ISOLAZIONE

Grazie alla sua saliva il baco da seta costruisce un bozzolo ben isolato che protegge la pupa dalle fredde temperature invernali durante la sua metamorfosi. La seta è un materiale molto apprezzato per il suo sottile spessore e per le sue proprietà termiche.

Potenziali di efficienza nel settore degli edifici

Rinnovo sostenibile del vecchio patrimonio immobiliare

Per ottenere il massimo dell'efficienza possibile è ovvio partire proprio dal punto in cui si concentrano il maggiore consumo di energia e il maggiore potenziale di efficienza: il settore degli edifici. Gli istituti di ricerca e i rappresentanti dell'economia edilizia a livello nazionale e internazionale stanno studiando materiali isolanti e nuove tecnologie da adottare per il rinnovo dell'ampio patrimonio di vecchie costruzioni. Tra questi va sicuramente ricordato l'Istituto svizzero di ricerca dei materiali (Empa), sul cui lavoro si concentra la nostra attenzione in queste pagine.

Per la copertura del proprio fabbisogno energetico la Svizzera dipende per tre quarti da importazioni di gas e prodotti petroliferi. Se si considerano anche le energie primarie necessarie per la produzione di elettricità, la dipendenza dall'estero raggiunge addirittura l'80 per cento. Con una percentuale del 46 per cento circa del consumo finale interno di energia il parco edifici svizzero, che conta 1,64 milioni di abitazioni, si colloca tra i primi posti nelle categorie di consumo. Nel 2011 per il riscaldamento in Svizzera sono stati impiegati circa 3,5 milioni di tonnellate di olio combustibile e 3,1 miliardi di metri cubi di gas. L'uso di energie fossili può dunque essere ridotto limitando il fabbisogno di calore.

Un parco edifici antiquato

Per il riscaldamento degli interni e per l'acqua calda gli edifici costruiti tra il 1920 e il 1970 consumano in media oltre 200 kWh all'anno di energia per ogni metro quadro. In seguito alla crisi del petrolio, dall'inizio degli anni '80, sono stati fissati standard edilizi più rigorosi. Il consumo annuo di energia generato con le nuove costruzioni MINERGIE o MINERGIE-P Standard per riscaldamento, raffreddamento, aerazione e acqua calda varia da 30 a 50 kWh per mq, quindi decisamente inferiore rispetto a una costruzione vecchia. Tuttavia ancora oggi la quota dei risanamenti energetici nel settore edilizio rimane molto bassa. Per quanto riguarda l'orientamento delle leggi sull'energia e dei rifacimenti tecnici per le costruzioni nuove si dimentica che il fabbisogno energetico degli edifici, in una prospettiva a lungo termine, viene determinato dalle costruzioni realizzate prima del 2000 (cfr. grafico a pag. 17).

Un approccio efficace consiste nel risanare in maniera sostenibile il vecchio patrimonio edilizio, che presenta un elevato consumo di energia. Anche la Confederazione ha individuato nel settore degli edifici un grande potenziale di efficienza e pone in questo settore uno degli accenti della sua strategia energetica. Per ridurre di 28 TWh il consumo energetico globale degli edifici entro il 2050 (nonostante la tendenza vada in senso contrario) si dovrà aumentare nettamente la quota dei risanamenti energetici del parco edifici esistente. Come è possibile raggiungere quest'ambizioso obiettivo nella pratica?

Attualmente i costi dell'energia sono troppo bassi per rendere sensato il risanamento di edifici sotto l'aspetto strettamente finanziario. Un rifacimento complessivo invece può creare valore aggiunto in materia di comfort e adeguare gli edifici alle esigenze moderne, per quanto concerne i disegni in pianta e la divisione degli ambienti. Un risanamento completo comprende tutti gli aspetti dell'abitare: dall'approvvigionamento energetico all'aerazione, dalla divisione degli ambienti e l'ottimizzazione della luce, all'isolamento termico e all'impiantistica.

