© Daniele Domenicali . Published on January 13, 2011.

Il Progetto

© Daniele Domenicali . Published on January 13, 2011.

Il progetto SIEEB nasce dalla cooperazione tra il Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio della Repubblica Italiana e il Ministero della Scienza e della Tecnologia della Repubblica Popolare Cinese, e costituisce una piattaforma per lo sviluppo di una cooperazione bilaterale a lungo termine nei settori dell’ambiente e dell’energia, oltre a un modello di successo atto a dimostrare il potenziale di riduzione delle emissioni di C02 nel settore edilizio in Cina. L’edificio in questione – sito nel campus dell’Università di Tsinghua a Pechino – è stato progettato dall’arch. Mario Cucinella e dal Politecnico di Milano. mNel campus dell’Università di Tsinghua, il SIEEB si sviluppa su una superficie di 20.000 m2 per un’altezza di circa 40 metri. L’edificio ospiterà un centro sino-italiano di istruzione, formazione e ricerca per la tutela dell’ambiente e la conservazione dell’energia, con uffici e un auditorium da 200 posti a sedere. Il processo di progettazione dell’edificio è stato caratterizzato da una esperienza di collaborazione condivisa tra consulenti, ricercatori e architetti.

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Il concetto architettonico

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Il progetto si è sviluppato attraverso una serie di test e simulazioni su computer delle prestazioni dell’edificio in relazione alle sue possibili caratteristiche di forma, orientamento, involucro, sistemi tecnologici ecc., coniugando gli obiettivi di efficienza energetica e massima riduzione delle emissioni di CO2 con le esigenze di funzionalità ed estetica contemporanea dell’edificio. La filosofia di progettazione ha individuato una soluzione per integrare componenti già testati e sperimentati con sistemi nuovi e innovativi. I componenti dell’involucro, le tecnologie e i sistemi di controllo impiegati nel progetto SIEEB rappresentano lo “stato dell’arte” della produzione innovativa italiana nel settore dell’edilizia. Attraverso la progettazione della forma e dell’involucro esterno dell’edificio, il progetto SIEEB è finalizzato al controllo dell’ambiente esterno per l’ottimizzazione del comfort ambientale interno. Come risultato di questo approccio, l’edificio è chiuso e ben isolato a nord contro i freddi venti invernali, mentre appare più trasparente e aperto sul versante sud. A est e ovest, la luce diretta e l’irraggiamento solare sono controllati da una facciata a “doppia pelle” che filtra il sole e ottimizza la penetrazione della luce diurna negli spazi adibiti a uffici. Sono elementi distintivi del progetto anche i terrazzi e gli spazi verdi esteticamente molto gradevoli. Elementi strutturali a sbalzo si estendono a sud per ombreggiare i terrazzi.

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La forma e funzione architettonica

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Il SIEEB prende forma da un’analisi delle caratteristiche del sito e delle condizioni climatiche della città di Pechino. Sito in un denso contesto urbano, attorniato da edifici alti 10 piani, il SIEEB è studiato per massimizzare i benefici dell’orientamento a sud. La forma dell’edificio evolve da una serie di test e simulazioni dell’irraggiamento solare e dell’ombreggiamento (attraverso studi condotti dai ricercatori del Politecnico di Milano) ed è strettamente correlata alle sue attese prestazioni energetiche. Dai risultati dei test e delle simulazioni, sono stati ricavati gli elementi fondamentali per lo sviluppo progettuale dell’edificio. La pianta a C, la struttura digradante verso sud e la simmetria hanno rappresentato i principali punti di partenza per il team di progettazione. L’edificio è inserito in un lotto quadrato che misura circa 60 m x 60 m. In sezione, i piani arretrano a livelli più alti per massimizzare la penetrazione del sole negli spazi interni e dare più luce e aria al giardino interno. La distribuzione verticale è data da due scale principali e dai blocchi ascensori ubicati nelle ali ovest ed est, dove i due blocchi contribuiscono anche alla rigidità strutturale dell’intero edificio. L’edificio è simmetrico per ridurre l’area esposta sul lato nord ed è concepito nella sua forma per autoproteggersi e schermarsi. In termini di funzionalità, il SIEEB si divide in due parti distinte. La parte inferiore dal livello -1 al livello +1 costituisce l’area pubblica (atrio principale, spazi espositivi e auditorium) ed è fisicamente collegata alla strada e ai passaggi pedonali. Per garantire una facile accessibilità all’edificio, il piano terra è progettato in modo da essere permeabile lungo l’asse nord-sud. Sul lato nord, una facciata con apertura di due piani in altezza dà accesso all’edificio e lascia intravedere il giardino interno dalla strada e dagli edifici di fronte. I piani inferiori (livello -1 e +1) hanno una forma più complessa: rampe, passaggi, terrazzi irregolari e giardini di piante che offrono ambientazioni e prospettive diverse agli spazi pubblici. I piani superiori (dal livello +2 all’ultimo piano) – principalmente occupati da uffici e laboratori – si presentano più regolari, con layout dei piani che variano da livello a livello per dare spazio ai terrazzi aperti orientati a sud.

