ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed

ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 1
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile
ALLEGATO TECNICO
SICUREZZA SISMICA ED EFFICIENTAMENTO
ENERGETICO
PER
IL
TECNOPOLO
DI
BOLOGNA
Opportunità e strategie
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ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
Bologna, ottobre 2010
Con i contributi di
 Edi Valpreda Direzione del Centro di BOLOGNA -Responsabile del Coordinamento
per il Tecnopolo ENEA a Bologna
 per UTSISM: Massimo Forni, Paolo Clemente, Alessandro Martelli, Alessandro
Poggianti, Giacomo Buffarini
 per UTEE-ERT: Paola Clerici Maestosi
 per UTTP: Girolamo Di Francia, Saverio De Vito, Grazia Fattoruso, Giorgio Graditi
 per UTVALAMB-IDR: Roberto Farina
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INDICE DEL DOCUMENTO
PARTE 1 - REPERTORIO DI SOLUZIONI TECNICHE – OPPORTUNITA’ ………….…….5‟
PREMESSE…….…………………………………………………………………………………………………..……6
L‟OPPORTUNITÀ DI UN APPROCCIO INTEGRATO PER IL TECNOPOLO DI BOLOGNA……………..……7
1. ADEGUAMENTO SISMICO………………………………………………………………………………………..9
1.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: le tecniche di isolamento sismico
1.2 Isolamento sismico
1.3 Dissipazione energetica
1.4 Dispositivi a vincolo temporaneo o permanente
RIFERIMENTI DI ADEGUAMENTO SISMICO
2. MONITORAGGIO SISMICO…………………………………………………………………………………….…17
2.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: il monitoraggio sismico
2.2 Monitoraggio di ausilio all‟isolamento sismico
2.3 Monitoraggio strutturale di beni storici
RIFERIMENTI DI MONITORAGGIO SISMICO
3. EFFICIENZA ENERGETICA……………………………………………………………………………………….21
3.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: l‟efficienza energetica
3.2 Strategie di risparmio energetico del sistema edilizio
3.3 Strategie di risparmio energetico del sistema impiantistico
3.4 Strategie per le aree esterne di pertinenza
RIFERIMENTI DI EFFICIENZA ENERGETICA
4. SISTEMI DI SUPERVISIONE, CONTROLLO E SONDE………………………………………………………35
4.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: un approccio integrato di monitoraggio distribuito per
l‟efficientamento energetico
4.2 Produzione energetica e smart grid
4.3 Green computing
4.4 Intelligenza computazionale associata a sistemi HVAC
4.5 IAQ-Indoor air quality
RIFERIMENTI DI SUPERVISIONE, CONTROLLO E SONDE
5. USO EFFICIENTE E SOSTENIBILE DELLE RISORSE D‟ACQUA…………………………………...………43
5.1 Opportunità da usare nel Tecnopolo: le risorse idriche
5.2 Acque di pioggia
5.3 Acque sanitarie: riuso e scarico
5.4 Uso innovativo delle acque
RIFERIMENTI DI USO EFFICIENTE E SOSTENIBILE DELLE RISORSE D‟ACQUA
PARTE 2 - LE AZIONI PRIORITARIE – STRATEGIE………………………………………...……49
6. LE STRATEGIE
6.1 Strategie minimali………………………………………………………………………………………...50
6.2 Strategie di valore aggiunto……………………………………………………………………………..51
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parte 1 - REPERTORIO DI SOLUZIONI TECNICHE
OPPORTUNITA’
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PREMESSE
di EDI VALPREDA
ENEA che ha un ruolo di primo piano, a livello sia nazionale che
internazionale, nella ricerca applicata nell‟efficienza energetica e negli usi
sostenibili ed integrati delle acque come strumento fondamentale per una
“progettazione responsabile” promuove e supporta a scala nazionale
l‟impiego di questi principi. ENEA ha anche competenze uniche nello
sviluppo e nell‟applicazione dell‟isolamento sismico e delle altre moderne
tecnologie antisismiche.
Sulla base di queste caratteristiche e competenze ENEA ha ritenuto di
partecipare concretamente alla redazione del dossier per il bando di gara
internazionale di progetto per la riconversione dell‟area della ex Manifattura
Tabacchi. A tal fine ha concordato con la Regione Emilia-Romagna di
contribuire con suggerimenti ed indicazioni tecniche ai temi di sicurezza
sismica, efficienza energetica e sicurezza, uso efficiente e sostenibile
della risorsa acqua.
In particolare ENEA, che trasferirà la sua sede principale in Bologna di Via
Martiri di Monte Sole, presso il Tecnopolo BAT , intende promuovere
l‟adozione nel Tecnopolo di Bologna di criteri di gestione innovativa
integrata del funzionamento del “Sistema Tecnopolo” secondo criteri di
building automation, mirati non solo a controllare e fornire dati ma anche
in gardo di usare questi dati per apprendere ed ottimizzare
il
funzionamento.
In questo modo il controllo - monitoraggio tecnologico del funzionamento
degli impianti e delle condizioni di sicurezza e qualità, indispensabili nel
Tecnopolo, diventano, oltre che elementi di innovazione qualificante,
elemento reale di gestione del “Sistema Tecnopolo” e di ottimizzazione del
funzionamento, quindi anche di risparmio.
Per ottimizzare questo approccio sono stati individuati ambiti funzionali
specifici in cui sostenere, maggiormente, l‟applicazione di questo approccio
integrato e modulare: la mensa, le sale riunioni comuni, le sale server di
maggiore dimensione (ovviamente con il coinvolgimento degli utenti
interessati).
Il presente allegato tecnico presenta le proposte di ENEA su specifiche
tematiche (inerenti la sicurezza sismica, l‟energia, l‟acqua) su cui propone
elementi tecnici , soluzioni possibili sia in fase costruttiva che in fase di
esercizio, in un approccio integrato che viene in specifico proposto e
dettagliato nella sezione quarta.
1) adeguamento sismico (a cura di: Massimo Forni, Paolo Clemente,
Alessandro Martelli, Alessandro Poggianti, Giacomo Buffarini);
2) efficientamento energetico ( a cura di Paola Clerici Maestosi);
3) uso sostenibile delle acque ( a cura di Robero Farina);
4) reti di sensori per il monitoraggio ed il controllo (a cura di Girolamo
Di Francia, Saverio De Vito, Grazia Fattoruso, Giorgio Graditi).
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L’OPPORTUNITÀ DI UN APPROCCIO INTEGRATO PER IL TECNOPOLO DI BOLOGNA
di EDI VALPREDA
Il progetto di recupero funzionale dell‟area ex Manifattura Tabacchi (BAT)
destinata all‟insediamento del Tecnopolo di Bologna, il più grande tra
quelli previsti nella Regione Emilia-Romagna (nell‟ambito del Programma
per lo sviluppo economico regionale Por-Fesr), rappresenta un‟occasione
ed una opportunità unica. Questo non solo dal punto di vista della
connessione funzionale tra settore della ricerca e settore industriale, ma
anche per quanto attiene agli aspetti progettuali della sua riconversione da
area industriale ad insediamento polivalente dedicato alla ricerca
industriale ed al trasferimento tecnologico.
Il Tecnopolo di Bologna ospiterà enti, società e istituzioni di grande
prestigio scientifico-tecnologico, sia a livello nazionale che internazionale.
Gli edifici della ex Manifattura Tabacchi, destinati ad ospitare il Tecnopolo,
dovranno riflettere quanto di rilevante ed innovativo sarà svolto al loro
interno e dovranno essi stessi, una volta opportunamente recuperati,
essere un esempio d‟avanguardia in tema di sicurezza, risparmio
energetico ed innovazione tecnologica.
La sfida è notevole anche considerando che il sito che ospiterà il
Tecnopolo interviene sull‟insediamento industriale costruito tra il 1950 e il
1960 su progetto di Pier Luigi Nervi.
Questi presupposti propongono una condizione particolare ed unica anche
per il progetto di recupero funzionale dell‟area che non potrà non avvalersi,
nella sua realizzazione, delle conoscenze relative a materiali, tecniche
costruttive, prodotti, strumenti di simulazione, di calcolo e rappresentazioni
in campo architettonico, energetico, impiantistico e strutturale, integrando
tra loro le migliori tecnologie disponibili (BAT – Best Available
Technologies).
La riconversione di questo complesso potrà così essere anche un esempio
concreto ed innovativo, anch‟esso, di uso integrato delle tecnologie
innovative disponibili in applicazione delle normative nazionali ed europee
in termini di sicurezza ed efficienza energetica degli edifici.
Il limite tra innovazione disponibile sul mercato e prototipo industriale è un
limite destinato a modificarsi nel tempo che intercorrerà tra oggi e
l‟inaugurazione del Tecnopolo. Occorre quindi mantenere l‟approccio
economicamente sostenibile nel progetto di oggi, ma anche prevedere la
possibilità di utilizzare il sistema di controllo del sistema TECNOPOLO per
eventuali applicazioni più avanzate e complesse per l‟ottimizzazione, in
particolare, della correlazione tra security e efficienza energetica. Lo
stesso approccio ENEA intende sostenere sul tema della scurezza sismica
(ed in particolare del monitoraggio sismico delle strutture, potenzialmente
oggetto di programmi specifici di intervento dei settori di ricerca applicata
dell‟Ente.
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1.
ADEGUAMENTO SISMICO
di MASSIMO FORNI, PAOLO CLEMENTE, ALESSANDRO MARTELLI, ALESSANDRO POGGIANTI,
GIACOMO BUFFARINI
1.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: le tecniche di isolamento sismico
o
Il nuovo Tecnopolo di Bologna ospiterà enti, società e istituzioni di grande
prestigio scientifico-tecnologico, sia a livello nazionale che internazionale.
Sarà un polo di eccellenza di valore assoluto, vanto per la città e l‟intera
Regione. Gli edifici della ex Manifattura Tabacchi, destinati ad ospitare il
Tecnopolo, dovranno rispecchiare quanto di prestigioso ed innovativo sarà
contenuto al loro interno e dovranno essi stessi, una volta opportunamente
recuperati, essere un esempio d‟avanguardia in tema di sicurezza,
risparmio energetico e innovazione tecnologica. In quest‟ottica, dal punto di
vista dell‟adeguamento sismico (indispensabile per edifici così vecchi), non
ci si può accontentare di un semplice consolidamento realizzato con
tecniche tradizionali. Oggigiorno esistono tecnologie antisismiche che
consentono di proteggere non solo le strutture (fino ad evitare qualsiasi
danno parziale), ma anche i loro contenuti (che nel caso del Tecnopolo
hanno sicuramente un elevato valore economico) consentendo la piena
agibilità degli edifici e garantendo l‟immediata operatività delle società e
istituzioni in essi ospitate dopo l‟evento sismico (questo è particolarmente
importante nel caso, ad esempio, della Protezione Civile).
1.2 Isolamento sismico
o
La regina delle moderne tecniche antisismiche è senz‟altro l‟isolamento
sismico. Esso consiste nell‟inserimento, fra la base della struttura ed il
terreno, di dispositivi (detti appunto isolatori sismici) che, pur sopportando il
carico verticale, sono deformabili in direzione orizzontale, permettendo il
disaccoppiamento del movimento del terreno da quello dell‟edificio durante
il terremoto. L‟effetto è analogo a quello degli ammortizzatori delle
automobili, che attutiscono e smorzano gli urti dovuti alle irregolarità del
terreno, proteggendo il veicolo e dando comfort ai passeggeri. In pratica,
l‟edificio isolato si muove molto lentamente, come un corpo rigido, mentre il
terreno accelera repentinamente sotto gli isolatori, che assorbono tutte le
deformazioni e dissipano parte dell‟energia del sisma. Ciò permette, come
si è detto, non solo di fornire protezione completa alla sovrastruttura, ma
anche ai suoi contenuti, evitando l‟inagibilità dell‟edificio e l‟immediata
operatività dell‟ente/società/istituzione ospite.
L‟effetto fisico degli isolatori sismici è quello di allungare il periodo proprio
di oscillazione della struttura portandolo in una zona molto meno
energetica dello spettro di progetto; tipicamente, le strutture isolate
assumono un periodo di oscillazione ≥ 2 s, con valori anche maggiori in
caso di edifici particolarmente flessibili. In pratica, l‟accelerazione della
struttura può essere grandemente ridotta rispetto ai valori di picco del
terreno (anche del 50% e oltre) e, cosa di fondamentale importanza, essa
risulta praticamente costante ad ogni livello della struttura. È da notare
che, negli edifici convenzionali, l‟accelerazione in sommità può essere
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amplificata anche di 3-4 volte rispetto a quella alla base. Pertanto, persone
che si trovano nella parte superiore di un edificio convenzionale, possono
subire accelerazioni anche 10 volte superiori a quelle subite allo stesso
livello di un edificio isolato. Questo aspetto è di fondamentale importanza
per evitare fenomeni di panico con conseguenti fughe scomposte,
particolarmente pericolose in strutture multipiano e affollate.
La riduzione di accelerazione si paga ovviamente con spostamenti
significativi, dipendenti anche dalla sismicità del sito e dal tipo di terreno, e
che possono arrivare ad alcune decine di centimetri. Giunti opportuni
dovranno essere pertanto previsti fra l‟edifico isolato ed il terreno
circostante (o gli eventuali edifici adiacenti). Inoltre, tutte le reti
impiantistiche che passano dall‟edificio isolato a uno adiacente dovranno
essere dotate di opportuni giunti di espansione.
Attualmente, nel mondo esistono oltre 7000 edifici dotati di isolamento alla
base. Leader incontrastato di questa tecnologia è il Giappone, con più di
5000 applicazioni. L‟Italia (che ha iniziato nei primissimi anni ‟80, addirittura
prima del Giappone!) è attualmente al quarto posto di questa prestigiosa
classifica, con quasi 300 edifici. Per informazioni più dettagliate sullo stato
delle applicazioni in Italia e nel mondo si vedano i riferimenti riportati in [1].
L‟isolamento sismico è applicabile anche ad edifici esistenti. In Italia è stato
realizzato il primo intervento europeo con costruzione di nuova
sottofondazione in un edificio di Fabriano (AN) [2], danneggiato dal
terremoto umbro-marchigiano del 1997. Più comunemente, l‟isolamento
sismico viene applicato agli edifici esistenti inserendo lungo l‟altezza dei
pilastri o delle pareti al primo livello (per un tratto di circa 50 cm di altezza)
l‟isolatore sismico. La più grande applicazione europea (ed una delle
maggiori al mondo) è stata realizzata presso il Centro Civico Polifunzionale
di Soccavo (NA) [3]. Questo grande edificio era in fase di costruzione
all‟epoca del terremoto del 1980. In seguito alla riclassificazione sismica
della provincia di Napoli, la sua costruzione fu abbandonata. L‟opera è
stata completata solo nel 2004 grazie all‟inserimento di oltre 600 isolatori
sismici. Sempre nel campo del retrofit di strutture esistenti, sono da citare
anche le applicazioni di Solarino (SR) [4] e Riposto (CT) [5].
Nel caso della ex Manifattura Tabacchi, la struttura che maggiormente si
presta ad un eventuale retrofit con isolamento sismico è l‟edificio Ballette,
che è poi il più ampio ed importante di tutto il complesso. Tale edificio è
caratterizzato (come quasi tutti gli altri) da materiali poveri e giunti non
sufficienti ad assorbire gli spostamenti sismici. Inoltre, fa parte di quegli
edifici dichiarati di interesse dalla Soprintendenza, con particolare
riferimento ai solai progettati dal Nervi, che dovrebbero rimanere visibili
dopo l‟adeguamento. Gli isolatori sismici potrebbero essere inseriti alla
sommità o alla base dei pilastri del primo piano. Questo eviterebbe ulteriori
interventi strutturali ai pilastri e ai solai dei piani superiori e richiederebbe
solamente un irrobustimento dei pilastri del piano terra al di sotto degli
isolatori. L‟inserimento degli isolatori alla base dei pilastri comporterebbe la
realizzazione di un nuovo solaio, ma richiederebbe l‟irrobustimento di un
tratto minore di pilastro. Questa soluzione avrebbe poi il vantaggio di
fornire di protezione sismica anche il primo piano (che, nel caso di
inserimento in sommità, non risulterebbe isolato). Il solaio aggiuntivo, che
potrebbe essere realizzato anche con telaio d‟acciaio, avrebbe poi
l‟indubbio vantaggio di rendere rigida la struttura sia immediatamente
sopra che sotto gli isolatori. Questa soluzione lascerebbe poi un vano
tecnico sottostante da adibire al passaggio delle reti di servizi. Infatti, il
suggerimento della Soprintendenza relativo alla visibilità dei solai, porta a
scartare la soluzione dei controsoffitti per il passaggio di tali reti a favore
dei pavimenti sospesi.
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Per quel che riguarda il tipo di isolatori da utilizzarsi, è da notare che
l‟edificio Ballette, stando ai sopralluoghi ed alle analisi preliminari
effettuate, risulta piuttosto flessibile, causa la sua geometria e la qualità dei
materiali. Pertanto, occorrerà probabilmente adottare un periodo di
isolamento piuttosto lungo (3-4 s). Ciò comporta uno spostamento di
progetto abbastanza elevato, molto vicino ai 30 cm (con smorzamenti
„ordinari‟ del 10%). Questo spostamento può essere ridotto mediante
l‟utilizzo di isolatori a pendolo scorrevole a doppia curvatura. I pendoli
scorrevoli sono infatti caratterizzati da uno smorzamento viscoso
equivalente più alto di quello degli isolatori in gomma naturale; inoltre, la
doppia curvatura consente di dimezzare lo spostamento, con l‟indubbio
vantaggio della riduzione dei carichi eccentrici scaricati sulle fondazioni
durante il moto sismico della parte isolata. Questi dispositivi richiedono
comunque un‟adeguata protezione da agenti esterni come la polvere o
l‟umidità, che potrebbero cambiare anche in maniera sostanziale il
coefficiente d‟attrito delle superfici di scorrimento. Qualora lo spostamento
non risulti un problema particolarmente gravoso, è sicuramente
consigliabile l‟utilizzo dei più collaudati di isolatori in gomma ad alto
smorzamento, usati in tutto il mondo nella stragrande maggioranza delle
applicazioni.
Il completamento del Tecnopolo prevede anche la realizzazione di edifici di
nuova costruzione. Per questi, data la non elevata sismicità del luogo,
l‟isolamento sismico è consigliato solamente nel caso in cui la destinazione
d‟uso dell‟edificio preveda il massimo grado protezione sismica. In questo
caso, la scelta dell‟isolamento sismico diventerebbe appetibile anche dal
punto di vista economico.
1.3 Dissipazione energetica.
a
Naturalmente, non tutti gli edifici dell‟ex Manifattura Tabacchi hanno
caratteristiche tali da consigliare l‟utilizzo dell‟isolamento sismico. Per
esempio, i capannoni Botti si prestano maggiormente ad un adeguamento
di tipo più tradizionale, come l‟irrobustimento delle pareti laterali o la
controventatura. Anche per queste strutture potrebbe comunque essere
utilizzata una moderna tecnologia antisismica: la dissipazione energetica.
Questa tecnica consiste nell‟inserimento (tramite controventi) di opportuni
dispositivi, detti appunto dissipatori energetici, in punti della struttura
sottoposti a spostamenti relativi abbastanza consistenti. I dissipatori
energetici, grazie a fenomeni fisici come la viscosità dei fluidi o la plasticità
dei metalli (ne esistono delle più svariate tipologie), riescono a dissipare
notevoli quantità dell‟energia introdotta nell‟edificio dal terremoto, limitando
le deformazioni della struttura al campo elastico. Ovviamente questi
dispositivi devono scaricare in alcuni punti della struttura sforzi a volte
anche notevoli (ma ben noti in base alle caratteristiche del dispositivo), che
richiedono opportuni irrobustimenti locali. Nel caso dei capannoni Botti,
data la notevole ampiezza della copertura, potrebbe non essere facile
individuare un corretto posizionamento dei controventi atti ad ospitare i
dissipatori. In alternativa, potrebbero essere utilizzate come punti
d‟appoggio, parti delle nuove strutture che devono essere realizzate i
all‟interno dei capannoni stessi. Per le altre strutture del Tecnopolo, come
la palazzina d‟ingresso, l‟edificio Lavorazioni o l‟edificio Servizi, l‟eventuale
utilizzo della dissipazione energetica potrà essere valutato solo sulla base
di specifiche analisi volte a verificare se esistono i presupposti per il
funzionamento dei dissipatori, in particolare la sufficiente deformabilità di
tali strutture.
