La casa che pensa al futuro

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1 La casa che pensa al futuro Chiedere, chiedere, sempre chiedere! L'Associazione dei Costruttori Edili di Bergamo presenta ai visitatori di BergamoScienza 2010 "La Casa che pensa al Futuro". E' una casa costruita con le migliori tecnologie disponibili che garantiscono un miglioramento del comfort abitativo, una riduzione dei consumi degli edifici ed un utilizzo sempre maggiore delle fonti energetiche rinnovabili (solare termico e fotovoltaico, geotermia, eolico ). La Casa che pensa al Futuro è intelligente grazie alla domotica che aumenta l'efficienza di tutti gli apparecchi, impianti e sistemi presenti nelle nostre abitazioni e soprattutto rispetta l'ambiente: produce energia dal sole e dal vento, è ben isolata dal caldo e dal freddo ed è costruita con materiali eco-compatibili senza contare i vantaggi economici per le bollette del gas e dell'elettricità! Queste tecnologie, unitamente ad altre, sono in continua evoluzione e perfezionamento. Il nostro scopo oggi è quello di iniziare a costruire la casa che pensa al futuro. Percorso della visita 2 1 sala capitolare chiostro solare termico solare fotovoltaico geotermia eolico tecnologie domotica termografia isolamento

2 Il cappotto termico ovvero un vestito su misura per la nostra casa! L'isolamento a cappotto è una tecnica per la coibentazione termica e acustica delle pareti di un edificio che consiste nell'applicare il materiale isolante all'esterno invece che all'interno della parete. Per la sua semplicità esecutiva questo tipo di coibentazione è utilizzato nella maggior parte delle nuove costruzioni e nella quasi totalità delle ristrutturazioni, in quanto consente l'esecuzione dei lavori senza che le persone che vi abitano debbano lasciare la propria casa. Grazie al cappotto è inoltre possibile eliminare il problema dei "ponti termici": punti dell'edificio non isolati attraverso i quali può fuggire il calore. Il sistema consiste nella realizzazione di una barriera termica che permette di tenere la temperatura all'interno dell'edificio a livello di confort. Si crea perciò un vero e proprio "cappotto" alla nostra casa così d'inverno, quando fuori fa freddo, il calore prodotto dal riscaldamento rimarrà all'interno mentre d'estate il forte caldo farà fatica ad entrare. Come si realizza? Lo strato di materiale isolante viene incollato o tassellato con attenzione sull'esterno del muro della casa; aumentando lo spessore del cappotto si aumenta di conseguenza la resistenza al passaggio del calore. Viene poi realizzato uno strato di intonaco rinforzato con una rete in fibra di vetro che protegge lo strato isolante dagli agenti esterni. La rete aiuta anche ad evitare crepe e deformazioni superficiali dovute alla dilatazione termica. Alla fine si stende uno strato di finitura che conferisce alla parete l'aspetto estetico voluto. Dovrebbe essere di colore chiaro per ridurre l'assorbimento di calore e le eventuali deformazioni.

3 Impianti eolici ovvero che forza il vento! E possibile produrre energia elettrica sfruttando il vento, fonte energetica rinnovabile che rispetto al sole presenta alcuni vantaggi, soffia anche di notte e richiede l installazione di impianti più semplici, ma anche svantaggi, la sua disponibilità varia da luogo a luogo e gli impianti sono generalmente più ingombranti rispetto agli impianti fotovoltaici. Tra le tecnologie disponibili si distinguono le grandi pale eoliche, alte fino a 50 metri con pale di metri di diametro, e i piccoli aerogeneratori, denominati mini-eolico, che contribuiscono al fabbisogno energetico di abitazioni ed aziende. Componenti di un impianto mini-eolico Aerogeneratore o Turbina: è costituita dalla navicella, che contiene gli organi meccanici di trasmissione del moto, e dal rotore che può essere: ad asse orizzontale: il rotore, formato da 2 o più pale, è disposto orizzontalmente e si orienta seguendo la direzione del vento. ad asse verticale: il rotore, di svariate forme e geometrie, è più robusto e silenzioso, anche se generalmente più costoso di quelli ad asse orizzontale. Sostegno: può essere costituito da un palo d'acciaio infisso nel terreno con un opportuna fondazione o posto sulla sommità degli edifici. Generatore: di solito inglobato nella navicella della turbina, trasforma il movimento del rotore in energia elettrica. Sistema di controllo del generatore ed inverter: apparecchiature elettroniche che gestiscono il funzionamento del sistema al variare delle condizioni di vento e che consentono la trasformazione da corrente continua, prodotta dal generatore, in corrente alternata, usata dalla rete elettrica.

