1. Architettura applicata per la riduzione delle emissioni inquinanti in area urbana e per la produzione di energia pulita.
Università degli studi di Firenze
Dipartimento di Progettazione dell'Architettura
Dipartimento di Matematica applicata all'Architettura
In collaborazione con
Softenergy s.r.l.
Dott. Alessandro Nosei
Studio SRR Architetti Associati
En-eco S.r.l.
Impresa Luigi Giunti
Presentano
Architettura Applicata per la riduzione delle emissioni
inquinanti in area urbana e per la produzione di energia
pulita.
Bando di Concorso Pubblico
Per il finanziamento di progetti di ricerca finalizzati ad interventi di efficienza energetica
e all’utilizzo di fonti di energia rinnovabile in aree urbane
25 maggio 2009
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2. Architettura applicata per la riduzione delle emissioni inquinanti in area urbana e per la produzione di energia pulita.
INDICE DEI CONTENUTI
1. Finalita' della ricerca
2. Aumento quota energie rinnovabili sul totale nazionale.
3. Impatto potenziale mercato
4. Gruppo di lavoro
5. Modalità di gestione del progetto
6. Articolazione delle fasi di ricerca
7. Durata del progetto e cronogramma
8. Descrizione dettagliata delle modalità di implementazione industriale e/o
commerciale
9. Preventivo dettagliato dei costi
ALLEGATI
A. CV PARTECIPANTI PROGETTO
B. GRAFICO CRONOGRAMMA
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3. Architettura applicata per la riduzione delle emissioni inquinanti in area urbana e per la produzione di energia pulita.
1. FINALITA' DELLA RICERCA
La ricerca nasce dal bisogno sempre crescente in ambito urbano di utilizzo di energie derivate da
fonti rinnovabili e di impatto zero dal punto di vista di inquinamento ambientale.
La riduzione di carico inquintante in città favorirebbe un miglioramento delle condizioni di vita
umana, auspicabile come da presente bando e da direttive europee,che a partire dagli anni 90, con
l'evoluzione dei sistemi di catalizzazione dei sistemi di trasporto , hanno impostato una politica di
sempre piu' attenzione ai problemi relativi gli agenti inquinanti.
Piu' che ovvio appare che una grandissima quantità di agenti inquinanti vengono prodotti per
soddisfare la domanda degli edifici : il carico di portato dalla necessità di riscaldamento e dalla
gestione degli impianti elettrici oltre che degli smaltimenti rifiuti genera ed ha generato nel tempo un
gap tra necessità di riduzione emissioni ed agenti inquinanti e stato reale della situazione urbana.
La ricerca si pone quindi come strumento per l'intervento sugli edifici, laddove sia possibile
applicare i ritrovati della tecnica contemporanea per favorire un corretto sostentamento
ecocompatibile, fino a spingersi all'autosostentamento.
Quindi la ricerca parte da un progetto pilota, sviluppato su basi proprie , che ha ipotizzato un modello
di abitazione che oltre ad essere autosostenibile , risulta produttore di una parte di energia elettrica
in eccesso che , in valore positivo , viene reimmessa in circuito nazionale con un utile prossimo al
rapporto 6 (prodotto) : 1 (consumo) .
A fronte di cio il progetto prevede brevemente, quindi :
1 studio sulle soluzioni architettoniche (a tetto, in facciata e quanto altro) che impiegano pannelli
solari;
2 lo studio di un modello matematico che ne ottimizzi il rendimento , ne renda chiaro il range di
applicazione, e che ne determini la probabilità di applicazione in ambito urbano esistente con
coefficenti di resa sia a piccola scala che a grande scala.
3 la realizzazione di un prototipo che dimostri la correttezza della ricerca.
Altro aspetto fondamentale , ragione principale della ricerca è poi l'approccio alla progettazione su
edifici esistenti in funzione di ricerca di forme che siano concretamente accettabili esteticamente e
tecnologicamente compatibili con le attuali condizioni urbane imposte dai regolamenti comunali.
