Un impianto misto VRF/idronico ad alta efficienza energetica, alimentato esclusivamente da fonte solare termica e fotovoltaica, al servizio di un nuovo edificio residenziale progettato secondo i criteri della bioarchitettura.
La bioarchitettura è un complesso insieme di discipline che ricercano un equilibrio sostenibile fra l’ecosistema e lo spazio antropizzato, a tutte le scale, promuovendo principalmente sia l’uso consapevole delle risorse naturali e delle energie rinnovabili, per minimizzare l’impatto ambientale dell’edilizia, sia la salubrità delle costruzioni e il benessere dell’uomo, quale parte integrante della biosfera.
delle superfici vetrate sono stati oggetto di un’attenta progettazione per rispettare i requisiti del regolamento locale di bioarchitettura
Nonostante la sua eterogeneità come movimento culturale, la bioarchitettura ha posto le basi teoriche della trasformazione ecologica del settore delle costruzioni e continua a influenzare la pratica professionale in tutto il mondo, anche grazie a normative che si ispirano ai medesimi principi e che favoriscono la diffusione di alcune soluzioni tecniche, considerate qualificanti rispetto a quelle tipiche dell’edilizia corrente. È il caso dei regolamenti emanati da numerosi enti italiani, fra cui il Comune di Pesaro.
In questo caso, secondo uno schema premiale simile a quello di molti protocolli per la sostenibilità del costruito, a fronte del raggiungimento di un punteggio minimo attraverso la previsione di soluzioni specifiche, il committente ottiene un beneficio in termini di incremento della superficie netta dell’intervento.
Ecco alcune fra le previsioni progettuali più significative.
Riduzione di almeno il 30% del consumo di acqua rispetto al consumo medio previsto
La soluzione comprende:
- installazione di un riduttore di pressione regolato a 2,5 bar per il circuito dell’acqua fredda potabile;
- coibentazione delle reti di distribuzione;
- installazione di un miscelatore termostatico a valle dell’accumulo dell’ACS;
- installazione di pompa di ricircolo per l’ACS;
- installazione di apparecchi erogatori per i sanitari (cucina, servizi igienici) dotati di diaframma di riduzione della portata di tipo dinamico, aeratore rompigetto e miscelatore monocomando con cartuccia dotata di freno di regolazione;
- installazione di un cassette di scarico con doppio pulsante per l’erogazione differenziata.
La verifica progettuale ha restituito un risparmio nell’ordine di 309 l/ giorno per unità immobiliare, pari al -38% del consumo totale.
Controllo dell’apporto energetico da soleggiamento estivo e invernale
Sulla base del diagramma dell’irraggiamento solare del sito d’intervento, è stata adottata una strategia progettuale basata sulla verifica di:
- soleggiamento delle superfici vetrate di ciascuno dei fronti esposti, per il soggiorno, la cucina-pranzo e almeno una camera da letto, sempre superiore all’80% nel periodo invernale;
- ombreggiature fornite dall’edificio stesso e da altre costruzioni, piantumazioni e oggetti circostanti, sempre superiori all’80% delle superfici vetrate nel periodo estivo.
Controllo dell’inerzia termica
Per ottenere uno sfasamento termico adeguato, il calcolo del fattore di inerzia termica è stato effettuato considerando tutte le superfici delimitanti il volume abitato, purché non esposte al Sole, considerando i valori di trasmittanza termica utile unitaria delle singole strutture e il relativo dimensionamento termodinamico, secondo i criteri della Legge 10/’91. I valori ottenuti sono risultati sempre inferiori ai limiti per la zona climatica D.
Utilizzo dell’apporto solare per il riscaldamento dell’acqua
Ogni unità immobiliare dispone di un impianto solare termico autonomo in grado di soddisfare le esigenze di produzione dell’ACS nel periodo estivo. Ciascun impianto è composto da 1 collettore a tubi sottovuoto posizionato sulla copertura, in posizione non interessata da ombreggiamenti. In tutti i casi la produzione di calore individuale risulta superiore al fabbisogno di energia primaria per l’ACS. La produzione totale annua è stimata in 8.666 kWh.
Utilizzo dell’apporto energetico solare per la produzione di energia elettrica
Ogni unità immobiliare e le parti comuni dell’edificio dispongono di un impianto solare fotovoltaico autonomo per la produzione di elettricità, con potenza nominale 1,0 kW, connesso alla rete elettrica mediante scambio sul posto. Nel dettaglio si hanno 1 modulo al silicio monocristallino (335 Wp) per unità immobiliare e 3 moduli simili per le parti comuni, collegati a inverter AC/DC (1.200 W) con relativi quadri (sezionamento stringhe, parallelo con la rete) e contatori.
