CSET – Centre for Sustainable Energy Technologies

Strategie bioclimatiche

Il progetto è concepito con l’obiettivo di ridurre al minimo l’impatto ambientale dell’edificio, sia con l’applicazione di sistemi non convenzionali per la climatizzazione dell’ambiente interno, sia con l’utilizzo dello stato dell’arte delle tecnologie per lo sfruttamento delle fonti rinnovabili per coprire il rimanente fabbisogno di energia. L’analisi del clima locale ha guidato il processo progettuale, per ridurre al minimo la domanda di energia per il riscaldamento invernale, il raffrescamento estivo e per favorire la ventilazione naturale degli ambienti durante le stagioni intermedie. Per questo motivo, oltre all’elevata coibentazione e tenuta all’aria dell’involucro, sono state adottate strutture massive, caratterizzate da un alta capacità termica e una double skin facade sul fronte sud.

Riscaldamento

Nel periodo invernale l’impianto di riscaldamento viene attivato per preriscaldare l’aria di ventilazione in ingresso negli ambienti. Questo sistema integra, quando necessario, l’aria esterna in ingresso alla torre, che attraversa la facciata a doppia pelle, dove viene riscaldata naturalmente per effetto serra dall’apporto solare. Raggiunta una temperatura adeguata questa viene immessa negli ambienti riscaldati. Per quanto concerne invece il basamento, l’aria esterna attraversa una serie di condotti geotermici dove viene preriscaldata naturalmente per poi essere immessa negli ambienti. L’impianto ad aria è integrato con la climatizzazione radiante a soffitto, mediante l’attivazione termica della massa dei solai in calcestruzzo. Una pompa di calore geotermica, alimentata dal fotovoltaico, provvede a fornire energia termica per alimentare le serpentine radianti inglobate nei solai e il riscaldamento dell’aria di ventilazione.

Rafffrescamento

La corretta progettazione passiva dell’edificio e l’elevata inerzia delle sue strutture in calcestruzzo garantiscono ottimali condizioni di comfort durante l’estate, riducendo il ricorso a sistemi impiantistici solo nei giorni più caldi. Durante i mesi estivi il raffrescamento meccanico dell’aria è richiesto esclusivamente per pre-raffreddare l’aria di ventilazione in ingresso negli ambienti: nel basamento l’aria viene pre-raffrescata naturalmente attraversando una serie di condotti interrati nel terreno, per poi essere umidificata e ulteriormente raffreddata da una apposita unità di trattamento aria (UTA). L’aria di ventilazione in ingresso nella torre viene raffreddata e deumidificata mediante una UTA collocata in copertura, per poi essere immessa in ambiente dalla sommità del camino di luce. L’aria fredda, più pesante rispetto a quella calda tende a scendere nei diversi ambienti, per poi essere estratta dalla facciata ventilata per effetto camino. Il solare termico alimenta un refrigeratore ad assorbimento per la produzione di freddo per le UTA. Infine la pompa di calore geotermica produce acqua fredda per il raffrescamento della massa dei solai in calcestruzzo.

Ventilazione

Nelle stagioni intermedie (primavera ed autunno) non viene attivato l’impianto di climatizzazione meccanica grazie alla ventilazione naturale degli ambienti, attivata da una serie di aperture automatizzate. In estate, quando l’aria esterna è molto umida e calda, è invece necessario raffrescare e deumidificare l’aria di ventilazione in ingresso, attivando le UTA .

Illuminazione

L’involucro dell’edificio è stato progettato per favorire il più possibile lo sfruttamento della luce naturale, riducendo al contempo fenomeni di abbagliamento ed il guadagno solare nei mesi più caldi. Questo si traduce in un minor ricorso a sistemi di illuminazione artificiale. Per ridurre ulteriormente i consumi di energia elettrica legati all’illuminazione artificiale sono stati installati sistemi illuminanti ad elevata efficienza luminosa e a basso consumo. L’impianto fotovoltaico è stato opportunamente dimensionato per soddisfare la domanda di energia elettrica per l’illuminazione oltre che per le apparecchiature dell’ufficio quali computer, fax, fotocopiatrici ect… Nei periodi di massimo irraggiamento solare il surplus di energia generato dall’impianto fotovoltaico, può essere accumulato in batterie oppure ceduto al centro sportivo adiacente.

