Edifici intelligenti

Edifici intelligenti
Attualmente, interi eserciti di scienziati, architetti e ingegneri lavorano allo sviluppo di soluzioni innovative per gli edifici. Il contesto: attualmente più del 50% della popolazione del pianeta vive già in città. Le città consumano il 75% dell'energia globale, di cui circa il 40% è generato dagli edifici. Si stima che nei prossimi 20 anni il consumo globale di energia aumenterà di circa il 60%, con un incremento della domanda soprattutto nelle aree urbane. Con la crescita della popolazione mondiale e l'urbanizzazione, la domanda di combustibili fossili aumenta; le risorse diventano più scarse e più costose. Il che rende più forte la richiesta di un'efficienza energetica significativamente più elevata. È qui che entra in gioco la ricerca sugli edifici intelligenti. Uno studio del McKinsey Global Institute, ad esempio, ha rilevato che quattro delle cinque misure più efficaci dal punto di vista dei costi per ridurre le emissioni di CO2 hanno a che fare con l'efficienza degli edifici.

Gli edifici come fonte di energia
Secondo le stime dell'UE, edifici progettati in modo intelligente potrebbero far risparmiare fino al 42% di energia, al 30% di acqua e al 35% di emissioni di CO2. Non c'è quindi da stupirsi se le case intelligenti sono in cima all'agenda della Commissione Europea sulla sostenibilità, adottata alla fine del 2011. Tuttavia, questo da solo non fornisce una risposta alla domanda su come si possa soddisfare una domanda di energia in costante aumento con risorse in diminuzione. L'utilizzo dell'alternativa ai combustibili fossili - le energie rinnovabili provenienti dal vento e dal sole - è ancora irto di difficoltà. L'elettricità proveniente da "fonti energetiche fluttuanti" che deve essere immessa nella rete elettrica spinge al limite le attuali strutture di approvvigionamento elettrico. La risposta dell'industria a questa sfida si chiama "smart grid". La nuova parola magica significa che tutti i componenti della rete elettrica sono "sincronizzati", vale a dire che i fornitori, i consumatori e i sistemi di automazione intelligenti integrati possono scambiarsi informazioni economiche e tecniche. L'obiettivo è quello di raggiungere una continua armonizzazione della generazione e del consumo di energia elettrica. A sua volta, questo non funziona senza "edifici intelligenti", che sono oggetto di ricerca, tra gli altri, da parte della Siemens Building Technologies di Zug. Christian Spengler, vicepresidente della filiale Siemens, spiega cosa si intende per "edificio intelligente": "Può fare essenzialmente tre cose che un edificio convenzionale non può fare: In primo luogo, è in grado di reagire ai segnali di prezzo provenienti dalla rete e di ricavarne delle azioni, ad esempio riducendo il consumo di elettricità quando le tariffe sono elevate o spostandolo automaticamente verso momenti con tariffe più convenienti. In secondo luogo, l'edificio intelligente può produrre elettricità per uso proprio, ad esempio tramite il fotovoltaico, e immettere il surplus nella rete. In terzo luogo, lo stoccaggio intelligente - come il freddo o il calore negli edifici - può essere utilizzato per bilanciare la smart grid".

Affinché queste considerazioni teoriche funzionino nella pratica, gli edifici devono essere in grado di "comunicare" con le reti elettriche - e per far sì che questo funzioni a sua volta, istituti di ricerca come Siemens Building Technologies hanno sviluppato i relativi prodotti software di automazione degli edifici. La tecnologia integra e ottimizza le infrastrutture fisiche e digitali di edifici commerciali e complessi edilizi in modo che possano reagire ai segnali di prezzo provenienti dalla rete elettrica. Attualmente sono in corso diversi progetti in tutto il mondo per testare l'interazione tra reti ed edifici intelligenti, tra cui il progetto di rete dell'UE sull'isola danese di Bornholm e il nuovo Rifugio Monte Rosa nel Massiccio del Monte Rosa.

