Una facciata solare sviluppata presso l'ETH di Zurigo combina la produzione di elettricità con l'ombreggiamento intelligente per ottenere un bilancio energetico ottimale.

Il riscaldamento o il raffrescamento degli ambienti interni richiede energia. Facciate di edifici più intelligenti potrebbero risparmiare gran parte di quell'energia. Un sistema sviluppato all'ETH di Zurigo utilizza pannelli solari mobili per generare elettricità, consentendo allo stesso tempo la giusta quantità di luce solare o ombra per adattarsi alle condizioni meteorologiche e all'uso interno.

Bilancio energetico positivo

Arno Schlüter, Professore di Architettura e Sistemi Edili, e il suo gruppo di ricerca hanno sviluppato un sistema di facciata solare adattivo che regola le singole stanze in modo che producano più energia di quanta ne consumino nel corso dell'anno. Hanno appena riportato le loro scoperte in una recente edizione della rivista Energia della natura .

L'innovativa facciata comprende array di pannelli solari mobili montati su una rete di cavi d'acciaio leggeri. Questi sono controllati individualmente e spostati verticalmente e orizzontalmente da un morbido elemento robotico. Questi morbidi attuatori robotici sono il cuore del sistema:la combinazione di materiali morbidi che cambiano forma sotto pressione e un giunto rigido a forma di U consente loro di bloccarsi in posizione per resistere a condizioni meteorologiche avverse, persino tempeste.

I ricercatori hanno testato la resistenza alle condizioni atmosferiche del sistema ed eseguito misurazioni con diversi prototipi nel campus di Hönggerberg. Hanno scoperto che i pannelli solari mobili raccolgono circa il 50% in più di energia in una limpida giornata estiva rispetto ai pannelli solari statici montati sulla facciata di un edificio.

Potenziale di risparmio simulato

Però, la facciata non solo genera elettricità, ma può anche regolare quanta luce e calore permeano l'involucro edilizio, regolando così il clima interno. Un algoritmo di apprendimento adattivo controlla il movimento dei pannelli in modo che il risparmio realizzato nel riscaldamento e raffrescamento degli spazi interni riduca la domanda netta di energia. Allo stesso tempo, l'algoritmo prende in considerazione anche l'uso corrente dell'edificio e regola di conseguenza il clima.

Per determinare il grado in cui il consumo energetico di una stanza potrebbe teoricamente essere ridotto, i ricercatori hanno simulato diversi scenari utilizzando i dati dei prototipi. Hanno calcolato il potenziale di risparmio energetico degli involucri edilizi dotati di facciate solari mobili al Cairo, Zurigo e Helsinki. In tal modo hanno eseguito simulazioni per spazi sia ad uso ufficio che residenziale.

Maggiore potenziale nelle zone temperate

I risultati mostrano che il risparmio energetico tende ad essere maggiore negli uffici che negli spazi abitativi, in climi caldi piuttosto che freddi, e soprattutto nelle zone temperate come l'Europa centrale. Arno Schlüter riassume i risultati:"Più variabili sono le condizioni ambientali, maggiori sono i benefici della facciata adattiva."

Il miglior bilancio energetico è stato riscontrato nelle simulazioni per uffici in una zona temperata (in questo caso Zurigo) in edifici costruiti secondo gli standard più recenti. In questo scenario, dove nel corso dell'anno sono stati richiesti sia il riscaldamento che il raffreddamento degli interni, la facciata adattiva ha generato il 115 percento dell'energia necessaria per un ambiente confortevole.

Un risultato altrettanto buono è arrivato dalla simulazione di uno spazio ufficio in una casa al Cairo costruita prima del 1920, che richiedeva molta più ombra e raffreddamento. In questo caso, la facciata ha prodotto il 114 percento del fabbisogno energetico totale annuo. In altre parole, lo studio evidenzia il potenziale di risparmio energetico sia per i nuovi che per i vecchi edifici, ma la facciata deve sempre essere considerata congiuntamente allo spazio interno e al suo utilizzo.

"Vorremmo risolvere il trade-off tra comfort dell'utente ed efficienza energetica negli edifici, " Dice Arno Schlüter. "In teoria, lo spazio più efficiente dal punto di vista energetico non avrebbe finestre. Siamo quindi lieti di dimostrare come un'interfaccia intelligente tra l'interno e l'esterno di un edificio possa fornire un comfort ottimale per l'utente e anche generare energia in eccesso".

Professor Schlüter's group will soon be able to measure the impact of the adaptive solar façade on a physical building:the system is part of the futuristic "HiLo" unit currently being constructed on the topmost platform of the NEST research building in Dübendorf.