L’ampio scenario appena descritto ha voluto delineare alcune tra le principali traiettorie di innovazione verso cui tende la ricerca in-ternazionale, approfondendo le riflessioni in merito alle traiettorie di lavoro intraprese, alle strategie progettuali adottate, alle relazioni che governano il rapporto tra il progetto di architettura e l’integrazione fo-tovoltaica, che nella quasi totalità dei casi caratterizza il mercato delle costruzioni ex novo.
A fronte di questo panorama BIPV in cui il fotovoltaico e le sue possibili applicazioni rappresentano il carattere dominante, le riflessioni che emergono in questa sede entrano nel merito di ulteriori traiettorie di ricerca considerate altrettanto potenziali per il percorso di innovazione intrapreso dal BIPV.
In aggiunta alle nuove visioni estetizzanti del BIPV che rappresen-tano oggi il carattere innovativo più comunemente investigato, in questa sede si vogliono proporre angolature differenti per dare spa-zio a nuovi spunti di riflessione. È stato già ampiamente dimostrato da precedenti studi che il Building Integrated Photovoltaics aumenti il valore di un edificio sotto molteplici aspetti, dalla qualità architet-tonica alla componente economica (ETIP 2019), (PVPS 15 2020), ma è necessario prevedere una capacità di lettura complessiva e pro-fonda del progetto che sappia farsi carico di ulteriori componenti di innovazione.
L’innovazione è unanimemente considerata un elemento fondamen-tale per il rilancio del settore delle costruzioni, sia per la riqualifica-zione del patrimonio edilizio che per la progettariqualifica-zione ex novo ma, al contempo, rappresenta un concetto estremamente ampio e dal carattere molteplice che vede nella capacità di attivare fruttuose co-operazioni tra tutti i soggetti che operano nella filiera, dalla manifattu-ra ai sistemi di gestione, un modello di processo edilizio fortemente innovativo. (Campioli, 2011).
Per semplicità e chiarezza, però, si rimandi il tema del processo a successive sedi del lavoro di tesi1 e si consideri, quindi, come primo assunto che l’innovazione nasce da due fattori, talvolta compresenti, che Nicola Sinopoli2 chiama motori dell’innovazione: da un lato la disponibilità di nuove conoscenze scientifiche, la research push e dall’altro la volontà di rispondere ad un’esigenza, la demand pull.
(Sinopoli, Tatano, 2002)
Seguendo questa logica, è possibile riconoscere nell’urgenza di contenimento dei consumi energetici degli edifici e nella più gene-rale ottica di sostenibilità dell’ambiente costruito una solida demand pull che negli ultimi quarant’anni ha determinato una forte spinta a modificare i criteri della progettazione, imponendo requisiti prestazio-nali da rispettare. La crisi petrolifera del ’73 ed il successivo rincaro dei prezzi del petrolio hanno messo in crisi il settore energetico, un’industria fondamentale per i Paesi Europei e gli Stati Uniti, ponen-do le basi per le prime riflessioni sulla dipendenza da fonti energeti-che di disponibilità limitata. Queste considerazioni sono state suc-cessivamente tradotte nella prima definizione di sviluppo sostenibile che, presentata nel Rapporto Brundtland del 1987, identifica uno sviluppo più consapevole della limitatezza delle risorse naturali e più
1. Si consulti il paragrafo 4.5 Approcci interdisciplinari
2. Nicola Sinopoli, docen-te ordinario di docen-tecnologia dell’Architettura all’Istituto Universitario di Architettura di Venezia, svolge attività di ricerca nei settori del marke-ting strategico, dell’innova-zione e sperimentadell’innova-zione tec-nologica, del processo edilizio e della normativa tecnica.
attento ai consumi energetici; (Brundtland 19879) l’interesse verso le questioni ambientali che si è riversato in modo graduale sul settore edilizio a partire dagli anni ’70 – ’80 viene definito ondata sostenibi-le, quell’arco temporale tuttora attuale in cui si registra un cresciuto interesse verso il contenimento dei consumi energetici, l’orientamen-to degli edifici, la limitazione della produzione di rifiuti, l’impiego di materiali e tecniche a basso impatto ambientale.
(L’attuale interesse verso il contenimento dei consumi energetici non è più strettamente vincolato alla scarsità delle risorse fossili, ma è dettato dalla necessità di ridurre l’emissione dei gas a effetto serra che l’utilizzo di queste stesse risorse fossili libera nell’atmosfera e sta causando il drastico aumento della temperatura media globale).
Tornando all’integrazione del fotovoltaico è chiaro come, deco-struendo questo ampio scenario di sostenibilità dell’ambiente costru-ito ed evidenziando la necessità di un maggiore uso di risorse rinno-vabili nel settore delle costruzioni, la trasformazione del prodotto PV, da modulo fotovoltaico standard a componente progettuale proposto dal BIPV, sia il frutto di un’innovazione tecnologica nata dal bisogno di costruire edifici più efficienti continuando a produrre architettura.
