La facciata modulare con tecnologia dei sistemi integrati fornisce energia rinnovabile agli edifici: il progetto in Germania

I ricercatori tedeschi stanno sviluppando una facciata modulare a energia rinnovabile per fornire agli edifici energia ecologica, che viene poi utilizzata per riscaldare, raffreddare e ventilare le stanze all'interno

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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 abbinati a un approvvigionamento energetico efficiente in termini di costi e rispettoso del clima sono quindi una componente fondamentale 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 sia 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 a 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 si trova un impianto fotovoltaico combinato con una pompa di calore che funge da generatore di calore 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 a energia rinnovabile, ottenendo così un elevato 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 progettazione per la facciata modulare a energia rinnovabile, Lare GmbH Luft- und Kältetechnik, che sta sviluppando la pompa di calore, e LTG AG, che fornisce servizi nel settore della ventilazione decentralizzata.

Ristrutturazione della facciata minimamente invasiva

Il progetto di ricerca mira a sviluppare una facciata modulare economicamente vantaggiosa 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 ristrutturando l’intero edificio, solo la facciata. In futuro, la vecchia facciata verrà sostituita utilizzando nuovi moduli prefabbricati industrialmente con tecnologia di sistemi integrati, 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 all’interno della facciata“.

Poiché i moduli possono essere prefabbricati, possono essere prodotti pronti per l’uso. Ciò fornisce a pianificatori 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 ha semplicemente bisogno di un collegamento elettrico per continuare la climatizzazione e la ventilazione degli ambienti durante i periodi senza elettricità fotovoltaica. Ciò riduce la quantità di lavoro necessaria per l’installazione e la regolazione in loco. Nel caso ideale, non è necessario che gli utenti nelle stanze adiacenti si trasferiscano durante i lavori di ristrutturazione.

La facciata modulare a energia rinnovabile è più adatta per l’uso in uffici, edifici amministrativi e scuole costruiti utilizzando il metodo di costruzione a telaio comune negli anni ’50, ’60 e ’70. Invece di utilizzare pareti portanti, colonne in cemento armato sostengono le solette del pavimento. Durante i lavori di ristrutturazione, i vecchi elementi di facciata vengono rimossi e i nuovi moduli vengono montati sulla parte anteriore della struttura dell’edificio. Un’unica unità tecnica della facciata modulare a energia rinnovabile è larga 1,25 metri e profonda 30cm. Ogni unità può fornire un locale con una superficie di circa 24m².

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 a energia rinnovabile e dispone di una regolazione intelligente dei flussi energetici. Da ogni unità di elettricità, si può produrre da tre a quattro unità di calore. Utilizzando un ventilconvettore, la pompa estrae il calore dall’aria esterna e lo rilascia nello spazio adiacente (ufficio) per fornire il riscaldamento. Se è necessario 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 dell’aria significa che è necessaria una sola ventola, il che riduce al minimo il consumo di energia. L’unità di ventilazione fornita da LTG passa dalla modalità di aspirazione a quella di estrazione per creare un’azione di “respirazione”.

“La nuova facciata modulare a energia rinnovabile offre una protezione perfettamente coordinata contro calore e luce solare combinata con un basso consumo energetico e un elevato livello di praticità 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% di tutti gli edifici per uffici in Germania sono stati costruiti utilizzando metodi di costruzione a telaio. Insieme, consumano 3200 gigawattora (GWh) di elettricità ogni anno. “L’utilizzo della nostra facciata modulare a energia rinnovabile ridurrebbe questo valore a 600 GWh. L’alto livello di prefabbricazione aumenterebbe anche il basso tasso di ristrutturazione di appena l’uno per cento all’anno, spiega Kaiser.