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SCHEMA DELLE FINALITA’ DEL PROGETTO
Studio preliminare
Definizione modello
fisico-matematico
Modelli tipologici Nuova classificazione per la
architettonici produzione attiva degli edifici
Applicabilità sul Applicabilità su Nuove normative per la
parco esistente nuove costruzioni produzione attiva
Implementazione
sul territorio
Aumento da produzione di fonti
rinnovabili al ritmo dell’ 1,07% anno
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2. AUMENTO QUOTA ENERGIE RINNOVABILI SUL
TOTALE NAZIONALE.
Lo scopo della ricerca è la definizione di nuovi standard e nuovi parametri per la costruzione di nuovi
edifici nell’edilizia futura, finalizzati ad un aumento della quota delle energie rinnovabili a livello
nazionale. Ad oggi sono stati parametrati dei coefficienti per la definizione dell consumo energetico
passivo dei nuovi edifici.
Ad oggi non esistono parametri per la definizione di una scala di efficienza energetica a valore
positivo ovvero di energia PRODOTTA, ma solo una classificazione del consumo di energia.
AD OGGI ESISTENTE: CLASSIFICAZIONE CONSUMO ENERGETICO DEGLI EDIFICI
Il traguardo degli edifici nel futuro deve essere che l’edificio non solo azzera il proprio costo
energetico di mantenimento, ma addirittura produce energia in eccesso per i consumi di utilizzo e ne
cede altra alla rete.
Per questo è indispensabile definire una nuova scala classificazione energetica degli edifici, che in
abbinamento con quella del consumo passivo vada ad indicare la capacità di produzione attiva
rispetto alle sue potenzialità date dai vincoli circostanti.
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OBIETTIVO DELLA RICERCA: CLASSIFICAZIONE CAPACITA PRODUTTIVA DEGLI EDIFICI
A - 100% DEL POTENZIALE DI PRODUZIONE MASSIMO DELL’EDIFICIO
B - 80% DEL POTENZIALE DI PRODUZIONE MASSIMO DELL’EDIFICIO
C - 60% DEL POTENZIALE DI PRODUZIONE MASSIMO DELL’EDIFICIO
D - 40% DEL POTENZIALE DI PRODUZIONE MASSIMO DELL’EDIFICIO
E – 20% DEL POTENZIALE DI PRODUZIONE MASSIMO DELL’EDIFICIO
F – NESSUNA PRODUZIONE DI ENERGIA
Viene definito come Potenziale di produzione massimo dell’edificio, la quantità di energia massima
da energia fotovoltaica che può produrre un edificio in base alle sue caratteristiche geometriche.
L’obiettivo della ricerca è la definizione del modello matematico che possa fornire in base alle
caratteristiche imposte dai vari vincoli (piano regolatore, altezze, vincoli paesaggistici etc), dei
parametri oggettivi che vadano a dare una misura all’effettiva efficienza attiva dell’edificio costruito.
Adottando questo modello, se si ammettesse una efficienza del 100% sul totale delle nuove
costruzioni realizzate annualmente in Italia possiamo da una prima stima calcolare l’impatto
dell’applicazione dei nuovi principi:
MQ superfici nuove costruzioni annuali in Italia 2007: 2.000.000
Produzione stimata ad efficienza 100% su nuove abitazioni: 36.700 Gw/h prodotti
Totale produzione nazionale (dato 2007) 339. 927 GWh
Percentuale sulla totale produzione nazionale: 1,07 % / anno
In definitiva ‘l’applicazioni di criteri di massimizzazione della produzione di energia, dei nuovi edifici
costruiti, possibili grazie a funzioni matematiche di ottimizzazione delle geometrie, permetterebbero
l’aumento della produzione energetica da fonti rinnovabili ad un ritmo di 1%/anno.
Da queste prime stime si puo evincere che nel lungo termine questa applicazione porta ad un
aumento significativo della quota di energie rinnovabili prodotte in Italia.
Da notare infine che la quota di energia prodotta avverrebbe nei picchi di domanda di energia,
stabilizzando e offrendo quindi maggiore efficienza nell’utilizzo delle centrali tradizionali.
