Un edificio intelligente alimentato da energie rinnovabili e gestito con il supporto dell’IoT e un cappotto verde per gli edifici che riduce di oltre 1 °C la temperatura dell’aria in città.
Sono i risultati di due recenti progetti dell’Enea sviluppati nell’ambito dell’edilizia, uno dei settori più complessi da rinnovare in chiave sostenibile nel necessario processo di decarbonizzazione nazionale ed europeo.
Secondo le analisi della Commissione Europea il settore delle costruzioni è responsabile del 40% della domanda di energia primaria nell’Ue e del 36% delle emissioni.
In Italia il settore residenziale contribuisce per il 27,9% alla domanda di energia e per il 24,2% alle emissioni climalteranti.
Un dato che rischia di aumentare se teniamo presente le stime dell’ONU, secondo cui entro il 2050 la popolazione urbana sarà il 68% rispetto a quella globale (nel 2016 la percentuale era del 54%).
Secondo le Nazioni Unite, la crescente urbanizzazione modificherà l’equilibrio termico naturale dando luogo a un ulteriore aumento delle temperature urbane superficiali, pari in media a 0,12 °C in estate entro il 2100.
Anche per questo il lavoro dell’Enea si sta concentrando sulla decarbonizzazione e l’efficientamento energetico degli edifici.
L’edificio smart
Il primo progetto Enea di cui vi parliamo riguarda un edificio dotato di impianto fotovoltaico con accumulo (nella foto in alto), serramenti e sistemi di oscuramento automatizzati e sistemi avanzati IoT per il controllo dei flussi energetici, con benefici in termini di riduzione degli scambi con la rete elettrica e dei costi in bolletta.
Il prototipo sperimentale di questo edificio “smart”, in grado di dialogare con la rete elettrica, si trova presso il Centro Ricerche Enea Casaccia (Roma) ed è stato realizzato per offrire servizi integrati e flessibili ai cittadini nell’ambito del programma “Ricerca di Sistema Elettrico”, finanziato dal Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica.
L’edificio è dotato di dispositivi che permettono di acquisire in tempo reale ingenti quantità di dati che vengono rielaborati per definire strategie di controllo, ottimizzare da remoto i flussi energetici del sistema edificio-impianti e ridurre i consumi di energia.
Il fabbisogno di energia dell’edificio viene gestito in modo dinamico in base a diversi fattori: la produzione dell’impianto fotovoltaico, la disponibilità di carica nella batteria, le richieste provenienti dalla rete elettrica, ad esempio in caso di picchi o di congestioni, o in base ai segnali di prezzo dell’energia generalmente forniti dal mercato con circa un giorno di anticipo.
Presso lo stesso edificio è stato sviluppato un primo proof-of-concept basato su tecnologia blockchain, poi replicato anche su IBSI (Italian Blockchain Services Infrastructure), un progetto sperimentale nato dalla collaborazione di soggetti del mondo pubblico e privato con l’intento di promuovere lo sviluppo di servizi di pubblica utilità.
La soluzione prevede che, a partire dai dati energetici monitorati, venga simulato un approccio in grado di stimolare i membri di una comunità energetica a comportamenti virtuosi, per incentivare l’autoconsumo di energia rinnovabile e la gestione flessibile degli edifici.
Il sistema funziona sulla base di dinamiche di premialità/penalità, incentrate sull’autoconsumo e sul PUN (Prezzo Unico Nazionale), e quantificate mediante token da impiegare per certificare e valorizzare le transazioni energetiche virtuali tra i membri della comunità energetica.
Qui un’infografica elaborata da Enea che descrive la logica di funzionamento dell’edificio dal punto di vista energetico:
Un cappotto verde per l’edificio
Il secondo progetto presentato recentemente da Enea riguarda alcune analisi svolte su edifici dotati di cappotti verdi. Secondo lo studio, pubblicato su Energy and Buildings, durante l’estate il ‘cappotto verde’ sugli edifici ridurrebbe di oltre 1 °C la temperatura dell’aria in città.
La ricerca ha valutato inoltre l’efficacia di un impiego diffuso di tetti e muri esterni ricoperti di vegetazione contro le isole di calore in zone urbane densamente abitate a Roma e Torino, prendendo in considerazione principalmente una tipica giornata estiva.
I ricercatori Enea del Dipartimento di Efficienza energetica hanno simulato tre scenari di mitigazione.
A Roma, lo scenario più favorevole all’abbattimento delle temperature prevede 12mila mq di tetti verdi in combinazione con 60mila mq di facciate verdi, con cui è stata calcolata una riduzione media della temperatura di 0,33 °C, con punte fino a 1,17 °C alle ore 15.
Il merito di questo abbattimento della temperatura – spiega una nota stampa Enea – deve essere attribuito soprattutto alle pareti verdi che aumentano la loro efficacia in modo proporzionale all’altezza dell’edificio; i tetti verdi estensivi, invece, risultano inefficaci nel mitigare direttamente il riscaldamento urbano quando sono installati su edifici alti dai 20 metri in poi, ma sono molto utili per ridurre la temperatura interna dell’abitazione e, di conseguenza, l’uso della climatizzazione.
A Torino si è registrata, invece, una riduzione della temperatura esterna dell’aria di circa 0,5 °C in due scenari che prevedevano rispettivamente 6mila mq di living wall e altrettanti di facciate verdi sugli edifici. In entrambi i casi le abitazioni si trovavano lungo un canyon urbano, parallelo alla direzione principale del vento, condizione in grado di dissipare il calore accumulato.
Se queste stesse soluzioni vengono impiegate in canyon urbani orientati perpendicolarmente alla direzione principale del vento, la loro efficacia si riduce sensibilmente; ciò perché l’entità della mitigazione dell’isola di calore dipende da tanti fattori come clima, meteo, geometria urbana, scala di applicazione, tecnologie e specie vegetali utilizzate.
In questo progetto le piante utilizzate per i tetti verdi sono: il sedum, che raggruppa varie piante perenni in grado di crescere senza problemi in ambienti caldi, aridi e rocciosi, l’edera per le facciate e la felce comune per i living wall.
La ricerca Enea ha evidenziato inoltre che, durante le ondate di calore, le diverse forme di cappotto verde hanno un’efficacia leggermente inferiore a quella registrata durante una tipica giornata estiva, in quanto questo fenomeno climatico estremo riduce il potenziale di raffrescamento delle piante a causa della chiusura degli stomi, le piccole ‘bocche’ presenti sulle foglie che consentono lo scambio gassoso fra interno ed esterno del vegetale, favorendo in particolare l’entrata di anidride carbonica utilizzata per la fotosintesi e la fuoriuscita di ossigeno e vapore acqueo.
