La facciata modulare con tecnologia dei sistemi integrati fornisce agli edifici energia rinnovabile

Vista esterna della facciata modulare RE con un elemento fotovoltaico a tutta altezza. Attestazione: Fraunhofer-Gesellschaft

Il tasso di ristrutturazione nel settore edile è ancora troppo basso per raggiungere la transizione energetica entro la data obiettivo fissata dal governo federale tedesco. Tuttavia, un maggiore utilizzo di componenti prefabbricati può aiutare ad accelerare questo processo. I ricercatori del Fraunhofer Institute for Building Physics IBP e del Fraunhofer Institute for Energy Economics and Energy System Technology IEE stanno sviluppando un modulo per facciate che integra le apparecchiature tecniche dell’edificio e le fornisce energia rinnovabile per riscaldare, raffreddare e ventilare le stanze adiacenti. Ciò è reso possibile da un impianto fotovoltaico integrato nella facciata modulare per la fornitura di energia, una minipompa di calore per il riscaldamento e raffrescamento e un’unità di ventilazione decentralizzata con recupero di calore. Oltre ad essere adatto per la ristrutturazione di facciate esistenti, il sistema può essere utilizzato anche come soluzione sostenibile ed efficiente dal punto di vista energetico nelle nuove costruzioni.

In Germania, gli edifici contribuiscono in modo significativo al consumo energetico complessivo e alle emissioni di gas serra. Gli edifici ottimizzati dal punto di vista energetico con controlli e reti intelligenti, insieme a un approvvigionamento energetico efficiente in termini di costi e rispettoso del clima, sono quindi una componente centrale per garantire una transizione energetica e di riscaldamento di successo. Il fotovoltaico (FV) svolgerà un ruolo chiave nella creazione di un futuro alimentato da energia sostenibile, sia nella ristrutturazione delle facciate degli edifici esistenti che nella riduzione del fabbisogno energetico e del consumo di nuove costruzioni.

I team di ricerca di Fraunhofer IBP e Fraunhofer IEE stanno attualmente sviluppando una facciata modulare RE (energia rinnovabile) per fornire agli edifici energia ecologica, che viene poi utilizzata per riscaldare, raffreddare e ventilare le stanze all’interno. Al centro del modulo c’è un impianto fotovoltaico abbinato a una pompa di calore che funge da generatore di caldo e freddo ad alta efficienza, nonché un’unità di ventilazione decentralizzata con recupero di calore. Tutti i componenti tecnici necessari sono alloggiati nella facciata modulare RE, ottenendo così un alto grado di prefabbricazione. Il ministero federale tedesco dell’economia e dell’energia (BMWi) sta finanziando il progetto di ricerca congiunto. I partner del progetto sono Implenia Fassadentechnik GmbH, che fornisce servizi di ingegneria di progettazione per la facciata modulare RE, Lare GmbH Luft- und Kältetechnik, che sta sviluppando la pompa di calore, e LTG AG, che fornisce servizi nel settore della ventilazione decentralizzata .

Rifacimento facciata minimamente invasivo

Il progetto di ricerca mira a sviluppare una facciata modulare conveniente da utilizzare in progetti di ristrutturazione e nuove costruzioni che, seguendo il principio utilizzato in molte operazioni mediche, consentirà un approccio minimamente invasivo. “Non stiamo rinnovando l’intero edificio, solo la facciata. In futuro, la vecchia facciata sarà sostituita utilizzando nuovi moduli prefabbricati industrialmente con tecnologia di sistema integrata, fornendo una soluzione multifunzionale che soddisfa i più recenti standard energetici”, spiega Jan Kaiser, project manager e scienziato presso Fraunhofer IEE. “Tutte le apparecchiature di riscaldamento, raffreddamento e ventilazione necessarie per gli uffici adiacenti sono integrate nella facciata.”

Poiché i moduli possono essere prefabbricati, possono essere prodotti pronti per l’uso. Ciò fornisce a progettisti e investitori un elevato livello di sicurezza dei costi e un quadro dei costi chiaramente definito. Il cambio formato può essere effettuato in poche ore. Poiché la tecnologia di riscaldamento e ventilazione è già integrata, non è necessario posare nuovi tubi all’interno dell’edificio. La facciata necessita semplicemente di una connessione elettrica per continuare a condizionare e ventilare le stanze durante i periodi senza elettricità FV. Ciò riduce la quantità di lavoro necessaria per l’installazione e la regolazione in loco. Nel caso ideale, non è necessario che gli utenti delle stanze adiacenti si allontanino durante i lavori di ristrutturazione.

