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L’involucro come impianto di energia rinnovabile: le facciate di Gioia 22

La progettazione delle facciate della torre Gioia 22 a Milano, integrate con sistemi fotovoltaici (BIPV).

La scheggia di vetro, con i suoi 120 metri di altezza, si distingue, nel dinamico quartiere di Porta Nuova, per la sua geometria complessa, risultato dell’impegno progettuale e del coordinamento tra discipline, e per le elevate prestazioni energetiche, di isolamento termico, di controllo solare e di produzione di energia.

In questo articolo la descrizione dei principali sistemi di facciata della torre Gioia 22, integrati con sistemi fotovoltaici (BIPV).

Il quartiere di Porta Nuova e il nuovo skyline milanese

Lo sviluppo edilizio di Milano, con particolare riferimento agli anni post Expo, colloca il capoluogo lombardo tra le città europee più avanzate, in termini di crescita urbana e di sviluppo verticale degli edifici, rivoluzionando il concetto tradizionale di abitare, lavorare e vivere gli spazi. Parallelamente Milano si configura come una città che valorizza la propria storia, esibendo una cattedrale gotica di eccezionale rilievo, piazze, basiliche, palazzi, cortili, quartieri che ne raccontano il florido passato, da cui deriva una straordinaria coniugazione tra passato e futuro ed un dialogo positivo tra tradizione e innovazione, di cui le esigenze vitali dell’uomo sono protagoniste. Infatti, la città risulta essere un polo di attrazione per studenti, lavoratori, famiglie, turisti.
Un focus sull’iconico quartiere Porta Nuova, porta il lettore ad approfondire il tema dello sviluppo dello skyline meneghino all’interno di un contesto storico e lo proietta in un ambiente dinamico, funzionale, vivace, composto da edifici per uffici e commerciali, spazi culturali, aree attrezzate, spazi verdi, parchi, piste ciclabili e spazi pedonali.

A partire dal 2005, l’antico scalo ferroviario cambia veste sotto la gestione di COIMA come asset e property manager e attrae investimenti ed organizzazioni nazionali ed internazionali con spazi locati a società come Accenture, Amazon, Axa, BNP Paribas, Google, HSBC, Nike, Samsung, Unicredit, Unipol, ecc.

Con un’estensione che sfiora i 300.000 mq, Porta Nuova district si afferma tra i progetti di riqualificazione più grandi d’Europa e annovera il premio MIPIM Awards 2018 in qualità di “Best Urban Regeneration Project”.

Perseguendo l’obiettivo di ottenere le certificazioni di sostenibilità LEED e WELL for Community, Coima investe nello sviluppo dell’area, con una visione olistica che si concretizza nell’utilizzo di materiali e tecniche costruttive sostenibili, nel limitare l’impatto ambientale e nel promuovere l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili, dando priorità al benessere degli users e, in generale, della community, aspetti di cui la pandemia di COVID-19 attualmente in corso, rimarca l’importanza. 

Il Centro direzionale di Milano vanta diversi interventi di rigenerazione urbana, tra cui piazza Gae Aulenti, progettata dallo studio di architettura PCPA e gli edifici che la circondano, di cui la celebre Torre Unicredit; palazzo della Regione Lombardia, firmata Pei Cobb Freed & partners; torre Diamante e Corso Como Place, firmati PLP; torre Solaria, progettata da Arquitectonica Studio; il Bosco Verticale, di Boeri Studio; Torre Galfa, progetto di ristrutturazione di M. Kanah; Torre Unipol, firmata MCA; Gioia 22, progettata da PCPA. 

 

Il quartiere “Porta Nuova” con gli edifici Torre Galfa e Gioia 22

Il quartiere “Porta Nuova” con gli edifici Torre Galfa e Gioia 22

 

L'edificio GIOIA 22

L’originale forma della torre rappresenta il risultato della confluenza di due tessuti urbani e al tempo stesso la risposta all’esigenza di ottimizzazione della luce e dell’energia solare. La combinazione di questi due fattori ha determinato la singolarità di una forma dinamica in grado di esprimere in modo autentico la sua particolare collocazione nel panorama urbano milanese” afferma Gregg Jones, Principal Architect dello studio di architettura PCPA in riferimento alla torre Gioia 22.

