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Utilizzo polifunzionale del fotovoltaico e integrazione negli edifici Criteri di progettazione e valutazione di casi studio

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Utilizzo polifunzionale del fotovoltaico e integrazione negli edifici Criteri di progettazione e valutazione di casi studio

Negli ultimi anni si è assistito, nei Paesi industrializzati, ad una crescente diffusione dei sistemi di produzione energetica da fonte solare fotovoltaica, alla quale si è accompagnata, col progredire delle tecnologie e con l’affinamento delle tecniche di progettazione, un altrettanto rapido processo di integrazione tra fotovoltaico ed elementi strutturali, rappresentati questi ultimi principalmente dall’involucro degli edifici e dall’arredo urbano. Questa evoluzione ha col tempo modificato significativamente i criteri di progetto tradizionalmente utilizzati per gli impianti, in precedenza costituiti principalmente da schiere di moduli fotovoltaici posti su cavalletti di sostegno e orientati verso sud. In un contesto di integrazione architettonica i componenti fotovoltaici non possono più essere scelti separatamente dal progetto edilizio ma occorre che le loro caratteristiche meccaniche, fisiche ed estetiche siano in accordo con quelle delle strutture, dei rivestimenti e dei tamponamenti con i quali devono interagire. La presente trattazione è pertanto orientata alla valutazione delle caratteristiche dei componenti e dei sistemi che non riguardano direttamente i parametri elettrici e di efficienza energetica, ma che concorrono a orientare il progettista nell’utilizzo di soluzioni tecniche idonee e compatibili con il contesto edilizio e urbano entro il quale si prevede di inserire l’impianto fotovoltaico. A tal fine sono stati sviluppati, sotto il profilo teorico, i seguenti argomenti: – Integrazione del fotovoltaico in edilizia: Aspetti strutturali – Integrazione del fotovoltaico in edilizia: Aspetti relativi all’isolamento termico e acustico – Effetti delle scariche atmosferiche sugli impianti fotovoltaici La ricerca è stata poi estesa all’analisi di casi pratici, che potessero riguardare, da un lato la risposta del mercato alle mutate esigenze dei progettisti e dall’altro una valutazione approfondita di impianti già realizzati che potessero contenere dei significativi aspetti di innovazione. Questi risultati sono contenuti nei seguenti allegati: – Schede di moduli fotovoltaici – Casi studio di edifici fotovoltaici 1.1 Aspetti strutturali Questa parte della ricerca si occupa principalmente di fornire al progettista le metodologie di calcolo delle azioni che agiscono sui componenti fotovoltaici e sulle strutture che li sostengono alla luce di quanto è attualmente stabilito dalla normativa in vigore nel nostro Paese. Le principali azioni che possono gravare su un impianto fotovoltaico, e che quindi sono state esaminate in dettaglio, riguardano i sovraccarichi variabili, il carico neve, e l’azione del vento. Gli sforzi massimi da utilizzare in sede di progetto, associati a queste azioni variano grandemente in funzione del sito e della tipologia di copertura. È quindi importante che tutte le azioni siano valutate correttamente, al fine di non incorrere in pericolose sottostime dei parametri o, viceversa, in costosi sovradimensionamenti. Oltre alle azioni sopracitate, viene fatto cenno alle azioni di natura sismica che possono presentarsi con maggiore o minore frequenza e intensità a seconda del grado di sismicità della zona.

