TECNOLOGIE ATTIVE A SERVIZIO DELL’EDIFICIO

CAMPI BISENZIO. Palazzina riqualificata, novembre 2021

Tecnologie attive

a servizio dell’edificio

La riqualificazione energetica di una palazzina a Campi Bisenzio mira alla riduzione dei fabbisogni energetici dell’edificio e a soddisfarli attraverso la produzione di energia termica ed elettrica direttamente in loco

di Ing. MARTINO GUBERT

Eurac Research

Ottimizzare la produzione di energia da fonti rinnovabili di un edificio con il consumo dei suoi sistemi energetici è una realtà. La riqualificazione energetica di una palazzina di 12 appartamenti a Campi Bisenzio, alle porte di Firenze, ne è la prova. Il concetto energetico alla base dell’intervento di efficientamento mira innanzitutto alla riduzione dei fabbisogni energetici dell’edificio (riscaldamento, raffrescamento, acqua calda sanitaria e ventilazione) e a soddisfarli attraverso

la produzione di energia, termica ed elettrica, direttamente in loco, evitando in questo modo la richiesta di energia dalla rete nazionale. Questo concetto è chiamato in inglese Energy Matching, da cui prende il nome l’omonimo progetto europeo finanziato nell’ambito dei fondi Horizon 2020.

IL PROGETTO DI CAMPI BISENZIO

Nel 2017, la palazzina di 12 unità abitative, in gestione a Casa SPA, di via Marconi a Campi Bisenzio, necessitava di una riqualificazione energetica completa visti i suoi 38 anni di esercizio. I mq di superficie totale riscaldata sono circa 840, con una superficie in pianta di 380 m², 1100 m² di facciate e 125 m² di superficie finestrata. L’edificio risultava in classe energetica F con un consumo medio di 150 kWh/mq*a, privo di isolamento esterno sia dei muri che della copertura piana (in amianto), finestre in alluminio ancora originali, assenza di sistemi di ventilazione/raffrescamento e con impianto termico autonomo composto da singole caldaie a gas sia per il riscaldamento che per l’acqua calda sanitaria. Insomma, un classico edificio residenziale che bene descrive una tipologia molto diffusa nel nostro paese, il candidato perfetto al recente Bonus 110%. Grazie al progetto EnergyMatching, è stato possibile attivare una riqualificazione profonda sull’edificio, che ha visto quindi l’implementazione di una serie di soluzioni ad alto contenuto innovativo e tecnologico. A differenza delle tradizionali riqualificazioni energetiche, che ad oggi vediamo realizzate in meno di un anno, vi è stato un processo innovativo, partecipativo, di sviluppo tecnologico e di analisi dettagliate che ha coinvolto 17 partner a livello europeo e che è durato ben quattro anni, comprendendo la parentesi pandemica. In questa tipologia di progetti non vi sono soluzioni o sistemi standard; essi vengono sviluppati dai partner del progetto, testate in laboratori specializzati e, infine, vengono studiati ad hoc per la loro installazione sugli edifici “pilota” come quello di Campi Bisenzio. Il progetto ha visto una prima fase di analisi della configurazione esistente, attraverso degli audit energetici e geometrici dettagliati; una fase di modellazione energetica dinamica e di analisi prestazionali dell’intervento di riqualificazione; un’attenta progettazione di dettaglio da parte di Casa SPA in concerto con Eurac Research e i

ENERGYMATCHING, IN COSA CONSISTE?

L’obiettivo generale del progetto EnergyMatching è quello di sviluppare soluzioni di involucro per l’edificio che siano adattive e adattabili al fine di massimizzare la produzione delle cosiddette FER (Fonti di Energia Rinnovabile) nell’ambiente costruito. Il progetto mira a sviluppare tali soluzioni e a dimostrarle in una serie di edifici pilota, con l’obiettivo di raggiungere il target nZEB (edificio a energia quasi zero) minimizzando la richiesta di energia da prelevare dalla rete. Inoltre, il progetto prevede lo sviluppo di un sistema che permetta di collegare gli edifici riqualificati con la rete energetica locale, gestendoli in maniera smart da un hub energetico, bilanciando, appunto, consumi e produzione dell’edificio. Le soluzioni sviluppate mirano, inoltre, a un alto valore estetico e di flessibilità per far fronte alle diverse esigenze tecnoarchitettoniche.

