Una pianificazione ben studiata per ridurre i costi operativi
Piccoli investimenti aprono un grande potenziale di risparmio presso Lebenshilfe Wohnwelten ad Altdorf
Quando non solo i bassi costi di costruzione, ma anche i bassi costi di gestione sono al centro della pianificazione degli oggetti, gli architetti e i progettisti devono rivelare le loro capacità. Questo era l'obiettivo del progetto "Mondi abitativi inclusivi" del Lebenshilfe nella regione di Norimberga da realizzare.
Con una pianificazione personalizzata e una tecnologia "pronta per l'uso", è stato possibile ottimizzare l'approvvigionamento di calore e la produzione interna di energia elettrica: i componenti principali dell'impianto di cogenerazione e dell'accumulo di calore funzionano perfettamente insieme.
Fig. 1: Alcune aree, come le zone comuni interne (immagine), l'atrio, i corridoi o le sale riunioni degli ambienti di vita inclusivi sono alimentate da sistemi di ventilazione decentralizzati.
Lebenshilfe im Nürnberger Land e. V. gestisce oltre 20 strutture in cui persone con ritardi nello sviluppo o disabilità possono trovare una casa e ricevere assistenza. I residenti sono generalmente assistiti da dipendenti permanenti di Lebenshilfe. Tuttavia, un nuovo approccio è stato adottato nei nuovi "ambienti di vita inclusivi" di Altdorf. La proprietà di Lebenshilfe, che è stata occupata per la prima volta nella primavera del 2016, offre spazi abitativi per persone con disabilità e per persone senza disabilità. Queste ultime possono contribuire all'assistenza, ad esempio cucinando o organizzando attività ricreative per le persone con disabilità che lavorano, e ricevere per questo un'indennità di volontariato, che a sua volta riduce i costi di affitto. Per il concetto di vita inclusiva, Lebenshilfe ha costruito un edificio con 26 appartamenti per persone con disabilità e altri cinque per inquilini senza disabilità. L'edificio si sviluppa su tre piani, ciascuno con una superficie lorda di circa 2500 m².
Il piano terra ospita un salone e una sala conferenze, una caffetteria con una grande cucina e vari locali tecnici e di servizio. Al primo e al secondo piano si trovano gli appartamenti dei residenti, ciascuno con bagno e anticamera, oltre a due cucine comuni e ad ampi spazi comuni su ogni piano. Nell'area centrale sono presenti anche un bagno di cura e, ad esempio, locali tecnici.
"Il buon senso ha prevalso nella pianificazione e nella costruzione".
Fig. 2: Una cascata di stazioni di acqua dolce ottimizzata dal punto di vista energetico contribuisce a massimizzare la diffusione della temperatura e quindi l'efficienza termica dell'intero sistema.
Per la costruzione dei "Mondi abitativi inclusivi" sono stati investiti circa 6 milioni di euro. Due terzi di questi sono stati finanziati da sovvenzioni, mentre Lebenshilfe ha contribuito al resto. Poiché i mondi abitativi di Altdorf sono stati finanziati con fondi pubblici e propri e gli affitti dovevano essere accessibili ai residenti, la proprietà è stata progettata dal Prof. Dipl.-Ing. Hans Peter Haid (Amministratore delegato di Haid+Partner GmbH Architekten+Ingenieure, Norimberga) con l'obiettivo di "alta efficienza". L'architetto, specializzato in edifici sanitari e sociali, prima di elaborare il progetto ha parlato con i futuri residenti e ha incorporato i loro desideri e le loro idee nel concetto. Il risultato è un edificio con un involucro esterno fortemente isolato e una buona planimetria, che rinuncia a grandi vetrate e garantisce quindi bassi costi di riscaldamento. I compiti e i residenti della struttura sono stati al centro della progettazione delle attrezzature tecniche dell'edificio. "Un'attrezzatura ben studiata e facile da usare rende la vita più facile ai residenti", spiega il progettista specializzato Roland Goetz di Altdorf, illustrando uno dei requisiti del progetto.
Fig. 3: Il progettista specializzato Roland Goetz davanti ai distributori multivalore. Essi utilizzano il ritorno di un circuito di calore ad alta temperatura per il flusso di un circuito a bassa temperatura. In questo modo si massimizza la diffusione della temperatura e quindi l'efficienza termica.
Ad esempio, nei bagni privi di barriere architettoniche possono essere aggiunti ulteriori maniglioni e tutti i lavabi della casa sono accessibili con la sedia a rotelle. Anche le caratteristiche non immediatamente visibili, come i miscelatori con protezione antiscottatura installati ovunque, rivelano che l'azienda non ha tagliato gli angoli, ma ha invece dato priorità alla sicurezza e alla durata dei suoi investimenti.
