Modulo n 3 La Qualificazione Energetica. Unità Didattica: 3.3 IL SISTEMA INTEGRATO EDIFICIO-IMPIANTI

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1 POR CALABRIA 2000/ ASSE III RISORSE UMANE MISURA 3.9 SVILUPPO DELLA COMPETITIVITÀ DELLE IMPRESE PUBBLICHE E PRIVATE CON PRIORITÀ ALLE PMI GESTIONE SOSTENIBILE DELLE RISORSE ENERGETICHE NEI SETTORI DELL EDILIZIA E DEGLI IMPIANTI Modulo n 3 La Qualificazione Energetica Unità Didattica: 3.3 IL SISTEMA INTEGRATO EDIFICIO-IMPIANTI A cura di Arch. Francesca Villari 1

2 LE ORIGINI DELLA PROBLEMATICA Il rapporto tra progetto edilizio e progetto impiantistico è divenuto conflittuale nel momento in cui, nella seconda metà del XIX secolo, le soluzioni fino ad allora adottate per garantire il comfort all interno degli edifici (i caloriferi, i camini, le bocche di aria calda ecc.) non sono più risultate adeguate a soddisfare le nuove e più sofisticate esigenze di qualità dell ambiente interno. A quel punto le tecnologie per il comfort non hanno più costituito parte integrante né della concezione architettonica né della sua realizzazione, ma si sono evolute, trasformandosi in sistemi tecnologici autonomi, non concepiti dall architetto, non realizzati dal costruttore edile. Nel corso del XX secolo l inserimento degli impianti tecnici, meccanici ed elettrici, negli edifici è divenuta una problematica ricorrente, oggetto di discussione sia in sede progettuale che in sede realizzativa, difficile da affrontare perché oggetto di un dialogo fra professionalità diverse, quella dell architetto e quella del tecnico impiantista, carente di grammatica e di lessico comune. Nel contesto dei grandi progetti realizzati su scala internazionale, l architetto ha compreso che non può fare a meno dell ingegnere specialista già fin dalla prima concezione dell opera architettonica, mentre l ingegnere specialista ha compreso che non deve limitarsi a progettare soltanto l impianto tecnico, ma deve cooperare intensamente con l architetto per concepire l opera nel suo insieme. Ciò però non accade ancora nel contesto dei numerosi progetti di piccola e media grandezza che si realizzano in Italia, dove esistono essenzialmente alcuni condizionamenti. Criticità legate al contesto culturale e professionale nazionale - Non esiste la cultura del progetto integrato né da parte del progettista edile, che pensa semplicemente di sovrapporre l impiantistica alla propria opera, né da parte del progettista di impianti, che non è preparato o interessato alla coprogettazione - Rigidità delle tariffe professionali italiane, basate sull onorario a percentuale dell importo dei lavori, che porta il progettista edile a delegare/subappaltare al progettista di impianti il minimo indispensabile. - Mancanza di una formazione scolastica che produca progettisti edili conoscitori delle problematiche tecniche ed impiantistiche, nonché tecnici specialisti sensibili al progetto globale dell edificio e capaci di affrontare le tematiche associate al più generale concetto di costruzione sostenibile. Criticità legate alla committenza e all apparato normativo nazionale - La committenza, complice la forte crescita del mercato edilizio, non è incentivata a migliorare la qualità dei prodotti e ad investire nell innovazione, anche se i maggiori 2

3 costi in fase di progetto incidono solo di pochi punti percentuali sul valore complessivo dell opera. - Gli standard di legge sono spesso inadeguati alle nuove richieste di efficienza energetica: o sono sottodimensionati o assolutamente vaghi e, al tempo stesso, rigidi. INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA DEI COMPONENTI FV Obiettivi: - Esaltare le potenzialità estetiche e tecnologiche del FV ponendo la componente energetica alla base del linguaggio progettuale. - Portare il modulo FV al livello di componente edile, elemento espressivo e caratterizzante per l architettura. - Approfondire i dettagli costruttivi e di assemblaggio dei singoli componenti per aumentare la libertà di espressione progettuale - Favorire lo sviluppo di nuove linee di prodotti su larga scala e a prezzi competitivi. Vantaggi: - Mancata occupazione di suolo (possibilità di impiego di superfici marginali). - Complessiva riduzione dei costi di costruzione (strutture di sostegno, componenti edili). - Miglioramento delle prestazioni termiche dell edificio. - Possibilità di recupero dell energia termica prodotta dal riscaldamento dei moduli. - Riduzione dei costi legati ai consumi energetici dell edificio (PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA) Valenza estetica dell integrazione architettonica Per aumentare la valenza estetica si può agire su: Colori Trasparenze Flessibilità Personalizzare i moduli : Tipologia cella Disposizione celle e contatti Tipologia cornice Materiale incapsulante Personalizzare le celle per: Tipo 3

