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INTRODUZIONE
Durante il dopo guerra, in una condizione socio-economica in risalita, è nata in
Italia, oltre che nel resto d’Europa, una continua e sempre più inarrestabile
speculazione edilizia. In questo fenomeno molte tematiche sono state trascurate o non
considerate, a partire dall’efficientamento energetico
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delle abitazioni. Il settore delle
costruzioni è considerato una delle aree critiche riguardo le emissioni di CO2 e
particolato, infatti, a causa della loro bassa efficienza, gli edifici sono responsabili del
più del 30% delle emissioni in atmosfera. Tuttavia, il mondo dell’edilizia è quello che
ha un maggior margine di miglioramento rispetto al settore automobilistico o
industriale, perché l’efficienza energetica può essere sfruttata attraverso interventi atti
all’ottimizzazione delle prestazioni dell’involucro o degli impianti di distribuzione.
Inoltre, un maggiore sviluppo delle prestazioni energetiche dell’intero edificio,
comporta un vantaggio sia dal punto di vista della salute degli utenti che occupano
l’edificio stesso, aumentandone le condizioni di comfort, sia da un punto di vista
economico, diminuendo i costi di gestione e di manutenzione. Attraverso questa tesi
si cerca di dare una risposta e un metodo ad una progettazione atta a massimizzare le
prestazioni dell’edificio sin dalla sua fase iniziale, intervenendo su aspetti essenziali
come lo studio del suo orientamento, migliorandone le prestazioni passive, ponendo
l'attenzione all’involucro edilizio, ad esempio con l’utilizzo di materiali innovativi che
ne ottimizzano le performance, ed infine intervenendo sui sistemi della casa come
quelli termici, illuminotecnici e quelli per la produzione fotovoltaica. Questo lavoro si
è svolto all’interno di un percorso di ricerca applicata di una durata di oltre due anni,
nell’ambito della partecipazione dell’Università “La Sapienza” di Roma, in
rappresentanza dell’Italia, alle “Olimpiadi dell’Architettura sostenibile” svoltesi a
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La prima normativa in Italia risale al 1976 con la Legge n. 373/1976 legge nata per la prima crisi
petrolifera che si manifestò in Europa
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Dubai lo scorso novembre 2018. Il Solar Decathlon è una competizione che mette a
confronto varie università di tutto il mondo, sfidandole in 10 differenti contest.
L'edizione 2018 di questo concorso è stata organizzata dal DEWA, a Dubai presso il
Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park. I progetti sono stati sviluppati da
team multidisciplinari, dando l'opportunità di conoscere questioni tecniche, lavoro di
squadra, abilità comunicative e stili di vita sostenibili al fine di garantire la fattibilità
del loro progetto: in questo contesto il Solar Decathlon ha rispecchiato le condizioni
ideali nella formazione di studenti per una progettazione intelligente, prestazionale ed
innovativa. In particolare, l’obiettivo della tesi è stato quello di supportare, attraverso
software di simulazione dinamica, la progettazione di una Solar House ad energia
positiva e validarne i risultati ottenuti attraverso un monitoraggio reale svoltosi
durante la competizione di Dubai sopra accennata. Il progetto del Team Sapienza, è
stato finanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (MIUR) e
da oltre 45 imprese leader nel settore, che hanno collaborato attivamente al progetto,
al fine di fornire le risorse finanziarie e le soluzioni più innovative contribuendo anche
alla diffusione su larga scala dei risultati di volta in volta raggiunti.
Il progetto Restart4Smart ha conseguito sei premi relativi alla competizione, in
particolare:
- Architecture
- Internal Design
- Sustainable Trasportation
- House Functioning
- Building Integrated Photovoltaics
- Communcation
In ambito nazionale l’Università “La Sapienza” di Roma, grazie al progetto
Restart4smart, è stata premiata alla Triennale di Milano come una delle 100 eccellenze
italiane nel settore dell’edilizia “100 Italian Stories for Future Building”, precisamente
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nella categoria “progettazione e gestione”, insieme a studi di architettura del calibro
di Renzo Piano, Mario Cucinella e Stefano Boeri.