La potenza complessiva dell’insieme degli impianti fotovoltaici è superiore ai requisiti minimi secondo il D.M. 26/06/2015. La produzione totale annua è stimata in 11.994 kWh. Nel caso dell’impianto per le parti comuni l’energia prodotta è utilizzata per l’illuminazione esterna, della corsia dei garage e del vano scala.
Utilizzo dell’apporto energetico da fonti energetiche rinnovabili
Ogni unità immobiliare dispone di un impianto per il riscaldamento e la produzione di ACS, del tipo a pompa di calore aerotermica con motocondensanti centralizzate, con integrazione mediante collettore solare termico e modulo fotovoltaico.
Controllo della ventilazione
Per ogni unità immobiliare sono verificati i rapporti aero-illuminanti dei singoli ambienti e state risolte le esigenze di salubrità dei locali e di rinnovo dell’aria ambiente, mediante l’installazione di impianti VMC anche per il controllo dell’umidità relativa e della concentrazione di CO2, attestati su un’unità centralizzata per il recupero del calore.
Controllo delle emissioni nocive dei materiali
Fra i prodotti da utilizzare in fase di costruzione, i progettisti hanno previsto l’impiego di soli materiali riciclabili fra cui:
- blocchi in laterizio porizzato con farina di legno;
- isolamento acustico per pavimenti in epdm;
- pannello termoisolante in xps con membrana bituminosa;
- pannello termoisolante in eps additivato con grafite, prodotto con materiale proveniente da riciclo (certificato CAM).
Asetticità dei materiali
A lavori ultimati sono stati documentati, in relazione alle rispettive caratteristiche di asetticità:
- i materiali impiegati per le finiture degli ambienti interni (descrizione delle modalità esecutive per evitare l’aggressione degli agenti biologici);
- i materiali e le soluzioni tecniche utilizzate per gli impianti.
Grazie a questa disposizione i professionisti incaricati della realizzazione di una palazzina residenziale (Studio di architettura Magi & Boccarossa; Aguzzi Studio e Progettazione Impianti) hanno sviluppato un progetto che, oltre a soddisfare i requisiti di efficienza energetica e di copertura del fabbisogno energetico da fonti rinnovabili, propone interessanti soluzioni anche rispetto ad altri ambiti disciplinari come la fisica e la biologia edile.
L’edificio in sintesi
Completato nel 2021, il nuovo edificio condominiale sorge a Pesaro nel quartiere Montegranaro (zona climatica D; 2.083 gradi giorno; temperatura minima di progetto -2 °C; temperatura massima estiva di progetto 30,5 °C). L’edificio è stato realizzato all’interno del giardino dello storico Villino Acciarri, nel quadro di un piano di recupero, e occupa un’area ampia circa 3.600 m2.
Per garantire la massima visibilità al villino e per consentire il miglior soleggiamento dell’involucro edilizio, il volume di nuova realizzazione è disposto in direzione trasversale rispetto alla strada. Nell’area circostante è stata mantenuta un’estesa fascia a verde, attraverso la quale si accede all’ingresso pedonale, mentre l’accesso veicolare è attestato direttamente lungo la viabilità pubblica.
L’edificio presenta una forma pressoché parallelepipeda (superficie utile 774 m2; superficie disperdente 1.714 m2; volume climatizzato 3.143 m3; rapporto S/V = 0,55), caratterizzata da un articolato disegno asimmetrico ricco di aggetti e arretramenti alternati a logge e balconi, con la facciata principale orientata a sud-est.
Al suo interno accoglie 9 unità immobiliari (5 quadrilocali, 2 trilocali, 2 bilocali) distribuite su 4 livelli (dai piani terreno al terzo), più l’autorimessa (9 box), più i locali di servizio e tecnici (al piano interrato e sulla copertura piana). Gli spazi del connettivo comune, ai quali è affidata la maggiore enfasi architettonica, sono situati in posizione centrale rispetto agli appartamenti.
Gli impianti per la climatizzazione invernale ed estiva e la ventilazione meccanica controllata sono di tipo centralizzato, ma consentono un’elevata autonomia funzionale alle singole unità immobiliari, che dispongono anche di impianti solari autonomi di tipo fotovoltaico e termico. Tutte le unità immobiliari sono in classe energetica A4 (EPgl,nren 16,98 kWh/m²a per l’intero edificio).
La parola al progettista
Il per. ind. Filippo Aguzzi ha curato la progettazione degli impianti meccanici:
Aguzzi Studio e Progettazione Impianti
«Lo studio si occupa principalmente di impiantistica per edifici industriali e, per conto di operatori immobiliari selezionati, anche di tipo civile. Progettiamo da tempo soluzioni basate sull’integrazione fra sistemi idronici e a espansione diretta, compreso il dimensionamento di tutti i componenti, per permettere ai committenti di scegliere la soluzione più adatta alle rispettive esigenze.