1.2 Aspetti relativi all’isolamento termico e acustico 1.2.1 Isolamento termico Le disposizioni in merito al risparmio energetico attualmente in vigore, tra cui la Legge 10/91, impongono ai progettisti di adottare dei criteri di progettazione mirati a migliorare i processi di trasformazione dell’energia, a ridurre i consumi energetici e a migliorare le condizioni di compatibilità ambientale dell’utilizzo dell’energia a parità di servizio reso e di qualità della vita. In particolare, l’utilizzo di componenti fotovoltaici in luogo di taluni tamponamenti esterni costituisce sicuramente una prospettiva affascinante e auspicabile, ma non può prescindere dalla verifica di idoneità, per tali componenti in merito agli aspetti di comfort interno e di risparmio energetico, requisiti, questi ultimi, sempre da considerare irrinunciabili. Principalmente, non devono verificarsi internamente fenomeni di condensazione del vapor d’acqua e la trasmittanza termica deve accordarsi con quanto previsto dalle leggi e normative in tema di risparmio energetico negli edifici. Peraltro si può osservare come la presenza di componenti fotovoltaici semitrasparenti o traslucidi sull’involucro dell’edificio possa contribuire a porre in essere ulteriori forme di risparmio energetico. Queste ultime riguardano soprattutto il risparmio nell’energia per l’illuminazione degli ambienti interni. 1.2.2 Isolamento acustico Gli ambienti nei quali si vive e si lavora risultano spesso essere inquinati dal rumore, sia di origine esterna, come ad esempio quello dovuto al traffico veicolare ed aereo, che interna, tipicamente causato dalla presenza di impianti industriali, processi di lavorazione e impianti di trattamento e condizionamento dell’aria. Il DPCM del 5 dicembre 1997 fissa i requisiti acustici passivi degli edifici, dei loro componenti e degli impianti tecnologici. E’ importante che i componenti fotovoltaici utilizzati come tamponamenti esterni degli edifici abbiano caratteristiche acustiche che si accordino con quanto stabilito dalla legislazione e dalla normativa vigente. 1.3 Effetti delle scariche atmosferiche sugli impianti fotovoltaici A causa della vasta superficie esposta e della loro particolare localizzazione su edifici e costruzioni di vario tipo, gli impianti fotovoltaici risultano essere particolarmente esposti agli effetti delle scariche atmosferiche. Nel caso di fulminazione diretta, una scarica atmosferica colpisce direttamente l’impianto o la struttura che lo sostiene. Potrebbe anche succedere che la scarica, pur non colpendo direttamente l’impianto, si abbatta su un elemento posto in prossimità di questo e lo attraversi parzialmente a causa della presenza di collegamenti metallici o del verificarsi di scariche laterali verso l’impianto stesso. Nel caso di fulminazione indiretta, l’impianto non è interessato dalla corrente di fulmine dovuta alla scarica atmosferica che si abbatte nelle vicinanze, ma il forte campo elettromagnetico di tipo impulsivo originato dal fenomeno, concatenandosi con i collegamenti, soprattutto quelli esterni, può generare sovratensioni di notevole intensità. L’argomento è talvolta sottostimato dai progettisti e installatori, che pure lamentano la messa fuori servizio di inverter ed altre apparecchiature elettroniche in alcune località particolarmente esposte (rifugi alpini ecc.). Non va però dimenticato che, in questi casi, non è solo l’integrità dell’impianto fotovoltaico ad essere messa in gioco, ma anche ciò che è contenuto nella struttura sottostante e la cui esistenza potrebbe essere messa a repentaglio proprio a seguito di una cattiva installazione dell’impianto stesso.

1.4 Schede moduli fotovoltaici La ricerca, effettuata dal Politecnico di Milano 1 , ha riguardato i moduli fotovoltaici che attualmente risultano disponibili sul mercato come prodotti di serie ha compreso un’indagine sulle caratteristiche fisiche, termiche e acustiche di questi ultimi. Poiché spesso i produttori di componenti fotovoltaici si limitano a fornire i dati dimensionali, elettrici e di efficienza energetica, è stato in molti casi necessario stimare le informazioni mancanti. 1.5 Casi studio di edifici fotovoltaici La ricerca, effettuata dal Politecnico di Milano 1 , ha comportato l’approfondito esame di impianti fotovoltaici realizzati principalmente in Europa. Per ognuno di essi sono state reperite, nella maggior parte dei casi, le seguenti informazioni: – Informazioni generali sulla costruzione – Generalità climatiche – Descrizione dell’intervento – Tipo di inserimento architettonico – Caratteristiche generali dell’impianto fotovoltaico – Caratteristiche del generatore fotovoltaico – Prestazioni del sistema fotovoltaico – Soggetti coinvolti nella realizzazione e fornitura fotovoltaica – Dati economici – Eventuale dato sul gradimento del committente – Giudizio sull’opera – Documentazione fotografica 1 Politecnico di Milano – Facoltà di Architettura, DI.Tec Responsabile scientifico: Prof. Federico Butera Coordinamento: Arch. Niccolò Aste Collaboratori: Dott. Rajendra Singh Adhikari, Ing. Paola Caputo, Arch. Lavinia Chiara Tagliabue

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