La validazione dei programmi di calcolo
Si sente spesso affermare che un programma di calcolo è “validato” e quindi idoneo all’uso. Spesso però questo termine viene usato in modo improprio per indicare processi che possono avere scopi diversi.
Differenti metodologie per la validazione del software
La validazione di un software di calcolo è un’attività molto complessa e può essere effettuata con differenti metodologie:
● validazione analitica: gli output del software vengono confrontati con calcoli manuali o effettuati con fogli di Excel; vengono di solito utilizzati “casi test” piuttosto semplici caratterizzati da condizioni al contorno semplificate.
● validazione sperimentale: gli output del software vengono confrontati con dati monitorati su costruzioni reali. Per effettuare questo tipo di validazione è necessario possedere una notevole esperienza per una corretta valutazione dei dati di input, per l’interpretazione dei risultati e per individuare le cause degli scostamenti tra i dati calcolati e i dati rilevati; sono inoltre indispensabili delle conoscenze approfondite di metrologia.
● validazione comparativa: il software viene confrontato con altri software che sono ritenuti più “affidabili” dalla comunità scientifica perché utilizzati in un maggior numero di casi e da più tempo.
Una validazione completa e affidabile è effettuata di solito da un team di esperti che utilizzano queste metodologie in modo congiunto.
La validazione del Comitato Termotecnico Italiano
Il CTI svolge un’attività di verifica dei software di calcolo della prestazione energetica degli edifici ai sensi dell’art. 7 del DM 26.06.2015: tale validazione, che consiste in una verifica analitica di conformità alle norme, subordina la possibilità di utilizzare il software per le verifiche di legge. Non garantisce pertanto la correttezza del risultato (consumo energetico, rendimenti, ecc.), ma solo la conformità dei calcoli alla relativa normativa; se le norme contengono valutazioni errate e tali da comportare errori, il software deve comunque attenersi.
È il caso di ricordare a questo proposito le obiezioni poste da Edilclima, che ha segnalato la necessità, in vista di questa regola, di correggere alcuni punti discutibili o errati contenuti nella normativa (vedi Progetto 2000 n. 37 del dicembre 2009): tali osservazioni, discusse e approfondite all’interno dei gruppi di lavoro del C.T.I., hanno consentito di introdurre diversi miglioramenti nella normativa stessa.
Un caso particolare degno di nota è l’assenza di validazione del programma CENED 2.0 da usare obbligatoriamente per la certificazione energetica in Lombardia. Il metodo di calcolo della certificazione energetica costituisce il “metro” di misura e di confronto della prestazione energetica degli edifici e, come tale, richiederebbe, a maggior ragione, la verifica che i risultati siano confrontabili su tutto il territorio nazionale mediante l’uso di un unico metodo di calcolo. Questa raccomandazione, contenuta nel D.M. 22.06.2009, art. 3, comma 5, con le ulteriori precisazioni del D.M. 22.11.2012, che indica esplicitamente nelle norme UNI della serie 11300 lo strumento nazionale di riferimento, è stata praticamente recepita da tutte le regioni, ma non dalla Regione Lombardia, che prosegue con il “suo” metro.
Bestest secondo ANSI ASHRAE 140-2011
Questa metodologia di validazione consiste in una verifica, effettuata su edifici dalle forme essenziali, come previsto dalla norma, al fine di confrontare i risultati di un software con quelli di altri programmi aventi lo stesso scopo. Il risultato è un diagramma a barre che consente di confrontare i risultati con altri.
Lascia perplessi il fatto che le differenze fra i risultati dei vari software in alcuni casi siano molto consistenti (anche dell’ordine del 50% o più), senza elementi che possano indicare se uno di questi sia corretto.
Se consideriamo che il calcolo orario è stato implementato per migliorare la precisione rispetto a quello mensile, che nel calcolo del fabbisogno energetico invernale degli edifici ad uso residenziale garantiva già una precisione dell’ordine del 5%, le perplessità sembrano giustificate.
La validazione dei programmi secondo Edilclima
La validazione del software, secondo Edilclima, è principalmente una validazione sperimentale, basata sul metodo scientifico, ossia sulla verifica che i dati forniti dal calcolo, per i vari tipi di edificio, siano confermati da dati reali misurati sul campo; si tratta, in altri termini, di una ricerca dei parametri corrispondenti a determinate situazioni, di cui è necessario tenere conto per arrivare a calcoli aderenti alla realtà.
Queste verifiche, iniziate nel febbraio 2001 con il software EC501 ver. 3, sono proseguite sino ad oggi, con attenzione ad ogni nuova versione del software o delle norme, al fine di garantire sempre la loro idoneità all'uso.
La ricerca ha riguardato principalmente il calcolo dell’energia invernale con il metodo mensile consentendo di garantire sempre, nella diagnosi energetica, negli edifici ad uso residenziale, un’incertezza inferiore al 5% .