4 Copertura Forma Contatti Substrato Forma e tipologia del vetro di protezione Alcune tipologie di integrazione negli edifici IL FV COME COMPONENTE EDILIZIO: SISTEMI SOSTITUTIVI E APPLICATIVI SISTEMI SOSTITUTIVI : Completa integrazione e sostituzione degli elementi costituenti l involucro dell edificio. Svolgono le stesse funzioni dei tradizionali componenti edilizi. Offrono al progettista libertà formali. SISTEMI APPLICATIVI : Sovrapposizione dell elemento fotovoltaico su i tradizionali componenti edilizi. Generalmente usato per edifici esistenti (retrofit). Si possono raggiungere discreti livelli estetici. 4

5 L installazione di pannelli fotovoltaici può coinvolgere più parti di un edificio ed in modalità diverse: SOLUZIONI INTEGRATE : Per edifici di nuova costruzione atti a produrre energia fotovoltaica attraverso l uso di elementi FV sostitutivi dei componenti edilizi SOLUZIONI DI RETROFIT Inserimento su strutture già esistenti di moduli FV applicativi L INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA DEGLI IMPIANTI FV NELLA NORMATIVA ITALIANA Il tema dell integrazione degli impianti è quanto mai attuale, dopo l adozione della nuova certificazione energetica degli edifici e l introduzione dei pannelli solari obbligatori nelle nuove costruzioni. Anche le tariffe incentivanti del conto energia e, in modo particolare, la nuova edizione del decreto che tiene conto dell integrazione architettonica degli impianti - saranno di stimolo per sviluppare nuovi modelli di architetture solari. Le tipologie di impianti secondo il Decreto 19 febbraio 2007 Criteri e modalità per incentivare la produzione di energia elettrica mediante conversione fotovoltaica della fonte solare, in attuazione dell'articolo 7 del decreto legislativo 29 dicembre 2003, n Impianto fotovoltaico non integrato (es. impianto al suolo) 2. Impianto fotovoltaico parzialmente integrato (es. impianti a tetto aderenti alla superficie della copertura) 3. Impianto fotovoltaico integrato (es. pensiline con copertura costituita da moduli fotovoltaici) 5

6 L INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA PARZIALE TIPOLOGIE DI INTERVENTI VALIDE AI FINI DEL RICONOSCIMENTO DELLA PARZIALE INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA (Art. 2, COMMA 1, LETTERA B2) - ALLEGATO 2 Moduli fotovoltaici installati su tetti piani e terrazze di edifici e fabbricati. Qualora sia presente una balaustra perimetrale, la TIPOLOGIA SPECIFICA 1 quota massima, riferita all'asse mediano dei moduli fotovoltaici, deve risultare non superiore all'altezza minima della stessa balaustra. Moduli fotovoltaici installati su tetti, coperture, facciate, balaustre o parapetti di edifici e fabbricati in modo complanare alla TIPOLOGIA SPECIFICA 2 superficie di appoggio senza la sostituzione dei materiali che costituiscono le superfici d'appoggio stesse. Moduli fotovoltaici installati su elementi di arredo urbano, barriere acustiche, pensiline, pergole e tettoie in modo complanare alla TIPOLOGIA SPECIFICA 3 superficie di appoggio senza la sostituzione dei materiali che costituiscono le superfici d'appoggio stesse. Tipologia specifica 1 - Moduli fotovoltaici installati su tetti piani e terrazze Questa tipologia comprende i tetti piani (cioè i lastrici solari orizzontali non abitabili) e le terrazze (cioè le superfici piane di copertura utilizzabili e praticabili). Con riferimento alla norma UNI 8627 Sistemi di copertura. Definizione e classificazione... par , si considerano tetto piano le coperture orizzontali e suborizzontali con pendenza dell elemento di tenuta fino al 5% (circa 3 ). Tetti piani e terrazze possono prevedere elementi perimetrali come cornicioni, cordoli, balaustre o ringhiere. Al fine del riconoscimento dell integrazione parziale in presenza di elementi perimetrali alti fino a 50 cm. da terra, l impianto può essere montato senza limitazioni di altezza del supporto dei moduli (Caso 1). Caso1 6