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L’involucro

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Nell’ambito delle strategie ambientali, l’involucro edilizio svolge un ruolo determinante dove a orientamenti diversi dell’edificio corrispondono soluzioni diverse. L’edificio è pensato come un guscio protettivo a nord che si apre invece a sud verso il sole. La facciata nord, che costituisce l’accesso principale dal campus, è progettata in modo da risultare quasi del tutto opaca e altamente isolata per proteggere l’edificio dai freddi venti invernali. Il colore blu della facciata conferisce all’edificio un’immagine architettonica di forte impatto. Diversi sistemi di facciate ventilate sono utilizzati per la “pelle” interna che si affaccia sul giardino e per l’involucro esterno sui lati est e ovest. Le facciate sud, ombreggiate dai piani e dalle strutture a sbalzo, sono trattati in modo da risultare più trasparenti. I lati esterni est e ovest dell’edificio sono rivestiti con una “doppia pelle” composta da una semplice struttura a facciata continua con un gioco di moduli opachi/trasparenti e una facciata serigrafata esterna. Semplici linee orizzontali serigrafate a varie densità conferiscono all’edificio una vibrazione elegante e contemporaneamente contribuiscono al controllo ambientale degli spazi.

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Per le facciate est e ovest, a causa della loro esposizione critica all’irraggiamento solare, sono stati introdotti componenti speciali come elementi orizzontali riflettenti (light shelf) interni/esterni e avvolgibili interne per controllare il riverbero e massimizzare la diffusione della luce diurna. L’involucro interno che si affaccia sul cortile interno presenta una “doppia pelle” composta da una semplice struttura a facciata continua, basata sullo stesso criterio di modularità applicato alle facciate esterne, e una struttura esterna a lamelle frangisole in vetro. La struttura frangisole è composta da lamelle in vetro riflettente che hanno angoli di inclinazione diversi per controllare l’irraggiamento solare e la penetrazione della luce negli spazi adibiti a uffici.

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Ingeneria (Favero & Milan Ingegneria)

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Principi di progettazione strutturale Nel corso della prima fase di progettazione, si è proceduto allo studio di un concetto energetico idoneo alle caratteristiche del sito, alle condizioni climatiche e meteorologiche locali e alla pianta funzionale dell’edificio.

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Sulla base di tali parametri e attraverso l’utilizzo di modelli, si è provveduto a definire la forma e successivamente la struttura dell’edificio. Il materiale selezionato per i piani superiori al pianterreno è l’acciaio, un materiale totalmente riciclabile e di utilizzo comune a Pechino, con il quale sono state realizzate l’intelaiatura di sostegno composta da travi e pilastri e il guscio in vetro a “doppia pelle”. I pavimenti in calcestruzzo sono stati realizzati sul posto e integrati nel sistema di travi in acciaio secondo una tecnica frequentemente impiegata in Cina.

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La stabilità laterale dell’edificio è garantita dai nuclei centrali delle trombe di scale realizzati con intelaiature rinforzate composte da profilati in acciaio. I piani sotterranei sono interamente realizzati in cemento armato sopra una griglia di pilastri di 8×8 m e con una fondazione a platea nervata a 8 metri dal livello del suolo. Principi di progettazione per i servizi tecnologici Lo scopo principale di tutti i servizi all’interno del SIEEB è la riduzione del consumo energetico e la creazione di condizioni interne altamente confortevoli. In questo progetto, sono state applicate le seguenti tecnologie principali:

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sistema di trigenerazione

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refrigeratori ad assorbimento

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aldaie a condensazione ad alta efficienza

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assette a volume d’aria variabile (VAV)

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soffitto radiante

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pannelli fotovoltaici

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sistema di controllo “intelligente” BMS (Building Management System) preposto alla gestione dell’edificio Grazie alla combinazione di questi impianti e sistemi tecnologici con la forma, l’orientamento, i materiali e le facciate ad alte prestazioni dell’edificio, è stato possibile ridurre il consumo energetico e quindi anche le emissioni di CO2.

