BIPV - Building Integrated Photovoltaic

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Villa Castelli

Sistema architettonico: 
Tetto inclinato
Destinazione d'uso: 
residenziale
Anno di costruzione sistema BIPV: 
Da 2013
Fonte: 
BIPV meets history
Indirizzo: 
Bellano, LECCO

Villa Castelli, un edificio storico ubicato in un contesto paesaggistico di straordinaria bellezza posto sulla sponda orientale del lago di Como, è stata sottoposta a un radicale intervento di efficientamento energetico all’interno di un progetto di risanamento conservativo. La villa, costruita nella seconda metà dell’Ottocento, nasce come villa gentilizia. Nel corso degli anni è stata utilizzata prevalentemente come casa di vacanza. L’utilizzo discontinuo determinò anche i numerosi ampliamenti dettati prevalentemente dalle necessità dei proprietari. Al primo nucleo venne aggiunta un’area al piano terreno, cui poi seguì un sopralzo con una nuova distribuzione dei piani. L’edificio ebbe un sostanziale rinnovamento nel 1925 quando acquisì una forma architettonica tuttora ben leggibile. La forma architettonica venne quindi resa coerente inquadrando le vecchie finestre del piano terreno in nuove finestre più snelle, alte e sottili e utilizzando elementi architettonici ricorrenti (cornici colorate, balaustre colonnate) e decori di facciata con la tecnica dell’intonaco a graffito. Quest’ultima costituisce la caratteristica peculiare e di maggior pregio. L’edificio è vincolato dagli articoli 136 e 142 (ex Galasso) del Codice Urbani e da un vincolo urbanistico che prescrive il mantenimento delle strutture interne di pregio. 

L’idea progettuale nasce dalla volontà di procedere a una ristrutturazione radicale del sistema involucro-impianti, pur nella conservazione delle pregevoli caratteristiche architettoniche. L’obiettivo ambizioso della committenza era quello di operare un restauro conservativo unitamente a un sensibile miglioramento delle sue prestazioni energetiche, al fine di renderlo abitabile nella sua interezza, seppur con costi di gestione contenuti. Il lavoro nasce dalla collaborazione di un team multidisciplinare, guidato dal committente che ha posto gli obiettivi progettuali e ha seguito anche gli aspetti tecnici della progettazione. Il progetto architettonico è stato eseguito dall’architetto Valentina Carì, che ha coordinato il team e curato la Direzione dei Lavori, gli aspetti di restauro conservativo e di progettazione degli interni. La parte strutturale è stata seguita dallo studio di ingegneria tecnica STI che si è occupato del consolidamento statico delle strutture esistenti. Il concept energetico è stato curato dallo studio Solarraum di Bolzano e ha riguardato l’efficientamento energetico dell’involucro edilizio, la progettazione impiantistica e i calcoli energetici. L’Istituto per le Energie Rinnovabili dell’Accademia Europea di Bolzano (EURAC) di Bolzano, attraverso workshops mirati, ha verificato i dettagli esecutivi mediante simulazioni termoigrometriche tridimensionali e ha posto in opera un sistema di monitoraggio “post operam” per controllare in tempo reale temperatura, umidità relativa, concentrazione di anidride carbonica, temperature superficiali e livello di illuminamento dell’edificio. L’azienda Solbian ha curato la progettazione e l’installazione dell’impianto fotovoltaico integrato sulla copertura. Infine, la villa è stata edificio pilota per la validazione dei calcoli e delle procedure di certificazione con il protocollo CasaclimaR©. Il progetto ha vinto anche il CasaClima award 2016.

