Ristrutturare l’edilizia esistente per aumentarne l’efficienza energetica, è uno dei compiti più importanti per la transizione verso la sostenibilità.

Come sappiamo agli edifici, e in particolare alla loro climatizzazione, si deve circa il 40% dei consumi totali delle società avanzate, ma il processo è anche uno dei più complicati da portare a termine.

Le ragioni di questa difficoltà sono abbastanza ovvie: esistono milioni di edifici, condomini, villette, uffici, scuole e altri edifici pubblici, costruiti fra gli anni ‘50 e ‘90, quando l’efficienza energetica non era neanche presa in considerazione in edilizia, che richiedono enormi quantità di energia per essere climatizzati e interventi di ristrutturazione complicati e molto costosi, come stiamo vedendo con quelli consentiti dal bonus 110% in Italia (sia pure, in quel caso, aumentati da varie distorsioni connesse al periodo e allo strumento).

Il problema si pone anche in Germania, dove la ristrutturazione degli edifici procede a passo di lumaca, con interventi che coprono meno dell’1% l’anno. Però i tedeschi, invece che a colpi di bonus, stanno cercando di risolvere il problema con una rivoluzione tecnologica.

In particolare, l’Istituto Fraunhofer, il cui compito è quello di fare da ponte fra ricerca scientifica e applicazione commerciale, sta guidando, con fondi del Ministero dell’Industria e dell’Energia, un team di industrie nello sviluppo di un sistema di ristrutturazione di edifici, volto proprio a velocizzare e abbattere i prezzi di questi interventi (sintesi della ricerca – pdf).

“Ci siamo concentrati sul problema di quegli edifici costruiti con una struttura a ‘scheletro’, cioè costituiti da una cornice di pilastri e travi di cemento armato, tamponato con muri in mattoni, con il tutto poi ricoperto dai pannelli della facciata, molto comune nel XX secolo e particolarmente inefficiente da un punto di vista energetico”, spiega Jan Kaiser, project manager del Fraunhofer.

Finora per ristrutturare questi edifici, si creava un cappotto esterno isolante, per poi procedere alla sostituzione dell’impianto di climatizzazione con uno a pompa di calore, e magari all’installazione sul tetto di pannelli fotovoltaici, per coprire parte dei consumi.

Tre tipi distinti di lavori, che il team del Fraunhofer pensa di sostituire con uno solo.

“L’idea è di intervenire solo sui moduli della facciata, sostituendoli con altri predisposti per le varie funzioni. Per esempio, alcuni saranno moduli isolanti termici, altri faranno da finestre ad alta efficienza e molti ospiteranno moduli FV per l’autoproduzione elettrica. Ma il pezzo forte a cui stiamo lavorando sono moduli che integrano gli impianti di climatizzazione-ventilazione direttamente nella facciata”, dice Kaiser.

Gli ingegneri al lavoro su questo progetto sono riusciti a inserire in un modulo di 1,25 metri per 2, in 30 centimetri di spessore, una pompa di calore aria-aria e un sistema di ventilazione.

Il modulo climatizzante posto sulla facciata e collegato a un termoconvettore appeso al muro interno, e alimentato dal fotovoltaico intorno, è in grado di riscaldare o raffrescare la stanza dietro di esso fino a una superficie di 24 metri quadrati. In caso di stanze più grandi basta accoppiare più moduli.

Ma il sistema può anche cambiare semplicemente l’aria della stanza, usando un sistema di ventilazione dotato di scambiatore di calore per non sprecare energia: una funzione che sarebbe stata preziosa durante la pandemia per rendere più difficile il contagio all’interno di classi scolastiche e uffici.

“Si comprende subito la praticità di questo sistema modulare: una volta smontata la vecchia facciata, si può sostituirla con varie combinazioni dei moduli, dosando quelli fotovoltaici e di climatizzazione sulle varie facciate, più o meno ben esposte, in modo da massimizzare il comfort interno e l’autoconsumo dell’energia”, aggiunge l’ingegnere del Fraunhofer.

“La climatizzazione –  spiega – diventa così flessibile ed efficiente; può essere dosata stanza per stanza a secondo delle esigenze e della stagione. Il tutto senza dover sostituire o installare pompe di calore centralizzate e relativi tubi nei muri, ma solo con piccole aperture fra la stanza e l’esterno per far passare i tubi con l’aria climatizzata e il collegamento all’impianto elettrico, che farà funzionare la pompa di calore e la ventilazione in assenza di sole”.

“Questo consente di minimizzare i lavori di muratura e di poter lavorare con le persone che usano normalmente l’abitazione, le classi o gli uffici. Inoltre, la produzione industriale su larga scala di grandi quantità di moduli tutti uguali ne farà abbassare notevolmente il costo. Sono fattori che renderanno i lavori di ristrutturazione energetica degli edifici molto più veloci ed economici di quelli attuali”.

Secondo i ricercatori, un’innovazione di questo genere potrebbe rivoluzionare veramente la transizione energetica nell’edilizia.

“Si ritiene che circa il 25-30% di tutti gli edifici per uffici in Germania abbiano una struttura a scheletro, e che insieme richiedano 3,2 TWh annui di energia per la loro climatizzazione: se venissero tutti ristrutturati con la nostra facciata modulare, i consumi annui si ridurrebbero a 0,6 TWh annui. Finora era difficile immaginare di arrivare a questo traguardo nei pochi decenni concessi alla transizione, vista la complessità dei lavori, ma con il nostro sistema, la prospettiva diventa più realistica”, dice Kaiser.

I partner del progetto stanno attualmente testando il dimostratore del nuovo sistema modulare, sulla facciata meridionale di un edificio di prova nel centro di ricerche Fraunhofer di Holzkirchen.

I moduli stanno mantenendo il clima desiderato all’interno di alcune stanze dell’edificio, dove la presenza umana viene simulata con resistenze elettriche e umidificatori, mentre un insieme di sensori rileva quanto sia ottimale il comfort interno nelle varie situazioni meteo (in alto a destra l’interno, dietro al modulo inserito nella facciata).

“Dalle prime prove abbiamo verificato che l’interazione di tutti i componenti funziona già molto bene. Ora stiamo passando all’ottimizzazione dei singoli componenti e poi saremo pronti al passaggio alla fase industriale”, conclude Kaiser.

Immagini: Credit @Fraunhofer