La scheggia di vetro si erge, con i suoi 120 metri di altezza, su via Melchiorre Gioia, al posto del palazzo INPS, in disuso dal 2012, e diventerà sede milanese di Intesa Sanpaolo. Il volume della torre si espande dal basso verso l’alto e sembra ruotare su se stesso.

Il progetto è stato sviluppato da COIMA e progettato da PCPA (architettura), MPartner (architettura e gestione del progetto), Ariatta (ingegneria dei sistemi MEP), MSC Associati (ingegneria delle strutture), Faces Engineering (ingegneria delle facciate), Gae (strategia antincendio), J&A (quantity surveyor), LAND (landscape), 

L’edificio, recentemente completato, si integra perfettamente nel nuovo quartiere direzionale ed apre le porte all’edilizia sostenibile, rispondendo agli standard Nearly Zero Energy Consumption Building.

La curtain wall funzionale, combinata all’utilizzo dell’acqua di falda che alimenta i sistemi di riscaldamento e raffrescamento e al free cooling per il raffrescamento diretto, fa sì che il fabbisogno energetico dell’edificio sia coperto per il 65% da fonti di energia rinnovabile. Tale traguardo ha permesso di andare oltre i requisiti prestazionali minimi di legge e di poter accedere a bonus energetici, quali lo scomputo dei muri perimetrali, oltre che di ridurre le emissioni di anidride carbonica. 

L’immobile è qualificato per ottenere le certificazioni LEED Gold Core & Shell e WELL grazie all’adozione di soluzioni architettoniche, tecnologiche e di gestione capaci di massimizzare il benessere, la salute e la sicurezza degli occupanti.

In particolare, il LEED è un programma di certificazione volontario, il cui protocollo si orienta alla sostenibilità, al risparmio energetico ed idrico, alla riduzione delle emissioni di CO2, ai materiali, risorse, sito, ecc.

La certificazione WELL si basa sul benessere indoor con focus sulla qualità dell’aria, dell’acqua e dei materiali, l’illuminazione naturale, il nutrimento, l’attività fisica, il benessere psicologico, il confort acustico ed il benessere della comunità e delle famiglie.

Gioia 22 è, inoltre, realizzato con l’utilizzo di materiali certificati Cradle to Cradle (c2c), un approccio alla progettazione che consiste nell’adattare alla natura i modelli dell’industria, ovvero convertire i processi produttivi assimilando i materiali usati ad elementi naturali, che devono quindi rigenerarsi.

La progettazione integrata ha richiesto l’utilizzo di software in grado di ottimizzare il coordinamento, le eventuali interferenze tra discipline e la gestione delle informazioni (Building Information Modeling), softwares di modellazione tridimensionale e parametrica per lo studio delle captazioni e riflessioni dei raggi luminosi, per lo studio degli apporti solari e degli ombreggiamenti prodotti dall’edificio stesso e dal contesto, per lo sfruttamento della luce diurna (daylighting) e per la modellazione della superficie dell’involucro.

 

Gioia 22 e lo studio parametrico delle superfici, delle riflessioni solari e della convergenza dei raggi luminosi

Studio parametrico delle superfici, delle riflessioni solari e della convergenza dei raggi luminosi

Studio parametrico del comportamento dei raggi

Interessante lo studio parametrico, da parte di Faces Engineering, del comportamento dei raggi luminosi riflessi dall’involucro della torre che ha portato ad individuare convergenze spiacevoli e concentrazione dei raggi in punti a livello stradale: l’idea preliminare di creare una facciata esposta a sud a doppia curvatura è stata abbandonata per evitare, appunto, fenomeni di discomfort visivo. 

Durante la fase di progettazione che contemplava la facciata “twisted”, Faces Engineering ha portato avanti un’analisi computazionale della superficie, che ha restituito i parametri dimensionali e la curvatura di ogni singolo pannello di tamponamento costituente la facciata. Questo studio aveva lo scopo di valutare gli effetti di una potenziale curvatura a freddo degli elementi in triplo vetro.

Inoltre, la geometria peculiare dell’edificio ed il contesto in cui si colloca, hanno influito sulla scelta di studiare l’andamento dell’aria in Galleria del Vento, attraverso un impianto per la misurazione della velocità, pressioni e sollecitazioni eoliche sul corpo oggetto di studio, con particolare riferimento al pedestrian confort e ai carichi agenti sulle facciate. Il wind tunnel test è stato effettuato in camera di prova su un modello in scala 1:300 dell’edificio high-rise e del suo contesto; sensori di rilevamento delle pressioni positive e negative sono stati sapientemente disposti in corrispondenza di punti strategici del modello.

