BIM Impiantistico: progetto e modelli di sistemi tradizionali

Approfondimento tecnico, criticità e ordinaria gestione di modelli di impianti
L’argomento principale è il tema impiantistico. Quello che nel dettaglio vogliamo affrontare sotto i profili più pratici o teorici del caso, riguarda una tradizionale rete impiantistica idronica, in questo caso a radiatori. Indubbiamente è forte l’analogia di questo caso a reti tecnologicamente più diffuse, capaci di soddisfare i moderni requisiti di impianti a travi fredde induttive, a FanCoil ad altissima efficienza con ventilatori a variazione di velocità, piuttosto che impianti industriali ad aria compressa o similari.
Difatti, ben oltre un decennio fa, la sezione di modellazione BIM riguardante gli impianti, poco affrontava nel dettaglio l’avanzamento progettuale dedicato agli aspetti più spiccioli della progettazione, che in questo caso possiamo squisitamente “abacare” come termotecnici.
Riconoscendo il BIM come processo, e non solo come tool applicativo, capace non solo di aiutare nel disegno, ma nella vera progettazione, nelle esperienze passate, il BIM, rappresentando sempre più la soluzione (invece del problema!) ha avuto ruoli diversi per ciascuna delle attività che di seguito listiamo:
– disegno della linea impiantistica;
– predimensionamento e selezione dei componenti;
– selezione degli organi di controllo o bilanciamento;
– dimensionamento finale, valutazione di portate, perdite e prevalenze;
– computazione automatizzata.

Senza fare un focus di idraulica, l’obiettivo di questo articolo è cercare di mostrare limiti e vantaggi da una applicazione quotidiana alla quale sempre più impiantisti (BIM oriented) sono sottoposti.
Dovremmo difatti premettere che spesso – praticamente sempre – i committenti sono privi di adeguati rilievi o stati di fatto impiantistico, spesso sono assenti le sezioni con adeguato livello di dettaglio, non sempre sono disponibili le ordinarie documentazioni necessarie previste per legge (DM 37/08, Dico, ecc.) per entrare nel merito dell’installato.
In questo sottobosco di scarso valore iniziale, il BIM può aiutare l’impiantista nello sviluppo di un progetto qualitativamente migliore?
Infatti, se non esiste un rilievo, il modello BIM non può auto-generare magie che auto-creano soluzioni. Proprio per questo il BIM non è unicamente un software, ma riscontra principalmente un processo, proprio come prima richiamato.
In numerosi volumi, che sono stati scritti negli ultimi 5 anni circa, vi è la palese evidenza della maturità di mercato che piano piano si sta assestando, sia sotto il profilo delle competenze, che della qualità, che del profilo normativo di supporto.

Fase di progetto: il caso di approfondimento
Quello che descriviamo è un intervento di piccola dimensione, da 0,35 milioni di euro, riguardante una rete idraulica di un edificio pubblico storico esistente, che interessa circa 3-4.000 m2 di superficie in un complesso composto da 3 piani fuori terra ed un interrato. L’approccio che descriveremo in questo articolo è identico a quello adoperato per opere impiantistiche più complesse o più costose. L’edificio era provvisto di un vecchio sistema a vapore che alimentava dei radiatori in ghisa, tutt’oggi esistenti. L’intervento ha visto la:
– realizzazione della nuova centrale termica;
– realizzazione di una (parziale) nuova linea idronica in luogo di quella a vapore;
– realizzazione di un sistema di controlli e regolazione/contabilizzazione dedicato.

Infatti, dopo i primi calcoli energetici, una delle prime esigenze è stata quella di riscontrare il dato di progetto (dal calcolo termotecnico del vano termico), rispetto al terminale idraulico installato.
La normativa di settore che configura il calcolo del radiatore è la UNI EN 442.  Riportiamo di seguito le condizioni progettuali di input:
Estate –  T (°C) 26 – U.R.% 55
Inverno – T (°C) 20 – U.R.% 50

Determinazione delle potenze termiche dei corpi scaldanti esistenti
In coerenza con la UNI 10200/2018, in evidenza all’appendice C della medesima afferente il calcolo dei corpi scaldanti, in attinenza a quanto la UNI EN 442-2 riporta, possiamo indicare che il livello di che trattasi, per definire la potenza termica del corpo singolo, rimanda alla norma nazionale (livello 2) in quanto l’installazione dei caloriferi è certamente antecedente al 2016. Le potenze termiche dei corpi scaldanti per norma 10200 devono esser calcolate a salto termico di 60°C.
Il metodo di calcolo dimensionale utilizzato è un metodo validato sperimentalmente, come la stessa UNI 10200 già nel marzo 2016 nella versione inglese indicava. La potenza termica del copro scaldante è emessa in corrispondenza del salto di 60° (Øcs,∆T60); essa è funzione delle caratteristiche del corpo scaldante (superficie e volume) oltre che del coefficiente kvol di emissione volumetrica.
Øcs,∆T60 = (314*S)+(kvol*V)
Dove:
314*S = componete radiante della potenza [Wt]
314 = costante [W/m2]
S = superficie del corpo scaldante [m2]
kvol*V = componente convettiva della potenza [Wt]
kvol = coefficiente caratteristico del corpo scaldante [W/m3]
V = volume del corpo scaldante [m3]

La superficie del corpo scaldante è data da:
S = (2*h*l)+(2*p*l)+(2*p*h) [m2]
Dove in metri sono indicati “h” come l’altezza netta senza piedini del corpo scaldante, “l” la larghezza netta senza tappi del corpo scaldante (talvolta anche indicata come “b” base) e p la profondità del medesimo.

