Rigenerazione e rilocalizzazione energetica

La transizione energetica, ritenuta una svolta necessaria ed ormai improcrastinabile, comporta un processo di cambiamento tecnologico, produttivo, politico e culturale verso nuove forme di organizzazione sociale ed energetica. Questo processo, iniziato in chiave critica e sperimentale già negli anni ’70 e proseguito negli anni ’90 del Novecento, sta oggi registrando un’accelerazione soprattutto a causa della forte crescita dei paesi in via di sviluppo e dei paesi emergenti che ha aumentato il consumo delle riserve energetiche a livello globale.

La produzione e la fruizione energetica oggi richiedono nuove visioni per la loro contestualizzazione e integrazione nei luoghi di vita. È quindi possibile analizzare le pratiche di rigenerazione urbana come opportunità per il contenimento del fabbisogno energetico, per il recupero identitario dei luoghi e per la rilocalizzazione delle produzioni energetiche.

In riferimento alle problematiche energetiche il settore delle costruzioni riveste un ruolo fondamentale. Due terzi del consumo totale di energia del mondo sono attribuibili alle città che, occupando una superficie solo del 2%, sono responsabili di circa il 75% del consumo mondiale di risorse (Pacione, 2009). La rigenerazione urbana in chiave energetica è quindi un tema rilevante nella pratica urbanistica e può essere intesa a tutti gli effetti una politica per uno sviluppo sostenibile delle città.

Come afferma Ezio Manzini: “La metropoli contemporanea ci appare ormai come un habitat saturo. E poiché non c’è un “altrove” vuoto da colonizzare, sappiamo che ogni idea di futuro, ogni ipotesi di sviluppo non potrà che essere una riorganizzazione di quello che in esso oggi troviamo. In altre parole: ogni immagine che possiamo farci degli habitat di domani è, più che in passato, condizionata da ciò che è stato fatto ieri, cioè da quelli che abbiamo definito come i “fattori pregressi” nella definizione dell’habitat.

All’idea (del tutto astratta, ma che ha fortemente condizionato l’immaginario collettivo) dell’ingegnere illuminista che disegna dal nulla la città ideale, occorre sostituire quella del bricoleur che usa (creativamente, se ne è capace) quello che c’è. Decontestualizzandolo e attribuendogli nuovi significati e nuove funzionalità” (Manzini, 1997).

Negli ambiti urbani l’energia richiede sempre più logiche organizzative diffuse e articolate, capaci di promuovere azioni di cogenerazione e democratizzazione della produzione. Riguardo ai nuovi sistemi di approvvigionamento, stoccaggio, trasformazione e uso dell’energia ed in relazione alle tecnologie smart che li governeranno, la città si sta trasformando da luogo energivoro e problematico a nodo produttivo e di scambio; luogo di azione del cosiddetto “Internet of energy”.

Alla città è richiesto di diventare un sistema “significante”, “intelligente” e autopoietico. Ne deriva la necessità di un cambiamento radicale nel concepire i luoghi della produzione energetica (che diventano condivisi, rispondenti, aperti, socialmente accettati, a basso rischio, multifunzionali, rigenerativi e non invasivi).

La rilocalizzazione della produzione energetica può inoltre rafforzare la resilienza necessaria a livello locale nei confronti dei potenziali effetti dannosi dell’indisponibilità dei combustibili fossili e può aiutare a ridurre il contenuto di anidride carbonica immesso dalle comunità. Le innovazioni verso un ambiente costruito rigenerato ed energeticamente autosufficiente possono aver luogo su tre livelli/scale di intervento.

Il primo livello è alla scala del dettaglio edilizio ed è legato allo sviluppo di nuovi materiali e nuovi sistemi per la trasformazione dell’energia. Il secondo livello è alla scala dell’intero edificio, in cui questi nuovi prodotti sono integrati a nuovi metodi e tecniche di progettazione e di riqualificazione. Il terzo livello è alla scala di quartiere, in cui le innovazioni sono legate al controllo intelligente e all’allineamento dei flussi energetici alla scala dell’agglomerato urbano (Bourdic e Salat, 2012).