Restauro conservativo

Il progetto di restauro conservativo è partito dalla necessità di risolvere i problemi legati all’ubicazione a bordo del lago, che ha causato cedimenti strutturali e creato problematiche di risalita di umidità capillare. Il problema è stato risolto con un taglio chimico della muratura al piano terreno, con la creazione di una platea di consolidamento e di una guaina bituminosa continua lungo i muri perimetrali. I solai, che avevano caratteristiche costruttive diverse tra loro, sono stati ripuliti dagli elementi estranei e di pavimento e consolidati tramite l’inserimento di pioli in acciaio uniti da travetti e reti elettrosaldate conglobate in un getto compensativo. Un intervento strutturale importante ha riguardato poi la sostituzione del solaio dell’ultimo piano, gravemente ammalorato da infiltrazioni, con un solaio in legno lamellare. Analogamente, la copertura è stata interamente sostituita con una struttura in legno lamellare a scomparsa.

Risanamento energetico

Il progetto di retrofit energetico è partito dalla diagnosi energetica dell’edificio. I calcoli effettuati con il software ProCasaClima hanno mostrato un fabbisogno per riscaldamento di 230kWh/m², con perdite per trasmissione e per ventilazione molto elevate (rispettivamente pari a 126.000kWh/a e 18.500kWh/a). Per questo si è deciso di intervenire in primo luogo sull’isolamento termico e sulla riduzione delle infiltrazioni d’aria attraverso l’edificio. Nel primo caso, partendo dal presupposto che l’isolamento termico doveva essere applicato all’interno delle pareti perimetrali, si è deciso di uniformare gli spessori degli isolanti, prediligendo i materiali igroscopici. Nella maggior parte delle pareti è stata applicata una coibentazione con lastre di perlite dello spessore di 20 cm mentre i pilastri in calcestruzzo armato della veranda sono stati rivestiti con aerogel di 8 cm, che hanno permesso di mantenerne l’esile struttura architettonica. Nella copertura è stato inserito un pacchetto di coibentazione di 42 cm, in fibra di cellulosa (20 cm), lana di legno (10 cm) e di roccia (7 cm). L’impatto estetico provocato dallo spessore del tetto (pari a 51 cm) è stato contenuto con un sistema di travetti falsi in gronda. L’isolamento a pavimento è in lastre di XPS (20 cm) poste sulla platea armata, sopra alle quali corrono gli impianti in uno strato alleggerito in vermiculite (20 cm). I serramenti sono stati sostituiti con finestre ad alta efficienza con triplo vetro basso-emissivo e telaio in legno-alluminio, con una trasmittanza termica di circa 1 W/m²K e un fattore solare del 58%. I sistemi sono stati prodotti artigianalmente e riprendono stilisticamente i preesistenti. Il sistema impiantistico consente di operare un sezionamento futuro utile anche per un uso parziale dell’edificio. Esso è costituito da una pompa di calore geotermica con alimentazione elettrica da 14 kW, integrata con una termo-cucina da 8 kW per la produzione di acqua calda per usi sanitari e di riscaldamento. La ventilazione meccanica con scambiatore di calore è costituita da tre macchine, una per piano. Per permettere l’alloggiamento degli impianti sono stati utilizzati i ribassamenti dei soffitti nei corridoi. Infine, viene prodotta energia elettrica in sito attraverso un impianto fotovoltaico integrato nella copertura. Il sistema provvede quasi in maniera completa alle necessità energetiche primarie degli utenti. Il calcolo finale del fabbisogno per riscaldamento è risultato di 29 kWh/m²a, con una riduzione dell’88%.

 

