2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
La nuova edilizia civile ad alta
efficienza energetica
Gabriele Del Mese, Giorgio Buffoni – Arup Italia
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici e nel terziario
Fondazione Megalia – AIEE
Sala Congressi FAST – Milano
28 Novembre 2006
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
0. Introduzione
Milano, 28 Novembre 2006
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
0. Introduzione
Milano, 28 Novembre 2006
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Opera House, Sydney, Australia
Centre George Pompidou, Pariggi, Francia
Lloyd’s of London, Londra, Regno Unito
Greater London Authority Building, Londra, Regno Unito
0. Introduzione
Milano, 28 Novembre 2006
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
EMISSIONI CO2
• costante aumento nell’ultimo secolo - previsioni drastiche entro il 2100
• totale responsabilita’ dei paesi industrializzati
1. Il Problema
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
SETTORE COSTRUZIONI
• responsabile dell’utilizzo del 50% delle materie prelevate dalla crosta terrestre
• assorbe circa il 40% del fabbisogno energetico
• produce circa il 40% delle emissioni di gas climalteranti
• responsabile del 25% di tutti i rifiuti prodotti
Industry
17%
Transport
43%
Buildings
40%
Commercial
30%
Residential
70%
consumo di energia
distribuzione per settore
1. Il Problema
consumo di energia
distribuzione per tipologia
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
SITUAZIONE CRITICA
Chi ne e’ responsabile?
TUTTI NOI
Amministratori
Progettisti
Costruttori
Utilizzatori
1. Il Problema
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2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
• Efficienza energetica e sostenibilita’ dell’ambiente costruito
• Elevato livello di comfort negli spazi confinati (90% del tempo all’interno di edifici)
?
A design team which produces a
total, balanced, efficient design can
help to produce a better environment
Sir Ove Arup, November 1968
• Arup da sempre ha progettato ponendo al primo posto questi obiettivi
• Negli ultimi 60 anni ha sviluppato ricerca, innovazione, nuovi strumenti e metodologie
di progettazione integrata, ma soprattutto ha contribuito alla realizzazione di
numerosissimi esempi che testimoniano quale sia la strada da seguire.
2. Le Risposte
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
• Sviluppo software interni di supporto alla progettazione
(modellazioni termiche dinamiche, verifiche livelli di comfort, analisi ventilazione naturale ed
illuminazione,..)
• Sviluppo strumento di valutazione, applicato alla progettazione dei maggiori interventi
SPeARTM Sustainable Project Assessment Routine
Società
Economia
2. Le Risposte
Ambiente
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
SPeARTM e’ uno strumento di progettazione che permette di:
valutare
prodotti
efficienza e
dimostrare
progetti
sostenibilita’
migliorare
organizzazioni
• gli indicatori scelti sono adattabili sulla base del progetto specifico
• vengono compilate le check list e automaticamente si genera il diagramma riassuntivo
• e’ possibile rappresentare prestazioni
negative (zona rossa)
di buona pratica (chiaro)
positive (zona verde)
• e’ uno strumento immediato,
personalizzabile,
utilizzabile a diversi livelli di dettaglio
2. Le Risposte
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
BedZED, Londra
edifici residenziali e zone studio
intervento privato (2002)
[arch. Bill Dunster (Londra)]
3. Esempi realizzati - BedZED, Londra
Milano, 28 Novembre 2006
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Milano, 28 Novembre 2006
• riduzione fabbisogno energetico → strategie passive, solo successivamente possibili strategie attive
• carichi interni gratuiti e carichi solari
→ dimensionamento dell’involucro (e non degli impianti)
→ iperisolamento per evitare totalmente sistemi riscaldamento
• fisica dell’edificio
→ elevato isolamento ed elevate masse termiche esposte
→ corretto orientamento degli spazi
• produzione centralizzata energia
→ cogenerazione a biomassa
fabbisogno elettrico e acs
3. Esempi realizzati - BedZED, Londra
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
• elevato controllo tenuta all’aria e perdite per ventilazione
→ speciali comignoli per immissione/estrazione con recupero calore
• fotovoltaico
→ utilizzo per abitazioni costoso e poco efficiente (Tritorno elevato)
→ utilizzo per alimentazione macchine elettriche (Tritorno contenuto)
• riduzione fabbisogno acqua potabile
→ apparecchiature efficienti
→ recupero acque meteoriche
• monitoraggio primi 2 anni (risp.edifici tradizionali)
consumo acs [- 45%]
consumo elettricita’ [- 55%]
consumo acqua potabile [-65%]
3. Esempi realizzati - BedZED, Londra
• grandissimo successo
di mercato ed elevata
richiesta edifici simili
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Niedrigenergiehaus Marzahn, Berlino
edificio residenziale
intervento privato (1998)
[arch. Assmann Salomon und Scheidt (Berlino)]
3. Esempi realizzati - NEH Marzahn, Berlino
Milano, 28 Novembre 2006
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Milano, 28 Novembre 2006
• approccio ingegneristico
→ progetto preliminare architetto + insolamento + pannelli solari = edificio low-e → NO!
