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L’EFFICIENZA ENERGETICA DELL’EDIFICIO ESISTENTE
Un esempio di  Sperimentazione in Ambito Europeo

Anche in Italia, come in Europa, circa il 54% dell’attività edilizia è dedicata alle ristrutturazioni ed al recupero del patrimonio edilizio esistente, e gli edifici per il terziario rappresentano una tra le categorie che da sempre costituisce una fonte di  elevati consumi energetici correlati alle attività cui sono destinati, a confronto con altre tipologie. Per tale motivo, nel panorama complessivo della sfida alla riduzione dei consumi energetici e delle emissioni globali di CO2,  questo settore costituisce un asse di azione prioritario in cui la ricerca europea trova campo assai fertile.
Nei paesi dell’area mediterranea i problemi legati al consumo dell’energia si manifestano soprattutto nel periodo estivo a causa di un uso spesso incondizionato degli impianti di raffrescamento. Questione ancor più rilevante nell’ambito progettuale specifico del recupero degli edifici per il terziario (uffici, servizi e commercio), in cui l’esigenza di garantire il comfort termo-igrometrico si scontra con una complessità impiantistica esistente e una difficoltà di gestione dell’intero sistema.

Un terzo bando di ricerca nazionale (10.000 tetti fotovoltaici) si è combinato Revival e Hospital, per il finanziamento del progetto di integrazione di 300 m2 di cellule fotovoltaiche sulla superficie curva, trasformando la serra in una micro-centrale solare per la produzione di energia elettrica (31kWp). Il Ministero dell'Ambiente (Decreti del Ministero dell'Ambiente n. 99/SIAR/2000 e n. 106/SIAR/2000), infatti ha selezionato l’ospedale pediatrico A. Meyer, come esempio di applicazione di tecnologie per lo sfruttamento delle energie rinnovabili; il progetto dell'inserimento del Fotovoltaico nella grande serra di ingresso; impianto realizzato con il contributo del Ministero dell'Ambiente e tutela del mare n. 99/AR/2000, n. 106/SIAR/2001 e 111/SIAR/2000, per la realizzazione di impianti ad Alta Valenza Architettonica (con un cofinanziamento dell’85%). Anche questi due ultimi interventi sono stati coordinati dal Centro ABITA.   

Il Progetto REVIVAL

Le soluzioni innovative introdotte nel recupero del vecchio edificio di Villa Ognissanti (con scarso isolamento termico, impianti inefficienti e struttura degradata) sono stati i seguenti :

1. miglioramento dell'isolamento dell'involucro edilizio;
2. installazione di componenti finestrati ad elevata qualità e prestazione;
3. introduzione di sistemi di controllo e gestione dell'illuminazione e della ventilazione, sia essa naturale che artificiale,
4. progettazione di una serra (spazio tampone);
5. applicazione di un sistema fotovoltaico a copertura parziale della serra,
6. sistema di riscaldamento a pannelli radianti,
7. sistemi di condizionamento con caldaie a condensazione,
8. adozione di un sistema di controllo della qualità e del comfort ambientale (Building Management System).

Tali interventi sono stati previsti per consentire un risparmio di circa il 50% di energia per il riscaldamento, il 75% per il raffrescamento, circa l’80% per i consumi elettrici con le conseguenti riduzioni di emissioni di CO2 nell’ambiente.  
Con questo progetto quindi l’obiettivo è stato quello di ottenere un risparmio energetico di circa il 45% sui consumi totali, con un extracosto di circa il 40% rispetto ad un ospedale concepito in maniera tradizionale, di cui se ne prevede il rientro in termini di capitale da recuperare in un periodo di tempo che va dai 7 agli 11 anni.

L’intervento
L'impianto planimetrico dell’edificio è costituito da tre corpi di fabbrica separati, disposti secondo l’asse est-ovest che ospitano rispettivamente, oltre alla parte amministrativa anche gli ambulatori e gli studi medici, un albergo sanitario ed i locali del dipartimento di pediatria dell’Università di Firenze. La grande serra che ha funzioni di vera e propria accoglienza, costituisce il principale elemento innovativo del progetto; questa si sviluppa per una lunghezza di circa 80 metri lungo tutta la facciata del padiglione centrale esistente orientata a sud ed è realizzata con una struttura di legno lamellare, schermata da celle fotovoltaiche disposte a maglia variabile.
La serra, inserita nel parco della Villa Ognissanti, costituisce non solo un elemento caratterizzante dal punto di vista architettonico ma dà luogo ad un vero e proprio spazio di relazione, un filtro tra le attività interne all’ospedale vero e proprio e lo spazio esterno del parco, integrato nel disegno dei percorsi di collegamento tra i padiglioni della villa ed il nuovo edificio retrostante. Considerata la notevole estensione dello spazio vetrato (960 m2), i primi risultati della sperimentazione hanno dimostrato, mediante simulazioni energetiche su modelli automatici, un potenziale contributo netto del 17% sul fabbisogno complessivo per il riscaldamento
Tale contributo per il riscaldamento fornito, coadiuva l’impianto termico a recupero di calore mentre, i flussi d’aria generati dai percorsi di ventilazione naturale creati nella serra dalle griglie di ventilazione ad apertura automatica inserite negli infissi interni ed esterni, garantiscono un ventilazione trasversale utile al raffrescamento notturno degli ambienti che si affacciano direttamente sulla serra

