Thule: progettazione di un polo scientifico ad alta efficienza energetica in climi estremi

Il progetto di tesi prevede l’ideazione e il dimensionamento di un polo scientifico energeticamente efficiente nei pressi del lago Mývatn, una delle zone di maggior interesse turistico nel nord dell’Islanda, a ridosso del circolo polare artico.

Studio di un polo scientifico ad alta efficienza energetica sotto tutti gli aspetti (architettonici, energetici, strutturali, illuminotecnici, dei materiali, ecc.)

La tesi propone la progettazione (in tutti i vari aspetti) di un edificio ad uso non residenziale in climi estremi. La fase iniziale della ricerca ha visto lo sviluppo del progetto architettonico di un centro poli-scientifico con annesse funzioni secondarie quali servizi di ristoro e aule di ricerca. Il sito di studio, definito tramite un bando internazionale di architettura, si trova affacciato sul lago Mývatn, nell’Islanda nord-orientale.

Tale sito è stato oggetto di un sopralluogo estivo e di uno invernale. Durante lo svolgimento del progetto sono stati coinvolti e consultati sia professori della facoltà sia professionisti del settore.

Il centro poli-scientifico, denominato Thule, parte dai concetti di efficienza energetica e di rispetto del caratteristico ambiente naturale islandese. Esso si inserisce sulle rive del lago più famoso del Paese, circondato da un complesso di guest house per esploratori. Verso nord l’edificio si fonde completamente con il verde circostante, mentre si erge con imponenti vetrate sul lato meridionale.

Questa scelta è stata dettata sia da valutazioni energetiche e illuminotecniche sia dalla volontà di separare nettamente l’ambiente pubblico da quello prettamente residenziale. Rimane sempre ben distinguibile nel paesaggio la struttura troncoconica che emerge dal terreno, destinata ad ospitare un telescopio astronomico per consentire lo studio dell’intera volta celeste.

All’interno del centro poli-scientifico, un ampio ambiente espositivo su due piani si distribuisce attorno alla sfera del planetario. Il corpo ovest, illuminato maggiormente nelle tarde ore del pomeriggio, è adibito a servizio ristoro e ad aule di ricerca.

Durante la fase di definizione progettuale, sono state sviluppate specifiche analisi per poter assicurare il soddisfacimento di tutte le normative e dei più alti livelli di comfort.

L’analisi urbanistica e la tecnica SWOT hanno evidenziato l’importanza e il rispetto del territorio. Le indagini preliminari hanno fatto emergere i materiali tipicamente prodotti e utilizzati in Islanda, così come le particolari metodologie costruttive.

L’analisi strutturale ha permesso di dimensionare piastre in calcestruzzo armato e coperture reticolari spaziali con luci e carichi elevati.

L’analisi energetica, congiuntamente a quella illuminotecnica, ha permesso di calcolare il bilancio energetico. Successivamente si è dimensionato un sistema geotermico a bassa entalpia e un parco eolico ad asse verticale di bassa potenza.

Dal punto di vista sperimentale si è inoltre sviluppata in laboratorio una matrice cementizia fibrorinforzata ad altissime prestazioni, armata con reti in fibra di vetro. Il risultato di tale studio ha permesso di realizzare in scala reale pannelli sottili che possano resistere ad alti valori di sforzo e, al contempo, a lunghi cicli di gelo e disgelo.

In ultimo, la particolarità del percorso solare islandese ha richiesto lo sviluppo di facciate dinamiche che permettessero un controllo della sola frazione visibile della luce incidente, lasciando inalterata la frazione infrarossa. Ciò è stato ottenuto grazie all’utilizzo di particolari cristalli liquidi termotropici, in grado di cambiare il proprio ordine molecolare in base alla temperatura a cui sono sottoposti. Il mutamento del grado di ordine comporta una variazione delle leggi ottiche di trasmissione, riflessione e diffusione per diverse lunghezze d’onda della luce incidente.

La costruzione così ottenuta consiste quindi in un complesso di oltre 2500 m², organico con il proprio contesto ed estremamente performante dal punto di vista energetico ed illuminotecnico. 

Il progetto strutturale

L'inserimento del planetario all’interno dell’edificio ha richiesto un progetto strutturale piuttosto complesso. È stata infatti dimensionata ed ottimizzata una copertura reticolare spaziale per resistere ai grandi carichi, oltre che ad una piastra forata in calcestruzzo armato. In ultimo, si è dimensionata la sfera geodetica ospitante il planetario.

Per l’analisi strutturale e sismica si è utilizzato il software Sismicad, programma di calcolo strutturale agli elementi finiti che esegue il calcolo di strutture spaziali composte da elementi mono e/o bidimensionali anche con non linearità di materiale o con effetti dinamici. Con i dati e le analisi descritte nella tesi, viste le irregolarità dell’edificio in esame, si è utilizzato il software Sismicad per effettuare un’analisi strutturale del complesso. Tale analisi ha lo scopo di verificare e approfondire le analisi precedentemente indagate o predimensionate.
Tutte i controlli sono infatti stati effettuati in modo analitico per verificare la congruità dei responsi del modello con quelli teorico analitici. 

>> scarica la tesi in PDF