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Per i capannoni le nuove strutture dovrebbero controventare, fuori dal loro
piano, le esili pareti che separano le varie volte a botte. In tal caso i
controventi non avrebbero motivo di esistere essendo le strutture molto
rigide.
I dissipatori energetici sono nati per la protezione sismica di ponti e
viadotti, ma trovano un numero sempre maggiore di applicazioni anche agli
edifici, grazie all‟innovazione tecnologica che li ha resi più compatti e
versatili. La scelta del dispositivo da utilizzare in una determinata struttura
dipende da diversi fattori, come la forza richiesta (o quella massima
sopportabile dal telaio nel punto d‟appoggio), lo spostamento massimo
possibile o la necessità di avere una forza elastica di richiamo per aiutare il
ricentraggio. Nel seguito saranno brevemente descritte le due principali
tipologie in uso oggi.
Dissipatori
elastoplastici
I dispositivi elastoplastici sfruttano il comportamento post-elastico dei
metalli per dissipare energia. Gli elementi dissipativi possono essere
forgiati nelle forme geometriche più svariate (pioli, “falci di luna”, lamine,
ecc.) nel tentativo di rendere il più uniforme possibile la zona sottoposta a
plasticizzazione, in modo da massimizzare sia la dissipazione energetica
che la durata del dispositivo. Elementi ben fatti possono sopportare decine
e decine di cicli alla massima deformazione prevista. Il problema è che
spesso questi dispositivi risultano troppo ingombranti per essere utilizzati
negli edifici. Un modo efficace di usare l‟elemento dissipatore sarebbe
quello di farlo lavorare a sforzo normale (in genere si sfrutta la flessione):
in questo caso l‟intera sezione sarebbe uniformemente sottoposta alla
stessa tensione e plasticizzerebbe in modo uniforme. Il problema è che,
per evitare forze enormi, l‟elemento dissipativo dovrebbe risultare piuttosto
snello, rendendolo instabile a compressione (ovviamente il dispositivo deve
lavorare in entrambe le direzioni). Recentemente sono stati prodotti
dispositivi elastoplastici ad instabilità impedita (Buckling Restrained Axial
Dampers - BRAD) in cui l‟elemento dissipatore è annegato in un tubo pieno
di malta cementizia. Questi dispositivi risultano più compatti e quindi più
facili da usare all‟interno di edifici; infatti possono essere messi in serie a
comuni controventature. Si citano, a titolo di esempio, i retrofit della scuola
di Ramacca (CT) [1] e Giarre (CT) [2].
Dissipatori viscosi
I dispositivi viscosi, spesso chiamati fluidodinamici, sfruttano la viscosità di
un fluido per dissipare energia. In genere il loro funzionamento è regolato
dalla relazione F=CVn, dove F è la forza erogata, C è una costante che
dipende dal fluido, V è la velocità di deformazione ed n un coefficiente che
dipende dalla geometria del dispositivo (in particolare dalla sezione degli
orifizi in cui trafila il fluido durante il funzionamento). Tutti i dispositivi
viscosi consentono deformazioni a bassa velocità (come le deformazioni
termiche) senza offrire altra resistenza se non quella legata agli attriti
interni. Il comportamento dinamico invece dipende dal coefficiente n, che
può variare da 0,02 a oltre 2. Per piccoli valori di n la forza tende a
diventare costante indipendentemente dalla velocità. Tali dispositivi sono
particolarmente utili dove occorre mettere un limite superiore alla forza
erogata dal dispositivo, in modo da non caricare troppo il punto d‟appoggio
sul telaio della struttura. Il ciclo di isteresi di questi dispositivi è quasi
rettangolare, simile a quello dato dall‟attrito, ma senza le seccature
dell‟attrito stesso (spunto iniziale, dipendenza dalla stato delle superfici,
ecc….). La comprimibilità del fluido può essere sfruttata per fornire una
forza elastica che rende autocentrante il dispositivo. Si cita, a titolo di
esempio, il retrofit dell‟ex pretura di Borgo San Lorenzo (FI), diventata oggi
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una scuola [3].
Per alti valori del coefficiente n i dispositivi viscosi diventano rapidamente
più rigidi, fino a creare praticamente un vincolo fisso (vedi paragrafo
successivo).
1.4 Dispositivi a vincolo temporaneo o permanente.
e
In aggiunta agli isolatori sismici e ai dissipatori energetici, esistono altri
dispositivi in grado di fornire particolari tipi di vincolo (sia temporanei che
permanenti) che possono essere intelligentemente usati nella protezione
sismica degli edifici. Nei prossimi due paragrafi verrà data una breve
descrizione dei dispositivi a vincolo dinamico e dei dispositivi in leghe a
memoria di forma.
Dispositivi a vincolo Gli edifici della ex Manifattura Tabacchi presentano spesso giunti di pochi
dinamico
centimetri di larghezza. Tali giunti sono perfettamente idonei ad
accomodare le dilatazioni termiche (lo stanno facendo da oltre mezzo
secolo) ma non sono assolutamente sufficienti ad evitare il martellamento
di edifici adiacenti in caso di terremoto. Tali giunti dovranno essere resi
efficaci secondo l‟attuale normativa, oppure eliminati. Una terza soluzione
potrebbe essere data dall‟utilizzo dei dispositivi a vincolo dinamico (noti
anche come accoppiatori idraulici o shock transmitters). Si tratta di
dispositivi molto simili ai dissipatori fluidodinamici di cui si è parlato in
precedenza, ma con un coefficiente n molto elevato (>2). Questi dispositivi
consentono ancora le deformazioni a basse velocità, ma si bloccano nel
campo delle velocità tipiche del terremoto. Il loro utilizzo permette di
continuare ad usare il giunto esistente per assorbire le dilatazioni termiche,
evitando l‟incognita del comportamento che avrebbe la struttura con i giunti
bloccati o l‟aggravio di costi dovuti al loro adeguamento. In caso di sisma
invece, la struttura si comporterebbe come un corpo unico. I dispositivi a
vincolo dinamico possono ad esempio essere utilizzati nell‟edificio Ballette,
anche in presenza di isolamento sismico, così come nei capannoni Botti. Si
citano, a titolo di esempio, le applicazioni agli ospedali di Mirano (VE) e
Mestre (VE) [1, 2] e al museo MAXXI di Roma [3].
Nell‟ambito della ristrutturazione dell‟ex Manifattura Tabacchi potrebbero
essere realizzate diverse strutture metalliche, sia in elevazione che di
copertura. I dispositivi a vincolo dinamico, sono anche particolarmente
efficaci nell‟eventuale accoppiamento fra tali strutture ed edifici in muratura
o cemento armato, che sono caratterizzati da dilatazioni termiche molto
diverse. Si cita il caso dell‟Hotel Crown Plaza di Caserta [4].
E‟ da notare che i dispositivi a vincolo dinamico, nonostante le sembianze
massicce ed invasive, sono perfettamente compatibili con criteri di
conservazione: la loro prima applicazione al di fuori di ponti e viadotti è
stata nella Basilica Superiore di San Francesco ad Assisi, nel restauro
seguito al terremoto umbro-marchigiano del 1997 [13]. Nella stessa
basilica hanno anche trovato impiego dispositivi in leghe a memoria di
forma, oggetto del prossimo paragrafo.
Dispositivi in leghe a
memoria di forma
Le leghe a memoria di forma (Shape Memory Alloys – SMA) sono metalli
in grado di cambiare il loro stato cristallino (da austenitico a martensitico) in
particolari condizioni di temperatura o di stato tensionale. Il cambiamento
di stato cristallino si manifesta con un tratto piatto della curva forzaspostamento, la cui lunghezza è una percentuale della lunghezza del
provino (e può quindi essere scelta liberamente). È possibile sfruttare
questa caratteristica per realizzare dispositivi in grado di fornire
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continuamente una forza positiva costante, anche durante le oscillazioni
sismiche. Le leghe a memoria di forma sono state usate anche per
realizzare controventi dissipativi, ma il loro utilizzo più appropriato è quello
di fornire una forza di compressione costante in punti della struttura dove,
a seguito delle deformazioni sismiche, gli sforzi generati potrebbero
superare il limite di rottura. In genere, i dispositivi a memoria di forma si
mettono in serie a tiranti o catene appunto per limitare gli sforzi nei punti di
attacco con la muratura ed il conseguente sfilamento in caso di sisma. La
prima è più importante applicazione di tali dispositivi è stata fatta sulla
Basilica Superiore di San Francesco ad Assisi [5].
Nel caso degli edifici della ex Manifattura Tabacchi, l‟eventuale utilizzo dei
dispositivi in leghe a memoria di forma potrà essere definito in base ad una
dettagliata analisi del comportamento degli edifici.
RIFERIMENTI
1.2 Isolamento sismico
1.3 Dissipazione energetica
1.3 Dispositivi a vincolo
[1a] A. Martelli, M. Forni, Recenti applicazioni dei sistemi di controllo passivo delle vibrazioni
sismiche – Parte 1: Giappone, Cina, Federazione Russa e Stati Uniti d’America. ANIDIS, Atti del
XIII Convegno di Ingegneria Sismica, Bologna, 28 giugno – 2 luglio, 2009.
http://www.assisiantiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Pubblicazioni/ANIDIS2009_Final_Paper1_Martelli.pdf
[1b] A. Martelli, M. Forni, Recenti applicazioni dei sistemi di controllo passivo delle vibrazioni
sismiche – Parte 2: Italia. ANIDIS, Atti del XIII Convegno di Ingegneria Sismica, Bologna, 28 giugno
– 2 luglio, 2009.
http://www.assisiantiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Pubblicazioni/ANIDIS2009_Final_Paper2_Forni.pdf
[1c] A. Martelli, M. Forni, Recenti applicazioni dei sistemi di controllo passivo delle vibrazioni
sismiche – Parte 3: paesi “minori”. ANIDIS, Atti del XIII Convegno di Ingegneria Sismica, Bologna,
28 giugno – 2 luglio, 2009.
http://www.assisiantiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Pubblicazioni/ANIDIS2009_Final_Paper3_Martelli.pdf
[1d] A. Martelli, M. Forni, I sistemi ed i dispositivi antisismici in Italia e nel mondo:dall’isolamento
sismico della scuola Johan Heinrich Pestalozzi a Skopje negli anni ’60 a quello della nuova
Francesco Jovine, “la scuola più sicura d’Italia”, a San Giuliano di Puglia nel 2008, Rivista
elettronica GLISNews n°1, 2009.
http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN12/GN12_2_Applicazioni.pdf
[2] G. Mancinelli, A. Martelli, Isolamento Sismico degli Edifici Esistenti: a Fabriano la Prima
Applicazione Mediante Sottofondazione, 21mo SECOLO – Scienza e Tecnologia, N. 1-2002 (aprile
2002), pp. 16-20.
[3] R. Sparacio, F. Cavuoto, A. Marioni, Miglioramento sismico mediante isolamento alla base del
centro polifunzionale al Rione Traiano, Soccavo, Napoli, Rivista elettronica GLISNews n°1, 2003.
http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Applica/G7_Soccavo.pdf
[4] G. Oliveto, Adeguamento Antisismico di Edifici in Conglomerato Cementizio Armato mediante
Tecniche Tradizionali ed Innovative Applicazioni ad Edifici dello IACP di Siracusa, Rivista
elettronica GLISNews n°1, 2003.
http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Applica/G7_Solarino.pdf
[5] F. Neri, L’isolamento sismico di un edificio scolastico esistente in cemento armato, Rivista
elettronica
GLISNews
n°1,
2009.
http://www.assisiantiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN12/GN12_5_Neri.pdf
[1] F. Neri, M. La Guzza, A. Russo, L’utilizzo di controventi dissipativi per la protezione sismica del
plesso scolastico Cappuccini a Ramacca (CT), Rivista elettronica GLISNews n°1, 2008.
http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN11/GN11_CAPPUCCINI.pdf
[2] S. Miano, M.G. Castellano, Adeguamento sismico della Scuola Materna “Roger Cousinet” a
Giarre (CT), Rivista elettronica GLISNews n°1, 2008.
http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN11/GN11_Giarre.pdf
[3] S. Sorace, Miglioramento sismico mediante controventi dissipativi di un edificio ad uso scolastico
in cemento armato, Rivista elettronica GLISNews n°1, 2009.
http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN12/GN12_6_Sorace.pdf
[1] G. Breda, M. G. Castellano, Dispositivi di vincolo dinamico per l’Ospedale di Mirano (VE), Rivista
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 15
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
temporaneo o permanente
elettronica GLISNews n°1, 2006.
http://www.assisiantiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_1_06_Ospedale%20Mirano.pdf
[2] R. Vitaliani, G. Serafini, D. D’Anza, M. G. Castellano F. Romani, A. Zandegiacomo, Dispositivi di
vincolo dinamico per il Nuovo Ospedale di Mestre, Rivista elettronica GLISNews n°1, 2006.
http://www.assisiantiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_6_06_Ospedale%20Mestre.pdf
[3] A. Viskovic, A. Herzalla, M. G. Castellano, Dispositivi di vincolo dinamico per il Museo Nazionale
delle Arti del XXI Secolo (MAXXI), Rivista elettronica GLISNews n°1, 2006.
http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_8_06_Maxxi.pdf
[4] M. E. Giuliani, G. C. Giuliani, Isolamento sismico per la copertura in vetro ed acciaio della hall
dell’albergo Crowne Plaza a Caserta, Rivista elettronica GLISNews n°1, 2006.
http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_10_06_Caserta.pdf
[5] M. Indirli, M. Forni, A. Martelli et al., ENEA Activities for the Development and Application of
Innovative Techniques for the Seismic Protection of Cultural Heritage, 5th World Congress on Joints,
Bearings and Seismic Systems for Concrete Structures, October 7-11, 2001, Rome, Italy.
http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Pubblicazioni/jbsscult.pdf
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 16
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 17
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
2.
MONITORAGGIO SISMICO
di GRAZIA FATTORUSO E SAVERIO DE VITO
2.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: il monitoraggio sismico.
a
o
La possibilità di integrare l‟intervento di isolamento sismico previsto, con
una specifica rete di monitoraggio (p.e. accelerometri-inclinometri a stato
solido) è una esigenza concreta che trova soluzioni, già oggi abbastanza
commerciali, (ma comunque avanzate) che potrebbero costituire il naturale
complemento all‟intervento strutturale, diventando metodo di monitoraggio,
ma anche di studio.
ll monitoraggio dovrà essere previsto per gli edifici oggetto di isolamento
sismico ma si propone anche di monitorare, come sito di verifica, la bella
ciminiera in mattoni con accelerometri/inclinometri wireless, sia per fini di
safety/security che per fini di studio: un intervento poco oneroso e di
rilevante interesse scientifico.
“Il monitoraggio sismico rappresenta un‟opportunità aggiuntiva e non
vincolante rispetto all'impiego di tecniche di isolamento sismico .
L'adozione di sistemi di monitoraggio consente però l'utilizzo dei dati
acquisiti in progetti sperimentali che possono trovare, nel sito del
Tecnopolo e nei soggetti ivi presenti (quali ENEA e Protezione Civile), una
significativa potenzialità di sviluppo .
2.2 Monitoraggio di ausilio all’isolamento sismico .
a
o
Come evidenziato nel § 1, le norme tecniche italiane (Ordinanza PCM
3274/2003) per le costruzioni in zona sismica hanno consentito l‟utilizzo di
moderne tecnologie antisismiche, tra le quali l‟isolamento alla base.
L‟isolamento sismico si basa sulla drastica riduzione delle azioni sismiche
che cimentano la struttura, anziché affidarsi alla sua resistenza,
consentendo di ottenere un grado di sicurezza non perseguibile con
tecniche tradizionali. Un edificio tradizionale è destinato a danneggiarsi,
anche irreparabilmente, in occasione di un terremoto violento; un edificio
dotato di isolamento sismico alla base può sopportare l‟evento rimanendo
in campo elastico, ossia senza subire danni.
Dotare un edificio esistente di isolamento sismico è un‟operazione
complessa che richiede opportune azioni sperimentali e di monitoraggio
strutturale.
La sperimentazione è finalizzata all‟analisi della risposta in termini di
vibrazioni della struttura sovrastante l‟isolamento sismico e di cedimenti del
terreno sottostante e delle fondazioni della struttura stessa. Il monitoraggio
strutturale ha la funzione di acquisire informazioni sulle proprietà
dinamiche della struttura (anche prima dell‟intervento di isolamento sismico
stesso) a supporto del sistema di isolamento ed a validazione comunque
l‟efficacia dell‟intervento stesso.
Il monitoraggio strutturale a supporto di interventi di isolamento sismico di
edifici esistenti o di nuova costruzione si avvale generalmente di sistemi
distribuiti multisensoriali. Le tipologie di sensori utilizzati sono velocimetri,
accelerometri, sensori per rilevare spostamenti relativi, sensori di parametri
fisici e ambientali.
Analogie
Un‟esperienza pilota in questo contesto è rappresentata dal monitoraggio
strutturale a supporto dell‟intervento di isolamento sismico del Santuario
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 18
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
della Madonna delle Lacrime in Siracusa [1]. La soluzione adottata per il
monitoraggio continuo del Santuario è basata sull‟utilizzo di un unico
sistema di acquisizione dinamica a 64 canali, a cui sono collegati 30
accelerometri, 8 trasduttori di spostamento per la misura degli spostamenti
orizzontali relativi negli isolatori, 5 termoigrometri per la misura della
temperatura
e
dell‟umidità
relativa,
un
barometro
ed
un
tachiogonioanemometro per la misura della pressione atmosferica
all‟interno del Santuario e della velocità e direzione del vento in sommità
della copertura.
Un‟altra esperienza significativa è stata eseguita dalla azienda italiana
Strago e dal Dipartimento di
Analisi e Progettazione Strutturale
dell‟Università di Napoli, presso Gricignano di Aversa in provincia di
Caserta dove è stato realizzato un piccolo fabbricato, uno fra i primi
esempi in Italia, con isolamento della base della struttura mediante
dissipatori in gomma. Sono state eseguite prove sperimentali con lo scopo
di verificare il reale funzionamento dei dispositivi di isolamento e di
validarne l‟efficacia rispetto alle sollecitazioni dinamiche derivanti da un
sisma. Sono state eseguite misure sulla reazione della struttura ossia sulle
oscillazione da essa subite, attraverso l'impiego di particolari sensori
accelerometrici. In particolare sono stati impiegati i seguenti sensori:
accelerometro monoassiale servo-bilanciato, con trasduttore di tipo
capacitivo, modello Episensor della Kinemetrics ed acquisitore NI PXI4472 della National Instruments; velocimetro/accelerometro triassiale con
geofono elettronicamente equalizzato modello Syscom MS 2003+ ed
acquisitore Modulo Syscom Red Box MR 2002-CE Vibration Recorder [2].
Riferimenti
commerciali:
Al momento non esistono riferimenti commerciali specifici ed assestati in
termini di prodotto/soluzione per la caratterizzazione dinamica di una
struttura oggetto di isolamento sismico. Generalmente sono definite
soluzioni ad hoc, a secondo della specifica struttura oggetto dell‟intervento,
messe a punto all‟ interno di collaborazioni tra ambienti di ricerca e
industriali.