7 In caso di presenza di elementi perimetrali alti sopra i 50 cm. da terra, l altezza H1 del modulo fotovoltaico o della schiera dei moduli fotovoltaici, misurata da terra fino all asse mediano degli stessi, non deve superare l altezza dell elemento perimetrale misurata nel suo punto più basso. In altre parole, il singolo modulo o la schiera non deve sporgere per più di metà dalla porzione più bassa dell elemento perimetrale. (Caso 2). Caso 2 Tipologia specifica 2 - Moduli fotovoltaici installati su tetti, facciate e balaustre in maniera complanare Per parziale integrazione dei moduli fotovoltaici su tetti, coperture, facciate, balaustre o parapetti di edifici si intendono quei casi in cui il modulo è appoggiato complanarmente alla superficie di queste tipologie senza sostituire il materiale stesso di costruzione. I moduli, al fine di risultare complanari, dovranno essere montati mantenendo la stessa inclinazione della superficie che li accoglie; è necessario inoltre che lo spessore del modulo e della struttura di supporto che emergerà dalla superficie esistente siano ridotti al minimo indispensabile. In ogni caso i moduli non devono sporgere rispetto alla falda di copertura. 7

8 Tipologia specifica 3 - Moduli fotovoltaici installati su elementi di arredo urbano, barriere acustiche, pensiline, pergole e tettoie in maniera complanare Per parziale integrazione dei moduli fotovoltaici su elementi di arredo urbano quali barriere acustiche, chioschi, pergolati, pensiline, si intendono quei casi in cui il modulo è appoggiato complanarmente alla superficie di queste tipologie senza sostituire il materiale stesso di costruzione. I moduli, al fine di risultare complanari, dovranno essere montati mantenendo la stessa identica inclinazione della superficie che li accoglie. Sarà anche necessario che lo spessore del modulo e della struttura di supporto che emergerà dalla superficie esistente siano ridotti al minimo indispensabile. INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA TOTALE TIPOLOGIE DI INTERVENTI VALIDE AI FINI DEL RICONOSCIMENTO DELL'INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA (ART. 2, COMMA 1, LETTERA B3) ALLEGATO 3 Sostituzione dei materiali di rivestimento di tetti, coperture, TIPOLOGIA SPECIFICA 1 facciate di edifici e fabbricati con moduli fotovoltaici aventi la medesima inclinazione e funzionalità architettonica della superficie rivestita TIPOLOGIA SPECIFICA 2 Pensiline, pergole e tettoie in cui la struttura di copertura sia costituita dai moduli fotovoltaici e dai relativi sistemi di supporto Porzioni della copertura di edifici in cui i moduli fotovoltaici TIPOLOGIA SPECIFICA 3 sostituiscano il materiale trasparente o semitrasparente atto a permettere l'illuminamento naturale di uno o più vani interni TIPOLOGIA SPECIFICA 4 Barriere acustiche in cui parte dei pannelli fonoassorbenti siano sostituiti da moduli fotovoltaici Elementi di illuminazione in cui la superficie esposta alla TIPOLOGIA SPECIFICA 5 radiazione solare degli elementi riflettenti sia costituita da moduli fotovoltaici TIPOLOGIA SPECIFICA 6 Frangisole i cui elementi strutturali siano costituiti dai moduli fotovoltaici e dai relativi sistemi di supporto TIPOLOGIA SPECIFICA 7 Balaustre e parapetti in cui i moduli fotovoltaici sostituiscano gli elementi di rivestimento e copertura TIPOLOGIA SPECIFICA 8 Finestre in cui i moduli fotovoltaici sostituiscano o integrino le superfici vetrate delle finestre stesse TIPOLOGIA SPECIFICA 9 Persiane in cui i moduli fotovoltaici costituiscano gli elementi strutturali delle persiane Qualsiasi superficie descritta nelle tipologie precedenti sulla TIPOLOGIA SPECIFICA 10 quale i moduli fotovoltaici costituiscano rivestimento o copertura aderente alla superficie stessa 8

9 Tipologia specifica 1 - Moduli fotovoltaici sostitutivi di materiali di rivestimento degli edifici I moduli fotovoltaici sostituiscono il materiale da costruzione convenzionale dell involucro dell edificio diventando parte integrante della copertura piana o inclinata, o parte della facciata. Questo significa che, dal punto di vista estetico, il sistema fotovoltaico si deve inserire armoniosamente nel disegno architettonico dell edificio. Dal punto di vista energetico funzionale, invece, l integrazione del sistema deve garantire comunque i requisiti di performance energetica dell involucro edilizio. Ovvero, non deve essere compromessa la resistenza termica dell involucro durante il periodo invernale, né aumentato il carico termico estivo, né compromettere la tenuta dell acqua. Tipologia specifica 2 - Moduli fotovoltaici integrati in pensiline, pergole e tettoie Per pensiline, pergole e tettoie in cui la struttura di copertura sia costituita dai moduli fotovoltaici si intendono quelle strutture di arredo urbano progettate ad hoc per accogliere i moduli fotovoltaici. In questo ambito saranno privilegiate le pensiline il cui disegno trae armonia dall inserimento del fotovoltaico ed è evidente l attenzione posta al design specifico degli elementi di supporto dei moduli così come alla complessiva funzione di ombreggiamento della copertura. Queste strutture devono essere praticabili in tutta la loro estensione. Dovrà essere studiato il dettaglio delle canalizzazioni dei cavi affinché questi risultino il più possibile nascosti nella struttura progettata. Tipologia specifica 3 - Porzioni della copertura di edifici in cui i moduli fotovoltaici sostituiscano il materiale trasparente o semitrasparente atto a permettere l'illuminamento naturale di uno o più vani interni 9