Nel dettaglio, le soluzioni sviluppate sono: involucro BIPV (Building Integrated PhotoVoltaic), una sottostruttura versatile “Click-&-Go” per diversi sistemi di rivestimento di facciata ventilata che mira a facilitare il suo montaggio e smontaggio, un catalogo di finestre multifunzionali solari autonome ad alte prestazioni e soluzioni per riscaldare e ventilare gli ambienti da fonti rinnovabili (SolarWall).

Il progetto si focalizza sugli edifici residenziali. Questi, una volta risanati, risultano essere “elementi attivi” all’interno della rete energetica, nel senso che consumano, producono (tramite per esempio il fotovoltaico), immagazzinano (tramite accumuli termici ed elettrici) e scambiano energia. EnergyMatching dimostra un primo passo necessario per trasformare il mercato energetico europeo, da sistemi nazionali centralizzati e basati sui combustibili fossili, a un sistema decentralizzato, rinnovabile, interconnesso e adattivo.

Casa SPA

partner di progetto coinvolti nello sviluppo delle tecnologie adottate; lo studio della cantierizzazione e del cronoprogramma dei lavori fino ad arrivare alla realizzazione dell’intervento vero e proprio, coordinando l’installazione di tecnologie provenienti da mezza Europa. Un aspetto importante che ha caratterizzato la progettazione è stata l’integrazione estetica delle soluzioni al fine di rendere l’intervento architettonicamente gradevole.

FINESTRE SOLARI

Il concetto che sta alla base dello sviluppo della finestra solare, chiamata Solar Window Block – SWB (Monoblocco Solare), è quello di rendere l’elemento finestra energeticamente autonomo (ovvero non collegato alla rete elettrica) e multifunzionale, a fronte della volontà di offrire all’utente alto comfort interno (termico, igrometrico e di qualità dell’aria). Il SWB installato nell’edificio è costituito da un sistema finestra che integra, in un monoblocco isolante, una finestra con triplo vetro ad alte prestazioni (Uw 0,81, Uf 0,98 e Ug 0,60), un sistema di oscuramento a micro-lamelle integrato nella vetrocamera e un micro-sistema fotovoltaico “a isola” composto da pannello fotovoltaico, un pacchetto batterie e una macchina di ventilazione a doppio flusso con recuperatore di calore (efficienza termica nominale di scambio fino a 82%). La finestra tipo “versatile continentale” di Eurofinestra, con triplo vetro e micro-lamelle integrate di ScreenLine by Pellini è stata installata su di un monoblocco isolato con uno strato di poliestere estruso XPS con lambda 0,034 attorno al foro finestra. Lo stesso monoblocco è stato progettato in maniera tale che lo spazio precedentemente utilizzato dalla tapparella formi un cavedio tecnico dove è stata integrata la macchina di ventilazione, il pacco batterie al litio e l’impiantistica necessaria al suo funzionamento (mppt, fusibili, etc.). Il pannello solare vetro-vetro prodotto da Onyx è di dimensioni importanti (1,5x 1,3 m) e offre una potenza di picco pari a 320 Wp. È stato posizionato sotto la finestra ed è collegato tramite un cavo solare inglobato nello stesso monoblocco. La progettazione e l’installazione delle 39 finestre solari ha richiesto un particolare sforzo di coordinamento tra Casa Spa e le aziende coinvolte, arrivando a ultimare l’installazione a settembre 2021. Aspetto chiave per la buona riuscita del progetto è stata l’installazione di una finestra di prova, prima della produzione di tutte le finestre, che ha permesso di valutare i processi di installazione, problematiche di cantiere nonché di apportare migliorie ed ottimizzare la finestra. Dalle analisi e test di laboratorio fatti il monoblocco finestra coprirà il 100% dell’energia richiesta dalla macchina di ventilazione durante

Casa SPA

Casa SPA

FIGURA 2. A sinistra, sistema di controllo manuale per il sistema schermante integrato nel vetrocamera. A destra, prospetto ovest risanato con in evidenza il modulo fotovoltaico a servizio del monoblocco multifunzionale. Partner di progetto: Eurofinestra, Eurac Research, Pellini, Tulipps, ONYX

tutto l’anno, annullando, di fatto, la richiesta di energia elettrica dalla rete e, allo stesso tempo, migliorando il comfort interno degli ambienti grazie al ricambio costante di aria.