4 Impianti geotermici ovvero La terra è un accumulatore di calore di elevata capacità che si carica assorbendo l'energia del sole. In profondità la temperatura del sottosuolo si mantiene costante tutto l'anno: in estate è più fresca di quella dell'aria mentre in inverno è più calda. Grazie all'utilizzo di un fluido termovettore è possibile sfruttare questo serbatoio di calore: il fluido attraversa il terreno con cui scambia calore ottenendo così, a seconda delle stagioni, un pre-riscaldamento o un pre-raffrescamento e un conseguente risparmio dell'energia necessaria al condizionamento degli ambienti. Componenti dell impianto Collettori e sonde geotermiche anche la terra respira! Collettore geotermico: è costituito da una rete di tubazioni poste a circa 2 metri di profondità su un'area sufficientemente estesa, orizzontale o verticale. La ridotta profondità di posa garantisce un contenimento dei costi di installazione che possono essere ulteriormente ridotti sfruttando gli scavi di sbancamento necessari alla realizzazione dell'edificio Sonda geotermica: è costituita da una lunga tubazione installata in fori appositamente realizzati (di profondità generalmente compresa tra 50 e 350 metri). E' caratterizzata da costi di realizzazione più elevati ma permette un funzionamento ottimale della pompa di calore che può sfruttare la temperatura costante del sottosuolo (circa 15 C). Sistema collegato a bacini idrici: consente di sfruttare direttamente l'acqua di bacini idrici, falde sotterranee e corsi d'acqua superficiali o, in alternativa, di scambiare calore con essa attraverso un circuito chiuso. Accumulatori e pompe di calore Pompa di calore geotermica: macchina dimensionata in base alla potenza di riscaldamento necessaria che permette di innalzare la temperatura fino a circa 35 C a fronte di un ridotto consumo di energia elettrica (indicativamente il 25-35% dell'energia restituita). Accumulatore termico: serbatoio di accumulo dell'acqua (di riscaldamento o ad uso potabile) riscaldata o raffrescata dal sistema geotermico.

5 Integrazione dei sistemi Al raggiungimento della piena efficienza energetica di un edificio provvede la moderna tecnica impiantistica. Nello schema è riportato un impianto che integra tra loro le tecnologie più diffuse per rendere efficiente la produzione di calore (nei periodi freddi) e per il raffrescamento (nei periodi caldi). La particolarità risiede nello scambiatore Direkt- Cooling che permette lo sfruttamento della sonda geotermica per il raffrescamento estivo. In questo modo non viene utilizzato il compressore con un notevole risparmio energetico. La produzione di acqua calda sanitaria è affidata invece al classico impianto a collettori solari a circolazione forzata. Il sistema può essere completato con l integrazione di pannelli fotovoltaici per la produzione di energia elettrica ed essere ottimizzato nel suo funzionamento attraverso il supporto dell impianto domotico. collettori solari direkt cooling acqua riscaldamento pompa di calore acqua sanitaria sonda geotermica

6 Riscaldamento radiante ovvero parliamo di acqua! All'interno di pavimenti, pareti e soffitti possono essere installati sistemi radianti a bassa temperatura che garantiscono minori costi di esercizio rispetto ai tradizionali corpi scaldanti (radiatori) e che possono eventualmente essere alimentati direttamente dall'acqua calda o dall'energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili. Questo sistema di riscaldamento garantisce anche il miglioramento del comfort termo-igrometrico degli ambienti, una maggiore libertà nell'arredo e, grazie alla distribuzione estesa degli elementi radianti, un ambiente termicamente uniforme, limitando anche le perdite puntuali di energia. Come si realizza? L'impianto di riscaldamento a pavimento è composto da: Soletta portante. Strato alleggerito di contenimento impiantistico, per tubazioni elettriche ed idrauliche. Strato elastico per l'isolamento acustico. Strato di materiale isolante posto al di sotto degli elementi radianti che evita dispersioni di energia negli ambienti sottostanti. Tubi, in materiale plastico o rame, annegati completamente nello strato di supporto (massetto) che ha la duplice funzione di accumulo termico e di diffusione estesa del calore nell'ambiente. Strato di rivestimento (piastrelle, marmo o parquet). Esistono anche sistemi innovativi che prevedono l'utilizzo di materassini in fibra di carbonio che, attraversati dalla corrente elettrica, si scaldano e rilasciano calore nell'ambiente.

