Bologna, ottobre 2010 - ENEA - Agenzia nazionale per le...

ENEA - Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile ALLEGATO TECNICO - SICUREZZA SISIMICA ed EFFICIENTAMENTO per il TECNOPOLO DI BOLOGNA

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Agenzia per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile

ALLEGATO TECNICO SICUREZZA SISMICA ED EFFICIENTAMENTO ENERGETICO PER IL TECNOPOLO DI

BOLOGNA

Opportunità e strategie


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Bologna, ottobre 2010 Con i contributi di

Edi Valpreda Direzione del Centro di BOLOGNA -Responsabile del Coordinamento per il Tecnopolo ENEA a Bologna

per UTSISM: Massimo Forni, Paolo Clemente, Alessandro Martelli, Alessandro Poggianti, Giacomo Buffarini

per UTEE-ERT: Paola Clerici Maestosi

per UTTP: Girolamo Di Francia, Saverio De Vito, Grazia Fattoruso, Giorgio Graditi

per UTVALAMB-IDR: Roberto Farina


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INDICE DEL DOCUMENTO

PARTE 1 - REPERTORIO DI SOLUZIONI TECNICHE – OPPORTUNITA’ ………….…….5‟

PREMESSE…….…………………………………………………………………………………………………..……6

L‟OPPORTUNITÀ DI UN APPROCCIO INTEGRATO PER IL TECNOPOLO DI BOLOGNA……………..……7

1. ADEGUAMENTO SISMICO………………………………………………………………………………………..9

1.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: le tecniche di isolamento sismico 1.2 Isolamento sismico 1.3 Dissipazione energetica 1.4 Dispositivi a vincolo temporaneo o permanente

RIFERIMENTI DI ADEGUAMENTO SISMICO

2. MONITORAGGIO SISMICO…………………………………………………………………………………….…17

2.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: il monitoraggio sismico 2.2 Monitoraggio di ausilio all‟isolamento sismico 2.3 Monitoraggio strutturale di beni storici RIFERIMENTI DI MONITORAGGIO SISMICO

3. EFFICIENZA ENERGETICA……………………………………………………………………………………….21

3.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: l‟efficienza energetica 3.2 Strategie di risparmio energetico del sistema edilizio 3.3 Strategie di risparmio energetico del sistema impiantistico 3.4 Strategie per le aree esterne di pertinenza RIFERIMENTI DI EFFICIENZA ENERGETICA

4. SISTEMI DI SUPERVISIONE, CONTROLLO E SONDE………………………………………………………35

4.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: un approccio integrato di monitoraggio distribuito per l‟efficientamento energetico 4.2 Produzione energetica e smart grid 4.3 Green computing 4.4 Intelligenza computazionale associata a sistemi HVAC

4.5 IAQ-Indoor air quality RIFERIMENTI DI SUPERVISIONE, CONTROLLO E SONDE

5. USO EFFICIENTE E SOSTENIBILE DELLE RISORSE D‟ACQUA…………………………………...………43

5.1 Opportunità da usare nel Tecnopolo: le risorse idriche 5.2 Acque di pioggia 5.3 Acque sanitarie: riuso e scarico 5.4 Uso innovativo delle acque RIFERIMENTI DI USO EFFICIENTE E SOSTENIBILE DELLE RISORSE D‟ACQUA

PARTE 2 - LE AZIONI PRIORITARIE – STRATEGIE………………………………………...……49 6. LE STRATEGIE

6.1 Strategie minimali………………………………………………………………………………………...50

6.2 Strategie di valore aggiunto……………………………………………………………………………..51


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parte 1 - REPERTORIO DI SOLUZIONI TECNICHE

OPPORTUNITA’


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PREMESSE

di EDI VALPREDA

ENEA che ha un ruolo di primo piano, a livello sia nazionale che internazionale, nella ricerca applicata nell‟efficienza energetica e negli usi sostenibili ed integrati delle acque come strumento fondamentale per una “progettazione responsabile” promuove e supporta a scala nazionale l‟impiego di questi principi. ENEA ha anche competenze uniche nello sviluppo e nell‟applicazione dell‟isolamento sismico e delle altre moderne tecnologie antisismiche. Sulla base di queste caratteristiche e competenze ENEA ha ritenuto di partecipare concretamente alla redazione del dossier per il bando di gara internazionale di progetto per la riconversione dell‟area della ex Manifattura Tabacchi. A tal fine ha concordato con la Regione Emilia-Romagna di contribuire con suggerimenti ed indicazioni tecniche ai temi di sicurezza sismica, efficienza energetica e sicurezza, uso efficiente e sostenibile della risorsa acqua. In particolare ENEA, che trasferirà la sua sede principale in Bologna di Via Martiri di Monte Sole, presso il Tecnopolo BAT , intende promuovere l‟adozione nel Tecnopolo di Bologna di criteri di gestione innovativa integrata del funzionamento del “Sistema Tecnopolo” secondo criteri di building automation, mirati non solo a controllare e fornire dati ma anche in gardo di usare questi dati per apprendere ed ottimizzare il funzionamento. In questo modo il controllo - monitoraggio tecnologico del funzionamento degli impianti e delle condizioni di sicurezza e qualità, indispensabili nel Tecnopolo, diventano, oltre che elementi di innovazione qualificante, elemento reale di gestione del “Sistema Tecnopolo” e di ottimizzazione del funzionamento, quindi anche di risparmio. Per ottimizzare questo approccio sono stati individuati ambiti funzionali specifici in cui sostenere, maggiormente, l‟applicazione di questo approccio integrato e modulare: la mensa, le sale riunioni comuni, le sale server di maggiore dimensione (ovviamente con il coinvolgimento degli utenti interessati). Il presente allegato tecnico presenta le proposte di ENEA su specifiche tematiche (inerenti la sicurezza sismica, l‟energia, l‟acqua) su cui propone elementi tecnici , soluzioni possibili sia in fase costruttiva che in fase di esercizio, in un approccio integrato che viene in specifico proposto e dettagliato nella sezione quarta.

1) adeguamento sismico (a cura di: Massimo Forni, Paolo Clemente, Alessandro Martelli, Alessandro Poggianti, Giacomo Buffarini);

2) efficientamento energetico ( a cura di Paola Clerici Maestosi); 3) uso sostenibile delle acque ( a cura di Robero Farina); 4) reti di sensori per il monitoraggio ed il controllo (a cura di Girolamo

Di Francia, Saverio De Vito, Grazia Fattoruso, Giorgio Graditi).


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L’OPPORTUNITÀ DI UN APPROCCIO INTEGRATO PER IL TECNOPOLO DI BOLOGNA

di EDI VALPREDA

Il progetto di recupero funzionale dell‟area ex Manifattura Tabacchi (BAT) destinata all‟insediamento del Tecnopolo di Bologna, il più grande tra quelli previsti nella Regione Emilia-Romagna (nell‟ambito del Programma per lo sviluppo economico regionale Por-Fesr), rappresenta un‟occasione ed una opportunità unica. Questo non solo dal punto di vista della connessione funzionale tra settore della ricerca e settore industriale, ma anche per quanto attiene agli aspetti progettuali della sua riconversione da area industriale ad insediamento polivalente dedicato alla ricerca industriale ed al trasferimento tecnologico. Il Tecnopolo di Bologna ospiterà enti, società e istituzioni di grande prestigio scientifico-tecnologico, sia a livello nazionale che internazionale. Gli edifici della ex Manifattura Tabacchi, destinati ad ospitare il Tecnopolo, dovranno riflettere quanto di rilevante ed innovativo sarà svolto al loro interno e dovranno essi stessi, una volta opportunamente recuperati, essere un esempio d‟avanguardia in tema di sicurezza, risparmio energetico ed innovazione tecnologica. La sfida è notevole anche considerando che il sito che ospiterà il Tecnopolo interviene sull‟insediamento industriale costruito tra il 1950 e il 1960 su progetto di Pier Luigi Nervi. Questi presupposti propongono una condizione particolare ed unica anche per il progetto di recupero funzionale dell‟area che non potrà non avvalersi, nella sua realizzazione, delle conoscenze relative a materiali, tecniche costruttive, prodotti, strumenti di simulazione, di calcolo e rappresentazioni in campo architettonico, energetico, impiantistico e strutturale, integrando tra loro le migliori tecnologie disponibili (BAT – Best Available Technologies). La riconversione di questo complesso potrà così essere anche un esempio concreto ed innovativo, anch‟esso, di uso integrato delle tecnologie innovative disponibili in applicazione delle normative nazionali ed europee in termini di sicurezza ed efficienza energetica degli edifici. Il limite tra innovazione disponibile sul mercato e prototipo industriale è un limite destinato a modificarsi nel tempo che intercorrerà tra oggi e l‟inaugurazione del Tecnopolo. Occorre quindi mantenere l‟approccio economicamente sostenibile nel progetto di oggi, ma anche prevedere la possibilità di utilizzare il sistema di controllo del sistema TECNOPOLO per eventuali applicazioni più avanzate e complesse per l‟ottimizzazione, in particolare, della correlazione tra security e efficienza energetica. Lo stesso approccio ENEA intende sostenere sul tema della scurezza sismica (ed in particolare del monitoraggio sismico delle strutture, potenzialmente oggetto di programmi specifici di intervento dei settori di ricerca applicata dell‟Ente.


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1. ADEGUAMENTO SISMICO

di MASSIMO FORNI, PAOLO CLEMENTE, ALESSANDRO MARTELLI, ALESSANDRO POGGIANTI, GIACOMO BUFFARINI

1.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: le tecniche di isolamento sismico o

Il nuovo Tecnopolo di Bologna ospiterà enti, società e istituzioni di grande prestigio scientifico-tecnologico, sia a livello nazionale che internazionale. Sarà un polo di eccellenza di valore assoluto, vanto per la città e l‟intera Regione. Gli edifici della ex Manifattura Tabacchi, destinati ad ospitare il Tecnopolo, dovranno rispecchiare quanto di prestigioso ed innovativo sarà contenuto al loro interno e dovranno essi stessi, una volta opportunamente recuperati, essere un esempio d‟avanguardia in tema di sicurezza, risparmio energetico e innovazione tecnologica. In quest‟ottica, dal punto di vista dell‟adeguamento sismico (indispensabile per edifici così vecchi), non ci si può accontentare di un semplice consolidamento realizzato con tecniche tradizionali. Oggigiorno esistono tecnologie antisismiche che consentono di proteggere non solo le strutture (fino ad evitare qualsiasi danno parziale), ma anche i loro contenuti (che nel caso del Tecnopolo hanno sicuramente un elevato valore economico) consentendo la piena agibilità degli edifici e garantendo l‟immediata operatività delle società e istituzioni in essi ospitate dopo l‟evento sismico (questo è particolarmente importante nel caso, ad esempio, della Protezione Civile).

1.2 Isolamento sismico o

La regina delle moderne tecniche antisismiche è senz‟altro l‟isolamento sismico. Esso consiste nell‟inserimento, fra la base della struttura ed il terreno, di dispositivi (detti appunto isolatori sismici) che, pur sopportando il carico verticale, sono deformabili in direzione orizzontale, permettendo il disaccoppiamento del movimento del terreno da quello dell‟edificio durante il terremoto. L‟effetto è analogo a quello degli ammortizzatori delle automobili, che attutiscono e smorzano gli urti dovuti alle irregolarità del terreno, proteggendo il veicolo e dando comfort ai passeggeri. In pratica, l‟edificio isolato si muove molto lentamente, come un corpo rigido, mentre il terreno accelera repentinamente sotto gli isolatori, che assorbono tutte le deformazioni e dissipano parte dell‟energia del sisma. Ciò permette, come si è detto, non solo di fornire protezione completa alla sovrastruttura, ma anche ai suoi contenuti, evitando l‟inagibilità dell‟edificio e l‟immediata operatività dell‟ente/società/istituzione ospite. L‟effetto fisico degli isolatori sismici è quello di allungare il periodo proprio di oscillazione della struttura portandolo in una zona molto meno energetica dello spettro di progetto; tipicamente, le strutture isolate assumono un periodo di oscillazione ≥ 2 s, con valori anche maggiori in caso di edifici particolarmente flessibili. In pratica, l‟accelerazione della struttura può essere grandemente ridotta rispetto ai valori di picco del terreno (anche del 50% e oltre) e, cosa di fondamentale importanza, essa risulta praticamente costante ad ogni livello della struttura. È da notare che, negli edifici convenzionali, l‟accelerazione in sommità può essere


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amplificata anche di 3-4 volte rispetto a quella alla base. Pertanto, persone che si trovano nella parte superiore di un edificio convenzionale, possono subire accelerazioni anche 10 volte superiori a quelle subite allo stesso livello di un edificio isolato. Questo aspetto è di fondamentale importanza per evitare fenomeni di panico con conseguenti fughe scomposte, particolarmente pericolose in strutture multipiano e affollate. La riduzione di accelerazione si paga ovviamente con spostamenti significativi, dipendenti anche dalla sismicità del sito e dal tipo di terreno, e che possono arrivare ad alcune decine di centimetri. Giunti opportuni dovranno essere pertanto previsti fra l‟edifico isolato ed il terreno circostante (o gli eventuali edifici adiacenti). Inoltre, tutte le reti impiantistiche che passano dall‟edificio isolato a uno adiacente dovranno essere dotate di opportuni giunti di espansione. Attualmente, nel mondo esistono oltre 7000 edifici dotati di isolamento alla base. Leader incontrastato di questa tecnologia è il Giappone, con più di 5000 applicazioni. L‟Italia (che ha iniziato nei primissimi anni ‟80, addirittura prima del Giappone!) è attualmente al quarto posto di questa prestigiosa classifica, con quasi 300 edifici. Per informazioni più dettagliate sullo stato delle applicazioni in Italia e nel mondo si vedano i riferimenti riportati in [1]. L‟isolamento sismico è applicabile anche ad edifici esistenti. In Italia è stato realizzato il primo intervento europeo con costruzione di nuova sottofondazione in un edificio di Fabriano (AN) [2], danneggiato dal terremoto umbro-marchigiano del 1997. Più comunemente, l‟isolamento sismico viene applicato agli edifici esistenti inserendo lungo l‟altezza dei pilastri o delle pareti al primo livello (per un tratto di circa 50 cm di altezza) l‟isolatore sismico. La più grande applicazione europea (ed una delle maggiori al mondo) è stata realizzata presso il Centro Civico Polifunzionale di Soccavo (NA) [3]. Questo grande edificio era in fase di costruzione all‟epoca del terremoto del 1980. In seguito alla riclassificazione sismica della provincia di Napoli, la sua costruzione fu abbandonata. L‟opera è stata completata solo nel 2004 grazie all‟inserimento di oltre 600 isolatori sismici. Sempre nel campo del retrofit di strutture esistenti, sono da citare anche le applicazioni di Solarino (SR) [4] e Riposto (CT) [5]. Nel caso della ex Manifattura Tabacchi, la struttura che maggiormente si presta ad un eventuale retrofit con isolamento sismico è l‟edificio Ballette, che è poi il più ampio ed importante di tutto il complesso. Tale edificio è caratterizzato (come quasi tutti gli altri) da materiali poveri e giunti non sufficienti ad assorbire gli spostamenti sismici. Inoltre, fa parte di quegli edifici dichiarati di interesse dalla Soprintendenza, con particolare riferimento ai solai progettati dal Nervi, che dovrebbero rimanere visibili dopo l‟adeguamento. Gli isolatori sismici potrebbero essere inseriti alla sommità o alla base dei pilastri del primo piano. Questo eviterebbe ulteriori interventi strutturali ai pilastri e ai solai dei piani superiori e richiederebbe solamente un irrobustimento dei pilastri del piano terra al di sotto degli isolatori. L‟inserimento degli isolatori alla base dei pilastri comporterebbe la realizzazione di un nuovo solaio, ma richiederebbe l‟irrobustimento di un tratto minore di pilastro. Questa soluzione avrebbe poi il vantaggio di fornire di protezione sismica anche il primo piano (che, nel caso di inserimento in sommità, non risulterebbe isolato). Il solaio aggiuntivo, che potrebbe essere realizzato anche con telaio d‟acciaio, avrebbe poi l‟indubbio vantaggio di rendere rigida la struttura sia immediatamente sopra che sotto gli isolatori. Questa soluzione lascerebbe poi un vano tecnico sottostante da adibire al passaggio delle reti di servizi. Infatti, il suggerimento della Soprintendenza relativo alla visibilità dei solai, porta a scartare la soluzione dei controsoffitti per il passaggio di tali reti a favore dei pavimenti sospesi.


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Per quel che riguarda il tipo di isolatori da utilizzarsi, è da notare che l‟edificio Ballette, stando ai sopralluoghi ed alle analisi preliminari effettuate, risulta piuttosto flessibile, causa la sua geometria e la qualità dei materiali. Pertanto, occorrerà probabilmente adottare un periodo di isolamento piuttosto lungo (3-4 s). Ciò comporta uno spostamento di progetto abbastanza elevato, molto vicino ai 30 cm (con smorzamenti „ordinari‟ del 10%). Questo spostamento può essere ridotto mediante l‟utilizzo di isolatori a pendolo scorrevole a doppia curvatura. I pendoli scorrevoli sono infatti caratterizzati da uno smorzamento viscoso equivalente più alto di quello degli isolatori in gomma naturale; inoltre, la doppia curvatura consente di dimezzare lo spostamento, con l‟indubbio vantaggio della riduzione dei carichi eccentrici scaricati sulle fondazioni durante il moto sismico della parte isolata. Questi dispositivi richiedono comunque un‟adeguata protezione da agenti esterni come la polvere o l‟umidità, che potrebbero cambiare anche in maniera sostanziale il coefficiente d‟attrito delle superfici di scorrimento. Qualora lo spostamento non risulti un problema particolarmente gravoso, è sicuramente consigliabile l‟utilizzo dei più collaudati di isolatori in gomma ad alto smorzamento, usati in tutto il mondo nella stragrande maggioranza delle applicazioni. Il completamento del Tecnopolo prevede anche la realizzazione di edifici di nuova costruzione. Per questi, data la non elevata sismicità del luogo, l‟isolamento sismico è consigliato solamente nel caso in cui la destinazione d‟uso dell‟edificio preveda il massimo grado protezione sismica. In questo caso, la scelta dell‟isolamento sismico diventerebbe appetibile anche dal punto di vista economico.

1.3 Dissipazione energetica. a

Naturalmente, non tutti gli edifici dell‟ex Manifattura Tabacchi hanno caratteristiche tali da consigliare l‟utilizzo dell‟isolamento sismico. Per esempio, i capannoni Botti si prestano maggiormente ad un adeguamento di tipo più tradizionale, come l‟irrobustimento delle pareti laterali o la controventatura. Anche per queste strutture potrebbe comunque essere utilizzata una moderna tecnologia antisismica: la dissipazione energetica. Questa tecnica consiste nell‟inserimento (tramite controventi) di opportuni dispositivi, detti appunto dissipatori energetici, in punti della struttura sottoposti a spostamenti relativi abbastanza consistenti. I dissipatori energetici, grazie a fenomeni fisici come la viscosità dei fluidi o la plasticità dei metalli (ne esistono delle più svariate tipologie), riescono a dissipare notevoli quantità dell‟energia introdotta nell‟edificio dal terremoto, limitando le deformazioni della struttura al campo elastico. Ovviamente questi dispositivi devono scaricare in alcuni punti della struttura sforzi a volte anche notevoli (ma ben noti in base alle caratteristiche del dispositivo), che richiedono opportuni irrobustimenti locali. Nel caso dei capannoni Botti, data la notevole ampiezza della copertura, potrebbe non essere facile individuare un corretto posizionamento dei controventi atti ad ospitare i dissipatori. In alternativa, potrebbero essere utilizzate come punti d‟appoggio, parti delle nuove strutture che devono essere realizzate i all‟interno dei capannoni stessi. Per le altre strutture del Tecnopolo, come la palazzina d‟ingresso, l‟edificio Lavorazioni o l‟edificio Servizi, l‟eventuale utilizzo della dissipazione energetica potrà essere valutato solo sulla base di specifiche analisi volte a verificare se esistono i presupposti per il funzionamento dei dissipatori, in particolare la sufficiente deformabilità di tali strutture.