MURO SOLARE

Una tra le sfide più grandi è stata quella di rivoluzionare il concetto energetico partendo da una configurazione che vedeva ben 12 singole caldaie a metano per la produzione di riscaldamento e ACS, senza nessun sistema di raffrescamento. Nel progetto, il concetto energetico si è focalizzato sull’adozione di una pompa di calore aria-acqua accoppiata a un “muro solare” (SolarWall), che consente di catturare l’energia solare preriscaldando l’aria in ingresso alla pompa di calore e, di fatto, migliorandone le performance elettriche. Questo accoppiamento è stato reso possibile da Nibe e Solarwall, affiancati da Eurac Research e Casa SPA, grazie a specifiche analisi energetiche e di integrazione tecnologica. Il muro solare è stato posto a copertura totale della facciata esposta a sud (priva di finestre), ovvero quella più irraggiata nella stagione invernale quando maggiore è la richiesta termica. Questa tecnologia richiama concetti bioclimatici sviluppati in passato a seguito delle crisi energetiche (fino anni ’70) ed è costituita da una copertura metallica forata di colore scuro, posta a distanza di circa 20 cm dalla parete, che genera un “cuscinetto” di aria calda che viene incanalato fino a raggiungere l’unità ventilante della pompa di calore. È stata prevista, inoltre, l’installazione di pannelli fotovoltaici per la copertura del carico elettrico richiesto dalla pompa di calore e dai carichi comuni del condominio.

FOTOVOLTAICO INTEGRATO IN FACCIATA E COPERTURA

Per il raggiungimento di target prestazionali elevati come lo nZEB, con bilancio energetico vicino allo zero, un elemento che ad oggi risulta essere fondamentale nel concetto energetico complessivo dell’edificio è il sistema solare fotovoltaico per la generazione di energia elettrica. A maggior ragione, nel concetto energetico affrontato nella riqualificazione di Campi Bisenzio, e nella filosofia di EnergyMatching, la produzione di energia elettrica risulta essere di primaria importanza per coprire i carichi richiesti dalla pompa di calore e da quelli condominiali. La progettazione dell’impianto fotovoltaico è stata portata avanti da una parte attraverso simulazioni specifiche sulle prestazioni, costi e ritorno di investimento, dall’altra curando l’aspetto di integrazione architettonica ed estetica lavorando su dimensioni, spessori e colorazione. Il risultato della progettazione ha portato alla localizzazione del sistema fotovoltaico integrato (BIPV – Building Integrated PhotoVoltaic) sia in copertura che nel parapetto di coronamento sommitale dell’edificio. Gli aspetti innovativi del sistema fotovoltaico sono stati: l’accoppiamento tra il PV e una sottostruttura per una facile montabilità e smontabilità chiamata “Click-&-Go”, sviluppato e prodotto da Tulipps Solar system; l’adozione di due tecnologie differenti, un pannello vetro-vetro proposta da Onyx con efficienza del 14,9% e un pannello “tegola” che ingloba le celle fotovoltaiche in una matrice resinosa con rinforzo in fibra di vetro, sviluppato da Tecnalia, con un’efficienza dell’11,5%. Per massimizzare la produzione di energia elettrica, sono stati predisposti ottimiz-

zatori ogni due pannelli. In totale la produzione di energia prevista dagli impianti fotovoltaici è di 14895 kWh.

