- scritto da Andrea Rotondaro
- categoria Progetti
Solar Decathlon China 2013. Intervista al professore italiano parte di uno dei team vincenti
Solar Decathlon è una competizione tra studenti di tutto il mondo
che ha come tema fondamentale la progettazione e la gestione di un modello abitativo sostenibile ed alimentato ad energia solare. Negli Stati Uniti è attivo dal 2002 mentre in Europa dal 2010. In particolare il Solar Decathlon China nasce dalla collaborazione tra il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e quello cinese con l’intento di offrire alla comunità internazionale l’opportunità di formulare e sperimentare nuove tecnologie in grado di fornire energia pulita alle abitazioni, cercando di limitare così l’inquinamento dovuto al settore residenziale.
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SOLATRIUM HOUSE. UN PROGETTO VINCENTE
Il progetto che si è aggiudicato l’edizione cinese del Solar Decathlon 2013, nella categoria “Risparmio ed efficienza energetica”, è denominato Solatrium House e nasce dalla collaborazione di tre università, due americane ed una europea. Il filo conduttore del progetto ideato dal team internazionale è stato quello di ideare una casa funzionale, confortevole ed accogliente ma soprattutto autosufficiente dal punto di vista dei consumi di energia primaria, in grado di compensare totalmente il fabbisogno energetico con gli apporti gratuiti del sole.
La costruzione è contraddistinta dalla presenza di un grande atrio centrale, uno spazio comune ed ospitale, interno alla residenza, che ha il compito di fornire luminosità agli ambienti riducendo la necessità di luce artificiale.
L’apertura intrinseca del progetto con aree private rilassanti fa sì che il Solatrium sia un vero e proprio diaframma di separazione tra il mondo frenetico esterno ed il comfort di un ambiente interno, caratterizzato da una temperatura costante e da un sottile strato di isolamento che garantisce elevate prestazioni di isolamento acustico e di sicurezza antincendio.
Solatrium house è pertanto un progetto sostenibile, economico, di facile manutenzione, progettato per durare nel tempo, in grado di massimizzare lo sfruttamento della più grande risorsa energetica presente sulla terra: il sole.
BE–MA–NY: UN TEAM INTERNAZIONALE
Il progetto Solatrium house nasce dalla collaborazione e dalla partecipazione attiva di oltre 40 persone tra studenti, tecnici, professori e ricercatori di tre grandi ed importanti atenei: l’Università di Ghent del Belgio, il Worcester Polytechnic Institute del Massachusetts ed il Poly NYU di New York.
Ognuna di queste scuole ha offerto la propria competenza e la propria specializzazione per il progetto comune. Gli studenti fiamminghi, oltre alla costruzione della casa, hanno offerto il proprio contributo in fase di analisi strutturale; gli ingegneri del WPI hanno esaminato i materiali in relazione alla loro sicurezza antincendio e lavorabilità ed hanno realizzato il prototipo di casa; il NYU–Poly ha prodotto una speciale pavimentazione che è in grado di catturare il calore esterno e di rilasciarlo gradualmente quando le temperature si abbassano, agendo in tal modo sulla regolazione dei livelli di temperatura interni.
IL CONTRIBUTO ITALIANO
Uno degli artefici del successo del progetto del Solar Decathlon è il prof. Umberto Berardi – Assistant professor presso il Civil and Environmental Engineering Department del Worcester Polytechnic Institute, esperto di acustica, sostenibilità ed efficienza energetica in edilizia.
Professore, dopo un dottorato presso il Politecnico di Bari, la scuola interpolitecnica ed un master in Inghilterra, ha deciso di collaborare in modo continuativo con i principali atenei americani. Ma è così difficile fare ricerca, soprattutto in un settore come quello dell’ecosostenibilità in edilizia, in Italia?
Prof. U. Berardi: No niente affatto. In Italia i temi delle costruzioni sostenibili sono ad uno stadio più avanzato che negli Stati Uniti. Ciò che però rappresenta una differenza sostanziale è la capacità di nuovi investimenti, specie in settori come la green economy e la bioedilizia. Dopo la crisi del 2008–2010, le principali università americane hanno cominciato ad offrire nuovi corsi di studio, aprire laboratori e attrarre una crescente quantità di ricercatori esperti in temi quali la sostenibilità, la bioedilizia, i nuovi materiali e le nuove tecnologie per l’ambiente costruito.
