L esperienza tedesca: lo standard Passivhaus

Transcript

1 L esperienza tedesca: lo standard Passivhaus Il primo passo per ridurre i consumi per riscaldamento (preponderanti nei nostri climi) consiste nel miglioramento dell efficienza dell involucro, cioè nella riduzione delle dispersioni di calore. Irraggiamento medio al suolo in kwh/m² anno [Herzog] Radiazione incidente sul pianeta: TW/anno Radiazione al suolo: TW/anno Fabbisogno energetico complessivo: 12 TW/anno Nonostante il sole ci fornisca enormi quantità di energia, infatti, la nostra capacità di sfruttarla è attualmente limitata. Inoltre, la disponibilità di energia solare varia molto durante il giorno e durante le stagioni. Un approccio puramente captante al problema energetico, quindi, è destinato al fallimento, come dimostrano le esperienze degli anni 70 e 80. La prima misura da adottare è la più semplice: conservare meglio il calore nell edificio. Variabilità dell irraggiamento solare su superfici variamente orientate [Comm. Europea]

2 Le Passivhaus sono una soluzione realistica per ridurre drasticamente i consumi di energia per il riscaldamento delle case. Un abitazione di 100 m², costruita secondo lo standard PH, può essere riscaldata con appena 150 l di combustibile (equivalente). L esperienza, condotta in Germania, è tra le più avanzate ed efficaci di tutta l Unione Europea. Da essa si possono trarre indicazioni utili anche per l Italia. La PH è l ultimo risultato di una politica di riduzione dei consumi energetici che in Germania procede ormai da decenni. Consumi medi tedeschi dal 1970 ad oggi

3 Per diminuire le dispersioni di calore, è indispensabile aumentare la resistenza termica dell involucro migliorandone il livello di isolamento. L efficacia di questa strategia, però, diminuisce al crescere dello spessore, mentre aumentano i costi! Per un edificio tradizionale, l equazione della minima energia individua un punto ottimale che equivale allo standard Niedrigenergiehaus. L esperienza Passivhaus si basa sull idea di spingere il livello di isolamento tanto in alto, da poter fare a meno dell impianto di riscaldamento tradizionale.

4 Da qui il termine passivo : si sfrutta il calore gratuito derivante:! dal sole;! dalle persone;! dai macchinari. Questo accorgimento consente di ammortizzare gli extracosti dovuti all iperisolamento e all impianto di ventilazione, riportando il costo di una PH nella stessa fascia delle normali case a basso consumo energetico. Tutto il calore gratuito, derivante dall interno della casa o dal sole, viene conservato per mantenere i 20 C necessari al comfort. Attenzione alla qualità dell aria interna (IAQ)! Il calore mancante viene fornito per mezzo dell aria di ventilazione, comunque necessaria per IAQ. La strategia è fortemente conservativa, adatta al clima tedesco.

5 Per ottenere un consumo così ridotto è necessario garantire:! iperisolamento dell involucro opaco;! vetri ad alta efficienza (entra energia solare ma non esce calore);! tenuta all aria delle chiusure;! recupero di calore dalla ventilazione meccanica. ^ Schema dei punti critici dell involucro. > Modalità di miglioramento dell efficienza della ventilazione. Il limite di consumo è definito dal calore che si può fornire usando solo l aria come fluido vettore. Ne deriva un valore massimo di 15 kwh/m²anno.

6 I punti di forza dello standard:! le idee di base sono molto semplici. Gli utenti non devono modificare in modo significativo i loro comportamenti normali ;! le tecnologie coinvolte sono di tipo corrente (isolamento termico, vetri ad alte prestazioni, impianto di ventilazione meccanica). Le soluzioni sono solide e non richiedono sperimentazione: basso rischio per utenti e investitori);! si lavora sul miglioramento di elementi già previsti in un edificio qualunque, usando con maggiore intensità tecnologie alla portata di tutti;! i maggiori costi iniziali sono limitati, e possono essere riassorbiti in meno di dieci anni (vantaggio economico). Misure tecnologiche normalmente adottate 0,1 I limiti di consumo imposti dallo standard PH implicano mediamente, per il clima tedesco, un coefficiente di resistenza termica U!0,10 W/m²K. Questo significa uno spessore di isolante superiore ai 30 cm.

