Ottimizzazione termo-aeraulica della Galleria di Paleontologia del Museo nazionale di Storia naturale : comfort dei visitatori, conservazione delle collezioni e rispetto del patrimonio.
L'expertise di EOLIOS nella simulazione CFD (Computational Fluid Dynamics) e nell'ottimizzazione degli ambienti interni ha svolto un ruolo chiave nell'analisi e nel miglioramento del comfort aeraulico della Galleria di Paleontologia del Museo nazionale di Storia naturale. Il nostro know-how ha permesso di caratterizzare con precisione i comportamenti termo-aeraulici di questo volume patrimoniale eccezionale e di proporre soluzioni di ottimizzazione concrete, conciliando comfort degli occupanti, conservazione delle collezioni e rispetto dei vincoli architettonici.
L'essenziale. La Galleria di Paleontologia del MNHN è un volume patrimoniale eccezionale : grandi altezze, vetrate e livelli aperti dal Piano Giardino alla copertura. EOLIOS ha costruito un modello CFD 3D di quasi 50 milioni di elementi, calibrato su un audit sul terreno (misure in situ, test fumogeni) fino a un criterio residuo < 10⁻⁴. Due scenari, estate e inverno, rivelano la stratificazione termica e le zone in cui la velocità supera 0,4 m/s o la temperatura esce da 18–25 °C. Il risultato : leve concrete — diffusione intermedia, ugelli a orientamento regolabile, lambimento delle parti alte, regolazione per affluenza — al servizio del comfort, della conservazione delle collezioni e del rispetto delle facciate vincolate.
EOLIOS è un riferimento della simulazione CFD applicata agli edifici patrimoniali e alle grandi strutture culturali. I nostri studi si fondano sull'esperienza di campagne di misura in condizioni reali e su una competenza riconosciuta nella modellazione di volumi complessi ad alte esigenze termiche.
Gli edifici a vocazione culturale e patrimoniale rappresentano una sfida particolare per il comfort aeraulico. La Galleria di Paleontologia illustra perfettamente questa realtà con le sue grandi altezze sotto il soffitto, i suoi volumi aperti su più livelli e le sue ampie superfici vetrate.
Queste caratteristiche generano fenomeni amplificati rispetto agli edifici standard, in particolare una marcata stratificazione termica in cui l'aria calda si accumula in altezza, creando scarti di diversi gradi sulla verticale. Questo meccanismo deriva dall'effetto camino termico. Vi si aggiungono forti vincoli patrimoniali, poiché le facciate vincolate limitano gli interventi possibili sull'involucro, oltre a un'occupazione duale e variabile tra pubblico fluttuante e personale permanente con esigenze diverse.
Gli imperativi di conservazione delle collezioni si aggiungono infine al comfort umano, esigendo una stabilità delle condizioni ambientali. Queste particolarità fanno del comfort aeraulico in questo tipo di edificio un problema ingegneristico complesso, in cui gli approcci empirici raggiungono rapidamente i loro limiti.
La stratificazione indica la formazione di strati d'aria a temperature diverse a seconda dell'altezza : l'aria calda, meno densa, sale e si accumula nella parte alta, mentre l'aria più fresca resta a livello del suolo. In un grande volume come la Galleria, lo scarto può raggiungere diversi gradi tra la zona di occupazione e la volta.
Una questione di conservazione. Oltre al comfort umano, le collezioni esigono una stabilità delle condizioni ambientali. Le variazioni di temperatura e umidità, amplificate dalla stratificazione e dagli apporti solari delle vetrate, sollecitano materiali sensibili : padroneggiare l'aeraulica significa anche proteggere il patrimonio esposto.
Di fronte a questa complessità, il ricorso alla CFD si rivela lo strumento più adatto, per diverse ragioni complementari. Contrariamente ai metodi semplificati che calcolano portate globali senza rappresentare la realtà fisica locale, la CFD offre una visione tridimensionale completa che permette di visualizzare con precisione la traiettoria delle vene d'aria, le zone di ricircolo e i gradienti di temperatura, identificando così i punti critici di disagio che sfuggono agli approcci globali.
La CFD, o meccanica dei fluidi numerica, risolve le equazioni del flusso d'aria (velocità, pressione, temperatura) su una mesh 3D del volume studiato. Restituisce in ogni punto i campi di velocità e di temperatura, là dove i metodi globali forniscono solo valori medi.