Viceversa, in Italia, colpa di una crisi ancora molto forte, vi è una ormai cronica ristrettezza di finanziamenti, e le università versano da diversi anni in una condizioni tali da essere obbligate a chiudere corsi di laurea e dottorati di ricerca. In questo contesto, diventa quindi molto facile per molte persone con un dottorato di ricerca continuare le proprie attività di ricerca oltreoceano. Dopo il master in Inghilterra ero tornato in Italia per il dottorato al Politecnico di Bari; lavoravo in un dipartimento che ormai non esiste più. Colpa della crisi. Spero che quanto prima si capisca che si deve ripartire dall’innovazione, da nuovi settori che pongano al centro i molteplici aspetti della sostenibilità, e magari da forze nuove.
Come si vive la contraddizione di un Paese come gli Stati Uniti che investe nella ricerca per l’efficienza energetica e poi non fa parte degli stati firmatari del Protocollo di Kyoto?
Prof. U. Berardi: Gli Stati Uniti sono un Paese la cui economia definisce le scelte politiche e molto spesso anche quelle ambientali. Sono anche un Paese in cui la libertà d’azione e l’indipendenza sono principi non derogabili. Sono convinto che riusciranno presto a imporre a tutti i livelli una crescente attenzione all’ambiente. Non solo per le scelte dell’amministrazione Obama, ma soprattutto perché tutti stanno capendo che la difesa dell’ambiente è un valore in cui vi è anche la possibilità di generare profitti (molte persone nel mio dipartimento si occupano di infrastrutture civili resistenti ai cambiamenti climatici, un tema che dovrebbe essere importate anche in Italia). Inoltre l’efficienza energetica significa anche garantire l’indipendenza degli Stati Uniti dalle importazioni estere.
Qual è la sua opinione sugli interventi promossi dall’Unione Europea su temi riguardanti la sostenibilità ambientale? Sono sufficienti?
Prof. U. Berardi: L’Europa non può essere quell’ente lontano che è stato finora. L’Europa non può essere più un concetto relegato a Bruxelles. Deve iniziare a pervadere i territori. Dovrebbero aprirsi agenzie nazionali e regionali, uffici e task group con il preciso compito di offrire supporto e monitorare le modalità di applicazione delle direttive europee nei territori. L’Europa non è stata capace di diventare local… è troppo lontana dai cittadini.
Perché, secondo Lei, ancora oggi c’è una netta differenza tra le politiche ambientali del nord e quelle del sud Europa? È colpa solo della classe dirigente o è anche una questione culturale?
Prof. U. Berardi: È questione culturale soprattutto. Penso che tuttavia le classi dirigenti locali siano troppo lontane dai temi di politica ambientale. Basta girare l’Italia per capire che troppe iniziative ancor oggi si realizzano con standard desueti di almeno un decennio. Quante nuove costruzioni non hanno fonti energetiche rinnovabili? Bene… sono scettico sulla capacità di rispettare nei prossimi 7 anni l’obbiettivo degli zero energy buildings.
La scelta dell’uso degli incentivi per la diffusione di sistemi ad energia rinnovabile, negli ultimi anni ha, di fatto, sensibilizzato l’opinione pubblica sull’importanza (per molti solo economica) di un uso razionale delle fonti energetiche. Per quanto riguarda le costruzioni edilizie, quanto è importante una progettazione intelligente del sistema edificio/impianto? Il concetto di Zero Energy Building è un’utopia?
Prof. U. Berardi: Il concetto di ZEB è una realtà. Lo si può fare e lo si deve fare. Ma serve capire che è un processo di apprendimento collettivo. Non deve essere solo motivato dal business di un incentivo (che penso faccia molti danni, specie quando si focalizza su grandi impianti).
Se ancora oggi vediamo nuovi edifici ergersi senza un pannello fotovoltaico dovremmo iniziare a sollevare qualche dubbio su quel costruttore e sul quell’ufficio tecnico. Il profitto dell’efficienza energetica ci deve essere (e difatti c’è). Tuttavia affinché generi un cambiamento culturale, la collettività deve iniziarlo a percepire come l’unico standard possibile.