Inoltre, con il prototipo ReStart4Smart la Facoltà di Architettura è risultata tra i
vincitori della prima edizione (2019) del Bando MIUR “Leonardo Da Vinci”, concorso
finalizzato a valorizzare a livello internazionale le competenze e le capacità del capitale
umano della Formazione superiore e della Ricerca italiane. In particolare, il Team
Sapienza ha vinto una delle dieci Medaglie “Leonardo Da Vinci” per il miglior
elaborato originale scientifico o artistico.
Il lavoro svolto si articola nei seguenti capitoli:
Il Capitolo 1 tratta i temi dell’edilizia attuali, di come essi possono interagire e
influenzare i cambiamenti climatici attraverso le emissioni di gas serra e attraverso
emissioni di polveri sottili definiti come particolato. Nell’ultima parte del capitolo
vengono trattate le nuove frontiere dell’edilizia, illustrando gli edifici ZEB, NZEB e
nZEB.
Il Capitolo 2 espone l’ambito che ha permesso lo svolgimento della tesi,
descrivendo come il Solar Decathlon abbia permesso lo sviluppo degli edifici
sostenibili e tratterà della candidatura dell’Università La Sapienza di Roma a questo
evento, con la partecipazione del Team Sapienza, e il progetto ReStart4Smart. Poi è
illustrata un’attenta analisi sulla ricerca dei vari software di simulazione energetica
dinamica, riguardanti gli aspetti termici, illuminotecnici e fotovoltaici. Per quanto
concerne i software di simulazione dinamico-termica sono stati considerati i motori
principali di simulazione come TRNSYS, Energy Plus e IES <VE>, descrivendone le
qualità e il loro comune utilizzo nel mondo scientifico e inoltre sono stati introdotti
altri programmi di simulazione come DesignBuilder, Ecotect o Green Building Studio,
che hanno comunque supportato la progettazione del Team Sapienza. Per i programmi
di simulazione illuminotecnica è stato analizzato Diva, estensione di Grasshopper e
Rhinoceros, che ha permesso l’analisi della luce naturale, sfruttando come motore di
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simulazione Radiance, mentre per le analisi sulla luce artificiale sono stati utilizzati
Dialux e Dialux evo. Infine, vi è un confronto tra i software di simulazione energetica
fotovoltaica come PVsyst e SAM, con una dettagliata analisi e ricerca delle potenzialità
dei due programmi. Al termine vi è un paragrafo descrittivo sul futuro della
digitalizzazione dell’edilizia attraverso software di Building Information Modeling
(BIM). Successivamente vi è un’illustrazione di come i software hanno realmente
aiutato la progettazione, modificandone le caratteristiche architettoniche, con l’utilizzo
di sistemi di ombreggiamento, di involucro edilizio, attraverso l’uso di materiali
innovativi come l’X-Lam e l’Aerogel, e di sistemi elettrici, illuminotecnici e domotici
(in modo da gestire l’utenza automaticamente o da remoto attraverso interfacce e
comandi vocali).
Il Capitolo 3 inizia con un’analisi dettagliata del contesto di progettazione della
Solar House del Team Sapienza, con un’attenzione alle condizioni termo-igrometriche
ambientali, radiazioni solari e venti prevalenti. Vengono trattati i dati di input
utilizzati per le simulazioni energetiche sia termiche che fotovoltaiche e si introducono
le caratteristiche dei materiali strutturali e isolanti utilizzati e del sistema di
ombreggiamento I-MESH. Infine, sono descritte le analisi annuali in comportamento
passivo e con sistema attivo per il raffrescamento, la produzione fotovoltaica annuale,
i consumi elettrici per il raffrescamento nel periodo di monitoring ed infine la
produzione fotovoltaica per il periodo di monitoring. Analisi queste tutte pubblicate
nel Simulation Report prodotto dal Team Sapienza per la competizione Solar
Decathlon Middle East 2018.