Intonaco speciale ad alto isolamento

Il maggior potenziale di ottimizzazione in materia di riscaldamento è l'isolamento termico. Per limitare la perdita di calore attraverso l'involucro dell'edificio si possono utilizzare diversi materiali e componenti. Se si vuole mantenere inalterato l'aspetto della facciata di un edificio storico, la soluzione migliore è un rivestimento interno con intonaco isolante. Inoltre nei vani scala pieni di spigoli, negli archi e nei muri di sostegno il rivestimento in intonaco è molto più facile da realizzare rispetto all'applicazione di pannelli isolanti, molto difficili da tagliare. L'Istituto svizzero di ricerca dei materiali (Empa - cfr. box a pag. 19) ha messo a punto insieme a un altro partner industriale un intonaco a base di aerogel, con proprietà isolanti migliori rispetto al tradizionale pannello in polistirolo. Per il suo aspetto l'aerogel viene detto anche «fumo ghiacciato» e deve le sue proprietà isolanti principalmente alla bassa densità: il materiale è composto al cinque per cento da silicati, il resto è aria. È un prodotto minerale, che può essere utilizzato senza alcun problema negli interni perché non provoca la formazione di sostanze organiche nocive. Questo speciale prodotto è sul mercato dalla fine del 2012 e introduce un'importante novità tecnologica nell'isolamento termico.

Accumulo chimico di calore

Un altro approccio consiste nel cercare una soluzione per riuscire a «conservare» per i mesi invernali il calore in eccesso accumulato durante i mesi estivi. La radiazione globale, quindi i raggi del sole diretti e diffusi, ha un andamento contrario alla curva del riscaldamento annuale: quando il fabbisogno di calore è elevato la radiazione globale è bassa, e viceversa. Oggi l'energia solare in eccesso va persa perché le tecnologie per l'accumulo di calore a lungo termine sono ancora in fase sperimentale. Gli studi specialistici cercano di sfruttare l'energia acquisita per mezzo di celle solari per creare la concentrazione di una soluzione di idrossido di sodio (NaOH). Per generare calore la soluzione viene di nuovo addizionata con acqua e con questo processo si sprigiona il calore immagazzinato. Il vantaggio di questo sistema, basato su un principio di accumulo chimico, consiste nel fatto che il calore può essere accumulato senza perdite. È dunque un metodo ad altissima efficienza. Tuttavia rimane ancora senza risposta la domanda di quanto costi un chilowattora di calore accumulato, ragion per cui il percorso verso la commercializzazione richiederà ancora molto tempo.

Rinnovo edilizio sostenibile invece di manutenzione puntuale

Il tradizionale rinnovo di edifici spesso corrisponde a una manutenzione piuttosto che a una modernizzazione per le future generazioni. Invece di rimettere in sesto un edificio con un approccio lungimirante, gli interventi si concentrano su singoli e urgenti provvedimenti mirati a non assottigliare inutilmente la rendita di un immobile. Si dimentica che dopo 50 anni di uso e di modeste spese di manutenzione è necessario fare interventi massicci in un edificio, affinché lo si possa utilizzare in modo appropriato per altri 50 anni.

Alla luce di questa situazione l'Empa ha partecipato al progetto «CCEM-Retrofit», nel quale insieme ai partner dell'industria sono state studiate alcune soluzioni per un rinnovo sostenibile di case plurifamiliari e insediamenti residenziali. Il principio che se ne ricava è semplice: sull'edificio esistente viene collocato un involucro nuovo, completamente prefabbricato. Il nuovo involucro consente di realizzare e integrare nuove strutture e costruzioni annesse, che ne possano accrescere il valore. Questa soluzione offre inoltre la garanzia che l'edificio, dopo il rinnovo, sia conforme ai più elevati standard di efficienza energetica e comfort. Di norma l'involucro esterno della costruzione vecchia, che solitamente è realizzato in muratura, viene utilizzato come struttura portante per il nuovo rivestimento della facciata. Lo strato isolante viene utilizzato per integrare un sistema d'aerazione. In questo modo si possono evitare complessi e onerosi lavori di rifacimento all'interno dello stabile. Per realizzare gran parte degli elementi in fabbrica, le misurazioni dell'edificio esistente vengono effettuate con una tecnologia laser ad altissima precisione. La struttura prefabbricata dei moduli per il rinnovo comporta diversi vantaggi: consente un processo di costruzione semplice e un buon coordinamento dei lavori. Gli interni possono continuare a essere abitati indisturbatamente mentre i lavori sono in corso.