Oltre a questa visione tridimensionale, la CFD riunisce tre punti di forza decisivi :
Testare senza rischi molteplici scenari — esistente/progetto, geometria, parametri di regolazione — senza costo materiale né perturbazione dell'esercizio, ed evitare costosi errori di progettazione da correggere a posteriori.
Integrare nativamente gli accoppiamenti termici tra irraggiamento solare, conduzione e convezione, essenziali per valutare il comfort realmente percepito dagli occupanti.
Comunicare e decidere grazie a visualizzazioni colorate, un supporto condiviso tra gli attori del progetto. In fase progettuale, la CFD diventa un prerequisito indispensabile per qualsiasi intervento sulla ventilazione.
La simulazione CFD non si limita all'analisi dei flussi d'aria esistenti : è anzitutto uno strumento di ottimizzazione del comfort. Modellando con precisione le condizioni percepite dagli occupanti (velocità dell'aria, temperatura ambiente, stratificazione termica), permette di identificare le zone di disagio e di testare soluzioni correttive prima di qualsiasi impegno di lavori. In spazi aperti al pubblico come la Galleria di Paleontologia, dove convivono visitatori occasionali e personale permanente, questa capacità di anticipare e affinare le condizioni ambientali è un vantaggio decisivo per orientare le scelte progettuali verso soluzioni performanti e durevoli.
Scopri di più : la CFD nell'analisi del comfortLo studio CFD condotto da EOLIOS sulla Galleria di Paleontologia si articola attorno a tre obiettivi complementari.
Comprendere i fenomeni termo-aeraulici, in configurazione esistente come di progetto : campi di velocità e di temperatura, meccanismi di trasferimento dominanti e interazioni tra i livelli dell'edificio.
Analizzare l'efficacia del sistema di ventilazione : equilibrio tra mandata e ripresa, assenza di cortocircuito, tassi di ricambio d'aria reali ed efficienza energetica delle configurazioni simulate.
Identificare i rischi di disagio : mappare le zone in cui la velocità supera 0,4 m/s o la temperatura esce da 18–25 °C, poi gerarchizzare le priorità di intervento secondo impatto e fattibilità.
Un audit approfondito è stato condotto direttamente all'interno della Galleria di Paleontologia per caratterizzare con precisione i fenomeni termo-aeraulici in condizioni reali di esercizio. Sono state realizzate campagne di misura su tutti i livelli per quantificare velocità dell'aria, temperature e portate ai terminali dei sistemi di ventilazione, fornendo uno stato iniziale affidabile e rappresentativo del funzionamento dell'impianto. Sono state inoltre condotte visualizzazioni qualitative delle traiettorie dei flussi d'aria per identificare le zone di ricircolo, le correnti parassite e le disfunzioni dei dispositivi di diffusione esistenti.
Oltre alla raccolta dei dati, questo audit in loco è un passaggio chiave per cogliere il comportamento reale dell'edificio nel suo ambiente patrimoniale, spesso complesso e vincolato. Permette di confrontare gli schemi teorici e i piani HVAC esistenti con la realtà del terreno e di integrare gli effetti delle pratiche di esercizio, dei vincoli architettonici, delle condizioni meteorologiche e degli usi effettivi degli spazi — tutti elementi raramente documentati per intero nei fascicoli tecnici.
Questa conoscenza fine del sito è indispensabile per evitare ipotesi di modellazione semplificatrici o lontane dal funzionamento reale. Le osservazioni sul terreno dell'audit hanno così costituito una base essenziale per alimentare, calibrare e validare il modello numerico CFD. Garantiscono la coerenza tra simulazione e comportamento reale, rafforzando l'affidabilità dei risultati e la pertinenza delle soluzioni proposte. L'audit si rivela dunque un prerequisito imprescindibile per ogni analisi e ottimizzazione durevole delle problematiche di comfort aeraulico in questo patrimonio eccezionale.
La modellazione CFD 3D sviluppata da EOLIOS poggia su una base geometrica rigorosa, costruita a partire dai piani esecutivi esistenti, completati dai rilievi e dalle osservazioni effettuati durante l'audit in loco. Questo passaggio è determinante : la qualità e la rappresentatività del modello condizionano direttamente la pertinenza dei risultati ottenuti.