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7. Architettura applicata per la riduzione delle emissioni inquinanti in area urbana e per la produzione di energia pulita.
3. IMPATTO POTENZIALE MERCATO
L’applicazione di regolamenti tecnici per la produzione di energie rinnovabile dagli edifici, vede una
vastissima applicabilità da un punto di vista commerciale e di mercato.
La realizzazione di nuovi edifici con caratteristiche di produzione attiva di energia coinvolgerebbe vari
settori economici con una forte ricaduta in termini di PIL e occupazione:
PRODUZIONE STOCK IMMOBILIARE
• Costruttori
• Cooperative edili
• Società Ristrutturazioni edifici
PROGETTAZIONE
• Studi di architettura
• Studi di ingegneria
REALIZZAZIONE E GESTIONE
• Installatori moduli
• Società per la produzione di energia rinnovabile
• Società di gestione della distribuzione
PRODUZIONE PANNELLI FOTOVOLTAICI
• Industria fotovoltaica
• Industria dell’impiantistica elettrica
• Industria della connettività e reti di trasporto
PRODOTTI FINANZIARI
• Banche
• Finanziarie
L’abbinamento di normative sul risparmio energetico degli edifici in abbinamento con normative
sulla produzione, comportano un maggiore costo iniziale per la realizzazione degli edifici ma un
maggiore ritorno sull’investimento nel lungo periodo.
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Nel caso di proroghe dello strumento del conto energia negli anni, la realizzazione di edifici a
produzione elettrica positiva verrebbe realizzata a costo zero per l’utente finale, rendendo appetibile
un maggiore esborso di denaro a fronte di un guadagno futuro.
Nelle simulazioni fatte sul prototipo iniziale, appare evidente che il rendimento offerto dal conto
energia massimizzando la potenza prodotta va a coprire valori prossimi all’80% dei costi di
costruzione dell’intero immobile.
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9. Architettura applicata per la riduzione delle emissioni inquinanti in area urbana e per la produzione di energia pulita.
4. GRUPPO DI LAVORO
Responsabile della ricerca
Prof.Arch.Ulisse Tramonti
Il prof.Tramonti, Ordinario della cattedra di Caratteri degli Edifici presso la facoltà di Architettura di
Firenze è attualmente direttore in carica del Dipartimento di Progettazione dell’Architettura di
Firenze e responsabile dell’ufficio relazioni internazionali della stessa facoltà.
Ha partecipato ed organizzato mostre e convegni e partecipato a bandi con progetti europei ed ha
maturato esperienza trentennale nel campo della ricerca relativa alla progettazione Architettonica ed
Urbana.
ENTI PUBBLICI
UNIVERSITA' DI FIRENZE
DIPARTIMENTO DI PROGETTAZIONE DELL’ARCHITETTURA
Prof.Ulisse Tramonti - responsabile della ricerca
prof.Fabio Fabbrizzi - ricercatore (esperto bioclimatica)
Assegnista di ricerca – ricercatore approccio urbano e tipologie compatibili
dott.ssa Manola Lucchesi – responsabile procedimento
UNIVERSITA' DI FIRENZE
DIPARTIMENTO DI MATEMATICA APPLICATA ALL'ARCHITETTURA
Prof.Raffaella Paoletti - ricercatore responsabile ricerca modello matematico
Assegnista di ricerca - ricercatore modello matematico e parametrizzazione produzione energia
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ENTI PRIVATI
SOFTENERGY s.r.l.
Softenergy è una delle aziende innovative promosse dal consorzio ARCA, costituto presso l’Ateneo di Palermo, per promuovere la nascita e
lo sviluppo di iniziative imprenditoriali di spin-off accademico e per favorire il trasferimento tecnologico verso il sistema produttivo e la
Società siciliana.
