ENERGY SAVING. A Dubai, un edificio “off-grid” come prototipo per il futuro

Dubai - casa passiva

La “casa passiva” di Dubai progettata da un team tutto italiano

La realizzazione di un edificio per uffici secondo gli standard PH è stato commissionato dal governo di Dubai a un team italiano formato da alcuni docenti dell’Univerità degli Studi di Bergamo e dallo Studio Energy Plus Project. Il system integrator Amadeus Network Solution è stato chiamato per progettare e gestire il complesso sistema di building automation su piattaforma Konnex. Una sfida non indifferente vista la temperatura media locale annuale di 28,2°…


I PROTAGONISTI DEL PROGETTO

Marco Filippi – Energy Plus Project
Piazzetta San Marco, 7/8 – Pieve di Soligo, Italy – Phone: +39 0438981600 – mf@epplus.it

Michele Dorigo – Energy Plus Project
Piazzetta San Marco, 7/8 – Pieve di Soligo, Italy – Phone: +39 0438981600 – md@epplus.it

Alessandro Palamidese – Energy Plus Project
Via dei Da Prata, 14 – Treviso, Italy – Phone: +39 0422303480 – ap@epplus.it

Alessandro Clari – Amadeus Network Solution S.r.l. System Integrator
Via Boccacavalla, 30 – Montebelluna, Italy – Phone: +39 0423604480 – alessandro@amadeusns.net


L’efficacia di Passive House Standard per l’efficienza energetica e il comfort termico è stata ampiamente dimostrata per i climi freddi, come l’Europa continentale, dove negli anni il monitoraggio delle case passive costruite ha mostrato una buona corrispondenza tra calcoli e comportamento della vita reale.

Ma cosa succede quando la Passivhaus Standard viene applicata in un clima caldo e umido, come Dubai negli Emirati Arabi Uniti? La risposta a questa domanda è stata data dal Passiv Haus Institute insieme a Rongen architects [Schnieders 2012] su base teorica, attraverso simulazioni transitorie su edifici ipotetici. Il fattore chiave per applicare con successo il concetto di casa passiva in tutto il mondo è quello di considerare il cosiddetto “genius loci”, vale a dire il concetto di energia della casa passiva deve fare i conti con le tecniche e le tradizioni locali di costruzione.

LA PRIMA CASA PASSIVA A DUBAI

ph Mauro Bonotto

Partendo da queste basi, il governo di Dubai, attraverso il MBRSC (Mohammed Bin Rashid Space Center), ha deciso di tradurre in pratica questa possibilità, finora verificata solo teoricamente.

È per questo che nell’Aprile 2015 il MBRSC ha conferito l’incarico di progettazione e realizzazione di un edificio per uffici secondo standard PH ad un team italiano composto dai proff. Perdichizzi e Franchini dell’università degli studi Bergamo, responsabili del calcolo in regime dinamico e del dimensionamento dei componenti per il funzionamento ‘off-grid’ e dallo studio Energy Plus Project, responsabile del concetto PH e della progettazione impianti.

ph Mauro Bonotto

L’impresa esecutrice è la Wolf System, ditta tedesca con filiale in Italia, a Vipiteno, e il System Integrator per la programmazione del sistema di Building Automation KNX e Audio Video è Amadeus Network Solution S.r.l di Montebelluna.

Lo scopo principale del progetto è la verifica della fattibilità in vista di una possibile futura applicazione su larga scala del concetto PH nel contesto immobiliare di Dubai. La costruzione consta di due piani fuori terra, per una superficie utile (da calcolo PHPP) di 410 m2 e un rapporto S/V di circa 0,58. L’edificio è situato a Dubai, nei pressi delle costruzioni appartenenti all’ente spaziale governativo. L’edificio non risente particolarmente dell’isola di calore propria della città, in quanto è nelle vicinanze di un parco (Mushrif Park) da un lato e del deserto dall’altro.