Il progetto del Solarium House si è sviluppato su diversi step temporali. La fase di costruzione presso il Worcester Polytechnic Institute si è svolta tra dicembre ed aprile, a maggio è iniziato il viaggio per portare tutta l’attrezzatura ed i componenti a Datong, in Cina, che si è concluso nel mese di luglio. Sono bastati otto giorni per ricostruire il Solatrium per essere pronti per l’esposizione pubblica del mese di agosto. Lei è uno dei responsabili del progetto Solatrium House. Ha seguito costantemente gli sviluppi delle attività ed è stato sempre in contatto con gli studenti. Ci racconti la sua esperienza.
Prof. U. Berardi: È stato un progetto collettivo che ha coinvolto una cinquantina di persone direttamente coordinate dal direttore di dipartimento, il prof. El–Korchi. È stata un esperienza di collettivo che ci impegna ancora ora, nonostante la competizione sia ormai finita. Penso che sia importante evidenziare il contributo dato gratuitamente da tante persone e studenti che hanno lavorato nel loro tempo libero, e hanno supportato la raccolta fondi e le sponsorizzazioni che hanno permesso questo progetto.
Prima della competizione, sono stati svolti dei meeting preparatori in Cina cui hanno partecipato alcuni studenti e infine quasi 40 persone (tra studenti e docenti) sono andati in Cina dove hanno vissuto per quasi un mese con tutti i componenti degli altri 21 team. Penso sia stata un‘occasione unica di scambio e arricchimento culturale.
Il suo lavoro e quello del suo team è risultato aver soddisfatto al meglio il requisito dell’efficienza energetica, essendo un edificio positivo e vincendo la relativa categoria. Quali sono le caratteristiche che deve avere un progetto vincente?
Prof. U. Berardi: Le case devono utilizzare l’energia solare come unica fonte energetica. Tuttavia lo scambio sul posto garantisce di evitare l’utilizzo di accumuli elettrici locali.
Quali sono i requisiti necessari richiesti dalla giuria internazionale del concorso?
Prof. U. Berardi: La competizione si basa su dieci criteri, da qui il nome Decathlon. Per l’edizione 2013, le abitazioni sono state valutate in base all’architettura, ingegneria, sostenibilità economica e commerciabilità, comunicazione, condizioni di comfort, applicazioni solari, acqua calda, efficienza degli elettrodomestici, funzionamento della casa, ed efficienza energetica. Le case sono valutate da un giuria internazionale che utilizza anche misure durante tutto il periodo della competizione, per criteri come l’illuminamento, la temperatura, l’umidità, l’efficienza degli elettrodomestici, il consumo energetico e la produzione dei pannelli fotovoltaici.
L’idea dell’atrio centrale per sfruttare gli apporti solari e per dotare la casa di uno spazio, al tempo stesso, aperto con l’esterno ed in grado di garantire un buon livello di privacy, è frutto delle sue origini mediterranee?
Prof. U. Berardi: In realtà è stata un’idea di un mio collega, il prof. Van Dessel, che era anche l’architetto della casa. Poi assieme abbiamo ottimizzato la forma, lavorato sulla copertura per favorire la ventilazione naturale e infine sull’illuminamento all’interno dell’atrio coperto. L’utilizzo di programmi di simulazione dinamica è stato fondamentale perchè ha permesso di selezionare con esattezza le prestazioni che volevamo da ciascun materiale.
La casa è dotata di un impianto fotovoltaico da 11 kW per garantire un adeguato approvvigionamento di energia elettrica, ma il vero punto di forza è il concetto di “casa passiva”
Prof. U. Berardi: Abbiamo lavorato molto sui concetti di comportamento passivo. La casa è innovativa soprattutto nel design, nella gestione della ventilazione naturale, dei carichi termici solari gratuiti. Tuttavia mi piace far presente che la casa è dotata di elettrodomestici di ultimissima generazione, a volte ancora non sul mercato, con altissime efficienze.
Molto interessante la sperimentazione sull’utilizzo, per l’atrio, di una pavimentazione in grado di assorbire le radiazioni solari per poi ridistribuirle, sotto forma di calore, quando si abbassa la temperatura. Questa soluzione, unita alla coibentazione delle pareti perimetrali, garantisce un adeguato comfort termico.
Quali soluzioni sono state adottate, invece, per il raffrescamento?
