progettare energia - DEI Tipografia del Genio Civile

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PROGETTARE
E N E R G I A
spagnolo
Edilizia
sostenibile
Certificazione
Risparmio
energetico
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Efficienza energetica e sostenibilità come nuove sfide per il
mercato delle costruzioni
Progettare l’edificio come
sistema energia
Mauro Spagnolo*
Le grandi emergenze climatiche
sono ormai davanti agli occhi di
tutti.
Finalmente gli Enti e gli Istituti di
ricerca internazionale, dopo un
lungo periodo di contraddittorie
analisi e proiezioni, sono in
accordo nel definire la salute del
pianeta grave e di difficile
recupero.
Il surriscaldamento dell’atmosfera terreste è un fenomeno di difficile correzione in tempi brevi, specialmente per
la sua notevole inerzia termica.
Occorre intervenire presto e con azioni incisive, ma bisogna avere la consapevolezza che i risultati di questa inversione di marcia potranno portare a
traguardi apprezzabili tra molto tempo e varie generazioni.
E questa è una delle principali difficoltà “di ordine politico” che emergono dall’esigenza di prendere decisioni
coraggiose e radicali: le leggi fisiche
che regolano il nostro Pianeta non
consentiranno a nessun politico di “capitalizzare”, in tempi brevi, i benefici
di una politica ambientale di rigore.
——————
* Architetto, si occupa di progettazioni legate al risparmio energetico
e all’utilizzo di energia delle fonti rinnovabili.
4
È indispensabile fare molto e subito,
ma i risultati saranno percepibili solo
tra anni.
Quindi bisogna “imporre” degli
standard di vita sostenibile a tutte le
comunità sociali che vivono sul nostro Pianeta, creando degli ammortizzatori economici che giustifichino
queste modalità virtuose anche alle
società economicamente più giovani
ed emergenti, notoriamente meno
motivate sul fronte della lotta ai cambiamenti climatici, prime tra tutte la
Cina, l’India ed il Brasile.
Tra le principali cause del trend negativo del nostro clima è proprio il
settore edilizio che genera più del
40% delle emissioni totali sul nostro
Pianeta nell’ambito di tutte le sue fasi di vita: dall’estrazione del materiale, ai trasporti, alla costruzione, alla
gestione e manutenzione fino al suo
smaltimento.
L’efficienza energetica e la sostenibilità rappresentano quindi le nuove
sfide per il mercato delle costruzioni.
LA PROGETTAZIONE
ENERGICAMENTE
EFFICIENTE
Il contenimento energetico sta vivendo
un periodo di straordinaria importanza, passando da una fase sperimentale
ad una fase di attuazione concreta.
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Stiamo infatti assistendo ad un capovolgimento di molti fattori che non
tengono più conto solamente della
produttività e dell’economia, ma
vanno nella direzione della sostenibilità e del rispetto dell’ambiente.
Un’epoca in cui si stanno delineando
le condizioni per operare una sintesi
dei tre grandi ambiti del pensiero e
del comportamento umano: coscienza ecologica, sviluppo tecnologico e
ricerca scientifica.
Il tutto alla luce del concetto di “sviluppo sostenibile”, che sta diventando il baricentro di qualsiasi operazione di crescita sociale.
Nel settore delle costruzioni rendere un edificio energeticamente efficiente significa minimizzare il suo
fabbisogno energetico contenendo
nel contempo le perdite, ottimizzando gli apporti energetici da fonte naturale, ovvero luce e calore solare.
Per raggiungere questo obiettivo è
necessario che la concezione dell’edificio sia già adeguatamente impostata in partenza.
La tematica di un approccio più naturale e integrato tra natura e costruzione è ormai centrale nella progettazione contemporanea, incentivato e
regolato dalle recenti direttive europee e leggi nazionali in materia: l’obiettivo principale e comunemente
dichiarato è fare in modo che il
comfort ambientale dei nostri luoghi di vita, lavoro e svago venga tradotto in soluzioni costruttive:
• praticabili
• diffuse
• facili da applicare
Per questo sia i costruttori sia gli imprenditori devono tenere in considerazione che il valore del bene costruito e immesso nel mercato deve
rispondere a requisiti di qualità che
non possono essere scissi dal mero
valore commerciale dell’immobile.
