Efficienza energetica e sicurezza sismica in una nuova soluzione tecnologica di ristrutturazione profonda che riduce i costi di intervento e il disturbo per gli occupanti. È il cuore del progetto europeo e-SAFE, che sta sviluppando un intervento pilota a Catania

(Rinnovabili.it) – Un sistema tecnologico innovativo per migliorare efficienza energetica e sicurezza sismica. Obiettivo: la riqualificazione degli edifici residenziali multipiano esistenti, che hanno una bassa resistenza sismica e consumi energetici elevati. Il tutto riducendo i costi di intervento e il disturbo per gli occupanti. È lo scopo del progetto e-SAFE, finanziato dal programma Horizon 2020, che vede al lavoro l’Università degli Studi di Catania in collaborazione con 11 partner europei.

Un progetto aperto agli stimoli esterni: è possibile contribuire alla diffusione del modello di deep renovation del progetto tramite un questionario se si è proprietari o gestori degli edifici, se si è architetti, progettisti, ingegneri o appaltatori, o ancora se si è investitori o si rappresentano società immobiliari.

I recenti dati dell’osservatorio europeo sul patrimonio edilizio (Building Stock Observatory – BSO) evidenziano che circa il 90% degli attuali edifici in UE è stato costruito prima del 1990 e che circa 1/3 è stato costruito prima del 1970, cioè quando non erano ancora in vigore norme specifiche sull’efficienza energetica. A questo si aggiunge che, seppur con diversi livelli di sismicità, quasi la metà del territorio Europeo è soggetto a terremoti. Ciò significa che in paesi altamente sismici, come Albania, Grecia, Turchia, Italia, Croazia e Romania, un terremoto particolarmente intenso renderebbe insostenibile dal punto di vista sociale, economico e ambientale qualunque soluzione di riqualificazione degli edifici. Dunque, specie in questi paesi, le azioni di rinnovamento energetico dovrebbero essere accoppiate ad interventi di miglioramento sismico.

In questo contesto, il progetto e-SAFE mira a sviluppare e realizzare nuove soluzioni tecniche per integrare l’efficienza energetica e la sicurezza sismica attraverso la “ristrutturazione profonda” (deep renovation) di edifici non storici, cioè costruiti dopo il 1950. Le soluzioni proposte da e-SAFE possono essere facilmente adattate a specifiche condizioni climatiche, diversi livelli di sismicità e altre condizioni al contorno, e saranno implementate nell’ambito un intervento pilota che interesserà un edificio di proprietà dell’Istituto Autonomo Case Popolari (IACP) a Catania.

e-SAFE propone tre diverse componenti tecnologiche che possono essere adeguatamente combinate per ristrutturare gli edifici non storici: e-PANEL, e-CLT ed e-EXOS.

Gli e-PANEL sono moduli plug-and-play prefabbricati costituiti da una struttura a telaio in legno combinata con materiali isolanti di natura biologica e riciclabili/riciclati come canapa, sughero, fibra di legno, fibra di cellulosa, lana di pecora, vetro cellulare, ecc. Gli e-PANEL possono essere rifiniti scegliendo tra una gamma di diversi materiali di rivestimento, quali ceramica, pietra, gres porcellanato, metallo, vetro, legno, composti legno-plastica, ecc. Questi pannelli integrano diversi strati funzionali, quale ad esempio una membrana impermeabile all’acqua e traspirante al vapore, e presentano un’intercapedine d’aria tra l’isolante e il rivestimento ed infissi ad alta prestazione termica dotati di dispositivi di schermatura solare che sostituiranno quelli esistenti.

Nei Paesi localizzati in zona sismica, gli e-PANEL saranno applicati sulle pareti che presentano aperture, mentre le pareti cieche saranno rivestite da un altro tipo di pannelli plug-and-play chiamati e-CLT (Figura 1) ed aventi proprietà strutturali. Gli e-CLT sono costituiti da pannelli prefabbricati in legno lamellare incrociato (CLT) dotati di dispositivi di dissipazione dell’energia sismica (dissipatori). Il pannello in CLT è collegato alle travi presenti tra due piani consecutivi tramite innovativi sistemi di dissipazione dell’energia sismica, conferendo alla struttura esistente ulteriore rigidità laterale, resistenza ed appunto capacità di dissipazione di energia. Come l’e-PANEL, anche il pannello e-CLT presenta all’esterno un isolante a base biologica che si può integrare con il materiale di finitura desiderato, così da soddisfare i requisiti termici e acustici.

