Integration of the thermal load calculation to the BIM environment in Revit : analysis, optimization and field validation of the process through the comparison with other software

In a context of a spreading BIM approach in the construction field, this research aims at analyzing the possibility to carry out the thermal analysis of the peak heating and cooling loads directly in Revit in order to appropriately size HVAC systems. In order to evaluate if Revit could be an acceptable software to perform the thermal loads calculations, several parameters are considered, as for instance how Revit calculates the loads, which procedure is followed, what are the limits of the software, how accurate are the provided results and what could be the possible field validation. The analysis has been made through a detailed comparison with other software commonly used for the peak loads calculations, IESVE and MC4, starting from a simple and test model to end up with the evaluation of a much more complex and real case study of a building in Milan. The analysis of the three software considered in this thesis emphasized the differences in calculation methods used by each of them (Radiant Time Series for Revit, Heat Balance for IESVE and Transfer Function Method for MC4). The complete thermal loads analysis performed on a simple model using each tool permitted to obtain a preliminary confrontation on basic elements. The conversion of the Revit model to the IESVE software through a gbXML file has also been tested but this process does not seem as being optimum since it brings about many geometrical problems. Then, a more precise technical analysis carried out on a real complex case study Revit model enabled to evaluate the limits and capabilities of the software. Finally, a comparison in terms of mechanical services design between Revit, IESVE and MC4 has been proceed so as to estimate the reliability of Revit. As conclusion of this research, it appears that using Revit it is possible to obtain a good H&C loads analysis, even on complex buildings. However, the software is not fully ready yet in a sense that there are still some small technical issues. Some of them are solvable and related to the way the software is used, by making sure for instance that each working team imposed correctly the thermal properties in each element and created an accurate geometry without any holes, and by defining a shading factor on each window when it is necessary since the software does not directly consider the shading effect in the cooling loads. Nevertheless, some technical issues are instead due to the procedure implemented in Revit. As general observation, the difference of calculation method used in each software always results in much higher cooling loads in Revit compared to IESVE, itself higher than MC4. This discrepancy is mainly due to important divergence regarding the solar gains contribution. In addition, since the contribution of Ground/Exposed slab is never considered by the RTS method implemented in Revit, the final heating peak is always lower than IESVE and MC4. Therefore, it is difficult to affirm with 100% of certainty that one software is better than the other. In any case, they are different methods, referring to different load calculation procedures. Revit and IESVE are considering higher safety coefficients, resulting in higher cooling value. MC4 gives lower results because it is closer to the Dynamic analysis, and therefore even though the final mechanical design is appropriate, it is a little more exposed to potential risks.

In un contesto di diffusione dell'approccio BIM nel campo dell'edilizia, questa ricerca mira ad analizzare la possibilità di effettuare l'analisi termica dei picchi di riscaldamento e raffreddamento direttamente in Revit per dimensionare adeguatamente i sistemi HVAC. Per valutare se Revit potrebbe essere un software accettabile per eseguire i calcoli dei carichi termici, vengono presi in considerazione diversi parametri, come ad esempio come Revit calcola i carichi, quale procedura viene seguita, quali sono i limiti del software, quanto sono precisi i dati risultati e quale potrebbe essere la possibile validazione sul campo. L'analisi è stata effettuata attraverso un confronto dettagliato con altri software comunemente utilizzati per i calcoli dei carichi di picco, IESVE e MC4, a partire da un modello semplice e di prova per finire con la valutazione di un caso di studio molto più complesso e reale di un edificio in Milano. L'analisi dei tre software considerati in questa tesi ha sottolineato le differenze nei metodi di calcolo utilizzati da ciascuno di essi (serie temporali radianti per Revit, bilancio termico per IESVE e metodo delle funzioni di trasferimento per MC4). L'analisi completa dei carichi termici eseguita su un modello semplice utilizzando ogni strumento ha permesso di ottenere un confronto preliminare sugli elementi di base. Anche la conversione del modello Revit nel software IESVE tramite un file gbXML è stata testata, ma questo processo non sembra ottimale poiché causa molti problemi geometrici. Quindi, un'analisi tecnica più precisa condotta su un modello di Revit caso di studio davvero complesso ha permesso di valutare i limiti e le capacità del software. Infine, è stato effettuato un confronto in termini di progettazione dei servizi meccanici tra Revit, IESVE e MC4 al fine di stimare l'affidabilità di Revit. A conclusione di questa ricerca, sembra che utilizzando Revit sia possibile ottenere una buona analisi dei carichi H&C, anche su edifici complessi. Tuttavia, il software non è ancora completamente pronto, nel senso che ci sono ancora alcuni piccoli problemi tecnici. Alcuni di essi sono risolvibili e correlati al modo in cui viene utilizzato il software, assicurandosi ad esempio che ogni gruppo di lavoro imponga correttamente le proprietà termiche in ciascun elemento e crei una geometria accurata senza fori e definendo un fattore di ombreggiatura su ogni finestra quando è necessario poiché il software non considera direttamente l'effetto di ombreggiatura nei carichi di raffreddamento. Tuttavia, alcuni problemi tecnici sono invece dovuti alla procedura implementata in Revit. Come osservazione generale, la differenza del metodo di calcolo utilizzato in ciascun software comporta sempre carichi di raffreddamento molto più elevati in Revit rispetto a IESVE, anch'esso superiore a MC4. Questa discrepanza è principalmente dovuta a importanti divergenze in merito al contributo dei guadagni solari. Inoltre, poiché il contributo del solaio a terra / esposto non è mai considerato dal metodo RTS implementato in Revit, il picco di riscaldamento finale è sempre inferiore a IESVE e MC4. Pertanto, è difficile affermare con certezza al 100% che un software è migliore dell'altro. In ogni caso, sono metodi diversi, che fanno riferimento a diverse procedure di calcolo del carico. Revit e IESVE stanno prendendo in considerazione coefficienti di sicurezza più elevati, con conseguente maggiore valore di raffreddamento. L'MC4 dà risultati più bassi perché è più vicino all'analisi dinamica e quindi anche se il progetto meccanico finale è appropriato, è un po 'più esposto ai potenziali rischi.