2.3 Monitoraggio strutturale di beni storici .
a
o
E‟ opinione diffusa, ma non sempre veritiera, che una struttura
monumentale storica che è sopravvissuta per secoli non corra rischi di
collasso. I crolli delle torri campanarie di Venezia e Pavia, della cattedrale
di Noto, della basilica di S. Maria degli Angeli a Cuneo sono esempi che
dimostrano il contrario. Il degrado, la manutenzione errata o altre modeste
concause scatenanti possono causare il crollo della struttura. Esistono poi
gli effetti di terremoti, alluvioni e venti intensi. Nello stesso tempo, sono
spesso eseguiti interventi di rinforzo invasivi e snaturanti a strutture
storiche non conoscendo in maniera approfondita il loro comportamento
dinamico.
E‟ evidente in entrambi i casi la necessità di sistemi di monitoraggio
strutturale, che garantiscano una sorveglianza continua ed efficace della
struttura storica. In particolare, sono necessari sistemi e sensori che
vadano oltre il puro accumulo di dati, ossia sistemi di monitoraggio
intelligenti, miniaturizzati, per installazioni minimamente invasive,
compatibili con il valore storico del bene stesso.
Il monitoraggio delle strutture storiche merita particolare attenzione, non
solo per l'importanza del patrimonio storico-architettonico italiano, ma
anche per le specifiche problematiche che esse sollevano: la varietà
tipologica rende difficile la generalizzazione di risultati particolari ottenuti da
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 19
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
singole esperienze; il comportamento di materiali tradizionali (muratura,
legno,...) è tipicamente non-lineare e manifesta alti coefficienti di
smorzamento; il comportamento meccanico di insieme di una struttura è
spesso di difficile estrinsecazione e modellazione.
Il danno di una struttura è un fenomeno intrinsecamente locale. Per rilevare
effettivamente il danno in un punto arbitrario della struttura è fondamentale
che i sensori siano densamente distribuiti sulla struttura.
La possibilità di operare con sensori wireless, di piccole dimensioni, dotati
di microprocessore a bordo, e a basso costo permette di dotare la struttura
di reti distribuite di sensori capaci di individuare i parametri di
comportamento dinamico della stessa (deformazioni, fessure, vibrazioni,
inclinazioni, emissioni acustiche). Le tipologie di sensori utilizzate sono
sensori microelettronici e meccanici (MEMS) e sensori a fibre ottiche (FOS)
in vetro ad alta sensibilità per la misura di deformazioni oppure in plastica a
basso-costo per la rilevazione dell'apertura di fessure.
Analogie
Un‟esperienza significativa in questo contesto applicativo è quella in corso
nel progetto SMooHS (Smart Monitoring of Historic Structures) [1],
finanziato nell‟ambito del FP7 che mira a rendere disponibili sistemi di
monitoraggio avanzati in grado di fornire in tempo reale informazioni sullo
stato di salute dell‟opera e su eventuali situazioni critiche e di attivare
automaticamente i necessari provvedimenti. Tali sistemi installati
stabilmente su strutture storiche sono basati sia su sensori wireless
autonomi, sia su reti di sensori wireless di piccole dimensioni collegati a
piattaforme che possano essere utilizzate in connessione con ogni tipo di
sensore a basso consumo, possiedano funzionalità di auto-organizzazione
e aggiornamento del network, abbiano software e hardware ottimizzati per
la massima riduzione del consumo, siano dotate di procedure
automatizzate per l‟analisi, la fusione e la riduzione dei dati sperimentali
acquisiti. Queste piattaforme saranno utilizzate in connessione a sensori
miniaturizzati (MEMS) commercialmente disponibili o appositamente
sviluppati. Le strutture storiche oggetto di studio sono Bode Museum di
Berlino; Portali policromi della Cattedrale di Santa Croce a Schwäbisch
Gmünd, Germania; Palazzo Malvezzi, sede dall‟Amministrazione
Provinciale di Bologna [2]. Tra i 15 partner di SMooHS ci sono il DISTART
dell‟Università di Bologna e il consorzio CETMA (ENEA).
Riferimenti
commerciali:
E‟ disponibile una soluzione commerciale integrata SOFO, basato
sull‟interferometria in bassa coerenza [3]. E‟ prodotto dalla SMARTEC. È
composto da una unità di lettura, da una serie di sensori (annegati nel
calcestruzzo o montati in superficie su profili metallici o altre strutture
esistenti) e da un software che consente la gestione dell‟insieme di dati
derivante da tali misure. I parametri misurati sono spostamento,
deformazione, inclinazione [4].
RIFERIMENTI
2.2 Monitoraggio di
ausilio all’isolamento
sismic
[1] G. Serino, M.G. Castellano,"Un’applicazione ardita ed inusuale: isolamento sismico e
monitoraggio della cupola del Santuario della Madonna delle Lacrime in Siracusa” GLIS news, n 12009.
[2]www.strago.it/catalogo.php?tbl=lavoro&idit=71&tit=oggetto&area=LAVORI/INFRASTRUTTURE
2.3 Monitoraggio
strutturale di beni storici
[1] F. Ubertini, G. Pascale, S. de Miranda, C. Colla., 2009. “Monitoraggio intelligente di strutture
storiche”. In: Atti della Conferenza AIPnD Roma 2009 – Innovazione e Professionalità (AIPnD Associazione Italiana Prove non Distruttive Monitoraggio Diagnostica)
[2] http://www.smoohs.eu/tiki-index.php
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 20
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
[3] Inaudi D., et al., 1994, “Low-Coherence Deformation Sensors for the Monitoring of Civil
Engineering Structures”, Sensors and Actuators A, Vol. 44, pp. 125-13
[4] http://www.smartec.ch/Bibliography/PDF/C74.pdf
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 21
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
3.
EFFICIENZA ENERGETICA
di PAOLA CLERICI MAESTOSI
3.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: l’efficienza energetica.
a
o
Il Decreto Legislativo n°311 del 29 Dicembre 2006 “Disposizioni correttive ed
integrative al decreto legislativo 19 Agosto 2005, n. 192, recante attuazione della
direttiva 2002/91/CE, relativa al rendimento energetico nell‟edilizia”, ha introdotto
nuovi requisiti costruttivi per le nuove edificazioni, rivolti a migliorare le prestazioni
energetiche, a consentire lo sfruttamento delle fonti rinnovabili di energia, a
mitigare gli impatti negativi degli edifici sull‟ambiente.
Diversi comuni della Provincia di Milano, e recentemente [1] la Giunta della
regione Emilia Romagna, hanno recepito ed ampliato la componente energetica
all‟interno degli strumenti urbanistici ed edilizi comunali con lo scopo di diffondere
edifici sostenibili dal punto di vista energetico ed ambientale (miglioramento delle
prestazioni dell‟involucro edilizio, impiego di impianti di riscaldamento/ventilazione
ad elevata efficienza energetica, sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili,
utilizzo di materiali eco compatibili)
e, nel caso di interventi di nuova
urbanizzazione, di diffondere sistemi di produzione di energia non più per ogni
singolo edificio bensì di concepire impianti per interi comparti (smart grid - sistemi
a cogenerazione o rigenerazione associati a reti di teleriscaldamento); ciò
nell‟ottica di migliorare l‟efficienza energetica di produzione e trasporto con
ricadute positive sull‟ambiente, e di offrire vantaggi economici per gli utenti.
I sistemi di certificazione, gli attestati di certificazione energetica degli edifici e le
certificazioni energetico-ambientali sono oramai diventati strumenti efficaci a tutti
gli effetti.
Le nuove tendenze normative nel costruire che si stanno sempre più imponendo
individuano come prioritario il tema dell‟efficienza energetica.
L‟Agenzia Internazionale dell‟Energia (AIE) in ambito internazionale e l‟ENEA in
ambito nazionale promuovono l‟efficienza energetica come strumento
fondamentale per una “progettazione responsabile” che costituisce una risposta
efficace alle esigenze di sostenibilità ambientale.
Un approccio globale alla progettazione consente di integrare azioni sull‟involucro
edilizio, sugli impianti, sulle fonti rinnovabili e sulla sostenibiilità ambientale specie
in termini di riduzione dei consumi energetici, non disgiunti dal contenimento dei
consumi di acqua potabile.
In un‟ottica integrata fattori determinanti quali la coibentazione, i serramenti vetrati
ed i ponti termici che attengono alla progettazione/recupero dell‟involucro esterno
trovano un sistema in grado di aumentare la portata dei benefici specifici là dove
questi vengono messi in relazione con una progettazione impiantistica che
privilegi al minimo gli impianti attivi, sfrutti al massimo l‟insolazione naturale e le
fonti gratuite interne di calore, recuperi nella massima misura possibile il calore
dell‟aria esausta in uscita con scambiatori ad elevato livello di rendimento, privilegi
la ventilazione forzata, impieghi reti intelligenti per il controllo e la gestione
energetica dell‟edificio (intelligenza computazionale), integri opportunamente i
benefici derivanti dall‟uso dell‟illuminazione naturale con quelli derivanti
dall‟impiego di apparati e terminali ad alta efficienza opportunamente integrati da
una rete di sensori smart metering, privilegi l‟uso del green computing per le
tecnologie ICT, sfrutti i principi delle onde convogliate su rete elettrica per
ottimizzare i costi di installazione/gestione dell‟illuminazione esterna ai fabbricati
consentendo di creare una piattaforma di veicolazione dati in linea con le nuove
tecnologie proponibili in ambito smart city, integri il sistema di produzione delle
fonti energetiche locali in una smart grid, individui un sistema di
approvvigionamento/smaltimento idrico in grado di riutilizzare massimamente le
acque di pioggia e ridurre i consumi idrici anche recuperando il calore dagli stessi,
individui un sistema di distribuzione dell‟acqua sanitaria in grado di riutilizzare
l‟acqua calda al fine di ridurre le dispersioni termiche.
E‟ opportuno che la progettazione del Tecnopolo di Bologna includa le strategie di
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 22
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
efficienza energetica tra gli elementi fondanti dell‟atto progettuale; ciò con la piena
consapevolezza che progettazione, costruzione e gestione di beni immobili
meritano un ripensamento critico e radicale quando il fine è quello di assicurare
un risparmio consapevole e controllato delle risorse e di ridurre efficacemente i
consumi energetici.
3.2 Strategie di risparmio energetico del sistema edilizio.
TECNICHE DI TIPO
PASSIVO
Chiusure verticali
o
L‟organismo edilizio (norma UNI10838) è un insieme strutturato di unità ambientali
(elementi spaziali) e di unità tecnologiche (elementi tecnici), interni ed esterni,
pertinenti all‟edificio, caratterizzate dalle funzioni e dalle relazioni reciproche,
concepite e progettate unitariamente, aventi caratteristiche di continuità fisica ed
autonomia funzionale.
La norma UNI 8290 delinea la scomposizione dell‟organismo edilizio, l‟edificio, che
diventa così un sistema tecnologico di elementi strutturati che rispondono nel loro
insieme, e ciascuno per la sua parte, a una funzione assegnatagli.
Il sistema tecnologico (sistema edilizio, sistema impianti, sistema attrezzature),
dunque, è un insieme di parti correlate da un reticolo di relazioni che ne assicura
l‟unitarietà di funzionamento rispetto al compito complessivo, pur riconoscendo a
ogni parte la possibilità di svolgere una funzione specifica, necessaria e coerente
per il conseguimento degli obiettivi generali del sistema stesso.
Tra gli obiettivi generali del sistema tecnologico per il Tecnopolo c‟è l‟efficienza
energetica.
Le tecniche mirate all‟efficientamento energetico del sistema edilizio possono
essere di tipo passivo o di tipo attivo.
Le tecniche di tipo passivo sono essenzialmente quelle che sfruttano fonti
energetiche rinnovabili quali il vento, la geotermia o l‟eliotermia cercando di
massimizzare i benefici da questi derivanti per mezzo dell‟impiego di accorgimenti
o tecniche costruttive specialistiche da mettere in opera sugli elementi tecnici
(classe di unità tecnologica: chiusure; elementi tecnici: pareti perimetrali, infissi,
manto di copertura).
Tra le tecniche di tipo passivo che, nell‟ottica di una visione integrata dell‟efficienza
energetica con gli obiettivi generali posti al sistema, le più ricorrenti sono
l‟isolamento termico e la massa dell‟involucro, i ponti termici, i giardini d‟inverno, le
verande, le serre solari, le superfici vetrate, gli schermi solari, i tetti verdi, la
ventilazione naturale, i sistemi di riscaldamento/condizionamento a bassa
temperatura, Illuminazione naturale/artificiale.
L‟elemento tecnologico chiusura verticale è un insieme di elementi tecnici del
sistema edilizio che hanno il compito di separare verticalmente lo spazio interno
dell‟organismo edilizio dall‟ambiente esterno. La frontiera esterna verticale di un
edificio ha il duplice scopo di riparare gli utenti dall‟esterno e contribuire a
realizzare le condizioni di benessere in relazione alle condizioni ambientali ed
atmosferiche che si verificano all‟esterno, adattando il proprio comportamento al
ciclico modificarsi dei fattori agenti sull‟involucro, sia dall‟interno che dall‟esterno.
Il corretto approccio alla valutazione della tipologia funzionale e tecnica della
frontiera da realizzare rappresenta una scelta fondamentale per il successo del
progetto di architettura; la sua scelta non può essere delegata unicamente a
valutazioni di carattere estetico, ma deve essere sviluppata avendo in
considerazione innanzitutto gli aspetti di corretto uso delle risorse energetiche in
relazione alle richieste di prestazione date dalle funzioni da svolgersi e al contesto
ambientale, climatico e di esposizione.
I modelli funzionali di riferimento delle chiusure verticali attengono alle due
differenti funzioni di filtro che le stesse svolgono nei confronti dell‟illuimnazione
naturale (opache/trasparenti). In riferimento alle prime si distingue tra parete
isolata dall‟interno, parete isolata dall‟esterno, parete isolata nell‟intercapedine,
parete ventilata. In riferimento alle seconde si distingue tra facciata continua,
facciata con vetrata strutturale, vetrata sospesa, facciata a doppia pelle.
La norma UNI 8979 individua gli strati funzionali costituenti le pareti perimetrali
verticali in strati: resistente, di isolamento termico, di tenuta all‟acqua, di tenuta
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ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
all‟aria, di barriera al vapore, di diffusione del vapore, di protezione e rivestimento,
di collegamento, di regolarizzazione, di ripartizione dei carichi, di ventilazione, di
protezione al fuoco, di isolamento acustico.
Isolamento termico e
massa dell’involucro
L‟involucro esterno è un elemento nodale rispetto al tema dell‟efficienza
energetica.
L‟isolamento termico dei fronti perimetrali infatti consente di creare una barriera
termica tra ambiente interno ed ambiente esterno al fine di controllare al meglio le
condizioni microclimatiche interne.
Le tecniche costruttive che consentono il controllo della trasmittanza termica
risultano utili sia per controllare le dispersioni di calore dall‟interno, nel caso
invernale, sia per limitare l‟ingresso di calore dall‟esterno, nel caso estivo. Esse si
differenziano a seconda che si debba intervenire sull‟esistente o, al contrario,
progettare edifici ex novo.
Nel Tecnopolo di Bologna sussistono entrambi i casi.
Edifici ex novo
Il metodo migliore per incrementare l‟efficienza energetica di un edificio [2] è
dotarlo di un involucro termico opportunamente coibentato.
Per quel che riguarda l‟innovazione dei prodotti edilizi, essa si riferisce sia al
miglioramento prestazionale di materiali e dei componenti esistenti, sia alla messa
a punto di materiali e componenti innovativi.
In particolare, gli ambiti più innovativi per ciò che attiene all‟involucro riguardano i
prodotti vetrati od opachi con resistenze termiche potenziate, i sistemi di
schermatura, i sistemi di involucro trasparenti, le tecnologie costruttive a secco.
Alla luce delle innovazioni introdotte nelle tecnologie per le pareti perimetrali
verticali opache si osserva innanzitutto come, in riferimento alle potenzialità
progettuali indotte dalla messa a punto di prodotti isolanti potenziati, essi
consentano di progettare sistemi di involucro iperisolati sia all‟interno che
all‟esterno, attraverso spessori murari molto ragionevoli.
In secondo luogo si rileva che il rivestimento delle chiusure verticali implica
oggigiorno una varietà morfologica e materica inimmaginabile fino a qualche anno
fa – che si traduce nella realizzazione di sistemi più o meno complessi - e una
incredibile espressività degli elementi che lo costituiscono.
D‟altra parte le innovazioni molto sofisticate nel settore degli elementi trasparenti e
semitrasparenti consentono di ottimizzare le scelte in riferimento alle
problematiche invernali (termotrasmittanza) od estive (termotrasmittanza, fattore
solare).
In funzione degli specifici obiettivi prestazionali, che suggeriscono l‟utilizzo di tali
tecnologie, si osserva la necessità di una corretta e approfondita valutazione in
merito sia alle condizioni climatiche esistenti e all‟orientamento dell‟edificio, sia agli
oggetti che potrebbero interferire durante l‟andamento giornaliero e stagionale del
percorso solare.
Nell‟uso di sistemi trasparenti di involucro [3] (soluzioni a “doppio involucro”) si
registra, in relazione alle innovazioni nel settore dei vetri, un notevole fervore
innovativo del settore (facciate a doppia pelle, finestre a isolamento dinamico,
serre, ecc.)
Edifici esistenti
Negli edifici esistenti e non ristrutturati la dispersione termica da ventilazione
determina fino al 20% del fabbisogno termico. La dispersione è causata sia da
correnti d‟aria che attraversano l‟involucro (dispersione termica non intenzionale)
che da correnti d‟aria determinate dall‟irraggiamento ( dispersione termica
intenzionale).
Di norma per coibentare una facciata esterna [4] si può intervenire sia dall‟esterno
che dall‟interno, tuttavia la coibentazione dall‟interno è consigliabile solo in caso di
necessità o di vincolo architettonico (norme edilizie o tutela dei monumenti).
La soluzione più razionale, economica e diffusa per ristrutturare una facciata
rendendola più efficiente in termini energetici è la realizzazione di un cappotto
termico. I pannelli coibenti vengono fissati alla facciata del fabbricato e quindi
rivestiti di una seconda pelle consistente in una prima mano di intonaco armato
capace di compensare le sollecitazioni statiche e termiche e di un ulteriore strato
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 24
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
impermeabile (intonaco esterno, rivestimento in ceramica, ecc.). Le singole
componenti del sistema costituiscono, nei fatti, un sistema integrato.
Una valida alternativa al cappotto termico è la facciata ventilata che prevede il
montaggio di una struttura su cui fissare il rivestimento. La coibentazione viene
realizzata inserendo il materiale nell‟intercapedine della struttura. Di norma per la
realizzazione della struttura si dà la preferenza al legno per le sue buone proprietà
isolanti rispetto agli altri materiali sebbene l‟effetto isolante del legno non sia
paragonabile a quello di un materiale coibente e la struttura diventi un ponte
termico. Per ottenere lo stesso valore coibente di un cappotto termico occorre
raggiungere spessori più elevati soluzione, questa, che richiede un ingombro
maggiore.
Le coibentazioni realizzate dall‟interno modificano completamente il profilo della
temperatura della parete e sono in grado di apportare una riduzione del calore fino
ad un quarto del valore originario.
La coibentazione dall‟interno è consigliata in caso di edifici con facciate vincolate,
quando è possibile proteggere sufficientemente il manufatto dalla pioggia battente
e quando non c‟è umidità proveniente dal basso. In questo caso la progettazione e
realizzazione debbono prendere in considerazione i due fattori strettamente
correlati
con una tecnica costruttiva di tale tipo ossia i ponti termici e
l‟impermeabilità all‟aria.
I sistemi di coibentazione dall‟interno sono fondamentalmente di tre tipi ossia i
sistemi di coibentazione con barriera al vapore, i pannelli coibentanti a tenuta di
vapore, i pannelli coibentanti capillarmente attivi.