Progetto di restauro architettonico, coordinamento e direzione lavori

Valentina Carì - Progetto Serr@

Opere strutturali

Vincenzo Buizza - STI

Opere di risanamento energetico

Oscar Stuffer - Solarraum

Efficienza energetica e monitoraggio

Eurac Research

Integrazione estetica

La ricerca di integrazione architettonica è stata sviluppato seguendo un lungo percorso progettuale. All'inizio erano state prescelte tipologie di pannelli con celle colorate per privilegiare l’integrazione estetica con i materiali tradizionali dell’architettura locale e con il paesaggio circostante. La copertura doveva prevedere un materiale che risolvesse anche i problemi causati dalla presenza di un grosso Cedro Deodara che sovrasta la casa e che, con la caduta continua di aghi, creava problemi funzionali alla precedente copertura in coppi. A questo scopo, sono stati sviluppati tre prototipi. Inizialmente, si è optato per una copertura in Pietre delle Valmalenco, frequentemente utilizzata su edifici storici sul tutto il territorio del lago. Si è quindi cercato di abbinare i pannelli fotovoltaici a questo tipo di copertura, facendo produrre due prototipi. Il primo prototipo ha previsto la creazione di un supporto trasparente abbinando due lastre di vetro e interponendo le celle fotovoltaiche policristalline classiche. L’integrazione era basata sulla trasparenza del supporto. Il secondo prototipo si basava sull’integrazione cromatica. A questo scopo, è stato creato un apposito pannello capace di ospitare delle celle di colore grigioverde provenienti dalla Germania, con una dimensione perfettamente adattata al passo delle pietre in serpentino della Valmalenco. In collaborazione con Brandoni, un noto produttore italiano di pannelli fotovoltaici, è stato realizzato un prototipo di copertura in scala 1:1 per verificare i problemi di installazione. Il risultato era esteticamente gradevole, ma poco pratico perché i pannelli non erano calpestabili e prevedevano una manutenzione complessa. In un secondo tempo è stato creato un tavolo tecnico di lavoro con Solbian e Prefa e definito un terzo prototipo, che è stato poi scelto per l’installazione definitiva, con pannelli calpestabili, sottili, efficienti e perfettamente mimetizzati con la copertura. L’impatto estetico della copertura è basato sui seguenti criteri: (i) complanarità; (ii) rispetto delle linee; (iii) raggruppamento dei pannelli; (iv) rispetto della forma e delle proporzioni della falda; (v) cura dei dettagli e (vi) scelte cromatiche. Per quanto riguarda il rispetto delle morfologia originaria, si è voluto seguire le linee di simmetria e peculiari della copertura, che era costituita da diverse falde dall’orientazione variegata. Il design del pannello è stato appositamente disegnato per rispettare la forma triangolare o trapezoidale delle falde, cercando di favorire il più possibile la percezione di un rivestimento omogeneo dell’intera superficie. Tutti i pannelli, inoltre presentano il medesimo orientamento, coerente con quello generale del fabbricato, al fine di minimizzare la loro percepibilità dall’intorno. Nella dislocazione dei pannelli si è dovuto tener conto degli ombreggiamenti importanti che alcune piante secolari del giardino storico producono su ampie zone della stessa. La scelta di pannelli sottili ha permesso anche a complanarità dei pannelli rispetto alla nuova copertura. Infine, per quanto riguarda l'integrazione cromatica, si è scelto un colore della copertura metallica che ricorda i materiali tipici locali, al fine di avere una buona integrazione cromatica rispetto alla sua visibilità dal lago e del contesto urbano circostante. Analogamente, la Soprintendenza responsabile del progetto ha valutato come criteri fondamentali nell’integrazione: (i) le caratteristiche estetiche dei pannelli (colore e finitura superficiale); (ii) la loro disposizione geometrica in rapporto alla sagoma delle falde e all’orientamento dell’edificio (forma dell’impianto, modularità); (iii) l’aderenza e la complanarità alla copertura; (iv) le superfici non riflettenti; (v) la percepibilità dall’intorno, con particolare riferimento alla quota strada, del lago e del paesaggio circostante. 

Integrazione energetica

Il sistema implementato per l’impianto di Villa Castelli è costituito dagli inverter, da un sistema di monitoraggio e misurazione della produzione e consumi e da una serie di radio prese che permettono la gestione diretta dei carichi privilegiati dell’impianto. Il sistema di monitoraggio riceve continuamente i dati di produzione fotovoltaica e i dati di immissione e prelievo di energia dalla rete. Inoltre, attraverso i dati meteorologici disponibili, determina una previsione di producibilità e, in base a quest’ultima, razionalizza l’attivazione automatica dei carichi controllati. Questo processo ottimizza l’utilizzo dell’impianto sovrapponendo i dati di produzione e consumo e permette, soprattutto in caso di quota di energia prodotta in eccesso, di aumentare dinamicamente l’autoconsumo attraverso l’attivazione dei carichi comandati. La superficie captante, che è pari a 10 kWp, sfrutta in maniera ottimale l’estensione della copertura e assicura un basso impatto visivo. Durante la fase di progettazione, curata direttamente dall’azienda Solbian, si è utilizzato un diagramma solare che, simulando l’andamento degli ombreggiamenti nel corso della giornata e nell’intero arco di un anno, ha consentito una stima della media delle perdite mensili dovute agli stessi. La scelta di installare un impianto fotovoltaico di 10 kWp è basata sulla stima di alcuni possibili consumi futuri e sulla necessità di aumentare al massimo la produzione di elettricità rispetto alla superficie disponibile.