7 I serramenti ovvero gli occhi della casa! Finestre e porte interrompono l'isolamento termico ed acustico delle pareti e devono essere conseguentemente progettate e realizzate al fine di minimizzare le dispersioni termiche e la diffusione dei rumori. Le tecnologie per l'isolamento dei serramenti sono più complesse rispetto a quelle per l'isolamento delle strutture opache (pareti) ma consentono oggi di raggiungere ottimi risultati. Componenti I vetri vetro basso emissivo: realizzato rivestendo una delle superfici interne di un vetro camera con un deposito di ossidi metallici che permette di ridurre le dispersioni di calore senza modificare le prestazioni di trasmissione della luce. vetro selettivo: diversi strati di metalli nobili vengono deposti sui vetri in modo da ridurre la quantità di energia solare che riesce ad attraversarli. La camera d aria è un intercapedine di dimensioni da 1 a 3 cm che separa due vetri aumentando così la resistenza termica del serramento. A volte al posto dell'aria questo spazio può essere riempito anche con gas rari, ancora più isolanti. I materiali utilizzati: I serramenti sono realizzati con diversi materiali: legno, PVC con camera d'aria all'interno della struttura (a volte riempita anche con materiale isolante) e alluminio con taglio termico, un materiale isolante viene inserito all'interno della struttura per interrompere la continuità del metallo e ridurre il passaggio di calore.

8 Impianti fotovoltaici ovvero come è bello il sole! L'energia solare può essere utilizzata per generare elettricità: è possibile trasformare la propria abitazione in una piccola centrale elettrica che sfrutta l'inesauribile energia del sole. Alcuni materiali semiconduttori colpiti dalla radiazione solare sono infatti in grado di produrre una differenza di potenziale che genera corrente elettrica (effetto fotovoltaico). Componenti dell impianto Pannello fotovoltaico: l'elemento base nella costruzione del modulo fotovoltaico sono le celle solari (o celle fotovoltaiche) che possono essere realizzate con diversi materiali. Silicio monocristallino: realizzate con una fetta di un cristallo di silicio (materiale semiconduttore di colore nero o blu) opportunamente trattato. L'efficienza raggiunge valori del %. Silicio policristallino: si origina dalla fusione e successiva ricristallizzazione del silicio di scarto dell'industria elettronica ("scraps" di silicio). Da questa fusione si ottiene un composto che viene tagliato verticalmente in lingotti con forma di parallelepipedo. L'efficienza raggiunge valori del %. Film sottile: in alternativa alle tradizionali celle è possibile stendere un sottile strato di materiali semiconduttori su substrati di vetro o ceramica. Il semiconduttore più utilizzato è il silicio amorfo. Si possono ottenere forme flessibili e costi produttivi inferiori, con rese che scendono intorno al 6-9 %. Sistema di accumulo: batterie per accumulare l'energia prodotta durante il periodo di funzionamento dell'impianto (irraggiamento solare). Inverter: trasforma la corrente continua prodotta dal generatore fotovoltaico in corrente alternata.

9 Impianti solari termici ovvero come scalda il sole! Il sole è una delle fonti energetiche rinnovabili più familiare all'uomo che da sempre ha cercato di sfruttarne l'enorme quantità di energia disponibile. Attraverso il solare termico è possibile generare calore per il riscaldamento dell'acqua sanitaria e degli ambienti. Uno dei fattori più importanti da considerare nella progettazione dell'impianto è l'orientamento dei pannelli: per poter sfruttare la massima esposizione nell'arco della giornata è consigliabile orientare i pannelli verso Sud. Componenti dell impianto Collettore solare: si basa sul principio dell'effetto serra che si produce attraverso un elemento captatore (superficie di colore scuro) in grado si assorbire la maggior quantità possibile di energia solare ed una copertura trasparente in grado di contenerne l'effetto di re-irraggiamento, evitando così l'immediata dispersione dell'energia catturata. Per ridurre le perdite di energia i pannelli sono opportunamente isolati con materiale coibente o, in alternativa, con una camera d'aria. Il principio di funzionamento dei sistemi a circolazione naturale è basato sulla convezione del fluido riscaldato che tende a diminuire la propria densità e quindi ad innescare un moto convettivo dal basso verso l'alto. Accumulatore termico: è un serbatoio di accumulo dell'acqua calda prodotta dal collettore solare. Per garantire la funzionalità del sistema a circolazione naturale il serbatoio dell'acqua calda sanitaria deve essere posizionato all'estremità superiore del pannello.