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Dissipatori elastoplastici Dissipatori viscosi

Per i capannoni le nuove strutture dovrebbero controventare, fuori dal loro piano, le esili pareti che separano le varie volte a botte. In tal caso i controventi non avrebbero motivo di esistere essendo le strutture molto rigide. I dissipatori energetici sono nati per la protezione sismica di ponti e viadotti, ma trovano un numero sempre maggiore di applicazioni anche agli edifici, grazie all‟innovazione tecnologica che li ha resi più compatti e versatili. La scelta del dispositivo da utilizzare in una determinata struttura dipende da diversi fattori, come la forza richiesta (o quella massima sopportabile dal telaio nel punto d‟appoggio), lo spostamento massimo possibile o la necessità di avere una forza elastica di richiamo per aiutare il ricentraggio. Nel seguito saranno brevemente descritte le due principali tipologie in uso oggi. I dispositivi elastoplastici sfruttano il comportamento post-elastico dei metalli per dissipare energia. Gli elementi dissipativi possono essere forgiati nelle forme geometriche più svariate (pioli, “falci di luna”, lamine, ecc.) nel tentativo di rendere il più uniforme possibile la zona sottoposta a plasticizzazione, in modo da massimizzare sia la dissipazione energetica che la durata del dispositivo. Elementi ben fatti possono sopportare decine e decine di cicli alla massima deformazione prevista. Il problema è che spesso questi dispositivi risultano troppo ingombranti per essere utilizzati negli edifici. Un modo efficace di usare l‟elemento dissipatore sarebbe quello di farlo lavorare a sforzo normale (in genere si sfrutta la flessione): in questo caso l‟intera sezione sarebbe uniformemente sottoposta alla stessa tensione e plasticizzerebbe in modo uniforme. Il problema è che, per evitare forze enormi, l‟elemento dissipativo dovrebbe risultare piuttosto snello, rendendolo instabile a compressione (ovviamente il dispositivo deve lavorare in entrambe le direzioni). Recentemente sono stati prodotti dispositivi elastoplastici ad instabilità impedita (Buckling Restrained Axial Dampers - BRAD) in cui l‟elemento dissipatore è annegato in un tubo pieno di malta cementizia. Questi dispositivi risultano più compatti e quindi più facili da usare all‟interno di edifici; infatti possono essere messi in serie a comuni controventature. Si citano, a titolo di esempio, i retrofit della scuola di Ramacca (CT) [1] e Giarre (CT) [2]. I dispositivi viscosi, spesso chiamati fluidodinamici, sfruttano la viscosità di un fluido per dissipare energia. In genere il loro funzionamento è regolato dalla relazione F=CVn, dove F è la forza erogata, C è una costante che dipende dal fluido, V è la velocità di deformazione ed n un coefficiente che dipende dalla geometria del dispositivo (in particolare dalla sezione degli orifizi in cui trafila il fluido durante il funzionamento). Tutti i dispositivi viscosi consentono deformazioni a bassa velocità (come le deformazioni termiche) senza offrire altra resistenza se non quella legata agli attriti interni. Il comportamento dinamico invece dipende dal coefficiente n, che può variare da 0,02 a oltre 2. Per piccoli valori di n la forza tende a

diventare costante indipendentemente dalla velocità. Tali dispositivi sono particolarmente utili dove occorre mettere un limite superiore alla forza erogata dal dispositivo, in modo da non caricare troppo il punto d‟appoggio sul telaio della struttura. Il ciclo di isteresi di questi dispositivi è quasi rettangolare, simile a quello dato dall‟attrito, ma senza le seccature dell‟attrito stesso (spunto iniziale, dipendenza dalla stato delle superfici, ecc….). La comprimibilità del fluido può essere sfruttata per fornire una forza elastica che rende autocentrante il dispositivo. Si cita, a titolo di esempio, il retrofit dell‟ex pretura di Borgo San Lorenzo (FI), diventata oggi


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una scuola [3]. Per alti valori del coefficiente n i dispositivi viscosi diventano rapidamente più rigidi, fino a creare praticamente un vincolo fisso (vedi paragrafo successivo).

1.4 Dispositivi a vincolo temporaneo o permanente. e Dispositivi a vincolo dinamico Dispositivi in leghe a memoria di forma

In aggiunta agli isolatori sismici e ai dissipatori energetici, esistono altri dispositivi in grado di fornire particolari tipi di vincolo (sia temporanei che permanenti) che possono essere intelligentemente usati nella protezione sismica degli edifici. Nei prossimi due paragrafi verrà data una breve descrizione dei dispositivi a vincolo dinamico e dei dispositivi in leghe a memoria di forma.

Gli edifici della ex Manifattura Tabacchi presentano spesso giunti di pochi centimetri di larghezza. Tali giunti sono perfettamente idonei ad accomodare le dilatazioni termiche (lo stanno facendo da oltre mezzo secolo) ma non sono assolutamente sufficienti ad evitare il martellamento di edifici adiacenti in caso di terremoto. Tali giunti dovranno essere resi efficaci secondo l‟attuale normativa, oppure eliminati. Una terza soluzione potrebbe essere data dall‟utilizzo dei dispositivi a vincolo dinamico (noti anche come accoppiatori idraulici o shock transmitters). Si tratta di dispositivi molto simili ai dissipatori fluidodinamici di cui si è parlato in precedenza, ma con un coefficiente n molto elevato (>2). Questi dispositivi consentono ancora le deformazioni a basse velocità, ma si bloccano nel campo delle velocità tipiche del terremoto. Il loro utilizzo permette di continuare ad usare il giunto esistente per assorbire le dilatazioni termiche, evitando l‟incognita del comportamento che avrebbe la struttura con i giunti bloccati o l‟aggravio di costi dovuti al loro adeguamento. In caso di sisma invece, la struttura si comporterebbe come un corpo unico. I dispositivi a vincolo dinamico possono ad esempio essere utilizzati nell‟edificio Ballette, anche in presenza di isolamento sismico, così come nei capannoni Botti. Si citano, a titolo di esempio, le applicazioni agli ospedali di Mirano (VE) e Mestre (VE) [1, 2] e al museo MAXXI di Roma [3]. Nell‟ambito della ristrutturazione dell‟ex Manifattura Tabacchi potrebbero essere realizzate diverse strutture metalliche, sia in elevazione che di copertura. I dispositivi a vincolo dinamico, sono anche particolarmente efficaci nell‟eventuale accoppiamento fra tali strutture ed edifici in muratura o cemento armato, che sono caratterizzati da dilatazioni termiche molto diverse. Si cita il caso dell‟Hotel Crown Plaza di Caserta [4]. E‟ da notare che i dispositivi a vincolo dinamico, nonostante le sembianze massicce ed invasive, sono perfettamente compatibili con criteri di conservazione: la loro prima applicazione al di fuori di ponti e viadotti è stata nella Basilica Superiore di San Francesco ad Assisi, nel restauro seguito al terremoto umbro-marchigiano del 1997 [13]. Nella stessa basilica hanno anche trovato impiego dispositivi in leghe a memoria di forma, oggetto del prossimo paragrafo.

Le leghe a memoria di forma (Shape Memory Alloys – SMA) sono metalli in grado di cambiare il loro stato cristallino (da austenitico a martensitico) in particolari condizioni di temperatura o di stato tensionale. Il cambiamento di stato cristallino si manifesta con un tratto piatto della curva forza-spostamento, la cui lunghezza è una percentuale della lunghezza del provino (e può quindi essere scelta liberamente). È possibile sfruttare questa caratteristica per realizzare dispositivi in grado di fornire


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continuamente una forza positiva costante, anche durante le oscillazioni sismiche. Le leghe a memoria di forma sono state usate anche per realizzare controventi dissipativi, ma il loro utilizzo più appropriato è quello di fornire una forza di compressione costante in punti della struttura dove, a seguito delle deformazioni sismiche, gli sforzi generati potrebbero superare il limite di rottura. In genere, i dispositivi a memoria di forma si mettono in serie a tiranti o catene appunto per limitare gli sforzi nei punti di attacco con la muratura ed il conseguente sfilamento in caso di sisma. La prima è più importante applicazione di tali dispositivi è stata fatta sulla Basilica Superiore di San Francesco ad Assisi [5]. Nel caso degli edifici della ex Manifattura Tabacchi, l‟eventuale utilizzo dei dispositivi in leghe a memoria di forma potrà essere definito in base ad una dettagliata analisi del comportamento degli edifici.

RIFERIMENTI 1.2 Isolamento sismico [1a] A. Martelli, M. Forni, Recenti applicazioni dei sistemi di controllo passivo delle vibrazioni

sismiche – Parte 1: Giappone, Cina, Federazione Russa e Stati Uniti d’America. ANIDIS, Atti del XIII Convegno di Ingegneria Sismica, Bologna, 28 giugno – 2 luglio, 2009. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Pubblicazioni/ANIDIS2009_Final_Paper1_Martelli.pdf [1b] A. Martelli, M. Forni, Recenti applicazioni dei sistemi di controllo passivo delle vibrazioni sismiche – Parte 2: Italia. ANIDIS, Atti del XIII Convegno di Ingegneria Sismica, Bologna, 28 giugno – 2 luglio, 2009. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Pubblicazioni/ANIDIS2009_Final_Paper2_Forni.pdf [1c] A. Martelli, M. Forni, Recenti applicazioni dei sistemi di controllo passivo delle vibrazioni sismiche – Parte 3: paesi “minori”. ANIDIS, Atti del XIII Convegno di Ingegneria Sismica, Bologna, 28 giugno – 2 luglio, 2009. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Pubblicazioni/ANIDIS2009_Final_Paper3_Martelli.pdf [1d] A. Martelli, M. Forni, I sistemi ed i dispositivi antisismici in Italia e nel mondo:dall’isolamento sismico della scuola Johan Heinrich Pestalozzi a Skopje negli anni ’60 a quello della nuova Francesco Jovine, “la scuola più sicura d’Italia”, a San Giuliano di Puglia nel 2008, Rivista elettronica GLISNews n°1, 2009. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN12/GN12_2_Applicazioni.pdf [2] G. Mancinelli, A. Martelli, Isolamento Sismico degli Edifici Esistenti: a Fabriano la Prima Applicazione Mediante Sottofondazione, 21mo SECOLO – Scienza e Tecnologia, N. 1-2002 (aprile 2002), pp. 16-20. [3] R. Sparacio, F. Cavuoto, A. Marioni, Miglioramento sismico mediante isolamento alla base del centro polifunzionale al Rione Traiano, Soccavo, Napoli, Rivista elettronica GLISNews n°1, 2003. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Applica/G7_Soccavo.pdf [4] G. Oliveto, Adeguamento Antisismico di Edifici in Conglomerato Cementizio Armato mediante Tecniche Tradizionali ed Innovative Applicazioni ad Edifici dello IACP di Siracusa, Rivista elettronica GLISNews n°1, 2003. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Applica/G7_Solarino.pdf [5] F. Neri, L’isolamento sismico di un edificio scolastico esistente in cemento armato, Rivista elettronica GLISNews n°1, 2009. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN12/GN12_5_Neri.pdf

1.3 Dissipazione energetica [1] F. Neri, M. La Guzza, A. Russo, L’utilizzo di controventi dissipativi per la protezione sismica del plesso scolastico Cappuccini a Ramacca (CT), Rivista elettronica GLISNews n°1, 2008. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN11/GN11_CAPPUCCINI.pdf [2] S. Miano, M.G. Castellano, Adeguamento sismico della Scuola Materna “Roger Cousinet” a Giarre (CT), Rivista elettronica GLISNews n°1, 2008. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN11/GN11_Giarre.pdf [3] S. Sorace, Miglioramento sismico mediante controventi dissipativi di un edificio ad uso scolastico in cemento armato, Rivista elettronica GLISNews n°1, 2009. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN12/GN12_6_Sorace.pdf

1.3 Dispositivi a vincolo [1] G. Breda, M. G. Castellano, Dispositivi di vincolo dinamico per l’Ospedale di Mirano (VE), Rivista

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Pubblicazioni/ANIDIS2009_Final_Paper1_Martelli.pdf


http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Pubblicazioni/ANIDIS2009_Final_Paper2_Forni.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Pubblicazioni/ANIDIS2009_Final_Paper2_Forni.pdf



http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN12/GN12_2_Applicazioni.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Applica/G7_Soccavo.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Applica/G7_Solarino.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN12/GN12_5_Neri.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN12/GN12_5_Neri.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN11/GN11_CAPPUCCINI.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN11/GN11_Giarre.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN12/GN12_6_Sorace.pdf


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temporaneo o permanente elettronica GLISNews n°1, 2006.

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_1_06_Ospedale%20Mirano.pdf [2] R. Vitaliani, G. Serafini, D. D’Anza, M. G. Castellano F. Romani, A. Zandegiacomo, Dispositivi di vincolo dinamico per il Nuovo Ospedale di Mestre, Rivista elettronica GLISNews n°1, 2006. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_6_06_Ospedale%20Mestre.pdf [3] A. Viskovic, A. Herzalla, M. G. Castellano, Dispositivi di vincolo dinamico per il Museo Nazionale delle Arti del XXI Secolo (MAXXI), Rivista elettronica GLISNews n°1, 2006. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_8_06_Maxxi.pdf [4] M. E. Giuliani, G. C. Giuliani, Isolamento sismico per la copertura in vetro ed acciaio della hall dell’albergo Crowne Plaza a Caserta, Rivista elettronica GLISNews n°1, 2006. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_10_06_Caserta.pdf [5] M. Indirli, M. Forni, A. Martelli et al., ENEA Activities for the Development and Application of Innovative Techniques for the Seismic Protection of Cultural Heritage, 5th World Congress on Joints, Bearings and Seismic Systems for Concrete Structures, October 7-11, 2001, Rome, Italy. http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Pubblicazioni/jbsscult.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_1_06_Ospedale%20Mirano.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_1_06_Ospedale%20Mirano.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_6_06_Ospedale%20Mestre.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_6_06_Ospedale%20Mestre.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_8_06_Maxxi.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Glisnews/GN9/GN_10_06_Caserta.pdf

http://www.assisi-antiseismicsystems.org/Territorial/GLIS/Pubblicazioni/jbsscult.pdf


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2. MONITORAGGIO SISMICO

di GRAZIA FATTORUSO E SAVERIO DE VITO

2.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: il monitoraggio sismico. a o

La possibilità di integrare l‟intervento di isolamento sismico previsto, con

una specifica rete di monitoraggio (p.e. accelerometri-inclinometri a stato solido) è una esigenza concreta che trova soluzioni, già oggi abbastanza commerciali, (ma comunque avanzate) che potrebbero costituire il naturale complemento all‟intervento strutturale, diventando metodo di monitoraggio, ma anche di studio. ll monitoraggio dovrà essere previsto per gli edifici oggetto di isolamento sismico ma si propone anche di monitorare, come sito di verifica, la bella ciminiera in mattoni con accelerometri/inclinometri wireless, sia per fini di safety/security che per fini di studio: un intervento poco oneroso e di rilevante interesse scientifico. “Il monitoraggio sismico rappresenta un‟opportunità aggiuntiva e non vincolante rispetto all'impiego di tecniche di isolamento sismico . L'adozione di sistemi di monitoraggio consente però l'utilizzo dei dati acquisiti in progetti sperimentali che possono trovare, nel sito del Tecnopolo e nei soggetti ivi presenti (quali ENEA e Protezione Civile), una significativa potenzialità di sviluppo .

2.2 Monitoraggio di ausilio all’isolamento sismico. a o

Come evidenziato nel § 1, le norme tecniche italiane (Ordinanza PCM 3274/2003) per le costruzioni in zona sismica hanno consentito l‟utilizzo di moderne tecnologie antisismiche, tra le quali l‟isolamento alla base. L‟isolamento sismico si basa sulla drastica riduzione delle azioni sismiche che cimentano la struttura, anziché affidarsi alla sua resistenza, consentendo di ottenere un grado di sicurezza non perseguibile con tecniche tradizionali. Un edificio tradizionale è destinato a danneggiarsi, anche irreparabilmente, in occasione di un terremoto violento; un edificio dotato di isolamento sismico alla base può sopportare l‟evento rimanendo in campo elastico, ossia senza subire danni. Dotare un edificio esistente di isolamento sismico è un‟operazione complessa che richiede opportune azioni sperimentali e di monitoraggio strutturale. La sperimentazione è finalizzata all‟analisi della risposta in termini di vibrazioni della struttura sovrastante l‟isolamento sismico e di cedimenti del terreno sottostante e delle fondazioni della struttura stessa. Il monitoraggio strutturale ha la funzione di acquisire informazioni sulle proprietà dinamiche della struttura (anche prima dell‟intervento di isolamento sismico stesso) a supporto del sistema di isolamento ed a validazione comunque l‟efficacia dell‟intervento stesso. Il monitoraggio strutturale a supporto di interventi di isolamento sismico di edifici esistenti o di nuova costruzione si avvale generalmente di sistemi distribuiti multisensoriali. Le tipologie di sensori utilizzati sono velocimetri, accelerometri, sensori per rilevare spostamenti relativi, sensori di parametri fisici e ambientali.

Analogie Un‟esperienza pilota in questo contesto è rappresentata dal monitoraggio strutturale a supporto dell‟intervento di isolamento sismico del Santuario


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della Madonna delle Lacrime in Siracusa [1]. La soluzione adottata per il monitoraggio continuo del Santuario è basata sull‟utilizzo di un unico sistema di acquisizione dinamica a 64 canali, a cui sono collegati 30 accelerometri, 8 trasduttori di spostamento per la misura degli spostamenti orizzontali relativi negli isolatori, 5 termoigrometri per la misura della temperatura e dell‟umidità relativa, un barometro ed un tachiogonioanemometro per la misura della pressione atmosferica all‟interno del Santuario e della velocità e direzione del vento in sommità della copertura. Un‟altra esperienza significativa è stata eseguita dalla azienda italiana Strago e dal Dipartimento di Analisi e Progettazione Strutturale dell‟Università di Napoli, presso Gricignano di Aversa in provincia di Caserta dove è stato realizzato un piccolo fabbricato, uno fra i primi esempi in Italia, con isolamento della base della struttura mediante dissipatori in gomma. Sono state eseguite prove sperimentali con lo scopo di verificare il reale funzionamento dei dispositivi di isolamento e di validarne l‟efficacia rispetto alle sollecitazioni dinamiche derivanti da un sisma. Sono state eseguite misure sulla reazione della struttura ossia sulle oscillazione da essa subite, attraverso l'impiego di particolari sensori accelerometrici. In particolare sono stati impiegati i seguenti sensori: accelerometro monoassiale servo-bilanciato, con trasduttore di tipo capacitivo, modello Episensor della Kinemetrics ed acquisitore NI PXI-4472 della National Instruments; velocimetro/accelerometro triassiale con geofono elettronicamente equalizzato modello Syscom MS 2003+ ed acquisitore Modulo Syscom Red Box MR 2002-CE Vibration Recorder [2].