Nel Capitolo 4 vengono illustrati i vari sistemi di rilevazione
dell’organizzazione SDME e del Team Sapienza. Le prove effettuate per verificare le
effettive prestazioni della Solar House e sono descritti i dati rilevati durante la
competizione, riguardanti le temperature, l’illuminamento, la concentrazione della
CO2 ed i carichi elettrici per il raffrescamento e la produzione fotovoltaica. Ogni grafico
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viene analizzato e contestualizzato al fine di fornire il massimo dettaglio sulle
informazioni acquisite.
Infine, nel Capitolo 5 vi è un confronto tra le analisi rilevate dal monitoraggio e
le simulazioni che hanno comportato le scelte progettuali. Vi è uno studio e una
correzione del modello matematico in modo da validare le simulazioni energetiche
termiche e fotovoltaiche.
L’elaborato si conclude con un resoconto del percorso effettuato durante la
ricerca, analizzando e validando le scelte fatte. Vengono forniti i dati effettivi della
prestazione della casa e i risultati delle simulazioni fatte.
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Capitolo 1
Edifici Emissioni e Energia
Se tutta l’anidride carbonica prodotta in un anno venisse assorbita dagli
elementi naturali come oceani o foreste non vi sarebbero accumuli di alcun gas
nell’atmosfera e le emissioni non creerebbero alcun problema. Ma purtroppo
tutto ciò non accade e anzi, oltre ad accumularsi gas serra nell’atmosfera, la
velocità di accumulo accresce esponenzialmente anno dopo anno visto l’aumento
delle emissioni e la riduzione degli elementi di assorbimento, dovuti ad atti da
parte dell’uomo come la deforestazione. È per questo motivo che viene
misurata la concentrazione di particelle di anidride carbonica nell’atmosfera. Nel
1958, presso l’osservatorio di Mauna Loa nelle Hawaii, è nato uno dei più grandi
progetti di ricerca per lo studio della concentrazione di CO2 presente nell’aria. I
risultati ottenuti dal ricercatore Charles David Keeling
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indicano un aumento
della concentrazione di biossido di carbonio nell’atmosfera, con andamento
ciclico dovuto all’alternanza delle stagioni, rappresentato dalla “Curva di
Keeling” che indica il “respiro” della Terra.
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Charles David Keeling – nato a Scranton in Pennsylvania nel 1928, fu uno dei primi a teorizzare l’influenza
delle azioni dell’uomo sull’aumento di CO2 nell’atmosfera. Nel 1960 dimostra la variazione della
concentrazione della CO2 a seconda delle stagioni. Nel 1961 crea la “curva di Keeling”
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Figura 1-1 Concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera
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Innumerevoli studi dimostrano che nel corso dei millenni ad un aumento
della concentrazione di CO2 nell’atmosfera è corrisposto un aumento della
temperatura globale. Molti scienziati considerano che, toccata la soglia di 500
particelle per milione (ppm), verranno generati gravi squilibri nell’atmosfera
terrestre. Studi più recenti sulle concentrazioni di CO2 hanno mostrato un
costante aumento di essa di circa 2,7 ppm annuo. Attualmente oscilla intorno al
valore di 410 ppm e si arriverebbe a 500 ppm entro il 2050, se il ritmo di crescita
resta quello attuale.
Il cambiamento climatico contribuisce alla mutazione della morfologia
terrestre, infatti lo scioglimento dei ghiacciai sta comportando un innalzamento
del livello dei mari ed è causa la mutazione delle zone climatiche, con
temperature medie in rialzo nei paesi più freddi o con fenomeni metereologici
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Fonte: Scripps CO2 Program
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