I sistemi di coibentazione con barriera al vapore impiegano di materiali plasmabili
come la lana minerale, la cellulosa, la canapa, ecc. che consentono di livellare
facilmente eventuali irregolarità delle pareti mantenendo il fondo nel suo stato
originale. Per evitare o ridurre al minimo la penetrazione di aria umida nella
struttura coibente, viene applicata una barriera al vapore sullo strato coibente.
L‟esecuzione a regola d‟arte della barriera al vapore è particolarmente importante.
Vanno inoltre impermeabilizzate con estrema cura i punti di interruzione della
superficie in corrispondenza di installazioni elettro-sanitarie.
I pannelli coibenti a tenuta di vapore non richiedono l‟applicazione di una barriera
al vapore. I vantaggi di questo sistema sono l‟elevato effetto coibente, l‟ingombro
minimo e la semplicità di installazione dei pannelli. Esso presuppone che la
struttura della parete sia liscia poiché di norma i pannelli vengono incollati. La
scelta varia dai pannelli in vetro cellulare ai pannelli in poliuretano espanso con
rivestimento di alluminio. Di recente hanno fatto il loro ingresso sul mercato
pannelli isolanti evacuati (che tuttavia richiedono un maggiore onere all‟impresa
che realizza il lavoro).
Nei sistemi coibenti con barriera al vapore, l‟applicazione di una pellicola sulla
struttura coibente crea uno strato impermeabile al vapore che ostacola la
penetrazione dell‟umidità presente nell‟ambiente. I pannelli coibenti a tenuta di
vapore costituiscono di per sé uno strato impermeabile.
I pannelli coibenti capillarmente attivi in silicato di calcio non necessitano di una
barriera al vapore poiché svolgono di per sé un effetto autoregolante: sono in
grado di assorbire l‟umidità, di trattenerla temporaneamente e di espellerla quando
cala l‟umidità atmosferica. Le loro proprietà coibenti sono lievemente inferiori a
quelle degli altri sistemi, in compenso sono più facili da installare e vantano una
maggiore resistenza alle muffe. Un altro vantaggio consiste nella possibilità di
applicare l‟intonaco direttamente ai pannelli facendo tuttavia attenzione ad evitare
rivestimenti impermeabili. La superficie deve essere piana poiché solo un
collegamento continuo fra pannelli isolanti e fondo consente di regolare
efficacemente l‟umidità.
I pannelli coibenti capillarmente attivi provvedono a una buona distribuzione della
condensa, trattenendola per un certo periodo per poi espellerla.
Quando le condizioni di vincolo lo consentono, la coibentazione esterna è senza
dubbio preferibile a quella interna perché, a differenza di quest‟ultima, è più
gestibile in termini di realizzazione (eventuali errori di costruzione e ponti termici) e
previene l‟insorgenza dei tipici problemi legati alla coibentazione interna.
Se la realizzazione di una coibentazione esterna viene approvata con il vincolo di
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conservare l‟irregolarità della facciata, si consiglia l‟applicazione di pannelli
lamellari in lana minerale capaci di adattarsi anche alle asperità più evidenti. Sotto
il punto di vista storico-artistico non sono adatti i pannelli coibenti rigidi.
Ponti termici
I ponti termici sono elementi strutturali (sporgenze, logge, nicchie, cassonetti per
avvolgibili, etc.) che per loro collocazione, morfologia o per le cattive proprietà
coibenti provocano particolari dispersioni di calore.
A seconda del materiale e, eventualmente, dello stato di conservazione se si tratta
di un edificio esistente, esistono diversi metodi per ovviare al problema a
cominciare dalla coibentazione fino addirittura alla demolizione degli elementi che
sono in grado di generarlo e la relativa sostituzione con strutture prive di raccordo
diretto al fabbricato vale a dire “termicamente separate”.
Nel caso di balconi, pensiline e scale di entrata sporgenti, lo spessore dello strato
coibente può creare problemi di spazio sulla parte superiore. In questo caso si
provvederà ad isolare termicamente quantomeno la parte inferiore del balcone.
Un‟altra soluzione è quella di coibentare la parte superiore con pannelli isolanti
evacuati che vantano un potere isolante superiore di 8-10 volte rispetto ai materiali
coibenti convenzionali e quindi richiedono uno spessore notevolmente minore.
Questa loro caratteristica li rende ideali anche per la coibentazione di cantine o
mansarde con altezze ridotte.
Anche le cosiddette logge sono un caso tipico di ponte termico perché aumentano
la superficie esterna. In questi casi va presa in considerazione la possibilità di
creare una zona tampone termica dotata di vetrate, i cosiddetti giardino d‟inverno,
o al contrario di inglobare le logge nello spazio interno dell‟edificio.
Altro elemento costruttivo ai fini del ponte termico sono i cassonetti degli
avvolgibili; occorre che siano opportunamente coibentati, meglio se con lo stesso
spessore del resto della facciata.
Giardini d’inverno,
verande, serre solari
Come appena detto i giardini d‟inverno [5] o le verande rappresentano una
modalità assai interessante per migliorare l‟efficienza energetica di un manufatto.
In questa logica lo spazio chiuso del giardino d‟inverno o veranda serve da zona
tampone, ossia consente di accumulare il calore determinato dall‟irraggiamento
solare e di trasmetterlo al fabbricato. E‟ evidente che vi è una massimizzazione dei
benefici nel momento in cui nell‟ambiente sono presenti grandi masse di accumulo
termico quali pavimenti massicci, pareti in mattoni pieni o pietra.
Se a questi elementi poi si aggiunge la presenza della vegetazione come sistema
di controllo delle condizioni climatiche interne (evotraspirazione) è evidente che
l‟ambiente così configurato media, seleziona e filtra l‟illuminazione, la temperatura
e la ventilazione naturale.
Superfici vetrate
Le superfici vetrate[6]
svolgono la quadruplice funzione di consentire la
penetrazione di luce e di radiazione solare diretta, la vista e la ventilazione
naturale.
Le caratteristiche tecniche dei componenti e le prestazioni si differenziano a
seconda che ci si riferisca ad edifici esistenti o, al contrario, edifici progettati ex
novo.
Poiché nel Tecnopolo di Bologna sussistono entrambi i casi è opportuno
segnalare che per l‟efficientamento energetico degli edifici di nuova progettazione
[7] occorrerà prevedere l‟utilizzo di vetri ad elevate prestazioni energetiche (basso
emissivi o vetri selettivi) che rispondono in modo soddisfacente ad esigenze di
termo isolamento, di trasparenza ed omogeneità di comportamento, così come
telai con elevate proprietà coibenti.
Per contro in edifici esistenti vincolati il punto debole non è tanto rappresentato
dalla superficie vetrata che può essere opportunamente migliorata bensì dal telaio
che se interessato dal vincolo diventa di difficile adattamento.
Là dove infatti non è possibile sostituire i telai con nuovi telai ad alta efficienza
occorre operare sul miglioramento delle prestazioni attraverso l‟inserimento o
l‟aggiunta di nuove componenti (vetri tripli, fermavetri, etc.).
Nel caso di interventi sull‟esistente la già citata soluzione della facciata ventilata, in
questo caso vetrata, può costituire una valida opportunità.
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Le facciate vetrate ventilate infatti è costituita da due sistemi distinti: una facciata
esterna in vetro con opportune bocchette di ventilazione e una facciata interna
isolante; nell‟intercapedine tra le due superfici circola aria esterna, favorita da un
effetto camino innescato dal calore irradiato dalla vetrata interna.
Questa soluzione tecnica consente di massimizzare i benefici in tutti i periodi
dell‟anno: durante l‟estate la differenza di temperatura tra esterno ed interno
provoca un flusso d‟aria con conseguente diminuzione della quantità di calore in
ingresso nell‟edificio; durante l‟inverno la presenza dello schermo esterno concorre
ad aumentare la resistenza termica effettiva soprattutto nel caso in cui le aperture
di ventilazione sono regolabili ed adeguatamente supportate da una rete di sensori
che ne disciplinano l‟apertura/chiusura.
Schermi solari
Gli schermi solari [8] consentono di regolare l‟intensità della luce diurna che
penetra internamente agli edifici, così come proteggono dall‟abbagliamento e dalle
radiazioni dei raggi ultravioletti, ma anche di proteggere le superfici dal
surriscaldamento indotto dalle radiazioni solari, favorendo così la minimizzazione
dei guadagni di calore provenienti dall‟esterno.
I guadagni solari hanno una carattere duplice: favorevole nel periodo invernale ma
negativo nel periodo estivo.
E‟ opportuno individuare in fase progettuale, specie nei casi di progettazione di
edifici ex novo, forme di protezione particolari dei lati sud ed ovest dell‟edificio,
avvalendosi di terminali (schermature, brise-soleil, frangisole, etc.) per il controllo
solare delle superfici opache o traslucide che siano, eventualmente dotando gli
elementi parasole oltre che di dispositivi di captazione/produzione di energia anche
di sonde in grado di controllare l‟immissione della luce solare all‟interno degli
ambienti.
Tetti verdi
Il sistema del tetto giardino o tetto verde consente, ove possibile, un maggiore
isolamento termico dell‟edificio dovuto alla presenza di vegetazione e componenti
specifici per il drenaggio.
Assorbendo il calore i tetti verdi riducono l‟utilizzo per il raffreddamento degli edifici,
filtrano l‟aria inquinata eliminando le particelle in sospensione, contribuiscono
all‟assorbimento dell‟acqua piovana riducendo le acque che confluiscono nella rete
fognaria cittadina, riescono – se applicati a scala di un complesso quale quello del
Tecnopolo, a ridurre in parte l‟effetto di isola termica.
Genericamente si dice che la semplice diminuzione di 1°C della temperatura di
superficie è in grado di abbassare del 5% la richesta di elettricità per la
climatizzazione ed il raffrescamento degli ambienti.
Il tipo di tetto verde che meglio si presta alle caratteristiche del tecnopolo è quello
cosiddetto estensivo che risulta particolarmente adatto ad edifici di grandi
dimensioni dal momento che presenta un minimo spessore di substrato, un
sovraccarico compreso tra i 30 ed i 100 Kg/mq. ed una manutenzione minima
poiché impiega una vegetazione colonizzatrice molto resistente (muschi,
graminacee e piante grasse).
Per contro il tipo intensivo o semi-intensivo si pesta per medie o piccole superfici a
causa di un maggiore spessore del substrato, un sovraccarico compreso tra i 120
e 350 Kg/mq., con una vegetazione a forte sviluppo radicale ed arereo di tipo
orticolo (graminacee, tappeti erbosi, piante, arbusti).
Ventilazione naturale
Con ventilazione naturale [9] si intende il flusso di aria entrante od uscente
attraverso aperture appositamente predisposte nell‟involucro edilizio.
Nelle condizioni in cui si voglia limitare la presenza degli impianti di ventilazione
artificiale ed in assenza di particolare fenomeni di vento, le differenze di pressione
e di temperatura esistenti sono in grado di generare flussi ascendenti di aria calda
in uscita e flussi discendenti di aria fresca in entrata (condizione climatica estiva).
L‟utilizzo della ventilazione naturale durante le ore diurne svolge il compito di
controllare il surriscaldamento dell‟edificio attraverso il raffrescamento dell‟aria
interna e delle strutture, il mantenimento di un livello della qualità dell‟aria interna
accettabile, il moto dell‟aria interna con l‟effetto del raffrescamento diretto del corpo
umano (moti convettivi ed evaporativi).
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La ventilazione è, dunque, estremamente utile per la rimozione del calore ma si
devono evitare infiltrazioni di aria esterna quando le temperature esterne sono
superiori a quelle interne.
Utile per raffreddare la massa termica dell‟edificio è la ventilazione notturna, con
l‟aria che prima di essere messa in circolo negli edifici viene raffreddata in condotti
sotterranei, in scantinati, parcheggi sotterranei o giardini adiacenti la costruzione.
In questo caso l‟uso integrato delle tecnologie di green computing, smart metering
e sistemi di intelligenza computazionale associata ai sistemi HVAC diventano utili
strumenti per il conseguimento dell‟efficienza energetica.
E‟ nota l‟esistenza del conflitto tra buona ventilazione e risparmio energetico: più
ventilazione significa meno risparmio energetico.
Si porrà quindi il problema della definizione del ricambio d‟aria ottimale.
Un‟appropriata ventilazione, meccanica o naturale, consente, miscelando l‟aria
interna all‟ambiente e ridistribuendola, di rimuovere o diluire i contaminanti e di
ottenere la qualità desiderata.
La problematica della qualità dell‟aria indoor è attualmente all‟attenzione delle
autorità sanitarie sia europee (SHER/2007, ASHRAE St.62-89) che nazionale e
sarà di estrema importanza in quelle aree di ricerca del Tecnopolo dove verranno
svolte attività che comportano la produzione di VOC non compatibili con la
salubrità dell‟aria.
La ventilazione forzata dovrà tenere conto quindi oltre che dell‟aspetto energetico
anche della componente relativa ai composti organici volatili. Per questo motivo
potrebbe essere utile orientare la progettazione impiantistica verso reti di sensori
HVAC specifici anche per i VOC.
Sistemi di
riscaldamento e
condizionamento a
bassa temperatura
L‟opportunità offerta dal soffitto freddo o trave fredda combinata con un sistema di
riscaldamento prevalentemente radiante può rivelarsi efficace per il miglioramento
dell‟efficienza energetica.
Le travi, posizionate a livello del soffitto, sono d‟estate, tenute ad una temperatura
più bassa dell‟aria ambiente tramite la circolazione di acqua fredda al loro interno
in modo che l‟aria calda a soffitto, venendo a contatto con le travi, si raffreddi
attraverso la trave stessa e scenda verso il basso (la trave ha comunque un
proprio effetto radiante pari al 30-35% della capacità totale di raffreddamento).
Questa soluzione tecnica consente l‟innegabile vantaggio di ottenere una riduzione
dei carichi radianti (dati da pareti, pavimenti, arredi ed attrezzature) prima che
diventino carico termico riscaldando l‟aria dell‟ambiente.
E‟ altresì possibile, nelle stagioni intermedie, allestire la trave fredda con due
circuiti indipendenti (fluido freddo + fluido caldo), ottenendo una capacità di
riscaldamento pari a quella di raffreddamento per i periodi intermedi, convertendo
poi in circuito freddo quello caldo per i periodi estivi.
Illuminazione
naturale/artificiale
A titolo indicativo si ricorda che l‟illuminazione assorbe circa un terzo dell‟energia
consumata negli edifici. Il risparmio che può essere raggiunto attraverso la
progettazione di un sistema di illuminazione moderno ed intelligente è pari, se non
superiore al 50%.
Ricordando l‟importanza dell‟apporto della luce solare della necessità di procedere
con una progettazione integrata di tutti i sistemi impiantistici, in linea generale
possiamo dire che in termini di consumo energetico è sconsigliato l‟impiego di
lampade ad incandescenza di tipo tradizionale. In base all‟analisi delle condizioni
di utilizzo invece sono da preferire le lampade alogene, in particolare le alogene
IRC a risparmio di energia che consumano fino al 50% delle incandescenti di tipo
tradizionale e le lampade fluorescenti nella versione integrate elettroniche che
fanno risparmiare fino ad un 70% di energia.
Si sottolinea l‟opportunità di prevedere l‟uso di schermi solari opportunamente
integrati con sonde in grado di controllare l‟immissione della luce solare [10]
all‟interno degli ambienti, correlandoli a sonde per il rilevamento dell‟illuminamento
interno agli ambienti stessi.
TECNICHE DI TIPO
ATTIVO
Tra le opportunità tecniche di tipo attivo indichiamo invece le regolazioni individuali
con personalizzazione dei programmi, i sistemi di contabilizzazione delle energie
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erogate, i recuperatori di calore ad alta efficienza sull‟aria espulsa, il free cooling, i
recuperatori di calore sullo scarico di acque grigie da lavorazioni specialistiche
(mensa, laboratori non contaminati), i pannelli fotovoltaici
Regolazioni
individuali con
personalizzazione
dei programmi
La regolazione individuale dei livelli di temperatura richiesti in funzione delle
destinazioni d‟uso, del tipo di attività prodotte e dal numero degli utenti è possibile
attraverso l‟impiego di sonde ambiente e scenari preconfigurati.
Sistemi di
contabilizzazione
dell’ energa erogata
I sistemi di contabilizzazione delle energie erogate vanno nella direzione dell‟uso
autonomo e consapevole dei consumi energetici.
Recuperatori di
calore alta efficienza
sull’aria espulsa
I recuperatori di calore ad alta efficienza sull‟aria espulsa realizzati con doppio
recuperatore di calore (in ingresso ed in uscita dell‟aria primaria) costiuiscono una
opportunità di efficienza energetica.
Free cooling
Un esame, in fase di progetto, della variabilità nel tempo dei carichi termici e la
conoscenza delle caratteristiche di funzionamento del sistema tecnologico (edilizio
ed impianti) potranno suggerire sistemi e metodi efficienza energetica alternativi.
Si cita a titolo di esempio [11] che negli impianti di condizionamento a tutt‟aria vi
sono alcuni periodi dell‟anno in cui le condizioni di temperatura dell‟aria esterna
sono particolarmente favorevoli per cui l‟aria esterna può essere impiegata per far
fronte ai carichi termici in ambiente. Perché ciò possa essere realizzato è
necessario che l‟impianto sia dotato di un ventilatore di ricircolo ed espulsione
avente una portata
pari alla massima possibile portata di aria esterna, che la griglia di ripresa ed il
canale dell‟aria esterna siano proporzionati per una portata pari a quella del
condizionatore servito e che sia possibile, con un gioco di serrande coniugate e
motorizzate, variare con continuità i quantitativi di aria esterna, di aria espulsa e di
aria ricircolata.
Con questo sistema la quantità di aria esterna, man mano che la temperatura
esterna sale, può aumentare in maniera tale da mantenere costante la temperatura
di immissione pari al valore corrente per compensare i carichi: generalmente 1314°C.
Fino a quando l‟aria esterna è a temperatura inferiore o uguale a questi valori può
essere utilizzata tenendo escluso il gruppo frigorifero. In una tale favorevole
situazione si parla di free cooling e in questo caso si può non utilizzare il
recuperatore di calore.
Recuperatori di
calore sullo scarico
di acque grigie da
lavorazioni non
contaminate
Al fine di ridurre l‟energia necessaria per il riscaldamento dell‟acqua sanitaria
possono essere previsti recuperatori di calore sullo scarico di acque grigie da
lavorazioni specialistiche (mensa, laboratori non contaminanti) che consentono di
innalzare gratuitamente il livello di temperatura dell‟acqua all‟ingresso del sistema
di riscaldamento dell‟acqua sanitaria.
Fotovoltaico
Per promuovere la riduzione dei carichi elettrici è possibile utilizzare celle
fotovoltaiche [12] integrate nell‟edifiico (PIPV – building integrated photo voltaics) e
collegare il sistema fotovoltaico in rete (grid connected) tramite inverter, senza
sistema di accumulo poiché l‟energia prodotta durante le ora di insolazione viene
immessa nella rete. Nelle ore notturne, tramite un contatore bidirezionale, il carico
locale viene alimentato dalla rete.
3.3 Strategie di risparmio energetico del sistema impiantistico.
o
Le tecniche mirate all‟efficientamento energetico del sistema impiantistico sono di
tipo attivo.
Si rivolgono non più solo al sistema tecnologico rappresentato da ciascun edificio,
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bensì all‟intero comparto. La vision infatti si apre a opportunità di carattere
complessivo quali la riduzione delle emissioni inquinanti e dell‟impatto ambientale,
l‟uso efficiente delle risorse locali, la flessibilità negli approvvigionamenti
energetici, l‟integrazione dei sistemi di energia rinnovabile, la sicurezza e la
funzionalità degli impianti di produzione e di distribuzione dell‟energia.
