Progettazione efficiente

Progettazione efficiente
Realizzazioni
Esempio di futuro a zero emissioni, tra le colline marchigiane, troviamo la “Leaf House” che già rispetta i paradigmi della nuova Direttiva 2010/31/CE che prevede nuove
costruzioni dal 2018 a energia quasi zero.
Passiva, efficiente
e a zero emissioni
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PROGETTO ENERGIA/64 - settembre 2010
A cura della Redazione
Regione Marche, siamo ad Angeli di Rosora
(Jesi, AN), Enrico Loccioni, un imprenditore virtuoso, ha realizzato una piccola
palazzina residenziale a zero emissioni
di CO2, in linea con quanto stabilito dalla
nuova Direttiva EPBD. Questa espressione
indica che si usa energia rinnovabile non
solo per la climatizzazione, ma anche per
tutti gli usi elettrici domestici. In realtà,
l’edificio dovrebbe produrre nel tempo più
energia di quella consumata, a compensazione anche dell’energia incorporata nei
materiali serviti per la sua costruzione. Il
modello ispiratore della Leaf House è la
casa colonica della tradizione mezzadrile
marchigiana con il suo podere, un micro-
cosmo autosufficiente e sostenibile, in
cui ogni risorsa veniva sfruttata al massimo e nulla veniva sprecato.
Il concept energetico
Nei sei appartamenti, abitati da collaboratori della Loccioni, troviamo le tecnologie più avanzate: dal riscaldamento al
Sono stati adottati anche i principi della
bioclimatica: esposizione a Sud con ampie
superfici vetrate, protezioni solari per
l’estate; buon isolamento termico delle
pareti e serramenti di qualità. L’involucro,
poi, è stato ottimizzato attraverso una
successione di simulazioni dinamiche del
suo comportamento energetico, dimensionando tutti i componenti in modo da
ottenere il minimo di domanda di energia; il processo di ottimizzazione si fatto
convergere sui valori di 16kWh/m2 anno
per il riscaldamento invernale e l’acqua
calda sanitaria e altrettanto per la climatizzazione estiva. Questi valori sono
stati ottenuti prevedendo anche un recuperatore di calore entalpico per l’aria di
ventilazione.
In realtà, poiché larga parte della domanda di energia, in inverno, è proprio dovuta alla ventilazione, i valori reali risulteranno inferiori a quelli simulati, grazie
all’introduzione di un controllo intelligente, che tiene conto dell’effettiva occupazione giornaliera di 14 ore. Nei singoli
appartamenti, è installato un sensore di
CO2, che indirettamente rivela la presenza
di persone attraverso la loro respirazione. Se l’appartamento è vuoto, la ventola
che attiva la ventilazione funziona solo a
basso regime (per evitare la sensazione di
aria stantia al rientro); quando è occupato
funziona a piena potenza.
Un’ulteriore riduzione della domanda è
dovuta alla presenza di un tubo sotterraneo nel quale viene fata passare l’aria
esterna di ventilazione quando la sua
temperatura è inferiore a 15°C in inverno
(un sistema di controllo le fa by-passare
il tubo quando la temperatura è superiore). Grazie al fatto che il terreno già a 2-3
metri di profondità mantiene una temperatura costante vicina a quella media stagionale, l’aria viene preriscaldata in inverno e pre-raffrescata in estate.
Luce naturale e artificiale
Il comportamento estivo dell’edifico è
controllato da elementi di protezione
solare mobili e comandati manualmente
davanti alle finestre a est e a ovest (non
ce ne sono a nord). A causa della profondità dell’appartamento, delle piccole
dimensioni delle finestre a est e ovest,
e della assenza a nord, nella zona cucina
degli appartamenti l’illuminazione naturale risulterebbe insufficiente, imponendo
l’uso continuato di quella artificiale. Per
evitare ciò, sono stati previsti dei tubi di
luce che forniscono l’illuminazione naturale necessaria.
I tubi di luce utilizzano un materiale
riflettente interno che opera come filtro
diodico, facendo penetrare cioè solo la
parte visibile dello spettro, con notevole
vantaggio ai fini dei carichi termici estivi.
Gli impianti
Una volta messi in atto tutti gli accorgimenti per minimizzare la domanda di ener-
gia per la climatizzazione, è stato scelto
di installare una pompa di calore geotermica che scambia col terreno attraverso
tre sonde verticali da 100 metri ciascuna.
L’efficienza prevista della pompa di calore è alta (COP= 4), grazie a due fattori:
da una parte la natura del terreno, ricco
d’acqua, che favorisce lo scambio termico e dall’altra l’adozione di un sistema di riscaldamento e condizionamento
radiante a pavimento, che permette di
mantenere relativamente basse temperature del fluido termovettore in inverno
(meno di 30°C) e relativamente alte in
estate (oltre 17°C). Inoltre, col pavimento radiante, in gran parte dell’estate si
prevede di fare uso del cosiddetto “free
cooling”, raffreddando il pavimento senza fare uso della pompa di calore, dato
che l’acqua proveniente dagli scambiatori
geotermici è sufficientemente fredda per
lo scopo, anche usando il necessario scam-
s
condizionamento estivo, dalla domotica
al collegamento internet a banda larga.
