Laboratorio per l'umwelt und geomatik
La Casa delle Risorse Naturali è un progetto di punta per le costruzioni in legno duro. L'edificio per uffici nel Campus Hönggerberg viene inaugurato ufficialmente oggi dopo un anno e mezzo di costruzione. Serve anche all'ETH di Zurigo come laboratorio di ricerca per l'edilizia sostenibile. Ecco perché solo ora la situazione si fa davvero entusiasmante per i ricercatori.
Gli edifici per uffici raramente attirano l'attenzione. La Casa delle Risorse Naturali (HoNR) è molto diversa: una semplice struttura a scheletro permette di progettare la pianta in modo flessibile, con pareti interne ed esterne disposte a piacere. Le facciate trasparenti e l'involucro esterno senza soluzione di continuità ne fanno un luogo di lavoro piacevole. Tuttavia, l'HoNR non è solo un edificio per uffici innovativo, ma serve anche all'ETH di Zurigo come laboratorio di ricerca per l'Umwelt und Geomatik sostenibile.
Sei professori degli Istituti di Analisi e Costruzione Strutturale, Materiali da Costruzione e Tecnologia dell'Architettura hanno partecipato alla costruzione dell'edificio con i loro gruppi di ricerca e hanno realizzato i loro progetti di ricerca direttamente sull'edificio. Tuttavia, il loro lavoro è tutt'altro che concluso con l'inaugurazione. Insieme, ora vogliono testare le tecnologie che hanno sviluppato per un periodo di tempo più lungo, per scoprire i vantaggi e i punti deboli. Il presidente dell'ETH, Lino Guzzella, ha parlato del nuovo edificio speciale: "La Casa delle risorse naturali è un ottimo esempio di interdisciplinarità in azione. Mostra come la materia prima indigena, il legno, possa essere utilizzata in modo sostenibile e tecnicamente sofisticato".
I moduli solari si spostano
La facciata dell'edificio è un banco di prova. Gli scienziati hanno installato una facciata solare adattiva su parte dell'involucro dell'edificio, che genera elettricità e aiuta a regolare il fabbisogno energetico per riscaldare e raffreddare l'edificio. La facciata è composta da moduli mobili realizzati con celle solari a film sottile che possono essere spostati con attuatori controllati ad aria compressa. Grazie a questi attuatori, le celle solari si allineano alla posizione del sole, ma si adattano anche alle esigenze di calore e luce dell'edificio e, in particolare, al comportamento degli utenti.
Gli scienziati presentano anche un sistema che consente di seguire i moduli solari sui tetti in base alla posizione del sole. Questo sistema di inseguimento è azionato da speciali lamelle di legno divise in due parti. Gli scienziati sfruttano la proprietà del legno di gonfiarsi o restringersi al variare dell'umidità relativa. A tal fine, vengono incollati due strati di legno con diversi orientamenti delle fibre. Se l'umidità cambia, gli strati si piegano di conseguenza e si crea un elemento mobile in legno. Poiché l'umidità relativa diminuisce nelle giornate di sole e aumenta nel tardo pomeriggio e di notte, i doppi strati di legno possono essere utilizzati come una sorta di motore naturale per l'inseguimento dei moduli solari.
Casa delle risorse naturali
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Uffici nella Casa delle Risorse Naturali (Immagine: ETH di Zurigo/Marco Carocari).
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Soffitto biassiale in legno di faggio nella sala riunioni (Immagine: ETH di Zurigo/Marco Carocari). -
Ufficio nell'HoNR con facciata solare adattiva (Immagine: ETH di Zurigo/Marco Carocari). -
Area nodale della struttura in legno precompresso nel corridoio (Immagine: ETH di Zurigo/Marco Carocari).
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Soffitto composito legno-calcestruzzo visto dal basso (Immagine: ETH di Zurigo/Marco Carocari).
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Pannelli solari adattivi sulla facciata dell'HoNR (Immagine: ETH di Zurigo/ETH Carocari).
Una novità mondiale realizzata con il legno svizzero
Non solo le nuove tecnologie, ma anche il metodo di costruzione dell'HoNR è unico. Per la costruzione è stata utilizzata una novità mondiale: un soffitto in legno-calcestruzzo composito con legno di faggio proveniente da foreste svizzere. Un pannello di impiallacciatura di faggio di quattro centimetri di spessore funge sia da elemento di casseratura che da armatura, oltre a fornire una superficie attraente. Questo nuovo soffitto composito ha proprietà portanti simili a quelle dei soffitti in cemento armato, gli elementi portanti più comunemente utilizzati in Svizzera. Un'altra caratteristica unica è la costruzione del tetto con un soffitto in legno di faggio, in cui le lamelle di legno sono disposte trasversalmente. Questo distribuisce i carichi in due direzioni, proprio come un soffitto in cemento armato.