Nel caso dell’intervento a Pesaro abbiamo applicato a un edificio condominiale i concetti già sviluppati in numerosi progetti per residenze unifamiliari. L’idea è nata partendo da considerazioni circa le potenzialità degli impianti a 3 tubi, che presentano un rapporto cumulativo di potenza nell’ordine del 180%, in abbinamento al solare termico. Le motocondensanti sono centralizzate e distribuiscono il fluido refrigerante alle diverse utenze, ciascuna dotata di un armadio tecnico da incasso appositamente modificato con l’inserimento di un circolatore primario, degli organi di sicurezza e della circuitazione dedicata al solare termico, che lavora direttamente sul circuito dell’ACS.
Il vantaggio principale di questi impianti customizzati consiste sia nell’elevato rendimento della sezione idronica, soprattutto per il riscaldamento invernale, sia nella flessibilità operativa della sezione a espansione diretta, specie nella gestione della climatizzazione estiva, con in più l’energia termica da fonte solare.
In sintesi:
- nella stagione fredda l’elevato COP del sistema a espansione diretta risente in modo marginale dell’inserimento di uno scambiatore di calore idronico che opera a bassa temperatura;
- nel periodo estivo, se la produzione di ACS da fonte solare non fosse sufficiente a coprire il fabbisogno, l’impianto a 3 tubi consente di utilizzare il calore di recupero della climatizzazione.
Dal punto di vista energetico, la ridotta potenza nominale della pompa di calore e l’alto grado di parzializzazione dell’inverter offrono un beneficio significativo nelle applicazioni civili. L’insieme assicura un buon livello base di comfort con le superfici radianti e, in caso di necessità, si attivano le unità interne locale per locale che, inserendo sensori di apertura sui serramenti abbinati a un umidostato, possono anche essere utilizzate per la deumidificazione.
La precisione della contabilizzazione dei consumi nei sistemi a espansione diretta costituisce un ulteriore vantaggio. Per ottenere il consumo di ogni singolo terminale è infatti sufficiente abbinare all’algoritmo di funzionamento del sistema un protocollo di calcolo, che tenga conto della pressione del fluido frigorifero e dell’apertura delle valvole di espansione.
Un semplice wattmetro completa il sistema. Sebbene non prevista dalla UNI 10200, si tratta di una metodologia efficace ed economica anche sotto il profilo della manutenzione – già utilizzata dai fabbricanti dei sistemi a espansione diretta – e che è stata accettata dal GSE in luogo dei tradizionali contatori volumetrici con sonde di temperatura – per la contabilizzazione dei consumi di pompe di calore aria/aria con potenza superiore a 200 kW, in diversi interventi incentivati con il Conto termico.
L’unico svantaggio – comune a tutti gli impianti a espansione diretta – è rappresentato dalla possibilità di fuoriuscita del fluido frigorifero dalle tubazioni in pressione. Nonostante l’impianto sia dotato di un sistema di sicurezza, atto a contenere l’effetto delle perdite, in futuro il rischio principale sarà legato all’impiego dei nuovi gas A2L che presentano una moderata infiammabilità».
Espansione diretta e solare termico
La produzione del calore è affidata:
- a un sistema VRF in pompa di calore definito “aria/aria/acqua”;
- ai collettori solari termici.
Il sistema VRF è attestato su 2 motocondensanti (ciascuna da 22 CV, pari a: 139,5 kWt; 124,0 kWf) installate sulla copertura, del tipo a recupero di calore equipaggiate con:
-
Le motocondensanti del sistema VRF sono del tipo a recupero di calore e distribuiscono il fluido R410A attraverso una rete a 3 tubi doppi compressori ermetici di tipo scroll con motore brushless azionato da inverter (capacità minima 7%);
- circuito frigorifero a 3 tubi con valvola d’espansione elettronica;
- batterie ad alta efficienza in tubi di rame e alette in alluminio;
- collegamento al sistema di controllo tramite bus di comunicazione;
- dispositivo per il recupero del fluido refrigerante in caso di perdita.
Il circuito primario percorre il cavedio centrale all’edificio distribuendo R410A:
- alla batteria calda/fredda dell’unità centralizzata VMC preposta al recupero del calore;
- al modulo idronico al servizio delle singole unità immobiliari, a valle del quale si sviluppa la circolazione secondaria (pannelli radianti a pavimento e integrazione della produzione di ACS);
- ai terminali in ambiente situati nelle singole unità immobiliari (integrazione della climatizzazione).
