Aspetti costruttivi dell'acqua ibrida

Data: 13 febbraio 2023

Autori: Matyas Gutai, Shwu-Ting Lee, Bumpei Magori, Yu Morishita, Abolfazl Ganji Kheybari e Joshua Spencer

Fonte:Giornale di progettazione e ingegneria delle facciate, 8(2), 127–152.

DOI:https://doi.org/10.7480/jfde.2020.2.4784

Gli involucri edilizi riempiti d'acqua sono costruzioni ibride con una componente solida e una fluida, tipicamente un guscio di vetro o acciaio riempito d'acqua. L'articolo introduce le sfide legate allo sviluppo di una struttura di facciata riempita d'acqua e valuta la possibilità di utilizzarla come sistema costruttivo praticabile su scala edilizia. Il vetro riempito d'acqua (WFG) è stato studiato in passato ed è stato presentato come un elemento finestra indipendente di un edificio convenzionale, in cui si ottengono risparmi energetici utilizzando l'assorbimento dello strato d'acqua per la gestione energetica dell'involucro dell'edificio. I risultati suggeriscono che l'efficienza del WFG potrebbe essere ulteriormente migliorata se il sistema fosse assemblato come un involucro edilizio unitario in cui il fluido può fluire tra i pannelli e le parti dell'edificio. L'articolo presenta due edifici sperimentali "case sull'acqua" con questi parametri di progettazione, progettati e costruiti dall'autore. L'importanza di questi edifici è che per la prima volta viene costruito un involucro collegato pieno d'acqua. La discussione presenta due metodi di costruzione per facciate riempite d'acqua, valuta la loro fattibilità per climi diversi, introduce gli aspetti progettuali-costruttivi della tecnologia e offre un confronto con i metodi di costruzione esistenti.

Un involucro edilizio fluido-solido offre risparmi significativi sia per l'energia operativa che per quella incorporata, riducendo il carico di raffreddamento, riutilizzando il calore assorbito, bilanciando le differenze termiche tra parti dell'involucro e il resto dell'edificio, creando al contempo elementi costruttivi aggiuntivi (ad esempio ombreggiature esterne) obsoleto.

I materiali strutturali hanno un impatto significativo sull’impronta ecologica dell’ambiente costruito. Ciò vale in particolare per gli involucri edilizi che svolgono un ruolo principale nell’efficienza energetica e nel comfort termico di un edificio. In particolare, gli involucri degli edifici con elevati rapporti finestra-parete (WWR) sono un buon esempio, poiché le facciate in vetro utilizzano materiali ad alta intensità energetica (Adalberth, 1997) e aumentano la domanda di energia operativa (Gasparella, Pernigotto, Cappelletti, Romagnoni e Baggio, 2011). Le innovazioni negli involucri di vetro hanno un grande potenziale per un cambiamento positivo nell’impatto ambientale degli edifici, soprattutto se sono in grado di ridurre sia l’energia incorporata che quella operativa. Questo è particolarmente vero nel caso in cui viene riportata una valutazione del ciclo di vita (LCA) più elevata per gli edifici a energia zero rispetto alle costruzioni a basso consumo energetico (Ramesh, Prakash e Shukla, 2010), che è principalmente dovuta alla maggiore componente di energia incorporata (ad esempio fotovoltaico aggiunto o pannelli solari) dei primi rispetto ai secondi. Ciò implica che c’è bisogno di innovazioni che possano migliorare le prestazioni energetiche senza un aumento dell’energia incorporata.

Per quanto riguarda la gestione energetica degli involucri edilizi, lo stato attuale della ricerca sulle finestre otticamente trasparenti può essere suddiviso in quattro gruppi. La prima categoria riguarda il guadagno solare (SHGC) con rivestimento, vetratura dinamica o attiva. Le soluzioni a questo scopo includono rivestimento Low-E (Cui & Mizutani, 2016), verniciatura elettrocromica o EC (DeForest et al., 2015), verniciatura di dispositivi a particelle sospese o SPD (Ghosh, Norton e Duffy, 2016) e cristalli liquidi dispersi in polimeri o PDLC (Hemaida, Ghosh, Sundaram e Mallick, 2020). La seconda categoria consiste nel migliorare la resistenza termica (valore U) dell'involucro dell'edificio, come le vetrate multistrato (Arici, Karabay e Kan, 2015). Il terzo approccio consiste nel ridurre la domanda di raffreddamento con l’ombreggiamento (Tao, Jiang, Li e Zheng, 2020). Infine, l'ultima soluzione è quella di utilizzare un mezzo fluido, cioè un flusso d'aria ventilata nella vetrata, che può, ad esempio, raffreddare il vetro stesso utilizzando l'aria esterna o essere utilizzato per preriscaldare l'aria prima che entri nello spazio interno (Ismail, Salinas , & Henriquez, 2009). Un'alternativa all'aria circolante è l'utilizzo di una "camera d'acqua circolante", che ha il vantaggio di catturare l'energia solare e trasformare quel potenziale carico energetico in una fonte di energia rinnovabile (Chow, Li e Lin, 2010).