Si potrebbe parlare dell’inserimento
di un nuovo valore, quello del benessere dell’uomo e della salute del Pia-
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neta, tra quelli comunemente associati al mercato dell’edilizia, per il
raggiungimento di una ritrovata qualità dell’abitare.
Le discipline che intervengono nel
progetto energicamente efficiente
spaziano dai criteri base della fisica
dell’edificio, alle principali metodiche della disciplina bioclimatica, come:
• l’influenza della forma
• lo sfruttamento dei sistemi passivi
– di protezione, captazione e conservazione termica –
• l’uso
• i fini energetici
• l’illuminazione naturale.
Ma la parte più innovativa del “nuovo” approccio progettuale è costituita
La sfida è requisiti di qualità
per gli edifici
“energeticamente corretti”
e costi che consentano
questa qualità
dalla conoscenza delle tecnologie legate allo sfruttamento delle energie
da fonte rinnovabile.
Questo patrimonio di conoscenze
spazia dal solare attivo, fotovoltaico
e termico, agli impianti a biomassa,
dai sistemi geotermici, con gli annessi sistemi a compressione e condensazione, alla tecnologia di cogenerazione fino ai più futuribili sistemi che utilizzano l’idrogeno in ambito edilizio.
IL LINGUAGGIO
DELL’ARCHITETTURA
SOLARE
L’avvento di nuove identità energetiche dell’“involucro edificio” stanno
rapidamente generando l’esigenza di
individuare, in modo parallelo a
quelle tecnologiche, le conseguenti
potenzialità formali, ponendo addirittura la componente energetica alla
base di un nuovo linguaggio progettuale.
Da qui l’esigenza di uno strettissimo
connubio tra “sistema energetico” –
inteso come insieme di impiantistica
e dispositivi dedicati alla generazione
ed al contenimento energetico - e l’edificio.
Siamo convinti che tale componente
possa apportare interessanti valenze
architettoniche da aggiungere a quelle energetiche.
Il problema consiste proprio nell’ inventare un nuovo linguaggio architettonico di riferimento per l’integrazione delle tecnologie a contenimento
energetico con gli elementi che appartengono alle nostre città, come:
• gli edifici
• le infrastrutture
• l’arredo urbano.
Crediamo addirittura possibile, in un
futuro relativamente prossimo, che la
stessa tecnologia energetica possa
divenire, opportunamente integrata,
un elemento espressivo e caratterizzante per l’architettura come, in periodi diversi, lo sono stati l’acciaio, il
cemento, il vetro e l’alluminio. Pensiamo, in modo particolare, ai sistemi solari attivi.
Esempio tipico è l’integrazione del
fotovoltaico nell’involucro edilizio.
Infatti, essa presuppone, rispetto alla
semplice sovrapposizione dei moduli
sugli edifici, uno studio piú approfondito dei dettagli costruttivi
ed una maggiore attenzione esecutiva e di montaggio dei singoli componenti.
In questi ultimi, infatti, coesistono requisiti strutturali ed elettrici che non
devono reciprocamente ostacolarsi.
Una volta garantiti i requisiti tecnici,
l’integrazione del solare attivo consente all’architetto la massima libertà
di espressione progettuale: essa potrà
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Generazione distriuita
essere esaltata o nascosta aprendo, come abbiamo già accennato, nuove
opportunità di linguaggio architettonico e tecnologico.
L’EDIFICIO DEL FUTURO
Lo sviluppo tecnologico nel settore
edile ha generato una idea di architettura concepita come entità completamente autonoma, molto sensibile a ciò che accade al suo interno e
molto poco alle sue influenze sull’esterno, dove l’obiettivo di raggiungere elevati standard di benessere giustifica sistemi di condizionamento e
riscaldamento altamente energivori
ed inquinanti.
Da queste considerazioni è nata la
necessità di un ripensamento radicale
della logica costruttiva, una trasformazione che evidenzi come sia indispensabile porre alla base del processo progettuale un’elevata sensibilità
energetica.
Gli edifici che sono stati maggior6
mente oggetto di questa ricerca sono
quelli legati:
• al terziario
• ai sistemi di trasporto
• alle nuove funzioni urbane.
Si pensi agli edifici multipiano, alle
stazioni ferroviarie e agli aeroporti,
alle ampie strutture destinate alle
esposizioni o a quelle per la grande
distribuzione commerciale.