Come anticipato, la principale traiettoria di innovazione attualmente intrapresa risiede nell’aspetto finale del prodotto e nel relativo bino-mio forma – prestazione, ma il ruolo della ricerca non può limitarsi al solo repertorio formale e, confrontandosi anche con filoni trasversali, deve investigare altri aspetti innovativi. È a questo proposito che l’analisi dello stato dell’arte di questo lavoro di tesi varca i confini della trattazione canonica del Building Integrated Photovoltaics, per entrare nel merito di altre possibili interpretazioni e riflessioni.
Si consideri come punto di partenza lo slittamento tematico dell’integrazione fotovoltaica in facciata, ed in senso lato il rap-porto con la componente impiantistica e l’uso di risorse rinnova-bili, dal mercato delle nuove costruzioni a quello della riqualifi-cazione.
Questa riflessione nasce dalla constatazione che la dotazione di un sistema di facciata BIPV, che al tempo stesso contribuisca al mi-glioramento dell’efficienza energetica dell’edificio e rappresenti una soluzione raffinata e coerente con il progetto di architettura,
carat-terizza in netta prevalenza i progetti di nuova costruzione rispetto a quello della riqualificazione3.
Rispetto, quindi, agli scenari descritti nella trattazione prece-dente, la sezione attuale mira a predisporre una panoramica dove collocare quegli interventi di riqualificazione che, seppur non centrali nella più circoscritta visione del Building Inte-grated Photovoltaics comunemente proposta, permettono di costruire ulteriori relazioni tra il tema della riqualificazione, del fotovoltaico integrato e delle relazioni con altri sistemi impianti-stici, al fine di far emergere maggiori riflessioni.
Tra queste riflessioni si colloca una considerazione tecnica dal carattere elementare: di tutta la radiazione solare che investe le celle fotovoltaiche di un pannello PV, nella migliore delle ipotesi solo il 20% viene trasformato in energia elettrica mentre la restante parte è calore. (bipv.ch) Secondo le nozioni di termodinamica, però, il calore non è altro che energia termica che si propaga per l’effetto di una differenza di temperatura e, come tale, potenzialmente impiegabile nell’ottica del Green Deal Europeo e di edifici nZEB come ulteriore fonte di energia. Rispetto a questa logica di produzione energetica, le analisi prestazionali effettuate negli anni sulla tecnologia fotovol-taica hanno sempre dimostrato come quel calore generato in pros-simità delle celle fotovoltaiche ne abbatta drasticamente l’efficienza elettrica, motivo per il quale gli impianti fotovoltaici necessitano di una camera di ventilazione retrostante che ne allontana il calore o, nei casi di sperimentazione, di altri strumenti di raffrescamento. (Ma-kki A., Omer S., Sabir H., 2014) (Dwivedi et al. 2019).
È interessante constatare come il cambio di prospettiva dal con-cetto di calore a quello di energia termica permetta di passare da un’accezione negativa (il calore che riduce le prestazioni energeti-che) ad una positiva (l’energia termica guadagnabile); è così che, parallelamente ai sistemi di raffrescamento delle celle PV, la letteratu-ra sulla tecnologia fotovoltaica si arricchisce di un elevato numero di investigazioni sui sistemi PVT, tecnologia ibrida (fotovoltaico-termico) che recupera il calore prodotto dalla radiazione solare con il duplice obiettivo di migliorare le prestazioni energetiche delle celle fotovoltai-che da un lato e produrre energia termica dall’altro. (Diwania S. et al., 2019)
L’analisi dello stato dell’arte delle soluzioni PV, TH4 e PVT5 delinea
3. La prevalenza di involucri edilizi verticali BIPV nel set-tore residenziale di nuova co-struzione rispetto quello di ri-qualificazione è comprovabile attraverso la consultazione delle principali piattaforme di ricerca a scopi divulgativi sul tema BIPV, tra cui bipv.ch (bipv.ch) e solararchitecture.ch (solararchitecture.ch)
4. La sigla TH sta per ther-mal che, inserita nel presente contesto, indica i sistemi sola-ri termici
5. La letteratura su tali tec-nologie è stata ricostruita sul-la base di ricerche in rete ef-fettuate tramite piattaforme di ricerca specializzate, web-site di produttori di fotovol-taico, brevetti depositati nella piattaforma OrbitExpress
6. Eventualmente verranno analizzati anche casi di nuo-va costruzione, qualora pos-sano fornire anch’essi spunti di riflessione riguardo la ri-qualificazione del patrimonio edilizio e l’integrazione tra componenti impiantistiche e progetto di architettura
una generale tendenza ad affrontare il tema della produzione di energia termica solo in termini di prodotti standard disponibili sul mercato (sistemi applied, applicati e, pertanto, esterni alle logiche di sistemi integrati) o in riferimento a soluzioni brevettabili depositate (dove però l’interesse risiede esclusivamente nel principio di funzio-namento energetico escludendone una visione d’insieme della solu-zione, ovvero in assenza di ogni riferimento al processo costruttivo, al mercato di destinazione, all’aspetto della soluzione).