Le azioni specifiche

Involucro ben isolato
Per la realizzazione di gran parte delle opere edili  è stato  previsto l’utilizzo di materiali che garantiscono ottime prestazioni energetiche e che forniscono al contempo eccellenti condizioni di benessere, comfort e salubrità ambientale,  contribuendo così a migliorare l’efficienza energetica dell’intero edificio.
Per quanto riguarda le murature esterne dell’edificio edifici, dato che il pacchetto murario esistente è caratterizzato da un valore di trasmittanza termica estremamente ridotto (0,37 W/m2K così come da rispetto della normativa vigente) è chiaro che l’involucro è dotato di una elevata inerzia termica, cioè ha la capacità di accumulare una grande quantità di calore prima di lasciarlo passare quando uno dei suoi lati viene assoggettato ad una variazione di temperatura (riscaldamento diretto della parte esterna in estate o spegnimento del sistema di riscaldamento nel periodo invernale). Questa caratteristica, parallelamente ad un adeguato controllo degli impianti di condizionamento, permette di ottenere notevoli risparmi energetici.
Particolare attenzione è stata posta nel ripristino della copertura che è stata proposta di tipo coibentata e ventilata, capace quindi di garantire ottime prestazioni sia in inverno che in estate.
 
Superfici vetrate ad alte prestazioni.
Come per tutte le altre parti costitutive dell’involucro edilizio anche per la scelta dei serramenti e per la componente finestrata, sono state prese in considerazione soluzioni tecniche con l’obiettivo di ovviare al problema dei ponti termici e dell’isolamento prevedendo in questo caso, infissi in legno e vetrocamera, avente un basso valore di trasmittanza termica, con l’aggiunta di una pellicola sull’area più esterna del vetro con caratteristiche basso-emissive, migliorando così le proprietà fisiche della superficie finestrata e contrastare così il fenomeno del sovra irraggiamento delle superfici e del conseguente surriscaldamento negli ambienti più esposti.

Serra Fotovoltaica
Addossata agli edifici pre-esistenti di Villa Ognissanti è stata realizzata la serra fotovoltaica, uno spazio adibito ad “hall” per l’accesso all’intero ospedale pediatrico; la struttura completamente trasparente è caratterizzata da elementi di sostegno in legno lamellare di elevato pregio architettonico e dall’integrazione di un impianto fotovoltaico della potenza di 32 KWp localizzato nella superficie di curvatura della facciata principale esposta a sud.
Tale impianto prevede un sistema di celle fotovoltaiche (per un totale di 14500 celle) in silicio monocristallino disposte in file parallele, integrate in pannelli trasparenti del tipo vetro-vetro, con una densità variabile dall’alto verso il basso.
La presenza delle celle nella parte alta della serra determina un buon ombreggiamento durante il periodo estivo e favorisce una buona illuminazione durante l’inverno, quando i raggi solari hanno un’inclinazione più bassa.
L’uso controllato dello spazio “serra”, che è bene integrato con il parco circostante, consente durante la stagione invernale il riscaldamento passivo e la riduzione delle dispersioni termiche degli ambienti adiacenti e conseguentemente ne riduce il consumo per il condizionamento con la conseguente riduzione delle emissioni di CO2 in atmosfera; durante la stagione estiva, la possibilità di aprire la superficie vetrata della hall del 40%,  permetterà di migliorare le condizioni di comfort interno anche durante le ore di massimo irraggiamento.


Planimetria generale del vecchio edificio Villa Ognissanti recuperato con la serra addossata

Le piante della serra addossata agli edifici recuperati della Villa Ognissanti

Impianto di climatizzazione ad alta efficienza
L’ Ospedale pediatrico Meyer è caratterizzato da un unico impianto di climatizzazione ad alta efficienza (impianto di ultima generazione) per tutti gli ambienti (sia quelli di nuova costruzione che del comparto di Villa Ognissanti).
La potenza dell’impianto,  capace di soddisfare i fabbisogni energetici dell’intero complesso  è così composto:

1. 2 boiler a condensazione + 1 boiler ad alta efficienza per il riscaldamento degli ambienti
2. 1 macchina frigorifera ad integrazione del sistema di produzione di acqua calda sanitaria.
3. 2 macchine frigorifere per il raffrescamento degli ambienti

Il sistema adottato permette di garantire i ricambi d’aria necessari attraverso la ventilazione meccanica garantita attraverso 2 Unità di Trattamento Aria.

