PROGETTO DI UN COMPLESSO RESIDENZIALE E DIREZIONALE

PROGETTO DI UN COMPLESSO RESIDENZIALE E DIREZIONALE A BASSO CONSUMO ENERGETICO
Tesi di Laurea
di: Sullo Maria Cristina
relatori: Francesco Mancini, Dina Nencini
Il lavoro sviluppato nello svolgimento della Tesi riguarda il progetto di un Complesso residenziale e
direzionale basato sul rispetto di canoni di risparmio energetico e basso impatto ambientale.
Il complesso è localizzato all’interno del territorio di Roma in zona Roma Nord – la Bufalotta e occupa
un’area di circa 5,7 ettari. L’area è adiacente al centro commerciale Porte di Roma, in una zona di nuova
espansione residenziale, ed è delimitata da Via Goffredo Lombardo, Via Pupella Maggio e Via Vittorio
Mezzogiorno.
Il disegno del Masterplan dell’area stessa è stato sviluppato attraverso l’utilizzo di una griglia ideale con
maglia trenta per trenta metri inclinata in direzione sud-est/nord-ovest e delimitata dai confini su indicati
del lotto. A partire da questa maglia è stato impostato il sistema della viabilità all’interno del progetto,
costituito da un asse principale, che divide l’area in due parti parallelamente a Via Goffredo Lombardo, e
due assi secondari, di cui uno parallelo al principale e l’altro ortogonale ad esso.
Sono, quindi, stati inseriti gli edifici all’interno dell’area di progetto considerandoli come composti da
moduli base assemblati e posizionati all’interno dei lotti utilizzando la suddetta griglia ideale, in modo da
creare un disegno con alternanza di pieni e vuoti all’interno del Masterplan.
Il sistema dei vuoti che si creano all’interno della maglia tra gli edifici è stato progettato con spazi verdi,
piazze ed aree parcheggio.
Nello specifico, le zone verdi sono poste intorno agli edifici con lo scopo di creare delle barriere verdi per
aiutare l’ombreggiamento e il raffrescamento dell’aria e quindi contribuire alle esigenze di risparmio
energetico su cui è basata l’intera idea progettuale. Le aree parcheggio sono distribuite equamente
all’interno del Masterplan e sono di due diverse tipologie, parcheggi a giro, posti lungo le strade, e
parcheggi a raso e multipiano interrati, posti nei pressi degli edifici. Le piazze sono state disegnate
utilizzando una ulteriore griglia ideale di quindici per quindici metri a cui è stato sovrapposto un intreccio di
elementi lineari, costituiti dalle sedute, e di elementi puntuali, costituiti dai sistemi di illuminazione, che
scandiscono lo spazio attraverso un’alternanza seriale delle geometrie in cui gli elementi tecnici diventano
le unità geometriche di un sistema che conserva, a scale differenti, la medesima volontà di omogeneità
formale.
Masterplan del progetto
Le tipologie edilizie inserite sono tre, due per la parte residenziale e una per quella direzionale.
Delle due tipologie edilizie residenziali, costituite da edifici in linea, è stata poi approfondita una, anche
riguardo lo studio dei materiali e dell’aspetto impiantistico.
La tipologia utilizzata ed approfondita per gli edifici direzionali è quella della torre.
Per quanto riguarda l’edificio residenziale studiato, esso è composto dall’assemblaggio di due o tre moduli
base costituiti ognuno da un corpo scala su cui hanno accesso tre appartamenti. Ogni edificio di questa
tipologia è composto da cinque piani, di cui il piano terra è adibito ad uso commerciale e i quattro piani
superiori sono adibiti a residenze. Gli appartamenti all’interno dell’edificio sono differenziati per tipologia e
metratura, nello specifico sono stati studiati: monolocali da 50 metri quadri, bilocali da 100 metri quadri,
trilocali da 150 metri quadri, trilocali duplex da 140 metri quadri e quadrilocali duplex da 150 metri quadri.
Ai fini del rispetto dei principi di basso consumo energetico è stata data attenzione anche ai fattori di
schermatura degli elementi vetrati, quindi è stato pensato un involucro di rivestimento a gabbia in cui
trovano spazio le strutture di sostegno dei brise-soleil, sia a Nord che a Sud, e le terrazze, solamente a Sud.
In copertura esso è inclinato di 15° a Sud-est e si trasforma nella struttura di un impianto di vetro
fotovoltaico (545 metri quadri) che fornisce l’energia utilizzata per l’alimentazione dell’impianto
dell’edificio stesso. E’ stata posta molta attenzione anche al progetto dell’involucro dell’edificio, nel quale
sono stati ridotti al minimo i ponti termici e la trasmittanza degli elementi tecnologici.
Piante
Prospetto Nord
Nello specifico, le pareti perimetrali sono composte da laterizio a bassa trasmittanza ed un isolamento a
cappotto di 8 cm di pannelli in sughero espanso, che ne diminuisce la dispersione energetica fino a 0,16
W\m2K. Per quanto riguarda il solaio di copertura è stata utilizzata la tipologia a tetto caldo con una
struttura a predalles con alleggerimento in polistirene espanso e un ulteriore isolamento di 10 cm di
pannelli di polistirene espanso con una dispersione risultante di 0,2 W\m2K. Per quanto riguarda gli
elementi vetrati sono stati utilizzati infissi con telaio in legno-alluminio e vetro triplo con Krypton e
veneziana interna a bassa trasmittanza (0,9 W\m2K).