Il Volume è invece indicato come:
V = h*p*l

Secondo il prospetto C.1 della UNI 10200 i termosifoni presenti nel sito oggetto di intervento, sono generalmente in ghisa, della tipologia a colonne unite da diaframma. Si desume quindi:
kghisa diaframma = 16.900 [W/m3] tipologia 6
sporadici sono invece i radiatori rilevati in acciaio, della tipologia a colonne piccole (sez. < 30x30mm) con
kacciaio mozzo 50mm = 18.000 [W/m3] tipologia 1

Evoluzione BIM dell’oggetto impiantistico tradizionale

Parametrizzazione del radiatore EN 442

Quello che ritroviamo nell’immagine seguente è una riproduzione dei calcoli excel o delle valutazioni termotecniche di software terzi, che con comodità è stata direttamente approntata dentro il modello BIM. Per raggiungere questo obiettivo, è importante avere conoscenza di: termotecnica di base; normativa di settore; parametrizzazione di base delle famiglie di modello.
Spesso, quello che possiamo riscontrare negli schemi impiantistici è un netto distinguo per: schemi o rappresentazioni esemplificati; simbologie condivise; esigenza di sfruttare a pieno i dati.
Queste esigenze sopra citate, che potrebbero benissimo far parte di una matrice dei BIM use(s), contraddistinguono da sempre l’impiantista nelle sue elaborazioni sia grafiche che descrittive. A questo proposito, è fondamentale poter riprodurre col modello BIM impiantistico egualmente: oggetti di modello, semplici, leggeri, e parametrici; sistemi chiari, sfruttabili ai fini dei calcoli.

Il processo ha evidenziato con chiarezza una evoluzione ordinata del tipo:
1 – Calcoli energetici dei fabbisogni
2 – Trasferimento del dato energetico (conforme alla normativa nazionale) nel modello BIM edilizio
3 – Inserimento dei terminali (esistenti)

Analisi idraulica dei punti di funzionamento (portate e perdite)

4 – Autocalcolo EN 442 della potenza del terminale (da modello)
5 – Verifica Potenza richiesta – Potenza installata
6 – Valutazioni sugli elementi aggiuntivi da installare

7 – Calcolo idraulico
8 – Computazione e business intelligence dell’investimento

Fase di computo e direzione lavori
Una volta specificato il progetto e le sue scelte impiantistiche, il modello BIM è stato esportato in un file IFC per alcuni contenuti, e di questo ne sono state valutate le

Evidenza del tag del radiatore esistente (nero) e della componente aggiuntiva (blu) oltre al dato energetico dell’ambiente (energetico di progetto/fabbisogno)

principali componenti da computare, andando ad abbinare a regole di filtro dedicate degli elementi costituenti le appropriate righe di prezzo scelte nel prezziario regionale, mediante l’utilizzo del software TeamSystem Construction CPM.
Il vantaggio applicativo che peraltro è comune anche a molti altri casi, vede la possibilità di valutare aggiornamenti di progetto (e modello quindi) in relazione a regole di calcolo (o di filtro) adoperate per il primo computo (preventivo). Spesso casi come questo, semplici, con poche righe di computo, sono proprio quelli che chiedono più elaborazioni finali dei documenti contabili al fine di raggiungere il target (budget) definito dalla Committenza, per questo motivo, la scelta di avere uno strumento versatile e flessibile da/per il modello, ha esemplificato i tempi di sviluppo dei contenuti principali.
Lo strumento più utile durante le fasi di avanzamento del cantiere, gli imprevisti intervenuti e l’elaborazione della variante, è stato proprio l’utilizzo dei cruscotti di confronto tra il “preventivato” contenuto del computo metrico estimativo componente il progetto, ed il computato proveniente dai SAL, per definire gli scostamenti sia di avanzamento che di esubero/variante. Questo, oltre a consentire un quadro chiaro sintetizzabile per WBS o per singoli articoli, evidenzia su quali capitoli di spesa ci sono state valutazioni progettuali dedicate o esigenze mirate di installazioni che hanno motivato nell’avanzamento dei lavori maggiori costi (o minori costi).
Indubbiamente in maniera anche più avanzata è possibile esportare un sommario (di modello BIM) dal database economico per associare dati (codice dell’articolo, prezzo,

Evidenza del cruscotto di confronto tra i SAL e tra preventivo-SAL

unità di misura, descrizione breve o estesa del prezziario regionale, altre informazioni, ecc) contabili agli oggetti di modello, o meglio ai parametri condivisi di modello preposti a questa associazione. Non sempre l’esigenza di Direzione Lavori è così fine, spesso il risultato atteso è unicamente vincolato al raggiungimento degli obiettivi nei tempi e soprattutto nei costi prestabiliti: tuttavia questa possibilità fornisce un livello professionale ed una garanzia documentale maggiore per il professionista e per la Stazione Appaltante, specialmente in vista di contraddittori con l’impresa.

 

mm

Ingegnere, progettista di impianti elettrici e fluidomeccanici, mediante metodologia BIM. Fondatore di ENERGYMEP  studio d’ingegneri per la progettazione e DL in chiave innovativa per i settori ENERGY e MEP (impianti). Si fonda sulla metodologia BIM (building information modelling) e sui processi che ne permettono la sua integrazione.