Riscaldamento e ventilazione classici negli appartamenti
Per riscaldare gli appartamenti si utilizzano radiatori convenzionali con valvole termostatiche montati sotto le finestre. L'aria viziata o umida viene estratta nei bagni degli appartamenti. L'effetto di aspirazione che ne deriva garantisce un apporto costante di aria esterna attraverso le bocchette installate dietro i radiatori sotto le finestre. Se necessario, tutte le finestre possono essere aperte.
Solo le aree e le stanze comuni sono completamente ventilate meccanicamente. Le unità di ventilazione con recupero di calore (tramite scambiatori di calore a piastre) sono installate nei pensili della cucina o negli armadi a muro. Le unità alimentano le rispettive zone di ventilazione attraverso brevi percorsi di canalizzazione, in modo da ridurre al minimo le perdite di pressione. Le basse velocità dei ventilatori e un accurato lavoro di carpenteria fanno sì che la tecnologia di ventilazione sia poco invasiva non solo visivamente ma anche acusticamente.
La cogenerazione copre il fabbisogno termico di base
Oltre alle unità di ventilazione decentralizzate a scomparsa, il progettista specializzato Goetz ha progettato anche l'intera altra infrastruttura tecnica. Per la produzione di calore, ha scelto un piccolo CHP (unità di cogenerazione) alimentato a gas naturale di Viessmann, con una potenza elettrica di 6 kW e una potenza termica di 15 kW. È integrato da una caldaia a condensazione da 80 kW per il carico di picco. Entrambi forniscono il calore a un serbatoio tampone varmeco con una capacità di circa 3 m³ di acqua. "Tutte le utenze della casa sono alimentate dall'accumulatore", spiega Goetz. "L'unità di cogenerazione è sufficientemente grande da coprire più della metà del fabbisogno totale di calore, in modo da soddisfare i requisiti della legge sulle energie rinnovabili. D'altro canto, la potenza è sufficientemente piccola per garantire il funzionamento a carico di base - in altre parole, lunghi periodi di funzionamento con pochi avviamenti e arresti, il che è reso possibile dall'uso del sistema di accumulo", spiega Goetz.
Il funzionamento dell'unità CHP è controllato dalla temperatura. Se il sensore nella parte superiore dell'accumulatore segnala una temperatura inferiore a 65 °C, l'unità di controllo del cogeneratore accende il motore. La temperatura dell'acqua nella parte inferiore del serbatoio, che viene pompata al sistema di cogenerazione per il riscaldamento, è irrilevante per il suo funzionamento: una pompa di carico a velocità controllata assicura che il sistema di cogenerazione funzioni sempre a una temperatura costante. Se l'acqua è fredda, la pompa riduce la velocità di erogazione in modo tale che il tempo di permanenza sia sufficiente per riscaldare l'acqua a più di 80 °C. Questo è l'unico modo per implementare il funzionamento a condensazione che sfrutta la potenza dell'unità di cogenerazione". Va notato che non tutte le unità di cogenerazione sono adatte a sfruttare il calore dei gas di scarico con la tecnologia della condensazione", aggiunge il progettista, "ma il sistema installato consente di raffreddare notevolmente i gas di scarico ed è anche della dimensione perfetta per questa proprietà". Con una potenza massima di 75 kW, la maggior parte della potenza termica è disponibile per i radiatori delle stanze esterne. Un altro circuito di riscaldamento serve le esigenze di riscaldamento dei bagni di cura nelle aree centrali dei piani con una potenza massima di 3,5 kW a 70/50 °C di temperatura di mandata/ritorno. Per gli scambiatori di calore dei sistemi di ventilazione sono disponibili fino a 13,4 kW a 40/25 °C. L'asciugatrice industriale può assorbire altri 10 kW: anche la lavatrice industriale di solito riesce a fare a meno dell'energia elettrica di riscaldamento, in quanto i servizi dell'edificio forniscono fino a 16 l/min di acqua piovana a una temperatura di 60 °C. L'acqua calda potabile viene utilizzata solo per il risciacquo finale della biancheria. Per temperature di lavaggio più elevate (biancheria bollente), il riscaldatore elettrico da 18 kW della lavatrice porta rapidamente l'acqua a temperatura.
Collettore a tre camere per una diffusione ottimale della temperatura
Fig. 4: La lavatrice industriale (fronte) e l'asciugatrice. Entrambe funzionano con il calore dell'unità di cogenerazione; la lavatrice si riscalda elettricamente solo durante il programma di lavaggio a bollitura.
"I distributori a tre camere assicurano l'ottimizzazione termica in modo che la diffusione della temperatura nell'accumulatore di calore sia la più ampia possibile", spiega Goetz. "Con questi sistemi, è possibile utilizzare l'alta temperatura di ritorno di un circuito, ad esempio 50 °C, per il flusso di un sistema a bassa temperatura, ad esempio 40 °C - in questo progetto, i sistemi di ventilazione", spiega. Nel complesso, questa ottimizzazione idraulica porta a temperature di ritorno più basse al bollitore, aumentando così l'efficienza complessiva del sistema". "Anche la fornitura di acqua calda è stata progettata per ridurre al minimo le temperature di ritorno. L'acqua calda è fornita da scaldacqua istantanei varmeco, i cosiddetti scaldacqua freschi. Ciò significa che l'acqua calda in tutta la casa viene riscaldata solo quando è necessario, secondo il principio del riscaldamento istantaneo dell'acqua. "Questo riduce al minimo il rischio di proliferazione della legionella e garantisce quindi la massima igiene", sottolinea Goetz. Si tratta di una doppia cascata ottimizzata dal punto di vista energetico che fornisce fino a 5 m³/h di acqua a una temperatura massima di 75 °C nel flusso.