Per la definizione di questi parametri è stato effettuato uno studio sugli andamenti delle dispersioni
dell’edificio dipendenti sia dal tipo di involucro utilizzato, sia dal tipo di impianto. Le analisi effettuate sono
tre.
La prima riguarda l’influenza sulle dispersioni data da ogni singolo elemento tecnologico; quindi è stato
calcolato con il programma di calcolo STIMA 10, prodotto dalla idronicaline, la variazione delle dispersioni
dell’edificio in inverno ed in estate al variare dello spessore di isolante della parete opaca, del solaio di
copertura e del solaio a terra, e al variare della capacità termica degli elementi vetrati. Il risultato evidenzia
che l’elemento che più influisce sulle variazioni è la capacità termica dei serramenti, infatti, osservando un
intervallo della trasmittanza Ug del vetro che varia tra 1,4 e 2,6 W/m2K, si può riscontrare che con
l'aumentare di Ug le condizioni di dispersione per l'inverno peggiorano seguendo un andamento regolare di
circa 1 KWh/m2a ogni intervallo di 0,2 W/m2K, invece per il periodo estivo migliorano con un andamento
regolare di circa 1 kWh/m2a ogni intervallo di 0,2 W/m2K di aumento di dispersione. A seguire c’è la parete
opaca perimetrale in cui, analizzando una variazione di spessore dell’isolante tra i 0 e i 16 cm, risulta che
con l'aumentare dello spessore del pannello le condizioni di dispersione per l'inverno migliorano seguendo
un andamento regolare di 0,1 kWh/m2a ogni 2 cm di ispessimento, invece per il periodo estivo peggiorano
con un andamento lineare di 0,1 kWh/m2a ogni 4 cm di ispessimento. Per quanto riguarda il solaio di
copertura e il solaio a terra, analizzando lo stesso intervallo di spessore dell’isolante della parete opaca, i
cambiamenti delle dispersioni risultano minimi; nello specifico per il primo migliorano lievemente in
inverno facendo un salto di 0,1 kWh/m2a tra in 6 e gli 8 cm di spessore del pannello isolante e per il
periodo estivo peggiorano lievemente sempre di 0,1 kWh/m2a nell' intervallo tra gli 8 e i 10 cm di
ispessimento, mentre per il secondo in inverno migliorano seguendo un andamento regolare di 0,1
kWh/m2a ogni 2 cm di ispessimento dell'isolante fino a 10 cm, per poi migliorare di 0,1 kWh/m2a ogni 4 cm
per spessori maggiori ed invece per il periodo estivo peggiorano con un andamento lineare di 0,1 KWh/m2a
ogni 4 cm di ispessimento.
Andamento delle dispersioni dell'edificio
La seconda analisi, effettuata sempre utilizzando il programma STIMA 10, riguarda delle variazioni di
dispersioni dell'involucro con la variazione dalla configurazione dalla peggiore alla migliore degli elementi
tecnologici. Sono state calcolate 5 configurazioni diverse: la prima in cui lo spessore dell’isolante all’interno
degli elementi di parete opaca, solaio di copertura e solaio a terra è di 4 cm e la trasmittanza Ug del vetro è
pari a 2,6 W/m2K; la seconda in cui lo spessore dell’isolante è di 6 cm e la trasmittanza Ug è pari a 2,2
W/m2K; la terza in cui lo spessore dell’isolante è di 8 cm e la trasmittanza Ug è pari a 1,8 W/m2K; la quarta
in cui lo spessore dell’isolante è di 12 cm e la trasmittanza Ug è pari a 1,6 W/m2K; ed infine la quinta in cui
lo spessore dell’isolante è di 16 cm e la trasmittanza Ug è pari a 1,4 W/m2K. Il risultato ottenuto è un
andamento delle dispersioni che varia da un EPci in inverno di 20,1 KWh/m2a a 12,7 KWh/m2a oscillando
tra la Classe energetica A e la Classe A+, e un valore tra i 23,0 KWh/m2a e i 27,2 KWh/m2a in estate.
Le suddette analisi sono tutte state effettuate considerando il sistema impiantistico dell’edificio come
alimentato da una Pompa di Calore Elettrica aria-acqua con rendimento COP pari a 3,5 , temperatura
dell'aria esterna pari a 6°C e temperatura dell'aria interna pari a 20°C, con sistema di distribuzione
centralizzato e emissione attraverso pannelli radianti annegati nel pavimento.
Dopo aver analizzato le variazioni delle dispersioni dell'involucro edilizio di progetto, ed aver scelto la
combinazione ideale degli elementi tecnologici, è stata effettuata la terza analisi, riguardante l'impianto di
climatizzazione e riscaldamento.