Dalla singola costruzione al sistema urbano intelligente

Ancora maggiore efficienza la si può ottenere se il rinnovo non avviene solo a livello del singolo edificio, ma viene esteso a un'unità di maggiori dimensioni. A tal fine si deve rilevare la tipologia degli edifici di un quartiere. Può essere opportuno identificare alcuni edifici che devono essere demoliti e sostituiti con una nuova costruzione a efficienza energetica. Altri edifici vengono rinnovati completamente con il procedimento sopra descritto. Gli edifici storici protetti possono forse essere utilizzati per l'accumulo stagionale di calore, dal momento che questi edifici spesso dispongono dello spazio necessario. Gli edifici vengono collegati tra loro attraverso il cosiddetto sistema «energy hub». Nel punto nodale dell'energia del quartiere vengono convogliate le diverse funzioni della gestione dell'energia: la distribuzione e la conversione fino all'accumulo di calore, freddo ed elettricità. Gli impianti di produzione rinnovabili decentrati possono essere collegati al punto nodale e rilevare una parte dell'approvvigionamento elettrico. Se nei singoli edifici o nelle unità di consumo vengono installati anche moduli di controllo e di comunicazione, il consumo all'interno del quartiere può essere compensato in maniera ottimale e adeguato alla produzione variabile. Si forma quindi una rete flessibile che funziona come una centrale elettrica virtuale (cfr. anche articolo a pagina 20-21).

Diversi quartieri con sistema energetico intelligente possono essere collegati tra loro in unità intelligenti di maggiori dimensioni. In questo modo interi quartieri urbani e agglomerati possono essere collegati alla rete elettrica regionale, che a sua volta è collegata alla rete nazionale. L'obiettivo è sempre quello di mantenere il flusso energetico al livello più basso possibile. Il modello di approvvigionamento del futuro si basa sul principio di sfruttare quanto più possibile a livello regionale la produzione decentralalizzata e irregolare delle nuove energie rinnovabili: distribuirla in caso di necessità o accumularla in caso di eccedenza. Ciò consente di ridurre i potenziamenti della rete, tuttavia non elimina la necessità di una «supergrid» con elevate prestazioni, con la quale si può trasportare l'elettricità su lunghe distanze.

Intervista con il dr. Peter Richner, Vicedirettore EMPA, Capo del dipartimento di ingegneria meccanica e delle costruzioni

«Un rinnovo completo genera valore aggiunto»

Quali sono i vantaggi dell'approccio perseguito nel CCEM-Retrofit per il rinnovo dell'edilizia abitativa rispetto a un rinnovo di tipo tradizionale degli edifici?

In un rinnovo completo, oltre al potenziamento energetico vengono considerate anche le esigenze moderne di uno spazio abitativo. Inoltre il nostro approccio consente di ampliare la superficie abitativa, per esempio trasformando i balconi in giardini d'inverno. Nei due progetti pilota il tetto esistente è stato rimosso e sostituito con un altro appartamento. Di fatto la convenienza economica dei progetti dipende da questo spazio abitativo aggiunto.

Come si fa a convincere i proprietari degli edifici – a prescindere da incentivi finanziari e fiscali – a modernizzare completamente le vecchie costruzioni?

Molte case plurifamiliari realizzate tra il 1950 e il 1970 sono in una bella posizione, ma non soddisfano più le aspettative moderne in materia di comfort ed efficienza energetica e senza dubbio non rientrano più nella categoria top tra gli edifici. Con un rinnovo completo potrebbero essere reintegrati in questa categoria. In questo modo il proprietario avrà di nuovo un immobile che soddisfa i requisiti moderni e genera una congrua rendita.

Qual è la procedura migliore che il proprietario di una casa deve seguire per decidere tra manutenzione, rinnovo completo o costruzione sostitutiva? Esistono forme di aiuto per la decisione?

Con il «Retrofit Advisor» abbiamo creato uno strumento che consente al proprietario di una casa plurifamiliare di individuare facilmente il potenziale del suo immobile. Le opzioni «rinnovo a colpi di pennello», rinnovo completo con il principio Retrofit e nuova costruzione sostitutiva vengono confrontate tra loro sotto l'aspetto economico, ecologico e dell'impatto sociale. L'utente può fare alcune considerazioni e mettere a confronto diverse varianti. Questa prima analisi serve quale base per il progetto dettagliato. Al momento stiamo lavorando per allargare il Retrofit-Advisor nell'ambito di un progetto di ricerca europeo e per trasportarlo su una piattaforma internet.

Vi sono già spunti nella pratica su come si possano mettere in atto le ottimizzazioni energetiche a livello di quartieri o di intere zone cittadine?

Sì, primi spunti ci sono già e diverse aziende elettriche municipalizzate si stanno muovendo in questa direzione. Tra i quesiti centrali ai quali non è stata data una risposta conclusiva vi sono la dimensione ideale dell'interconnessione , le soluzioni tecniche che devono essere messe in atto nel sistema energy hub, la tecnica di regolazione e naturalmente anche questioni giuridiche come «Vi è un obbligo di allacciamento?», «In che modo vengono fatti i conteggi?» e così via.

