergIA? A quali scopi è utile?

Scopriamolo attraverso alcuni esempi.

Cos’è EnergIA?

EnergIA è uno strumento che prende forma da un dataset di partenza costituito da migliaia di XML relativi agli APE e raccolti nel formato standard predisposto dal Comitato Termotecnico Italiano. Tra i numerosi input presenti negli XML sono state individuate le variabili più rappresentative, in grado di caratterizzare sia l’involucro che l’impianto:

• Geometria: superficie utile, superficie disperdente, S/V e percentuale di area vetrata;
• Involucro: trasmittanze, area solare equivalente, fabbisogno di energia utile ideale;
• Impianto: efficienze globali e fabbisogni di energia primaria non rinnovabile per riscaldamento e per ACS;
• Fonti rinnovabili: percentuali di copertura da FER per entrambi i servizi.

Grazie alla tecnica di analisi dati avanzata clustering analysis è stato possibile individuare 8 tipologie di edifici. EnergIA analizza l’edificio oggetto di calcolo e lo assegna al cluster di edifici più simili.

Il cluster di appartenenza rappresenta quel gruppo di progetti con cui l’edificio condivide un elevato livello di similarità e rispetto al quale è più ragionevole confrontare la prestazione energetica. All’interno del cluster assegnato possono comunque essere presenti delle caratteristiche lontane dalla mediana, ossia ci possono essere dei parametri il cui valore all’interno del gruppo si manifesta con più bassa frequenza. Nell’immagine sottostante vediamo un esempio di distribuzione della superficie utile all’interno di un cluster: potrebbe capitare che un edificio venga assegnato a questo cluster anche se avesse una superficie utile di 145 m2, un valore prossimo al limite superiore del campione.

Cosa non è EnergIA?

EnergIA non nasce specificamente come strumento di rilievo automatico degli errori, servizio di autodiagnostica già presente in EC700 Calcolo prestazioni energetiche degli edifici tramite la barra di segnalazioni posta sul lato destro dell’interfaccia (funzione ECHelp).

EnergIA può tuttavia essere molto utile per segnalare delle potenziali anomalie non rilevabili da ECHelp. Ecco alcuni esempi di avvisi di attenzione:

• Nonostante i valori bassi di trasmittanza di involucro, ottieni elevati valori di fabbisogno di energia utile ideale EPH,nd. Sei sicuro di non aver sottostimato gli apporti gratuiti o sovrastimato le dispersioni per ventilazione? Potresti anche avere considerato un fattore solare dei vetri tipico di un vetro singolo e non coerente con la tipologia di infissi presente;
• Il valore del fabbisogno di energia primaria non rinnovabile EPnren,H è più basso rispetto alla media del tuo cluster. Questo nonostante il fabbricato abbia trasmittanze elevate e l'impianto per il riscaldamento una bassa efficienza.

La presenza di questo ultimo “alert” può essere ricondotta a errori di modellazione più concettuali, come la presenza di strutture rivolte verso ambienti non coerenti o la dimenticanza di inserimento di alcuni componenti finestrati. Questi tipi di errori sono difficilmente rilevabili con strumenti di diagnostica convenzionale.

È utile sottolineare come i concetti di “valore elevato” o “valore basso” non hanno un significato assoluto, ma sono riferiti al confronto con il proprio cluster di appartenenza. Nell’immagine seguente, ad esempio, vediamo come un valore di trasmittanza media pari a 0,85 W/m2K sia ricaduto al di sopra del 75esimo percentile rispetto agli elementi del cluster n.5, un raggruppamento di edifici la cui mediana è 0,55 W/m2K (lo stesso valore sarebbe risultato ad esempio nel decimo percentile nel cluster numero 0, dove sono raggruppati edifici con scarse prestazioni dell’involucro).

Per cosa può essere utile EnergIA? Alcuni esempi

Come tutti gli algoritmi basati sull’intelligenza artificiale, EnergIA è un tool che si “allena” nel tempo ed evolve man mano che il dataset iniziale si arricchisce. Di seguito riportiamo alcuni esempi per comprendere meglio come lavora.