Crescita in verticale
L'afflusso nelle aree urbane crea ulteriori sfide: Dopotutto, i circa 1,8 miliardi di nuovi abitanti delle città avranno bisogno di un tetto sopra la testa entro il 2030 e dovranno essere garantiti. Se le previsioni si avvereranno effettivamente può essere discutibile, ma una cosa è indiscutibile: la domanda di alloggi, soprattutto nelle società in rapida crescita, aumenterà a dismisura. Alcune città si stanno già avvicinando al limite della crescita, almeno in senso orizzontale: i pendolari creano quotidianamente il caos del traffico, il trasporto pubblico fornisce solo un sollievo limitato e l'approvvigionamento della popolazione nei centri urbani sta diventando sempre più difficile. Quindi la cosa più ovvia da fare è spostare la crescita in verticale. Tuttavia, costruire verso l'alto è pieno di difficoltà. Ad esempio, ci si chiede come pompare l'acqua a centinaia di metri di altezza o come organizzare gli ascensori nel modo più efficace possibile per portare migliaia di persone al piano desiderato senza lunghi tempi di attesa. Infine, ma non per questo meno importante, c'è la questione della stabilità: forti temporali potrebbero colpire la facciata o far vibrare l'edificio nel suo complesso. Per poter stimare con precisione le reazioni dell'edificio alle forze che agiscono su di esso, i progettisti utilizzano gli "stress test". Si tratta di ricostruire il grattacielo in miniatura e di misurarlo in una galleria del vento sotto vari carichi. A Zurigo, ad esempio, è stato il caso dell'edificio per uffici Prime Tower, attualmente l'edificio più alto della Svizzera con i suoi 126 metri. La tecnica costruttiva è ormai così avanzata che si stabiliscono continuamente nuovi record di altezza degli edifici. Già alla fine del secolo scorso sono state elaborate proposte per l'abitare a risparmio di risorse di domani. Nel 1996, gli architetti madrileni Xavier Pioz, Rosa Cervera e Eloy Celaya hanno progettato la "Torre bionica", alta circa 1.200 metri e 300 piani, una "città verticale" per un massimo di 100.000 persone. La torre deve il suo nome a un metodo di costruzione ispirato alla natura, che consente di superare l'attuale altezza massima teorica dei grattacieli, pari a circa 700 metri. Il termine bionica indica che questa tecnologia trasferisce i principi derivati dalla biologia alle applicazioni tecniche. La bionica non solo è stata utilizzata con successo per sviluppare nuovi costumi da bagno per gli atleti modellati sulle pinne degli squali, ma si dice anche che sia in grado di risolvere i problemi che sorgono durante la costruzione dei "super grattacieli". Per la statica della Torre Bionica, gli architetti si sono affidati a una costruzione che, come un albero, consiste in molti componenti e anelli interconnessi. Tutte le forze che agiscono su di esso possono così essere assorbite e dissipate senza danni nella rete ramificata di connessioni, che conferisce all'edificio un'enorme resistenza.

Le indagini condotte nel porto di Hong Kong nel 1999 hanno portato alla conclusione che l'edificio avrebbe dovuto essere eretto in un lago artificiale per assorbire le onde d'urto in caso di terremoto. Questo risolverebbe i problemi di base. È stata trovata anche una sede: Shanghai ha presentato domanda per la costruzione della Torre bionica. Per ora il progetto esiste solo sul tavolo da disegno. Da un lato, 15 anni di tempo per la costruzione, costi di costruzione tra i 15 e i 30 miliardi di dollari e il lungo periodo di prefinanziamento comportano un rischio elevato per gli investitori. D'altra parte, oltre a nuovi sviluppi nella progettazione strutturale, sono necessari ulteriori sviluppi nei sistemi e nella tecnologia di costruzione, secondo esperti come l'amministratore delegato di Drees & Sommer Svizzera Steffen Szeidl: "Questi non sono ancora sul mercato o sono ancora in fase di test come prototipi". Ci sono anche problemi sociologici. Le persone dovranno ripensare e riqualificarsi, sia per quanto riguarda la paura dell'altezza, il rumore, lo spazio abitativo ristretto o l'ombreggiatura, l'illuminazione e l'apporto di aria fresca. Szeidl non si aspetta che i piani vengano realizzati in tempi brevi, ma si rallegra del fatto che l'idea della torre bionica stia stimolando la discussione sulle nuove tecnologie e sui nuovi materiali e stia portando a uno o due ulteriori sviluppi. Resta da vedere se l'idea sarà realizzata.