PALERMO
Prof.Marco Beccali - responsabile ricerca tecnologie solari
Dott.ALESSANDRO NOSEI
FIRENZE
studio preliminare su progetto pilota, valutazione economica , impatto di mercato , studio per
commercializzazione, valutazioni capacità produttive
STUDIO ASSOCIATO SRR
FIRENZE
Arch. Roberto Sozzi - Responsabile Progetto preliminare / esperto di fotovoltaico
Arch. Marco Rabazzi - Responsabile Progetto esecutivo, valutazione rischi e ottimizzazione / esperto
di fotovoltaico
Arch. Filippo Rak - Responsabile sviluppo prototipo, computi e capitolati / Direzione Lavori / esperto
di fotovoltaico
IMPRESA LUIGI GIUNTI
FIRENZE
Costruzione prototipo, adeguamento per installazione apparati tecnologici
EN-ECO s.r.l.
AGENZIA DI PRODUZIONE ENERGETICA CON PANNELLI SOLARI
SESTO FIORENTINO (FI)
realizzazione modelli ed apparati tecnologici prototipo
fornitura pannelli solari per prototipo
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5. MODALITA’ DI GESTIONE DEL PROGETTO
Per la prima fase di lavoro è prevista una prima riunione coordinativa con destinazione ancora da
definire di tutti i membri della ricerca.
Sono previsti poi incontri a scadenza mensile per relazionare sugli stati di avanzamento , in luoghi
ancora da definire, a cui partecipino solo i rappresentanti dei vari enti coinvolti.
Si prevede che i gruppi di lavoro siano in contatto giornaliero e/o bi giornaliero mediante l’uso di
internet , e-mail ecc per lo scambio di dati e l’aggiornamento delle informazioni di utilità reciproca.
Alla fine della fase 1 , entro quindi la fine del primo anno di ricerca , si prevede nuovamente un
incontro plenario per definire i risultati della ricerca e poter quindi passare il testimone alla
realizzazione del prototipo.
Per la seconda fase, della durata del secondo anno, la ricerca prevede la definizione esecutiva del
prototipo la scelta e la ubicazione in accordo con una amministrazione comunale che si offrirà per la
costruzione e la sua completa realizzazione e messa in funzione.
Gli incontri con i rappresentanti degli enti si prevedono qui a scadenze bi-mensili.
Infine a prototipo completato si prevede un evento che raccolga i risultati e ne favorisca la diffusione
anche in campo mediatico.
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12. Architettura applicata per la riduzione delle emissioni inquinanti in area urbana e per la produzione di energia pulita.
6. ARTICOLAZIONE DETTAGLIATA DELLE FASI DI
RICERCA
1 - FASE EMPIRICA (I anno)
- studio del progetto preliminare, con valutazione dei risultati ottenuti con il progetto pilota
SUNH dello studio SRR. Illustrazione e valutazione della applicabilità al modello di ricerca.
- verifiche dell'apporto fotovoltaico su coperture, in campo commerciale ed in campo di ricerca
con benefici , valutazione degli svantaggi, studio per la correzione dei parametri che comporti-
no svantaggi al fine di ottimizzare la resa al fine della ricerca.
- progettazione sistemi tecnologici di derivazione commerciale (pannelli solari, alta conducibili-
tà...) ed adattabilità alle fasi preliminari di progetto.
- prove di inserimento tecnologia su tipologie compatibili attuali gia esistenti in patrimonio ur-
bano su città campione.
- verifica della rendita effettiva ,economica ed energetica del progetto.
-verifica normativa e campo di azione.
- studio di tipologie compatibili con il progetto in relazione a casi studio su base tipologica.
- verifica condizioni necessarie per il progetto e definizione preliminare del prototipo con pro-
babili aggiustamenti in corso.
2 – MODELLO MATEMATICO (I anno)
- razionalizzazione numerica dei parametri geometrici ed economici in campo di consumo e
produzione del sistema fotovoltaico applicato alla Architettura.
- confronto tra situazione esistente e verifica dei margini di miglioramento in base a campioni
geometrici precedentemente studiati come casi studio.
- studio di una funzione matematica applicabile a qualsiasi casistica che, su basi dimensionali
impostate dal progettista , fornisca il rendimento massimo ottenibile
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13. Architettura applicata per la riduzione delle emissioni inquinanti in area urbana e per la produzione di energia pulita.
-parametrizzazione di un sistema che definisca il valore di produzione di energia.