7 Alternative tecniche tipiche per chiusure verticali in clima tedesco: leggera e a secco, in legno (a sinistra) e massiccia con super-cappotto (a destra). Anche le finestre devono garantire un elevata resistenza termica, sia nella parte vetrata che nella cornice e nei distanziatori dei vetri: complessivamente U!0,80 W/m²K. Inoltre devono essere in grado di lasciare entrare il sole (guadagno termico) di giorno, ma limitare le dispersioni notturne.

8 Una finestra certificata dal Passivhaus Institut di Darmstadt (Josko). Se i vetri sono molto efficienti, le vetrate rivolte a sud possono costituire un fattore positivo (guadagno) nel bilancio termico dell edificio. Proporzione fra perdite e guadagni per diversi tipi di vetro. Andamento del fabbisogno energetico specifico per diversi tipi di vetro e diverse dimensioni delle aperture. [Fonte: Passivhaus Institut]

9 Dettaglio di una finestra ad alta efficienza inserita in un elemento di involucro in legno con isolamento di fiocchi di cellulosa (BAU 2005, Monaco). ^ Confronto fra un serramento a taglio termico standard e uno con accorgimenti specifici per la riduzione del flusso (fonte: Schüco). < Confronto fra un profilo a taglio termico e uno continuo (fonte: Metra).

10 Con un involucro a tenuta, è fondamentale garantire il ricambio d aria senza espellere anche il calore conservato all interno della casa (problema IAQ). Si adotta quindi un impianto di ventilazione meccanica, con scambiatore ad alta efficienza per il recupero di calore dall aria viziata. Per l eventuale, ulteriore riscaldamento dell aria in ingresso si può usare l acqua calda ad uso sanitario (sistemi integrati). È quindi possibile adottare un sistema integrato per la gestione dell acqua calda, eventualmente supportato da collettori solari. Problematiche riscontrate con l esperienza:! il tasso di umidità può scendere sotto i livelli di comfort;! il preriscaldamento dell aria esterna tramite scambiatore nel terreno può essere controproducente nelle stagioni intermedie.

11 Sistema compatto: ventilazione con riscaldamento + recupero calore + serbatoio ACS (Aerex). La realizzazione di edifici a consumo ridotto ha alcune implicazioni interessanti:! comfort termico estremamente elevato, grazie all uniformità delle temperature superficiali (scambio radiativo omogeneo) - dovuta all iperisolamento;! impianti non più aggiunti a posteriori, ma concepiti organicamente dall inizio (quantità di energia in gioco molto limitate);! l inerzia non ha più il ruolo di limitare l ingresso delle forzanti climatiche esterne, ma serve a mitigare le oscillazioni di temperatura interna. Le masse possono quindi essere limitate e concentrate all interno dell abitazione.

12 Dopo le prime sperimentazioni con esito positivo (1991): Casa passiva realizzata con sistema 81 Fünf.! sviluppo di un mercato di prodotti tradizionali ad alte prestazioni: isolanti ad alto spessore (anche cappotti), finestre e vetri iperisolati ( superwindows ), soluzioni di parete;! diversi produttori propongono intere case a catalogo conformi allo standard Passivhaus; Andamento del consumo effettivo negli anni.! il numero di PH realizzate, dopo la fase sperimentale, è in crescita esponenziale: questo dimostra che l idea è stata ben recepita sia dal mercato che dagli utenti. Le case tradizionali perdono valore economico.

13 Perché è un caso interessante anche per l Italia Che cosa rende lo standard Passivhaus un esperienza replicabile:! la semplicità complessiva dell approccio, che lo rende particolarmente adeguato al settore residenziale;! la solidità dell idea, basata sulla riduzione drastica dei consumi prima di ricorrere a tecnologie spinte per lo sfruttamento delle fonti rinnovabili; Edificio per minori a Lodi: schema di funzionamento passivo.! l adattamento al clima, indispensabile per un modello di architettura che lavori con la natura e non contro (climate sensitive). Per l Italia è necessario adeguare il comportamento al clima estivo più caldo e alla maggiore radiazione solare nelle stagioni intermedie.

14 Indonesia Irlanda Tunisia In condizioni di limitata energia disponibile, l uomo ha sviluppato soluzioni costruttive volte al raggiungimento dei livelli di comfort attesi con un impegno energetico minimo. La disponibilità su vasta scala di impianti tecnici e di energia a basso costo ha portato, tra le conseguenze, una sostanziale indifferenza delle costruzioni al clima: come dimostra un analisi delle case bavaresi tipiche oggi e un secolo fa.