→ forma, scelte costruttive, facciate, orientamento e layout interno definiti ed ottimizzati da ingegnere
• studio della forma. parametri influenti:
S/V=0.24
41kWh/m2a
S/V=0.28 (+17%)
45kWh/m2a (+11%)
→ rapporto S/V
→ orientamento e studio facciate
(posizione e dimenzione aperture)
c- ottimale, ma alcuni affacci a nord
f- affaccio a sud per tutti (> perdite, ma > guadagni solari)
facciata curva a sud per ogni appartam.
uguali contributi ma S/V elevato (FEP+17%)
diversi contributi solari e FEP finali
• studio involucro
copertura
muri esterni
solaio terra
finestre
U=0.15 W/m2K
U=0.19 W/m2K
U=0.30 W/m2K
U=1.21 W/m2K
(g-value=0.58)
soluzione: porte mobili per
massima penetrazione solare
3. Esempi realizzati - NEH Marzahn, Berlino
S/V=0.22
35kWh/m2a
S/V>caso c
FEP>caso c
S/V=0.23
35kWh/m2a
S/V alto
FEP max
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Milano, 28 Novembre 2006
• studio layout interno:
zona nord
non riscald. (circolazione, scale e ascensori)
zona intermedia riscald. (ingresso appartamento, bagni)
zona sud
riscald. (soggiorno, camere, cucina)
• ventilazione, grande peso per edificio molto isolato
→ immissione griglie infissi ed estrazione continua
• funz.invernale
estrazione costante da bagno e cucina
apporti solari, elevata massa termica esposta
radiatori se serve (teleriscaldamento)
finestre chiuse (se apro, BMS interrompe vent+risc)
• funz.estivo
protezione solare (alberi, balcone, tende interne)
finestre aperte (vasistas o scorrevoli)
night cooling (raffreddam.masse termiche esposte)
sistema BMS allarme rischio surriscaldamento
• perfomance dipendono in molto da modalita’ utilizzo
→ BMS aiuta gestione
→ consumi in DM (responsabilizza utente)
• alta qualita’, bassi consumi (30 kWh/m2a), costo costruzione >10% rispetto edifici residenziali simili
3. Esempi realizzati - NEH Marzahn, Berlino
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
GSW headquarters, Berlino
edificio per uffici
intervento privato (1998)
[arch. M.Sauerbruch e
L.Hutton (Londra)]
3. Esempi realizzati - GSW headquarters, Berlino
Milano, 28 Novembre 2006
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
• edificio 22 piani
→ venti prevalenti direzione direzione est/ovest
→ edificio a vela, con facciate esposte est/ovest
• problemi edifici alti:
→ correnti d’aria se finestre aperte
→ surriscaldamento se finestre chiuse
• soluzione adottata:
→ utilizzo pelle esterna di protezione
camino termico largh.1m, analisi CFD
• utlizzo massa termica (effetto “spugna”)
→ facciate non hanno massa
→ utilizzo pavimenti e soffitti esposti
• solai prefabbricati alleggeriti
→ rientranze intradosso per sprinkler e
corpi illuminanti (gestiti da BMS)
→ pavimento rialzato in cls
(plenum aria e distr.elettrica/fonia/dati)
3. Esempi realizzati - GSW headquarters, Berlino
Milano, 28 Novembre 2006
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
• ventilazione
naturale (70% anno)
lato ovest doppia pelle
lato est finestre apribili a due altezze
→ elevata flessibilita’ interna (open plan o
corridoio centrale e pannelli acustici microforati)
meccanica (periodi piu’ critici, UTA ultimo piano, plenum + canali ripresa)
→ riscaldamento aria primaria e radiatori perimetrali (teleriscaldamento)
→ raffrescamento evaporativo e deumidificazione con ruote essicanti
• gestione BMS → gestisce di notte, suggerisce di giorno (luce verde-rossa)
utente → totale controllo, guidato da suggerimenti BMS
• illuminazione naturale e controllo solare:
→ lato est, lamelle esterne fisse e tende interne
→ lato ovest, pannelli mobili in cavita’ (perf.18%)
3. Esempi realizzati - GSW headquarters, Berlino
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
Arup Campus, Solihull
