È giustificabile economicamente lo standard Passivhaus nelle costruzioni di laboratori?

Figura 1: Sezione trasversale di una casa passiva. (Fonte: Passivhaus-Institut Deutschland, www.passiv.de)

Figura 2: Confronto del fabbisogno di energia primaria tra case passive e edifici di laboratorio

Tabella 1: Sintesi

Illustrazione del consumo energetico del laboratorio (Fonte: Carpus+Partner AG, Jörg Stanzick)

Poiché gli edifici di laboratorio presentano un fabbisogno energetico particolarmente elevato, l'efficienza energetica nella pianificazione edilizia è un fattore essenziale. Ma perché l'applicazione semplice dello standard Passivhaus agli edifici di laboratorio, proprio a causa dell'alto fabbisogno energetico, non è efficace, spiega il dott. ing. Tino Born, responsabile della pianificazione nel settore Energia+Ambiente presso Carpus+Partner AG.

Nella pianificazione di edifici energeticamente efficienti, si richiede spesso l'applicazione e l'implementazione dei criteri Passivhaus. Tuttavia, questi criteri e condizioni di confine, pur essendo sensati, non sono applicabili in modo diretto a tutti i tipi di edifici e, in particolare, non possono essere applicati in modo efficace agli edifici di laboratorio. La loro specificità d'uso rende difficile rispettare i criteri orientati al fabbisogno e comporta inoltre costi elevati. La realizzazione dello standard di isolamento dei Passivhaus può addirittura risultare controproducente. Un confronto tra le caratteristiche principali degli edifici Passivhaus e di laboratorio mostra chiaramente che la realizzazione dello standard Passivhaus non porta necessariamente a un aumento dell'efficienza energetica e che il rispetto dei parametri di consumo energetico nei laboratori non è facilmente realizzabile. La fattibilità è chiaramente limitata.

Energia primaria, energia finale e fattori di energia primaria

Per Passivhaus si intendono edifici in cui, grazie a un isolamento termico particolarmente efficiente, si ottiene comfort termico semplicemente tramite il riscaldamento o il raffreddamento supplementare del volume d'aria fresca (Fig. 1). L'uso attivo di un sistema di riscaldamento tradizionale non è quindi necessario. Per valutare gli edifici rispetto a questa condizione, è stato definito uno standard che traduce i requisiti di Passivhaus in valori obiettivo e limiti concreti, e serve anche come orientamento nelle attività di pianificazione quotidiana. Lo standard, derivato dal settore residenziale, prevede, ad esempio, per edifici in clima temperato, un fabbisogno di energia termica di 15 chilowattora per metro quadrato all'anno (kWh/(m²a)) e un massimo di fabbisogno di energia primaria di 120 kWh/(m²a).

Per chiarire: l'energia primaria è legata ai vettori o fonti di energia naturali. Per poterla utilizzare, immagazzinare o trasportare, deve essere convertita in energia secondaria. Poiché questa conversione — ad esempio in calore per il riscaldamento — comporta inevitabilmente perdite di energia, l'energia finale disponibile per il consumatore è inferiore a quella primaria teoricamente disponibile, che però spesso non è possibile o utile utilizzare direttamente.

Per rendere comparabili i diversi tipi di energia primaria — con le loro caratteristiche di sicurezza di approvvigionamento e impatto ambientale — sono stati assegnati ai vettori di energia i relativi fattori di energia primaria. Con questi fattori di ponderazione si moltiplica il fabbisogno energetico effettivo, così da determinare il fabbisogno di energia primaria — fissato a un massimo di 120 kWh/(m²a) per Passivhaus.

Per fare un esempio: assumendo, come sopra, un fabbisogno di calore di 15 kWh/(m²a), se l’approvvigionamento avviene tramite olio combustibile o gas naturale o liquido — tutti con un fattore di energia primaria di 1,1 — si ottiene un fabbisogno di energia primaria di 16,5 kWh/(m²a). Il legno ha un fattore di energia primaria di 0,2, quindi il fabbisogno di energia primaria per il riscaldamento con legno è di circa 3 kWh/(m²a). L’uso di energia elettrica (fattore di energia primaria 2,6) aumenta il fabbisogno di energia primaria a 39 kWh/(m²a). Nel caso più favorevole, il fabbisogno di calore può essere coperto da teleriscaldamento con un fattore di energia primaria di 0,0. In questo modo, i 120 kWh/(m²a) di energia primaria massima rimangono disponibili per il funzionamento tecnico dell’edificio.

Fabbisogno molto più alto

Contrariamente agli edifici residenziali, gli edifici di laboratorio devono affrontare elevate masse interne e richiedono un ricambio d’aria elevato durante il funzionamento. Le caratteristiche tipiche sono masse interne complessive di circa 80 W/m², suddivise tra apparecchi (55 W/m²), illuminazione (15 W/m²) e persone (10 W/m²). A ciò si aggiunge un ricambio d’aria, che di norma si aggira intorno a circa 25 metri cubi per metro quadrato all’ora (m³/m²/h).

