Centrale elettrica fuori dalla finestra

Riscaldare o raffreddare gli edifici richiede energia. Le facciate intelligenti potrebbero risparmiarne molta. Un sistema sviluppato all'ETH di Zurigo utilizza pannelli solari mobili che producono elettricità lasciando entrare la luce del sole o fornendo l'ombra che il tempo e il clima interno richiedono.

Bilancio energetico positivo

Arno Schlüter, professore di architettura e sistemi edilizi, e il suo gruppo hanno sviluppato un sistema di facciata che può essere utilizzato per regolare il bilancio energetico degli ambienti in modo che producano più energia di quanta ne consumino nel corso dell'anno. Lo dimostra uno studio recentemente pubblicato sulla rivista "Nature Energy".

L'innovativa facciata è costituita da una rete di cavi leggeri con pannelli solari disposti in file, che vengono controllati singolarmente e spostati verticalmente e orizzontalmente da un elemento pneumatico morbido. I cosiddetti "attuatori morbidi" costituiscono il fulcro della facciata: grazie alla combinazione di materiali morbidi, che cambiano forma sotto pressione, e di un giunto a U fisso, possono irrigidirsi su richiesta in modo da resistere a un temporale.

Utilizzando diversi prototipi nel Campus Hönggerberg, i ricercatori hanno testato l'idoneità del sistema alle condizioni meteorologiche ed effettuato misurazioni. In particolare, volevano sapere quanta energia solare in più generano i pannelli mobili rispetto a una facciata solare statica. Il risultato: in una limpida giornata estiva, i pannelli solari mobili hanno generato circa il 50% di energia in più rispetto ai pannelli statici della facciata.

Potenziale di risparmio simulato

La facciata non solo può produrre elettricità, ma può anche regolare la quantità di luce che penetra nella facciata e quindi la quantità di calore generato nell'ambiente. Un algoritmo adattivo controlla i movimenti dei pannelli in modo tale che la produzione di elettricità e il risparmio nel riscaldamento e nel raffreddamento risultino insieme nel fabbisogno energetico totale più basso possibile. L'algoritmo tiene conto anche dell'utilizzo attuale della stanza e ottimizza il clima di conseguenza.

Per determinare di quanto si potrebbe teoricamente ridurre il fabbisogno energetico di una stanza, i ricercatori hanno simulato diversi scenari utilizzando i dati del prototipo. Hanno calcolato il potenziale di risparmio energetico di stanze dotate di facciate solari mobili al Cairo, a Zurigo e a Helsinki. In ogni caso, hanno simulato un ufficio e uno spazio abitativo.

Il massimo potenziale nelle zone temperate

I risultati mostrano che: La facciata tende a risparmiare più energia negli uffici che negli spazi abitativi, più nelle zone a clima caldo che in quelle a clima freddo, ma soprattutto nelle zone temperate come l'Europa centrale. Arno Schlüter riassume: "Più le condizioni climatiche sono variabili, maggiori sono i benefici della facciata adattiva". Le simulazioni hanno mostrato i migliori risultati per uno spazio adibito a ufficio in una zona temperata, ad esempio a Zurigo, costruito secondo i più recenti standard edilizi. In questo scenario, in cui la stanza necessita di riscaldamento e raffreddamento per tutto l'anno, la facciata ha prodotto il 115% dell'energia necessaria per un clima interno confortevole. La simulazione mostra un risultato altrettanto buono per uno spazio adibito a ufficio in un edificio del Cairo costruito prima del 1920, che richiede un forte ombreggiamento e raffreddamento. In questo caso, il sistema ha generato il 114% dell'energia necessaria. Lo studio promette quindi un potenziale di risparmio energetico sia per i nuovi edifici che per quelli vecchi, anche se la facciata deve sempre essere considerata insieme allo spazio retrostante.

"Vogliamo risolvere la contraddizione tra comfort ed efficienza energetica negli edifici", afferma Arno Schlüter. "La stanza più efficiente dal punto di vista energetico sarebbe teoricamente quella senza finestre. Siamo quindi lieti di dimostrare che è possibile produrre un clima interno ideale e persino un surplus energetico allo stesso tempo con un'interfaccia intelligente tra interno ed esterno."

Il gruppo di Schlüter sarà presto in grado di misurare l'effetto della facciata solare adattiva su un edificio reale: Fa parte dell'unità edilizia futuristica "HiLo", attualmente in fase di costruzione sulla piattaforma superiore dell'edificio di ricerca NEST di Dübendorf (vedi riquadro).