Pompe di calore
Le pompe di calore potrebbero utilizzare come sorgente energetica acqua di
pozzo ed il calore sottratto al terreno mediante sonde geotermiche. Le pompe di
calore polivalenti sono in grado di utilizzare il calore di scarto dei gruppi frigoriferi
che funzionano nelle mezze stagioni per la climatizzazione d alcuni ambienti.
Durante la mezza stagione le pompe di calore polivalenti sono in grado di fornire
simultaneamente il caldo ed il freddo. Produrranno acqua calda a 50°C ed acqua
refrigerata a 6°C. la temperatura dell‟acqua delle pompe di calore, per avere buoni
livelli di COP, deve essere mantenuta al di sotto dei 50°C; nelle mezze stagioni è
bene che la temperatura di impostazione venga ridotta al fine di migliorarne
l‟efficienza energetica.
Per questo motivo un‟opportunità potrebbe essere rappresentata dalla
realizzazione di due reti di acqua calda, una con acqua a 50°C realizzata con
pompe di calore, ed una a 85°C realizzata con l‟energia termica prodotta dalla
centrale poliservizi o dalla centrale di via Calzoni.
Il calore di condensazione dei gruppi frigoriferi a compressione è maggiore di circa
il 25% rispetto all‟energia frigorifera prodotta. La parte di calore di condensazione
che non si riesce ad utilizzare potrà essere dissipata nei modi più opportuni dal
punto di vista energetico ed ambientale.
Gruppi frigoriferi ad
assorbimento
I gruppi frigoriferi ad assorbimento sono frigoriferi che utilizzano come fonte
energetica un fluido caldo (ad esempio acqua a temperatura superiore a 80°c) per
produrre, per mezzo di sali (bromuro di litio) acqua refrigerata. L‟efficienza (COP)
dei gruppi frigo ad assorbimento èdi circa 0,7 il che significa che per produrre, ad
esempio 700 kw frigoriferi, è necessario un apporto energetico di 1000 kW termici.
I frigoriferi ad assorbimento ben si associano ai cogeneratori [13] perché d‟estate
e nelle mezze stagioni, durante le quali c‟è sempre minore necessità di energia
termica per il riscaldamento, si può utilizzare l‟energia termica prodotta con i
generatori per produrre energia frigorifera.
Il calore di condensazione dei gruppi frigoriferi ad assorbimento è circa il 240% in
più dell‟energia frigorifera prodotta. Anche per i frigoriferi ad assorbimento il calore
di condensazione che non si riesce ad utilizzare dovrà essere dissipato nei modi
più opportuni dal punto di vista energetico ed ambientale.
Pozzi di bonifica,
lago e spray-jet
Potrebbe essere interessante ipotizzare installazione di pozzi di emungimento, la
filtrazione dell‟acqua e la reimmissione nel fiume Setta. E‟ una ipotesi che qualora
volesse essere intrapresa necessita di uno studio di approfondimento sulle falde
del territorio e sulle metodologie autorizzative da sottoporre agli organi
competenti.
Avrebbe l‟indubbio vantaggio di promuovere l‟uso di una fonte energetica gratuita
e rinnovabile prima della re immissione nel fiume. L‟acqua di pozzo, nel periodo
estivo, può essere utilizzata per il raffreddamento dei condensatori dei gruppi
frigo, mentre nel periodo invernale potrà essere utilizzata per cedere il calore agli
evaporatori delle pompe di calore.
La temperatura dell‟acqua di falda varia tra i 13° e i 15° e consente di ottenere per
i gruppi frigo e le pompe di calore COP più elevati sia dei gruppi condensati ad
acqua di torre che delle pompe di calore condensate ad aria.
Dovrebbe essere comunque condotta una valutazione della portata dell‟acqua per
valutare realmente se si riesca a soddisfare i bisogni energetici per il
riscaldamento e la climatizzazione degli edifici.
Nelle mezze stagioni la portata dell‟acqua di pozzo potrà essere minore in quanto
il calore sottratto agli ambienti da raffreddare servirà come sorgente per le pompe
di calore o, se avrà il necessario livello di temperatura, potrà essere distribuito per
le utenze che richiedono il riscaldamento.
L‟acqua di pozzo, dopo essere passata attraverso i condensatori dei gruppi
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frigoriferi, potrà essere convogliata in un “lago” [14] per essere raffreddata, trattata,
e quindi scaricata nel fiume. E‟ possibile quindi ipotizzare l‟uso di quest‟acqua per
scopi non potabili, irrigui ed una riserva per l‟antincendio.
Al fine di contribuire alla dissipazione del calore nei momenti di maggior carico, al
centro del “lago” potrebbe essere realizzato il sistema degli spray-jet che consiste
in una seri di ugelli di particolare forma collegati a tubazioni e posti al centro dello
specchio d‟acqua. Il funzionamento consiste nell‟emissione di acqua in pressione,
come avviene in tutto e per tutto per le fontane, attraverso ugelli che la riducono
in piccole gocce; una parte di queste evapora sottraendo calore alla rimanente
parte di acqua che ricade, raffreddata, nel lago. Essendo un sistema innovativo si
segnala la necessità, qualora si volesse prendere in considerazione, delle
necessarie verifiche (paesaggio, temperatura dell‟acqua, rumore, manutenzione,
etc.)
Accumuli
Tra le opportunità che si segnalano per massimizzare l‟energia delle pompe di
calore si indicano sistemi di accumulo che consentono di avere disponibile una
maggiore quantità di calore da fornire o sottrarre nei momenti di maggior carico,
solitamente quelle diurni. Questi serbatoi di accumulo sono in grado di raccogliere
e rilasciare il calore proveniente dai pozzi, dalle sonde geotermiche e dai
condensatori/evaporatori delle pompe di calore.
Con serbatoi di accumulo di questo tipo è possibile sfruttare l‟energia dei pozzi e
delle sonde geotermiche anche 24 ore su 24 oltre a scambiare calore tra
evaporatori e condensatori consentendo in tal modo un notevole risparmio di
energia ed una riduzione della necessità di dissipazione.
Accumuli
per
la
dissipazione
del
calore
I sistemi di accumulo funzionano con gli stessi principi indicati sopra. Per la
dissipazione del calore lo scopo è quello di portare, durante la notte, l‟accumulo
alla temperatura dell‟acqua di falda e poter quindi, durante il giorno, utilizzare una
portata doppia ai condensatori dei gruppi frigo.
Sonde geotermiche
per il riscaldamento
L‟opportunità più efficace di inserimento delle sonde geotermiche [15] è quella di
ipotizzare l‟installazione di tubazioni distribuite orizzontalmente pochi metri al di
sotto del piano di campagna. Nelle sonde circola un fluida che ha la funzione di
trasportare l‟energia da cedere o da ricevere dal terreno. E‟ del tutto evidente che
le sonde verticali hanno una capacità di scambio termico molto superiore a quelle
orizzontali, tuttavia queste ultime, se efficacemente inserite in un sistema
integrato, sono in grado di fornire un efficace contributo. Infatti con le sonde
orizzontali, in funzione del tipo di terreno, della profondità di pozzo e del passo tra
le sonde, si possono ottenere valori specifici di scambio energetico medio
compresi tra i 10 ed i 20 W/mq.
Smart grid
Gli obiettivi Europei “20-20-20” prevedono entro il 2020 la riduzione del 20% delle
emissioni di gas serra rispetto ai livelli del 1990, l‟aumento dell‟efficienza
energetica del 20%, e che il 20% di produzione di energia elettrica provenga da
fonti rinnovabili. L‟obbiettivo nazionale dell‟Italia è quello di passare da un livello
del 5,2% nel 2005 a un livello del 17% entro il 2020 per quanto attiene la
produzione di energia da fonti rinnovabili.
L‟ampliamento della generazione distribuita da fonti rinnovabili stà facendo spazio,
in molti comuni del territorio nazionale, a una rete di produzione aggiuntiva
integrabile con quella tradizionale, quindi non più un controllo centralizzato della
produzione ma una rete di distribuzione territoriale composta da flussi di potenze
bidirezionali e reti attive.
E‟ in questa ottica che, sotto il profilo energetico, l‟insediamento del Tecnopolo và
inteso.
Occorre passare dalla visione energivora del Tecnopolo ad una visione che,
attraverso la strategia delle smart grid, diventi premiante nell‟ottica della
produzione energetica da fonti rinnovabili (fotovoltaico, geotermico, etc.).
La rete elettrica locale in questo caso non sarà solo un canale per trasmettere e
distribuire energia dalla/e centrale/i (Centrale Poliservizi e Centrale
elettrotermofrigorifera di via Calzoni) all‟utilizzatore finale ma una rete comune in
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grado di far interagire i diversi soggetti attraverso la creazione di reti attive di MT,
con una quantità di generazione distribuita superiore ai relativi carichi, e tante
piccole reti (micro grid in BT con sistemi di accumulo) in grado di comunicare
scambiando informazioni sui flussi di energia e consentendo così una gestione
efficace del sistema.
In funzione delle attività che nel Tecnopolo verranno svolte infatti si avranno picchi
di produzione energetica e picchi di consumo. Attraverso un‟analisi preventiva dei
carichi in sede di progetto sarà possibile definire le caratteristiche della smart grid.
E‟ comunque necessario che tutte le cabine (AT/MT e MT/BT) siano dotate dei
sistemi di protezione, automazione e controllo compatibili con la tecnologia smart
grid, così come esistano dei sistemi di comunicazione on-line fra le cabine AT/MT
e MT/BT (p. es. WiMAX) e che esistano sistemi di comunicazione locale nelle
cabine AT/MT tra i dispositivi di protezione e di controllo.
3.4 Strategie per le aree esterne di pertinenza.
a
Ecosostenibilità
L‟efficienza energetica costituisce uno degli aspetti della progettazione
ecosostenibile.
Una opportunità interessante resta quella di prendere in considerazione, oltre ai
temi energetici, anche i temi delle risorse e della compatibilità ambientale.
L‟attenzione all‟ecosostenibilità delle scelte architettoniche è opportuno che si
rivolga alla fase di costruzione così come a quella di esercizio e gestione tecnica
del processo edilizio.
Aree verdi
Le aree verdi necessiteranno di attività di manutenzione che richiederanno
energia (taglio dei prati, potature, mezzi di trasporto). Potrebbe essere utilmente
impiegata l‟energia elettrica o alti combustibili liquidi.
Alcune apparecchiature potrebbero essere utilmente impiegate per questi scopi.
Ad esempio per la produzione di energia elettrica si potrebbe realizzare un ciclo di
stirling che utilizza come fonte di calore l‟energia prodotta dalla combustione del
cippato ricavato dalla potatura e dagli sfalci delle aree verdi (anche di giardini
comunali). Oppure potrebbero essere installati gli inseguitori solari nel cui fuoco
viene concentrata l‟energia solare necessaria per la produzione di energia elettrica
mediante un ciclo di stirling; ciò con la duplice valenza di realizzare ad esempio
l‟ombreggiatura dei molti camminamenti esterni agli edifici.
Tecnologie
innovative:
convogliate
ICT
onde
La tecnologia ad onde convogliate PLC (Power Line Communication) è una
tecnologia che permette di trasferire dati in forma digitale, utilizzando una classica
linea elettrica, trasformandola in un supporto di comunicazione. Esistono due
tecnologie di PLC ad alta ed a bassa velocità.
E‟ opportuno prevedere questa tecnologia sicuramente per quanto attiene le linee
di alimentazione della rete di illuminazione esterna del complesso (lampioni).
Sono già stati valutati esempi di lampioni intelligenti che vengono equipaggiati con
sensori di controllo sia sul singolo punto che sulla linea. Attraverso questi sensori
è possibile effettuare una serie di operazioni il cui fine principale è il contenimento
energetico. Infatti è possibile ottimizzare i consumi del ciclo di funzionamento delle
lampade riducendo conseguentemente del 30% circa il consumo di energia ed
ottimizzare i costi manutentivi.
Inoltre se i lampioni intelligenti vengono dotati di apparati (PLC wireless sensor
network ) hot spot WI-Fi, videocamere, antenne RX/TX, pannelli informativi sono
in grado di consentire connessioni internet on demand libere, videosorveglianza
delle aree esterne, gestione delle emergenze urbane o ancora comunicazioni di
pubblica utilità. Il lampione intelligente diventa così il fulcro attraverso cui erogare
servizi innovativi: in termini di contenimento energetico, ad esempio, i lampioni
potrebbero essere dotati di apparati per la ricarica delle biciclette elettriche che
diventerebbero il principale mezzo di spostamento interno all‟area.
RIFERIMENTI
Per i riferimenti [3] [4] [5] [6] [8] 9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] consultare il quadro sinottico di pagina 34
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 32
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
3.1 Opportunità da usare nel
Tecnopolo: l’efficienza
energetica
3.2 Strategie di risparmio
energetico del sistema
edilizio
[1] settembre 2010: Giunta della regione Emilia Romagna, Atti di indirizzo e coordinamento sui
requisiti di rendimento energetico e sulle procedure di certificazione energetica degli edifici – parte
II, Allegati
[2] Giunta della regione Emilia Romagna, Atti di indirizzo e coordinamento sui requisiti di
rendimento energetico e sulle procedure di certificazione energetica degli edifici – parte II, Allegati 2
e 3, , Disposizioni in materia di requisiti minimi di prestazione energetica degli edifici e degli
impianti, Requisiti minimi di prestazione energetica
[3] Torre direzionale per la Deutsche Messe AG (DMAG), Hanover (D), 1999, Herzog+Partner.
Centro direzionale dell’assicurazione Munich Re, Munich (D), 2001, Baumschlager Eberle.
SOKA-BAU >Ampliamento del quartier generale, Weisbaden (D), 2003, Herzog+Partner.
30 St. Mary Axe, London (GB), 2004, Foster+Partners.
Edificio del Wellcome Trusts Gibbs, London (GB), 2004, Hopkins Architects.
Heelis- The New Central Office for the National Trust, Swindon (GB), 2005, Feilden Clegg
Bradley Studios.
Sede per l’Agenzia federale per l’Ambiente, Dessau (D), 2005, Sauerbruch Hutton Berlino.
Edifici per uffici Marché International Support Office, Kemptthal (CH), 2007, Kampfen fur
Architektur Zurigo.
Mayr-Melnhof Quartier generale direzionale Kaufmann, St. Georgen Attergau (AT), 2008,
Herman Kaufmann ZT GmbH.
Solar City Linz, Master plan: Roland Rainer, Architetti: READ (Renewable Energy in
Architecture and Design): Thomas Herzog + Partner; Sir Norman Foster and Partners; Richard
Rogers Partnership, Ingegnere ambientale: Norbert Kaiser, Architetto paesaggista: Latz +
Partner, Consulente: Renzo Piano Building Workshop
Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson
[4] Silvertop Tower, Denucestraat, Antwerp, (BE), anno costruzione 1974-1978, anno
riqualificazione 2003.
Vejleåparken, Ågården, Ishøj – Copenhagen (DK), anno costruzione 1970-1973, anno
riqualificazione 2004.
Bunchnerstrasse 1 e 2, Bunchnerstrasse, Berlino (D), anno costruzione 1964, anno
riqualificazione 1999
Quartiere Gardsten, Gardsten, Goteborg (SW), anno costruzione 1969-1972, Anno
riqualificazione 2000
Siersteenlaan, Vinkhuizen, Groningen (NL), anno costruzione 1967-1971, anno riqualificazione
2002
[5] Centro direzionale dell’assicurazione Munich Re, Munich (D), 2001, Baumschlager Eberle.
SOKA-BAU >Ampliamento del quartier generale, Weisbaden (D), 2003, Herzog+Partner.
30 St. Mary Axe, London (GB), 2004, Foster+Partners
Solar City Linz, Master plan: Roland Rainer, Architetti: READ (Renewable Energy in Architecture
and Design): Thomas Herzog + Partner; Sir Norman Foster and Partners; Richard Rogers
Partnership, Ingegnere ambientale: Norbert Kaiser, Architetto paesaggista: Latz + Partner,
Consulente: Renzo Piano Building Workshop
Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson
Quartiere Gardsten, Gardsten, Goteborg (SW)
[6] SOKA-BAU >Ampliamento del quartier generale, Weisbaden (D), 2003, Herzog+Partner.
Sede per l’Agenzia federale per l’Ambiente, Dessau (D), 2005, Sauerbruch Hutton Berlino.
DVG sede amministrativa, Hanover (D), 1999, Hascher Jehle Architectur Berlin.
Torre direzionale per la Deutsche Messe AG (DMAG), Hanover (D), 1999, Herzog+Partner.
Centro direzionale dell’assicurazione Munich Re, Munich (D), 2001, Baumschlager Eberle.
Silvertop Tower, Denucestraat, Antwerp, (BE), anno costruzione 1974-1978, anno riqualificazione
2003.
Bunchnerstrasse 1 e 2, Bunchnerstrasse, Berlino (D), anno costruzione 1964, anno riqualificazione
1999
Quartiere Gardsten, Gardsten, Goteborg (SW), anno costruzione 1969-1972, Anno riqualificazione
2000
Siersteenlaan, Vinkhuizen, Groningen (NL), anno costruzione 1967-1971, anno riqualificazione
2002
Hotel Crystal, Obergugl, Austria (A)
Solar City Linz, Master plan: Roland Rainer, Architetti: READ (Renewable Energy in Architecture
and Design): Thomas Herzog + Partner; Sir Norman Foster and Partners; Richard Rogers
Partnership, Ingegnere ambientale: Norbert Kaiser, Architetto paesaggista: Latz + Partner,
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 33
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
3.3 Strategie del risparmio
energetico del sistema
impiantistico
Consulente: Renzo Piano Building Workshop
Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson
[7] Giunta della regione Emilia Romagna, Atti di indirizzo e coordinamento sui requisiti di
rendimento energetico e sulle procedure di certificazione energetica degli edifici – parte II, Allegati 2
e 3, , Disposizioni in materia di requisiti minimi di prestazione energetica degli edifici e degli
impianti, Requisiti minimi di prestazione energetica
[8] Torre direzionale per la Deutsche Messe AG (DMAG), Hanover (D), 1999, Herzog+Partner.
Centro direzionale dell’assicurazione Munich Re, Munich (D), 2001, Baumschlager Eberle.
Heelis- The New Central Office for the National Trust, Swindon (GB), 2005, Feilden Clegg Bradley
Studios.
Sede per l’Agenzia federale per l’Ambiente, Dessau (D), 2005, Sauerbruch Hutton Berlino.
DVG sede amministrativa, Hanover (D), 1999, Hascher Jehle Architectur Berlin.
Hotel Crystal, Obergugl, Austria (A)
Solar City Linz, Master plan: Roland Rainer, Architetti: READ (Renewable Energy in Architecture
and Design): Thomas Herzog + Partner; Sir Norman Foster and Partners; Richard Rogers
Partnership, Ingegnere ambientale: Norbert Kaiser, Architetto paesaggista: Latz + Partner,
Consulente: Renzo Piano Building Workshop
Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson
[9] DVG sede amministrativa, Hanover (D), 1999, Hascher Jehle Architectur Berlin.
Torre direzionale per la Deutsche Messe AG (DMAG), Hanover (D), 1999, Herzog+Partner.
Sede dell’Ente di previdenza degli agricoltori e dei forestali LSV, Landshut (D), 2003, Haescher
Jehle Architektu Berlin.
30 St. Mary Axe, London (GB), 2004, Foster+Partners.
Solar City Linz, Master plan: Roland Rainer, Architetti: READ (Renewable Energy in Architecture
and Design): Thomas Herzog + Partner; Sir Norman Foster and Partners; Richard Rogers
Partnership, Ingegnere ambientale: Norbert Kaiser, Architetto paesaggista: Latz + Partner,
Consulente: Renzo Piano Building Workshop
Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson
[10] DVG sede amministrativa, Hanover (D), 1999, Hascher Jehle Architectur Berlin. Avvolgibili (top
down) all’interno dei vetri per la protezione antiabbagliamento e all’esterno per la protezione dalla
luce solare. Elementi regolabili elettronicamente. Strategie di riduzione dei consumi per
l’illuminazione.