In un edificio carbon neutral, bisogna,
innanzitutto, minimizzare la domanda
di energia, ovunque sia possibile. Il primo passo è stato quello di progettare
l’edificio in modo da richiedere il minimo di energia per garantire le condizioni di comfort termico al suo interno.
L’involucro verticale, che garantisce un
isolamento acustico pari a 43dB, è composto da:
• 2 cm di Intonaco plastico;
• 18 cm di polistirolo espanso
(λ di 0,036W/mK);
• 1,5 cm di malta di cemento;
• 30 cm di Poroton
• 2 cm di intonaco in malta di gesso.
Schema della stratificazione
dell’involucro opaco.
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Realizzazioni
Abbiamo intervistato il Prof. Federico M. Butera del Dipartimento BEST del Politecnico
di Milano, esperto di energia a livello nazionale e internazionale.
Smart House a emissioni zero
P.E.: Edifici a zero emissioni, finalmente anche in Italia?
Butera: Sì, abbiamo anche in Italia esempi di edifici a emissioni zero, o che almeno
come tali vengono presentati. In realtà, se si va a guardare un po’ più da vicino, si
scopre che la dizione “emissioni zero” si riferisce solo al riscaldamento, a volte anche
al condizionamento, e alla produzione di acqua calda. In questi casi la dizione è impropria, perché in qualsiasi
edificio si hanno anche consumi di energia per alimentare tutte le apparecchiature elettriche domestiche e per
illuminare. Inoltre ci sono i consumi derivanti dalla cottura dei cibi. Non è una improprietà da poco, se si considera l’energia primaria che viene messa in gioco (due volte il consumo elettrico), e le emissioni che ne derivano.
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P.E.: Cosa ci può dire dell’edificio realizzato da Loccioni?
Butera: Enrico Loccioni è un imprenditore lungimirante che opera nel settore dei sistemi di misura, controllo e
regolazione e ha deciso di realizzare una piccola palazzina residenziale totalmente a zero emissioni di CO2, che
prefigura l’edilizia dello sviluppo sostenibile. Per arrivare a questo risultato l’involucro è stato ottimizzato attraverso una successione di simulazioni dinamiche del suo comportamento energetico, dimensionando tutti i componenti in modo da ottenere una bassissima di domanda di energia (meno di 15kWh/m2 anno per riscaldamento e
produzione acqua calda e ancora meno per il condizionamento).
P.E.: E l’aspetto economico?
Butera: Seconso il progetto, la produzione elettrica fotovoltaica è superiore ai consumi, allo scopo di compensare,
negli anni, l’energia incorporata nei materiali di cui è fatto l’edificio: l’impronta ecologica energetica della palazzina
è uguale alla sua impronta geometrica – come negli organismi vegetali in natura. E veniamo alla convenienza economica. Il fotovoltaico, si sa, si ripaga in circa 10 anni grazie al conto energia. L’accurata progettazione, supportata
da ottimizzazioni eseguite mediante simulazioni, permette di minimizzare gli extra costi sia nell’involucro che negli
impianti. Si stima che i maggiori costi relativi all’involucro e all’impianto di climatizzazione, rispetto a una palazzina
della stessa qualità realizzata secondo i limiti di consumo imposti dalla legge, si ripaghino in circa 10 anni. Gli elettrodomestici ad alta efficienza, le lampade a basso consumo e i sistemi di controllo si ripagano in meno di 5 anni.
Stando così le cose, un edificio a emissioni zero come quello di Angeli di Rosora può costituire un investimento
tanto remunerativo quanto gli impianti fotovoltaici, che stanno sorgendo come funghi in tutto il Paese.
PROGETTO ENERGIA/64 - settembre 2010
P.E.: Perché allora si tratta di un esempio raro, se non unico?