Si ricorda come, nelle varie fasi, siano emersi: il fattore di contabilizzazione, indicazioni per tener conto correttamente dell’extra flusso della volta celeste nei vari tipi di edifici, l’impossibilità di tenere conto in modo forfettario dei ponti termici negli edifici bene isolati, l’impossibilità di trascurare, per la loro rilevanza, le dispersioni di calore verso il basso negli impianti a pannelli radianti, e molte altre particolarità che hanno permesso un continuo perfezionamento dei calcoli, come pure della normativa di riferimento.
Vale la pena di citare, come frutto del metodo scientifico, anche il “fattore d’uso dell’impianto” (1) già introdotto come parametro fondamentale nella norma UNI 10200 sulla contabilizzazione del calore e forse ancora sottovalutato nella diagnosi energetica, nella quale costituisce un’insidia non da poco.
Negli edifici del terziario o in certi edifici prefabbricati l’incertezza aumenta ed è correlata con i dati di cui dispone il progettista; l’incertezza può quindi essere valutata e dichiarata solo dal professionista, che è tuttavia facilitato dalla consapevolezza di utilizzare un metodo di calcolo validato.
La validazione dei calcoli estivi non ha potuto finora essere effettuata per eccessive carenze della metodologia UNI 11300 mensile. Proprio in questi giorni è però ripartita l’attività di ricerca per la validazione del nuovo calcolo dinamico orario secondo norma UNI EN ISO 52016-1:2018, grazie anche al contratto di collaborazione con il Politecnico di Torino: si tratta di un progetto ambizioso che, partendo dai risultati raggiunti con il metodo mensile, dovrà consentire la validazione dei calcoli, tanto invernali che estivi, con il metodo orario, su ogni tipo di edificio.
Tale metodo apre infatti un mondo nuovo che permette anche di rispondere con precisione a dispute annose, quali funzionamento continuo o intermittente o altre modalità di conduzione e regolazione.
Conclusioni
Come illustrato, la validazione dei programmi di calcolo energetico, intesa come verifica continua della loro idoneità a fornire risultati riscontrabili sugli edifici reali nelle loro varie tipologie, è un’attività molto complessa che richiede figure professionali particolarmente esperte in vari settori: devono eccellere nell'attività di rilievo sul campo, devono conoscere le metodologie costruttive utilizzate nelle località in cui operano, per essere certi che i dati di input siano corretti, devono possedere buone capacità metrologiche.
Queste sono le condizioni necessarie per poter confrontare i risultati di un calcolo con i dati reali di consumo dell’edificio.
Va sottolineato che nell'attività di validazione non sono ammesse differenze sensibili; se i dati non tornano, l’attività non è finita se non quando si individuano le cause o i parametri inadatti che provocano lo scostamento.
Il responsabile della validazione del software deve applicare rigorosamente il metodo scientifico fino alla soluzione del problema. Non sempre le soluzioni sono di facile individuazione: è spesso necessario ricorrere alla consulenza di ricercatori universitari.
È chiaro che l’attività di validazione del software richiede ingenti investimenti in "Ricerca e Sviluppo". Riteniamo tuttavia che sia indispensabile per garantire al professionista che il risultato del suo calcolo risulti assolutamente affidabile: questa certezza aiuta il tecnico a ricercare le cause di eventuali scostamenti anche in motivazioni non del tutto evidenti quali, la perdita di acqua calda da un tubo interrato o strutture diverse da quelle apparenti o altre cause analoghe.
NOTA(1)
La norma UNI 10200 definisce fattore d’uso dell’edificio il rapporto tra il consumo totale effettivo e il consumo di riferimento o fabbisogno (calcolato con modalità A3 con i dati climatici medi).
Alcuni anni orsono, questo rapporto intendeva individuare le cosiddette seconde case poco abitate nel periodo invernale. Ben presto ci si è resi conto che fattori d’uso molto bassi si riscontravano anche in condomini normalmente abitati. Ciò in quanto, in alcune zone, si è diffusa l’abitudine di installare mezzi di riscaldamento autonomi quali caminetti, pompe di calore, stufe a pellets o altri mezzi che, grazie alla presenza della contabilizzazione e regolazione termostatica, si sostituivano automaticamente all’impianto centrale nel riscaldamento degli alloggi. In tali casi potrebbe essere impropria la definizione di fattore d’uso dell’edificio ma si tratterebbe invece di fattore d’uso dell’impianto.
In tali situazioni occorre una particolare attenzione in sede di diagnosi in quanto il contatore di calore eventualmente presente sul generatore centralizzato non è in grado di fornire l’entità del calore prodotto per il riscaldamento dell’edificio, ma solo quello prodotto dal generatore centrale.
Per rendersi conto di simili situazioni occorre confrontare il calore prodotto dal generatore con il fabbisogno calcolato. In caso di forti differenze è senz’altro più credibile il fabbisogno calcolato (incertezza 5%) rispetto al calore prodotto, anche se misurato, in quanto non può comprendere l’eventuale produzione diffusa, di cui è impossibile tenere conto.
Per la valutazione di eventuali opere di isolamento termico conta infatti la dispersione totale di calore, sia esso prodotto dal generatore centrale o da apparecchi di riscaldamento autonomi.