Nelle zone sismiche, in aggiunta o in sostituzione di e-CLT, e-SAFE propone anche un’ulteriore soluzione tecnologica chiamata e-EXOS costituita da una serie di controventi metallici esterni dotati di dissipatori sismici (Figura 1). I controventi sono posti con il loro piano orientato ortogonalmente alla facciata dell’edificio esistente e sono collegati alle sue travi perimetrali, aumentando così la rigidità laterale e la resistenza della struttura. e-EXOS viene installato all’esterno dell’edificio, senza interrompere il rivestimento continuo realizzato con gli e-CLT e/o gli e-PANEL.

e-SAFE prevede anche l’installazione di impianti termici, secondo un’architettura specifica denominata e-THERM, volta a sostituire gli impianti meccanici inefficienti con pompe di calore elettriche centralizzate ad alta efficienza. In particolare, la soluzione e-THERM prevede l’applicazione di pompe di calore elettriche aria-acqua abbinate a serbatoi di accumulo termico (acqua calda) al fine di immagazzinare energia termica e renderla disponibile all’utenza quando richiesta. All’interno delle singole abitazioni verrà utilizzato un sistema di distribuzione dell’energia termica a ventilconvettori alimentati da acqua a media temperatura.

Un primo livello di accumulo è fornito da grandi serbatoi d’acqua centralizzati interrati (vedi Figura 2a): la pompa di calore sarà dotata di un sistema di controllo programmabile al fine di ottimizzare le prestazioni energetiche per diversi carichi termici e condizioni climatiche, utilizzando i serbatoi d’acqua come volano per attivare la pompa di calore nelle condizioni operative più convenienti.

Un secondo livello di accumulo termico è fornito da serbatoi decentralizzati di piccole dimensioni, denominati e-TANK, dedicati principalmente all’accumulo di acqua calda sanitaria (ACS) per ogni abitazione e implementati tramite una rete a due tubi, di facile ed economica installazione. e-TANK include collegamenti idraulici plug-and-play ed un sistema di gestione elettronico integrato.

Infine, prevede l’installazione di pannelli fotovoltaici per la generazione di energia elettrica in loco. A tal proposito, le pompe di calore potranno trarre pieno vantaggio dalla produzione di elettricità fotovoltaica, aumentando così l’autoconsumo di energia elettrica prodotta.

Il progetto e-SAFE mira anche a sviluppare un sistema di supporto alle decisioni (e-DSS) per i progettisti e gli stakeholder coinvolti nel processo di riqualificazione (investitori, proprietari e residenti). L’e-DSS accompagnerà il processo decisionale durante il quale gli stakeholder forniranno input e valuteranno diverse alternative progettuali. Lo strumento avrà un’interfaccia grafica user-friendly e sarà dotato di un set di algoritmi semplificati che consentiranno di classificare le soluzioni proposte dai progettisti in base a vari criteri (energetico, economico, sismico, estetico).

e-SAFE garantirà anche il monitoraggio e il controllo delle prestazioni energetiche tramite un sistema dedicato di Building Energy Management System chiamato e-BEMS. e-BEMS misurerà la temperatura interna dell’aria, la concentrazione di CO2, l’umidità relativa, il consumo e la produzione di elettricità. I dati in tempo reale saranno disponibili per i residenti attraverso un software applicativo personalizzato, installabile sui loro smartphone.

Le soluzioni e-SAFE saranno testate grazie ad un intervento-pilota, così da monitorare le prestazioni per almeno un anno, identificando e affrontando gli eventuali inconvenienti che potranno presentarsi nel corso delle diverse fasi (co-progettazione, installazione, funzionamento, produzione di energia e manutenzione).

L’intervento riguarderà un condominio con struttura portante in calcestruzzo armato appartenente a un complesso di edilizia residenziale pubblica sito in Via Acquicella Porto (Figura 3) a Catania. L’edificio, realizzato nel 1964 dall’Istituto Autonomo Case Popolari (IACP) di Catania (partner del progetto), dispone di cinque piani con 10 appartamenti. L’edificio è particolarmente rappresentativo del patrimonio edilizio italiano costruito tra gli anni ‘50 e ‘80, prima dell’emanazione delle più recenti e restrittive normative nazionali sulla sicurezza sismica e l’efficienza energetica.

L’attuale trasmittanza termica per le pareti esterne è U = 1,1 W/(m2∙K). Durante le attività dimostrative verranno installati e-PANEL ed e-CLT, abbassando la trasmittanza termica a U = 0,28 W/(m2∙K). Le finestre esistenti saranno sostituite da finestre con doppi vetri ad alte prestazioni con U = 1,4 W/(m2 ∙ K), comprensive di sistemi di schermatura solare.

Sarà implementato anche il sistema e-THERM, inclusi gli innovativi dispositivi di accumulo decentralizzato plug-and-play e-TANK (uno per abitazione) e circa 20 kW di moduli fotovoltaici cristallini. Secondo i calcoli preliminari, la domanda di energia primaria non rinnovabile dell’edificio pilota sarà ridotta di circa l’85%, con una riduzione di emissioni di gas serra pari all’88%.

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