Edificio del Wellcome Trusts Gibbs, London (GB), 2004, Hopkins Architects. Utilizzo esteso
dell’illuminazione naturale.
Bunchnerstrasse 1 e 2, Bunchnerstrasse, Berlino (D),
Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson
[11] Mayr-Melnhof Quartier generale direzionale Kaufmann, St. Georgen Attergau (AT), 2008,
Herman Kaufmann ZT GmbH.
[12] Edifici per uffici Marché International Support Office, Kemptthal (CH), 2007, Kampfen fur
Architektur Zurigo.
Heelis- The New Central Office for the National Trust, Swindon (GB), 2005, Feilden Clegg Bradley
Studios.
Insediamento residenziale a Culemborg, Olanda
Mayr-Melnhof Quartier generale direzionale Kaufmann, St. Georgen Attergau (AT), 2008, Herman
Kaufmann ZT GmbH.
Quartiere Gardsten, Gardsten, Goteborg (SW),
Solar City Linz, Master plan: Roland Rainer, Architetti: READ (Renewable Energy in Architecture
and Design): Thomas Herzog + Partner; Sir Norman Foster and Partners; Richard Rogers
Partnership, Ingegnere ambientale: Norbert Kaiser, Architetto paesaggista: Latz + Partner,
Consulente: Renzo Piano Building Workshop
Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson
[13] DVG sede amministrativa, Hanover (D), 1999, Hascher Jehle Architectur Berlin.
[14] Edifici per uffici Marché International Support Office, Kemptthal (CH), 2007, Kampfen fur
Architektur Zurigo.
[15] Edifici per uffici Marché International Support Office, Kemptthal (CH), 2007, Kampfen fur
Architektur Zurigo.
Mayr-Melnhof Quartier generale direzionale Kaufmann, St. Georgen Attergau (AT), 2008, Herman
Kaufmann ZT GmbH.
Insediamento residenziale a Culemborg, Olanda
Hotel Crystal, Obergugl, Austria (A)
Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 34
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 35
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
4.
SISTEMI DI SUPERVISIONE, CONTROLLO E SONDE
di GIROLAMO DI FRANCIA, SAVERIO DE VITO, GRAZIA FATTORUSO, GIORGIO GRADITI
4.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: un approccio integrato di monitoraggio distribuito per
l’efficientamento energetico
a
o
In Italia, come in Europa, gli edifici sono responsabili del consumo del 40%
della totale energia primaria (contro il 17% dell'industria ed il 43% dei
trasporti). Si tratta, generalmente, di edifici non dotati di sistemi di
acquisizione ed elaborazione dati e strategie di controllo idonei a
rispondere alle attuali necessarie richieste di politiche di risparmio ed
efficientamento energetico dei distretti urbani, commerciali ed industriali.
Recentemente, la visione dell‟ edificio come mero utilizzatore energetico
sta evolvendo verso quella di sistema complesso dove la produzione
energetica distribuita da fonti rinnovabili si integra a quella degli impianti
tradizionali per un utilizzo e gestione innovativa ed intelligente.
Infatti, nel panorama energetico/ambientale attuale e nell‟ottica di uno
sviluppo economico sostenibile, il ricorso alla generazione distribuita e alla
realizzazione di sistemi energetici integrati, basati quanto più possibile
sulle fonti rinnovabili, costituisce sempre più una necessità, piuttosto che
un‟opzione. Ciò, grazie, sia alle positive implicazioni che derivano dal fatto
di considerare in modo nuovo, ossia non più disgiunto, l‟atto della
produzione da quello del consumo dell‟energia (elettrica e termica), sia alla
disponibilità di nuove tecnologie ambientali, come quelle per l‟efficienza
energetica.
In tale contesto il modello di “energia distribuita”, si coniuga perfettamente
con la sempre maggiore esigenza, di ricorrere, sia all‟uso delle fonti
rinnovabili, sia di attuare misure di efficienza energetica nel settore della
produzione e del consumo dell‟energia elettrica e termica.
In questo contesto riveste un ruolo primario lo sviluppo e l‟installazione di
tecnologie basate su approcci conoscitivi e adattativi che mirano ad una
gestione sostenibile integrata delle utility ai fini del raggiungimento della
massima efficienza energetica operativa senza sacrificare ne i livelli di
qualità e sicurezza del servizio offerto, ne il comfort dell‟ utenza. Al cuore
di tali tecnologie, operano reti di sensori che, opportunamente dislocate,
possono ricostruire con dettaglio la situazione operativa (utilizzo, flussi
energetici, comfort, etc.) e di sicurezza (monitoraggio sismico, controllo
presenza). Tale capacità permette a sistemi sw di supervisione e controllo,
di adattarsi al cambiamento, armonizzando l‟ utilizzo degli impianti (e.g.
sistema HVAC, illuminazione naturale ed artificiale), riducendo al minimo i
consumi energetici e infine “adattando” la richiesta energetica dell‟ edificio
e dei suoi sottosistemi in un ottica di transizione verso la smart grid. I
sistemi di calcolo coinvolti sono essi stessi oggetto di innovazione
mediante l‟ utilizzo di tecnologie denominate green computing, volte a
rendere sostenibile il costo energetico del ricorso massivo al calcolo
automatico e a limitare l‟ impatto dell‟hw utilizzato, in fase di dismissione,
favorendone il riciclo.
Il Tecnopolo di Bologna si candida ad essere il più importante punto di
aggregazione ed incontro tra settore della ricerca e settore industriale,
nelle ipotesi di indirizzo dovrà agire da volano per l‟ innovazione
tecnologica con ricadute regionali, nazionali ed internazionali. L‟ adozione
di tali tecnologie, permetterà al Tecnopolo, considerato come opera
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 36
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
ingegneristica in se, di essere assunto come esempio autorevole
d‟innovazione in tema di sicurezza, risparmio energetico ed innovazione
tecnologica, temi considerati fondamentali alla base del rilancio economico
sostenibile globale, ponendolo al centro di una reale innovazione in ottica
smart building/city. Inoltre, l‟ implementazione integrata delle tecnologie
proposte da ENEA darebbe luogo ad esperienze e risultati significativi in
termini di sostenibilità, che potrebbero essere proposti dalla governance
come best practices per la realizzazione di successive opere.
In tal senso, un importante contributo può essere fornito dalla transizione
verso un modello distribuito per la produzione e gli usi dei servizi energetici
dell‟edificio, che identifica nelle fonti rinnovabili e nelle reti di sensori i
principali volani per lo sviluppo di architetture “intelligenti” di reti di impianti,
e che richiede un‟ adeguata integrazione e interoperabilità tra i vari
sottosistemi/componenti base a livello centrale e locale (utenze - edifici impianti). Si necessita dunque di una adeguata progettazione degli edifici
che preveda la dislocazione di opportuni nodi sensoriali e un‟ architettura
aperta della piattaforma sw di supervisione e controllo. Si tratta, in ultima
analisi, di “implementare” logiche e strategie di controllo a differenti livelli
(algoritmi di controllo, apprendimento, autovalutazione, ecc..) che
utilizzano le informazioni acquisite mediante componenti/sistemi di smart
metering (contatori elettronici, sensori, displays, ecc.) e reti evolute di
monitoraggio. Lo scopo è consentire l‟esercizio, la gestione ed il controllo
intelligente ed efficiente degli utilizzatori energetici.
Chiaramente, il livello di efficienza raggiungibile dipende fortemente dalle
sinergie realizzabili ed in particolar modo dalla pervasività del modello di
rete adottato: maggiore sarà il numero di impianti/edifici/servizi integrati e
cooperanti, maggiore sarà l‟ impatto atteso del sistema integrato. Tuttavia
alcuni interventi mirati, della tipologia riportata al par. 4.6, possono
provvedere un‟ efficientamento che può scalare in maniera ottimale con
impatti ridotti.
4.2 Produzione energetica e smart grid
a
o
Gli obiettivi Europei “20-20-20” prevedono entro il 2020 la riduzione del
20% delle emissioni di gas serra rispetto ai livelli del 1990, l‟aumento
dell‟efficienza energetica del 20%, e che il 20% di produzione di energia
elettrica provenga da fonti rinnovabili. L‟obbiettivo nazionale dell‟Italia è
quello di passare da un livello del 5,2% nel 2005 a un livello del 17% entro
il 2020 per quanto attiene la produzione di energia da fonti rinnovabili.
In conseguenza di questi obblighi, l‟ampliamento della generazione
distribuita da fonti rinnovabilisi si sta concretizzando, in molti comuni del
territorio nazionale, in una rete di produzione aggiuntiva integrabile con
quella tradizionale. Quindi non più un controllo centralizzato della
produzione, ma una rete di distribuzione territoriale composta da flussi di
potenze bidirezionali e reti attive.
E‟ dunque in questa ottica che, sotto il profilo energetico, l‟insediamento
del Tecnopolo andrebbe inteso. Occorre, pertanto, passare dalla visione
energivora del Tecnopolo ad una visione che, attraverso la strategia delle
smart grid, diventi premiante nell‟ottica della produzione energetica da fonti
rinnovabili (fotovoltaico, solare termico, micro-eolico, geotermico, etc.).
La rete elettrica locale in questo caso non sarà solo un canale per
trasmettere e distribuire energia dalla/e centrale/i (Centrale Poliservizi e
Centrale elettrotermofrigorifera di via Calzoni) all‟utilizzatore finale, ma una
rete comune in grado di far interagire i diversi soggetti attraverso la
creazione di reti attive di MT, con una quantità di generazione distribuita
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 37
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
superiore ai relativi carichi, e tante piccole reti (micro grid in BT con sistemi
di accumulo) in grado di comunicare scambiando informazioni sui flussi di
energia e consentendo, così, una gestione efficiente ed intelligente del
sistema.
In funzione delle attività che nel Tecnopolo verranno svolte, infatti, si
avranno picchi di produzione energetica e picchi di consumo. Attraverso
un‟analisi preventiva dei carichi in sede di progetto sarà possibile definire
le principali caratteristiche della smart grid.
E‟ comunque necessario che tutte le cabine (AT/MT e MT/BT) siano
progettate con sistemi di protezione, automazione e controllo compatibili
con la tecnologia smart grid, così come devono essere previsti sistemi di
comunicazione on-line fra le cabine AT/MT e MT/BT (p. es. WiMAX) e che
infine esistano sistemi di comunicazione locale nelle cabine AT/MT tra i
dispositivi di protezione e di controllo.
Dal punto di vista dell‟utilizzatore finale, lo strumento principale che
consente la gestione operativa della smart grid è rappresentato dal
“contatore elettronico” (“Smart metering”) che permette di trasformare le
informazioni provenienti dai diversi componenti/sottosistemi delle reti
energetiche, in dati utili per l‟implementazione di tecniche intelligenti di
esercizio e gestione, anche in relazione a politiche di “demand response”.
Le applicazioni di smart metering prevedono il controllo, in real-time, dei
consumi di luce, gas e acqua con l‟obiettivo ultimo di migliorare la gestione
delle risorse energetiche riducendo i consumi. Si tratta di un settore di
mercato che coinvolge, seppure con un diverso grado di partecipazione,
diversi attori, quali: produttori di energia, utility di distribuzione, operatori
attivi nell‟automazione, nella componentistica, nell‟informatica e nelle
telecomunicazioni, nonché utenti finali.
Il contatore elettronico necessita di una efficiente ed affidabile
comunicazione con i sistemi automatici di gestione al fine di poter
scambiare informazioni ed effettuare una diagnosi in tempo reale. Ulteriori
sensori dovranno essere installati a differenti livelli di gerarchia (singola
utenza, laboratorio, edificio, ecc..) al fine di acquisire le informazioni
necessarie per elaborare politiche di controllo e gestione degli impianti e
servizi tecnologici (riscaldamento, raffrescamento, illuminazione, ecc.)
improntate all‟ottimizzazione
dei consumi.
Opportuni algoritmi
raccoglieranno dati ed informazioni relativi ai consumi, al fine di elaborare
strategie di intervento in tempi rapidi e nel modo più appropriato al singolo
evento.
Riferimenti
commerciali o pre
commerciali
L‟elenco dei soggetti interessati ed attivi sul tema delle smart grids e smart
metering coinvolge diversi settori industriali, proprio in relazione alla
trasversalità delle tematiche in oggetto. Si va dalle società di informatiche
(IBM, Microsoft, Google, HP, ecc.), a quelle di automazione,
componentistica ed elettronica (ABB, Siemens, Schneider Electric, GE,
Areva, StMicroelectronics, Panasonic, etc..), a quelle operanti nel settore
delle telecomunicazioni (Telecom Italia, Nokia, Sony, Motorola, SelexFinmeccanica, etc.), ai gestori di rete TSO e DSO (ENEL, TERNA, ACEA,
etc.).
Riferimenti
progettuali
Si riportano di seguito alcuni progetti europei riguardanti le tematiche della
generazione distribuita, dello smart metering, del demand side
management dai quali è possibile trarre utili informazioni..
In particolare:
 i progetti europei ESAM e EPI-SOHO, con il sostegno di enti di ricerca
e agenzie per l'energia, hanno messo a punto metodologie e sistemi
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 38
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
informatizzati in grado di eseguire diagnosi energetiche a basso costo,
certificazioni energetiche e strategie di modernizzazione energetica per
grandi portafogli del settore dell'edilizia sociale.
 il progetto ESMA (European Smart Metering Alliance) ha elaborato una
guida che illustra gli elementi principali per un adeguato utilizzo dei
contatori intelligenti.
 il progetto EL-EFF Region è incentrato sullo sviluppo di piani d'azione
regionali finalizzati ad incrementare l‟efficienza nell'utilizzo dell'energia
elettrica mediante l‟applicazione di misure ed azioni prendono orientate
all‟analisi dei consumo elettrico nelle abitazioni private, presso gli enti
pubblici e nelle aziende.
 il progetto RESPOND ha come obiettivo prioritario quello di sviluppare
soluzioni ed azioni tese a facilitare l‟utilizzo delle fonti rinnovabili nelle
reti elettriche nell‟ottica di una generazione e microgenerazione
distribuita. Il progetto ha analizzato le opzioni di risposta necessarie per
la riduzione dei costi soluzioni approfondendo i seguenti aspetti:
aumentare la capacità di interconnessione; risposta alle domande;
dispersione della generazione variabile; opzioni economiche di
immagazzinamento; generazione flessibile.
4.3 Green computing
a
o
Circa il 2% delle emissioni di CO2 globali sono attribuibili alle tecnologie
ICT, si parla in pratica di 1 Miliardo di kilowatt richiesto per i circa 3 Miliardi
di PC e 500 Milioni di server utilizzati al mondo [1]. In complessi industriali
e commerciali il consumo diretto del‟ ICT e quello indiretto dovuto ad
impianti di ventilazione e refrigerazione, oltre che dalle PSU, sta
diventando una parte consistente del consumo dell‟ edificio. L‟ accurata
gestione del parco macchine così come l‟ adozione di pratiche e tecnologie
ad-hoc potrebbe incidere positivamente e significativamente sulla riduzione
dei costi energetici. La consapevolezza di queste problematiche e l‟
adozione delle relative contromisure è solo agli inizi della sua diffusione,
ma è evidente che le buone pratiche ambientali saranno sempre più
“caratterizzanti” del profilo aziendale e pratiche energeticamente non
sostenibili saranno sempre meno tollerabili sia dal punto di vista politico
che da quello legislativo ed ovviamente economico.
Tutte le strategie attualmente proposte si basano sulla modalità measure
and manage, pertanto il nucleo fondamentale della soluzione risiede nella
possibilità di misurare il consumo energetico e l‟ efficienza dei sistemi di
cooling e alimentazione (PSU) costituendo una rete di sensori in grado di
monitorare in maniera efficiente lo stato dei consumi.
Le soluzioni attualmente proposte in termini di consulenza dai maggiori
player, ricadono sostanzialmente sui temi:
- Ottimizzazione dei consumi dovuti ai sistemi accessori (principalmente
refrigerazione e ventilazione, PSU) con conseguente miglioramento degli
indici PUE.
- Acquisizione server realizzati con materiali a basso impatto (e.g. no-lead,
no-Mercury, green storage units etc.) e ricerca della massima durata utile.
- Adozione di configurazioni architetturali ad allocazione dinamica delle
risorse capaci di mantenere gli SLA a fronte di una riduzione del tempo di
operazione/macchina.
Per quanto riguarda l‟ ultima opzione, tecnologie adeguate sono ancora in
fase di sviluppo ed oggetto di ricerca da parte istituzioni pubbliche (cfr.
Progetto Fit4Green)[4], alcuni progetti riguardano anche sistemi per
Energy-aware routing (cfr. Akamai). Alcune aziende propongono soluzioni
ad hoc per datacenter dedicati (IBM, HP, Archrock, etc.) [3] mentre è
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 39
ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
operativa la Green Grid Alliance che propone alcune best practice
liberamente scaricabili dal sito [2] le quali illustrano metodologie di misura
e ottimizzazione dell‟ utilizzo di energia nei datacenters.
Analogie
Un intervento che può fornire un utile riferimento è quello effettuato da
ArchRock presso i datacenters di University of California @ Berkeley. Si
tratta di una installazione integrante 1000 servers in 200 rack su 10000m 2.
L‟ intervento è stato richiesto per l‟ ottimizzazione dei consumi rispetto al
computing power. Archrock ha installato una rete di misurazione basata sul
prodotto wireless phyNet . Questo ha permesso, in un edificio già costruito,
di ottenere una chiara immagine dei flussi di raffrescamento e del
funzionamento efficiente degli UPS. Su queste basi si è provveduto ad
interventi correttivi minori (sealing di pannelli, apertura di sfoghi per aria
calda, etc.) sulla struttura dell‟ impianto di raffrescamento che hanno reso
possibile abbassare i set point dell‟ impianto realizzando cospicui risparmi.
In effeti l‟ intervento ha permesso a costi energetici invariati e senza
interventi maggioritari sull‟ impianto, l‟ espansione della capacità di
calcolo con l‟ accomodamento di 200 nuovi server. Altro case study di
riferimento è riportato nel progetto eDiana [5].
Riferimenti
commerciali:
ArchRock; IBM Progetto BigGreen; HP Innovation Italia.
4.4 AI HVAC: intelligenza computazionale associata a sistemi HVAC
a
o
La complessità degli edifici e dei sistemi associati di building automation,
composti oramai da numerosi domini interagenti,
rende di difficile
attuazione strategie di conoscenza e controllo basate su modelli fisicomatematici classici. In particolare, tali problematiche presenti nei
sottosistemi di gestione energetica, idrica, sanitaria e di sicurezza sono
enfatizzate nei sistemi HVAC. Tale complessità richiede l‟utilizzo di
strategie di monitoraggio distribuito e previsione innovative (Rule Based
Systems, Fuzzy Control, Artificial Neural Networks, Genetic Algorithms)
che permettano un adeguato supporto alle decisioni e l‟ implementazione
di tecniche di fault prediction e gestione della degradazione delle
perfomance. L‟ obiettivo primario dal quale si prevedono benefici su scale
temporali ridotte rimane l‟ efficienza ed in particolare quella energetica dei
sistemi per il quale si prevede una meta del 25% di risparmio possibile.