La “pelle” architettonica tra innovazioni tecnologiche e tipologiche

Le funzioni degli apparati tegumentari sono molteplici: isolamento, rivestimento, protezione, attività sensoriale, comunicazione, filtrazione e quindi mediazione tra interno ed esterno. La “pelle” architettonica è oggi, grazie alle nuove tecnologie, un apparato bioispirato e dinamico capace di emulare le sofisticate funzioni dei tegumenti naturali. Apparati cioè capaci di reagire a stimoli esterni e di incorporare processi complessi in maniera interattiva ed automatica.

Motilità ottenibili grazie ad innovazioni nei campi delle scienze dei materiali e delle tecnologie digitali che oggi permettono, grazie ad interventi che si spingono fino alla scala nanometrica, un grado massimo di integrazione tra superfici e tecnologie. La “parete” si trasforma da essere tamponatura statica a superfice sensoriale e rispondente, luogo di trasformazione continua, strumento per l’efficienza energetica.

Le direzioni di sviluppo dell’innovazione di tecnologie, materiali e processi per la sostenibilità energetica sono molteplici e complementari. Esse possono interessare ricerche orientate all’aumento delle performance, alla sostenibilità del ciclo-vita dei prodotti che compongono gli impianti, alla riduzione delle quantità e della pericolosità dei materiali necessari, all’introduzione di nuovi materiali e tecnologie con caratteristiche sempre migliori, all’aumento di affidabilità nel tempo, alla diffusione dei risultati della ricerca mediante una progressiva riduzione dei costi, all’introduzione di metodi per il calcolo, per la valutazione e per l’integrazione a contesti ed artefatti delle tecnologie di produzione energetica, alla soluzione di problematiche relative allo stoccaggio ed alla messa in rete dell’energia prodotta con diversi sistemi, all’ecoefficienza intesa come la generale riduzione dei fabbisogni energetici.

Rispetto a tali obiettivi è possibile organizzare le ricerche in questi campi in esperienze adottanti tecnologie passive (capaci ossia di rispondere alle esigenze energetiche degli edifici con soluzioni tendenti alla riduzione dei fabbisogni, alla termoregolazione, all’isolamento) e tecnologie attive (orientate ossia alla integrazione di dispositivi per la produzione energetica).

Al primo gruppo appartengono sperimentazioni che propongono soluzioni per pareti capaci di adattarsi alle condizioni climatiche esterne e quindi modificare il proprio assetto in maniera automatica al fine di ottimizzare le condizioni ambientali interne (soleggiamento, temperatura, ventilazione). Uno dei primi esempi in questa direzione è la facciata sud dell’Institute du Monde Arab, inaugurato a Parigi nel 1987 e progettato da Jean Nouvel, Pierre Soria, Gilbert Lezénés e Architecture Studio.

La facciata si compone di una griglia regolare su cui sono installati dei diaframmi dinamici. Delle specifiche fotocellule, in riferimento alle condizioni di luminosità esterna, forniscono gli input ai diaframmi che si aprono come obiettivi fotografici creando così ottimali condizioni di illuminazione e ventilazione interna. Un esempio più recente è il Quadracci Pavilion progettato da Santiago Calatrava nel 2001 come padiglione aggiuntivo al già esistente Museo d’arte di Milwaukee.

L’involucro dell’edificio è costituito da 72 nervature metalliche che si aprono fino ad un’altezza massima di 60 metri. Con un lento “battito d’ali” l’enorme struttura funge da elemento di schermatura e termoregolazione aprendosi di giorno per lasciar penetrare la luce solare ed in tal modo riscaldare in modo passivo gli ambienti interni, mentre la sera o nelle giornate piovose si richiude a guscio come a voler proteggere l’edificio.

Un simile caso studio è il Theme Pavilion Expo Yeosu progettato dallo studio viennese Soma Architecture a Yeosu (Corea) nel 2012. La facciata principale, costituita da lamelle cinetiche, grazie ad un costante adattamento alle condizioni climatiche, permette di ottenere un risparmio energetico e di regolare l’entrata della luce diretta.

Nella medesima direzione di indagine opera la ricerca di Archim Menges. Nel 2013, in collaborazione con Oliver David Krieg e Steffen Reichert, Menges progetta HygroSkin Meteorosensitive Pavilion per l’Institute for Computational Design and Construction di Stuttgard (Germania). La struttura delle pareti in fibra di legno, ispirandosi allo schema di apertura delle pigne, varia al variare delle condizioni di umidità ambientale. Un concetto simile è stato sviluppato dalla società di progettazione AEDAS per la realizzazione del sistema dinamico di ombreggiamento delle Al Bahr Towers costruite ad Abu Dhabi City.

