Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il Graziano Salvalai Politecnico di Milano Dipartimento B.E.S.T.

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1 Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020 Graziano Salvalai Politecnico di Milano Dipartimento B.E.S.T.

2 Perchè costruire energeticamente efficiente? G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

3 Ghiacciaio BALTORO Gruppo montuoso del KaraKorum - Pakistan

4 Grossglockner (Austria)

5 Europa Perché costruire energeticamente efficiente? Consumo energetico settore residenziale e terziario 40% Di questi 57% Riscaldamento 25% produzione acqua calda Italia Consumo energetico settore residenziale e terziario 35% 70% 12% riscaldamento e condizionamento acqua calda sanitaria kwh/m Consumo medi edifici 2 a

6 Oltre Kyoto: l obiettivo dell Unione Europea nel G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

7 Come saranno gli edifici del 2020/30? G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

8 Smart-ECO Sustainable, smart, eco-buildings in the EU Azione di supporto specifico della CE, FP6. Durata: ott 2007 lug Gruppo di ricerca del Politecnico di Milano: Marco Imperadori Gabriele Masera Giuliana Iannaccone Roberto Francieri Città per abitanti in fuga dall innalzamento dei mari (Vincent Callebaut) G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

9 Direttiva 2010/31/UE Edifici a energia quasi zero : dal 31 dicembre 2018 per gli edifici pubblici; dal 31 dicembre 2020 per tutti i nuovi edifici. Definizione (art. 2): Edificio ad altissima prestazione energetica. Il fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo [...] coperto in misura molto significativa da energia da fonti rinnovabili, compresa l energia da fonti rinnovabili prodotta in loco o nelle vicinanze. Kingspan Lighthouse, prototipo zero carbon, BRE, UK. G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

10 Riconciliare il fabbisogno energetico con l energia disponibile in sito Ridurre prima di produrre G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

11 Quali altri problemi? 1. Mitigazione e adattamento al cambiamento climatico Mitigazione: azione sulle cause del cambiamento climatico (riduzione delle emissioni di gas serra) Adattamento: adeguamento agli impatti fisici del cambiamento climatico (riduzione della vulnerabilità). G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

12 2. Adattamento a nuove forme di energia Gli edifici costruiti oggi saranno ancora utilizzati quando i combustibili fossili saranno probabilmente esauriti. È indispensabile pensare alla possibilità di retrofit per altre fonti energetiche. L unica fonte di energia che tra 50 anni sicuramente ci sarà ancora è il sole! G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

13 3. Integrazione degli edifici nelle reti energetiche Gli edifici passeranno da consumatori a produttori di energia. Necessaria l integrazione di produzione centralizzata e produzione diffusa in un unico sistema intelligente in grado di bilanciare domanda e offerta di energia. Le coperture degli edifici diventeranno terminali dei sistemi di produzione energetica. Smart grids: centrali + edifici + automobili. G Masera Smart-ECO architecture Ecobox, Madrid

14 4. Ridurre il consumo di risorse Consumo di territorio, di acqua e di materie prime. Considerazione del ciclo di vita e dei relativi impatti. Uso di materiali recuperati / riciclati / riciclabili. Progettazione del second use e della de-costruzione. G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

15 Il ruolo delle tecnologie costruttive G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

16 Paragone fra valori U raccomandati per Passivhaus e CasaClima Per ottenere una casa passiva (Passivhaus) - in Germania: (+ ventilazione meccanica) Per ottenere una casa CasaClima B - in Alto Adige: Per ottenere una casa CasaClima A - in Alto Adige: (+ ventilazione meccanica) Elementi opachi di involucro U = 0,1 W/m²K Finestre U = 0,8 W/m²K Elementi opachi di involucro U = 0,15 0,25 W/m²K Finestre U = 1,5 W/m²K Elementi opachi di involucro U = 0,1 0,2 W/m²K Finestre U = 1,3 W/m²K G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

17 Alternative tecniche tipiche per chiusure verticali in clima tedesco: leggera e a secco, in legno (a sinistra) e massiccia con super-cappotto (a destra). G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