Sulla base dei dati raccolti, EOLIOS ha sviluppato un modello dettagliato che integra la geometria completa della Galleria di Paleontologia su tutti i suoi livelli (dal Piano Giardino alla copertura) oltre a tutte le apparecchiature che influenzano l'aeraulica del sito : unità di trattamento aria e la loro rete di distribuzione, griglie di mandata e ripresa, sorgenti di calore interne e solari, ma anche tutti gli elementi architettonici che guidano i flussi come le vetrine espositive, le partizioni e i parapetti dei ballatoi.
Il livello di dettaglio geometrico è scelto con cura per rappresentare fedelmente gli elementi con un'influenza significativa sui campi di velocità e di temperatura, razionalizzando al contempo i dettagli secondari. Con una mesh di circa 50 milioni di elementi fluidi, questo equilibrio tra precisione e semplificazione garantisce la robustezza numerica delle simulazioni e risultati direttamente utilizzabili per l'analisi e il supporto alla decisione.
In pratica, l'approccio CFD segue un processo iterativo strutturato in tappe successive :
Costruire il modello geometrico a partire dai piani esecutivi e dai rilievi dell'audit.
Definire le condizioni al contorno e le proprietà termo-fisiche.
Risolvere numericamente, poi analizzare in dettaglio i campi di flusso e di temperatura.
Calibrare sulle misure sul terreno prima di avviare le iterazioni di miglioramento.
La fase di calibrazione è un passaggio chiave dell'approccio CFD : garantisce la coerenza tra i risultati della simulazione e il comportamento reale del sistema. Concretamente, si tratta di regolare le condizioni al contorno e le ipotesi di modellazione (portate di mandata e ripresa, temperature di superficie di pareti e vetrine, condizioni meteorologiche, apporti solari, sorgenti di calore interne legate all'occupazione e alle apparecchiature) per ottenere un adeguamento soddisfacente tra le grandezze calcolate e le misure rilevate in situ durante l'audit.
Una volta il modello calibrato e validato, con una convergenza attestata da un criterio residuo inferiore a 10⁻⁴, esso diventa uno strumento predittivo affidabile per studiare l'impatto di diverse modifiche (evoluzione delle portate, geometria dei diffusori, configurazione dei sistemi di ventilazione) e analizzare le nuove dinamiche di flusso e di distribuzione termica a supporto della decisione tecnica.
La simulazione numerica CFD permette di riprodurre virtualmente il comportamento dell'aria all'interno della Galleria di Paleontologia in condizioni realistiche, senza dover attendere le stagioni interessate né realizzare misure in situ costose e lunghe. Definendo condizioni al contorno rappresentative a partire dai dati meteorologici della stazione più vicina (temperature esterne, irraggiamento, funzionamento dei sistemi di ventilazione), è possibile esplorare il comportamento dell'edificio in situazioni tanto varie quanto la canicola estiva o il grande freddo invernale.
Sono stati studiati due scenari critici per delimitare il campo di funzionamento reale della galleria :
Lo scenario inverno, corrispondente alle condizioni esterne più fredde, verifica che il sistema di riscaldamento tramite ventilazione mantenga un ambiente confortevole per visitatori e personale, limitando gli sprechi energetici legati a un'eccessiva stratificazione dell'aria calda in altezza.
Lo scenario estate, rappresentativo dei periodi di forte caldo, valuta la capacità del sistema di raffrescamento di far fronte agli importanti apporti solari che penetrano dalle vetrate e dalle finestre, e di garantire condizioni sopportabili nonostante l'elevato carico termico.
Questo approccio duale offre al committente una visione completa delle prestazioni attese, mettendo in luce non solo i comportamenti medi ma anche le situazioni potenzialmente sfavorevoli da trattare in via prioritaria.
Le simulazioni producono cartografie tridimensionali delle grandezze fisiche studiate (velocità dell'aria, temperatura) che permettono di localizzare visivamente le zone conformi e quelle che presentano rischi di disagio. Queste rappresentazioni, sotto forma di isosuperfici colorate o di piani di sezione, sono uno strumento di comunicazione diretto tra ingegneri e decisori.
L'analisi dei campi di velocità rivela un'eterogeneità dei flussi a seconda dei livelli e delle zone considerate. Nel complesso si osservano velocità basse nei grandi volumi della galleria, propizie alla calma e alla stabilità dell'ambiente, ma alcune zone singolari in cui l'accelerazione dell'aria crea rischi di correnti d'aria percepibili.