3 – VERIFICA MODELLO (I anno)
- raccolta dati da regolamenti di città campione in Italia
- applicazione sistema matematico e relativo progetto a Regolamenti Edilizi di vari Comuni
campione per una verifica diretta dei dati elaborati.
4 – RICERCA TIPOLOGICA (I anno)
- verifica applicabilità della ricerca a tipologie differenti
- scelta dei casi studio ideali
- verifica del patrimonio esistente
- ipotesi di configurazione volumetrica a seconda delle tipologie individuate come casi studio
5 – PROGETTO ESECUTIVO (II anno)
- redazione degli elaborati esecutivi del progetto a livello architettonico, strutturale, impiantisti-
co ed economico.
- particolare attenzione alla compatibilità del sistema tecnologico rispetto alle esigenze costrut-
tive.
- redazione di particolari tecnologici su misura concordati con il gruppo di ricerca.
6 – REALIZZAZIONE DEL PROTOTIPO (II anno)
- contatto con amministrazioni comunali per verifica interessamento alla disponibilità di terreno
per costruzione del prototipo e per disponibilità a lancio di evento per una prima divulgazione
- realizzazione della struttura
- applicazione degli impianti
- finiture
- verifica funzionamento
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14. Architettura applicata per la riduzione delle emissioni inquinanti in area urbana e per la produzione di energia pulita.
7 – DIVULGAZIONE RISULTATI (II anno)
- pubblicazione dei risultati in volume riassuntivo con ISBN nazionale
- mostra ed evento di lancio nel comune in cui è stato realizzato il prototipo
- visibilità su rete stampa nazionale ed internazionale
- creazione sito internet
-creazione blog di aggiornamento continuo durante le varie fasi di ricerca.
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15. Architettura applicata per la riduzione delle emissioni inquinanti in area urbana e per la produzione di energia pulita.
7.DURATA DEL PROGETTO E CRONOPROGRAMMA
La durata del progetto di ricerca è prevista in anni 2.
il cronoprogramma è tra gli allegati in quanto in dimensione superiore ad A4.
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16. Architettura applicata per la riduzione delle emissioni inquinanti in area urbana e per la produzione di energia pulita.
8.DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE MODALITA’ DI
IMPLEMENTAZIONE INDUSTRIALE E/O
COMMERCIALE DEI RISULTATI DELLA RICERCA
Lo studio preliminare ha evidenziato che la resa dell’edificio genera un reddito importante da
produzione e cessione dell’energia prodotta.
Il prototipo allo studio, dove tutti i coefficienti architettonici, geometrici, fiscali, e fisici sono stati
ottimizzati, dimostra una produzione in grado di coprire l’80% dei costi di realizzazione del modello
stesso.
L’obiettivo della ricerca infatti è la definizione di nuovi modelli architettonici matematicamente
parametrabili che permettano di realizzare edifici sostenibili non solo da un punto di vista
ambientale, ma anche economico.
La sostenibilità economica del progetto è infatti la condizione essenziale per la sua rapida diffusione
e accettazione da parte del mercato.
La ricerca di pone l’obiettivo di arrivare alla copertura del 100% dei costi di realizzazione dell’edificio.
In sintesi i benefici dell’applicazione dei risultati della ricerca possono portare ai seguenti traguardi:
Edilizia pubblica e privata a costo 0
Impatto ambientale dei nuovi edifici 0
Aumento della produzione elettrica da fonti rinnovabili.
Questo si configura come una rivoluzione per lo sviluppo dell’edilizia futura:
La realizzazione di edifici con le suddetta caratteristiche porterebbe i seguenti vantaggi da un punto
di vista commerciale:
edifici a impatto ambientale zero
riduzione del costo di realizzazione degli edifici dell’80%
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riduzione del costo di vendita del 50% (il rimanente 50% verrebbe autofinanziato dalla
remunerazione data dalla produzione elettrica)
Azzeramento delle dei costi per consumi elettrici e termici. (salvo applicazioni industriali ad altissimo
assorbimento di energia).