E' stato analizzato il variare delle dispersioni dell'involucro edilizio utilizzando come alimentazione
dell'impianto dell'edificio una Caldaia a condensazione con generatore di calore a gas e terminali con
ventilconvettori e successivamente un impianto con Pompa di Calore Geotermica con rendimento COP pari
a 4,7 , temperatura dell'aria esterna pari a 12°C e temperatura dell'aria interna pari a 20°C, con sistema di
distribuzione centralizzato e emissione attraverso pannelli radianti annegati nel pavimento.
Questa analisi ha lo scopo di verificare l'effettiva convenienza della scelta effettuata in precedenza per
l'impianto. Dal risultato si può vedere che con un impianto di tipologia standard le prestazioni energetiche
dell'edificio peggiorano fortemente rispetto ad un più innovativo sistema con pompa di calore ad
alimentazione elettrica.
Infatti, a fronte dell'appartenenza dell'edificio alla Classe A+ con dispersioni in inverno di 15 kWh/m2a
abbiamo, con l'impianto standard, un'appartenenza alla classe B con dispersioni in inverno pari a 29,3
kWh/m2a. Per il fabbisogno estivo invece non si riscontrano differenze sostanziali. Nel secondo caso si può
vedere che con l'utilizzo di una Pompa di Calore Geotermica le dispersioni dell'involucro edilizio di progetto
diminuiscono. Nonostante tale differenza, con entrambi gli impianti analizzati l'edificio rimane in Classe
energetica A+. Inoltre, all'impianto della Pompa di Calore è abbinato un impianto di pannelli fotovoltaici,
che migliorano ulteriormente le prestazioni dell'edificio.
Schema 1 con utilizzo di Caldaia Standard - Schema 2 con utilizzo di Pompa di Calore Geotermica
Quindi a fronte di un netto miglioramento rispetto ad un impianto standard e di una prestazione
lievemente inferiore rispetto ad un impianto geotermico, si è scelto di utilizzare l’impianto a Pompa di
Calore Elettrica aria-acqua su analizzato.
Dal punto di vista del progetto impiantistico, essendo l'obiettivo quello di massimizzare l'efficienza
energetica del complesso, è stato scelto di utilizzare una pompa di calore con condensazione ad aria, che
nella configurazione proposta ha un COP nominale pari a 3,5. Le pompe di calore saranno ad alimentazione
elettrica che verrà prodotta dall'impianto fotovoltaico posto in copertura degli edifici del complesso. Per il
riscaldamento invernale è stato ipotizzato un impianto a pannelli radianti annegati nel pavimento, che in
virtù della bassa temperatura di alimentazione consente di beneficiare al meglio dei vantaggi offerti da
sistemi di produzione del calore a bassa temperatura. L'ottimo comportamento passivo dell'involucro
edilizio consente di raggiungere carichi termici estivi molto bassi. E' quindi possibile utilizzare quale sistema
di raffrescamento lo stesso impianto a pannelli radianti annegati nel pavimento che è stato proposto per il
periodo invernale con piccole modifiche e integrazioni.
Per quanto riguarda la produzione di acqua calda sanitaria saranno impiegati due sistemi in cascata: - il
primo, con produzione dell'energia termica effettuata dalla pompa di calore e con accumulo a bassa
temperatura. Questo sistema produrrà il 62,5% dell'energia termica utilizzando la pompa di calore
alimentata dall'impianto fotovoltaico. - il secondo con produzione dell'energia termica effettuata mediante
una caldaia a condensazione e con accumulo a temperatura più alta. Questo sistema produrrà il restante
37,5% dell'energia termica. Inoltre, ogni edificio ha tutte le predisposizioni per l'allaccio ad una rete di
teleriscaldamento di quartiere, per consentire, in una fase successiva, un rapido collegamento di tutti gli
edifici, con la possibilità di incrementare ulteriormente l'efficienza energetica del complesso.
Schema dell'impianto dell'edificio
L’altra tipologia studiata è quella delle Torri-ufficio. Esse sono in totale sette raggruppate in tre complessi
all’interno del Masterplan, due a Sud ed uno (quello studiato) a Nord. In ogni complesso le torri sono
collegate da un unico basamento in cui trovano spazio gli esercizi commerciali con piazze e patii interni. Le
torri presentano tutti piani con uffici e un punto ristoro negli ultimi due piani. Il disegno della facciata è
stato studiato sulla base di una griglia da 2,40 x 2,40 metri in cui sono stati inseriti una serie di moduli,
rappresentati dagli elementi vetrati, in un sistema ripetitivo e seriale che trascende gli elementi stessi da
elemento di lettura individuale ad un’unità globale. All’interno di questa serialità sono poi stati inseriti degli
errori, ovvero tentativi di correggere l’uniformità della facciata stessa, con la negazione di alcuni dei moduli
vetrati e la sostituzione di atri con logge che rompono la maglia della griglia di base e creano dei vuoti
d’ombra sulla superficie piana della facciata stessa. Ciò vuole riproporre un’idea della correzione dell’
uniformità attraverso l’inserimento di eccezioni che rendono più interessante ed articolato il prospetto.