Butera: Tre le ragioni principali. La prima è la mancanza di una ampio numero di esperienze che rassicurino chi
investe: occorre un imprenditore lungimirante e coraggioso, oggi. La seconda deriva dalla maggiore complessità
della progettazione; progettare un edificio a zero emissioni richiede un alto livello di competenza specifica, purtroppo ancora rara. La terza ragione è di ordine culturale. Chi compra un appartamento tende al minimo costo
capitale, non pensando ai costi di esercizio: gas ed elettricità, che pure ci sono e che possono essere molto più
bassi se si spende di più in una casa a più alta qualità energetica. Le cose stanno cambiando, però, grazie soprattutto alla irresistibile corsa verso l’alto del costo dell’energia, e ci incamminiamo inevitabilmente verso una nuova
edilizia che non consuma fonti fossili, come impone la nuova Direttiva EPBD approvata a maggio: a partire dal
31/12/2020 tutti gli edifici nuovi dovranno essere ad “energia quasi zero”, quelli pubblici dal 2018..
biatore di calore. In estate, il pavimento
radiante permette di controllare solo il
calore sensibile; per il controllo dell’umidità
è previsto un deumidificatore per appartamento, che è attivo quando è attiva la ventilazione. Se si aprono le finestre perché le
condizioni ambientali esterne lo consentono, il sensore di CO2 rileva una concentrazione molto bassa grazie all’elevato numero
di ricambi d’aria che si attivano, e quindi
sia la ventilazione meccanica che la deumidificazione non hanno più luogo, evitando
inutili sprechi di energia. L’acqua piovana
viene raccolta e utilizzata per tutti gli usi
in cui non è necessario che sia potabile, ed
è prevista sia la raccolta differenziata dei
rifiuti che un forte incentivo al riuso dei
contenitori. All’ultimo piano è situato il
loft Whirlpool Zeos (Zero Emission Carbon
Space) e rappresenta un’opportunità unica
per sperimentare concetti innovativi, uno
spazio ideale per mostrare e testare prodotti ecologici ed educare il consumatore a una
sensibile coscienza ecologica.
Le soluzioni di building automation presenti aumentano l’efficienza degli impianti e
offrono una gestione semplice e funzionale.
La casa è dotata di un monitoraggio continuo della qualità dell’aria intera e di ventilazione meccanica con recupero di calore.
Premi e riconoscimenti
La Leaf House del Gruppo Loccioni ha avuto numerosi riconoscimenti:
•È in corsa per il prestigioso Ruban D’Honeur del European Business
Award promosso dalla HSBC.
•L’8 giugno 2010, al Quirinale, Enrico Loccioni e Graziella Rebichini
Loccioni hanno ritirato il Premio Nazionale per l’Innovazione, giunto
alla seconda edizione, dedicato alle eccellenze italiane che si sono distinte per capacità innovative e creative nell’ambito di aziende, università,
amministrazioni, enti o anche singoli ideatori.
•Premiati il 14 Aprile 2010, presso la Fiera di Roma, come vincitori del
Premio Impresa Ambiente 2010, il più alto riconoscimento italiano
per le aziende private e pubbliche che si sono distinte per Sviluppo
Sostenibile, Rispetto Ambientale e Responsabilità Sociale.
•Targa di riconoscimento per l’efficienza energetica all’interno del Premio
Sviluppo Sostenibile 2009 promosso dalla Fondazione Sviluppo
Sostenibile per la Leaf Community.
Grande attenzione si è posta anche ai consumi elettrici secondari dell’impianto, cioè
quelli relativi alle pompe di circolazione,
che sono a velocità variabile regolata dalla
domanda di calore e freddo (negli impianti convenzionali si usa invece una valvola
a tre vie per la regolazione, con la pompa che va sempre alla massima potenza).
L’acqua calda sanitaria è prodotta per il
50% circa da un impianto solare e per il
resto dalla pompa di calore.
Al fine di minimizzare i consumi elettrici
in cucina è previsto che gli elettrodomestici siano tutti di classe A+, ma non solo.
Considerato che sia nella lavabiancheria che,
soprattutto, nella lavastoviglie la maggior
parte del consumo elettrico deriva dal riscal-
damento dell’acqua mediante resistenza
elettrica, in ciascun appartamento il circuito dell’acqua calda si estende, come quello
dell’acqua fredda, all’alimentazione di questi
elettrodomestici che, quindi, dovranno essere del tipo a due ingressi. Sempre al fine di
ridurre il più possibile il consumo elettrico,
gli occupanti sono fortemente sollecitati
a fare uso di apparecchiature elettroniche
a basso consumo, quali televisori a LCD e
laptop invece di PC. Tutte le apparecchiature elettroniche verranno dotate di sistemi
automatici per il controllo dello standby. Le
luci condominiali sono a LED. Un ulteriore
dispositivo, a cui si attribuisce una grande
importanza, fa parte della dotazione di ogni
appartamento: quello che è stato battezzato
“il cruscotto”, in analogia a quello dell’au-
tomobile. Si tratta di un display nel quale
compaiono, o si possono richiamare, tutti i
dati di consumo istantanei e cumulati nel
tempo. Questo dispositivo si prevede possa
avere un ruolo molto importante nella formazione di un comportamento “virtuoso”.