Abbattimento delle emissioni nelle zone limitrofe.
Una volta realizzato Il primo prototipo la fase della commercializzazione si andrebbe a sviluppare per
2 fasi:
Realizzazione accordi con gruppi bancari per finanziare la realizzazione con i proventi della
produzione energetica.
proposizione del prodotto alle pubbliche amministrazioni (comuni, provincie, regioni) per
realizzazione di edifici pubblici
proposizione del modello a costruttori privati, per la realizzazione di edilizia privata.
I maggiori vantaggi del modello vanno principalmente alle pubbliche amministrazioni per il rinnovo
dello stock immobiliare pubblico, in quanto non hanno i costi necessari all’acquisizione dei terreni
edificabili.
Considerando la disponibilità di aree pubbliche gratuite, il progetto permette alle pubbliche
amministrazioni di ridurre fino all’80% (con possibilità di arrivare al 100%) il costo di costruzione di
impianti pubblici ad esempio.
Scuole
Nuove sedi per la pubblica amministrazione
Centri e impianti sportivi
Questo tipo di edilizia potrebbe essere la soluzione inoltre per la ricostruzione di aree dove catastrofi
naturali obbligano agli enormi costi della ricostruzione.
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18. Architettura applicata per la riduzione delle emissioni inquinanti in area urbana e per la produzione di energia pulita.
9.PREVENTIVO DETTAGLIATO DEI COSTI DELLA RICERCA
FASE ENTE / SOCIETA' UNITA'/ORE COSTO SINGOLO TOTALE COSTO DA FINANZIARE FORZA LAVORO
ENTI PUBBLICI
Università di Firenze – Dipartimento di
Progettazione dell'Architettura
I + II Prof.Arch.Ulisse Tramonti 480 € 43,00 € 20.640,00 € 0,00 € 20.640,00
I + II Prof.Arch.Fabio Fabbrizzi 1440 € 15,50 € 22.320,00 € 0,00 € 22.320,00
I + II Assegnista di ricerca € 40.000,00 € 40.000,00 € 0,00
I + II Dott.Manola Lucchesi 192 € 16,20 € 3.110,40 € 0,00 € 3.110,40
TOTALE DIP.PROG.FIRENZE € 86.070,40 € 40.000,00 € 46.070,40
Università di Firenze – Facoltà di Matematica
applicata all'Architettura
I Prof.Raffaella Paoletti 1440 € 15,50 € 22.320,00 € 0,00 € 22.320,00
I Assegnista di ricerca € 20.000,00 € 20.000,00 € 0,00
TOTALE DIP.MATEMATICA APP.ARCH.FIRENZE € 42.320,00 € 20.000,00 € 22.320,00
TOTALE ENTI PUBBLICI € 128.390,40 € 60.000,00 € 68.390,40
ENTI PRIVATI
I RICERCA SOLUZIONI TECNOLOGICHE – SOFTENERGY s.r.l. € 40.640,00 € 20.000,00 € 20.640,00
II COSTRUZIONE PROTOTIPO – IMPRESA LUIGI GIUNTI € 280.000,00 € 150.000,00 € 130.000,00
II IMPIANTO FOTOVOLTAICO – EN-ECO s.r.l. € 190.000,00 € 100.000,00 € 90.000,00
I + II PROGETTO PRELIMINARE + ESECUTIVO + DIREZIONE LAVORI – STUDIO SRR € 225.000,00 € 80.000,00 € 145.000,00
I + II VALUTAZIONI ECONOMICHE – DOTT.NOSEI € 120.000,00 € 50.000,00 € 70.000,00
I + II RIMBORSI VIAGGI € 20.000,00 € 20.000,00 € 0,00
II DIVULGAZIONE / UFFICIO STAMPA / SITO € 20.000,00 € 20.000,00 € 0,00
TOTALE ENTI PRIVATI € 895.640,00 € 440.000,00 € 455.640,00
TOTALE ENTI PRIVATI + PUBBLICI € 1.024.030,40 € 500.000,00 € 524.030,40
TOTALE PERCENTUALE 100,00% 48,83% 51,17%
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