Studio e sperimentazione di materiali e tecnologie per la massimizzazione delle prestazioni energetiche e ambientali di edifici in ottica ZEB.

Responsabili di progetto

Italo Meroni, Arben Shtylla

Accordo

ALBANIA - MoES - Ministry of Education and Sport of the Republic of Albania

Bando

CNR/MOES biennio 2018-2019 2018-2019

Dipartimento

Ingegneria, ICT e tecnologie per l'energia e i trasporti

Area tematica

Ingegneria, ICT e tecnologie per l'energia e i trasporti

Stato del progetto

Nuovo

Proposta di ricerca

La riduzione delle emissioni inquinanti e del consumo di risorse energetiche è ancora oggi una sfida presente nelle agende di tutti gli Stati. L'efficientamento del settore edilizio "offre possibilità di ridurre le emissioni a breve termine e a costi contenuti con prospettive di riduzione di circa il 90%" (Energy Roadmap 2050). Tale risultato può essere raggiunto solo con la piena attuazione del concetto di edifici a zero energia (ZEB, Zero Energy Building).
Il consumo energetico complessivo degli edifici a livello mondiale si attesta su valori compresi tra il 35-40%. Il settore residenziale occupa una percentuale rilevante del comparto delle costruzioni ed è caratterizzato, in Italia e in Albania, principalmente da edifici costruiti in periodi in cui l'attenzione alle problematiche energetico-ambientali non assumeva un ruolo di primo piano. A livello internazionale sono numerose le iniziative finalizzate all'individuazione delle potenzialità offerte dalla riqualificazione e dalla definizione di metodi e strumenti per la promozione e la diffusione di tecniche per il miglioramento delle prestazioni energetiche e ambientale degli edifici. Per rispondere a questa esigenza, negli ultimi anni l'evoluzione nel settore delle costruzioni ha visto l'introduzione di nuovi materiali, componenti (opachi e trasparenti) e sistemi che hanno contribuito a ridurre notevolmente la spesa energetica migliorando nel contempo il comfort ed incrementando la sicurezza dei fruitori. Inoltre, lo sviluppo dei cosiddetti BOCS (Building Optimization and Control Systems) ovvero di sistemi controllo e ottimizzazione degli impianti capaci di individuare in tempo reale i fabbisogni energetici e regolare di conseguenza il funzionamento degli impianti, ha portato all'ottimizzazione dell'uso di energia negli edifici.
In questo contesto il progetto si pone l'obiettivo di studiare, realizzare e sperimentare modelli costruttivi innovativi che consentano di ottimizzare le prestazioni energetiche ed ambientali di edifici (nuovi ed esistenti), favorendo l'integrazione degli elementi di involucro con gli impianti, riducendo lo sfruttamento di fonti fossili a favore di fonti rinnovabili e con sistemi di gestione intelligente dei flussi energetici per ottimizzare il consumo energetico dell'edificio fino al raggiungimento degli obiettivi ZEB.
Una delle condizioni basilari per la realizzazione di un edificio ZEB è che richieda una quantità minima di energia. Per il raggiungimento di questo obiettivo è indispensabile procedere ad una attenta progettazione che massimizzi gli effetti delle passive solutions. In letteratura è possibile trovare diverse soluzioni altamente performanti applicate a specifici contesti. In generale, una progettazione di tipo passivo consente di mitigare gli effetti delle condizioni ambientali esterne sul comfort indoor sfruttando le caratteristiche geometriche dell'edificio e fisiche dei componenti d'involucro in modo da massimizzare l'inerzia termica complessiva dell'involucro così da compensare gli effetti dovuti a repentine variazioni meteorologiche. La progettazione di tipo passivo è propedeutica alla individuazione di sistemi e tecnologie di controllo attivo altamente performanti, basate anche sull'utilizzo di fonti di energia rinnovabile, che contribuiscono a colmare il gap ultimo, comunque molto esiguo per edifici nZEB o ZEB. In generale, le scelte progettuali per raggiungere elevati livelli di efficienza variano in funzione delle variabili intrinseche ed estrinseche che possono influire sulle decisioni del progettista. Uno specifico edificio sperimentale (dimostratore), situato presso ITC, sarà utilizzato quale laboratorio per la sperimentazione, la validazione e l'ottimizzazione delle prestazioni energetico-ambientali di materiali, componenti e sistemi di involucro e di impianto utili al raggiungimento degli obiettivi ZEB. Il dimostratore sarà allestito come un ambiente di prova in grado di riprodurre le condizioni di utilizzo reale; sarà dotato di un'opportuna strumentazione di monitoraggio, controllo e gestione di tutte le variabili energetiche ed ambientali, in modo da avere una visione costante del comportamento dell'edificio sotto l'azione di forzanti esterne. L'utilizzo di un edificio sperimentale permette di testare in opera le soluzioni tecnologiche sviluppate e di armonizzare i diversi contributi al fine di definire diversi scenari tipo differenziati per limiti di applicabilità, destinazione d'uso, performances energetico-ambientali ottenibili in ottica ZEB.
L'involucro edilizio sarà configurato come un elemento attivo in grado di contribuire non solo alla riduzione delle dispersioni energetiche ma anche alla produzione di energia e alla riduzione delle emissioni inquinanti in atmosfera, con particolare attenzione alle qualità estetiche finali. Le più recenti tecnologie per lo sfruttamento della fonte solare saranno analizzate sia da un punto di vista prestazionale sia di integrazione all'interno delle strutture architettoniche esterne degli edifici. La qualità ambientale sarà analizzata in modo omnicomprensivo e interdisciplinare considerando tutti gli ambiti che possono influenzare la soddisfazione dell'utente finale.
Particolare enfasi sarà posta alle soluzioni hardware/software di monitoraggio, controllo e attuazione che traggono fondamento dal concetto olistico dell'Internet of Everything, garantendo la connessione e la gestione intelligente delle informazioni proveniente da persone, processi e dispositivi al fine di definire logiche di adattamento del sistema di controllo degli impianti per rispondere alle esigenze specifiche degli utenti, variabili in funzione di parametri soggettivi e oggettivi, ed ottimizzare consumi, risorse e comfort.

Obiettivi della ricerca

Studiare, realizzare e sperimentare modelli costruttivi innovativi che consentano di ottimizzare le prestazioni energetiche ed ambientali di edifici, garantendo le migliori condizioni di comfort. In particolare l'attenzione verrà posta su materiali, elementi di involucro e sistemi costruttivi innovativi che consentano di ridurre il fabbisogno di energia dell'edificio. Saranno definite ed analizzate soluzioni tecnologiche avanzate per l'ottimizzazione delle prestazioni energetiche ed ambientali, valutandone l'integrazione e il contributo offerto per il raggiungimento degli obiettivi ZEB in casi studio significativi localizzati in Italia e in Albania.
Molti sono gli insegnamenti che si possono trarre dallo sviluppo del progetto. In particolare saranno acquisite ulteriori informazioni in merito al progettare e costruire sostenibile che prevede l'attenzione a costruire con il clima, in relazione alle risorse del sito, alla qualità della vita, in stretto rapporto con il paesaggio. I risultati della ricerca potranno essere adeguatamente replicati al ricco patrimonio edilizio dei due Paesi coinvolti nel progetto. Questo studio proseguirà e rafforzerà la collaborazione scientifica tra le istituzioni di ricerca albanesi e italiane. Ciascun partner sarà coinvolto nel progetto sin dalla raccolta dei dati, indagini sul territorio, sperimentazione, scrittura di articoli scientifici, interventi in conferenze e definizione di future prospettive di cooperazione.

Ultimo aggiornamento: 12/12/2024