Riferimenti commerciali:

Al momento non esistono riferimenti commerciali specifici ed assestati in termini di prodotto/soluzione per la caratterizzazione dinamica di una struttura oggetto di isolamento sismico. Generalmente sono definite soluzioni ad hoc, a secondo della specifica struttura oggetto dell‟intervento, messe a punto all‟ interno di collaborazioni tra ambienti di ricerca e industriali.

2.3 Monitoraggio strutturale di beni storici. a o

E‟ opinione diffusa, ma non sempre veritiera, che una struttura monumentale storica che è sopravvissuta per secoli non corra rischi di collasso. I crolli delle torri campanarie di Venezia e Pavia, della cattedrale di Noto, della basilica di S. Maria degli Angeli a Cuneo sono esempi che dimostrano il contrario. Il degrado, la manutenzione errata o altre modeste concause scatenanti possono causare il crollo della struttura. Esistono poi gli effetti di terremoti, alluvioni e venti intensi. Nello stesso tempo, sono spesso eseguiti interventi di rinforzo invasivi e snaturanti a strutture storiche non conoscendo in maniera approfondita il loro comportamento dinamico. E‟ evidente in entrambi i casi la necessità di sistemi di monitoraggio strutturale, che garantiscano una sorveglianza continua ed efficace della struttura storica. In particolare, sono necessari sistemi e sensori che vadano oltre il puro accumulo di dati, ossia sistemi di monitoraggio intelligenti, miniaturizzati, per installazioni minimamente invasive, compatibili con il valore storico del bene stesso. Il monitoraggio delle strutture storiche merita particolare attenzione, non solo per l'importanza del patrimonio storico-architettonico italiano, ma anche per le specifiche problematiche che esse sollevano: la varietà tipologica rende difficile la generalizzazione di risultati particolari ottenuti da

http://www.strago.it/index.php?lingua=0&sezione=7&pagina=0&scheda=6


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singole esperienze; il comportamento di materiali tradizionali (muratura, legno,...) è tipicamente non-lineare e manifesta alti coefficienti di smorzamento; il comportamento meccanico di insieme di una struttura è spesso di difficile estrinsecazione e modellazione. Il danno di una struttura è un fenomeno intrinsecamente locale. Per rilevare effettivamente il danno in un punto arbitrario della struttura è fondamentale che i sensori siano densamente distribuiti sulla struttura. La possibilità di operare con sensori wireless, di piccole dimensioni, dotati

di microprocessore a bordo, e a basso costo permette di dotare la struttura di reti distribuite di sensori capaci di individuare i parametri di comportamento dinamico della stessa (deformazioni, fessure, vibrazioni, inclinazioni, emissioni acustiche). Le tipologie di sensori utilizzate sono sensori microelettronici e meccanici (MEMS) e sensori a fibre ottiche (FOS) in vetro ad alta sensibilità per la misura di deformazioni oppure in plastica a basso-costo per la rilevazione dell'apertura di fessure.

Analogie Un‟esperienza significativa in questo contesto applicativo è quella in corso nel progetto SMooHS (Smart Monitoring of Historic Structures) [1], finanziato nell‟ambito del FP7 che mira a rendere disponibili sistemi di monitoraggio avanzati in grado di fornire in tempo reale informazioni sullo stato di salute dell‟opera e su eventuali situazioni critiche e di attivare automaticamente i necessari provvedimenti. Tali sistemi installati stabilmente su strutture storiche sono basati sia su sensori wireless autonomi, sia su reti di sensori wireless di piccole dimensioni collegati a piattaforme che possano essere utilizzate in connessione con ogni tipo di sensore a basso consumo, possiedano funzionalità di auto-organizzazione e aggiornamento del network, abbiano software e hardware ottimizzati per la massima riduzione del consumo, siano dotate di procedure automatizzate per l‟analisi, la fusione e la riduzione dei dati sperimentali acquisiti. Queste piattaforme saranno utilizzate in connessione a sensori miniaturizzati (MEMS) commercialmente disponibili o appositamente sviluppati. Le strutture storiche oggetto di studio sono Bode Museum di Berlino; Portali policromi della Cattedrale di Santa Croce a Schwäbisch Gmünd, Germania; Palazzo Malvezzi, sede dall‟Amministrazione Provinciale di Bologna [2]. Tra i 15 partner di SMooHS ci sono il DISTART dell‟Università di Bologna e il consorzio CETMA (ENEA).


E‟ disponibile una soluzione commerciale integrata SOFO, basato sull‟interferometria in bassa coerenza [3]. E‟ prodotto dalla SMARTEC. È composto da una unità di lettura, da una serie di sensori (annegati nel calcestruzzo o montati in superficie su profili metallici o altre strutture esistenti) e da un software che consente la gestione dell‟insieme di dati derivante da tali misure. I parametri misurati sono spostamento, deformazione, inclinazione [4].

RIFERIMENTI 2.2 Monitoraggio di ausilio all’isolamento sismic

[1] G. Serino, M.G. Castellano,"Un’applicazione ardita ed inusuale: isolamento sismico e monitoraggio della cupola del Santuario della Madonna delle Lacrime in Siracusa” GLIS news, n 1-2009. [2]www.strago.it/catalogo.php?tbl=lavoro&idit=71&tit=oggetto&area=LAVORI/INFRASTRUTTURE

2.3 Monitoraggio strutturale di beni storici

[1] F. Ubertini, G. Pascale, S. de Miranda, C. Colla., 2009. “Monitoraggio intelligente di strutture storiche”. In: Atti della Conferenza AIPnD Roma 2009 – Innovazione e Professionalità (AIPnD - Associazione Italiana Prove non Distruttive Monitoraggio Diagnostica) [2] http://www.smoohs.eu/tiki-index.php

http://www.strago.it/catalogo.php?tbl=lavoro&idit=71&tit=oggetto&area=LAVORI/INFRASTRUTTURE

http://www.smoohs.eu/tiki-index.php


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[3] Inaudi D., et al., 1994, “Low-Coherence Deformation Sensors for the Monitoring of Civil Engineering Structures”, Sensors and Actuators A, Vol. 44, pp. 125-13 [4] http://www.smartec.ch/Bibliography/PDF/C74.pdf

http://www.smartec.ch/Bibliography/PDF/C74.pdf


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3. EFFICIENZA ENERGETICA

di PAOLA CLERICI MAESTOSI

3.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: l’efficienza energetica. a o

Il Decreto Legislativo n°311 del 29 Dicembre 2006 “Disposizioni correttive ed integrative al decreto legislativo 19 Agosto 2005, n. 192, recante attuazione della direttiva 2002/91/CE, relativa al rendimento energetico nell‟edilizia”, ha introdotto nuovi requisiti costruttivi per le nuove edificazioni, rivolti a migliorare le prestazioni energetiche, a consentire lo sfruttamento delle fonti rinnovabili di energia, a mitigare gli impatti negativi degli edifici sull‟ambiente. Diversi comuni della Provincia di Milano, e recentemente [1] la Giunta della regione Emilia Romagna, hanno recepito ed ampliato la componente energetica all‟interno degli strumenti urbanistici ed edilizi comunali con lo scopo di diffondere edifici sostenibili dal punto di vista energetico ed ambientale (miglioramento delle prestazioni dell‟involucro edilizio, impiego di impianti di riscaldamento/ventilazione ad elevata efficienza energetica, sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili, utilizzo di materiali eco compatibili) e, nel caso di interventi di nuova urbanizzazione, di diffondere sistemi di produzione di energia non più per ogni singolo edificio bensì di concepire impianti per interi comparti (smart grid - sistemi a cogenerazione o rigenerazione associati a reti di teleriscaldamento); ciò nell‟ottica di migliorare l‟efficienza energetica di produzione e trasporto con ricadute positive sull‟ambiente, e di offrire vantaggi economici per gli utenti. I sistemi di certificazione, gli attestati di certificazione energetica degli edifici e le certificazioni energetico-ambientali sono oramai diventati strumenti efficaci a tutti gli effetti. Le nuove tendenze normative nel costruire che si stanno sempre più imponendo individuano come prioritario il tema dell‟efficienza energetica. L‟Agenzia Internazionale dell‟Energia (AIE) in ambito internazionale e l‟ENEA in ambito nazionale promuovono l‟efficienza energetica come strumento fondamentale per una “progettazione responsabile” che costituisce una risposta efficace alle esigenze di sostenibilità ambientale. Un approccio globale alla progettazione consente di integrare azioni sull‟involucro edilizio, sugli impianti, sulle fonti rinnovabili e sulla sostenibiilità ambientale specie in termini di riduzione dei consumi energetici, non disgiunti dal contenimento dei consumi di acqua potabile. In un‟ottica integrata fattori determinanti quali la coibentazione, i serramenti vetrati ed i ponti termici che attengono alla progettazione/recupero dell‟involucro esterno trovano un sistema in grado di aumentare la portata dei benefici specifici là dove questi vengono messi in relazione con una progettazione impiantistica che privilegi al minimo gli impianti attivi, sfrutti al massimo l‟insolazione naturale e le fonti gratuite interne di calore, recuperi nella massima misura possibile il calore dell‟aria esausta in uscita con scambiatori ad elevato livello di rendimento, privilegi la ventilazione forzata, impieghi reti intelligenti per il controllo e la gestione energetica dell‟edificio (intelligenza computazionale), integri opportunamente i benefici derivanti dall‟uso dell‟illuminazione naturale con quelli derivanti dall‟impiego di apparati e terminali ad alta efficienza opportunamente integrati da una rete di sensori smart metering, privilegi l‟uso del green computing per le tecnologie ICT, sfrutti i principi delle onde convogliate su rete elettrica per ottimizzare i costi di installazione/gestione dell‟illuminazione esterna ai fabbricati consentendo di creare una piattaforma di veicolazione dati in linea con le nuove tecnologie proponibili in ambito smart city, integri il sistema di produzione delle fonti energetiche locali in una smart grid, individui un sistema di approvvigionamento/smaltimento idrico in grado di riutilizzare massimamente le acque di pioggia e ridurre i consumi idrici anche recuperando il calore dagli stessi, individui un sistema di distribuzione dell‟acqua sanitaria in grado di riutilizzare l‟acqua calda al fine di ridurre le dispersioni termiche. E‟ opportuno che la progettazione del Tecnopolo di Bologna includa le strategie di


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efficienza energetica tra gli elementi fondanti dell‟atto progettuale; ciò con la piena consapevolezza che progettazione, costruzione e gestione di beni immobili meritano un ripensamento critico e radicale quando il fine è quello di assicurare un risparmio consapevole e controllato delle risorse e di ridurre efficacemente i consumi energetici.

3.2 Strategie di risparmio energetico del sistema edilizio. o TECNICHE DI TIPO PASSIVO

L‟organismo edilizio (norma UNI10838) è un insieme strutturato di unità ambientali (elementi spaziali) e di unità tecnologiche (elementi tecnici), interni ed esterni, pertinenti all‟edificio, caratterizzate dalle funzioni e dalle relazioni reciproche, concepite e progettate unitariamente, aventi caratteristiche di continuità fisica ed autonomia funzionale. La norma UNI 8290 delinea la scomposizione dell‟organismo edilizio, l‟edificio, che

diventa così un sistema tecnologico di elementi strutturati che rispondono nel loro insieme, e ciascuno per la sua parte, a una funzione assegnatagli. Il sistema tecnologico (sistema edilizio, sistema impianti, sistema attrezzature), dunque, è un insieme di parti correlate da un reticolo di relazioni che ne assicura l‟unitarietà di funzionamento rispetto al compito complessivo, pur riconoscendo a ogni parte la possibilità di svolgere una funzione specifica, necessaria e coerente per il conseguimento degli obiettivi generali del sistema stesso. Tra gli obiettivi generali del sistema tecnologico per il Tecnopolo c‟è l‟efficienza energetica. Le tecniche mirate all‟efficientamento energetico del sistema edilizio possono essere di tipo passivo o di tipo attivo. Le tecniche di tipo passivo sono essenzialmente quelle che sfruttano fonti energetiche rinnovabili quali il vento, la geotermia o l‟eliotermia cercando di massimizzare i benefici da questi derivanti per mezzo dell‟impiego di accorgimenti o tecniche costruttive specialistiche da mettere in opera sugli elementi tecnici (classe di unità tecnologica: chiusure; elementi tecnici: pareti perimetrali, infissi, manto di copertura). Tra le tecniche di tipo passivo che, nell‟ottica di una visione integrata dell‟efficienza energetica con gli obiettivi generali posti al sistema, le più ricorrenti sono l‟isolamento termico e la massa dell‟involucro, i ponti termici, i giardini d‟inverno, le verande, le serre solari, le superfici vetrate, gli schermi solari, i tetti verdi, la ventilazione naturale, i sistemi di riscaldamento/condizionamento a bassa temperatura, Illuminazione naturale/artificiale.

Chiusure verticali L‟elemento tecnologico chiusura verticale è un insieme di elementi tecnici del

sistema edilizio che hanno il compito di separare verticalmente lo spazio interno dell‟organismo edilizio dall‟ambiente esterno. La frontiera esterna verticale di un edificio ha il duplice scopo di riparare gli utenti dall‟esterno e contribuire a realizzare le condizioni di benessere in relazione alle condizioni ambientali ed atmosferiche che si verificano all‟esterno, adattando il proprio comportamento al ciclico modificarsi dei fattori agenti sull‟involucro, sia dall‟interno che dall‟esterno. Il corretto approccio alla valutazione della tipologia funzionale e tecnica della frontiera da realizzare rappresenta una scelta fondamentale per il successo del progetto di architettura; la sua scelta non può essere delegata unicamente a valutazioni di carattere estetico, ma deve essere sviluppata avendo in considerazione innanzitutto gli aspetti di corretto uso delle risorse energetiche in relazione alle richieste di prestazione date dalle funzioni da svolgersi e al contesto ambientale, climatico e di esposizione. I modelli funzionali di riferimento delle chiusure verticali attengono alle due differenti funzioni di filtro che le stesse svolgono nei confronti dell‟illuimnazione naturale (opache/trasparenti). In riferimento alle prime si distingue tra parete isolata dall‟interno, parete isolata dall‟esterno, parete isolata nell‟intercapedine, parete ventilata. In riferimento alle seconde si distingue tra facciata continua, facciata con vetrata strutturale, vetrata sospesa, facciata a doppia pelle. La norma UNI 8979 individua gli strati funzionali costituenti le pareti perimetrali verticali in strati: resistente, di isolamento termico, di tenuta all‟acqua, di tenuta


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all‟aria, di barriera al vapore, di diffusione del vapore, di protezione e rivestimento, di collegamento, di regolarizzazione, di ripartizione dei carichi, di ventilazione, di protezione al fuoco, di isolamento acustico.

Isolamento termico e massa dell’involucro

L‟involucro esterno è un elemento nodale rispetto al tema dell‟efficienza energetica. L‟isolamento termico dei fronti perimetrali infatti consente di creare una barriera termica tra ambiente interno ed ambiente esterno al fine di controllare al meglio le condizioni microclimatiche interne. Le tecniche costruttive che consentono il controllo della trasmittanza termica risultano utili sia per controllare le dispersioni di calore dall‟interno, nel caso invernale, sia per limitare l‟ingresso di calore dall‟esterno, nel caso estivo. Esse si differenziano a seconda che si debba intervenire sull‟esistente o, al contrario, progettare edifici ex novo. Nel Tecnopolo di Bologna sussistono entrambi i casi. Edifici ex novo Il metodo migliore per incrementare l‟efficienza energetica di un edificio [2] è dotarlo di un involucro termico opportunamente coibentato. Per quel che riguarda l‟innovazione dei prodotti edilizi, essa si riferisce sia al miglioramento prestazionale di materiali e dei componenti esistenti, sia alla messa a punto di materiali e componenti innovativi. In particolare, gli ambiti più innovativi per ciò che attiene all‟involucro riguardano i prodotti vetrati od opachi con resistenze termiche potenziate, i sistemi di schermatura, i sistemi di involucro trasparenti, le tecnologie costruttive a secco. Alla luce delle innovazioni introdotte nelle tecnologie per le pareti perimetrali verticali opache si osserva innanzitutto come, in riferimento alle potenzialità progettuali indotte dalla messa a punto di prodotti isolanti potenziati, essi consentano di progettare sistemi di involucro iperisolati sia all‟interno che all‟esterno, attraverso spessori murari molto ragionevoli. In secondo luogo si rileva che il rivestimento delle chiusure verticali implica oggigiorno una varietà morfologica e materica inimmaginabile fino a qualche anno fa – che si traduce nella realizzazione di sistemi più o meno complessi - e una incredibile espressività degli elementi che lo costituiscono. D‟altra parte le innovazioni molto sofisticate nel settore degli elementi trasparenti e semitrasparenti consentono di ottimizzare le scelte in riferimento alle problematiche invernali (termotrasmittanza) od estive (termotrasmittanza, fattore solare). In funzione degli specifici obiettivi prestazionali, che suggeriscono l‟utilizzo di tali tecnologie, si osserva la necessità di una corretta e approfondita valutazione in merito sia alle condizioni climatiche esistenti e all‟orientamento dell‟edificio, sia agli oggetti che potrebbero interferire durante l‟andamento giornaliero e stagionale del percorso solare. Nell‟uso di sistemi trasparenti di involucro

[3] (soluzioni a “doppio involucro”) si

registra, in relazione alle innovazioni nel settore dei vetri, un notevole fervore innovativo del settore (facciate a doppia pelle, finestre a isolamento dinamico, serre, ecc.) Edifici esistenti Negli edifici esistenti e non ristrutturati la dispersione termica da ventilazione determina fino al 20% del fabbisogno termico. La dispersione è causata sia da correnti d‟aria che attraversano l‟involucro (dispersione termica non intenzionale) che da correnti d‟aria determinate dall‟irraggiamento ( dispersione termica intenzionale). Di norma per coibentare una facciata esterna [4] si può intervenire sia dall‟esterno che dall‟interno, tuttavia la coibentazione dall‟interno è consigliabile solo in caso di necessità o di vincolo architettonico (norme edilizie o tutela dei monumenti). La soluzione più razionale, economica e diffusa per ristrutturare una facciata rendendola più efficiente in termini energetici è la realizzazione di un cappotto termico. I pannelli coibenti vengono fissati alla facciata del fabbricato e quindi rivestiti di una seconda pelle consistente in una prima mano di intonaco armato capace di compensare le sollecitazioni statiche e termiche e di un ulteriore strato