18 G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

19 Il paradigma S/R Le tecniche Struttura / Rivestimento si caratterizzano per: la separazione netta fra struttura portante ed altri elementi tecnici; gli elementi tecnici basati su una sottostruttura indipendente e su strati di completamento leggeri, funzionalmente specializzati e assemblati a secco senza limitazioni dimensionali o di interfaccia. Le tecniche S/R sono anche indicate come costruzione stratificata (a secco nelle applicazioni più avanzate). G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

20 I vantaggi ambientali della costruzione S/R I vantaggi delle tecniche S/R investono tutte le fasi del ciclo di vita degli edifici: costruzione: leggerezza = operazioni di costruzione (assemblaggio) facilitate; manutenzione: impianti in intercapedini dedicate; dismissione: recupero, riciclaggio o riuso dei componenti. Hong Kong - Admiralty G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

21 Esempio: ZAC Taillées, Grenoble (F), Dubosc & Landowski. Elemento di tenuta all aria Elemento resistente (non portante) Isolamento termico Rivestimento esterno Elemento di tenuta all acqua G Masera Smart-ECO architecture

22 G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020 Casa passiva a Chignolo d Isola, Vanoncini S.p.A.

23 G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020 Assonometria di un sistema costruttivo tipico in legno.

24 I Vacuum insulation panels (V.I.P.) sono una potenziale alternativa ai materiali isolanti tradizionali, lambda=0,004 W/mK. Ristrutturazione di un singolo appartamento a BG (Vanoncini S.p.A.). 2 cm V.I.P. = 20 cm polistirene Questo significa che sono molto indicati nelle operazioni di recupero. Aspetti principali: sistemi isolanti complessi; comportamento basato su tutte le modalità di trasferimento del calore; spessori molto ridotti; utilizzabili in costruzioni a doppio guscio, in particolare nelle ristrutturazioni. G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

25 Pannello multi-funzionale per involucri verticali isolati e ventilati Sede della Fondazione Don Leandro Rossi a Lodi (edificio ad alta efficienza energetica, classe A Regione Lombardia). winner 2005 Progetto e coordinamento: Ettore Zambelli con un gruppo multidisciplinare del Politecnico di Milano e AIACE S.r.l. winner 2006 G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

26 Totale isolamento: 32 cm spess. U = 0,11 W/m²K Questo progetto sperimentale ha dato l opportunità di testare l applicazione di un rivestimento in cotto e di uno in fibrocemento. G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020 Il supporto pronto per il materiale di rivestimento.

27 L architettura cambierà?

28 Progettazione olistica Il punto per i progettisti: come integrare le diverse tecnologie (disponibili o in arrivo) in una visione integrata del progetto che fornisca prestazioni molto elevate. Muri: U = 0,095 W/m²K Tetto: U = 0,085 W/m²K Finestre tetto: U = 1,0 W/m²K Consumo per riscaldamento < 30 kwh/m²a, prodotto da fonti rinnovabili Esempio: Green Lighthouse, Copenhagen Edificio climate-neutral che reagisce alle sollecitazioni esterne. Università di Copenhagen Danish University and Property Agency Città di Copenhagen VELFAC VELUX Group G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020 [Velux]

29 Esempio: scuola a Milano Asilo nido e scuola materna a Milano, : m² per 120 studenti. Progetto e coordinamento: Ettore Zambelli con un gruppo multidisciplinare del Politecnico di Milano e AIACE S.r.l. G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

30 vincitore 2006 menzione 2008 La ventilazione naturale è usata nelle stagioni intermedie per migliorare le condizioni di comfort. Funziona con: ventilazione passante; effetto camino; camini solari (analisi TRNSYS + formule di Alfonso & Oliveira). G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

31 G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

32 G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020 I camini solari (6 unità, 1 x 0,20 m ciascuno) sono stati progettati in funzione dell inclinazione sull orizzontale, del h tra ingresso e uscita e delle sezioni di apertura.