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Impianti meccanici e sistemi di rigenerazione

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Nella stagione fredda, il calore recuperato è fornito a un sistema di riscaldamento a soffitto radiante, alle unità di trattamento dell’aria (35000 m3/h e 39000 m3/h) e alle caldaie per acqua calda ad uso sanitario. Il sistema è integrato da caldaie a condensazione per basse temperature (45 °C) con potenza complessiva di 900 kW, e da una caldaia per temperature fino a 70 °C con potenza di 185 kW per i radiatori e il riscaldamento dell’acqua ad uso sanitario. Durante la stagione calda, il calore recuperato alimenta una serie di refrigeratori ad assorbimento la cui potenza di raffreddamento è utilizzata per le unità di trattamento dell’aria e per i sistemi radianti a soffitto. In linea di principio, i refrigeratori ad assorbimento dovrebbero essere a doppio effetto e dovrebbero essere in grado di utilizzare sia il calore ad alta temperatura proveniente dagli scarichi delle unità cogenerative (acqua surriscaldata a 120-110°C) sia il calore a bassa temperatura ricavato dai circuiti di raffreddamento camicie e olio lubrificante (acqua calda a 98-88 °C). La potenza elettrica generata è in grado di azionare i refrigeratori a compressione (ove necessario) che sono raffreddati tramite apposite torri di raffreddamento. Il carico complessivo (di circa 1500 kW) può essere raggiunto con l’uso di due compressori, mentre un terzo compressore è lasciato in stand-by.

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Soffitto radiante e ventilazione a dislocamento

I recenti sviluppi del raffrescamento radiante hanno dato stimolo alla ricerca di nuove soluzioni basate sull’associazione delle tradizionali strategie di ventilazione (a miscelazione e dislocamento) con i pannelli radianti per raffrescamento a soffitto. I sistemi combinati di ventilazione e raffreddamento radiante non soltanto agiscono sull’estrazione del carico termico, ma esercitano anche un’influenza significativa sulla distribuzione dell’aria e sul comfort all’interno dei locali. Il SIEEB utilizza un soffitto radiante abbinato a un sistema di immissione dell’aria primaria a livello del pavimento attraverso un plenum. I pannelli di acciaio del soffitto radiante misurano 600×1200 mm.

Sistema di gestione dell’edificio

Per il controllo della temperatura dell’aria, ogni ufficio o laboratorio è provvisto di una centralina elettronica collegata al sistema centralizzato di gestione BMS. Ogni centralina dispone di una valvola elettrica a due vie. Il sistema BMS dell’edificio controlla tutti gli impianti meccanici ed elettrici. Al sistema BMS sono collegati tutti i controlli locali e centrali destinati a massimizzare il comfort e ridurre al minimo il consumo energetico. Riutilizzo dell’acqua L’acqua piovana proveniente dal tetto è recuperata e riutilizzata per gli impianti igienico-sanitari (toilette). L’acqua piovana raccolta nei piazzali è convogliata verso l’impianto municipale di trattamento delle acque reflue. L’approvvigionamento idrico per gli impianti igienico-sanitari è assicurato dal riciclo delle acque grigie e dal recupero dell’acqua piovana proveniente dal tetto. L’acqua piovana è raccolta e immagazzinata in cisterne sotterranee, e sempre in cisterne sono raccolte e immagazzinate anche le acque grigie di rifiuto. Le cisterne dispongono di scarichi per troppopieno collegati alla fognatura pubblica. Prima di essere riutilizzata, l’acqua di recupero è sottoposta a filtrazione attraverso un filtro a sabbia con granulometria variabile.

Illuminazione diurna

In base alla stessa filosofia di progettazione dei sistemi meccanici, sono stati concepiti anche gli impianti elettrici per garantire i massimi livelli di sicurezza e flessibilità, permettendo al tempo stesso di conseguire la massima efficienza energetica. Una particolare attenzione è stata riservata all’ottimizzazione della luce naturale attraverso lo studio di un elemento orizzontale riflettente (light shelf) integrato nella facciata. Negli uffici e laboratori, sarà inoltre utilizzato un sistema automatico di regolazione del flusso luminoso che prevede l’installazione di reattori elettronici negli apparecchi di illuminazione. Il funzionamento di tali reattori sarà controllato da fotosensori (rilevatori di presenza e luminescenza) per la regolazione del flusso luminoso richiesto nei diversi locali. La regolazione potrà essere effettuata anche manualmente, oltre che attraverso i fotosensori, con l’utilizzo di varialuce in grado di fornire il livello di illuminazione richiesto per lo svolgimento di attività specifiche.

Sistema fotovoltaico

I sistemi fotovoltaici constano di 190 moduli, ognuno dotato di una potenza nominale pari a 105 Wp, che sono assemblati in 2 distinte aree da 95 moduli ognuna sopra i terrazzi delle ali est e ovest dell’edificio. Gli impianti hanno una potenza di picco nominale complessiva pari a 19,95 kWp. La conversione della corrente continua prodotta dai moduli nella corrente alternata necessaria per gli impianti e apparecchi dell’edificio è garantita da 6 inverter all’interno dei quali è realizzata l’interconnessione dei circuiti serie-parallelo.