Ogni unità immobiliare dispone anche di un collettore solare termico del tipo a tubi sottovuoto (superficie 2,27 m2) situato sulla copertura (orientamento 35° sud-est; inclinazione 30°), dotato di un sistema anti-stagnazione della miscela acqua-glicole (produzione media annua 733 kWh/m2).
Alla scala dell’intero edificio, il ricorso alle fonti rinnovabili aerotermica e solare termica per la climatizzazione invernale ed estiva e per la produzione dell’ACS copre il 68,3% del fabbisogno annuo complessivo di energia primaria. Il condominio non è collegato alla rete di distribuzione del metano.
Climatizzazione e ACS
I moduli idronici (16 kWt; 14 kWf) forniscono gran parte del fabbisogno termico delle rispettive unità immobiliari, producendo acqua a 20÷50 °C per riscaldamento e a 5÷30 °C per raffrescamento. Sono alloggiati dentro armadi tecnici per l’incasso all’esterno, accessibili dai balconi, opportunamente modificati per adattarli alle esigenze del progetto.
Oltre ai moduli idronici gli armadi tecnici contengono:
- circolatore, manometro, vaso d’espansione (7 l), valvole (differenziale, a 3 vie motorizzata, ecc.), sul circuito dei pannelli radianti;
- vaso d’espansione (25 l), kit per collegamento al collettore solare termico, scambiatore di calore a piastre, circolatore, serbatoio d’accumulo (220 l), valvole (termostatica, di sicurezza, ecc.), rubinetto di carico impianto, sul circuito ACS.
Nel regime invernale il riscaldamento degli ambienti è prevalentemente a carico dei pavimenti radianti, con alimentazione diretta dal modulo idronico. La possibilità di alimentare i pannelli radianti utilizzando l’acqua tecnica contenuta nell’accumulo dell’ACS, riscaldata dal collettore solare termico, realizza anche un volano a vantaggio del contenimento del consumo di elettricità della pompa di calore.
Ogni unità immobiliare dispone di 3 o 4 unità interne di tipo convettivo (potenze: 2,8 kW o 3,6 kW), installate a parete (generalmente sopra le porte dei locali serviti) e canalizzate (alloggiate nei controsoffitti dei disimpegni), che provvedono alla messa a regime e all’integrazione parziale per brevi periodi, in riscaldamento e in raffrescamento. Nei servizi igienici sono presenti anche scaldasalviette elettrici.
La contabilizzazione dei consumi energetici avviene sul circuito frigorifero mediante wattmetri e ripartitori, garantendo la piena autonoma funzionale a ogni unità immobiliare. Sul fronte igienico- sanitario, nel periodo estivo la circuitazione frigorifera a 3 tubi consente il recupero del calore per integrare gratuitamente la produzione dell’ACS da solare termico.
Ventilazione meccanica
Situata sulla copertura a fianco delle motocondensanti, l’unità di recupero del calore dell’impianto VMC (1.000 m3/h) permette l’esercizio autonomo di ogni unità immobiliare sia in base alla programmazione oraria, sia a richiesta in relazione alla concentrazione di umidità e/o CO2. L’unità è di tipo entalpico (efficienza > 91%) , con possibilità di funzionamento in free cooling, ed è equipaggiata con:
- ventilatori centrifughi;
- batteria per post-riscaldamento/raffrescamento alimentata per spillamento dall’impianto VRF; – filtro F8 antibatterico.
La distribuzione dell’aria avviene attraverso una dorsale verticale con ramificazioni (dotate di silenziatore e serrande tagliafuoco, motorizzata di inserimento e di regolazione) dirette verso i plenum di immissione (annegati nel sottofondo dei pavimenti) ed estrazione (incassati nei controsoffitti).
A valle dei plenum le canalizzazioni sono realizzate con tubi flessibili conclusi da bocchette, tutti in hpde. Negli ambienti la ripresa dell’aria avviene dall’alto, mentre le bocchette di immissione sono situate in prossimità del pavimento. L’annegamento nel sottofondo dei plenum e dei tubi di mandata è stato possibile grazie al notevole spessore del sottofondo alleggerito (circa 20 cm), previsto al duplice scopo di:
- contribuire all’accumulo termico gratuito dell’energia solare incidente sulle superfici interne orizzontali;
- isolare gli spazi abitati dal punto di vista acustico.
L’alto livello di smorzamento acustico del sottofondo ha anche evitato il ricorso ai pannelli fonoisolanti preformati in materiale plastico per la posa delle tubazioni dell’impianto radiante. Queste sono state ancorate a un semplice foglio adesivo, dallo spessore ridottissimo, che grazie a un sistema simile al velcro consente di posare molto rapidamente le serpentine senza utilizzare clips.