Intergazione tecnologica

Il progetto della copertura nasce dalla stretta interazione tra l’architetto, la sovrintendenza e l’azienda produttrice dei pannelli e della copertura. I pannelli, infatti, erano già in produzione e venivano utilizzati quasi esclusivamente per imbarcazioni a vela e piccoli manufatti che richiedono sistemi flessibili. Si tratta di una copertura BIPV di pannelli color grigio antracite, direttamente incollati sulla superficie in alluminio della copertura con un biadesivo strutturale specifico che possiede un coefficiente di dilatazione termica confrontabile con quello del materiale della copertura. Questa tecnologia nasce in cooperazione con il CNR e trova la sua specificità in un innovativo processo di laminazione delle celle monocristalline, che utilizza speciali e selezionati tecnopolimeri come incapsulanti.

Processo decisionale

Un rapporto virtuoso di stretta collaborazione tra i proprietari, gli esperti e le maestranze coinvolte è stato alla base del processo decisionale. Il progetto architettonico è stato eseguito dall’architetto Valentina Carì, che ha curato anche il coordinamento del team, la direzione dei lavori e tutte le fasi relative alle collaborazioni con le ditte esecutrici, oltre a svolgere una consulenza sui temi del restauro e della definizione degli ambienti interni. La parte strutturale è stata curata dallo studio di ingegneria tecnica STI, che si è occupato del consolidamento statico delle strutture esistenti con interventi importanti ma discreti volti a mantenere i caratteri architettonici peculiari dell’edificio. Il concept energetico è stato curato dallo studio Solarraum che ha curato l’efficientamento energetico dell’involucro edilizio, la progettazione degli impianti e ha effettuato tutti i calcoli energetici.Il progetto della copertura fotovoltaica nasce dalla stratte collaborazione tra l’architetto, la sovrintendenza e l’azienda produttrice dei pannelli e della copertura (vedi integrazione tecnologica). 

 

Lesson learnt

Il processo progettuale ha mostrato l'importanza della collaborazione tra le diverse competenze tecniche, artigianali e produttive nella redazione di un progetto di restauro conservativo. Nel disegno di moduli fotovoltaici ad hoc, è stata fondamentale la collaborazione con l'azienda fornitrice della copertura, che inseime all'architetto e alla sovrintendenza, ha saputo definire un progetto integrato dal punto di vista estetico, tecnologico ed energetico.

Dati

DATI EDIFICIO

Tipologia progetto: 
Riqualificazione
Destinazione d'uso: 
Residenziale
Sistema di integrazione: 
Tetto inclinato opaco

DATI SISTEMA BIPV

Tipologia moduli: 
Moduli custom
Tecnologia FV: 
Pannelli in silicio monocristallino flessibili e ultrasottili
Potenza nominale [kWp]: 
10
Dimensione sistema [m²]: 
88.76
Dimensioni moduli [mm]: 
< 2
Orientamento: 
Vario
Inclinazione [°]: 
27.5

COSTI SISTEMA BIPV

Costo totale [€]: 
43500
€/m²: 
490
€/kWp: 
4103

DATI PRODUTTORE

Produttore: 
Solbian
Indirizzo: 
Viale Gandhi 21b, 10051 Avigliana (TO)
Contatto: 
info@solbian.eu / +39 011.966.35.12

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