Building Energy Management System

Il funzionamento dell’edificio e dei suoi impianti è gestito da una centralina BEMS (Building Energy Management System) per ottimizzare i livelli di comfort all’interno degli ambienti, riducendo al contempo i consumi energetici. Il BEMS monitora il funzionamento delle diverse componenti impiantistiche e le condizioni ambientali all’interno dell’edificio, ottimizza il funzionamento delle diverse parti secondo i requisiti di comfort espressi dall’utenza e la performance energetica dell’impianto.

Strategie energetiche attive – Sintesi

• pompa di calore reversibile (per produzione caldo e freddo) + n.16 sonde geotermiche verticali;
• 114 m2 di collettori solari sotto-vuoto per integrazione riscaldamento, copertura acqua calda sanitaria e “raffrescamento solare” + deumidificazione (in abbinamento ad una macchina ad assorbimento – chiller);
• attivazione termica della massa a soffitto (per distribuzione caldo e freddo) a bassa temperatura (45°C in inverno e 15°C in estate) in grado di:
  1. immagazzinare energia termica anche nel periodo di non-occupazione
  2. di ridurre le potenze massime installate degli impianti
  3. aumentare il rendimento dei collettori solari sotto vuoto; sistema di controllo BMS (Building Management System) per la gestione dell’integrazione
• ottimale tra sistemi attivi e passivi.

Strategie energetiche passive – Sintesi

• elevato isolamento termico: pareti opache U= 0.25W/m2K, pareti trasparenti e light-well U= 1.2W/m2K;
• controllo solare e luminoso: Fattore Solare = 21% e Trasmissione Luminosa = 38%;
• inerzia termica della massa strutturale;
• ventilazione naturale nelle mezze stagioni
• free-cooling notturno sia in estate sia in inverno.
• aria primaria:
  1. in inverno l’aria primaria nella torre viene pre-riscaldata dalla doppia pelle esposta a sud (in condizioni di cielo sereno attraverso l’irraggiamento solare diretto), o pre-riscaldata attraverso tubi alettati collocati lungo il perimetro della facciata (in condizioni di cielo coperto); l’aria primaria nel semi-basement viene invece pre-riscaldata attraverso lo scambiatore aria-terra (ground heating);
  2. in estate, l’aria primaria nella torre, viene pre-raffrescata mediante un chiller posto in copertura (alimentato dai collettori solari sotto-vuoto), per caduta libera viene distribuita negli uffici attraverso il light-well ed estratta per effetto camino dalla doppia pelle esposta a sud; l’aria primaria nel semi-basement viene invece pre-raffrescata attraverso lo scambiatore aria-terra (ground cooling).

CONSUMI TOTALI CLIMATIZZAZIONE: Consumo elettrico: 7-8 kWhel /m2 anno

SCHEDA TECNICA

I numeri e i collaboratori

• ANNO: 2006-2008
• CLIENTE: University of Nottingham, Ningbo – China
• SUPERFICIE: 1.200 mq
• BUDGET: 5 Milioni di Euro
• TEAM: Mario Cucinella Elizabeth Francis Angelo Agostini David Hirsch
• CON LA COLLABORAZIONE DI: Eva Cantwell, Richard Ceccanti (3D), Francesco Fulvi, Caterina Maciocco, Giuseppe Perrone, Natalino Roveri (Models), Luca Stramigioli, Debora Venturi (Environmental Strategies),
• STRATEGIA AMBIENTALE: School of the Built Environment University of Nottingham, UK – Prof. Brian Ford, Prof. Saffa Riffat, Rosa Schiano, Mauricio Hernandez Tascon