Fig. 5: La parte posteriore della lavatrice sporge nella stanza vicina. È qui che la biancheria pulita viene prelevata dalla lavatrice e caricata nell'asciugatrice.
La cascata trae la sua energia termica anche dall'accumulatore varmeco, dove il calore viene fornito in base alle esigenze con l'ausilio di una pompa a velocità controllata.
Bassa temperatura di ritorno per la preparazione dell'acqua calda
Nel circuito ottimizzato dal punto di vista energetico, i compiti di riscaldamento sono separati: "La doppia cascata contiene un riscaldatore di acqua dolce per il solo riscaldamento dell'acqua sanitaria e un secondo riscaldatore che copre i picchi di domanda e regola la temperatura dell'acqua di circolazione". Le tubazioni separate di questo sistema comportano una bassa temperatura di ritorno; in questo caso, l'acqua torna idealmente al bollitore a 35 °C. A causa dei carichi termici indipendenti dalle condizioni atmosferiche dell'edificio, come la lavatrice e l'asciugatrice frequentemente in funzione, l'unità di cogenerazione è ben utilizzata tutto l'anno. Funziona per circa 6500 ore all'anno. In estate, quando è necessaria solo l'acqua calda per le docce, il lavaggio e le stoviglie o il calore per la lavanderia, funziona per circa otto ore al giorno. "Grazie al volume generoso dell'accumulatore di calore e all'ampio intervallo di temperatura, il cogeneratore funziona in modo efficiente e con un basso numero di cicli", riferisce il progettista. Circa 200 avviamenti all'anno riducono al minimo l'usura.
Fig. 6: I bagni senza barriere sono una caratteristica standard di tutti gli appartamenti del "Mondo abitativo inclusivo" di Altdorf.
Controllo centralizzato del calore con accesso remoto
La gestione del calore è affidata all'unità di controllo centrale varmeco "VarCon 380 Pro", che consente la parametrizzazione e la visualizzazione dei dati di funzionamento sul dispositivo o in remoto tramite una connessione internet sicura e protetta da password. Ad esempio, il sistema di controllo richiede il funzionamento della caldaia se la potenza dell'unità di cogenerazione non è sufficiente a coprire la domanda di calore. L'unità di cogenerazione ha quindi sempre la priorità. Il sistema di controllo gestisce anche i circuiti di riscaldamento e la preparazione dell'acqua calda, comprese tutte le pompe. Poiché gli azionamenti delle pompe possono essere controllati in base alla velocità, consentono il funzionamento in base alla domanda e al risparmio energetico.
Fig. 7: Il sistema di controllo varmeco consente di assegnare priorità alle fonti di calore. L'unità di cogenerazione ha la priorità sulla caldaia a condensazione e funziona per circa 6000 ore all'anno.
La cogenerazione copre metà del fabbisogno elettrico
Fig. 9: Un'unità di cogenerazione Viessmann (davanti) e un accumulatore di calore varmeco da 3 m³ (dietro a sinistra) forniscono calore ai "Mondi abitativi inclusivi". Il sistema è integrato da una caldaia a condensazione da 80 kW a carico di picco.
L'armonizzazione tra la fornitura di calore e la produzione di elettricità nel piccolo sistema di cogenerazione è dovuta non da ultimo al preciso dimensionamento. Il carico di base estivo e il fabbisogno di riscaldamento nelle stagioni di transizione possono essere coperti dalla sola unità di cogenerazione; la caldaia a condensazione è necessaria solo nei giorni relativamente freddi. "La generazione simultanea di elettricità, che rappresenta circa 30 % della produzione totale del CHP, è ideale per fornire energia elettrica per la cucina, i frigoriferi e i congelatori, i sistemi di ventilazione o il riscaldamento ausiliario per la lavatrice. Ciò significa che solo un decimo dell'energia prodotta dalla cogenerazione deve essere immessa in rete e che 90 % viene utilizzata immediatamente in casa. Questo copre circa la metà del fabbisogno totale di elettricità", riassume Goetz.
Considerata la bassa remunerazione dell'elettricità da cogenerazione rispetto al prezzo di acquisto dell'elettricità, la generazione e il consumo simultanei di energia elettrica comportano ulteriori risparmi. Ciò è possibile anche grazie al fatto che la generazione e il consumo di calore sono disaccoppiati dal serbatoio di accumulo di 3 m³.
Scarica l'articolo tecnico in formato PDF