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impermeabile (intonaco esterno, rivestimento in ceramica, ecc.). Le singole componenti del sistema costituiscono, nei fatti, un sistema integrato. Una valida alternativa al cappotto termico è la facciata ventilata che prevede il montaggio di una struttura su cui fissare il rivestimento. La coibentazione viene realizzata inserendo il materiale nell‟intercapedine della struttura. Di norma per la realizzazione della struttura si dà la preferenza al legno per le sue buone proprietà isolanti rispetto agli altri materiali sebbene l‟effetto isolante del legno non sia paragonabile a quello di un materiale coibente e la struttura diventi un ponte termico. Per ottenere lo stesso valore coibente di un cappotto termico occorre raggiungere spessori più elevati soluzione, questa, che richiede un ingombro maggiore. Le coibentazioni realizzate dall‟interno modificano completamente il profilo della temperatura della parete e sono in grado di apportare una riduzione del calore fino ad un quarto del valore originario. La coibentazione dall‟interno è consigliata in caso di edifici con facciate vincolate, quando è possibile proteggere sufficientemente il manufatto dalla pioggia battente e quando non c‟è umidità proveniente dal basso. In questo caso la progettazione e realizzazione debbono prendere in considerazione i due fattori strettamente correlati con una tecnica costruttiva di tale tipo ossia i ponti termici e l‟impermeabilità all‟aria. I sistemi di coibentazione dall‟interno sono fondamentalmente di tre tipi ossia i sistemi di coibentazione con barriera al vapore, i pannelli coibentanti a tenuta di vapore, i pannelli coibentanti capillarmente attivi. I sistemi di coibentazione con barriera al vapore impiegano di materiali plasmabili come la lana minerale, la cellulosa, la canapa, ecc. che consentono di livellare facilmente eventuali irregolarità delle pareti mantenendo il fondo nel suo stato originale. Per evitare o ridurre al minimo la penetrazione di aria umida nella struttura coibente, viene applicata una barriera al vapore sullo strato coibente. L‟esecuzione a regola d‟arte della barriera al vapore è particolarmente importante. Vanno inoltre impermeabilizzate con estrema cura i punti di interruzione della superficie in corrispondenza di installazioni elettro-sanitarie. I pannelli coibenti a tenuta di vapore non richiedono l‟applicazione di una barriera al vapore. I vantaggi di questo sistema sono l‟elevato effetto coibente, l‟ingombro minimo e la semplicità di installazione dei pannelli. Esso presuppone che la struttura della parete sia liscia poiché di norma i pannelli vengono incollati. La scelta varia dai pannelli in vetro cellulare ai pannelli in poliuretano espanso con rivestimento di alluminio. Di recente hanno fatto il loro ingresso sul mercato pannelli isolanti evacuati (che tuttavia richiedono un maggiore onere all‟impresa che realizza il lavoro). Nei sistemi coibenti con barriera al vapore, l‟applicazione di una pellicola sulla struttura coibente crea uno strato impermeabile al vapore che ostacola la penetrazione dell‟umidità presente nell‟ambiente. I pannelli coibenti a tenuta di vapore costituiscono di per sé uno strato impermeabile. I pannelli coibenti capillarmente attivi in silicato di calcio non necessitano di una barriera al vapore poiché svolgono di per sé un effetto autoregolante: sono in grado di assorbire l‟umidità, di trattenerla temporaneamente e di espellerla quando cala l‟umidità atmosferica. Le loro proprietà coibenti sono lievemente inferiori a quelle degli altri sistemi, in compenso sono più facili da installare e vantano una maggiore resistenza alle muffe. Un altro vantaggio consiste nella possibilità di applicare l‟intonaco direttamente ai pannelli facendo tuttavia attenzione ad evitare rivestimenti impermeabili. La superficie deve essere piana poiché solo un collegamento continuo fra pannelli isolanti e fondo consente di regolare efficacemente l‟umidità. I pannelli coibenti capillarmente attivi provvedono a una buona distribuzione della condensa, trattenendola per un certo periodo per poi espellerla. Quando le condizioni di vincolo lo consentono, la coibentazione esterna è senza dubbio preferibile a quella interna perché, a differenza di quest‟ultima, è più gestibile in termini di realizzazione (eventuali errori di costruzione e ponti termici) e previene l‟insorgenza dei tipici problemi legati alla coibentazione interna. Se la realizzazione di una coibentazione esterna viene approvata con il vincolo di


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conservare l‟irregolarità della facciata, si consiglia l‟applicazione di pannelli lamellari in lana minerale capaci di adattarsi anche alle asperità più evidenti. Sotto il punto di vista storico-artistico non sono adatti i pannelli coibenti rigidi.

Ponti termici

I ponti termici sono elementi strutturali (sporgenze, logge, nicchie, cassonetti per avvolgibili, etc.) che per loro collocazione, morfologia o per le cattive proprietà coibenti provocano particolari dispersioni di calore. A seconda del materiale e, eventualmente, dello stato di conservazione se si tratta di un edificio esistente, esistono diversi metodi per ovviare al problema a cominciare dalla coibentazione fino addirittura alla demolizione degli elementi che sono in grado di generarlo e la relativa sostituzione con strutture prive di raccordo diretto al fabbricato vale a dire “termicamente separate”. Nel caso di balconi, pensiline e scale di entrata sporgenti, lo spessore dello strato coibente può creare problemi di spazio sulla parte superiore. In questo caso si provvederà ad isolare termicamente quantomeno la parte inferiore del balcone. Un‟altra soluzione è quella di coibentare la parte superiore con pannelli isolanti evacuati che vantano un potere isolante superiore di 8-10 volte rispetto ai materiali coibenti convenzionali e quindi richiedono uno spessore notevolmente minore. Questa loro caratteristica li rende ideali anche per la coibentazione di cantine o mansarde con altezze ridotte. Anche le cosiddette logge sono un caso tipico di ponte termico perché aumentano la superficie esterna. In questi casi va presa in considerazione la possibilità di creare una zona tampone termica dotata di vetrate, i cosiddetti giardino d‟inverno, o al contrario di inglobare le logge nello spazio interno dell‟edificio. Altro elemento costruttivo ai fini del ponte termico sono i cassonetti degli avvolgibili; occorre che siano opportunamente coibentati, meglio se con lo stesso

spessore del resto della facciata.

Giardini d’inverno, verande, serre solari

Come appena detto i giardini d‟inverno [5] o le verande rappresentano una modalità assai interessante per migliorare l‟efficienza energetica di un manufatto. In questa logica lo spazio chiuso del giardino d‟inverno o veranda serve da zona tampone, ossia consente di accumulare il calore determinato dall‟irraggiamento solare e di trasmetterlo al fabbricato. E‟ evidente che vi è una massimizzazione dei benefici nel momento in cui nell‟ambiente sono presenti grandi masse di accumulo termico quali pavimenti massicci, pareti in mattoni pieni o pietra. Se a questi elementi poi si aggiunge la presenza della vegetazione come sistema di controllo delle condizioni climatiche interne (evotraspirazione) è evidente che l‟ambiente così configurato media, seleziona e filtra l‟illuminazione, la temperatura e la ventilazione naturale.

Superfici vetrate

Le superfici vetrate[6] svolgono la quadruplice funzione di consentire la penetrazione di luce e di radiazione solare diretta, la vista e la ventilazione naturale. Le caratteristiche tecniche dei componenti e le prestazioni si differenziano a seconda che ci si riferisca ad edifici esistenti o, al contrario, edifici progettati ex novo. Poiché nel Tecnopolo di Bologna sussistono entrambi i casi è opportuno segnalare che per l‟efficientamento energetico degli edifici di nuova progettazione [7] occorrerà prevedere l‟utilizzo di vetri ad elevate prestazioni energetiche (basso emissivi o vetri selettivi) che rispondono in modo soddisfacente ad esigenze di termo isolamento, di trasparenza ed omogeneità di comportamento, così come telai con elevate proprietà coibenti. Per contro in edifici esistenti vincolati il punto debole non è tanto rappresentato dalla superficie vetrata che può essere opportunamente migliorata bensì dal telaio che se interessato dal vincolo diventa di difficile adattamento. Là dove infatti non è possibile sostituire i telai con nuovi telai ad alta efficienza occorre operare sul miglioramento delle prestazioni attraverso l‟inserimento o l‟aggiunta di nuove componenti (vetri tripli, fermavetri, etc.). Nel caso di interventi sull‟esistente la già citata soluzione della facciata ventilata, in questo caso vetrata, può costituire una valida opportunità.


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Le facciate vetrate ventilate infatti è costituita da due sistemi distinti: una facciata esterna in vetro con opportune bocchette di ventilazione e una facciata interna isolante; nell‟intercapedine tra le due superfici circola aria esterna, favorita da un effetto camino innescato dal calore irradiato dalla vetrata interna. Questa soluzione tecnica consente di massimizzare i benefici in tutti i periodi dell‟anno: durante l‟estate la differenza di temperatura tra esterno ed interno provoca un flusso d‟aria con conseguente diminuzione della quantità di calore in ingresso nell‟edificio; durante l‟inverno la presenza dello schermo esterno concorre ad aumentare la resistenza termica effettiva soprattutto nel caso in cui le aperture di ventilazione sono regolabili ed adeguatamente supportate da una rete di sensori che ne disciplinano l‟apertura/chiusura.

Schermi solari Gli schermi solari [8] consentono di regolare l‟intensità della luce diurna che penetra internamente agli edifici, così come proteggono dall‟abbagliamento e dalle radiazioni dei raggi ultravioletti, ma anche di proteggere le superfici dal surriscaldamento indotto dalle radiazioni solari, favorendo così la minimizzazione dei guadagni di calore provenienti dall‟esterno. I guadagni solari hanno una carattere duplice: favorevole nel periodo invernale ma negativo nel periodo estivo. E‟ opportuno individuare in fase progettuale, specie nei casi di progettazione di edifici ex novo, forme di protezione particolari dei lati sud ed ovest dell‟edificio, avvalendosi di terminali (schermature, brise-soleil, frangisole, etc.) per il controllo solare delle superfici opache o traslucide che siano, eventualmente dotando gli elementi parasole oltre che di dispositivi di captazione/produzione di energia anche di sonde in grado di controllare l‟immissione della luce solare all‟interno degli ambienti.

Tetti verdi Il sistema del tetto giardino o tetto verde consente, ove possibile, un maggiore isolamento termico dell‟edificio dovuto alla presenza di vegetazione e componenti specifici per il drenaggio. Assorbendo il calore i tetti verdi riducono l‟utilizzo per il raffreddamento degli edifici, filtrano l‟aria inquinata eliminando le particelle in sospensione, contribuiscono all‟assorbimento dell‟acqua piovana riducendo le acque che confluiscono nella rete fognaria cittadina, riescono – se applicati a scala di un complesso quale quello del Tecnopolo, a ridurre in parte l‟effetto di isola termica. Genericamente si dice che la semplice diminuzione di 1°C della temperatura di superficie è in grado di abbassare del 5% la richesta di elettricità per la climatizzazione ed il raffrescamento degli ambienti. Il tipo di tetto verde che meglio si presta alle caratteristiche del tecnopolo è quello cosiddetto estensivo che risulta particolarmente adatto ad edifici di grandi dimensioni dal momento che presenta un minimo spessore di substrato, un sovraccarico compreso tra i 30 ed i 100 Kg/mq. ed una manutenzione minima poiché impiega una vegetazione colonizzatrice molto resistente (muschi, graminacee e piante grasse). Per contro il tipo intensivo o semi-intensivo si pesta per medie o piccole superfici a causa di un maggiore spessore del substrato, un sovraccarico compreso tra i 120 e 350 Kg/mq., con una vegetazione a forte sviluppo radicale ed arereo di tipo orticolo (graminacee, tappeti erbosi, piante, arbusti).

Ventilazione naturale Con ventilazione naturale [9] si intende il flusso di aria entrante od uscente attraverso aperture appositamente predisposte nell‟involucro edilizio. Nelle condizioni in cui si voglia limitare la presenza degli impianti di ventilazione artificiale ed in assenza di particolare fenomeni di vento, le differenze di pressione e di temperatura esistenti sono in grado di generare flussi ascendenti di aria calda in uscita e flussi discendenti di aria fresca in entrata (condizione climatica estiva). L‟utilizzo della ventilazione naturale durante le ore diurne svolge il compito di controllare il surriscaldamento dell‟edificio attraverso il raffrescamento dell‟aria interna e delle strutture, il mantenimento di un livello della qualità dell‟aria interna accettabile, il moto dell‟aria interna con l‟effetto del raffrescamento diretto del corpo umano (moti convettivi ed evaporativi).


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La ventilazione è, dunque, estremamente utile per la rimozione del calore ma si devono evitare infiltrazioni di aria esterna quando le temperature esterne sono superiori a quelle interne. Utile per raffreddare la massa termica dell‟edificio è la ventilazione notturna, con l‟aria che prima di essere messa in circolo negli edifici viene raffreddata in condotti sotterranei, in scantinati, parcheggi sotterranei o giardini adiacenti la costruzione. In questo caso l‟uso integrato delle tecnologie di green computing, smart metering e sistemi di intelligenza computazionale associata ai sistemi HVAC diventano utili strumenti per il conseguimento dell‟efficienza energetica. E‟ nota l‟esistenza del conflitto tra buona ventilazione e risparmio energetico: più ventilazione significa meno risparmio energetico. Si porrà quindi il problema della definizione del ricambio d‟aria ottimale. Un‟appropriata ventilazione, meccanica o naturale, consente, miscelando l‟aria interna all‟ambiente e ridistribuendola, di rimuovere o diluire i contaminanti e di ottenere la qualità desiderata. La problematica della qualità dell‟aria indoor è attualmente all‟attenzione delle autorità sanitarie sia europee (SHER/2007, ASHRAE St.62-89) che nazionale e sarà di estrema importanza in quelle aree di ricerca del Tecnopolo dove verranno svolte attività che comportano la produzione di VOC non compatibili con la salubrità dell‟aria. La ventilazione forzata dovrà tenere conto quindi oltre che dell‟aspetto energetico anche della componente relativa ai composti organici volatili. Per questo motivo potrebbe essere utile orientare la progettazione impiantistica verso reti di sensori HVAC specifici anche per i VOC.

Sistemi di riscaldamento e condizionamento a bassa temperatura

L‟opportunità offerta dal soffitto freddo o trave fredda combinata con un sistema di riscaldamento prevalentemente radiante può rivelarsi efficace per il miglioramento dell‟efficienza energetica. Le travi, posizionate a livello del soffitto, sono d‟estate, tenute ad una temperatura più bassa dell‟aria ambiente tramite la circolazione di acqua fredda al loro interno in modo che l‟aria calda a soffitto, venendo a contatto con le travi, si raffreddi attraverso la trave stessa e scenda verso il basso (la trave ha comunque un proprio effetto radiante pari al 30-35% della capacità totale di raffreddamento). Questa soluzione tecnica consente l‟innegabile vantaggio di ottenere una riduzione dei carichi radianti (dati da pareti, pavimenti, arredi ed attrezzature) prima che diventino carico termico riscaldando l‟aria dell‟ambiente. E‟ altresì possibile, nelle stagioni intermedie, allestire la trave fredda con due circuiti indipendenti (fluido freddo + fluido caldo), ottenendo una capacità di riscaldamento pari a quella di raffreddamento per i periodi intermedi, convertendo poi in circuito freddo quello caldo per i periodi estivi.

Illuminazione naturale/artificiale

A titolo indicativo si ricorda che l‟illuminazione assorbe circa un terzo dell‟energia consumata negli edifici. Il risparmio che può essere raggiunto attraverso la progettazione di un sistema di illuminazione moderno ed intelligente è pari, se non superiore al 50%. Ricordando l‟importanza dell‟apporto della luce solare della necessità di procedere con una progettazione integrata di tutti i sistemi impiantistici, in linea generale possiamo dire che in termini di consumo energetico è sconsigliato l‟impiego di lampade ad incandescenza di tipo tradizionale. In base all‟analisi delle condizioni di utilizzo invece sono da preferire le lampade alogene, in particolare le alogene IRC a risparmio di energia che consumano fino al 50% delle incandescenti di tipo tradizionale e le lampade fluorescenti nella versione integrate elettroniche che fanno risparmiare fino ad un 70% di energia. Si sottolinea l‟opportunità di prevedere l‟uso di schermi solari opportunamente integrati con sonde in grado di controllare l‟immissione della luce solare [10] all‟interno degli ambienti, correlandoli a sonde per il rilevamento dell‟illuminamento interno agli ambienti stessi.

TECNICHE DI TIPO ATTIVO

Tra le opportunità tecniche di tipo attivo indichiamo invece le regolazioni individuali con personalizzazione dei programmi, i sistemi di contabilizzazione delle energie


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erogate, i recuperatori di calore ad alta efficienza sull‟aria espulsa, il free cooling, i

recuperatori di calore sullo scarico di acque grigie da lavorazioni specialistiche (mensa, laboratori non contaminati), i pannelli fotovoltaici

Regolazioni individuali con personalizzazione dei programmi

La regolazione individuale dei livelli di temperatura richiesti in funzione delle destinazioni d‟uso, del tipo di attività prodotte e dal numero degli utenti è possibile attraverso l‟impiego di sonde ambiente e scenari preconfigurati.

Sistemi di contabilizzazione dell’ energa erogata

I sistemi di contabilizzazione delle energie erogate vanno nella direzione dell‟uso autonomo e consapevole dei consumi energetici.

Recuperatori di calore alta efficienza sull’aria espulsa

I recuperatori di calore ad alta efficienza sull‟aria espulsa realizzati con doppio recuperatore di calore (in ingresso ed in uscita dell‟aria primaria) costiuiscono una opportunità di efficienza energetica.

Free cooling

Un esame, in fase di progetto, della variabilità nel tempo dei carichi termici e la conoscenza delle caratteristiche di funzionamento del sistema tecnologico (edilizio ed impianti) potranno suggerire sistemi e metodi efficienza energetica alternativi. Si cita a titolo di esempio [11] che negli impianti di condizionamento a tutt‟aria vi sono alcuni periodi dell‟anno in cui le condizioni di temperatura dell‟aria esterna sono particolarmente favorevoli per cui l‟aria esterna può essere impiegata per far fronte ai carichi termici in ambiente. Perché ciò possa essere realizzato è necessario che l‟impianto sia dotato di un ventilatore di ricircolo ed espulsione avente una portata pari alla massima possibile portata di aria esterna, che la griglia di ripresa ed il canale dell‟aria esterna siano proporzionati per una portata pari a quella del condizionatore servito e che sia possibile, con un gioco di serrande coniugate e motorizzate, variare con continuità i quantitativi di aria esterna, di aria espulsa e di aria ricircolata. Con questo sistema la quantità di aria esterna, man mano che la temperatura esterna sale, può aumentare in maniera tale da mantenere costante la temperatura di immissione pari al valore corrente per compensare i carichi: generalmente 13-14°C. Fino a quando l‟aria esterna è a temperatura inferiore o uguale a questi valori può essere utilizzata tenendo escluso il gruppo frigorifero. In una tale favorevole situazione si parla di free cooling e in questo caso si può non utilizzare il recuperatore di calore.

Recuperatori di calore sullo scarico di acque grigie da lavorazioni non contaminate

Al fine di ridurre l‟energia necessaria per il riscaldamento dell‟acqua sanitaria possono essere previsti recuperatori di calore sullo scarico di acque grigie da lavorazioni specialistiche (mensa, laboratori non contaminanti) che consentono di innalzare gratuitamente il livello di temperatura dell‟acqua all‟ingresso del sistema di riscaldamento dell‟acqua sanitaria.

Fotovoltaico

Per promuovere la riduzione dei carichi elettrici è possibile utilizzare celle fotovoltaiche [12] integrate nell‟edifiico (PIPV – building integrated photo voltaics) e collegare il sistema fotovoltaico in rete (grid connected) tramite inverter, senza sistema di accumulo poiché l‟energia prodotta durante le ora di insolazione viene immessa nella rete. Nelle ore notturne, tramite un contatore bidirezionale, il carico locale viene alimentato dalla rete.