33 Esempio: il progetto BIRD a Brescia 52 alloggi per anziani + centro comune a Brescia (quartiere Sanpolino).

34 Strategie invernali: conservazione del calore (isolamento termico); guadagno solare; presenza di serre e di elementi di accumulo termico; pavimento radiante ; ventilazione con recupero di calore. G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

35 Strategie estive: schermatura del fronte sud tramite aggetto; tetto ventilato; doppio affaccio per cross-ventilation; pavimento radiante (cooling) alimentato da acqua raffrescata con sonde geotermiche (in alcuni appartamenti). G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

36 kwh/a ACS kwh/a pannelli solari termici produrranno circa il 90% del fabbisogno annuo di ACS kwh/a fabbisogno calcolato di energia termica per riscaldamento ambienti: kwh/a kwh/a 3 pompe calore, COP 4, potenza 113,4 kw: max resa kwh/a elettricità da FV: kwh/a 86 sonde geotermiche a spirale: potenza max 84,5 kw pannelli FV: 51 kw p G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

37 G Masera Smart-ECO architecture L involucro è una costruzione a doppio guscio con isolamento continuo in intercapedine.

38 Certificati energetici degli edifici terminati (stecche residenziali A e B): Certificato CasaClima: fabbisogno annuale di energia termica per riscaldamento < 30 kwh/m²a; nessun materiale chimico usato per l isolamento termico. Certificato CENED, Regione Lombardia: fabbisogno di energia primaria per riscaldamento degli ambienti < 14 kwh/m²a. G Masera Smart-ECO architecture

39 Premi: Innovazione amica dell ambiente: 1 premio 2009 per gli eco-edifici winner 2006 Next Energy Award 2006: vincitore nella categoria Quartieri in costruzione Palmarès Federcasa 2009: vincitore nella categoria Sostenibilità ambientale e gestionale Eurosolar Italia 2006: vincitore globale con altri edifici di Ettore Zambelli Committente: ALER Brescia Gruppo di progettazione Architettura, tecnologia e strategie energetiche: Ettore Zambelli, Ivan Ciocchi, Danilo Scaramella Marco Bonomi, Oscar Pagani, Matteo Ruta Impianti: Angelo Bortolazzi Strutture: Leonardo Chiarini G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

40 Classe A eco < 29 kwh/m²anno 16 abitazioni: Module A = 49 m 2 Module B = 56 m 2 Module C = 115 m 2

41 Strategia energetica Riduzione del fabbisogno energetico Uso razionale delle fonti tradizionali Uso di energie rinnovabili Involucro iperisolato Sistemi impiantistici evoluti Pannelli fotovoltaici Guadagni solari

42 Strategia energetica: approccio integrato Riduzione delle perdite di calore Guadagni massimizzati Fornitura di energia attraverso sistemi efficienti ed energie rinnovabili

43 U media 0.21 [W/m²K] Involucro edilizio Muri esterni U value 0.1 [W/m²K] Tetto U value 0.15 [W/m²K]

44 Involucro edilizio Pannelli prefabbricati in legno cemento: Involucro omogeneo senza ponti termici Elevato isolamento termico (U = 0.1 W/m²K) Inerzia termica Produzione industrializzata con cicli controllati Rapidità di posa Stoccaggio Posa Assemblaggio

45 Involucro edilizio Pannelli prefabbricati in legno cemento: OSB 25 mm Isolante termico 200 mm Calcestruzzo 50 mm

46 Involucro edilizio

47 Fase costruttiva

48 Partizioni interne Flessibilità e velocità di posa con pareti in cartongesso: Cartongesso: 125 mm Isolamento: 50 cm Cartongesso: 125 mm

49 Serramenti Componenti con buone prestazioni Serramenti Sud Telaio legno: 68 mm Doppio vetro: 8-8 mm Gas Argon: 16 mm U value telaio: 1.5 W/m²K U value vetro: 1 W/m²K g value : 0.54 Serramenti Nord Telaio legno: 78 mm Triplo vetro: mm Gas Argon: mm U value telaio: 1.4 W/m²K U value vetro: 0.8 W/m²K g value : 0.45

50 Construction technology: internal partitions

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52 Progetto architettonico e tecnologico: Ettore Zambelli - AIACE S.r.l.; progetto impiantistico: ING S.r.l. G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020

53 Dati di simulazione 5 kwh/m²anno

54 Bilancio energetico losses gains Energy [kwh/a] Trasmission Ventilation Internal Solar Total Energia termica = 26 kwh/m²a

55 G Salvalai Smart-ECO architecture: le costruzioni verso il 2020 Noi cambieremo?

56 Approccio olistico Processo integrato di progettazione come risultato di un cambiamento di mentalità e di cultura progettuale. G Masera Smart-ECO: architecture towards 2030

57 Grazie per l attenzione graziano.salvalai@polimi.it