Strategie progettuali per gli “nZEB”

Con il recepimento delle Direttive 2010/31/UE e 2012/27/UE, il tema degli “nZEB” (“nearly Zero Energy Buildings” o “edifici ad energia quasi zero”), cioè edifici ad altissima prestazione energetica il cui fabbisogno energetico (molto basso o quasi nullo) viene coperto in misura significativa da energia proveniente da fonti rinnovabili (prodotta in loco o nelle vicinanze), è divenuto di estrema attualità, soprattutto considerando l’imminenza dei termini ivi indicati (31 dicembre 2018 per gli edifici pubblici di nuova costruzione e 31 dicembre 2020 per quelli privati) per la loro realizzazione.

Figura 1: possibili confini del sistema per il calcolo del bilancio energetico secondo la Direttiva 2010/31/UE.

Nonostante rimangano ad oggi aperti alcuni aspetti di importanza basilare, quali ad esempio la definizione dei limiti (“system boundary”) rispetto ai quali calcolare il bilancio energetico, è chiaro che i punti cardine della progettazione di un “nZEB” sono la riduzione del fabbisogno energetico e il suo soddisfacimento tramite energia prodotta da fonti rinnovabili.

Figura 2: esempio di loggia/balcone dotato di chiusure vetrate scorrevoli: il volume può essere utilizzato come serra solare nei mesi più freddi e fungere in tal modo da spazio “buffer”.

Ciò comporta delle scelte strategiche volte all’ottimizzazione delle soluzioni di involucro edilizio e all’utilizzo di sistemi impiantistici a basso consumo. La complessità del problema impone inoltre una valutazione globale del sistema edificio-impianto, un approccio multidisciplinare al progetto e una scelta di soluzioni architettoniche e costruttive sinergiche e integrate con quelle impiantistiche.
L’involucro edilizio assume pertanto una rilevanza fondamentale per il raggiungimento dell’obiettivo “zero energy”: esso non è più concepito come un semplice elemento di separazione tra interno ed esterno, quanto piuttosto come un filtro selettivo in grado di mitigare e/o controllare gli effetti indotti dalla variazione delle condizioni ambientali esterne al fine di mantenere le condizioni di comfort interno con il minor consumo possibile di energia. Gli edifici possono assumere quindi molteplici configurazioni di funzionamento in relazione a: stagione, giorno e notte, grado di affollamento, etc., diventando, siano essi di semplice edilizia residenziale o complessi edifici terziari, veri e propri "organismi" in grado di rispondere rapidamente alle sollecitazioni interne ed esterne al fine di ottimizzare costantemente il rapporto tra prestazioni e consumo di energia.

Figura 3: esempio di edifici con involucri ad alta efficienza e ampie superfici trasparenti disposte sul fronte sud al fine di massimizzare gli apporti solari gratuiti nella stagione invernale (Stoccolma, Svezia).

L’adozione di soluzioni di involucro ad alte prestazioni consente inoltre di ridurre sia le potenze di picco e la taglia di macchinari ed elementi impiantistici da installare (con una conseguente minore necessità di spazi per la loro messa in opera e di oneri di manutenzione), sia l’estensione delle superfici dei sistemi per lo sfruttamento di energia solare, il tutto a favore di una maggiore percentuale di consumi energetici coperta tramite tali sistemi. Le soluzioni utilizzabili per lo sfruttamento di fonti di energia rinnovabile (FER) sono limitate (energia geotermica, energia eolica dove le condizioni ambientali e gli spazi disponibili lo consentono, biomassa e cogenerazione con impianti a scala adeguata, sistemi fotovoltaici e solari termici dove sono disponibili spazi per l’installazione, etc.), così come lo sono quelle per la produzione decentralizzata di elettricità ed energia termica come alternativa alla produzione in sito.
È opportuno puntualizzare alcuni aspetti che sono fondamentali per una buona integrazione tra edificio e sistemi per lo sfruttamento di fonti di energia rinnovabile. Infatti, se può risultare relativamente semplice soddisfare la maggior parte dei consumi energetici integrando nell’involucro sistemi a guadagno solare, termico o fotovoltaico, o sfruttando il terreno di pertinenza per l’installazione di sistemi di tipo geotermico nel caso di una abitazione monofamilare di dimensioni standard, assai più complesso è raggiungere il medesimo risultato in edifici pluripiano, dove il rapporto S/V (superficie disperdente/volume climatizzato) può essere considerevolmente più basso e dove le superfici effettivamente disponibili per l’integrazione di sistemi attivi nell’involucro dell’edificio sono in molti casi poco sfruttabili oppure non sufficientemente estese.