Esempio 1. Sono consapevole del comportamento del mio edificio?

L’immagine seguente mostra il risultato restituito per un’abitazione non isolata, cui è stato assegnato il cluster 7, che è tipico di villette moderne e con involucro efficiente. In un primo momento questo risultato ci ha fatto pensare ad un errore.

In realtà l’edificio oggetto di analisi è una villetta con ben due lati addossati al terreno e che con incentivi fiscali è stata dotata di serramenti molto performanti e di un buon impianto. La presenza del terreno come cappotto “naturale” e l’elevata presenza di serramenti a bassa trasmittanza concentrata sui pochi affacci verso l’esterno hanno comportato che questo edificio fosse assimilato a quelli isolati. EnergIA in questo caso è quindi il mezzo per prendere maggiore consapevolezza del comportamento del mio edificio, un passaggio che può rivelarsi utile anche per valutazioni successive.

Esempio 2. Una dimenticanza non rilevabile da ECHelp

Prendiamo come secondo esempio una villetta con forma molto frastagliata, che è finita nel cluster 2, caratterizzato per lo più da appartamenti interpiano o con pochi affacci. Pur mantenendo l’elevato rapporto S/V dato dalla geometria molto articolata, e pur avendo una dimensione maggiore a quella di un appartamento, la villetta risultava avere un comportamento di involucro assimilabile a questa tipologia di unità immobiliari, come mai? Analizzando in modo più approfondito il lavoro è emersa una dimenticanza: all’interno dell’input grafico non erano stati specificati né il pavimento né il soffitto del piano su cui era stata disegnata la villetta. Correggendo questa anomalia la villetta viene inserita nel cluster 6, comprendente unità immobiliari singole, di taglio elevato.

Esempio 3. Ho fatto delle scelte lontano dallo standard?

Come ultimo esempio esaminiamo il risultato di una villetta bifamiliare: la geometria della villetta sembrerebbe tale da assimilarla al cluster 6, nonostante la superficie utile sia nei primi percentili di questo raggruppamento di edifici. Balzano invece all’occhio un’area solare equivalente elevata e un rendimento globale per riscaldamento molto buono rispetto al cluster.

Il valore dell’area solare può essere lontano dalla mediana per via di un’alta percentuale di superficie vetrata o della presenza di vetri poco schermati, caso tipico sono i vetri singoli: queste caratteristiche però non appaiono in linea con la realtà, perché le finestre hanno vetri doppi e non sono particolarmente ampie. Analizzando il lavoro è emerso che era stato adottato per tutte le finestre un fattore tendaggi pari a 1 (ossia assenza di tende): questa scelta non è in sé sbagliata ma si rivela probabilmente poco diffusa rispetto alla media dei professionisti.

Per quanto riguarda le prestazioni elevate dell’impianto, anche in questo caso il progetto non giustificava uno scostamento così elevato rispetto allo standard: il cluster 6 è caratterizzato da impianti con prestazioni buone, per lo più caldaie a condensazione, e questa tipologia di generatore coincideva con quella dell’edificio in esame. Il motivo dello scostamento era il tipo di regime di funzionamento, che era quello intermittente. Il campione di edifici del cluster 6, essendo costituito da XML relativi ad APE, è calcolato considerando il regime di funzionamento continuo. Anche in questo caso devono essere fatte le giuste considerazioni: se lo scopo del calcolo è quello di redigere un APE o una Legge 10, il regime continuo è obbligatorio e considerare il regime intermittente è un errore.

Proviamo a trarre delle conclusioni alla luce di questi esempi: per quali scopi è utile il tool EnergIA?

In sintesi, EnergIA si è rivelato un alleato prezioso per:

• Identificare scelte sbagliate nelle condizioni di modellazione.
• Scovare errori di compilazione non rilevabili dai software diagnostici tradizionali.
• Valutare quanto sono in linea le mie decisioni rispetto alla maggioranza dei progettisti.
• Mettere in luce quanto sia standard il mio edificio.
• Prendere consapevolezza del comportamento del mio edificio.

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