Prof. U. Berardi: Per controllare e mitigare gli effetti dell’elevata energia solare che entra attraverso le finestre della Solatrium House abbiamo sviluppato mattonelle di cemento con materiali a cambiamento di fase (PCM). Il PCM selezionato, PCM organico privo di formaldeide, garantisce una maggiore capacità termica per temperature prossime a condizioni di comfort, dato che la temperatura di transizione di questo PCM è attorno ai 23 °C. Si tratta di una paraffina micro–incapsulata che garantisce che il passaggio di fase avvenga nelle capsule. Queste piastrelle hanno abbassato la temperatura interna di diversi gradi °C nelle ore più calde. Un impianto di climatizzazione con split ad elevato SEER (pari a 27) ha permesso, inoltre, di ottenere condizioni di comfort con consumi energetici minimi.
Il progetto del Solatrium House è un esempio di costruzione realizzata con elementi prefabbricati. Sono stati utilizzati diversi sistemi tecnologici. Una travatura reticolare per la realizzazione della copertura dell’atrio interno e pannelli sandwich per le partizioni verticali che garantiscono un elevato isolamento termico ed acustico. Come si comporta un tale modello se sottoposto ad azioni e carichi eccezionali?
Prof. U. Berardi: La Solatrium House è costruita con pannelli sandwich di polimeri fibro–rinforzati (FRP) e una matrice centrale di poliisocianurato (PIR). Una delle caratteristiche di questi pannelli sandwich è l’uso di inserti in fibra che collegano le due lastre esterne di FRP, rendendo i pannelli più forti rispetto a pannelli sandwich tradizionali. I pannelli adottati hanno uno spessore di soli 9 centimetri, sono molto leggeri e hanno una bassissima conducibilità termica. Prove in laboratorio hanno permesso di ottenere tutti i parametri utilizzati nelle differenti simulazioni (meccaniche, termiche e di resistenza al fuoco). Il comportamento al fuoco è stato ottimizzato con un impianto sprinkler e pellicole ritardanti. La casa soddisfa sia la legislazione americana che quella cinese.
Il lavoro e la partecipazione al concorso è stato finanziato da privati ed enti pubblici internazionali. Si è stimata una spesa di $320.000 per la costruzione.
Un buon prezzo se si considera l’elevato grado di efficienza sotto il punto di vista energetico e tecnologico per una casa di circa 125 mq composta da due camere da letto, cucina, bagno, locale lavanderia, salotto, sala da pranzo ed atrio.
È possibile ipotizzare un trasferimento dell’idea progettuale in un mercato reale? Solatrium House è un modello riproducibile su larga scala?
Prof. U. Berardi: Spero di sì. Il prezzo non è troppo elevato se si pensa all’impianto fotovoltaico da 11 kW o al fatto che la casa che abbiamo progettato non è tornata negli Stati Uniti. Un costruttore cinese ha inteso acquistarla. Stiamo ora lavorando con diversi costruttori cinesi per consulenze tecniche che mirano a rendere più sostenibili i loro progetti. Il mercato cinese è stato molto reattivo a questa edizione del Solar Decathlon. Le economia di scala che si potrebbero realizzare mi fanno pensare che la casa potrebbe facilmente essere costruita con non più di €130.000; a questo vi sono da aggiungere costi di progettazione, costo del terreno ed (eventuali) profitti.
Un’ultima considerazione, quale consiglio/suggerimento si sente di dare ai giovani studenti e/o professionisti che credono fortemente nell’importanza di un cambiamento delle tecniche costruttive tradizionali in favore di sistemi tecnologici più efficienti ma che, molto spesso, si scontrano con la dura realtà lavorativa poco incline alle novità?
Prof. U. Berardi: Cercate di non perdere di vista ciò che succede intorno a voi, in altre regioni, in altre nazioni e altri continenti. Siamo in un mondo globale. È importante che l’esperienza locale nella quale ogni giorno vi confrontate non riduca il vostro sogno per un futuro diverso. Il cambiamento delle tecniche costruttive ha sempre impiegato decenni. Che lo si voglia o no, sono convinto che arriverà presto, perché è nell’aria e perché i cambiamenti oggi sono molto più rapidi di quanto non immaginiamo. Anche nel lento settore dell’edilizia, che due noti professori considerarono come l’industria che Dio ha dimenticato e la rivoluzione industriale ha trascurato, sono convinto che la rivoluzione della bioedilizia è dietro l’angolo. Basta coltivare le proprie passioni.