Figura 4: Quartiere di Hammarby-Sjöstad a Stoccolma: l’obiettivo è stato quello di ridurre al minimo l’impatto ambientale creando una città ecologica sotto tutti i punti di vista.

Se a ciò si aggiunge anche la non trascurabile influenza che assume il contesto ambientale e urbano in cui un edificio è inserito (morfologia del terreno, densità di costruzione e ombre portate possono di fatto rendere inutilizzabili, in parte o in toto, le superfici di facciate e coperture disponibili per l’integrazione di sistemi attivi), appare evidente come in realtà urbane ad alta densità di costruzione e sviluppo prevalentemente verticale degli edifici può essere più significativo e opportuno orientarsi, qualora possibile, verso “quartieri ad energia quasi zero”.

Figura 5: schema di gestione di energia, rifiuti e acqua del quartiere di Hammarby Sjöstad a Stoccolma.

In questo caso la strategia di riduzione dei consumi e lo sfruttamento di energie rinnovabili possono essere pianificati a livello di distretto, con utilizzo di sistemi (eolico, cogenerazione con centrali alimentate a biomassa o biogas, impianti fotovoltaici a concentrazione, solare termico ad alta temperatura, solar cooling, etc.) che, a livello di singolo edificio, sono ad oggi poco sfruttabili. Il maggiore guadagno in termini di efficienza energetica consiste in questo caso nell’ottimizzare i sistemi di generazione (elettrica e termica), dal momento che la visione integrata del distretto energetico permette di agire sulla riduzione dei consumi delle singole utenze (tramite una opportuna scelta di materiali, tecnologie e soluzioni impiantistiche), sulla produzione locale ed economica dell’energia (tipologie di generazione distribuita, sistemi basati su fonti rinnovabili e su nuovi vettori energetici), sulla razionalizzazione logistico-energetica dei trasporti (utilizzo di mezzi a basso consumo e a basso impatto ambientale), etc. Ciò non significa comunque dover rinunciare, ove possibile, all’integrazione di sistemi attivi nell’involucro del singolo edificio: si tratta in realtà di utilizzare tali sistemi solo laddove la loro resa risulti ottimale e conveniente, assumendo una funzione di generazione diffusa di supporto ad una produzione di energia da fonti rinnovabili in gran parte centralizzata e ad alta efficienza, che passa a scala di quartiere o città.

Figura 6: strategie per il raggiungimento dell’obiettivo “Zero Energy”. La riduzione dei consumi, l’incremento dell’efficienza energetica e lo sfruttamento di fonti rinnovabili sono coordinate con la progettazione integrata del sistema edificio-impianto.

Le realizzazioni di edifici e di quartieri orientati al raggiungimento di elevati livelli di efficienza energetica e basso impatto ambientale (si segnalano ad esempio le positive esperienze di quartieri come BedZED a Beddington o Hammarby-Sjöstad a Stoccolma) sono già numerose.

NELL'ARTICOLO COMPLETO LE STRATEGIE PROGETTUALI E LE PROBLEMATICHE DA VALUTARE PER POTER RAGGIUNGERE EFFETTIVAMENTE IL TARGET "ZERO ENERGY".