Gli scenari più assestati per i sistemi HVAC prevedono in breve tempo l‟
integrazione di sistemi di monitoraggio diffuso dei parametri significativi
(benessere, consumo energetico, occupazione, comportamento termico
dell‟ edificio) e di sistemi di controllo, supervisione e supporto alle decisioni
basati su tecniche di intelligenza computazionale e fusione sensoriale. L‟
ingente mole di dati prodotta da sistemi di monitoraggio diffuso può essere
efficacemente analizzata mediante tecniche di data mining che permettono
di ottenere informazioni strutturate aggiornate in un contesto di
occupazione dinamica. Sulla base di tali informazioni è possibile costruire
un legame tra le variabili osservate e le variabili di controllo. In fase di
progettazione tecniche di programmazione evolutiva vengono impiegate
nella definizione della topologia ottimale del sistema HVAC [5]. E‟ stato
dimostrato essere possibile generare predittori di consumo e dei parametri
operativi di sistema sulla base di analisi delle serie temporali di opportuni
sensori. Le stime dei predittori confrontate con le misurazioni reali in tempo
reale permettono di individuare problematiche di efficienza, e usura dei
sistemi di attuazione a diversa scala di complessità (motori, chillers,
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sistemi VAV, etc.), anticipando malfunzionamenti critici [6]. Sistemi di
supporto alle decisioni possono a questo punto permettere la valutazione
delle strategie ottimali di gestione della degradazione delle performance.
E‟ inoltre possibile determinare strategie di controllo ottimale sulla base di
sistemi che apprendano il comportamento globale dell‟ edificio sulla base
di specifici input al sistema HVAC ottimizzando ad esempio le rampe di
salita e discesa così come gli slot di accensione di un HVAC distribuito o
centralizzato in modo da ottimizzare contemporaneamente consumi e
indicatori di benessere oltre ai consumi di picco (in alcuni paesi già decisivi
ai fini dei costi energetici) [ 1] [4].
Analogie
Sono di particolare interesse i testbed realizzati in edifici commerciali
riportati in [6] e in [3]. Nel primo caso un edificio commerciale è stato
dotato di 150 nodi sensoriali per la misurazione di temperatura, umidità e
consumi energetici del sistema centralizzato HVAC. Sulla base di questi
dati, sistemi intelligenti sono stati addestrati per applicazioni di fault
detection. Nel secondo caso un edificio adibito ad uffici della „„ZENON
S.A.‟‟ di Atene, di tre piani, con superficie totale pari a circa 500 mq
equipaggiato principalmente con sensori di temperatura e umidità (interni
ed esterni), e sensori di occupazione nel BEMS del quale è stato integrato
un modello rule-based per l‟ ottimizzazione dei consumi è stato utilizzato
come test bed. Il monitoraggio dei consumi ha permesso di stabilire una
diminuzione netta del 10%.
Riferimenti
commerciali:
Al momento non esistono riferimenti commerciali assestati che integrino
tali tecnologie in termni di prodotto/soluzione ma, come sopra dettagliato,
numerosi casi studio e simulazioni su modelli di edifici reali (e.g.
EnergyPlus) generati all‟ interno di collaborazioni con ambienti di ricerca.
4.5 IAQ-Indoor air quality: integrazione rete sensori HVAC con sensori specifici per la rilevazione VOC o
In generale per motivi legati all‟architettura dei sistemi di condizionamento
e riciclo dell‟aria, a fonti di inquinamento indoor quali fumo di sigaretta,
adesivi per mobilia e detergenti specifici, i VOC tendono ad essere presenti
in concentrazioni superiori per ordini di grandezza negli ambienti indoor
piuttosto che in quelli outdoor. La valutazione della qualità dell‟ aria in
ambienti indoor presenta problematiche peculiari (caratteristiche
fluidodinamiche di dispersione, caratteristiche tecnologiche dei sensori di
gas, etc.) tali da richiedere lo sviluppo di soluzioni basate su reti di
rilevatori multisensoriali distribuiti, specificatamente progettati e gestiti dalle
stesse centrali di elaborazione dedicate al controllo dei sistemi HVAC. Gli
ambienti in analisi che variano dalle abitazioni private, agli edifici pubblici,
ai centri commerciali, agli ospedali e persino alle stazioni ferroviarie-metro
[2] presentano ulteriori caratterizzazioni e pericoli specifici (Formaldeide e
particolari ceppi batterici negli ospedali, polveri sottili e inquinanti inorganici
nelle stazioni delle subways). Sulla base delle informazioni ottenute è
possibile modulare il funzionamento dei sottosistemi HVAC (es.: VAVs) per
il mantenimento di una qualità ottimale dell‟ aria. La possibilità di operare
con alimentazione a batteria e modalità trasmissione dati wireless
dovrebbe esserne un elemento centrale poiché permetterebbe una facile
installazione e rilocazione dei nodi sensoriali laddove sono necessari. A
corroborare questa soluzione la circostanza che sia il mercato dei sensori
di gas sia quello relativo ai nodi sensoriali sono in rapida maturazione con
marcati trend di ribasso per quanto riguarda i costi di acquisizione.
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Va infine osservato che reti di sensori come quella sopra delineata
possono utilmente essere estese, in edifici dedicati a funzioni specifiche
(laboratori, cliniche etc.) al monitoraggio della qualità dell‟aria anche per
fini di sicurezza sia degli operatori che degli utenti.
La qualità dell‟ aria negli ambienti indoor è una problematica attualmente
all‟ attenzione di autorità sanitarie e di regolamentazione, conseguenti
anche a studi della UE (SCHER report 2007, ASHRAE Standard 62-1989).
L‟esposizione a composti organici volatili (VOC) è causa di numerosi
inconvenienti a partire da malesseri di varia entità (mal di testa,
disorientamento, nausea, etc.) per esposizioni acute fino al rischio di
patologie oncologiche per esposizioni croniche anche a concentrazioni
minimali
Analogie
Al momento non esistono esperienze di installazione di sistemi distribuiti
per il monitoraggio della qualità dell‟ aria integranti sensori per composti
organici volatili. Esistono e sono commercializzati sistemi portatili per la
definizione puntuale della qualità dell‟ aria indoor che utilizzano
informazioni provenienti da sensori per VOC [3].
Sensori di CO2 cominciano a venire integrati per applicazioni di
monitoraggio qualità dell‟ aria e e controllo dei sistemi HVAC ne è un
esempio rilevante il progetto del SIEEB Sino-Italian Ecological Energy
Efficient Building, promosso dal Ministero della Scienza e della Tecnologia
della Repubblica Popolare cinese (Most) e dal Ministero dell‟Ambiente e
della Tutela del Territorio italiano (IMET) che verrà realizzato all‟ interno del
Campus
della
Tsinghua
University,
Pechino
(http://www.ediliziainrete.it/scheda_real.asp?rec=618).
E‟
però
da
sottolineare che l‟ utilizzo della CO2 come marcatore della qualità dell‟ aria
porta a risultati molto approssimativi e talvolta fuorvianti.
Riferimenti
commerciali:
Alcune soluzioni proposte da Siemens (Sistema APOGEE) [5] e Millennial
Net [4] utilizzano il concetto di rete wireless per il controllo dei sistemi
HVAC ma si basano fondamentalmente sulla misurazione della
temperatura, trascurando il contributo al comfort e alla safety della
presenza di VOC. Per quanto riguarda i sistemi per la rilevazione puntuale
un riferimento plausibile è offerto da Kanomax [3] e Fluke [6].
RIFERIMENTI
4.3 Green Computing
4.4 AI HVAC: intelligenza
computazionale
associata a sistemi HVAC
4.5 IAQ-Indoor air quality
[1] Rapporto Trend 2007 Gartner inc.
[2] Associazione Green Grid, website: http://www.thegreengrid.org/
[3] Progetto Smartplanet IBM, website: http://www.ibm.it/smarterplanet
[4] Progetto FP7-Fit4Green, website: http://www.fit4green.eu
[5] Progetto FP6-eDiana, website: http://www.eDiana.eu
[1] N. Nassif, et al., Evolutionary algorithms for multiobjective optimization in HVAC system control
strategy, in Annual Conference of the North American Fuzzy Information Processing Society NAFIPS Vol. 1, pp. 51–56, 2004.
[2] V.Congradac et al., HVAC system optimization with CO2 concentration control using genetic
algorithms, Energy and Buildings 41 (2009) 571–577
[3] H. Doukas et al. Intelligent building energy management system using rule sets, Build. and Env. 42
(2007) 3562–9
[4] C. Perfumo et al., Reducing energy use and operational cost of air conditioning systems with multiobjective evolutionary algorithms, IEEE WCCI 2010, July, 18-23, 2010 - CCIB, Barcelona, Spain.
[5] J. Wight and Y. Zhang, An ”ageing” operator and its use in the highly constrained topological
optimization of HVAC system design, in GECCO ’05, pp. 2075–2082, New York, NY, USA, 2005,
ACM.
[6] J. F. Kreider, et al., Expert systems, neural networks and artificial intelligence applications in
commercial building HVAC operations, Automation in Construction 1 (1992) 225-238
[1] Edilizia in rete, Articolo sul SIEEB, http://www.ediliziainrete.it/scheda_real.asp?rec=618
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[2] Gi Heung Choi, Gi Sang Choi, and Joo Hyoung Jang, Web Information Systems for Monitoring and
Control of Indoor Air Quality at Subway Stations, Lecture Notes in Computer Science, Volume
5854/2009, pp 195-204.
[3]
Soluzione
IAQ
Kanomax:
http://www.kanomax.usa.com/product_catalog/
Kanomax_iaq_solutions.pdf
[4] Millennial Net HVAC: web : www.millennial.com/industries/hvacmonitoring.php
[5] Sito Siemens APOGEE: http://www.buildingtechnologies.siemens.com/bt/us/Pages/?rc=1
[6] Rilevatori portatili VOC Fluke: http://fluke.co.uk/fluke/itit/products/Strumenti-HVAC-IAQ.htm
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5.
USO EFFICIENTE E SOSTENIBILE DELLE RISORSE D’ACQUA
di ROBERTO FARINA
5.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: le risorse idrichea
o
In questi ultimi anni il problema della scarsità di acqua e di una sua
gestione più attenta sta diventando un argomento di primaria importanza in
Italia e più in generale nel mondo.
Diversi sono gli esempi che si possono osservare in Italia e nel mondo atti
a dimostrare la possibilità di intervenire sul risparmio idrico negli edifici
adibiti ad uso civile e la fattibilità di un recupero delle acque reflue dopo
opportuno trattamento, con le conseguenti implicazioni legate anche al
risparmio energetico. Tutti questi interventi sono però disaggregati, e di
tipo puntuale rivolti più a risolvere specifici problemi che a dimostrare i
vantaggi ambientali ed economici del risparmio idrico.
L‟Italia è il paese europeo che ha il maggior prelievo di acque da
sottosuolo. Questo è dovuto alla mancanza di grandi fiumi o grandi bacini
naturali che permettano un emungimento di acque superficiali meno
pregiate rispetto a quelle sotterranee. Il settore con la maggiore richiesta
idrica è sicuramente l‟agricoltura che utilizza circa il 60-70% di tutta l‟acqua
utilizzata in Italia, seguito poi dall‟industria con circa il 20% e per ultimo il
comparto civile con circa il 15-20%. Nonostante il relativo basso impatto
dal punto di vista quantitativo il settore civile ha una grande rilevanza in
quanto l‟acqua da esso utilizzata è la migliore acqua che si può avere e la
più pregiata. Ne consegue che la sua gestione più oculata può ridurre il
depauperamento delle riserve di acqua più pregiata, bisogna tener
presente inoltre che i consumi di acqua di alta qualità in ambito civile si
riducono agli usi per l‟alimentazione umana (acqua da bere e per la cottura
dei cibi) e acqua ad uso idropotabile per il lavaggio del corpo e l‟igiene
della persona. Per gli usi alimentari si usano circa 7 litri per persona al
giorno, mentre per l‟igiene personale ne servono circa 70. La parte
restante dell‟acqua utilizzata in ambito civile (circa 100-130l abitante al
giorno) serve per tutti gli altri usi quali la pulizia della casa, il risciacquo
delle toilette, e l‟irrigazione del giardino e la pulizia delle aree esterne come
evidenziato anche da ricerche svolte dall‟ENEA.
Le aree urbanizzate, e di conseguenza impermeabilizzate, presentano
inoltre il problema di richiedere una gestione delle acque di pioggia che
non potendo trovare una strada per l‟infiltrazione nel sottosuolo devono
essere opportunamente raccolte e convogliate nei corpi idrici recettori.
Vista la grande quantità di acqua piovana che in un‟area urbana deve
essere smaltita la capacità di recepimento dei corpi idrici deve essere
opportunamente valutata e per questo la legislazione nazionale e regionale
regolamenta l‟apporto di queste acque, obbligando chi intende scaricarle a
effettuare un trattamento delle acque di prima pioggia, e di avviare al corpo
idrico solamente le acque di seconda pioggia a portate non superiori a
limiti ben indicati. Questo comporta la realizzazione di strutture atte a
contenere queste acque e rilasciarle in tempi più lunghi.
Bisogna inoltre rilevare come le acque di pioggia, specie quelle raccolte
dalle superfici di copertura, hanno una qualità molto elevata e praticamente
priva di inquinanti che me permette l‟uso praticamente in tutti gli usi non
idropotabili. La quantità di acqua che si può raccogliere dalle superfici
impermeabilizzate dipende dalla piovosità del luogo. A titolo di esempio
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ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
con un valore di piovosità di circa 500mm anno, che può essere
considerato un valore medio per l‟Italia, sono sufficienti circa 130 metri
quadri di superficie per fornire l‟acqua necessaria ai consumi quotidiani di
una persona. Ne deriva che una gestione attenta delle acque di pioggia
può permettere di integrare in maniera considerevole i consumi idrici civili.
Tra le nuove fonti di acqua bisogna sicuramente da annoverare le acque
grigie, ossia le acque che possono essere raccolte dai bagni toilette
escluse. Queste acque presentano un grado di inquinamento relativamente
basso. Semplici trattamenti depurativi possono essere utilizzati al fine di
rimuovere la gram parte degli inquinanti e renderle disponibili al riuso in
utilizzi specifici.
Bisogna tener presente inoltre la stretta correlazione tra acqua ed energia
sia a livello locale che in un‟ottica di distretto urbano.
L‟acqua richiede grandi quantità di energia sia per la sua potabilizzazione
sia per il suo trattamento depurativo dopo l‟uso. La riduzione dei consumi
idrici permette di ridurre l‟energia consumata a questo scopo.
Ultimo aspetto di non piccola rilevanza è quello energetico. In Europa il
25% dell‟energia utilizzata negli edifici è legato al riscaldamento dell‟acqua
ed è come consumo energetico secondo solo al riscaldamento degli edifici.
Una attenta gestione dell‟acqua permette di ridurre drasticamente questi
consumi. In questo senso le acque di scarico calde (cucina, docce)
possono essere una ulteriore fonte di approvvigionamento di calore
ulteriore oltre a quelle già previste, anche perché concentrate tipicamente
in lassi di tempo brevi, facilmente identificabili.
ll Tecnopolo di Bologna è una struttura civile di grosse dimensioni che
prevederà la presenza di circa 3000 persone una volta a regime.
Questa struttura ospiterà attività ad alto contenuto scientifico e proprio per
questa sua valenza è indispensabile che sia essa stessa un edificio
dimostrativo di possibili tecnologie oggi direttamente applicabili, ma anche
una dimostrazione di tecnologie più innovative che pur non essendo
ancora arrivate ad una maturità industriale potranno trovare uno sbocco in
tal senso in un breve lasso di tempo.
All‟interno del Tecnopolo saranno presenti sia attività di servizio che riferite
all‟uso della risorsa idrica sono riferibili alla mensa e alle caffetterie, che
attività di ricerca con la presenza di laboratori.
I laboratori che si verranno ad insediare al suo interno saranno molto
diversificati con richieste idriche di tipo quantitativo e qualitativo molto
differenziate tra loro. È fondamentale perciò pensare di ottimizzare l‟uso
dell‟acqua al fine di ridurre il più possibile la richiesta di acqua da
acquedotto e nel contempo favorire l‟uso anche di acque di qualità non
potabile (tra cui anche le acque di scarico) per gli usi di minor pregio.
Una corretta progettazione dovrà tener conto dei vari utilizzi che si
possono trovare all‟interno della struttura e di pervenire ad una loro
classificazione per identificarne un possibile riuso.
A partire dall‟ipotesi già prevista per il Tecnopolo di Bologna di un
approvvigionamento idrico da rete per gli usi tecnologici ed idropotabili, e di
utilizzo di acqua industriale per gli usi out door,nel seguito si propongono
soluzioni che possano ulteriormente favorire un uso innovativo e
sostenibile della risorsa acqua in particolare in merito all‟utilizzo integrato
delle acque di pioggia e delle acque sanitarie usate. L‟opportunità che si
presenta ora nella realizzazione del Tecnopolo di Bologna è non solo di
applicare tutte le migliori tecnologie per il risparmio idrico esistenti
attualmente nel rispetto dei parametri di legge, ma anche di considerare la
possibilità di adottare soluzioni tecnologicamente innovative che lo
trasformino (almeno in parte) in un edificio dimostrativo, esempio di ricerca
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applicata, sulle tecniche di risparmio e riuso dell‟acqua.
La presente nota propone, distinguendole, entrambe le proposte tenendo
conto che la prima rappresenta una esigenza non eludibile, la seconda una
possibilità auspicabile. In quest‟ottica tra l‟altro si potrebbe anche provare
ad accedere ai fondi che periodicamente l‟European Strategy Forum on
Research Infrastructures mette a disposizione per la realizzazione di
strutture a valenza scientifica di livello europeo. In questo caso la
realizzazione di un Centro-Progetto focalizzato su acqua ed energia
potrebbe essere un‟interessante esperienza, tenendo inoltre conto che in
Italia attualmente non esistono strutture che vengano finanziate attraverso
questo strumento.
5.2 Acque di pioggia
o
Sono le più semplici da riutilizzare in quanto di qualità particolarmente
elevata.
Vista la casualità degli eventi piovosi contro un uso che può essere
considerato pressoché costante dell‟acqua all‟interno della struttura il
problema è quello di disaccoppiare la raccolta delle acque di run off dal
loro utilizzo senza per questo determinarne un decadimento qualitativo.
Sarà utile quindi considerare la realizzazione di serbatoi interrati con
superfici trattate al fine di ridurre la possibilità di depositi e ricrescita
batterica di dimensioni adeguate agli utilizzi. La dimensione dei serbatoi
potrà essere dimensionata tra il minore dei valori risultante dai possibili
utilizzi dell‟acqua e la quantità di pioggia avviabile alla raccolta..
L‟acqua raccolta dovrà essere distribuita all‟interno dell‟edifici mediante
una rete dedicata e comunque allacciata alla rete idropotabile mediante
sistemi atti ad impedire la contaminazione di quest‟ultima, per gli usi di
minor pregio quali il di lavaggio pavimenti, la ricarica delle cassette di
scarico dei WC, raffreddamenti e lavaggi di terminali nei laboratori,
irrigazione del verde. Il retentato derivante dai trattamenti di addolcimento
e osmosi potrà essere anch‟esso riusato, se non meglio, almeno
nell‟alimentazione degli scarichi WC.
Anche nei laboratori, opportunamente segnalata, potrà essere distribuita
acqua non potabile per alcuni uso di minor pregio (raffreddamenti, lavaggi).
In particolare le acque di run off da tetto potranno essere utilizzate anche
per il mantenimento dei livelli all‟interno delle vasche antincendio e nelle
ricariche dei circuiti dedicati alla climatizzazione.
Le acque derivanti da run off stradale o da piazzale potranno essere
gestite all‟interno di aree naturali quali extended detention ponds. Queste
acque potranno essere utilmente conservate invece di avviarle allo scarico
e utilizzate ad integrazione dell‟irrigazione delle aree verdi o per il lavaggio
delle aree impermeabili ad uso della struttura.
Gli eventuali eccessi di acqua che eventualmente si venissero a creare
potranno essere avviati alla ricarica della falda mediante opportuni sistemi
di infiltrazione.