Sistema di riscaldamento a pavimento radiante
Negli ambienti è stato utilizzato il sistema di riscaldamento a “pavimento radiante” che consente di assicurare un ottimo comfort termico e contemporaneamente un rendimento tale da consentire una riduzione dei consumi energetici. Il pavimento radiante infatti ha notevoli vantaggi primo fra tutti la bassa temperatura di alimentazione: per un impianto tradizionale la temperatura  di mandata dell’acqua di alimentazione è di 60-70°C mentre per l’impianto a pavimento si aggira attorno ai 30-36°C in quanto, essendo maggiori le superfici di scambio termico, è sufficiente raggiungere temperature minori per fornire le stesse quantità di calore.

Sistema automatizzato di gestione degli impianti
Per il raggiungimento del livello massimo di efficienza degli impianti, con conseguente riduzione dei consumi energetici, è stato impiegato un  sistema di controllo automatizzato.
I vantaggi che tali sistemi introducono, riguardo l’uso razionale dell’energia, la manutenzione e la gestione dell’edificio, sono significativi, sia in termini di riduzione dei consumi energetici che dei costi associati alla manutenzione ordinaria degli impianti.
Grazie all’utilizzo di un software di gestione (DESIGO Siemens software) è possibile, attraverso una postazione pc con interfaccia grafica, monitorare costantemente il funzionamento degli impianti, dei dispositivi utilizzati e le condizioni di comfort termico dei singoli ambienti. Inoltre tramite l’applicazione di sonde di temperatura a parete in ogni ambiente gli utenti potranno regolare direttamente il microclima interno aumentando o diminuendo la temperatura all’interno di un range di ± 3°C

Measuring virtual area
Dm= 5%

Em= 971 lux
Emin= 356 lux
Emax=1950 lux
Dm= Medium Daylight Ratio
Em= Average illuminance

Simulazioni sulla luce naturale negli ambienti di lavoro

L’istallazione di questi impianti completa il quadro degli interventi previsti per il recupero del vecchio edificio di Villa Ognissanti, secondo quanto programmato dal partner scientifico che ha coordinato gli interventi (il Centro Interuniversitario ABITA) ed in accordo con il percorso di ricerca REVIVAL che prevedeva, oltre alla progettazione architettonica/energetica e la realizzazione dell’opera, anche il monitoraggio e le verifiche dei rendimenti dei sistemi applicati unitamente alla diffusione dei risultati ottenuti.


La nuova facciata dell'edificio recuperato

Gli obiettivi principali di programmi di ricerca e sperimentazione quali REVIVAL, consistono principalmente, infatti, nell’analisi e verifica di strategie e sistemi energetici innovativi, affinché ne possa essere effettivamente dimostrata la durevolezza e affidabilità nel tempo e la disponibilità sul mercato a costi e condizioni accessibili: solo in questo modo diviene veramente efficace ogni successiva azione di promozione per la salvaguardia ambientale orientata alla introduzione e diffusione delle energie rinnovabili su larga scala.
Il progetto REVIVAL intendeva quindi portare a termine lo studio e l’analisi dei risultati sui casi sperimentali presi in esame, al fine di definire nuovi standard e suggerire metodi di regolamentazione per il recupero di questa categoria di edifici a sostegno delle direttive europee sull’edilizia sia a livello nazionale che europeo. Ciò in considerazione del fatto che le possibilità per il risparmio energetico ed il miglioramento della qualità della vita sono enormi e le barriere per l’efficienza energetica delle strutture esistenti sono una realtà, ma non sono insormontabili. Molti progressi sono stati fatti per trovare il modo di interrompere questi ostacoli. Sarebbe opportuno capire cosa abbiamo imparato dagli sforzi del passato e del presente nel settore del miglioramento energetico degli edifici, esaminando le opportunità tecniche per ottenere un risparmio sui costi dell’energia, i mezzi programmatici per ottenere tale risparmio ed il modo in cui tale sviluppo può essere finanziato.

A cura del Centro ABITA - Centro Interuniversitario in Architettura Bioecologica e Innovazione Tecnologica per l’Ambiente web.taed.unifi.it/abitaweb
Direttore prof. Marco Sala, arch. Paola Gallo Ricercatore del Centro ABITA - coordinatore scientifico progetti