15 Alcuni esempi di case passive Salisburgo / Gnigl - Atelier 14 Residenza per un totale di 6 appartamenti Superficie tot: 328 m² Costo: euro/m² Consumo di progetto: 15,0 kwh/m² annui Alloggi con doppia esposizione. Il lato sud è ampiamente vetrato per la captazione solare. Il lato nord è prevalentemente opaco. Concetto impiantistico: ventilazione meccanica con recupero di calore, indipendente per ogni unità abitativa, integrato da riscaldamento radiante. L acqua calda proviene da un serbatoio centralizzato, alimentato da collettori solari e da una caldaia alimentata con residui di legno. Tecnologia costruttiva: struttura portante in calcestruzzo gettato in opera, con chiusure leggere a montanti in legno. Caratteristiche degli elementi tecnici! Chiusura verticale: U=0,11 W/m²K! Solaio su scantinato: U=0,13 W/m²K! Vetrate a sud: U=0,60 W/m²K! Copertura piana: U=0,10 W/m²K

16 Dornbirn - Fuerrot.at Le aperture sono disposte sui lati sud-est e sud-ovest e sono configurate per la protezione solare estiva. Residenza unifamiliare dimostrativa per un sistema costruttivo flessibile conforme allo standard Passivhaus Superficie totale: 125 m² Costo: euro/m² Consumo di progetto: 15,1 kwh/m² annui Concetto impiantistico: ventilazione meccanica con recupero di calore e pompa di calore. Preriscaldamento dell aria esterna tramite scambiatore con il terreno. Sistema integrato di gestione dell acqua calda. Sistema costruttivo: solai in cls su pilastri in acciaio. Elementi di chiusura prefabbricati con 36 cm di isolante. Chiusura verticale: U=0,09 W/m²K Copertura: U=0,10 W/m²K Solaio a terra: U=0,14 W/m²K Finestre: U=0,89 W/m²K

17 Kuchl - Eigenplanung Bau Sparer Heim Residenza per un totale di 25 appartamenti Superficie totale: m² Costo: euro/m² Consumo di progetto: 15,1 kwh/m² annui Alloggi sociali con doppio affaccio. Sul lato sud sono disposte finestre a tutta altezza per la captazione solare. Sistema costruttivo misto: struttura in calcestruzzo e chiusure leggere a montanti di legno. Caratteristiche elementi tecnici: Chiusura verticale: U=0,13 W/m²K Solaio su spazio aperto: U=0,14 W/m²K Copertura: U=0,10 W/m²K Finestre: U=0,80 W/m²K Concetto impiantistico: ventilazione meccanica indipendente per ogni abitazione. L acqua calda proviene da un serbatoio centrale alimentato da collettori solari e caldaia a scarti di legno. Uso di pannelli FV (300 m²). Recupero dell acqua piovana.

18 Wolfurt - G. Zweier Residenza per un totale di 8 appartamenti, un ufficio e un atelier Superficie totale: m² Costo: euro/m² Consumo di progetto: 13,5 kwh/m² annui Sistema costruttivo in acciaio e solai collaboranti. Chiusure prefab in legno. Chiusura verticale: U=0,12 W/m²K Solaio su spazio aperto: U=0,10 W/m²K Copertura: U=0,09 W/m²K Finestre: U=0,82 W/m²K Concetto impiantistico: ventilazione con recupero di calore per ogni abitazione. Serbatoio centrale alimentato da caldaia a scarti di legno e collettori solari.

19 I Vacuum insulation panels (V.I.P.) sono una potenziale alternativa ai materiali isolanti tradizionali, dal momento che hanno " = 0,004 W/mK. 2 cm V.I.P. = 20 cm polistirene Questo significa che sono molto indicati nelle operazioni di recupero. Passivhaus a Dornbirn (A), J. Kaufmann, 2002.

20 Quanto costa? Studi condotti in Germania (migliaia di casi reali) mostrano una curva ben identificata che mette in relazione extracosto e risparmio (maggiore efficacia con consumi più elevati). L extracosto dipende anche dal livello di riferimento stabilito dalla legge. Incremento dei costi per l isolamento di un edificio di nuova costruzione [fonte: ARPA Lombardia].

21 L architettura ecocompatibile comincia dalle prime fasi della progettazione (ad esempio dal lay-out delle funzioni). Le strategie precoci sono quelle che costano meno.