3.3 Strategie di risparmio energetico del sistema impiantistico. o Le tecniche mirate all‟efficientamento energetico del sistema impiantistico sono di

tipo attivo. Si rivolgono non più solo al sistema tecnologico rappresentato da ciascun edificio,


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bensì all‟intero comparto. La vision infatti si apre a opportunità di carattere complessivo quali la riduzione delle emissioni inquinanti e dell‟impatto ambientale, l‟uso efficiente delle risorse locali, la flessibilità negli approvvigionamenti energetici, l‟integrazione dei sistemi di energia rinnovabile, la sicurezza e la funzionalità degli impianti di produzione e di distribuzione dell‟energia.

Pompe di calore Le pompe di calore potrebbero utilizzare come sorgente energetica acqua di pozzo ed il calore sottratto al terreno mediante sonde geotermiche. Le pompe di calore polivalenti sono in grado di utilizzare il calore di scarto dei gruppi frigoriferi che funzionano nelle mezze stagioni per la climatizzazione d alcuni ambienti. Durante la mezza stagione le pompe di calore polivalenti sono in grado di fornire simultaneamente il caldo ed il freddo. Produrranno acqua calda a 50°C ed acqua refrigerata a 6°C. la temperatura dell‟acqua delle pompe di calore, per avere buoni livelli di COP, deve essere mantenuta al di sotto dei 50°C; nelle mezze stagioni è bene che la temperatura di impostazione venga ridotta al fine di migliorarne l‟efficienza energetica. Per questo motivo un‟opportunità potrebbe essere rappresentata dalla realizzazione di due reti di acqua calda, una con acqua a 50°C realizzata con pompe di calore, ed una a 85°C realizzata con l‟energia termica prodotta dalla centrale poliservizi o dalla centrale di via Calzoni. Il calore di condensazione dei gruppi frigoriferi a compressione è maggiore di circa il 25% rispetto all‟energia frigorifera prodotta. La parte di calore di condensazione che non si riesce ad utilizzare potrà essere dissipata nei modi più opportuni dal punto di vista energetico ed ambientale.

Gruppi frigoriferi ad assorbimento

I gruppi frigoriferi ad assorbimento sono frigoriferi che utilizzano come fonte energetica un fluido caldo (ad esempio acqua a temperatura superiore a 80°c) per produrre, per mezzo di sali (bromuro di litio) acqua refrigerata. L‟efficienza (COP) dei gruppi frigo ad assorbimento èdi circa 0,7 il che significa che per produrre, ad esempio 700 kw frigoriferi, è necessario un apporto energetico di 1000 kW termici. I frigoriferi ad assorbimento ben si associano ai cogeneratori [13] perché d‟estate e nelle mezze stagioni, durante le quali c‟è sempre minore necessità di energia termica per il riscaldamento, si può utilizzare l‟energia termica prodotta con i generatori per produrre energia frigorifera. Il calore di condensazione dei gruppi frigoriferi ad assorbimento è circa il 240% in più dell‟energia frigorifera prodotta. Anche per i frigoriferi ad assorbimento il calore di condensazione che non si riesce ad utilizzare dovrà essere dissipato nei modi più opportuni dal punto di vista energetico ed ambientale.

Pozzi di bonifica, lago e spray-jet

Potrebbe essere interessante ipotizzare installazione di pozzi di emungimento, la filtrazione dell‟acqua e la reimmissione nel fiume Setta. E‟ una ipotesi che qualora volesse essere intrapresa necessita di uno studio di approfondimento sulle falde del territorio e sulle metodologie autorizzative da sottoporre agli organi competenti. Avrebbe l‟indubbio vantaggio di promuovere l‟uso di una fonte energetica gratuita e rinnovabile prima della re immissione nel fiume. L‟acqua di pozzo, nel periodo estivo, può essere utilizzata per il raffreddamento dei condensatori dei gruppi frigo, mentre nel periodo invernale potrà essere utilizzata per cedere il calore agli evaporatori delle pompe di calore. La temperatura dell‟acqua di falda varia tra i 13° e i 15° e consente di ottenere per i gruppi frigo e le pompe di calore COP più elevati sia dei gruppi condensati ad acqua di torre che delle pompe di calore condensate ad aria. Dovrebbe essere comunque condotta una valutazione della portata dell‟acqua per valutare realmente se si riesca a soddisfare i bisogni energetici per il riscaldamento e la climatizzazione degli edifici. Nelle mezze stagioni la portata dell‟acqua di pozzo potrà essere minore in quanto il calore sottratto agli ambienti da raffreddare servirà come sorgente per le pompe di calore o, se avrà il necessario livello di temperatura, potrà essere distribuito per le utenze che richiedono il riscaldamento. L‟acqua di pozzo, dopo essere passata attraverso i condensatori dei gruppi


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frigoriferi, potrà essere convogliata in un “lago” [14] per essere raffreddata, trattata, e quindi scaricata nel fiume. E‟ possibile quindi ipotizzare l‟uso di quest‟acqua per scopi non potabili, irrigui ed una riserva per l‟antincendio. Al fine di contribuire alla dissipazione del calore nei momenti di maggior carico, al centro del “lago” potrebbe essere realizzato il sistema degli spray-jet che consiste in una seri di ugelli di particolare forma collegati a tubazioni e posti al centro dello specchio d‟acqua. Il funzionamento consiste nell‟emissione di acqua in pressione, come avviene in tutto e per tutto per le fontane, attraverso ugelli che la riducono in piccole gocce; una parte di queste evapora sottraendo calore alla rimanente parte di acqua che ricade, raffreddata, nel lago. Essendo un sistema innovativo si segnala la necessità, qualora si volesse prendere in considerazione, delle necessarie verifiche (paesaggio, temperatura dell‟acqua, rumore, manutenzione, etc.)

Accumuli

Tra le opportunità che si segnalano per massimizzare l‟energia delle pompe di calore si indicano sistemi di accumulo che consentono di avere disponibile una maggiore quantità di calore da fornire o sottrarre nei momenti di maggior carico, solitamente quelle diurni. Questi serbatoi di accumulo sono in grado di raccogliere e rilasciare il calore proveniente dai pozzi, dalle sonde geotermiche e dai condensatori/evaporatori delle pompe di calore. Con serbatoi di accumulo di questo tipo è possibile sfruttare l‟energia dei pozzi e delle sonde geotermiche anche 24 ore su 24 oltre a scambiare calore tra evaporatori e condensatori consentendo in tal modo un notevole risparmio di energia ed una riduzione della necessità di dissipazione.

Accumuli per la dissipazione del calore

I sistemi di accumulo funzionano con gli stessi principi indicati sopra. Per la dissipazione del calore lo scopo è quello di portare, durante la notte, l‟accumulo alla temperatura dell‟acqua di falda e poter quindi, durante il giorno, utilizzare una portata doppia ai condensatori dei gruppi frigo.

Sonde geotermiche per il riscaldamento

L‟opportunità più efficace di inserimento delle sonde geotermiche [15] è quella di ipotizzare l‟installazione di tubazioni distribuite orizzontalmente pochi metri al di sotto del piano di campagna. Nelle sonde circola un fluida che ha la funzione di trasportare l‟energia da cedere o da ricevere dal terreno. E‟ del tutto evidente che le sonde verticali hanno una capacità di scambio termico molto superiore a quelle orizzontali, tuttavia queste ultime, se efficacemente inserite in un sistema integrato, sono in grado di fornire un efficace contributo. Infatti con le sonde orizzontali, in funzione del tipo di terreno, della profondità di pozzo e del passo tra le sonde, si possono ottenere valori specifici di scambio energetico medio compresi tra i 10 ed i 20 W/mq.

Smart grid Gli obiettivi Europei “20-20-20” prevedono entro il 2020 la riduzione del 20% delle emissioni di gas serra rispetto ai livelli del 1990, l‟aumento dell‟efficienza energetica del 20%, e che il 20% di produzione di energia elettrica provenga da fonti rinnovabili. L‟obbiettivo nazionale dell‟Italia è quello di passare da un livello del 5,2% nel 2005 a un livello del 17% entro il 2020 per quanto attiene la produzione di energia da fonti rinnovabili. L‟ampliamento della generazione distribuita da fonti rinnovabili stà facendo spazio, in molti comuni del territorio nazionale, a una rete di produzione aggiuntiva integrabile con quella tradizionale, quindi non più un controllo centralizzato della produzione ma una rete di distribuzione territoriale composta da flussi di potenze bidirezionali e reti attive. E‟ in questa ottica che, sotto il profilo energetico, l‟insediamento del Tecnopolo và inteso. Occorre passare dalla visione energivora del Tecnopolo ad una visione che, attraverso la strategia delle smart grid, diventi premiante nell‟ottica della produzione energetica da fonti rinnovabili (fotovoltaico, geotermico, etc.). La rete elettrica locale in questo caso non sarà solo un canale per trasmettere e distribuire energia dalla/e centrale/i (Centrale Poliservizi e Centrale elettrotermofrigorifera di via Calzoni) all‟utilizzatore finale ma una rete comune in


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grado di far interagire i diversi soggetti attraverso la creazione di reti attive di MT, con una quantità di generazione distribuita superiore ai relativi carichi, e tante piccole reti (micro grid in BT con sistemi di accumulo) in grado di comunicare scambiando informazioni sui flussi di energia e consentendo così una gestione efficace del sistema. In funzione delle attività che nel Tecnopolo verranno svolte infatti si avranno picchi di produzione energetica e picchi di consumo. Attraverso un‟analisi preventiva dei carichi in sede di progetto sarà possibile definire le caratteristiche della smart grid. E‟ comunque necessario che tutte le cabine (AT/MT e MT/BT) siano dotate dei sistemi di protezione, automazione e controllo compatibili con la tecnologia smart grid, così come esistano dei sistemi di comunicazione on-line fra le cabine AT/MT e MT/BT (p. es. WiMAX) e che esistano sistemi di comunicazione locale nelle cabine AT/MT tra i dispositivi di protezione e di controllo.

3.4 Strategie per le aree esterne di pertinenza. a Ecosostenibilità L‟efficienza energetica costituisce uno degli aspetti della progettazione

ecosostenibile. Una opportunità interessante resta quella di prendere in considerazione, oltre ai temi energetici, anche i temi delle risorse e della compatibilità ambientale. L‟attenzione all‟ecosostenibilità delle scelte architettoniche è opportuno che si rivolga alla fase di costruzione così come a quella di esercizio e gestione tecnica del processo edilizio.

Aree verdi Le aree verdi necessiteranno di attività di manutenzione che richiederanno energia (taglio dei prati, potature, mezzi di trasporto). Potrebbe essere utilmente impiegata l‟energia elettrica o alti combustibili liquidi. Alcune apparecchiature potrebbero essere utilmente impiegate per questi scopi. Ad esempio per la produzione di energia elettrica si potrebbe realizzare un ciclo di stirling che utilizza come fonte di calore l‟energia prodotta dalla combustione del cippato ricavato dalla potatura e dagli sfalci delle aree verdi (anche di giardini comunali). Oppure potrebbero essere installati gli inseguitori solari nel cui fuoco viene concentrata l‟energia solare necessaria per la produzione di energia elettrica mediante un ciclo di stirling; ciò con la duplice valenza di realizzare ad esempio l‟ombreggiatura dei molti camminamenti esterni agli edifici.

Tecnologie ICT innovative: onde convogliate

La tecnologia ad onde convogliate PLC (Power Line Communication) è una tecnologia che permette di trasferire dati in forma digitale, utilizzando una classica linea elettrica, trasformandola in un supporto di comunicazione. Esistono due tecnologie di PLC ad alta ed a bassa velocità. E‟ opportuno prevedere questa tecnologia sicuramente per quanto attiene le linee di alimentazione della rete di illuminazione esterna del complesso (lampioni). Sono già stati valutati esempi di lampioni intelligenti che vengono equipaggiati con sensori di controllo sia sul singolo punto che sulla linea. Attraverso questi sensori è possibile effettuare una serie di operazioni il cui fine principale è il contenimento energetico. Infatti è possibile ottimizzare i consumi del ciclo di funzionamento delle lampade riducendo conseguentemente del 30% circa il consumo di energia ed ottimizzare i costi manutentivi. Inoltre se i lampioni intelligenti vengono dotati di apparati (PLC wireless sensor network ) hot spot WI-Fi, videocamere, antenne RX/TX, pannelli informativi sono in grado di consentire connessioni internet on demand libere, videosorveglianza delle aree esterne, gestione delle emergenze urbane o ancora comunicazioni di pubblica utilità. Il lampione intelligente diventa così il fulcro attraverso cui erogare servizi innovativi: in termini di contenimento energetico, ad esempio, i lampioni potrebbero essere dotati di apparati per la ricarica delle biciclette elettriche che diventerebbero il principale mezzo di spostamento interno all‟area.

RIFERIMENTI Per i riferimenti [3] [4] [5] [6] [8] 9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] consultare il quadro sinottico di pagina 34


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3.1 Opportunità da usare nel Tecnopolo: l’efficienza energetica

[1] settembre 2010: Giunta della regione Emilia Romagna, Atti di indirizzo e coordinamento sui requisiti di rendimento energetico e sulle procedure di certificazione energetica degli edifici – parte II, Allegati

3.2 Strategie di risparmio energetico del sistema edilizio

[2] Giunta della regione Emilia Romagna, Atti di indirizzo e coordinamento sui requisiti di rendimento energetico e sulle procedure di certificazione energetica degli edifici – parte II, Allegati 2 e 3, , Disposizioni in materia di requisiti minimi di prestazione energetica degli edifici e degli impianti, Requisiti minimi di prestazione energetica [3] Torre direzionale per la Deutsche Messe AG (DMAG), Hanover (D), 1999, Herzog+Partner. Centro direzionale dell’assicurazione Munich Re, Munich (D), 2001, Baumschlager Eberle. SOKA-BAU >Ampliamento del quartier generale, Weisbaden (D), 2003, Herzog+Partner. 30 St. Mary Axe, London (GB), 2004, Foster+Partners. Edificio del Wellcome Trusts Gibbs, London (GB), 2004, Hopkins Architects. Heelis- The New Central Office for the National Trust, Swindon (GB), 2005, Feilden Clegg Bradley Studios. Sede per l’Agenzia federale per l’Ambiente, Dessau (D), 2005, Sauerbruch Hutton Berlino. Edifici per uffici Marché International Support Office, Kemptthal (CH), 2007, Kampfen fur Architektur Zurigo. Mayr-Melnhof Quartier generale direzionale Kaufmann, St. Georgen Attergau (AT), 2008, Herman Kaufmann ZT GmbH. Solar City Linz, Master plan: Roland Rainer, Architetti: READ (Renewable Energy in Architecture and Design): Thomas Herzog + Partner; Sir Norman Foster and Partners; Richard Rogers Partnership, Ingegnere ambientale: Norbert Kaiser, Architetto paesaggista: Latz + Partner, Consulente: Renzo Piano Building Workshop Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson [4] Silvertop Tower, Denucestraat, Antwerp, (BE), anno costruzione 1974-1978, anno riqualificazione 2003. Vejleåparken, Ågården, Ishøj – Copenhagen (DK), anno costruzione 1970-1973, anno riqualificazione 2004. Bunchnerstrasse 1 e 2, Bunchnerstrasse, Berlino (D), anno costruzione 1964, anno riqualificazione 1999 Quartiere Gardsten, Gardsten, Goteborg (SW), anno costruzione 1969-1972, Anno riqualificazione 2000 Siersteenlaan, Vinkhuizen, Groningen (NL), anno costruzione 1967-1971, anno riqualificazione 2002 [5] Centro direzionale dell’assicurazione Munich Re, Munich (D), 2001, Baumschlager Eberle. SOKA-BAU >Ampliamento del quartier generale, Weisbaden (D), 2003, Herzog+Partner. 30 St. Mary Axe, London (GB), 2004, Foster+Partners Solar City Linz, Master plan: Roland Rainer, Architetti: READ (Renewable Energy in Architecture and Design): Thomas Herzog + Partner; Sir Norman Foster and Partners; Richard Rogers Partnership, Ingegnere ambientale: Norbert Kaiser, Architetto paesaggista: Latz + Partner, Consulente: Renzo Piano Building Workshop Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson Quartiere Gardsten, Gardsten, Goteborg (SW) [6] SOKA-BAU >Ampliamento del quartier generale, Weisbaden (D), 2003, Herzog+Partner. Sede per l’Agenzia federale per l’Ambiente, Dessau (D), 2005, Sauerbruch Hutton Berlino. DVG sede amministrativa, Hanover (D), 1999, Hascher Jehle Architectur Berlin. Torre direzionale per la Deutsche Messe AG (DMAG), Hanover (D), 1999, Herzog+Partner. Centro direzionale dell’assicurazione Munich Re, Munich (D), 2001, Baumschlager Eberle. Silvertop Tower, Denucestraat, Antwerp, (BE), anno costruzione 1974-1978, anno riqualificazione 2003. Bunchnerstrasse 1 e 2, Bunchnerstrasse, Berlino (D), anno costruzione 1964, anno riqualificazione 1999 Quartiere Gardsten, Gardsten, Goteborg (SW), anno costruzione 1969-1972, Anno riqualificazione 2000 Siersteenlaan, Vinkhuizen, Groningen (NL), anno costruzione 1967-1971, anno riqualificazione 2002 Hotel Crystal, Obergugl, Austria (A) Solar City Linz, Master plan: Roland Rainer, Architetti: READ (Renewable Energy in Architecture and Design): Thomas Herzog + Partner; Sir Norman Foster and Partners; Richard Rogers Partnership, Ingegnere ambientale: Norbert Kaiser, Architetto paesaggista: Latz + Partner,


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Consulente: Renzo Piano Building Workshop Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson [7] Giunta della regione Emilia Romagna, Atti di indirizzo e coordinamento sui requisiti di rendimento energetico e sulle procedure di certificazione energetica degli edifici – parte II, Allegati 2 e 3, , Disposizioni in materia di requisiti minimi di prestazione energetica degli edifici e degli impianti, Requisiti minimi di prestazione energetica [8] Torre direzionale per la Deutsche Messe AG (DMAG), Hanover (D), 1999, Herzog+Partner. Centro direzionale dell’assicurazione Munich Re, Munich (D), 2001, Baumschlager Eberle. Heelis- The New Central Office for the National Trust, Swindon (GB), 2005, Feilden Clegg Bradley Studios. Sede per l’Agenzia federale per l’Ambiente, Dessau (D), 2005, Sauerbruch Hutton Berlino. DVG sede amministrativa, Hanover (D), 1999, Hascher Jehle Architectur Berlin. Hotel Crystal, Obergugl, Austria (A) Solar City Linz, Master plan: Roland Rainer, Architetti: READ (Renewable Energy in Architecture and Design): Thomas Herzog + Partner; Sir Norman Foster and Partners; Richard Rogers Partnership, Ingegnere ambientale: Norbert Kaiser, Architetto paesaggista: Latz + Partner, Consulente: Renzo Piano Building Workshop Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson [9] DVG sede amministrativa, Hanover (D), 1999, Hascher Jehle Architectur Berlin. Torre direzionale per la Deutsche Messe AG (DMAG), Hanover (D), 1999, Herzog+Partner. Sede dell’Ente di previdenza degli agricoltori e dei forestali LSV, Landshut (D), 2003, Haescher Jehle Architektu Berlin. 30 St. Mary Axe, London (GB), 2004, Foster+Partners. Solar City Linz, Master plan: Roland Rainer, Architetti: READ (Renewable Energy in Architecture and Design): Thomas Herzog + Partner; Sir Norman Foster and Partners; Richard Rogers Partnership, Ingegnere ambientale: Norbert Kaiser, Architetto paesaggista: Latz + Partner, Consulente: Renzo Piano Building Workshop Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson [10] DVG sede amministrativa, Hanover (D), 1999, Hascher Jehle Architectur Berlin. Avvolgibili (top down) all’interno dei vetri per la protezione antiabbagliamento e all’esterno per la protezione dalla luce solare. Elementi regolabili elettronicamente. Strategie di riduzione dei consumi per l’illuminazione. Edificio del Wellcome Trusts Gibbs, London (GB), 2004, Hopkins Architects. Utilizzo esteso dell’illuminazione naturale. Bunchnerstrasse 1 e 2, Bunchnerstrasse, Berlino (D), Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson [11] Mayr-Melnhof Quartier generale direzionale Kaufmann, St. Georgen Attergau (AT), 2008, Herman Kaufmann ZT GmbH. [12] Edifici per uffici Marché International Support Office, Kemptthal (CH), 2007, Kampfen fur Architektur Zurigo. Heelis- The New Central Office for the National Trust, Swindon (GB), 2005, Feilden Clegg Bradley Studios. Insediamento residenziale a Culemborg, Olanda Mayr-Melnhof Quartier generale direzionale Kaufmann, St. Georgen Attergau (AT), 2008, Herman Kaufmann ZT GmbH. Quartiere Gardsten, Gardsten, Goteborg (SW), Solar City Linz, Master plan: Roland Rainer, Architetti: READ (Renewable Energy in Architecture and Design): Thomas Herzog + Partner; Sir Norman Foster and Partners; Richard Rogers Partnership, Ingegnere ambientale: Norbert Kaiser, Architetto paesaggista: Latz + Partner, Consulente: Renzo Piano Building Workshop Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson

3.3 Strategie del risparmio energetico del sistema impiantistico

[13] DVG sede amministrativa, Hanover (D), 1999, Hascher Jehle Architectur Berlin. [14] Edifici per uffici Marché International Support Office, Kemptthal (CH), 2007, Kampfen fur Architektur Zurigo. [15] Edifici per uffici Marché International Support Office, Kemptthal (CH), 2007, Kampfen fur Architektur Zurigo. Mayr-Melnhof Quartier generale direzionale Kaufmann, St. Georgen Attergau (AT), 2008, Herman Kaufmann ZT GmbH. Insediamento residenziale a Culemborg, Olanda Hotel Crystal, Obergugl, Austria (A) Eco Laboratoty, 2008 talent competition, Weber Thompson


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4. SISTEMI DI SUPERVISIONE, CONTROLLO E SONDE

di GIROLAMO DI FRANCIA, SAVERIO DE VITO, GRAZIA FATTORUSO, GIORGIO GRADITI

4.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: un approccio integrato di monitoraggio distribuito per

l’efficientamento energetico a o In Italia, come in Europa, gli edifici sono responsabili del consumo del 40%

della totale energia primaria (contro il 17% dell'industria ed il 43% dei trasporti). Si tratta, generalmente, di edifici non dotati di sistemi di acquisizione ed elaborazione dati e strategie di controllo idonei a rispondere alle attuali necessarie richieste di politiche di risparmio ed efficientamento energetico dei distretti urbani, commerciali ed industriali. Recentemente, la visione dell‟ edificio come mero utilizzatore energetico sta evolvendo verso quella di sistema complesso dove la produzione energetica distribuita da fonti rinnovabili si integra a quella degli impianti tradizionali per un utilizzo e gestione innovativa ed intelligente. Infatti, nel panorama energetico/ambientale attuale e nell‟ottica di uno sviluppo economico sostenibile, il ricorso alla generazione distribuita e alla realizzazione di sistemi energetici integrati, basati quanto più possibile sulle fonti rinnovabili, costituisce sempre più una necessità, piuttosto che un‟opzione. Ciò, grazie, sia alle positive implicazioni che derivano dal fatto di considerare in modo nuovo, ossia non più disgiunto, l‟atto della produzione da quello del consumo dell‟energia (elettrica e termica), sia alla disponibilità di nuove tecnologie ambientali, come quelle per l‟efficienza energetica. In tale contesto il modello di “energia distribuita”, si coniuga perfettamente

con la sempre maggiore esigenza, di ricorrere, sia all‟uso delle fonti rinnovabili, sia di attuare misure di efficienza energetica nel settore della produzione e del consumo dell‟energia elettrica e termica. In questo contesto riveste un ruolo primario lo sviluppo e l‟installazione di tecnologie basate su approcci conoscitivi e adattativi che mirano ad una gestione sostenibile integrata delle utility ai fini del raggiungimento della massima efficienza energetica operativa senza sacrificare ne i livelli di qualità e sicurezza del servizio offerto, ne il comfort dell‟ utenza. Al cuore di tali tecnologie, operano reti di sensori che, opportunamente dislocate, possono ricostruire con dettaglio la situazione operativa (utilizzo, flussi energetici, comfort, etc.) e di sicurezza (monitoraggio sismico, controllo presenza). Tale capacità permette a sistemi sw di supervisione e controllo, di adattarsi al cambiamento, armonizzando l‟ utilizzo degli impianti (e.g. sistema HVAC, illuminazione naturale ed artificiale), riducendo al minimo i consumi energetici e infine “adattando” la richiesta energetica dell‟ edificio e dei suoi sottosistemi in un ottica di transizione verso la smart grid. I sistemi di calcolo coinvolti sono essi stessi oggetto di innovazione mediante l‟ utilizzo di tecnologie denominate green computing, volte a rendere sostenibile il costo energetico del ricorso massivo al calcolo automatico e a limitare l‟ impatto dell‟hw utilizzato, in fase di dismissione, favorendone il riciclo. Il Tecnopolo di Bologna si candida ad essere il più importante punto di aggregazione ed incontro tra settore della ricerca e settore industriale, nelle ipotesi di indirizzo dovrà agire da volano per l‟ innovazione tecnologica con ricadute regionali, nazionali ed internazionali. L‟ adozione di tali tecnologie, permetterà al Tecnopolo, considerato come opera


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ingegneristica in se, di essere assunto come esempio autorevole d‟innovazione in tema di sicurezza, risparmio energetico ed innovazione tecnologica, temi considerati fondamentali alla base del rilancio economico sostenibile globale, ponendolo al centro di una reale innovazione in ottica smart building/city. Inoltre, l‟ implementazione integrata delle tecnologie proposte da ENEA darebbe luogo ad esperienze e risultati significativi in termini di sostenibilità, che potrebbero essere proposti dalla governance come best practices per la realizzazione di successive opere. In tal senso, un importante contributo può essere fornito dalla transizione verso un modello distribuito per la produzione e gli usi dei servizi energetici dell‟edificio, che identifica nelle fonti rinnovabili e nelle reti di sensori i principali volani per lo sviluppo di architetture “intelligenti” di reti di impianti, e che richiede un‟ adeguata integrazione e interoperabilità tra i vari sottosistemi/componenti base a livello centrale e locale (utenze - edifici - impianti). Si necessita dunque di una adeguata progettazione degli edifici che preveda la dislocazione di opportuni nodi sensoriali e un‟ architettura aperta della piattaforma sw di supervisione e controllo. Si tratta, in ultima analisi, di “implementare” logiche e strategie di controllo a differenti livelli (algoritmi di controllo, apprendimento, autovalutazione, ecc..) che utilizzano le informazioni acquisite mediante componenti/sistemi di smart metering (contatori elettronici, sensori, displays, ecc.) e reti evolute di monitoraggio. Lo scopo è consentire l‟esercizio, la gestione ed il controllo intelligente ed efficiente degli utilizzatori energetici. Chiaramente, il livello di efficienza raggiungibile dipende fortemente dalle sinergie realizzabili ed in particolar modo dalla pervasività del modello di rete adottato: maggiore sarà il numero di impianti/edifici/servizi integrati e cooperanti, maggiore sarà l‟ impatto atteso del sistema integrato. Tuttavia alcuni interventi mirati, della tipologia riportata al par. 4.6, possono provvedere un‟ efficientamento che può scalare in maniera ottimale con impatti ridotti.

4.2 Produzione energetica e smart grid a o

Gli obiettivi Europei “20-20-20” prevedono entro il 2020 la riduzione del

20% delle emissioni di gas serra rispetto ai livelli del 1990, l‟aumento dell‟efficienza energetica del 20%, e che il 20% di produzione di energia elettrica provenga da fonti rinnovabili. L‟obbiettivo nazionale dell‟Italia è quello di passare da un livello del 5,2% nel 2005 a un livello del 17% entro il 2020 per quanto attiene la produzione di energia da fonti rinnovabili. In conseguenza di questi obblighi, l‟ampliamento della generazione distribuita da fonti rinnovabilisi si sta concretizzando, in molti comuni del territorio nazionale, in una rete di produzione aggiuntiva integrabile con quella tradizionale. Quindi non più un controllo centralizzato della produzione, ma una rete di distribuzione territoriale composta da flussi di potenze bidirezionali e reti attive. E‟ dunque in questa ottica che, sotto il profilo energetico, l‟insediamento del Tecnopolo andrebbe inteso. Occorre, pertanto, passare dalla visione energivora del Tecnopolo ad una visione che, attraverso la strategia delle smart grid, diventi premiante nell‟ottica della produzione energetica da fonti rinnovabili (fotovoltaico, solare termico, micro-eolico, geotermico, etc.). La rete elettrica locale in questo caso non sarà solo un canale per trasmettere e distribuire energia dalla/e centrale/i (Centrale Poliservizi e Centrale elettrotermofrigorifera di via Calzoni) all‟utilizzatore finale, ma una rete comune in grado di far interagire i diversi soggetti attraverso la creazione di reti attive di MT, con una quantità di generazione distribuita


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superiore ai relativi carichi, e tante piccole reti (micro grid in BT con sistemi di accumulo) in grado di comunicare scambiando informazioni sui flussi di energia e consentendo, così, una gestione efficiente ed intelligente del sistema. In funzione delle attività che nel Tecnopolo verranno svolte, infatti, si avranno picchi di produzione energetica e picchi di consumo. Attraverso un‟analisi preventiva dei carichi in sede di progetto sarà possibile definire le principali caratteristiche della smart grid.

E‟ comunque necessario che tutte le cabine (AT/MT e MT/BT) siano progettate con sistemi di protezione, automazione e controllo compatibili con la tecnologia smart grid, così come devono essere previsti sistemi di comunicazione on-line fra le cabine AT/MT e MT/BT (p. es. WiMAX) e che infine esistano sistemi di comunicazione locale nelle cabine AT/MT tra i dispositivi di protezione e di controllo. Dal punto di vista dell‟utilizzatore finale, lo strumento principale che consente la gestione operativa della smart grid è rappresentato dal “contatore elettronico” (“Smart metering”) che permette di trasformare le informazioni provenienti dai diversi componenti/sottosistemi delle reti energetiche, in dati utili per l‟implementazione di tecniche intelligenti di esercizio e gestione, anche in relazione a politiche di “demand response”.

Le applicazioni di smart metering prevedono il controllo, in real-time, dei consumi di luce, gas e acqua con l‟obiettivo ultimo di migliorare la gestione delle risorse energetiche riducendo i consumi. Si tratta di un settore di mercato che coinvolge, seppure con un diverso grado di partecipazione, diversi attori, quali: produttori di energia, utility di distribuzione, operatori attivi nell‟automazione, nella componentistica, nell‟informatica e nelle telecomunicazioni, nonché utenti finali. Il contatore elettronico necessita di una efficiente ed affidabile comunicazione con i sistemi automatici di gestione al fine di poter scambiare informazioni ed effettuare una diagnosi in tempo reale. Ulteriori sensori dovranno essere installati a differenti livelli di gerarchia (singola utenza, laboratorio, edificio, ecc..) al fine di acquisire le informazioni necessarie per elaborare politiche di controllo e gestione degli impianti e servizi tecnologici (riscaldamento, raffrescamento, illuminazione, ecc.) improntate all‟ottimizzazione dei consumi. Opportuni algoritmi raccoglieranno dati ed informazioni relativi ai consumi, al fine di elaborare strategie di intervento in tempi rapidi e nel modo più appropriato al singolo evento.

Riferimenti commerciali o pre commerciali

L‟elenco dei soggetti interessati ed attivi sul tema delle smart grids e smart metering coinvolge diversi settori industriali, proprio in relazione alla trasversalità delle tematiche in oggetto. Si va dalle società di informatiche (IBM, Microsoft, Google, HP, ecc.), a quelle di automazione, componentistica ed elettronica (ABB, Siemens, Schneider Electric, GE, Areva, StMicroelectronics, Panasonic, etc..), a quelle operanti nel settore delle telecomunicazioni (Telecom Italia, Nokia, Sony, Motorola, Selex- Finmeccanica, etc.), ai gestori di rete TSO e DSO (ENEL, TERNA, ACEA, etc.).

Riferimenti progettuali

Si riportano di seguito alcuni progetti europei riguardanti le tematiche della generazione distribuita, dello smart metering, del demand side management dai quali è possibile trarre utili informazioni..

In particolare:

i progetti europei ESAM e EPI-SOHO, con il sostegno di enti di ricerca e agenzie per l'energia, hanno messo a punto metodologie e sistemi


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informatizzati in grado di eseguire diagnosi energetiche a basso costo, certificazioni energetiche e strategie di modernizzazione energetica per grandi portafogli del settore dell'edilizia sociale.

il progetto ESMA (European Smart Metering Alliance) ha elaborato una guida che illustra gli elementi principali per un adeguato utilizzo dei contatori intelligenti.

il progetto EL-EFF Region è incentrato sullo sviluppo di piani d'azione regionali finalizzati ad incrementare l‟efficienza nell'utilizzo dell'energia elettrica mediante l‟applicazione di misure ed azioni prendono orientate all‟analisi dei consumo elettrico nelle abitazioni private, presso gli enti pubblici e nelle aziende.

il progetto RESPOND ha come obiettivo prioritario quello di sviluppare soluzioni ed azioni tese a facilitare l‟utilizzo delle fonti rinnovabili nelle reti elettriche nell‟ottica di una generazione e microgenerazione distribuita. Il progetto ha analizzato le opzioni di risposta necessarie per la riduzione dei costi soluzioni approfondendo i seguenti aspetti: aumentare la capacità di interconnessione; risposta alle domande; dispersione della generazione variabile; opzioni economiche di immagazzinamento; generazione flessibile.

4.3 Green computing a o

Circa il 2% delle emissioni di CO2 globali sono attribuibili alle tecnologie

ICT, si parla in pratica di 1 Miliardo di kilowatt richiesto per i circa 3 Miliardi di PC e 500 Milioni di server utilizzati al mondo [1]. In complessi industriali e commerciali il consumo diretto del‟ ICT e quello indiretto dovuto ad impianti di ventilazione e refrigerazione, oltre che dalle PSU, sta diventando una parte consistente del consumo dell‟ edificio. L‟ accurata gestione del parco macchine così come l‟ adozione di pratiche e tecnologie ad-hoc potrebbe incidere positivamente e significativamente sulla riduzione dei costi energetici. La consapevolezza di queste problematiche e l‟ adozione delle relative contromisure è solo agli inizi della sua diffusione, ma è evidente che le buone pratiche ambientali saranno sempre più “caratterizzanti” del profilo aziendale e pratiche energeticamente non sostenibili saranno sempre meno tollerabili sia dal punto di vista politico che da quello legislativo ed ovviamente economico. Tutte le strategie attualmente proposte si basano sulla modalità measure and manage, pertanto il nucleo fondamentale della soluzione risiede nella possibilità di misurare il consumo energetico e l‟ efficienza dei sistemi di cooling e alimentazione (PSU) costituendo una rete di sensori in grado di

monitorare in maniera efficiente lo stato dei consumi. Le soluzioni attualmente proposte in termini di consulenza dai maggiori player, ricadono sostanzialmente sui temi: - Ottimizzazione dei consumi dovuti ai sistemi accessori (principalmente refrigerazione e ventilazione, PSU) con conseguente miglioramento degli indici PUE. - Acquisizione server realizzati con materiali a basso impatto (e.g. no-lead, no-Mercury, green storage units etc.) e ricerca della massima durata utile.

- Adozione di configurazioni architetturali ad allocazione dinamica delle risorse capaci di mantenere gli SLA a fronte di una riduzione del tempo di operazione/macchina. Per quanto riguarda l‟ ultima opzione, tecnologie adeguate sono ancora in fase di sviluppo ed oggetto di ricerca da parte istituzioni pubbliche (cfr. Progetto Fit4Green)[4], alcuni progetti riguardano anche sistemi per Energy-aware routing (cfr. Akamai). Alcune aziende propongono soluzioni ad hoc per datacenter dedicati (IBM, HP, Archrock, etc.) [3] mentre è


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operativa la Green Grid Alliance che propone alcune best practice liberamente scaricabili dal sito [2] le quali illustrano metodologie di misura e ottimizzazione dell‟ utilizzo di energia nei datacenters.

Analogie Un intervento che può fornire un utile riferimento è quello effettuato da ArchRock presso i datacenters di University of California @ Berkeley. Si tratta di una installazione integrante 1000 servers in 200 rack su 10000m2. L‟ intervento è stato richiesto per l‟ ottimizzazione dei consumi rispetto al computing power. Archrock ha installato una rete di misurazione basata sul prodotto wireless phyNet . Questo ha permesso, in un edificio già costruito, di ottenere una chiara immagine dei flussi di raffrescamento e del funzionamento efficiente degli UPS. Su queste basi si è provveduto ad interventi correttivi minori (sealing di pannelli, apertura di sfoghi per aria calda, etc.) sulla struttura dell‟ impianto di raffrescamento che hanno reso possibile abbassare i set point dell‟ impianto realizzando cospicui risparmi. In effeti l‟ intervento ha permesso a costi energetici invariati e senza interventi maggioritari sull‟ impianto, l‟ espansione della capacità di calcolo con l‟ accomodamento di 200 nuovi server. Altro case study di riferimento è riportato nel progetto eDiana [5].


ArchRock; IBM Progetto BigGreen; HP Innovation Italia.

4.4 AI HVAC: intelligenza computazionale associata a sistemi HVAC a o

La complessità degli edifici e dei sistemi associati di building automation,

composti oramai da numerosi domini interagenti, rende di difficile attuazione strategie di conoscenza e controllo basate su modelli fisico-matematici classici. In particolare, tali problematiche presenti nei sottosistemi di gestione energetica, idrica, sanitaria e di sicurezza sono enfatizzate nei sistemi HVAC. Tale complessità richiede l‟utilizzo di strategie di monitoraggio distribuito e previsione innovative (Rule Based Systems, Fuzzy Control, Artificial Neural Networks, Genetic Algorithms) che permettano un adeguato supporto alle decisioni e l‟ implementazione di tecniche di fault prediction e gestione della degradazione delle perfomance. L‟ obiettivo primario dal quale si prevedono benefici su scale temporali ridotte rimane l‟ efficienza ed in particolare quella energetica dei sistemi per il quale si prevede una meta del 25% di risparmio possibile. Gli scenari più assestati per i sistemi HVAC prevedono in breve tempo l‟ integrazione di sistemi di monitoraggio diffuso dei parametri significativi (benessere, consumo energetico, occupazione, comportamento termico dell‟ edificio) e di sistemi di controllo, supervisione e supporto alle decisioni basati su tecniche di intelligenza computazionale e fusione sensoriale. L‟ ingente mole di dati prodotta da sistemi di monitoraggio diffuso può essere efficacemente analizzata mediante tecniche di data mining che permettono

di ottenere informazioni strutturate aggiornate in un contesto di occupazione dinamica. Sulla base di tali informazioni è possibile costruire un legame tra le variabili osservate e le variabili di controllo. In fase di progettazione tecniche di programmazione evolutiva vengono impiegate nella definizione della topologia ottimale del sistema HVAC [5]. E‟ stato dimostrato essere possibile generare predittori di consumo e dei parametri operativi di sistema sulla base di analisi delle serie temporali di opportuni sensori. Le stime dei predittori confrontate con le misurazioni reali in tempo reale permettono di individuare problematiche di efficienza, e usura dei sistemi di attuazione a diversa scala di complessità (motori, chillers,


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sistemi VAV, etc.), anticipando malfunzionamenti critici [6]. Sistemi di supporto alle decisioni possono a questo punto permettere la valutazione delle strategie ottimali di gestione della degradazione delle performance. E‟ inoltre possibile determinare strategie di controllo ottimale sulla base di sistemi che apprendano il comportamento globale dell‟ edificio sulla base di specifici input al sistema HVAC ottimizzando ad esempio le rampe di salita e discesa così come gli slot di accensione di un HVAC distribuito o centralizzato in modo da ottimizzare contemporaneamente consumi e indicatori di benessere oltre ai consumi di picco (in alcuni paesi già decisivi ai fini dei costi energetici) [ 1] [4].