La facciata modulare RE è più adatta per l’uso in uffici, edifici amministrativi e scuole costruiti utilizzando il metodo di costruzione del telaio che era comune negli anni ’50, ’60 e ’70. Invece di utilizzare pareti portanti, colonne in cemento armato sostengono le solette. Durante i lavori di ristrutturazione, i vecchi elementi della facciata vengono rimossi e i nuovi moduli dal pavimento al soffitto vengono montati sulla parte anteriore della struttura dell’edificio. Un unico elemento tecnico della facciata modulare RE è largo 1,25 m e profondo 30 cm. Ogni unità può fornire una stanza con una superficie di ca. 24 mq.

La facciata modulare con tecnologia dei sistemi integrati fornisce agli edifici energia rinnovabile

Vista della sala prove dietro la facciata modulare contenente gli strumenti di misura. Attestazione: Fraunhofer-Gesellschaft

Facciata modulare come involucro energetico

L’impianto fotovoltaico integrato crea l’energia necessaria e fornisce energia alla pompa di calore e ad altri componenti. Questa pompa di calore funge sia da generatore di calore che di freddo. È il componente decisivo dell’unità tecnica all’interno della facciata modulare RE e dispone di una regolazione intelligente dei flussi di energia. Da ogni unità di elettricità, può produrre da tre a quattro unità di calore. Utilizzando un ventilconvettore posizionato in un’intercapedine d’aria dietro l’elemento fotovoltaico, la pompa estrae il calore dall’aria esterna e lo rilascia, anche tramite un ventilconvettore, nello spazio adiacente (ufficio) per fornire il riscaldamento. Se è richiesto il raffrescamento invece del riscaldamento, la pompa di calore estrae il calore dall’aria interna e lo scarica all’esterno.

Un sistema di ventilazione integrato e decentralizzato regola i processi di ricambio dell’aria e di recupero del calore. L’attivazione selettiva delle alette d’aria significa che è necessaria una sola ventola, il che riduce al minimo il consumo di energia. L’unità di ventilazione fornita da LTG commuta tra la modalità di aspirazione e di estrazione dell’aria per creare un’azione di “respirazione”. Gli elementi isolanti sotto vuoto proteggono anche dalla perdita di calore.

“La nuova facciata modulare RE fornisce una protezione perfettamente coordinata contro il calore e la luce solare combinata con un basso consumo energetico e un alto livello di comodità per l’utente”, sottolinea Michael Eberl, scienziato presso Fraunhofer IBP che ha lavorato con Jan Kaiser al progetto. Tra il 1950 e il 1990 circa, circa il 25-30 percento di tutti gli edifici per uffici in Germania è stato costruito utilizzando metodi di costruzione a telaio. Insieme, consumano 3200 gigawattora (GWh) di elettricità ogni anno. “Utilizzare la nostra facciata modulare RE ridurrebbe questo a 600 GWh. L’alto livello di prefabbricazione aumenterebbe anche il basso tasso di ristrutturazione di appena l’uno percento all’anno”, spiega Kaiser.

I partner del progetto stanno attualmente testando la versione dimostrativa della facciata modulare RE sulla facciata sud dell’edificio Veru e hanno allestito una sala prove adiacente. Sia il dimostratore che la sala prove sono dotati di un’ampia gamma di strumenti di misura. Questi includono anche fonti interne di calore e umidità controllate tramite timer, che hanno lo scopo di rappresentare gli “utenti” della vita reale e fornire la verifica dell’efficacia funzionale in un reale ambiente d’ufficio. Gli strumenti di misurazione registrano parametri come la temperatura dell’aria, l’umidità e la velocità dell’aria a diverse altezze, nonché il livello di illuminazione, tutti valori che contribuiscono al livello di comfort in una stanza. Vengono inoltre registrati i consumi elettrici dei singoli componenti dell’unità tecnica all’interno della facciata modulare RE, così come i rendimenti dell’elemento fotovoltaico, per il calcolo del bilancio energetico. L’interazione tra tutti i componenti funziona già molto bene, sebbene i singoli elementi siano attualmente ancora in fase di ottimizzazione.


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