La velocità d'innovazione nel settore dell'edilizia è mediamente bassa. Che cosa serve per trasferire la tecnologia in maniera efficace?

Gli investimenti nell'edilizia sono di norma molto cari e proiettati sul lungo termine. Di conseguenza i committenti sono tendenzialmente poco amanti del rischio: si vuole avere la certezza che le soluzioni tecniche proposte funzionino anche nella pratica. Per trasferire i risultati della ricerca nella pratica si incontra un ostacolo di pari dimensioni. La via più efficace per incentivare il trasferimento della tecnologia sono i progetti dimostrativi, nei quali viene dimostrata in condizioni realistiche la funzionalità di nuove soluzioni nella pratica. Per questa ragione l'Empa, insieme ai partner del settore dei Politecnici Federali, ha creato il concetto «NEST». NEST è una piattaforma per la ricerca e lo sviluppo delle tecnologie, nella quale i nuovi risultati di ricerca e sviluppo possono essere sperimentati in scala 1:1 e dimostrati.

Il potenziale di efficienza nel settore degli edifici è pari al 50%. Qual è il potenziale nella mobilità e nell'industria?

Nella mobilità l'efficienza ha fatto grandi progressi, negli ultimi decenni, sotto l'aspetto tecnico. Le caratteristiche principali sono i motori più efficienti, l'ibridizzazione e la costruzione leggera. A mio parere la sfida più grande è rappresentata dal costante aumento della mobilità. Di fatto, tutti i progressi degli ultimi anni sono stati annullati dal maggior consumo.

Sono più ottimista per il settore industriale. Le misure opportune di efficienza economica vengono messe in atto con maggiore rapidità. I nuovi sviluppi tecnici continueranno a favorire questa tendenza. Il settore industriale può svolgere un ruolo importante rispetto alle reti elettriche locali, dal momento che spesso presenta un profilo di carico complementare al settore abitativo. In questo modo le aziende industriali, per esempio, possono fungere da acquirenti dell'elettricità in eccesso e viceversa immettere calore di processo nella rete.

Le misure finalizzate a obiettivi di efficienza energetica sono sufficienti per svincolare il fabbisogno energetico dalla crescita economica e demografica oppure in futuro si dovrà continuare a riflettere sulla sufficienza?

Come mostra l'esempio della mobilità, con le sole misure di efficienza energetica non riusciamo a raggiungere gli obiettivi prefissi. È difficile valutare se noi come società siamo in grado di limitare volontariamente il nostro consumo e quali sarebbero gli effetti economici di un simile passo. A mio avviso dobbiamo continuare a esaminare l'argomento per vedere quali soluzioni sarebbero ipotizzabili e come potrebbero essere accolte dall'opinione pubblica. Se estrapolassimo a livello globale il consumo europeo e nordamericano delle risorse, ci sarebbe subito chiaro che stiamo facendo il passo più lungo della gamba. Il fabbisogno energetico pro capite nei paesi emergenti e in via di sviluppo è solo una piccola frazione del nostro fabbisogno.Il resto dell'umanità ha diritto quanto noi allo sviluppo economico e al benessere. Se nei prossimi anni non raggiungeremo risultati tecnologici del tutto inaspettati, dovremo confrontarci con il problema di un'equa distribuzione dell'accesso alle risorse. Ciò vuol dire solo che dovremmo accontentarci di qualcosa in meno, un passo che non dovrà necessariamente comportare un peggioramento della qualità della vita.

L'Empa è un Istituto interdisciplinare di ricerca e servizi per la scienza dei materiali e lo sviluppo tecnologico del settore dei Politecnici Federali. Per diversi partner industriali l'Empa assume incarichi di ricerca, prepara studi e perizie e si impegna nella formazione universitaria continua e permanente. L'Empa ha sedi a Dübendorf, San Gallo e Thun e impiega circa 940 dipendenti, di cui 140 sono dottorandi. Tra i punti chiave della ricerca vi sono tra l'altro i materiali prodotti con nanotecnologia, i materiali per tecnologie energetiche e le nuove tecnologie di trazione.

Ulteriori informazioni su: www.empa.ch

Per il programma Retrofit: http://www.empa-ren.ch/CCEM-Retrofit.htm

Consumi di energia nel settore abitativo per nuove costruzioni
(fonte: Empa)