Analogie Sono di particolare interesse i testbed realizzati in edifici commerciali riportati in [6] e in [3]. Nel primo caso un edificio commerciale è stato dotato di 150 nodi sensoriali per la misurazione di temperatura, umidità e consumi energetici del sistema centralizzato HVAC. Sulla base di questi dati, sistemi intelligenti sono stati addestrati per applicazioni di fault detection. Nel secondo caso un edificio adibito ad uffici della „„ZENON S.A.‟‟ di Atene, di tre piani, con superficie totale pari a circa 500 mq equipaggiato principalmente con sensori di temperatura e umidità (interni ed esterni), e sensori di occupazione nel BEMS del quale è stato integrato un modello rule-based per l‟ ottimizzazione dei consumi è stato utilizzato come test bed. Il monitoraggio dei consumi ha permesso di stabilire una diminuzione netta del 10%.


Al momento non esistono riferimenti commerciali assestati che integrino

tali tecnologie in termni di prodotto/soluzione ma, come sopra dettagliato,

numerosi casi studio e simulazioni su modelli di edifici reali (e.g.

EnergyPlus) generati all‟ interno di collaborazioni con ambienti di ricerca.

4.5 IAQ-Indoor air quality: integrazione rete sensori HVAC con sensori specifici per la rilevazione VOC o

In generale per motivi legati all‟architettura dei sistemi di condizionamento e riciclo dell‟aria, a fonti di inquinamento indoor quali fumo di sigaretta, adesivi per mobilia e detergenti specifici, i VOC tendono ad essere presenti in concentrazioni superiori per ordini di grandezza negli ambienti indoor piuttosto che in quelli outdoor. La valutazione della qualità dell‟ aria in ambienti indoor presenta problematiche peculiari (caratteristiche fluidodinamiche di dispersione, caratteristiche tecnologiche dei sensori di gas, etc.) tali da richiedere lo sviluppo di soluzioni basate su reti di rilevatori multisensoriali distribuiti, specificatamente progettati e gestiti dalle stesse centrali di elaborazione dedicate al controllo dei sistemi HVAC. Gli ambienti in analisi che variano dalle abitazioni private, agli edifici pubblici, ai centri commerciali, agli ospedali e persino alle stazioni ferroviarie-metro [2] presentano ulteriori caratterizzazioni e pericoli specifici (Formaldeide e particolari ceppi batterici negli ospedali, polveri sottili e inquinanti inorganici nelle stazioni delle subways). Sulla base delle informazioni ottenute è possibile modulare il funzionamento dei sottosistemi HVAC (es.: VAVs) per il mantenimento di una qualità ottimale dell‟ aria. La possibilità di operare con alimentazione a batteria e modalità trasmissione dati wireless dovrebbe esserne un elemento centrale poiché permetterebbe una facile installazione e rilocazione dei nodi sensoriali laddove sono necessari. A corroborare questa soluzione la circostanza che sia il mercato dei sensori di gas sia quello relativo ai nodi sensoriali sono in rapida maturazione con marcati trend di ribasso per quanto riguarda i costi di acquisizione.


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Va infine osservato che reti di sensori come quella sopra delineata possono utilmente essere estese, in edifici dedicati a funzioni specifiche (laboratori, cliniche etc.) al monitoraggio della qualità dell‟aria anche per fini di sicurezza sia degli operatori che degli utenti. La qualità dell‟ aria negli ambienti indoor è una problematica attualmente all‟ attenzione di autorità sanitarie e di regolamentazione, conseguenti anche a studi della UE (SCHER report 2007, ASHRAE Standard 62-1989). L‟esposizione a composti organici volatili (VOC) è causa di numerosi inconvenienti a partire da malesseri di varia entità (mal di testa, disorientamento, nausea, etc.) per esposizioni acute fino al rischio di patologie oncologiche per esposizioni croniche anche a concentrazioni minimali

Analogie Al momento non esistono esperienze di installazione di sistemi distribuiti per il monitoraggio della qualità dell‟ aria integranti sensori per composti organici volatili. Esistono e sono commercializzati sistemi portatili per la definizione puntuale della qualità dell‟ aria indoor che utilizzano informazioni provenienti da sensori per VOC [3]. Sensori di CO2 cominciano a venire integrati per applicazioni di monitoraggio qualità dell‟ aria e e controllo dei sistemi HVAC ne è un esempio rilevante il progetto del SIEEB Sino-Italian Ecological Energy Efficient Building, promosso dal Ministero della Scienza e della Tecnologia della Repubblica Popolare cinese (Most) e dal Ministero dell‟Ambiente e della Tutela del Territorio italiano (IMET) che verrà realizzato all‟ interno del Campus della Tsinghua University, Pechino (http://www.ediliziainrete.it/scheda_real.asp?rec=618). E‟ però da sottolineare che l‟ utilizzo della CO2 come marcatore della qualità dell‟ aria porta a risultati molto approssimativi e talvolta fuorvianti.


Alcune soluzioni proposte da Siemens (Sistema APOGEE) [5] e Millennial

Net [4] utilizzano il concetto di rete wireless per il controllo dei sistemi

HVAC ma si basano fondamentalmente sulla misurazione della

temperatura, trascurando il contributo al comfort e alla safety della

presenza di VOC. Per quanto riguarda i sistemi per la rilevazione puntuale

un riferimento plausibile è offerto da Kanomax [3] e Fluke [6].

RIFERIMENTI 4.3 Green Computing [1] Rapporto Trend 2007 Gartner inc.

[2] Associazione Green Grid, website: http://www.thegreengrid.org/ [3] Progetto Smartplanet IBM, website: http://www.ibm.it/smarterplanet [4] Progetto FP7-Fit4Green, website: http://www.fit4green.eu [5] Progetto FP6-eDiana, website: http://www.eDiana.eu

4.4 AI HVAC: intelligenza computazionale associata a sistemi HVAC

[1] N. Nassif, et al., Evolutionary algorithms for multiobjective optimization in HVAC system control strategy, in Annual Conference of the North American Fuzzy Information Processing Society - NAFIPS Vol. 1, pp. 51–56, 2004. [2] V.Congradac et al., HVAC system optimization with CO2 concentration control using genetic algorithms, Energy and Buildings 41 (2009) 571–577 [3] H. Doukas et al. Intelligent building energy management system using rule sets, Build. and Env. 42 (2007) 3562–9 [4] C. Perfumo et al., Reducing energy use and operational cost of air conditioning systems with multi-objective evolutionary algorithms, IEEE WCCI 2010, July, 18-23, 2010 - CCIB, Barcelona, Spain. [5] J. Wight and Y. Zhang, An ”ageing” operator and its use in the highly constrained topological optimization of HVAC system design, in GECCO ’05, pp. 2075–2082, New York, NY, USA, 2005, ACM. [6] J. F. Kreider, et al., Expert systems, neural networks and artificial intelligence applications in commercial building HVAC operations, Automation in Construction 1 (1992) 225-238

4.5 IAQ-Indoor air quality [1] Edilizia in rete, Articolo sul SIEEB, http://www.ediliziainrete.it/scheda_real.asp?rec=618

http://www.ediliziainrete.it/scheda_real.asp?rec=618

http://www.thegreengrid.org/

http://www.ibm.it/smarterplanet

http://www.fit4green.eu/

http://www.ediana.eu/

http://www.ediliziainrete.it/scheda_real.asp?rec=618


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[2] Gi Heung Choi, Gi Sang Choi, and Joo Hyoung Jang, Web Information Systems for Monitoring and

Control of Indoor Air Quality at Subway Stations, Lecture Notes in Computer Science, Volume 5854/2009, pp 195-204. [3] Soluzione IAQ Kanomax: http://www.kanomax.usa.com/product_catalog/ Kanomax_iaq_solutions.pdf [4] Millennial Net HVAC: web : www.millennial.com/industries/hvacmonitoring.php [5] Sito Siemens APOGEE: http://www.buildingtechnologies.siemens.com/bt/us/Pages/?rc=1 [6] Rilevatori portatili VOC Fluke: http://fluke.co.uk/fluke/itit/products/Strumenti-HVAC-IAQ.htm

http://www.kanomax.usa.com/product_catalog/%20Kanomax_iaq_solutions.pdf

http://www.kanomax.usa.com/product_catalog/%20Kanomax_iaq_solutions.pdf

http://www.kanomax-usa.com/product_catalog/Kanomax_iaq_solutions.pdf

http://www.millennial.com/industries/hvacmonitoring.php

http://www.buildingtechnologies.siemens.com/bt/us/Pages/?rc=1

http://fluke.co.uk/fluke/itit/products/Strumenti-HVAC-IAQ.htm


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5. USO EFFICIENTE E SOSTENIBILE DELLE RISORSE D’ACQUA

di ROBERTO FARINA

5.1 Opportunità da utilizzare nel Tecnopolo: le risorse idrichea o

In questi ultimi anni il problema della scarsità di acqua e di una sua

gestione più attenta sta diventando un argomento di primaria importanza in Italia e più in generale nel mondo. Diversi sono gli esempi che si possono osservare in Italia e nel mondo atti a dimostrare la possibilità di intervenire sul risparmio idrico negli edifici adibiti ad uso civile e la fattibilità di un recupero delle acque reflue dopo opportuno trattamento, con le conseguenti implicazioni legate anche al risparmio energetico. Tutti questi interventi sono però disaggregati, e di tipo puntuale rivolti più a risolvere specifici problemi che a dimostrare i vantaggi ambientali ed economici del risparmio idrico. L‟Italia è il paese europeo che ha il maggior prelievo di acque da sottosuolo. Questo è dovuto alla mancanza di grandi fiumi o grandi bacini naturali che permettano un emungimento di acque superficiali meno pregiate rispetto a quelle sotterranee. Il settore con la maggiore richiesta idrica è sicuramente l‟agricoltura che utilizza circa il 60-70% di tutta l‟acqua utilizzata in Italia, seguito poi dall‟industria con circa il 20% e per ultimo il comparto civile con circa il 15-20%. Nonostante il relativo basso impatto dal punto di vista quantitativo il settore civile ha una grande rilevanza in quanto l‟acqua da esso utilizzata è la migliore acqua che si può avere e la più pregiata. Ne consegue che la sua gestione più oculata può ridurre il depauperamento delle riserve di acqua più pregiata, bisogna tener presente inoltre che i consumi di acqua di alta qualità in ambito civile si riducono agli usi per l‟alimentazione umana (acqua da bere e per la cottura dei cibi) e acqua ad uso idropotabile per il lavaggio del corpo e l‟igiene della persona. Per gli usi alimentari si usano circa 7 litri per persona al giorno, mentre per l‟igiene personale ne servono circa 70. La parte restante dell‟acqua utilizzata in ambito civile (circa 100-130l abitante al giorno) serve per tutti gli altri usi quali la pulizia della casa, il risciacquo delle toilette, e l‟irrigazione del giardino e la pulizia delle aree esterne come evidenziato anche da ricerche svolte dall‟ENEA. Le aree urbanizzate, e di conseguenza impermeabilizzate, presentano inoltre il problema di richiedere una gestione delle acque di pioggia che non potendo trovare una strada per l‟infiltrazione nel sottosuolo devono essere opportunamente raccolte e convogliate nei corpi idrici recettori. Vista la grande quantità di acqua piovana che in un‟area urbana deve essere smaltita la capacità di recepimento dei corpi idrici deve essere opportunamente valutata e per questo la legislazione nazionale e regionale regolamenta l‟apporto di queste acque, obbligando chi intende scaricarle a effettuare un trattamento delle acque di prima pioggia, e di avviare al corpo idrico solamente le acque di seconda pioggia a portate non superiori a limiti ben indicati. Questo comporta la realizzazione di strutture atte a contenere queste acque e rilasciarle in tempi più lunghi. Bisogna inoltre rilevare come le acque di pioggia, specie quelle raccolte dalle superfici di copertura, hanno una qualità molto elevata e praticamente priva di inquinanti che me permette l‟uso praticamente in tutti gli usi non idropotabili. La quantità di acqua che si può raccogliere dalle superfici impermeabilizzate dipende dalla piovosità del luogo. A titolo di esempio


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con un valore di piovosità di circa 500mm anno, che può essere considerato un valore medio per l‟Italia, sono sufficienti circa 130 metri quadri di superficie per fornire l‟acqua necessaria ai consumi quotidiani di una persona. Ne deriva che una gestione attenta delle acque di pioggia può permettere di integrare in maniera considerevole i consumi idrici civili. Tra le nuove fonti di acqua bisogna sicuramente da annoverare le acque grigie, ossia le acque che possono essere raccolte dai bagni toilette escluse. Queste acque presentano un grado di inquinamento relativamente basso. Semplici trattamenti depurativi possono essere utilizzati al fine di rimuovere la gram parte degli inquinanti e renderle disponibili al riuso in utilizzi specifici. Bisogna tener presente inoltre la stretta correlazione tra acqua ed energia sia a livello locale che in un‟ottica di distretto urbano. L‟acqua richiede grandi quantità di energia sia per la sua potabilizzazione sia per il suo trattamento depurativo dopo l‟uso. La riduzione dei consumi idrici permette di ridurre l‟energia consumata a questo scopo. Ultimo aspetto di non piccola rilevanza è quello energetico. In Europa il 25% dell‟energia utilizzata negli edifici è legato al riscaldamento dell‟acqua ed è come consumo energetico secondo solo al riscaldamento degli edifici. Una attenta gestione dell‟acqua permette di ridurre drasticamente questi consumi. In questo senso le acque di scarico calde (cucina, docce) possono essere una ulteriore fonte di approvvigionamento di calore ulteriore oltre a quelle già previste, anche perché concentrate tipicamente in lassi di tempo brevi, facilmente identificabili. ll Tecnopolo di Bologna è una struttura civile di grosse dimensioni che prevederà la presenza di circa 3000 persone una volta a regime. Questa struttura ospiterà attività ad alto contenuto scientifico e proprio per questa sua valenza è indispensabile che sia essa stessa un edificio dimostrativo di possibili tecnologie oggi direttamente applicabili, ma anche una dimostrazione di tecnologie più innovative che pur non essendo ancora arrivate ad una maturità industriale potranno trovare uno sbocco in tal senso in un breve lasso di tempo. All‟interno del Tecnopolo saranno presenti sia attività di servizio che riferite all‟uso della risorsa idrica sono riferibili alla mensa e alle caffetterie, che attività di ricerca con la presenza di laboratori. I laboratori che si verranno ad insediare al suo interno saranno molto diversificati con richieste idriche di tipo quantitativo e qualitativo molto differenziate tra loro. È fondamentale perciò pensare di ottimizzare l‟uso dell‟acqua al fine di ridurre il più possibile la richiesta di acqua da acquedotto e nel contempo favorire l‟uso anche di acque di qualità non potabile (tra cui anche le acque di scarico) per gli usi di minor pregio. Una corretta progettazione dovrà tener conto dei vari utilizzi che si possono trovare all‟interno della struttura e di pervenire ad una loro classificazione per identificarne un possibile riuso. A partire dall‟ipotesi già prevista per il Tecnopolo di Bologna di un approvvigionamento idrico da rete per gli usi tecnologici ed idropotabili, e di utilizzo di acqua industriale per gli usi out door,nel seguito si propongono soluzioni che possano ulteriormente favorire un uso innovativo e sostenibile della risorsa acqua in particolare in merito all‟utilizzo integrato delle acque di pioggia e delle acque sanitarie usate. L‟opportunità che si presenta ora nella realizzazione del Tecnopolo di Bologna è non solo di applicare tutte le migliori tecnologie per il risparmio idrico esistenti attualmente nel rispetto dei parametri di legge, ma anche di considerare la possibilità di adottare soluzioni tecnologicamente innovative che lo trasformino (almeno in parte) in un edificio dimostrativo, esempio di ricerca


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applicata, sulle tecniche di risparmio e riuso dell‟acqua. La presente nota propone, distinguendole, entrambe le proposte tenendo conto che la prima rappresenta una esigenza non eludibile, la seconda una possibilità auspicabile. In quest‟ottica tra l‟altro si potrebbe anche provare ad accedere ai fondi che periodicamente l‟European Strategy Forum on Research Infrastructures mette a disposizione per la realizzazione di strutture a valenza scientifica di livello europeo. In questo caso la realizzazione di un Centro-Progetto focalizzato su acqua ed energia potrebbe essere un‟interessante esperienza, tenendo inoltre conto che in Italia attualmente non esistono strutture che vengano finanziate attraverso questo strumento.

5.2 Acque di pioggia o

Sono le più semplici da riutilizzare in quanto di qualità particolarmente

elevata. Vista la casualità degli eventi piovosi contro un uso che può essere considerato pressoché costante dell‟acqua all‟interno della struttura il problema è quello di disaccoppiare la raccolta delle acque di run off dal loro utilizzo senza per questo determinarne un decadimento qualitativo. Sarà utile quindi considerare la realizzazione di serbatoi interrati con superfici trattate al fine di ridurre la possibilità di depositi e ricrescita batterica di dimensioni adeguate agli utilizzi. La dimensione dei serbatoi potrà essere dimensionata tra il minore dei valori risultante dai possibili utilizzi dell‟acqua e la quantità di pioggia avviabile alla raccolta.. L‟acqua raccolta dovrà essere distribuita all‟interno dell‟edifici mediante una rete dedicata e comunque allacciata alla rete idropotabile mediante sistemi atti ad impedire la contaminazione di quest‟ultima, per gli usi di minor pregio quali il di lavaggio pavimenti, la ricarica delle cassette di scarico dei WC, raffreddamenti e lavaggi di terminali nei laboratori, irrigazione del verde. Il retentato derivante dai trattamenti di addolcimento e osmosi potrà essere anch‟esso riusato, se non meglio, almeno nell‟alimentazione degli scarichi WC. Anche nei laboratori, opportunamente segnalata, potrà essere distribuita acqua non potabile per alcuni uso di minor pregio (raffreddamenti, lavaggi). In particolare le acque di run off da tetto potranno essere utilizzate anche per il mantenimento dei livelli all‟interno delle vasche antincendio e nelle ricariche dei circuiti dedicati alla climatizzazione. Le acque derivanti da run off stradale o da piazzale potranno essere gestite all‟interno di aree naturali quali extended detention ponds. Queste acque potranno essere utilmente conservate invece di avviarle allo scarico e utilizzate ad integrazione dell‟irrigazione delle aree verdi o per il lavaggio delle aree impermeabili ad uso della struttura. Gli eventuali eccessi di acqua che eventualmente si venissero a creare potranno essere avviati alla ricarica della falda mediante opportuni sistemi di infiltrazione.