Anche il contenuto di umidità, pur essendo molto importante, è in qualche modo ridotto dalla (relativa) distanza dal mare. I dati climatici utilizzati per il calcolo con PHPP danno un’idea della sfida posta davanti al team di progettazione. Basti solo pensare che la temperatura media annuale è di 28,2°C!

Dubai - casa passiva

3 ARCHITETTURA E DESIGN “ANTISOLARE”

Da un punto di vista architettonico, l’edificio ha un aspetto monolitico, con prospetti est e ovest quasi privi di aperture, un prospetto nord movimentato da un volume accessorio che funge da bussola di ingresso ed un prospetto sud che richiama il concetto di corte interna tipico delle architetture in climi caldi. In particolare, quasi tutti gli affacci vetrati si concentrano sulla corte, protetta dall’esposizione solare mediante un muro monolitico esterno al volume climatizzato e dall’ombreggiamento dato dal campo fotovoltaico in copertura.

Questo ha permesso di minimizzare gli apporti solari diretti e si può parlare di progettazione solare al contrario, o meglio progettazione antisolare intendendo con questo termine lo sforzo per proteggere l’edificio dall’irraggiamento diretto permettendo comunque di usufruire della luce naturale (diffusa).

THERMAL ENVELOPE

L’edificio è realizzato con struttura in legno secondo quella che in Europa centrale è una tecnologia ben radicata: la struttura platform-frame. Questa scelta rappresenta per contro un unicum a Dubai e può sembrare una bizzarria, in quanto pensando a climi caldi l’edificio lightweight non è la prima cosa che viene in mente.

In realtà, a differenza di quanto accade nei climi mediterranei, caratterizzati da un’escursione termica giorno-notte in grado di consentire cicli ‘passivi’ di carico / scarico delle masse interne, ciò non avviene a Dubai, dove le condizioni termoigrometriche esterne sono per la maggior parte dei mesi non favorevoli per tutte le 24 ore. In questo caso dunque le masse termiche non possono lavorare in maniera passiva, ma devono al contrario essere tenute sotto controllo per evitare sovraccarichi termici.

Oltre a ciò, la scelta del legno ha permesso una buona dose di prefabbricazione riducendo le attività e i tempi di cantiere, cosa particolarmente importante in un clima estremo. Per l’edificio in questione sono occorsi non più di 100 giorni di cantiere dalle fondazioni alla consegna al cliente. La velocità di esecuzione era una richiesta chiave nel “brief” del cliente.

I SISTEMI INSTALLATI

Da un punto di vista dell’impiantistica meccanica l’edificio si costituisce dell’impianto idronico schematizzato nella Fig 1. La generazione è affidata ad una pompa di calore del tipo acqua/acqua con dissipatore tipo ‘dry cooler’. L’acqua refrigerata viene prodotta a 7 °C per permettere di abbattere il carico latente, che è spesso la voce più importante nel carico totale per raffrescamento. Il carico latente viene abbattuto mediante una batteria di scambio termico posta nel condotto di mandata aria ambiente delle VMC. Sono presenti 3 unità di ventilazione certificate PH con recuperatori statici ad alta efficienza; le portate sono state progettate per soddisfare ai requisiti PHI e alla ASHRAE 62.1.

Queste batterie sono dotate anche di un secondo scambiatore ad acqua calda nel caso l’aria di mandata debba essere neutra (solo servizio di deumidificazione). Normalmente il trattamento dell’aria di mandata permette di soddisfare il carico latente e parte del sensibile.