10 Questa tipologia privilegia la sostituzione di superfici trasparenti (vetro o materiali plastici, policarbonati, ecc.) con moduli fotovoltaici semitrasparenti, ossia quei moduli in cui le celle fotovoltaiche siano distanziate tra di loro e contenute tra due pannelli trasparenti affinché la luce naturale possa filtrare nello spazio architettonico. Lo stesso effetto di texture luminosa può essere ottenuto anche con la tecnologia del film sottile; in questo caso la pellicola fotovoltaica dovrà essere incisa per permettere la trasparenza richiesta. Questo tipo di integrazione è particolarmente indicato per grandi superfici vetrate piane o inclinate, lucernai, serre o comunque quegli spazi che possono beneficiare di grande illuminazione naturale. Mont-Cenis Academy, Germania Tipologia specifica 4 - Moduli fotovoltaici integrati in barriere acustiche Si applica alle barriere acustiche in cui i moduli fotovoltaici sostituiscono in parte o completamente i pannelli fonoassorbenti della barriera. L esposizione dei moduli fotovoltaici dovrà risultare congruente con la funzionalità tecnica di produrre energia e di isolare acusticamente. Dovrà essere dato ai moduli il corretto orientamento ed evitare che siano montati nelle parti basse della barriera più soggette ad ombreggiamento, deterioramento o rottura. Barriere antirumore sulle autostrade svizzere 10

11 Tipologia specifica 5 - Moduli fotovoltaici integrati in elementi di illuminazione e strutture pubblicitarie Per elementi di illuminazione si intendono i lampioni stradali e tutti quei componenti di illuminazione degli esterni la cui forma consenta un inserimento armonico del modulo fotovoltaico. Saranno privilegiati gli esempi in cui la morfologia stessa del corpo illuminante e il suo supporto siano stati progettati ad hoc per alloggiare il modulo e possibilmente siano state utilizzate tecnologie ad alta efficienza energetica come i led. Parte di questa tipologia sono anche gli schermi di supporto per la pubblicità, le paline informative, i parcometri, ecc. Tipologia specifica 6 - Moduli fotovoltaici integrati ai frangisole Per frangisole fotovoltaici si intendono quelle strutture collegate alla facciata o quelle coperture degli edifici atte a produrre ombreggiamento e raffrescamento passivo per l edificio stesso. In questa categoria rientrano tutti quegli elementi schermanti orizzontali o verticali il cui design sia stato studiato opportunamente per l alloggio dei moduli e il percorso dei cavi elettrici. L inserimento dovrà risultare armonioso in relazione alla forma complessiva dell edificio. Tipologia specifica 7 - Moduli fotovoltaici integrati in balaustre e parapetti Realizzazione di balaustre, parapetti, ringhiere e recinzioni il cui materiale da costruzione sia sostituito con moduli fotovoltaici perfettamente integrati nelle loro strutture di sostegno. 11

12 Solgarden- Kolding, Danimarca Progetto Studio balaustra Spagnolo-Rocchegiani Tipologia specifica 8 - Moduli fotovoltaici integrati nelle finestre Si applica a finestre, porte-finestre o grandi superfici vetrate preferibilmente apribili. La superficie vetrata deve essere sostituita da moduli fotovoltaici semitrasparenti, ossia quei moduli in cui le celle fotovoltaiche sono distanziate tra di loro e contenute fra due pannelli trasparenti affinché la luce naturale possa continuare a filtrare nello spazio da illuminare. Simon glass, Giappone Particolare Bed Zed, Gran Bretagna Tipologia specifica 9 - Moduli fotovoltaici integrati nelle persiane Si parla di persiane fotovoltaiche, ossia persiane la cui funzione ombreggiante sia ottenuta con la sostituzione del materiale convenzionale con i moduli fotovoltaici. Anche in questo caso la struttura di sostegno dei moduli e il loro meccanismo di movimentazione devono essere studiati per alloggiare correttamente i moduli e i cavi elettrici. 12

13 Prototipo Persiana solare Tipologia specifica 10 - Moduli fotovoltaici installati come rivestimento o copertura Questa tipologia comprende quelle integrazioni architettoniche realizzate in film sottile su supporto flessibile installato sulla superficie dell involucro edilizio. Queste soluzioni possono dare spunto a nuovi prodotti industriali fotovoltaici per l edilizia civile e industriale. Applicazione di pannelli fotovoltaici in film sottile Rivestimento in film sottile 13

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