Anche la struttura del telaio dell'HoNR è realizzata in legno svizzero. I supporti sono realizzati al 100% in frassino, mentre gli sponsor sono in frassino e abete rosso per aumentare la resistenza. Inoltre, tutti gli sponsor sono pretensionati con un cavo che attraversa il legno all'interno. Di conseguenza, gli sponsor sono autocentranti e l'intera struttura portante è particolarmente malleabile, rendendola significativamente più resistente ai terremoti.
Monitorare il funzionamento del legno
Gli scienziati dell'ETH hanno installato un sistema di monitoraggio completo nell'HoNR per registrare i cambiamenti dell'edificio nel corso degli anni: Misurano regolarmente l'umidità della costruzione in legno e registrano le deformazioni con l'aiuto di una stazione totale. Speciali sensori misurano lo spostamento relativo tra il legno e il cemento nel soffitto composito. Durante la costruzione, gli scienziati hanno utilizzato una fitta rete di sensori per monitorare il comportamento della struttura portante. Hanno inoltre utilizzato 16 celle di carico per misurare la forza di precompressione in ogni singolo cavo di precompressione.
Anche la vita quotidiana mostrerà come le nuove tecnologie si dimostrano. "Documenteremo esattamente il grado di soddisfazione degli utenti nei confronti dell'edificio", spiega il responsabile del progetto Andrea Frangi, professore di costruzioni in legno presso l'Istituto di analisi e costruzione strutturale dell'ETH di Zurigo. Egli spera che i risultati del progetto possano dare impulso anche all'industria svizzera della lavorazione del legno. Frangi vede un grande potenziale per la Svizzera nelle costruzioni in legno. La percentuale di alberi decidui nelle foreste svizzere sta aumentando a causa del riscaldamento globale. "Il legno svizzero ha un grande potenziale. Speriamo che le aziende lo riconoscano e seguano i nostri approcci".
"Umwelt und Geomatik come tema strategico
L'ETH di Zurigo ha definito l'"Umwelt und Geomatik" come area di interesse strategico. La Casa delle Risorse Naturali è un centro di ricerca, insegnamento e ricerca con cui l'ETH di Zurigo dimostra la fattibilità delle sue ricerche in questo campo e facilita la ricerca interdisciplinare.
Oltre alla Casa delle risorse naturali, l'ETH di Zurigo ha creato diverse nuove cattedre per rafforzare le competenze esistenti in materia di ricerca e insegnamento nel campo dell'Umwelt Geomatik. Inoltre, si intende intensificare le attività di ricerca interdisciplinare in questo settore chiave, favorire il trasferimento del sapere e rafforzare la formazione di personale giovane per l'industria delle costruzioni.
I costi di progettazione e costruzione dell'HoNR ammontano a circa 7 milioni di franchi svizzeri. Parte del finanziamento è stato fornito dalla ETH di Zurigo Foundation attraverso donazioni. L'Ufficio federale dell'ambiente (UFAM) sostiene finanziariamente la costruzione dell'HoNR con 500.000 franchi svizzeri del suo programma di finanziamento delle tecnologie ambientali. Con il Piano d'azione per il legno, l'UFAM si impegna ad aumentare l'uso del legno duro come materiale, ad esempio nell'industria edilizia. Oltre all'UFAM, anche l'iniziativa Climate-KIC dell'UE è un partner importante dell'HoNR. Il progetto Climate-KIC "Building Technologies Accelerator" (BTA), di cui l'ETH di Zurigo è il partner principale, si concentra sullo sviluppo e sul lancio sul mercato di tecnologie che portino a un risparmio misurabile di CO2-guidare alle riduzioni. Nei prossimi sei anni, Climate-KIC investirà diversi milioni nello sviluppo tecnologico dell'ETH nel settore dei PF. L'HoNR, che è uno dei sei Living Lab europei del progetto BTA, ha l'obiettivo di contribuire all'introduzione più rapida sul mercato di tecnologie edilizie rispettose del clima. I progetti di ricerca sono stati sostenuti anche dalla Commissione per la tecnologia e l'innovazione (CTI) e dal Programma nazionale di ricerca "Il legno come risorsa" (PNR 66).
La struttura portante dell'HoNR è costituita per l'80% da legname locale e per questo ha ottenuto il "Marchio di origine del legno svizzero" da Lignum (Industria svizzera del legno).