edifici per uffici
intervento privato (2001)
[arch. Arup Associates (Londra)]
3. Esempi realizzati - Arup Campus, Solihull
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
• elementi chiave
→ elevata efficienza energetica
→ ambiente di lavoro comfortevole (maggiore produttivita’)
→ flessibilita’, facilita’ di comunicazione e collegamenti visivi
• elevate massa termica esposta (solai e copertura)
→ smorzamento picchi, effetto “spugna”
• ottimizzazione ventilazione naturale
→ cross ventilation passante
→ stack effect verticale (camini)
→ griglie ventilazione sopra seramenti
per night cooling
3. Esempi realizzati - Arup Campus, Solihull
Milano, 28 Novembre 2006
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
• illuminazione naturale
→ massimo sfruttamento luce naturale
→ ombreggiamenti esterni (persiane manuali o veneziane motorizzate)
• illuminazione artificiale
→ corpi integrati (luce diretta, indiretta,
sensori illuminamento e presenza)
• sistema BMS di gestione e controllo
→ umidita’ e temperatura interna (ambienti e strutture cls)
→ ventilazione naturale (griglie finestre e camini copertura)
→ sistemi ombreggiamento motorizzati
3. Esempi realizzati - Arup Campus, Solihull
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
Eden project, Cornwall
tempo libero
intervento pubblico (2000)
[arch. Nicholas Grimshaw and Partners (Londra)]
3. Esempi realizzati - Eden project, Cornwall
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
• elementi chiave, minimizzazione acqua ed energia
attenta scelta del sito → esposizione, masse termiche, contenimento sbancamenti
elvata efficienza involucro → max trasmissione luminosa, min trasmittanza termica
controllo microclima → T, UR%, irraggiamento (2 biotipi, tropicale e mediterraneo)
contenuto utilizzo acqua potabile
• involucro
→ struttura in acciaio a pannelli esagonali
→ cuscini in EFTE (materiale fluoroplimerico sintetico)
3 film trasparenti in pressione con aria secca
- leggerezza (grandi luci, minima ostruzione strutt.)
- elevata trasmissione luminosa (circa 80%)
- bassa trasmittanza termica (U=1.40 W/m2K)
• strategia acqua (fabbisogno totale circa 62M lt/a)
acqua di falda e sorgenti
→ irrigazione, wc, rete antincendio (37M lt/a)
recupero acque meteoriche
→ umidificazione vegetazione (12M lt/a)
utilizzo acqua potabile
→ bar e catering (13M lt/a, solo 21%)
3. Esempi realizzati - Eden project, Cornwall
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
• sfruttamento massa termica
→ otiimale esposizione ambienti a sud
→ versante roccioso esposto a sud fuziona da volano termico
• periodo invernale
→ contibuti solari diretti
→ grandi ventilatori lungo il perimetro controllano temperatura
e circolazione aria
• periodo estivo
→ ventilazione naturale attraverso griglie alla base e
aperture in copertura
•analisi fluido dinamiche CFD
→ comportamento termico dei diversi ambienti
→ velocita’ e direzione masse d’aria calda
(ottimizzazione distribuzione e controllo correnti d’aria)
→ flussi di ventilazione naturale nel periodo estivo
3. Esempi realizzati - Eden project, Cornwall
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Stadio Olimpico di Hockey, Torino
tempo libero
intervento pubblico (2006)
[arch. Arata Isozaki (Tokyo)]
3. Esempi realizzati - Stadio Olimpico di Hockey, Torino
Milano, 28 Novembre 2006
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
• rete teleriscaldamento alimentata da combustibili alternativi (rifiuti solidi urbani)
→ assenza centrale termica. Elevata efficienza e basso impatto energetico
• complessita’ zone microclimatiche interne
→ ingressi, gradinate, pista, spazi di servizio
(spogliatoi, palestre, uffici stampa,..)