Ne è scaturita la necessità di un edificio tecnologico presuppone, da un
punto di vista progettuale, due elementi basilari:
• la costruzione edile si trasforma in
un’operazione di industrializzazione. Dalle prime esperienze della seconda metà dell’Ottocento, in cui
la standardizzazione presupponeva
la semplice ripetizione dei singoli
componenti edili, si è passati alla
realizzazione di sistemi più complessi di veri e propri componenti
prefabbricati, fino ad arrivare a sistemi di componenti industriali
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sempre più complessi che presuppongono un alto contenuto tecnologico
• il progetto si basa su una metodologia sistematica che sintetizza
tutte le componenti tecnologiche
dell’intervento. In tal modo tutti i
problemi legati all’organizzazione
dello spazio, le prestazioni strutturali e le esigenze impiantistiche
debbono essere affrontati in modo
simultaneo e nell’ambito di ogni
fase progettuale. Ciò sta rivoluzionando radicalmente la logica della
progettazione convenzionale attraverso la ricerca di un nuovo metodo globale di progettazione che,
basandosi sulla conoscenza delle
singole discipline settoriali, consenta di affrontare, in modo interattivo ed approfondito, l’intero iter
progettuale.
Tutto ciò attualmente ha portato, almeno nei casi di edifici con importanti valenze architettoniche, ad un
lavoro talmente specialistico dei
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gruppi interdisciplinari che realizzano le varie fasi progettuali da raggiungere livelli di complessità organizzativa e di efficienza tali da consentire il confronto tra l’edificio ed i
prodotti di pura tecnologia avanzata.
E ciò, tanto per citare un elemento
significativo per la comprensione della nuova filosofia progettuale, è confermato dalla pianificazione della sua
vita “economica” e quindi anche dalla previsione delle caratteristiche
economiche e tecniche della sua demolizione.
Essendo divenuto un prodotto industriale, paragonabile ad un’automobile, anche per l’edificio sarà pianificata
la sua demolizione ed il riciclo, laddove possibile, dei suoi materiali.
Tali istanze costituiscono già la realtà;
non è quindi difficile immaginare, in
un futuro molto vicino, un ulteriore
aumento della complessità del processo progettuale, con un allargamento
esponenziale delle competenze interdisciplinari. Ciò porta alla inevitabile
necessità di rivedere radicalmente la
formazione dei progettisti, predisponendo in loro la capacità di lavorare in
ambito multidisciplinare.
Anche il ruolo del progettista cambierà identità: non esisterà più “il
progettista” nella sua accezione generica, ma nasceranno nuove figure
professionali specializzate nell’affrontare tematiche sempre più specifiche all’interno del processo progettuale.
Tra le numerose componenti che intervengono nel nuovo iter progettuale, appare il sistema di cogenerazione,
una tra le tecnologie più affascinanti
e promettenti sul fronte del risparmio energetico.
COGENERAZIONE E
TRIGENERAZIONE
Generalmente consumiamo combustibile separatamente per produrre
energia elettrica ed energia termica.
La cogenerazione produce invece
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elettricità e calore contemporaneamente, consumando combustibile
una sola volta, realizzando in questo
modo un rilevante risparmio, a parità
di prestazioni finali, e riducendo le
relative emissioni di gas climalteranti.
Le tecnologie dei motori termici utilizzati nella cogenerazione sono in
molti casi le stesse già usate per la sola produzione elettrica, alle quali
vengono accoppiati dei sistemi per
captare il calore altrimenti disperso
nell’ambiente. Si utilizzano quindi:
• turbine a gas
• turbine a vapore
• motori alternativi a combustione
interna
• celle a combustibile
Pertanto la cogenerazione costituisce
Adeguare il Paese a
standard europei
di risparmio energetico e
riduzione di emissioni
climalteranti: la
mission del settore edile
senz’altro l’uso di un combustibile
(sia fossile che rinnovabile) più efficiente ad oggi esistente.
Il calore generato da un sistema di
cogenerazione può essere destinato
ad:
• usi industriali (di processo)
• usi civili di riscaldamento, raffrescamento o produzione di acqua
calda sanitaria.
Negli ultimi 10 anni, grazie alla diffusione della cogenerazione, lo sviluppo tecnologico sta superando l’approccio “centralizzato” della produzione energetica, orientandosi invece
verso unità produttive sempre più
piccole.
