Industrializzazione e involucro innovativo: un progetto sperimentale

A partire dalla fine degli anni sessanta del XX secolo il modello tradizionale di sviluppo illimitato inizia a perdere consenso in seguito alla nascita di teorie contrarie alla crescita quantitativa. Le idee di crescita costante e lineare e di risorse illimitate si diffondono e sono sostenute da diversi fattori, tra i quali la rivoluzione industriale e le innovazioni tecnologiche, la cui azione combinata ha generato, da un lato, aumenti produttivi esponenziali e, dall’altro, la convinzione che gli avanzamenti nel settore scientifico permettessero di superare i limiti fino ad allora conosciuti. La necessità di incrementare l’efficienza energetica intervenendo soprattutto sul settore delle costruzioni è supportata dall’analisi degli impieghi finali di energia suddivisi per settore. Le elaborazioni condotte da ENEA – Unità tecnica Efficienza Energetica, sulla base dei dati forniti dal Ministero dello Sviluppo Economico, pongono in evidenza il ruolo del settore edilizio nel dibattito sulla sostenibilità ambientale: i valori percentuali relativi all’anno 2011 dimostrano che il settore delle costruzioni è responsabile di un terzo dei consumi energetici totali e che nelle previsioni fornite dal Ministero delle Attività Produttive registra un notevole incremento passando dal 30% nel 2004 al 33 % nel 2020 del totale dei consumi. E’ importante ricordare, infatti, che il settore edilizio genera impatti sull’ambiente a due scale: la scala dei rapporti tra l’edificio e l’ambiente e la scala dei rapporti tra l’edificio ed i fruitori. I consumi di energia relativi alle fasi del ciclo di vita dell’edificio, vale a dire dall’approvvigionamento delle materie prime alla gestione del cantiere, dalla possibilità di dismissione allo smaltimento delle macerie da demolizione, si sommano ai consumi dovuti al funzionamento ed alla gestione dello stesso (sistemi di condizionamento, di illuminazione, apparecchi elettrici, acqua calda sanitaria, …). La richiesta di efficienza energetica nel settore delle costruzioni determina lo sviluppo di nuovi approcci progettuali attenti allo sfruttamento del contesto climatico e ambientale che deve essere associato allo sviluppo di nuove tecnologie. Tali tecnologie, messe a punto per conferire una maggiore efficienza del sistema edificio-impianto, preservando e garantendo le condizioni di comfort espresse dagli utenti, possono riguardare diversi aspetti della progettazione. In particolare la ricerca deve rivolgersi a tecnologie capaci di garantire la conservazione dell’energia (elevata inerzia termica), maggiori livelli di isolamento termico, elevate prestazioni degli elementi tecnici quali ad esempio i serramenti e favorire l’integrazione di sistemi solari attivi. Per quanto riguarda la progettazione degli edifici, la ricerca di soluzioni atte a ridurre gli elevati consumi energetici ha posto quindi grande attenzione nei confronti del sistema involucro, sia per edifici di nuova costruzione, sia per la riqualificazione del patrimonio edilizio esistente. L’ultimo decennio ha visto un notevole sviluppo della ricerca e della normativa nel settore della termofisica degli edifici, in particolar modo per quanto riguarda il miglioramento prestazionale ed energetico dei componenti di involucro. Un ambito meno indagato riguarda l’interazione dinamica tra i componenti attivi dell’involucro edilizio e la tecnologia impiantistica. Delegare il comfort degli ambienti confinati a sistemi di condizionamento, infatti, conduce ad un aumento esponenziale del consumo energetico e non sempre a condizioni di effettivo benessere fisico. Ad esempio, la diffusione di sistemi di condizionamento deputati al raffrescamento, nonostante i continui miglioramenti tecnologici, causa un notevole incremento del consumo di energia elettrica, i cui picchi si registrano prevalentemente nella stagione estiva. Per aumentare l’efficacia energetica di tale sistema, è possibile ricorrere a tecniche alternative al condizionamento dell’aria, come ad esempio il raffrescamento passivo degli edifici, che implicano l’intervento sull’involucro edilizio, nonché sistemi ibridi che combinano tecniche passive con sistemi di climatizzazione attivi. Per tali motivi risulta interessante indagare l’integrazione ottimale di sistemi di produzione e di distribuzione dell’energia in un edificio con l’involucro dell’edificio stesso. Un componente di involucro energeticamente dinamico, infatti, ottimizza i risparmi energetici ottenibili ricorrendo ai principi dell’architettura bioclimatica, rendendo possibile una maggiore e più efficace interazione tra le variabili climatiche, che caratterizzano l’ambiente esterno, e le esigenze di benessere termo igrometrico, proprie di quello interno. La tesi di dottorato, partendo dalla partecipazione in prima persona al progetto di ricerca “Energyskin” basato sulla sperimentazione di un particolare tipo di componente innovativo a cui il gruppo di lavoro afferente al Dipartimento Architettura e Design ha preso parte, si estende allo studio e all’analisi, a livello tecnologico e prestazionale, di sistemi di componenti di involucro edilizi dinamici adattivi. Tali componenti sono concepiti con la finalità di permettere significativi risparmi energetici, derivanti dalla loro applicazione in connessione con impianti ad alta efficienza quali pompe di calore assistite da produzione energetica solare fotovoltaica. La tesi affronta, pertanto, lo sviluppo e l’ottimizzazione di nuovi concetti di integrazione architettonica tra componenti d’involucro e sistemi impiantistici, attraverso la definizione dei requisiti e la predisposizione del metaprogetto finalizzato all’individuazione delle caratteristiche prestazionali, all’esecuzione del prototipo e del dimostratore. Nell’ambito del progetto di ricerca è stata svolta un’analisi dello stato dell’arte nel settore delle tecnologie di involucro con particolare attenzione verso gli involucri industrializzati a secco. Questa tipologia costruttiva si presta, infatti, come efficace risposta progettuale alle problematiche legate agli elevati consumi energetici, nel rispetto di una normativa che impone maggiore attenzione nei confronti della qualità e le richieste prestazionali sempre più significative, in termini di benessere negli ambienti confinati. Il nuovo componente di involucro, sia per edifici di nuova costruzione sia per il recupero di manufatti esistenti, è messo a punto come strategia progettuale atta al contenimento dei consumi energetici. In aggiunta a ciò, lo scopo ulteriore della ricerca consiste nello studiare un elemento tecnico capace di migliorare le fasi di posa, rendendole più sicure, semplici ed economiche. I problemi principali relativi alla fase di progettazione riguardano l’ottimizzazione delle dimensioni del componente e l’ottimizzazione dei nodi costruttivi, con la finalità di indicare i sistemi di fissaggio del pannello stesso più vantaggiosi e di proporre le stratigrafie che meglio rispondono alle verifiche termoigrometriche. Al fine di ridurre ulteriormente i consumi energetici, si sono delineati alcuni scenari di applicazione e di integrazione dell’innovativo componente di involucro attivo abbinato con ulteriori tecnologie, tra cui l’integrazione con la tecnologia fotovoltaica. Per quanto concerne il modulo dimostratore, un edificio di piccole dimensioni utile all’applicazione del componente innovativo, si è sviluppata, sulla base dell’approccio esigenziale-prestazionale, la definizione architettonica e si sono individuate le caratteristiche qualitative, tra cui i requisiti acustici, luminosi e termici. Si è proceduto, infine, alla progettazione esecutiva del dimostratore e alla definizione delle specifiche tecniche e funzionali degli elementi tecnici che lo compongono.