Nell’ambito di soluzioni fotovoltaiche integrate, infatti, il migliora-mento delle prestazioni energetiche è principalmente dettato da una ricerca sempre più specializzata verso la tecnologia vetro-fotovol-taico, accompagnata dal sistema costruttivo della parete ventilata per la rimozione del calore prodotto, mentre il recupero dell’energia termica e l’adozione di sistemi ibridi sono riconoscibili in un numero limitatissimo di esempi BIPV.
È da questa considerazione che l’interesse emerso in questa sede verte verso quegli esempi di riqualificazione del patrimonio edilizio che mirano al tempo stesso ad una maggiore integrazio-ne della compointegrazio-nente impiantistica integrazio-nel progetto di architettura e ad una maggiore integrazione tra le diverse componenti impian-tistiche, nell’ottica di una continua innovazione progettuale6.
Ai fini di una corretta lettura, però, è importante sottolineare che non tutti i casi studio selezionati raggiungono l’obiettivo dichiarato, ma rappresentano un utile strumento di critica e riflessione a supporto del più generale obiettivo del presente lavoro: dimostrare come il progetto di architettura, che sia relativo ad una nuova costruzio-ne o ad un retrofit, dovrà costruzio-necessariamente ospitare ed integrare in misura maggiore la componente impiantistica e che questa necessità, quando sfruttata, può solo essere trasformata in valo-re aggiunto.
Sfruttare appieno le potenzialità della radia-zione solare per produrre al tempo stesso energia termica ed elettrica è aspetto distintivo dei progetti di Giuseppe Fent di Fent Solare Architektur, architetto appartenente al conte-sto svizzero tedesco, amministratore delegato della società Lucido Solar AG ed ideatore dei brevetti Lucido: questo carattere polivalente comporta che i prodotti in commercio sotto il marchio Lucido Solar AG siano le stesse soluzioni PVT adottate nei progetti firmati Fent Solare Architektur, precedentemente sviluppa-te da Giuseppe Fent.
La scelta non casuale di una figura che al tempo stesso incarna la sfera dell’architet-tura e quella della tecnologia solare sottoli-nea quella visione olistica del progetto in cui composizione e tecnologia si integrano in maniera indissolubile; da un lato le compe-tenze proprie di un architetto sono necessarie per approcciarsi alla dinamica BIPV, dall’altro serve apertura mentale da parte dello stesso nei confronti di una soluzione che, di fatto, rappresenta un sistema impiantistico.
Lucido Solar AG
/ documentazione
(a destra)
fotografia del componente Lucido Solar (a sinistra) e re-lazione con altri materiali (fonte: Lucido Solar AG)
La soluzione brevettata nel 2017 prende il nome di Lucido e si presenta in tutte le sue versioni come un sistema di facciata solare che simula il principio di una serra: dall’ester-no verso l’interdall’ester-no, il sistema si compone di un vetro esterno altamente trasparente per permettere il passaggio della radiazione so-lare, un elemento assorbitore in legno fresato distanziato di pochi centimetri ed una parete isolante.
Da un lato, per i principi della fisica, la radia-zione solare incidente sulla superficie vetrata resta intrappolata nell’intercapedine d’aria, dall’altro il sistema adotta in scala ridotta i principi della bioclimatica sfruttando a suo vantaggio la variazione dell’altezza solare lungo l’arco temporale di un anno. La geome-tria in lamelle del pannello in legno fresato è studiata seguendo l’angolo di incidenza dei raggi solari, motivo per cui durante l’inver-no, quando il sole è più basso, la radiazione solare bloccata dal vetro raggiunge i punti più prossimi al componente isolante e, riscal-dandolo, ne migliora le prestazioni termiche;
le lamelle intercettate dai raggi solari imma-gazzinano il calore e creano una zona tam-pone temperata che riduce ulteriormente le dispersioni termiche e permette la riduzione in spessore dell’isolante termico. Durante il periodo estivo la posizione del sole è alta ed i raggi solari, che vengono prima parzialmen-te deviati dal vetro per l’angolo di incidenza ridotto, sono successivamente intercettati dalle lamelle che schermano il componente isolante e permettono all’aria surriscaldata di muoversi per convezione verso l’alto.
Seppur applicati per la realizzazione di un componente di facciata e non nella proget-tazione dell’edificio, questi concetti rientrano appieno tra strategie solari passive
largamen-(a destra)
rappresentazione sche-matica de funzionamento base di Lucido: in virtù della sua geometria, il pannello in legno fresato scherma lo strato isolante durante l’estate (sopra);
in inverno, le lamelle del pannello in legno inter-cettate dai raggi solari immagazzinano il calore e creano in tal modo una zona tampone temperata (sotto)
(sotto)
rappresentazione del componente Lucido. Da sinitra verso destra: il componente isolante, il pannello in legno fresato, l’intercapedine d’aria ed il vetro esterno
(19)
EP3 136 016A1