10 La termografia ovvero parliamo di onde! Le macchine fotografiche, oggi così diffuse, sono in grado di catturare le immagini e le sfumature dei colori lavorando in modo simile ai nostri occhi che sono sensibili solamente ai colori. Poichè i colori, in fisica, non sono altro che onde elettromagnetiche al pari dei segnali radio e Tv, dei raggi X o delle micronde che si utilizzano in cucina, si può dire che l occhio può registrare solo una piccola porzione di tutte le possibili onde elettromagnetiche esistenti. Ogni corpo caldo emette una particolare onda elettromagnetica detta infrarosso che trasporta nell ambiente il suo calore. In questo momento il tavolo, le pareti, le luci e voi stessi state emettendo onde infrarosse in questa stanza. Non le possiamo vedere con gli occhi ma le possiamo percepire attraverso la pelle: avvicinandosi ad un camino acceso, ad una lampadina oppure semplicemente stando esposti alla luce del sole, il calore che si percepisce è causato dalle onde infrarosse. Esistono degli strumenti, detti termocamere, che sono in grado di registrare queste onde e renderle visibili. Nello schermo che vedi qui installato, le immagini trasmesse non sono altro che onde infrarosse emesse in questa stanza. La termocamera quindi registra le diverse temperature senza venire in contatto con le superfici che sta misurando. È un po come un termometro a distanza per misurare la febbre!!! In edilizia la termocamera viene utilizzata per vedere le vie attraverso le quali il calore esce dagli edifici e quindi per porre rimedio al problema applicando gli isolanti termici proprio dove servono.

11 Ventilazione Meccanica Controllata ovvero parliamo di aria! I sistemi di ventilazione controllata garantiscono una riduzione delle perdite di energia dagli ambienti riscaldati grazie al ricambio "controllato" dell'aria. A differenza dei semplici ricambi d'aria (ad esempio aprendo le finestre) il controllo della ventilazione degli ambienti consente infatti di bilanciare l'umidità e di recuperare parzialmente l'energia di riscaldamento o raffrescamento che andrebbe altrimenti persa. Il principio di funzionamento è molto semplice: si aspira aria umida e viziata e si immette aria pulita e fresca prelevandola dall'esterno, recuperando calore dall'aria espulsa per preriscaldare quella immessa. Come si realizza? Aspiratore e bocchette di estrazione: attraverso un ventilatore sempre in funzione si aspira aria viziata dalle bocchette di aspirazione poste nei bagni e nella cucina, allontanandola all'esterno. Bocchette di immissione: in modo naturale l'aria estratta viene sostituita dall'aria pulita che entra dall'esterno nelle stanze "nobili", quali il salotto e le camere da letto. La macchina aspirante, nelle versioni più evolute, esegue anche l'umidificazione/deumidificazione e il preriscaldamento dell'aria prelevata dall'esterno.

12 Ventilazione Meccanica Controllata ovvero parliamo di aria! I sistemi di ventilazione controllata garantiscono una riduzione delle perdite di energia dagli ambienti riscaldati grazie al ricambio "controllato" dell'aria. A differenza dei semplici ricambi d'aria (ad esempio aprendo le finestre) il controllo della ventilazione degli ambienti consente infatti di bilanciare l'umidità e di recuperare parzialmente l'energia di riscaldamento o raffrescamento che andrebbe altrimenti persa. Il principio di funzionamento è molto semplice: si aspira aria umida e viziata e si immette aria pulita e fresca prelevandola dall'esterno, recuperando calore dall'aria espulsa per preriscaldare quella immessa. Come si realizza? Aspiratore e bocchette di estrazione: attraverso un ventilatore sempre in funzione si aspira aria viziata dalle bocchette di aspirazione poste nei bagni e nella cucina, allontanandola all'esterno. Bocchette di immissione: in modo naturale l'aria estratta viene sostituita dall'aria pulita che entra dall'esterno nelle stanze "nobili", quali il salotto e le camere da letto. La macchina aspirante, nelle versioni più evolute, esegue anche l'umidificazione/deumidificazione e il preriscaldamento dell'aria prelevata dall'esterno.