I temi "caldi" della progettazione di edifici NZEB

Nella prassi progettuale degli ultimi decenni, sono numerose le tematiche chiave direttamente influenti sulla prestazione energetica dell’edificio e sul comfort degli occupanti che godono di scarsa attenzione da parte dei progettisti, sia per la complessità delle valutazioni e delle interrelazioni che esse comportano, sia per la carenza culturale rispetto a tali aspetti. Tuttavia, nel nuovo approccio richiesto nella concezione degli edifici ad energia zero, esse assumono un ruolo fondamentale nel raggiungimento o meno della prestazione energetica estremamente elevata richiesta.
L’inerzia termica
L’inerzia termica può essere definita come la capacità di una struttura edilizia di assorbire e rilasciare il calore nell’ambiente, in risposta a variazioni della temperatura esterna o ad una sorgente termica. L’edificio inerziale consente di gestire più efficacemente i carichi termici nel tempo, ottenendo notevoli vantaggi dal punto di vista del comfort ambientale e del contenimento dei consumi. Durante l’inverno, la massa inerziale accumula il calore proveniente dal Sole o scambiato con gli ambienti interni (per effetto dei carichi interni e del sistema di riscaldamento) e lo rilascia lentamente durante la notte, mantenendo l’edificio più caldo; d’estate, invece, essa consente uno sfasamento temporale ed un’attenuazione dei picchi dell’onda termica mantenendo, di conseguenza, più freschi gli ambienti interni. Per ottimizzare l’efficacia dell’inerzia termica di un edificio, è importante combinare correttamente, in funzione della località e della destinazione d’uso, la massa e l’isolamento dell’involucro, la ventilazione, l’orientamento delle finestre, il livello di ombreggiamento e le tecniche di riscaldamento e raffrescamento passivo.
I sistemi di schermatura solare e controllo del daylighting
L’esigenza di schermare la radiazione solare incidente sui componenti trasparenti deve sempre essere confrontata con quella di garantire la visibilità verso l’esterno ed un’adeguata illuminazione degli ambienti, sia a livello quantitativo che qualitativo (evitando, ad esempio fenomeni di abbagliamento).
In prima analisi, nella definizione di massima del sistema da adottare, possono essere seguiti alcuni criteri generalmente condivisi. Per riportare un esempio, alle nostre latitudini, tra i sistemi fissi, gli aggetti orizzontali ben si prestano alla schermatura di facciate esposte a Sud in quanto, se opportunamente dimensionati, possono garantire il massimo ombreggiamento del componente trasparente nei mesi estivi ed il massimo apporto solare in quelli invernali, sfruttando i differenti percorsi solari. Sono, comunque, da preferire i sistemi mobili che, per la loro maggiore flessibilità, permettono una modulazione coordinata dei parametri di confort termico, luminoso e visivo.
Tuttavia, al fine di tener conto dell’interazione tra le esigenze sopra esposte e conseguentemente ottimizzare il sistema di schermatura, occorrerà effettuare specifiche analisi termiche ed illuminotecniche, ricorrendo anche a strumenti di simulazione virtuale o a modelli in scala.
Il ruolo dei sistemi impiantistici
Un’attenta progettazione architettonica degli edifici, volta a minimizzare il fabbisogno di energia termica dovuto all’involucro edilizio, deve essere necessariamente abbinata a soluzioni impiantistiche adeguate. In primo luogo, la riduzione delle potenze termiche in gioco per la climatizzazione estiva ed invernale consente di adottare efficacemente soluzioni ad alta efficienza energetica, quali, ad esempio,  pompe di calore (in grado di sfruttare fonti a bassa entalpia) o sistemi di micro-cogenerazione, ottenendo un effetto sinergico sulle prestazioni del sistema edificio-impianto che consenta di massimizzare i benefici energetici, ambientali ed economici. Un’oculata valutazione delle scelte impiantistiche deve riguardare, inoltre, non solo la generazione, la distribuzione e l’emissione dell’energia termica, ma anche la gestione ed il controllo di tutti i flussi energetici all’interno dell’edificio. Soluzioni di building automation ben progettate possono, infatti, contribuire a rendere gli edifici dei veri e propri sistemi adattivi, in grado di adeguare dinamicamente il proprio profilo di funzionamento alle condizioni al contorno, garantendo il comfort ottimale degli utenti e, nel contempo, minimizzando il fabbisogno energetico.
Il contributo delle fonti rinnovabili
Si può affermare che l’ottenimento di un edificio ad energia zero risulta indissolubilmente legato al contributo energetico che può essere fornito da fonti energetiche rinnovabili disponibili a livello locale. Infatti, l’impiego di soluzioni tecnologiche ed impiantistiche altamente efficienti non è, nella maggior parte dei casi, sufficiente ad azzerare il bilancio energetico di un organismo edilizio. Fortunatamente, risultano oggigiorno disponibili diverse tecnologie per lo sfruttamento delle risorse energetiche rinnovabili, sia di tipo non programmabile, quali quella solare e quella eolica, che di tipo programmabile, come la biomassa. Molti di questi sistemi sono attualmente in grado di conciliare sia le esigenze estetiche del manufatto edilizio, sia quelle legate alla produzione di energia. Attuando una progettazione organica ed integrata, risulta, quindi, possibile generare energia in quantità pari o addirittura superiore al fabbisogno globale dell’edificio, sfruttando esclusivamente le risorse rinnovabili. Inoltre, grazie alle politiche incentivanti ed ai notevoli progressi tecnologici raggiunti negli ultimi anni, l’energia autoprodotta da tali impianti risulta, nella maggior parte dei casi, economicamente più competitiva rispetto a quella ricavata da fonti fossili ed approvvigionabile mediante le infrastrutture energetiche urbane.
La simulazione energetica in regime dinamico come supporto all'ottimizzazione del progetto degli edifici ad energia zero
La concezione di un edificio ad energia zero presuppone, già nelle fasi preliminari, una valutazione degli effetti delle azioni progettuali sulle prestazioni energetiche dell’edificio. Tuttavia, la progettazione di un edificio ad energia zero presuppone l’utilizzo di algoritmi di calcolo dettagliati, che tengano correttamente in considerazione le interrelazioni tra le tematiche esposte nei punti precedenti e che valutino la risposta dinamica dell’edificio rispetto alle variazioni nel tempo delle condizioni climatiche (aspetto particolarmente importante nella determinazione della prestazione energetica estiva) e del profilo di utilizzo da parte dell’utenza.
Al fine di conciliare le due esigenze, è necessario ricorrere a strumenti di calcolo che, pur implementando tali algoritmi, siano caratterizzati da una buona velocità ed intuitività nella modellazione, consentendo, quindi, una verifica iterativa, mediante un processo di “prova e sbaglia”, del comportamento energetico globale dell’edificio.
Tali aspetti sono stati recepiti, ad esempio, nella creazione dell’applicativo BESTenergy, consistente in un plug-in per SketchUp 8, sviluppato dal dipartimento BEST del Politecnico di Milano, che effettua simulazioni energetiche in regime dinamico su modelli virtuali di edifici utilizzando il motore calcolo Energyplus 7.1. Esso coniuga, pertanto, la semplicità di modellazione propria del primo con la complessità delle valutazioni effettuate dal secondo.

Autore: Niccolò Aste
Pubblicato su Modulo 383/2013

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