Per una potenza di illuminazione installata di 15 W/m², considerando 2.500 ore di funzionamento all’anno, si ottiene un fabbisogno energetico di circa 37,5 kWh/(m²a). Con l’approvvigionamento tramite energia elettrica, il fabbisogno di energia primaria — considerando il fattore di energia primaria di 2,6 — è di circa 97,5 kWh/(m²a). Anche il sistema di ventilazione meccanica richiede energia elettrica. Il fabbisogno di energia elettrica per il ricambio d’aria, stimato a circa 25 W/m², porta a un consumo di circa 62,5 kWh/(m²a) e, di conseguenza, a un fabbisogno di energia primaria di circa 163 kWh/(m²a).

In totale, solo per illuminazione e trasporto dell’aria, si devono considerare circa 260,5 kWh/(m²a) di energia primaria. Supponendo inoltre un fabbisogno di energia finale elettrica di 38,5 kWh/(m²a) (cioè 100 kWh/(m²a) di energia primaria) per applicazioni come alimentazione di dispositivi elettronici o produzione di raffreddamento, si ottiene un fabbisogno totale di energia primaria di circa 360,5 kWh/(m²a). Questo valore è già tre volte superiore al massimo consentito secondo lo standard Passivhaus, anche considerando che si assume che il fabbisogno di calore sia completamente coperto da teleriscaldamento, senza alcun consumo di energia primaria. In pratica, anche negli edifici Passivhaus si considera un fabbisogno di circa 20 kWh/(m²a) di energia primaria per coprire il fabbisogno di riscaldamento. Per una stima più realistica e una migliore comparabilità, si adotterà anche qui questo valore. Pertanto, il fabbisogno di energia primaria del nostro edificio di laboratorio ipotetico si aggira intorno a 380,5 kWh/(m²a) (Fig. 2).

Come si può vedere: a causa della natura d’uso, gli edifici di laboratorio richiedono un fabbisogno minimo di energia molto superiore a quello di un Passivhaus. Il massimo consentito di 120 kWh/(m²a) di energia primaria copre solo il fabbisogno di riscaldamento e illuminazione — come laboratorio, l’edificio non sarebbe quindi utilizzabile.

Isolamento secondo standard Passivhaus offre pochi vantaggi

Anche l’influenza della copertura edilizia sul fabbisogno di energia per riscaldamento e raffreddamento degli edifici di laboratorio differisce notevolmente dai risultati ottenuti per gli edifici residenziali. Simulazioni termiche di edifici nell’ambito di vari progetti hanno dimostrato che l’applicazione dello standard di isolamento Passivhaus per edifici di laboratorio può essere energeticamente utile in alcuni casi, ma economicamente non giustificabile.

Il miglioramento della copertura edilizia dal consueto standard EnEV 2009 allo standard Passivhaus riduce il fabbisogno totale di energia di riscaldamento di circa il 25% e le potenze di collegamento necessarie si riducono: del 10% per i generatori di calore, dell’1% per i generatori di raffreddamento. L’adozione di sistemi di recupero del calore (WRG) può portare a un risparmio fino al 43% del fabbisogno totale di energia di riscaldamento. La potenza di collegamento richiesta per il generatore di calore si riduce del 28%, quella per il generatore di raffreddamento del 2%.

Tuttavia, i costi aggiuntivi necessari per ottenere questi risparmi, dal punto di vista economico, sono considerevoli: i costi supplementari per una copertura secondo standard Passivhaus sono di circa 40 euro al metro quadrato, e di circa 45 euro con il sistema di recupero del calore. Il risparmio sui costi di esercizio derivante dal minore consumo energetico è di circa 35 o 64 centesimi per metro quadrato all’anno. La ripagabilità di tali investimenti si ottiene solo dopo circa 70 anni con il sistema WRG, e addirittura dopo 114 anni senza. Questi tempi superano di gran lunga il ciclo di vita medio di un edificio di laboratorio, che è di circa 25 anni. Inoltre, il fabbisogno totale di raffreddamento aumenta in ogni caso del 5% (cfr. Tabella 1).

La pianificazione specifica è imprescindibile

Uno standard Passivhaus reale, che soddisfi tutti i criteri per edifici tradizionali, non è realizzabile per un edificio di laboratorio proprio a causa dell’aumentato fabbisogno energetico. Inoltre, gli sforzi di pianificazione e investimento necessari, soprattutto considerando il ciclo di vita tipico di un edificio di laboratorio, non sono economicamente giustificabili.

Per rendere un edificio di laboratorio energeticamente efficiente, è necessario considerare le specificità dell’edificio e, soprattutto, dell’uso, che non possono essere rappresentate da criteri standardizzati. È ancora fondamentale valutare, progetto per progetto, tutte le condizioni e possibilità, e armonizzare efficienza energetica, economicità, funzionalità e comfort.