5.3 Acque sanitarie: riuso e scarico
o
Particolare attenzione dovrà essere posta alla distribuzione dell‟acqua
sanitaria con particolare riferimento ai punti di possibile utilizzo dell‟acqua
calda, al fine di ridurre le dispersioni termiche:
I bagni dovranno essere posizionati il più possibile vicino alle linee
principali di distribuzione.
I sistemi di ricircolo dell‟acqua dovranno essere a portata variabile, e
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ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
comandati dalla richiesta di acqua calda sanitaria.
La rubinetteria idraulica dovrà essere a doppio scatto, o con fotocellula per
limitare i consumi idrici
Nelle aree docce o comunque dove è richiesta una costanza della
temperatura di erogazione dell‟acqua (docce) potranno essere installati
rubinetti a controllo elettronico della temperatura
Le cassette di scarico dovranno essere a doppia pulsantiera al fine di
ridurre i consumi idrici e adatte all‟alimentazione con acqua non potabile.
Acque di scarico
Gli scarichi dei laboratori assimilabili alle acque grigie possono alimentare
il sistema di riuso delle acque grigie, mentre gli altri scarichi
opportunamente raccolti e, se necessario, avviati ad opportuno
trattamento.
Inoltre è possibile favorire la riduzione dei consumi idrici e il recupero del
calore dagli stessi: a tal fine le acque grigie dei bagni devono essere
raccolte in maniera separata dalle acque nere. Le acque nere potranno
essere avviate al trattamento di depurazione municipale mentre le acque
grigie potranno essere invece trattate mediante sistemi sia di tipo estensivo
che di tipo intensivo e riutilizzate a reintegro delle acque di pioggia nelle
cassette di risciacquo, nei lavaggi in door o out door e nell‟irrigazione delle
aree verdi.
Il retentato derivante dai trattamenti di addolcimento e osmosi potrà
anch‟esso avviato al riuso nelle cassette di risciacquo se non trova più
vantaggioso utilizzo altrimenti.
5.4 Uso innovativo delle acque
o
Già circa 10 anni fa l‟ENEA ha fatto una prima azione di tipo dimostrativo integrata
su un edificio civile (progetto AQUASAVE) che però non ha avuto seguito vista
l‟impossibilità di intervenire in strutture non di proprietà.
Con l‟opportunità rappresentata dal progetto del Tecnopolo di Bologna, si
potrebbe realizzare un edificio (presumibilmente anche selezionato tra quelli di
nuova edificazione previsti) nel quale vengono implementate e monitorate le
migliori tecnologie attualmente disponibili per il risparmio ed il riuso dell‟acqua, e
contemporaneamente implementate anche nuove soluzioni.
Più praticamente gli interventi che si potrebbero realizzare in un edificio all‟interno
del Tecnopolo possono essere interventi legati alla:
•
riduzione dei consumi idropotabili
•
uso delle acque di pioggia
•
riuso delle acque grigie
•
recupero di nutrienti da scarichi
•
analisi dei consumi idrici e termici ad essi correlati.
Riduzione dei consumi
idropotabili
In questo settore si tratta di applicare apparati idraulici a basso consumo o a
controllo dei consumi. tipo di interventi si effettuano normalmente al punto di
utilizzo: rubinetto, cassetta di flussaggio
Uso delle acque di
pioggia
La raccolta delle acque di pioggia si è dimostrata un‟utile tecnica per la riduzione
dei consumi idrici negli edifici civili. Questa tecnologia ancora poco utilizzata, può
essere realizzata con diverse tecniche che vanno dalla semplice raccolta e
filtrazione, all‟uso di tetti verdi che possono avere un impatto vantaggioso sia sulla
qualità dell‟aria che a livello di risparmio energetico.
In entrambi i casi si tratta di progettare reti di raccolta e distribuzione
opportunamente realizzate al fine di evitare commistioni tra acqua potabile e
acqua di pioggia.
Riuso
grigie
Le acque grigie rappresentano la maggior parte delle acque prodotte in un edificio
civile adibito ad uso non residenziale. Il loro riuso risulta quindi di primaria
delle
acque
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ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
importanza per la riduzione dei consumi. Per realizzare questa soluzione è
possibile applicare tecnologie di tipo intensivo che richiedono di avere a
disposizione un locale tecnico all‟interno del quale realizzare l‟impianto di
trattamento. Oppure è possibile implementare tecnologie di tipo estensivo che
richiedono l‟uso di aree verdi esterne all‟edificio. In entrambi i casi è necessario
sviluppare una rete per la raccolta e distribuzione. Questo tipo di acqua può
essere utilmente usata per il lavaggio di superfici interne ed esterne e per
l‟irrigazione delle aree verdi.
Recupero di nutrienti
da scarichi
Uno dei maggiori punti di utilizzo di acqua e di scarico di materiale organico e
azoto sono i WC. Nell‟edificio dimostrativo si possono applicare diversi tipi di
cassette di flussaggio al fine evidenziare i vantaggi nell‟uso di una o dell‟altra
tecnologia.
Di particolare interesse risulta anche il recupero di nutrienti dagli scarichi dei WC.
A questo fine possono implementare di apparati con raccolta separata delle acque
gialle dalle acque nere che favoriscono dopo opportuni trattamenti il recupero dei
nutrienti.
Analisi dei consumi
idrici e termici ad essi
correlati
Ad un sistema così pensato è indispensabile collegare un apparato di rilevazione e
di acquisizione dei consumi idrici e termici che permetta di analizzare tutti i dati
possibili al fine di realizzare delle elaborazioni utili per future applicazioni.
Tutte queste azioni si possono realizzare non solo in edifici adibiti ad uffici, ma
anche in edifici (o parti di) adibiti a laboratori che per loro natura rappresentano
dei punti di forte consumo di acqua.
Durante la fase di progettazione e realizzazione sarà opportuno mettere in atto
tutte quelle precauzioni idonee a sottoporre facilmente la rete idrica a modifiche.
RIFERIMENTI
1. Bortone G., Cimatti E., Failla B., Spadoni M., Stante L. (1999). Innovative water saving systems in
households in Europe". 2nd Inter-Regional Conference on Environment-Water , September 1-3, 1999,
Lausanne, Switzerland
2. Bortone G., Cimatti E., Failla B., Spadoni M., Stante L. (1999). Innovative water saving systems in
households in Europe.. Water Security in the Third Millenium, Villa Olmo (Como, Italy), 12-15 April
1999.
3. Bortone G., Cimatti E., Spadoni M., Failla B., Stante L. (2000). Il progetto Aquasave a Bologna.
EcoEnea - Architetture per lo sviluppo sostenibile, No 145 Febbraio, 23-25.
4. Bortone G., Stante L., Failla B., Spadoni M., Cimatti E. (2000). Consumer safety and household water
saving strategies. H2O Obiettivo 2000 - International Conference, 3-5 May 2000, Centro Congressi
Lingotto, Torino (Italy).
5. Failla B., Cimatti E., Spadoni M., Stante L., Bortone G. (2000). Innovative water saving systems for
urban areas: the Aquasave project". SIDISA - International Symposium on Sanitary and
Environmental Engineering, 18-23 September 2000, Conference Centre Santa Chiara, Trento (Italy).
6. Cimatti E., Failla B., Spadoni M., Stante L., Bortone G. (2000). Innovative household saving
strategies: the Aquasave project. RICICLA 2000, 8-11 Novembre 2000, Conferenza LIFE-AMBIENTE,
Rimini (Italia).
7. Cimatti E., Failla B., Stante L., Bortone G. (2001). Il risparmio dell’acqua in ambito domestico: il
Progetto Aquasave. URBANIA – Città e Ambiente Urbano. 28 febbraio-3 marzo 2001, Sessione
Conferenze, Padova (Italia)
8. Failla B., Spadoni M., Stante L., Cimatti E., Bortone G. (2001). The Aquasave project: innovative
water saving system in a residential building (Italy). International Symposium on Integrated Water
Resources Management.(Proceedings of symposium held at Davis, California USA April 2000). IAHS
Publ.N° 272 pp.121-125
9. Cimatti E., Failla B., Spadoni M., Stante L., Bortone G.(2001). Il risparmio ed il riciclo dell'acqua in
città: risultati preliminari del progetto "AQUASAVE" RICICLA 2001, 26/29- Settembre
10. B. Failla, E.Cimatti, L.Stante, G.Bortone (2001).Poster:The AQUASAVE project integrated water
saving system in household.International Water Association 2nd World Water congress Berlin, 15-19
October 2001
11. Progetto AQUSAVE Life Environment 2001
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12. Progetto PR43 “Contenimento dell’inquinamento provocato dalle acque di pioggia: modellizzazione
della formazione e propagazione di deflussi in rete, tecnologie impiantistiche atte a minimizzarne
l’inquinamento dovuto alle acque di pioggia” Finanziamento MIUR 2003
ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile 49
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parte 2 - LE AZIONI PRIORITARIE
STRATEGIE
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6.1 Strategie minimali
EFFICIENZA ENERGETICA
Soluzioni tecniche
a
Rif. Cap.
Tecniche di tipo passivo
Chiusure orizzontali opache
3.2
Chiusure verticali trasparenti
3.2
Chiusure verticali schermi solari
3.2
Giardini d‟inverno, serre solari, verande
3.2
Ventilazione naturale
3.2
Illuminazione naturale
3.2
Tecniche di tipo attivo
Sistema centralizzato gestione impianti
3.3
Regolazioni individuali
3.3
Contabilizzazione separata energia erogata
3.3
Recuperatori di calore aria espulsa
3.3
Recuperatori di calore acque grigie
3.3
Free cooling
3.3
Fotovoltaico
3.3
Accumuli
3.3
Sonde geotermiche
3.3
Snodo di smart grid
3.3
Ciclo di stirling per le aree verdi
3.4
Inseguitori solari
3.4
Tecnologie ICT
3.4
SISTEMI DI SUPERVISIONE, CONTROLLO E SONDE
Soluzioni tecniche
Rif. Cap.
Controllo intelligente adattativo:illuminazione
4.3
Intervenire su
Ex novo - Esistente
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
note
Cfr. nota [1].
Cfr. nota [2].
Cfr. nota [3].
Locali: mensa e laboratori
Locali: mensa e laboratori
X
X
X
X
X
X
X
X
Intervenire su
Ex novo - Esistente
X
X
USO EFFICIENTE E SOSTENIBILE DELLA RISORSA D’ACQUA
Soluzioni tecniche
Rif. Cap.
Intervenire su
Ex novo - Esistente
Rubinetteria idraulica a basso consumo
5.3
X
X
Recupero acque di pioggia da tetto
5.2
X
Recupero e trattamento acque di pioggia da
5.2
X
piazzale
Recupero acque grigie
5.3
X
Separazione e recupero acque gialle-nere
5.4
X
Rilevazione consumi idrici e termici acqua
5.4
X
Impianto di sistema
Impianto di sistema
Impianto di sistema
Aree esterne
Aree esterne
Lampioni e aree esterne
note
Locali: mensa, laboratori, locali
igienici, sala convegni, sale
riunioni. Cfr nota [4].
note
Impianto di sistema
NOTE:
[1].
Modello funzionale: parete isolata dall‟interno, parete isolata dall‟esterno, parete isolata nell‟intercapedine, parete
ventilata
[2].
Modello funzionale: facciata continua, facciata con vetro strutturale, vetrata sospesa, facciata a doppia pelle
Sistemi di apertura: ad anta, a bilico, a lamelle, scorrevole, saliscendi
[3].
Classificazione delle schermature ed utilizzo preferenziale rispetto all‟orientamento . Classificazione dei frangisole (UNI
8369, parte 4°) e schermature esterne
[4].
Le caratteristiche di illuminazione ideale variano significativamente a seconda del tipo di attività e che viene svolta nell‟
ambiente e la destinazione d‟ uso dello stesso. L‟ installazione di una rete di sensori di presenza/movimento/visuali può
fornire informazioni caratterizzanti che possono essere utilizzate, insieme a sensori di temperatura/umidità, per rilevare
ed identificare a scale temporali differenti le attività e la destinazione d‟ uso regolando in modo automatico ed
energeticamente efficiente l „ illuminazione.
a. Dislocazione di sensori di presenza/movimento/visuali
b. Implementazione di algoritmi di ambient intelligence volti all‟ identificazione delle attività
c. Implementazione di strategie di illuminazione adattativa efficiente
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6.2 Strategie di valore aggiunto
EFFICIENZA ENERGETICA
Soluzioni tecniche
o
Rif. Cap.
Tecniche di tipo passivo
Chiusure orizzontali opache
3.2
Chiusure verticali trasparenti
3.2
Chiusure verticali schermi solari
3.2
Chiusure orizzontali – tetti giardino
3.2
Partizioni orizzontali
3.2
Giardini d‟inverno, serre solari, verande
3.2
Ventilazione naturale
3.2
Illuminazione naturale
3.2
Riscaldamento naturale
3.2
Tecniche di tipo attivo
Sistema centralizzato gestione impianti
3.3
Regolazioni individuali
3.3
Contabilizzazione separata energia erogata
3.3
Recuperatori di calore aria espulsa
3.3
Recuperatori di calore acque grigie
3.3
Free cooling
3.3
Fotovoltaico
3.3
Pompe di calore
3.3
Gruppi frigo ad assorbimento
3.3
Laghi e spray jet
3.3
Accumuli
3.3
Sonde geotermiche
3.3
Snodo di smart grid
3.3
Ciclo di stirling per le aree verdi
3.4
Inseguitori solari
3.4
Tecnologie ICT
3.4
SISTEMI DI SUPERVISIONE, CONTROLLO E SONDE
Soluzioni tecniche
Rif. Cap.
Green Computing per Efficienza energetica
dei datacenter
Tecnologie Smart GRID.
4.3
4.2
Intervenire su
Ex novo - Esistente
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Cfr. nota [1].
Cfr. nota [2].
Cfr. nota [3].
Cfr. nota [4].
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Intervenire su
Ex novo - Esistente
X
X
X
note
X
USO EFFICIENTE E SOSTENIBILE DELLA RISORSA D’ACQUA
Soluzioni tecniche
Rif. Cap.
Intervenire su
Ex novo - Esistente
Rubinetteria idraulica a basso consumo
5.3
X
X
Recupero acque di pioggia da tetto
5.2
X
X
Recupero e trattamento acque di pioggia da
5.2
X
piazzale
Recupero acque grigie
5.3
X
X
Separazione e recupero acque gialle-nere
5.4
X
X
Rilevazione consumi idrici e termici acqua
5.4
X
X
Locali: mensa e laboratori
Locali: mensa e laboratori
Impianto di sistema
Impianto di sistema
Nelle aree esterne
Impianto di sistema
Impianto di sistema
Impianto di sistema
Aree esterne
Aree esterne
Lampioni e aree esterne
note
Centri di calcolo di medie
dimensioni. Cfr nota [5].
Centri di calcolo di medie
dimensioni. Cfr nota [6].
note
Cfr nota [7].
Cfr nota [8].
Impianto di sistema. Cfr nota [9].
Cfr nota [10].
Cfr nota [11].
NOTE:
[1].
Modello funzionale: parete isolata dall‟interno, parete isolata dall‟esterno, parete isolata nell‟intercapedine, parete
ventilata
[2].
Modello funzionale: facciata continua, facciata con vetro strutturale, vetrata sospesa, facciata a doppia pelle
Sistemi di apertura: ad anta, a bilico, a lamelle, scorrevole, saliscendi
[3].
Classificazione delle schermature ed utilizzo preferenziale rispetto all‟orientamento . Classificazione dei frangisole (UNI
8369, parte 4°) e schermature esterne
[4].
Coperture piane: praticabile, non praticabile, tetto a giardino. Modello funzionale: isolata, isolata a tetto rovescio, tipo
sandwich, isolata e ventilata.
Coperture inclinate: discontinua non isolata, discontinua isolata, discontinua isolata e ventilata
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Coperture trasparenti: a montanti e traversi, con fissaggi puntuali,
[5]
Installazione di una rete di sensori (temperatura, umidità, energia richiesta, carico computazionale etc) atti alla misura in
tempo reale delle condizioni di lavoro delle macchine installate. I dati sensoriali opportunamente elaborati da un sistema
di fusione sensoriale, implementato come plug-in del sistema di supervisione e controllo, verranno utilizzati per valutare
sia con approcci “measure and manage” che di controllo automatico :
a. Gli indici di efficienza energetica del data center (e.g. PUE)
b. Le condizioni di funzionamento del sistema di climatizzazione con rilevamento anomalie e inefficienze nei flussi
c. I parametri operativi globali del sistema di climatizzazione per il mantenimento di condizioni di efficienza energetica.
Il sistema sw di supervisione e controllo, inoltre, implementerà metodologie di allocazione dinamica dei carichi che
permetteranno di ottimizzare il consumo energetico a fronte del mantenimento degli indici SLA del data center, ove
richiesto.
Gli interventi avranno come framework di riferimento il contesto delle raccomandazioni Green Grid Alliance,
possibilmente includendo l‟ acquisizione di macchine a basso impatto ambientale.
[6].
Dal punto di vista dell‟utilizzatore finale, lo strumento principale che consente una gestione efficiente del sistema
edificio/impianto/utente è rappresentato dal “contatore elettronico” (“Smart meter”) che consente di trasformare le
informazioni provenienti dai diversi componenti/sottosistemi delle reti energetiche, in dati utili per l‟implementazione di
tecniche intelligenti di esercizio e gestione, anche in relazione a politiche di “demand response”. Le applicazioni di smart
metering prevedono pertanto il controllo, in real-time, dei consumi con l‟obiettivo ultimo di migliorare la gestione delle
risorse energetiche garantendo adeguati livelli di comfort per gli utenti. Il contatore elettronico necessita di una efficiente
ed affidabile comunicazione con i sistemi di gestione al fine di poter scambiare informazioni, effettuare una diagnosi in
tempo reale e proporre le conseguenti soluzioni. Inoltre, sensori (fra i quali sensori di qualità dell‟ aria, temperatura,
umidità, VOC, CO2) dovranno essere installati a differenti livelli di gerarchia (singole utenze, gruppi di utenze, ecc.) al
fine di acquisire le informazioni necessarie per elaborare politiche di controllo e gestione degli impianti e servizi
tecnologici (HVAC, Illuminazione, ecc.) improntate all‟ottimizzazione dei consumi. L’ utilizzo di piattaforme wireless
permetterà la riduzione dell’ impatto della dislocazione dei sensori, permettendone una collocazione libera da vincoli di
alimentazione e l’ eventuale rilocazione. Infine, opportuni algoritmi dovranno essere sviluppati al fine di garantire
interventi in tempo utile e in modo appropriato alle differenti tipologie di evento.
Interventi:
a. Installazione di contatori elettronici per il monitoraggio dei flussi energetici nei componenti/sottosistemi/utenti della
rete energetica locale.
b. Integrazione con la sensoristica per il monitoraggio della qualità dell‟aria, per l‟elaborazione di strategie mirate
all‟efficientamento dei consumi ed al conseguimento dei livelli di comfort e sicurezza richiesti in funzione delle diverse
destinazioni d‟ uso degli ambienti.
c. Implementazione di algoritmi adattativi per la gestione intelligente da realizzarsi come plug-in del sistema di
supervisione e controllo.
d. Controllo adattivo dell‟operatività dei parametri operativi sistema HVAC, con l‟obiettivo principale di effettuare lo
shaping della domanda energetica ai fini della riduzione dei picchi di carico
e. Implementazione di algoritmi di Fault detection/prediction per il sistema HVAC.
[7].
Uso di rubinetteria e apparati idrosanitari intelligenti
[8].
Realizzazione rete duale all‟interno degli edifici per gli usi non idropotabili
[9].
Realizzazione di un‟area per il trattamento locale delle acque di prima pioggia, e recupero delle seconde pioggie
[10].
Sistema di trattamento e riuso delle acque nelle cassette di risciacquo
[11].
Rilevazione con riconoscimento personale.
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ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA
Bologna, ottobre 2010
Editing: ENEA – arch. P. CLERICI MAESTOSI