Per quanto concerne il cladding, il test ha permesso di rilevare i carichi di picco del vento, differenziati per zone (massima pressione del vento rilevata: -3,75 KPa sul fronte nord, tra i piani L03 e L06) e di pre-dimensionare i telai e gli elementi di tamponamento dell’involucro in maniera distinta.

Con 25 piani fuori terra e 4 piani interrati, per una superficie lorda totale che sfiora i 70.000 mq, Gioia 22 si distingue per l’approccio progettuale innovativo, tecnologico e sostenibile.

Gli uffici, di altezza netta tra pavimento e controsoffitto pari a 3 metri, sono progettati per garantire la massima flessibilità: le possibili soluzioni planimetriche possono accogliere varie tipologie di spazi individuali e comuni, tra cui sale riunioni e aree break; i controsoffitti, realizzati con pannelli modulari in cartongesso, ospitano travi fredde e corpi illuminanti a LED di tipo incassato. 
Il podio è costituito da involucri vetrati ed in pietra naturale. La sua copertura costituisce una terrazza esclusiva accessibile dal terzo piano. 
La lobby d’ingresso si presenta come un volume di 12 metri di altezza completamente trasparente, i cui interni sono rivestiti con materiali di pregio.
I piani interrati sono destinati a parcheggi, locali tecnici, archivi e magazzini.

Gioia 22 in fase di costruzione

“La scheggia”, costruzione in fase di completamento

Le facciate di GIOIA 22

La geometria complessa dell’edificio è il risultato dell’impegno progettuale e del coordinamento continuo tra ingegneria delle strutture ed ingegneria dell’involucro. 

L’involucro della torre è altamente efficiente in termini di prestazioni energetiche, di isolamento termico, di controllo solare e di produzione di energia: si configura, infatti, come una facciata continua costituita da telai in alluminio ad interruzione termica, vetri isolanti, frangisole in lamiera microforata sapientemente disposti e sistemi di fotovoltaici architettonicamente integrati (BIPV).

Si descrivono di seguito i principali sistemi di facciata (e le relative prestazioni) sviluppati durante le fasi di progettazione preliminare, definitiva ed esecutiva, da Faces Engineering srl. 

Facciate della torre 

L’intelaiatura metallica è stata progettata ad-hoc, al fine di accomodare le diverse geometrie dell’involucro: i fronti sud, est ed ovest, infatti, presentano tre diverse inclinazioni, mentre le restanti facciate sono verticali. Il progetto custom del sistema è stato accuratamente studiato per funzionare su tutte le esposizioni e su tutte le tipologie di moduli di facciata (moduli rettangolari, moduli trapezoidali, moduli di interfaccia tra facciate con diversa inclinazione, ecc).

Il sistema di facciata continua è stato concepito come un involucro a cellule (unitised system): si tratta di moduli indipendenti, completi di telai e pannelli di tamponamento, pre-assemblati in laboratorio ed interconnessi in opera; la loro altezza coincide con l’altezza di interpiano (4100 mm), mentre la larghezza tipica è pari a 1500 mm. Le cellule autoportanti sono in grado di resistere ai carichi di progetto (peso proprio, vento, sisma, spinta antropica) e di trasmetterli in sicurezza alla struttura principale tramite staffe in acciaio asolate ancorate ai solai mediante canali metallici annegati nel getto. Le staffe di collegamento facciata-solaio sono state progettate per poter accomodare le tolleranze e gli errori di posa dei getti.

Sezione orizzontale dei nodi tipologici delle facciate di Gioia 22

Sezione orizzontale dei nodi tipologici delle facciate a cellule, (progetto di Faces Engineering)


Il sistema modulare, per il caso di progetto, coniuga la più alta qualità di fabbricazione (si pensi, ad esempio, che l’assemblaggio dei componenti avviene in officine specializzate dove ambiente, umidità e temperatura sono controllati) con l’alta trasportabilità e con la rapidità di posa in opera: quest’ultima si traduce in un’istallazione in sequenza delle cellule che vengono “appese” ai solai tramite staffe di collegamento, già predisposte. Le cellule vengono stockate al piano e montate dall’interno dell’edificio tramite l’utilizzo della gru di cantiere.