Ingegneria delle facciate

L’involucro dell’edificio presenta quattro tipi di superfici vetrate. Il primo tipo è utilizzato per la facciata nord dove la superficie vetrata ha un coefficiente U di 1,4 W m-2 K-1 e un fattore solare pari al 43 . Il secondo tipo consta di una facciata a “doppia pelle” dove la superficie vetrata interna (Facciata A) ha un coefficiente U di 1,4 W m-2 K-1 e un fattore solare pari al 43, mentre la superficie vetrata esterna (Facciata B) ha un coefficiente U di 5,4 W m-2 K-1 e un fattore solare pari al 76 . Anche il terzo tipo comprende una superficie a “doppia pelle” dove la superficie vetrata interna (Facciata A) ha un coefficiente U di 1,4 W m-2 K-1 e un fattore solare pari al 43, mentre la superficie vetrata esterna (Facciata B) ha un coefficiente U di 5,3 W m-2 K-1 e un fattore solare pari al 57%. Il quarto tipo ha un coefficiente U di 1,3 W m-2 K-1 e un fattore solare pari al 42 %. Le celle fotovoltaiche sono collocate al disopra della facciata sud in modo da costituire una superficie aggettante in grado di schermare la parete vetrata dall’irraggiamento solare.

Il Sito

La gestione del progetto e della costruzione Il cantiere di costruzione SIEEB si propone come simbolo della collaborazione tra Cina e Italia che ha avuto un seguito anche dopo la fase di progettazione e durante la realizzazione delle opere. Una struttura per la gestione del progetto e della costruzione – costituitasi come team PCM (Project & Construction Management) e formata da società italiane e cinesi – è stata incaricata della gestione del cantiere di costruzione e in tale veste ha collaborato allo sviluppo degli appalti, alla stesura dei contratti, alla pianificazione della forniture e delle opere realizzative, e infine alla verifica della qualità delle opere eseguite. Gli appalti per la realizzazione dell’edificio sono stati formulati, lanciati e aggiudicati dal team PCM in conformità alle norme internazionali secondo le pubblicazioni FDIC. I principali contratti di appalto sono elencati nel seguente paragrafo. Oltre ai principali appalti aggiudicati per la realizzazione delle opere, il team PCM ha disposto l’acquisto di un certo numero di materiali e componenti sia sul mercato cinese sia sui mercati internazionali, in particolare sul mercato italiano (per le caldaie a condensazione, i refrigeratori, le pompe idrauliche ecc.).

Le tecnologie di fornitura italiana L’edificio costituisce un modello di realizzazione ecocompatibile nel quale si è fatto ampio ricorso alla tecnologia italiana per gli impianti tecnici, le facciate e la realizzazione delle finiture. PERMASTEELISA S.p.A. si è aggiudicata il contratto per le facciate in vetro. GRANITI FIANDRE S.p.A. ha prodotto e installato tutti i pavimenti rialzati (in collaborazione con UNIFLAIR S.p.A.), mentre iGUZZINI S.p.A. ha fornito gli apparecchi di illuminazione. PROTERIMEX S.r.l. ha fornito e installato i pannelli radianti a soffitto e le valvole di regolazione. Il sistema di gestione integrata dell’edificio (BMS) è stato affidato a una joint venture costituita da SIEMENS ITALIA e SIEMENS CHINA, dove Siemens Italia è stata incaricata dell’aspetto ingegneristico. GRUNDFOSS ITALIA ha fornito le pompe idrauliche, mentre ZUCCHINI si è incaricato della fornitura dei condotti sbarre per gli impianti elettrici. CLIMAVENETA DELONGHI S.p.A. ha fornito i refrigeratori centrifughi e con compressori a vite; MERLONI MTS S.p.A. ha fornito le caldaie a condensazione ad alta efficienza e ha preso in carico le attività di ingegneria, fornitura e installazione di tutti i pannelli fotovoltaici e dei sistemi correlati. I pannelli fotovoltaici sono stati prodotti da ENITECNOLOGIE S.p.A..

Lo stato di avanzamento del cantiere Il cantiere di costruzione è stato aperto nel maggio 2005. L’inaugurazione ufficiale è avvenuta il 6 luglio 2006. La consegna dell’edificio all’Università di Tsinghua, in seguito ai collaudi delle strutture e dei servizi, e al termine di un periodo di avviamento iniziale necessario per la loro organizzazione funzionale, ha avuto luogo nel settembre 2006. Presso il cantiere di costruzione hanno lavorato congiuntamente tecnici e operai sia italiani sia cinesi, offrendo un valido esempio di cooperazione internazionale.