Il consumo elettrico medio per famiglia ad
Ancona è di circa 2.100kWh/anno (a livello nazionale è stimato in 2.700kWh/anno),
con tutti gli accorgimenti impiegati nella
palazzina, il consumo elettrico non dovrebbe superare, secondo le valutazioni fatte,
i 1.500kWh/anno; per sicurezza, comunque, si è ipotizzato che esso si attesti
sui 2.000kWh/anno. Tutti i consumi sono
monitorati, comunque, e già dopo il primo
anno di occupazione si possono avere dati
più attendibili.
s
All’ultimo piano è situato il
loft Whirlpool Zeos (Zero
Emission Carbon Space) e
rappresenta un’opportunità
unica per sperimentare
concetti innovativi.
s
Consumi elettrici ridotti
s
Schema di funzionamento invernale
(Sx) ed estivo (Dx)
della Leaf House.
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Realizzazioni
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s
Tubi solari (Solarspot).
s
s
Sistema di produzione, stoccaggio e
riutilizzo di idrogeno
per la generazione
elettrica (Enel).
Impianto fotovoltaico
I consumi elettrici, minimizzati con gli
accorgimenti sopra descritti, sono tutti
coperti secondo progetto dall’impianto fotovoltaico integrato nella copertura dell’edificio. Al fine di compensare
anche i consumi energetici per la cottura
(mediante GPL, stimati 760kWh/anno termici) essi sono stati valutati come energia elettrica supplementare da fornire con
l’impianto fotovoltaico e da immettere in
rete. In conclusione, il consumo totale
calcolato di energia elettrica della palazzina è pari a poco meno di 20.000kWh/
anno, corrispondenti a circa 1.150 kg di
CO2, qualora l’elettricità fosse fornita dalla rete. Nel nostro caso, invece, essa è
tutta fornita da circa 150 m2 di collettori fotovoltaici (19,8kWp) integrati nella
copertura dell’edificio.
Rinnovabili e idrogeno
In via del tutto sperimentale, Enel ha
installato un sistema di produzione,
stoccaggio e riutilizzo di idrogeno per
la generazione elettrica. L’energia generata dai pannelli solari fotovoltaici, nei
momenti di massima insolazione viene
PROGETTO ENERGIA/64 - settembre 2010
I nomi dell’intervento
Oggetto: Leaf House
Luogo: Angeli di Rosora – Jesi (AN)
Progetto architettonico: Arch. Pacifico Ramazzotti
Progetto termico: Trillini Engineering
Consulenze energetiche: Ing. Federico M. Butera AEchitetture Sostenibili;
Ing. Giovanni Poillucci e Loccioni Facility Team
Isolamento termico: Alpac; Centro dell’isolante
Argilla espansa: Leca Laterlite
Massetto ad alta conduttività: LecaBlock
Serramenti: Internorm
Tetto lamellare: Centro Legno
Pavimento radiante: Rehau
Unità di trattamento aria: Roccheggiani
Pompa di calore geotermica: Viessmann; Pozzi geotermici: Geotermia
Elettropompe: Grundfos
Pannelli fotovoltaici e termici: Schüco
Inverter per FV: SMA Italia
Tubi solari: Solarspot
Componentistica elettrica: BTicino
Sensoristica: Eco Control; Trafag
Sonde temperatura: Endress Hauser
Domotica e controllo: Siemens; Cisco Systems; Enel
Elettrodomestici: Whirpool
Apparecchi di illuminazione: iGuzzini
Accumulo e trattamento acque: Rototec
utilizzata, oltre che per soddisfare i bisogni energetici della Leaf House, anche
per alimentare un elettrolizzatore in grado di scindere la molecola dell’acqua in
idrogeno e ossigeno. L’idrogeno prodotto
viene accumulato in un sistema che utilizza idruri metallici e riconvertito, grazie
a una pila a combustibile, in elettricità
disponibile nelle ore in cui non c’è produzione di energia dal sole. Questa tecnologia è, allo stato attuale, la frontiera
dello stoccaggio energetico ed è al centro
di intensi studi e dimostrazioni, in particolare per ciò che riguarda le sue applicazioni per i trasporti terrestre e marittimo
e per ottimizzare la gestione di fonti rinnovabili in siti non connessi con la rete
elettrica.
Green Community
La palazzina è solo un tassello di un progetto più ampio, che ha preso il nome di
Green Community. È, infatti, in uno stadio
avanzato di progettazione un nuovo stabilimento produttivo, che sarà caratterizzato da consumi energetici estremamente
bassi, mentre è già in funzione una coppia di coclee che sfruttano un piccolissimo salto d’acqua (meno di un metro) di
un canale che attraversa la proprietà, con
una potenza di quasi 40kW. Una vecchia
cascina, pure ricadente nell’area dell’insediamento produttivo, è stata ristrutturata, ed è riscaldata con un impianto a
biomassa. Tutto è rinnovabile nella green
community, anche la mobilità, con l’impiego di mezzi di trasporto elettrici. u