Nel periodo estivo, appare una dinamica particolare : l'aria fredda immessa a livello del suolo tende a distendersi a falda prima di risalire lungo le pareti, creando correnti ascensionali a volte fastidiose proprio in corrispondenza delle griglie di mandata. Questo fenomeno, tipico dei volumi climatizzati con mandata bassa, contrasta con il comportamento invernale in cui l'aria calda sale naturalmente e in modo più omogeneo.
Da ricordare. La mandata bassa, piuttosto favorevole in inverno, si ribalta in estate : l'aria fredda radente risale lungo le pareti e genera correnti ascensionali vicino alle griglie. È esattamente il tipo di fenomeno locale che la simulazione permette di localizzare — e correggere — prima dei lavori.
In inverno, la stratificazione termica gioca piuttosto a favore del comfort : l'aria calda si accumula nella parte alta (sotto volta e copertura) mentre la zona di occupazione resta in un ambiente temperato. La configurazione di progetto permette di ridurre questo scarto verticale rispetto allo stato esistente, migliorando l'efficienza energetica e l'uniformità del comfort.
Il confronto dei due scenari traccia un bilancio globalmente positivo della configurazione : se il funzionamento invernale appare soddisfacente con condizioni di comfort ben controllate su tutti i livelli, lo scenario estivo rivela alcuni limiti legati all'inerzia termica dell'edificio e all'importanza delle sue superfici vetrate. Queste constatazioni, messe in luce oggettivamente dalla simulazione, giustificano le proposte di ottimizzazione complementari esposte nella sezione seguente.
Le simulazioni hanno permesso di identificare diverse leve di ottimizzazione concrete per migliorare il comfort termo-aeraulico della Galleria di Paleontologia.
L'installazione di elementi di diffusione intermedi consente una distribuzione più uniforme dei flussi d'aria prima del loro arrivo negli spazi occupati, limitando le zone di disagio legate a velocità dell'aria eccessive.
La sostituzione delle apparecchiature di diffusione esistenti con modelli a orientamento regolabile apporta una flessibilità stagionale, permettendo di adattare finemente la distribuzione dell'aria alle condizioni esterne.
La notevole altezza sotto il soffitto e la comunicazione tra i livelli della galleria hanno portato a raccomandare un lambimento controllato delle parti alte dei volumi. Questo principio, che favorisce la miscelazione degli strati d'aria senza perturbare la zona di occupazione, si rivela particolarmente efficace nella mezza stagione, quando una ventilazione naturale assistita può bastare a mantenere condizioni di comfort soddisfacenti.
Infine, una regolazione delle portate di ventilazione indicizzata sull'affluenza reale del museo ottimizza il rapporto tra comfort percepito e consumo energetico, evitando sia il sottodimensionamento sia le sovraventilazioni generatrici di correnti d'aria parassite.
Oggettivare i fenomeni invisibili significa poter ristrutturare senza snaturare : la simulazione illumina gli arbitraggi tra prestazione, patrimonio e investimento.EOLIOS · comfort termo-aeraulico
Questo studio CFD condotto da EOLIOS sulla Galleria di Paleontologia del MNHN ha permesso di oggettivare, grazie alla simulazione numerica, i comportamenti termo-aeraulici di un volume patrimoniale complesso. Combinando un audit sul terreno approfondito e una modellazione ad alta fedeltà, l'analisi ha messo in luce le dinamiche dei flussi d'aria e le distribuzioni termiche caratteristiche di questo edificio, sia in configurazione invernale sia estiva.
I risultati ottenuti alimentano la riflessione del committente identificando le zone che meritano un'attenzione particolare e proponendo orientamenti di miglioramento praticabili. Illustrano il contributo della simulazione come strumento di supporto alla decisione : offre una visione anticipata del funzionamento dell'impianto di progetto, contribuendo così a mettere in sicurezza le scelte progettuali e a illuminare gli arbitraggi tra prestazione, patrimonio e investimento.
Forte della sua expertise nella simulazione numerica applicata ai grandi volumi patrimoniali, EOLIOS ha proposto diverse soluzioni di ottimizzazione concrete e gerarchizzate per migliorare il comfort termo-aeraulico della Galleria. Sono state identificate leve direttamente attuabili, completate da disposizioni stagionali per i periodi di mezza stagione.