Data la destinazione d’uso (uffici) ed il conseguente alto valore dei carichi interni, ciò non è sufficiente. Si è pertanto provveduto a montare fan coils, sempre operanti con temperatura di mandata pari a 7°C, per coprire il carico sensibile rimanente. Infine, è stato installato un impianto radiante a pavimento con temperatura di mandata di progetto pari a 20°C e con funzione di regolazione della temperatura della massa del pavimento. Infatti mantenere il pavimento fresco (attorno ai 23 °C) permette di migliorare la sensazione di comfort (si abbassa la temperatura media radiante). Da notare che l’acqua di condensa proveniente dalle varie unità viene raccolta in uno storage tank da 1000 litri ed utilizzata per i WC e per la pulizia periodica del dry cooler. Questo è un aspetto particolarmente importante vista l’assenza di acqua dolce a Dubai.

L’impianto elettrico è stato progettato con criteri di Building Automation su piattaforma Konnex (KNX). Oltre alle normali funzioni di un moderno impianto di automazione, sono state implementate funzioni speciali al fine di ridurre i carichi interni dovuti a macchinari ed illuminazione. In particolare, oltre all’utilizzo esclusivo di corpi illuminanti ad alta efficienza (LED), ogni ambiente lavorativo è dotato di sensore di luminosità per regolare l’intensità dell’illuminazione artificiale in funzione della luce naturale. Inoltre la gestione dei frangisole è automatica, così come l’oscuramento totale dopo l’orario di lavoro.

Allo stesso modo, alla fine dell’orario di lavoro, il sistema automaticamente taglia l’alimentazione in modo da azzerare il consumo per stand-by. Dal punto di vista della produzione elettrica l’edificio è dotato di un impianto fotovoltaico posato in copertura con potenza di picco pari a circa 40 kWp, cui si abbina uno storage elettrico di 25 kWh.

La combinazione di questi due sistemi permette di raggiungere lo status di off-grid, ossia la possibilità di non allacciarsi alla rete elettrica, risultato particolarmente importante in vista di eventuali insediamenti non ancora raggiunti dall’elettricità pubblica.

I RISULTATI

Non desta sorpresa l’assenza totale di qualsiasi richiesta per riscaldamento. Si nota invece che l’edificio ha un carico termico per raffrescamento inferiore ai 10,7 W/m2, a conferma che l’applicazione del concetto PH si traduce nella drastica riduzione del carico di picco. Data la natura di progetto pilota, è stato messo in piedi un sistema di monitoraggio (progettato e realizzato da Wolf System) e di controllo attivo sui parametri dell’impianto meccanico, elettrico e dell’impianto fotovoltaico in modo da poter utilizzare l’edificio come strumento di analisi e poter imparare dal caso reale. Il monitoraggio passivo permette di verificare parametri quali consumi, condizioni interne (temperatura ed umidità), producibilità dell’impianto fotovoltaico.

La grossa sfida è quella di far funzionare l’edificio a 25 °C di temperatura interna senza che questo venga percepito come ‘troppo caldo’ dagli occupanti (normalmente la temperatura set è di 20÷22 °C). Al momento della redazione di questo articolo, l’edificio, entrato in funzionamento a regime ad ottobre 2016, è stato utilizzato solo come showroom e non ancora come ufficio operativo, ragion per cui i dati fin qui raccolti non possono essere confrontati con i dati di progetto.

Oltre al monitoraggio passivo, l’impianto meccanico è dotato di un controllore con accesso via web browser, tramite cui è possibile modificare i parametri di funzionamento dell’impianto (quali temperatura di mandata dell’acqua refrigerata, portate alle batterie, accensione / spegnimento impianto a pavimento, et cetera). Questo permette di verificare la combinazione di funzionamento ottimale: l’impianto di questo edificio pilota è probabilmente ridondante ed è necessario compiere questo tipo di analisi per economizzare i futuri impianti. Il maggiore margine di miglioramento sta nella cost optimization: l’edificio qui presentato ha un costo di costruzione molto alto per il mercato di Dubai.

Crediamo fosse impossibile centrare l’obiettivo della minimizzazione dei costi al primo tentativo, in quanto troppe erano le incognite dovute alla totale mancanza di altre simili esperienze cui attingere.

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