Gli scenari futuri prevedono un ridimensionamento della generazione
centralizzata a favore della cosiddetta
generazione distribuita, realizzata
per mezzo di piccole e piccolissime
centrali di micro-generazione, particolarmente adatte a soddisfare i bisogni energetici di strutture civili come
condomini residenziali, ospedali, alberghi, supermercati, centri commerciali, ecc.
La cogenerazione permette inoltre di
poter implementare sistemi di teleriscaldamento, ovvero il trasporto e la
distribuzione di calore per riscaldamento domestico ed acqua calda sanitaria. Esso ha in Italia una diffusione limitata ancora a poche città,
mentre è una tecnologia diffusa e
sperimentata da tempo in diversi
Paesi Europei.
Il servizio di teleriscaldamento da
centrali di cogenerazione si prefigge
tre obiettivi:
• un consistente risparmio di fonte
primaria attraverso l’incremento di
efficienza
• un miglior servizio per gli utenti
serviti
• un contributo concreto nella lotta
all’inquinamento atmosferico ed al
cambiamento climatico; infatti un
impianto di cogenerazione alimentato a metano permette di raggiungere risparmi di CO2 fino a 450 g
per ogni kWhe prodotto, se confrontato con la produzione separata
di energia elettrica (centrale termoelettrica) ed energia termica (caldaia
convenzionale). Inoltre un impianto
cogenerativo di teleriscaldamento
consente di sostituire migliaia di
piccole caldaie domestiche e le relative emissioni. Infine non bisogna
dimenticare il fattore di sicurezza,
che migliora grazie all’esclusione dei
pericoli connessi alla manutenzione
delle caldaie autonome.
I vantaggi della cogenerazione:
• possibilità di sfruttare risorse energetiche locali
• applicazione delle fonti rinnovabili
• ridotte necessità di trasporto dovu-
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te alla vicinanza fra produzione e
consumo
• maggiore diversificazione del mix
energetico
• minore dipendenza dalle importazioni
• maggiore sicurezza nell’approvvigionamento energetico ed elettrico
del Paese.
Inoltre, aspetto da non trascurare, la
generazione distribuita e la cogenerazione creano nuova occupazione
qualificata e diffusa sul territorio, che
trova impiego nella progettazione,
realizzazione, gestione e manutenzione degli impianti.
Infine, dal punto di vista economico, gli impianti cogenerativi possono
beneficiare del meccanismo di incentivazione dei cosiddetti certificati
bianchi ovvero dei Titoli di Efficienza
Energetica emessi dal GME (Gestore
del Mercato Elettrico), in proporzio-
ne al risparmio energetico ottenuto, e
vendibili sul mercato specializzato
(validi per 5 anni), oltre che della defiscalizzazione del gas metano (rif
DLgs 504/1995).
Gli ultimi sviluppi in ambito di generazione combinata di energia riguardano la cosiddetta trigenerazione.
La trigenerazione associa alla produzione di energia elettrica, quella di
calore e di freddo.
Rispetto alla cogenerazione, la trigenerazione permette quindi anche la
produzione di frigorie, grazie alla
combinazione del sistema cogenerativo con un gruppo frigo. Il sistema
della trigenerazione trova interessanti
applicazioni in quelle utenze che oltre al fabbisogno di energia elettrica
presentano un notevole fabbisogno
di energia termica e di refrigerazione,
come ad esempio gli ospedali o le
centrali di telefonia mobile.
Le tecnologie utilizzate per poter ottenere il raffrescamento riguardano
prevalentemente i cicli frigoriferi ad
assorbimento.
Nei comuni cicli frigoriferi è necessaria una elevata potenza meccanica
per la compressione dei fluidi; il ciclo
ad assorbimento presenta invece un
consumo di energia meccanica molto
limitato, in quanto la macchina viene
fatta funzionare con energia termica
prelevata necessariamente a temperatura superiore a quella ambiente.
I cicli frigoriferi ad assorbimento non
consentono di raggiungere temperature molto basse (si arriva a pochi
gradi sotto lo zero); essi sono pertanto adatti soprattutto per il condizionamento dell’aria. È da notare che
questo impianto può utilizzare il calore refluo di un impianto cogenerativo realizzando così sia il riscaldamento nei mesi invernali che il condizionamento in quelli estivi.
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