Le soluzioni adottate sono state rigorosamente simulate e valutate, permettendo di quantificare con precisione il loro impatto sul comfort di visitatori e personale e sul consumo energetico dell'impianto. Questo approccio iterativo, che combina audit sul terreno e modellazione ad alta fedeltà, garantisce raccomandazioni ancorate alla realtà dell'edificio e direttamente utilizzabili per la fase progettuale.
Grazie a questo studio, EOLIOS ha oggettivato le sfide aerauliche della Galleria e illuminato gli arbitraggi tra prestazione, patrimonio e investimento. Questo approccio contribuisce a mettere in sicurezza le scelte progettuali offrendo al contempo al committente una visione anticipata e affidabile del funzionamento dell'impianto di progetto, al servizio di un patrimonio eccezionale aperto a tutti.
Competenza : l'ottimizzazione del comfort termo-aeraulicoStratificazione termica, il contributo della CFD e il metodo EOLIOS in un volume patrimoniale.
In un grande volume aperto e vetrato, l'aria calda si accumula sotto la volta mentre la zona di occupazione resta più fresca, creando scarti di diversi gradi sulla verticale. Questa stratificazione degrada il comfort percepito, complica la conservazione delle collezioni e aumenta il consumo energetico se il riscaldamento deve compensare le perdite nella parte alta.
Un calcolo classico ragiona in portate globali e non vede i fenomeni locali : ricircoli, correnti d'aria vicino alle griglie, sacche di stratificazione. La CFD risolve il campo di velocità e temperatura in ogni punto del volume e permette di testare scenari (estate, inverno, varianti di diffusione) prima di qualsiasi lavoro, basandosi su un modello calibrato sulle misure sul terreno.
L'audit fornisce uno stato iniziale affidabile : velocità, temperature e portate reali ai terminali dei sistemi, e una visualizzazione delle traiettorie d'aria tramite test fumogeni. Questi dati servono a calibrare e validare il modello numerico affinché la simulazione rifletta il comportamento reale dell'edificio e non ipotesi teoriche.
La mesh suddivide il volume d'aria in quasi 50 milioni di celle in cui vengono risolte le equazioni del flusso : più è fine, più fedelmente vengono catturati i gradienti locali. Un criterio residuo inferiore a 10⁻⁴ attesta che il calcolo è convergito, ossia che la soluzione è numericamente stabile e utilizzabile per la decisione.
La CFD oggettiva gli arbitraggi : localizza le zone di disagio (velocità superiori a 0,4 m/s, temperature fuori da 18–25 °C) e testa leve non invasive compatibili con i vincoli patrimoniali — diffusione intermedia, ugelli a orientamento regolabile, lambimento controllato delle parti alte e regolazione delle portate secondo l'affluenza — senza interventi pesanti sulle facciate vincolate.
Esplora le nostre competenze, i progetti e i dossier tecnici per andare oltre la FAQ.
Lo studio condotto da EOLIOS Ingegneria si concentra sull'ottimizzazione termo-aeraulica della Galleria di Paleontologia del Museo nazionale di Storia naturale, utilizzando simulazioni CFD. Questo approccio permette di visualizzare e analizzare la distribuzione dell'aria e i campi di temperatura all'interno di questo volume patrimoniale eccezionale, distribuito su più livelli dal Piano Giardino alla copertura. Il video propone un'immersione nel modello 3D ad alta fedeltà della galleria, attraverso il quale vengono presentate le isosuperfici di temperatura caratteristiche dei diversi scenari simulati (inverno ed estate), che rivelano le dinamiche di stratificazione termica e le zone di disagio identificate. EOLIOS ha combinato un audit sul terreno approfondito, comprensivo di campagne di misura in situ e test fumogeni, con un modello numerico calibrato di quasi 50 milioni di elementi fluidi, garantendo una rappresentazione fedele dei fenomeni reali. Questo approccio ha permesso di identificare diverse leve di ottimizzazione concrete (elementi di diffusione intermedi, apparecchiature a orientamento regolabile, regolazione per affluenza) al servizio del comfort di visitatori e personale, nel rispetto dei vincoli patrimoniali di questo edificio vincolato. Questo studio dimostra il contributo decisivo della simulazione CFD come strumento di supporto alla decisione per il rinnovamento e l'ottimizzazione delle grandi strutture culturali patrimoniali.
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