DALLA TEORIA ALLA PRATICA

Molto spesso c’è il rischio che ricerca e realtà viaggino su due distinti binari, in quanto il loro incontro è spesso problematico e complesso. La riqualificazione della palazzina ha, tuttavia, dimostrato che questa unione è possibile grazie all’impegno di squadra nel superare le difficoltà incontrate durante il percorso. Già di per sé una riqualificazione profonda coinvolge molti attori e genera molte problematiche. Aggiungeteci 17 partner proveniente da 6 paesi UE, tecnologie innovative da sviluppare, testare e spedire in sito, analisi e simulazioni interattive, incontri e sopralluoghi frequenti di persona e in videocall, il tutto per circa 4 anni ed ecco il risultato: la sfida è stata vinta. Il successo è da attribuirsi al lavoro fatto da Casa SPA e da tutta la partnership del progetto. Ora non rimane altro che monitorare e verificare che tutto funzioni nel migliore dei modi e quantificare il raggiungimento degli obiettivi prestazionali di progetto, ovvero la produzione di energia da impianti fotovoltaici (autoconsumo, produzione totale, efficienza), l’effettivo raggiungimento della classe energetica A4, il costante funzionamento delle macchine di ventilazione del SWB e le performance dell’accoppiamento pompa di calore – muro solare.

IN CONCLUSIONE

A fine 2021, si è concluso con successo il risanamento energetico profondo dell’edificio residenziale di Casa SPA, grazie agli sviluppi metodologici e tecnologici del progetto europeo Horizon 2020 EnergyMatching. Le tecnologie sviluppate nel progetto sono state accoppiate e integrate in maniera tale da avere un edificio con classe energetica A4 avente requisiti che soddisfano quelli di un edificio nZEB. L’indice di prestazione energetica globale non rinnovabile EPgl,nren è pari a 17,38 kWh/m2*a e una produzione totale di energia da impianti fotovoltaici pari a 14895 kWh a esclusione dei pannelli solari a servizio delle finestre solari. La configurazione finale dell’edificio vede quindi: ■ finestre solari autonome con produzione e consumo di energia a bilancio zero, ricambio dell’aria e oscuramento intelligente; ■ sistema a cappotto con 12 cm di polisterene espanso sinterizzato (EPS) con aggiunta di graffite, conducibilità termica pari a 0,031 W/mk e rispondente ai criteri CAM (criteri minimi ambientali); ■ coibentazione della copertura con 16 cm di lana di roccia (conducibilità termica pari a 0,035 W/mk);

Casa SPA

FIGURA 3. Prospetto sud risanato con il sistema SolarWall FIGURA 4. Focus sul tetto con l’unità ventilante della pompa di calore

FIGURA 5. Locale tecnico rinnovato con pompa di calore

FIGURA 6. Sistema fotovoltaico nel coronamento sommitale (a destra) e sulla copertura (a sinistra)

■ applicazione di fotovoltaico integrato con sistema “Click-&-Go” sia in copertura che sul coronamento sommitale; ■ un muro solare a servizio di un nuovo impianto centralizzato per ACS e riscaldamento con pompa di calore Nibe.

Vi sarà, infine, un monitoraggio di dati in continuo dell’intero edificio al fine di verificare nel tempo le prestazioni e gli effetti delle varie tecnologie (produzione, funzionamento, condizioni climatiche interne e di qualità dell’aria, etc.), comparandole con i dati raccolti in fase di simulazioni e test di laboratorio. Si lascia al lettore una valutazione del risultato di integrazione architettonica riportato dalle immagini proposte.

SCHEDA PROGETTO

PROGETTO

EnergyMatching

PROGETTO E DISCLAIMER:

www.energymatching.eu/project

PAGINA DEL DEMO DESCRITTO

www.energymatching.eu/demo-sites/italiandemo-site

COORDINATORE

Davide Moser e Laura Maturi (Eurac)

DURATA

Ottobre 2017 - Luglio 2022

PROPRIETARIO DELL’IMMOBILE

Comune di Campi Bisenzio (FI)

GESTIONE DELL’IMMOBILE, PROGETTISTI E DIREZIONE LAVORI

Casa Spa (FI) | www.casaspa.it This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement N°768766

Casa SPA Casa SPA