I tamponamenti della cellula sono costituiti da un triplo vetro a tutta altezza, che sfrutta gli apporti positivi della luce naturale, e da un pannello marcapiano opaco rivestito con vetro singolo che incapsula celle fotovoltaiche.

Le caratteristiche dei vetri

Il vetro a doppia camera ha larghezza pari a 1500 mm ed altezza di 3000 mm (coincidente con la distanza tra il livello del pavimento galleggiante e il livello del controsoffitto) è composto da lastra esterna stratificata (6 mm vetro chiaro + 6 mm vetro chiaro + 4*0,38 mm intercalare PVB), intercapedine Argon (90%) di 16 mm, lastra intermedia (6 mm vetro chiaro), intercapedine Argon (90%) di 16 mm e lastra interna stratificata (6 mm vetro chiaro + 6 mm vetro chiaro + 2*0,38 mm intercalare PVB),

Il vetro esterno ed il vetro intermedio sono soggetti a trattamento termico di indurimento, ai fini di garantire le adeguate prestazioni di resistenza meccanica e di resistenza allo shock termico e di escludere le rotture spontanee e di limitare le distorsioni ottiche tipiche dei vetri temprati.

Le lastre interna ed esterna sono vetri di sicurezza, secondo la UNI 7697:2015, con un adeguato comportamento post-rottura.

Sul lato interno della lastra esterna del vetro è applicato un rivestimento magnetronico (off-line coating) che consiste nel deposito di ossidi metallici sulla superficie vetrata e che conferisce al vetro le caratteristiche di protezione solare ed estetiche desiderate. La lastra interna è un vetro basso emissivo, risultante dal deposito di argento e altri strati protettivi sulla superficie esterna del vetro tramite un processo di lavorazione che permette di limitare le perdite di calore.

In sintesi, il triplo vetro ha uno spessore complessivo di circa 64 mm, una trasmittanza termica U-value (UNI EN ISO 6946:2018), definita come il flusso di calore che attraversa una superficie unitaria sottoposta a differenza di temperatura pari ad 1° C, paragonabile ad un tamponamento in lana di roccia dello stesso spessore (circa 0,5 W/m2K) e un fattore solare g-value (UNI EN 410:2011), definito dal rapporto tra l’energia termica globalmente trasmessa dalla lastra e quella incidente sulla stessa, pari a 21,5%.

I distanziatori a bordo caldo (warm edge), riempiti con sali disidratanti, assorbono l’umidità contenuta nell’intercapedine al momento della sigillatura del vetro isolante e l’eventuale umidità che nel tempo potrebbe infiltrarsi attraverso il sigillante. Il materiale plastico della canalina migliora, rispetto ai profili metallici, le dispersioni ai bordi delle lastre ed i ponti termici che inevitabilmente si generano tra queste ed i telai.

Analisi delle temperature del montante tipologico delle facciate di Gioia 22

Analisi delle temperature del montante tipologico delle facciate (progetto di Faces Engineering)

Analisi del rischio di condensa superficiale delle facciate di Gioia 22

Analisi del rischio di condensa superficiale con evidenza dell’isoterma che indica la temperatura di rugiada (progetto di Faces Engineering)


I fotovoltaici integrati (BIPV) coprono una superficie di quasi 6000 m2 e sono collocati in corrispondenza delle facciate più esposte alla luce (est, sud, ovest, sud-est e nord-est). I moduli fotovoltaici sono composti da celle monocristalline (156mm*156 mm) di colore nero. Diodi di blocco permettono di isolare ogni stringa dalle altre in caso di ombreggiamenti o guasti. Ottimizzatori di potenza collegati a ciascun modulo fotovoltaico aumentano la produzione di energia elettrica, inseguendo costantemente il punto di massima potenza (MPPT) di ogni singolo modulo, monitorano le prestazioni di ciascun modulo, facilitando così le operazioni di manutenzione degli stessi, e riducono automaticamente la tensione continua dei moduli a livelli di sicurezza (

Le numerose tipologie di moduli fotovoltaici rettangolari e trapezoidali, dovute alle complesse geometrie delle facciate, sono riconducibili a 7 tipi, con potenza di picco variabile compresa tra 200 e 805 Wp. È il fronte sud-est a produrre maggiore energia elettrica da fonte rinnovabile, con 555 KWp. 

Congiuntamente agli impianti fotovoltaici previsti sulla copertura dell’edificio e sulla copertura del podio, la potenza di picco dell’impianto è di circa 1000 KWp.

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