→ soluzioni impiantistiche per ottimale efficienza
(tutt’aria, aria primaria e pannelli radianti)
→ sofisticato sistema BMS per controllo e
gestione dinamica condizioni igrotermiche
3. Esempi realizzati - Stadio Olimpico di Hockey, Torino
Milano, 28 Novembre 2006
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
• analisi fluido dinamiche CFD
→ controllo microclima gradinate
→ controllo condizioni pista da gioco
e qualita’ ghiaccio
• studi illuminotecnici
→ garanzia ottimale livello illuminamento per eventi sportivi e riprese TV
→ distribuzione e gestione corpi illuminanti per riduzione consumo energetico
• elevata flessibilita’ interna per utilizzo edificio in differenti configurazioni → massima efficienza struttura
3. Esempi realizzati - Stadio Olimpico di Hockey, Torino
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
Central Park, Schio
edifici residenziali
intervento privato
[arch. Luisa Fontana (Schio)]
• esposizione sud ottimale
• elevato isolamento e masse termiche esposte
• cogenerazione a biomassa (elettricita’, acs e
radiatori quando necessario
• ventilazione meccanica con recupero di calore
• modellazioni termiche in regime dinamico
4. Edifici progettati - Central Park, Schio
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
Abitare Milano 2, Milano
edifici residenziali
intervento pubblico
[arch. Luca Furiozzi (Siena)]
• budget molto contenuto (edilizia popolare)
• buon isolamento murature e copertura verde
• caldaia centralizzata a condensazione
• moduli satellitari con scambiatore per ogni
alloggio (gestione indipendente,
contabilizzazione e responsabilizzazione
utente)
4. Edifici progettati - Abitare Milano 2, Milano
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Milano, 28 Novembre 2006
Nuova Sede Regione Lombardia, Milano
edificio per uffici
intervento pubblico
[arch. Pei Cobb Freed & Partners, Caputo (New York, Milano)]
• utilizzo acqua di falda con sistema a pompe di calore
• caldaia a condesazione e torri evaporative solo per
coprire i picchi e periodi di non utilizzo (notte, we)
• elevata integrazione architettura/strutture/impianti
• facciata doppia pelle con frangisole gestiti da BMS
• travi fredde passive e radiatori perimetrali
• mandata aria primaria a pavimento, ripresa dalla facciata
• impianto fotovoltaico integrato in facciata sud e
copertura piazza
• sistema controllo illuminazione e sensori CO2
4. Edifici progettati - Nuova Sede Regione Lombardia, Milano
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
Scuola materna, Arcugnano
edificio scolastico
intervento pubblico
[arch. Luisa Fontana (Schio)]
• elevato isolamento termico murature e copertura
• ventilazione naturale e night cooling estivo
• utilizzo acqua di falda con sistema a pompe di
calore
• riscaldamento pannelli radianti a pavimento
• collettori solari produzione acqua calda sanitaria
• ottimizzazione illuminazione naturale per contenimento
consumi energetici
4. Edifici progettati - Scuola elementare, Arcugnano
2a Giornata sull’uso razionale dell’energia negli edifici civili e nel terziario
Milano, 28 Novembre 2006
Grazie per l’attenzione
Arup Italia srl
Corso Italia 13
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