5.3 Acque sanitarie: riuso e scarico o Particolare attenzione dovrà essere posta alla distribuzione dell‟acqua

sanitaria con particolare riferimento ai punti di possibile utilizzo dell‟acqua calda, al fine di ridurre le dispersioni termiche: I bagni dovranno essere posizionati il più possibile vicino alle linee principali di distribuzione. I sistemi di ricircolo dell‟acqua dovranno essere a portata variabile, e


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comandati dalla richiesta di acqua calda sanitaria. La rubinetteria idraulica dovrà essere a doppio scatto, o con fotocellula per limitare i consumi idrici Nelle aree docce o comunque dove è richiesta una costanza della temperatura di erogazione dell‟acqua (docce) potranno essere installati rubinetti a controllo elettronico della temperatura Le cassette di scarico dovranno essere a doppia pulsantiera al fine di ridurre i consumi idrici e adatte all‟alimentazione con acqua non potabile. Acque di scarico Gli scarichi dei laboratori assimilabili alle acque grigie possono alimentare il sistema di riuso delle acque grigie, mentre gli altri scarichi opportunamente raccolti e, se necessario, avviati ad opportuno trattamento. Inoltre è possibile favorire la riduzione dei consumi idrici e il recupero del calore dagli stessi: a tal fine le acque grigie dei bagni devono essere raccolte in maniera separata dalle acque nere. Le acque nere potranno essere avviate al trattamento di depurazione municipale mentre le acque grigie potranno essere invece trattate mediante sistemi sia di tipo estensivo che di tipo intensivo e riutilizzate a reintegro delle acque di pioggia nelle cassette di risciacquo, nei lavaggi in door o out door e nell‟irrigazione delle aree verdi. Il retentato derivante dai trattamenti di addolcimento e osmosi potrà anch‟esso avviato al riuso nelle cassette di risciacquo se non trova più vantaggioso utilizzo altrimenti.

5.4 Uso innovativo delle acque o

Riduzione dei consumi idropotabili

Già circa 10 anni fa l‟ENEA ha fatto una prima azione di tipo dimostrativo integrata su un edificio civile (progetto AQUASAVE) che però non ha avuto seguito vista l‟impossibilità di intervenire in strutture non di proprietà. Con l‟opportunità rappresentata dal progetto del Tecnopolo di Bologna, si potrebbe realizzare un edificio (presumibilmente anche selezionato tra quelli di nuova edificazione previsti) nel quale vengono implementate e monitorate le migliori tecnologie attualmente disponibili per il risparmio ed il riuso dell‟acqua, e contemporaneamente implementate anche nuove soluzioni. Più praticamente gli interventi che si potrebbero realizzare in un edificio all‟interno del Tecnopolo possono essere interventi legati alla: • riduzione dei consumi idropotabili • uso delle acque di pioggia • riuso delle acque grigie • recupero di nutrienti da scarichi • analisi dei consumi idrici e termici ad essi correlati. In questo settore si tratta di applicare apparati idraulici a basso consumo o a controllo dei consumi. tipo di interventi si effettuano normalmente al punto di utilizzo: rubinetto, cassetta di flussaggio

Uso delle acque di pioggia

La raccolta delle acque di pioggia si è dimostrata un‟utile tecnica per la riduzione dei consumi idrici negli edifici civili. Questa tecnologia ancora poco utilizzata, può essere realizzata con diverse tecniche che vanno dalla semplice raccolta e filtrazione, all‟uso di tetti verdi che possono avere un impatto vantaggioso sia sulla qualità dell‟aria che a livello di risparmio energetico. In entrambi i casi si tratta di progettare reti di raccolta e distribuzione opportunamente realizzate al fine di evitare commistioni tra acqua potabile e acqua di pioggia.

Riuso delle acque grigie

Le acque grigie rappresentano la maggior parte delle acque prodotte in un edificio civile adibito ad uso non residenziale. Il loro riuso risulta quindi di primaria


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importanza per la riduzione dei consumi. Per realizzare questa soluzione è possibile applicare tecnologie di tipo intensivo che richiedono di avere a disposizione un locale tecnico all‟interno del quale realizzare l‟impianto di trattamento. Oppure è possibile implementare tecnologie di tipo estensivo che richiedono l‟uso di aree verdi esterne all‟edificio. In entrambi i casi è necessario sviluppare una rete per la raccolta e distribuzione. Questo tipo di acqua può essere utilmente usata per il lavaggio di superfici interne ed esterne e per l‟irrigazione delle aree verdi.

Recupero di nutrienti da scarichi

Uno dei maggiori punti di utilizzo di acqua e di scarico di materiale organico e azoto sono i WC. Nell‟edificio dimostrativo si possono applicare diversi tipi di cassette di flussaggio al fine evidenziare i vantaggi nell‟uso di una o dell‟altra tecnologia. Di particolare interesse risulta anche il recupero di nutrienti dagli scarichi dei WC. A questo fine possono implementare di apparati con raccolta separata delle acque gialle dalle acque nere che favoriscono dopo opportuni trattamenti il recupero dei nutrienti.

Analisi dei consumi idrici e termici ad essi correlati

Ad un sistema così pensato è indispensabile collegare un apparato di rilevazione e di acquisizione dei consumi idrici e termici che permetta di analizzare tutti i dati possibili al fine di realizzare delle elaborazioni utili per future applicazioni. Tutte queste azioni si possono realizzare non solo in edifici adibiti ad uffici, ma anche in edifici (o parti di) adibiti a laboratori che per loro natura rappresentano dei punti di forte consumo di acqua. Durante la fase di progettazione e realizzazione sarà opportuno mettere in atto tutte quelle precauzioni idonee a sottoporre facilmente la rete idrica a modifiche.

RIFERIMENTI 1. Bortone G., Cimatti E., Failla B., Spadoni M., Stante L. (1999). Innovative water saving systems in

households in Europe". 2nd Inter-Regional Conference on Environment-Water , September 1-3, 1999, Lausanne, Switzerland

2. Bortone G., Cimatti E., Failla B., Spadoni M., Stante L. (1999). Innovative water saving systems in households in Europe.. Water Security in the Third Millenium, Villa Olmo (Como, Italy), 12-15 April 1999.

3. Bortone G., Cimatti E., Spadoni M., Failla B., Stante L. (2000). Il progetto Aquasave a Bologna. EcoEnea - Architetture per lo sviluppo sostenibile, No 145 Febbraio, 23-25.

4. Bortone G., Stante L., Failla B., Spadoni M., Cimatti E. (2000). Consumer safety and household water saving strategies. H2O Obiettivo 2000 - International Conference, 3-5 May 2000, Centro Congressi Lingotto, Torino (Italy).

5. Failla B., Cimatti E., Spadoni M., Stante L., Bortone G. (2000). Innovative water saving systems for urban areas: the Aquasave project". SIDISA - International Symposium on Sanitary and Environmental Engineering, 18-23 September 2000, Conference Centre Santa Chiara, Trento (Italy).

6. Cimatti E., Failla B., Spadoni M., Stante L., Bortone G. (2000). Innovative household saving strategies: the Aquasave project. RICICLA 2000, 8-11 Novembre 2000, Conferenza LIFE-AMBIENTE, Rimini (Italia).

7. Cimatti E., Failla B., Stante L., Bortone G. (2001). Il risparmio dell’acqua in ambito domestico: il Progetto Aquasave. URBANIA – Città e Ambiente Urbano. 28 febbraio-3 marzo 2001, Sessione Conferenze, Padova (Italia)

8. Failla B., Spadoni M., Stante L., Cimatti E., Bortone G. (2001). The Aquasave project: innovative water saving system in a residential building (Italy). International Symposium on Integrated Water Resources Management.(Proceedings of symposium held at Davis, California USA April 2000). IAHS Publ.N° 272 pp.121-125

9. Cimatti E., Failla B., Spadoni M., Stante L., Bortone G.(2001). Il risparmio ed il riciclo dell'acqua in città: risultati preliminari del progetto "AQUASAVE" RICICLA 2001, 26/29- Settembre

10. B. Failla, E.Cimatti, L.Stante, G.Bortone (2001).Poster:The AQUASAVE project integrated water saving system in household.International Water Association 2nd World Water congress Berlin, 15-19 October 2001

11. Progetto AQUSAVE Life Environment 2001


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12. Progetto PR43 “Contenimento dell’inquinamento provocato dalle acque di pioggia: modellizzazione

della formazione e propagazione di deflussi in rete, tecnologie impiantistiche atte a minimizzarne l’inquinamento dovuto alle acque di pioggia” Finanziamento MIUR 2003


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parte 2 - LE AZIONI PRIORITARIE

STRATEGIE


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6.1 Strategie minimali a

EFFICIENZA ENERGETICA

Soluzioni tecniche Rif. Cap. Intervenire su Ex novo - Esistente

note

Tecniche di tipo passivo

Chiusure orizzontali opache 3.2 X X Cfr. nota [1].

Chiusure verticali trasparenti 3.2 X X Cfr. nota [2].

Chiusure verticali schermi solari 3.2 X Cfr. nota [3].

Giardini d‟inverno, serre solari, verande 3.2 X

Ventilazione naturale 3.2 X

Illuminazione naturale 3.2 X

Tecniche di tipo attivo

Sistema centralizzato gestione impianti 3.3 X X

Regolazioni individuali 3.3 X X

Contabilizzazione separata energia erogata 3.3 X X

Recuperatori di calore aria espulsa 3.3 X X Locali: mensa e laboratori

Recuperatori di calore acque grigie 3.3 X X Locali: mensa e laboratori

Free cooling 3.3 X

Fotovoltaico 3.3 X X

Accumuli 3.3 X Impianto di sistema

Sonde geotermiche 3.3 X X Impianto di sistema

Snodo di smart grid 3.3 X Impianto di sistema

Ciclo di stirling per le aree verdi 3.4 X Aree esterne

Inseguitori solari 3.4 X Aree esterne

Tecnologie ICT 3.4 X Lampioni e aree esterne

SISTEMI DI SUPERVISIONE, CONTROLLO E SONDE


note

Controllo intelligente adattativo:illuminazione 4.3 X X Locali: mensa, laboratori, locali igienici, sala convegni, sale riunioni. Cfr nota [4].

USO EFFICIENTE E SOSTENIBILE DELLA RISORSA D’ACQUA


note

Rubinetteria idraulica a basso consumo 5.3 X X

Recupero acque di pioggia da tetto 5.2 X

Recupero e trattamento acque di pioggia da piazzale

5.2 X Impianto di sistema

Recupero acque grigie 5.3 X

Separazione e recupero acque gialle-nere 5.4 X

Rilevazione consumi idrici e termici acqua 5.4 X

NOTE:

[1]. Modello funzionale: parete isolata dall‟interno, parete isolata dall‟esterno, parete isolata nell‟intercapedine, parete ventilata [2]. Modello funzionale: facciata continua, facciata con vetro strutturale, vetrata sospesa, facciata a doppia pelle Sistemi di apertura: ad anta, a bilico, a lamelle, scorrevole, saliscendi [3]. Classificazione delle schermature ed utilizzo preferenziale rispetto all‟orientamento . Classificazione dei frangisole (UNI 8369, parte 4°) e schermature esterne [4]. Le caratteristiche di illuminazione ideale variano significativamente a seconda del tipo di attività e che viene svolta nell‟ ambiente e la destinazione d‟ uso dello stesso. L‟ installazione di una rete di sensori di presenza/movimento/visuali può fornire informazioni caratterizzanti che possono essere utilizzate, insieme a sensori di temperatura/umidità, per rilevare ed identificare a scale temporali differenti le attività e la destinazione d‟ uso regolando in modo automatico ed energeticamente efficiente l „ illuminazione. a. Dislocazione di sensori di presenza/movimento/visuali b. Implementazione di algoritmi di ambient intelligence volti all‟ identificazione delle attività c. Implementazione di strategie di illuminazione adattativa efficiente


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6.2 Strategie di valore aggiunto o

EFFICIENZA ENERGETICA


note

Tecniche di tipo passivo

Chiusure orizzontali opache 3.2 X X Cfr. nota [1].

Chiusure verticali trasparenti 3.2 X X Cfr. nota [2].

Chiusure verticali schermi solari 3.2 X Cfr. nota [3].

Chiusure orizzontali – tetti giardino 3.2 X Cfr. nota [4].

Partizioni orizzontali 3.2 X

Giardini d‟inverno, serre solari, verande 3.2 X X

Ventilazione naturale 3.2 X X

Illuminazione naturale 3.2 X

Riscaldamento naturale 3.2 X

Tecniche di tipo attivo

Sistema centralizzato gestione impianti 3.3 X X

Regolazioni individuali 3.3 X X

Contabilizzazione separata energia erogata 3.3 X X

Recuperatori di calore aria espulsa 3.3 X X Locali: mensa e laboratori

Recuperatori di calore acque grigie 3.3 X X Locali: mensa e laboratori

Free cooling 3.3 X X

Fotovoltaico 3.3 X X

Pompe di calore 3.3 X Impianto di sistema

Gruppi frigo ad assorbimento 3.3 X Impianto di sistema

Laghi e spray jet 3.3 X Nelle aree esterne

Accumuli 3.3 X Impianto di sistema

Sonde geotermiche 3.3 X X Impianto di sistema

Snodo di smart grid 3.3 X Impianto di sistema

Ciclo di stirling per le aree verdi 3.4 X Aree esterne

Inseguitori solari 3.4 X Aree esterne

Tecnologie ICT 3.4 X Lampioni e aree esterne

SISTEMI DI SUPERVISIONE, CONTROLLO E SONDE


note

Green Computing per Efficienza energetica dei datacenter

4.3 X X Centri di calcolo di medie dimensioni. Cfr nota [5].

Tecnologie Smart GRID.

4.2

X X Centri di calcolo di medie dimensioni. Cfr nota [6].

USO EFFICIENTE E SOSTENIBILE DELLA RISORSA D’ACQUA


note

Rubinetteria idraulica a basso consumo 5.3 X X Cfr nota [7].

Recupero acque di pioggia da tetto 5.2 X X Cfr nota [8].

Recupero e trattamento acque di pioggia da piazzale

5.2 X Impianto di sistema. Cfr nota [9].

Recupero acque grigie 5.3 X X Cfr nota [10].

Separazione e recupero acque gialle-nere 5.4 X X

Rilevazione consumi idrici e termici acqua 5.4 X X Cfr nota [11].

NOTE:

[1]. Modello funzionale: parete isolata dall‟interno, parete isolata dall‟esterno, parete isolata nell‟intercapedine, parete ventilata [2]. Modello funzionale: facciata continua, facciata con vetro strutturale, vetrata sospesa, facciata a doppia pelle Sistemi di apertura: ad anta, a bilico, a lamelle, scorrevole, saliscendi [3]. Classificazione delle schermature ed utilizzo preferenziale rispetto all‟orientamento . Classificazione dei frangisole (UNI 8369, parte 4°) e schermature esterne [4]. Coperture piane: praticabile, non praticabile, tetto a giardino. Modello funzionale: isolata, isolata a tetto rovescio, tipo sandwich, isolata e ventilata. Coperture inclinate: discontinua non isolata, discontinua isolata, discontinua isolata e ventilata


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Coperture trasparenti: a montanti e traversi, con fissaggi puntuali, [5] Installazione di una rete di sensori (temperatura, umidità, energia richiesta, carico computazionale etc) atti alla misura in tempo reale delle condizioni di lavoro delle macchine installate. I dati sensoriali opportunamente elaborati da un sistema di fusione sensoriale, implementato come plug-in del sistema di supervisione e controllo, verranno utilizzati per valutare sia con approcci “measure and manage” che di controllo automatico : a. Gli indici di efficienza energetica del data center (e.g. PUE) b. Le condizioni di funzionamento del sistema di climatizzazione con rilevamento anomalie e inefficienze nei flussi c. I parametri operativi globali del sistema di climatizzazione per il mantenimento di condizioni di efficienza energetica. Il sistema sw di supervisione e controllo, inoltre, implementerà metodologie di allocazione dinamica dei carichi che permetteranno di ottimizzare il consumo energetico a fronte del mantenimento degli indici SLA del data center, ove richiesto. Gli interventi avranno come framework di riferimento il contesto delle raccomandazioni Green Grid Alliance, possibilmente includendo l‟ acquisizione di macchine a basso impatto ambientale. [6]. Dal punto di vista dell‟utilizzatore finale, lo strumento principale che consente una gestione efficiente del sistema edificio/impianto/utente è rappresentato dal “contatore elettronico” (“Smart meter”) che consente di trasformare le

informazioni provenienti dai diversi componenti/sottosistemi delle reti energetiche, in dati utili per l‟implementazione di tecniche intelligenti di esercizio e gestione, anche in relazione a politiche di “demand response”. Le applicazioni di smart

metering prevedono pertanto il controllo, in real-time, dei consumi con l‟obiettivo ultimo di migliorare la gestione delle risorse energetiche garantendo adeguati livelli di comfort per gli utenti. Il contatore elettronico necessita di una efficiente ed affidabile comunicazione con i sistemi di gestione al fine di poter scambiare informazioni, effettuare una diagnosi in tempo reale e proporre le conseguenti soluzioni. Inoltre, sensori (fra i quali sensori di qualità dell‟ aria, temperatura, umidità, VOC, CO2) dovranno essere installati a differenti livelli di gerarchia (singole utenze, gruppi di utenze, ecc.) al fine di acquisire le informazioni necessarie per elaborare politiche di controllo e gestione degli impianti e servizi tecnologici (HVAC, Illuminazione, ecc.) improntate all‟ottimizzazione dei consumi. L’ utilizzo di piattaforme wireless permetterà la riduzione dell’ impatto della dislocazione dei sensori, permettendone una collocazione libera da vincoli di alimentazione e l’ eventuale rilocazione. Infine, opportuni algoritmi dovranno essere sviluppati al fine di garantire interventi in tempo utile e in modo appropriato alle differenti tipologie di evento. Interventi: a. Installazione di contatori elettronici per il monitoraggio dei flussi energetici nei componenti/sottosistemi/utenti della

rete energetica locale. b. Integrazione con la sensoristica per il monitoraggio della qualità dell‟aria, per l‟elaborazione di strategie mirate

all‟efficientamento dei consumi ed al conseguimento dei livelli di comfort e sicurezza richiesti in funzione delle diverse destinazioni d‟ uso degli ambienti.

c. Implementazione di algoritmi adattativi per la gestione intelligente da realizzarsi come plug-in del sistema di supervisione e controllo.

d. Controllo adattivo dell‟operatività dei parametri operativi sistema HVAC, con l‟obiettivo principale di effettuare lo shaping della domanda energetica ai fini della riduzione dei picchi di carico

e. Implementazione di algoritmi di Fault detection/prediction per il sistema HVAC. [7]. Uso di rubinetteria e apparati idrosanitari intelligenti [8]. Realizzazione rete duale all‟interno degli edifici per gli usi non idropotabili [9]. Realizzazione di un‟area per il trattamento locale delle acque di prima pioggia, e recupero delle seconde pioggie [10]. Sistema di trattamento e riuso delle acque nelle cassette di risciacquo [11]. Rilevazione con riconoscimento personale.


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Bologna, ottobre 2010

Editing: ENEA – arch. P. CLERICI MAESTOSI

Bologna, ottobre 2010 - ENEA - Agenzia nazionale per le...

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