Vi sono poi casi studio inerenti applicazione di tecnologie attive, ossia capaci di generare energia elettrica o termica sfruttando le facciate come superfici di captazione multifunzionali. Ne è un esempio il progetto Hikari di Kengo Kuma, realizzato a Lione nel 2015. Celle fotovoltaiche sono state integrate nelle superfici trasparenti delle facciate a formare un pattern capace sia di generare energia che di procurare un ombreggiamento agli ambienti interni.

Un esempio di avanguardia è la BIQ House costruita nel quartiere di sperimentazione IBA Hamburg (Germania). Il sistema intelligente è in grado di fornire contemporaneamente biomassa ed energia termica, portando i consumi energetici dell’edificio molto vicini allo zero. La facciata vetrata è composta da una serie di bioreattori contenenti delle micro-alghe che, innescando il processo di fotosintesi, producono la biomassa e l’energia termica per alimentare l’edificio.

L’esposizione diretta al sole accelera il processo di proliferazione della alghe che, crescendo in numero, aumentano il quantitativo di energia prodotta e creano uno strato isolante naturale tra interno ed esterno trasformandosi in un brise-soleil naturale.

Ci sono poi progetti sperimentali che propongono l’integrazione di sistemi di produzione energetica (termica, piezoelettrica o fotovoltaica) alle superfici orizzontali (pavimentazioni). È una direzione di ricerca che presenta problematiche oggettive circa la produttività, ma che presenta come principale punto di forza la massima integrazione con il contesto.

Nel 2008 Daan Roosegaarde mette a punto il progetto SDF (Sustainable Dance Floor) per il club Watt di Rotterdam (Olanda). Trattasi di una pavimentazione modulare piezoelettrica capace di generare elettricità dalle vibrazioni provocate dal ballo degli avventori della discoteca. Tra le sperimentazioni attive in questa linea di sviluppo è possibile citare il progetto americano SolarRoadWays di Scott-Brusaw e il progetto SolaRoad, inaugurato nel 2014 Krommwnie, nei pressi di Amsterdam; un progetto sperimentale di pista ciclabile fotovoltaica sviluppata dall’istituto di ricerca TNO in consorzio con Ooms ed Imtech.

Si tratta di un percorso modulare in cemento prefabbricato nel quale sono state inserite delle celle solari, il tutto è stato poi rivestito in vetro temperato e antiscivolo. L’energia generata potrebbe alimentare l’illuminazione stradale, o ricaricare le batterie delle biciclette elettriche.

Il progetto presenta diverse problematiche funzionali (la luce catturata sarà senza dubbio inferiore rispetto a quella assorbita da impianti fotovoltaici tradizionali; si stima una differenza del 30%), ma apre una nuova strada nel concepire centrali fotovoltaiche lineari, condivise e totalmente integrate nel contesto.

Sia nel caso di sistemi passivi che di sistemi attivi le nuove sfide attengono ad una nuova definizione del rapporto tra architettura, energia e movimento e all’adozione di nuove tecnologie che, mediate l’uso di sensori sempre più sofisticati, permettono di far dialogare edificio e luogo (interno ed esterno) e fabbisogni energetici.

In entrambi i casi le sfide progettuali attengono all’ottenimento di superfici capaci di integrarsi ai contesti, di essere programmate o, meglio, di auto-organizzarsi, e quindi adattarsi agli stimoli esterni e in generale alle possibili mutazioni delle condizioni ambientali. Sfide che richiedono rinnovate sinergie operative tra le discipline dell’Architettura, delle ICT e del Design Industriale.

La superficie tecnologica in qualità di componente architettonica diventa così un tema critico, un luogo di sperimentazione e trasferimento tecnologico per lo sviluppo di innovazioni materiche e tipologiche.


 Note

– BOURDIC L. e SALAT, S. (2012) Building energy models and assessment systems at the district and city scales: a review, in: Building Research & Information 40(4), 518–526.

– MANZINI E. (1997), Ripensare l’habitat sociale, Impresa & Stato n°37-38.

– PACIONE M. (2009) Urban geography – a global perspective. Routledge, New York.

 

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