Vivere gli spazi prima che siano costruiti

Vista esterna del nuovo laboratorio IEQ dell'Istituto Hermann Rietschel (HRI) della TU Berlino.

Vista interna del nuovo IEQ-Lab: 54 moduli superficiali regolabili singolarmente su pareti e soffitto possono essere riscaldati o raffreddati. Tessuti riscaldanti elettrici e materassini a tubi capillari alimentati ad acqua consentono rapide variazioni di temperatura.

La particolarità del laboratorio risiede nello stretto connubio tra realtà virtuale e condizioni spaziali reali. Ad esempio, attraverso un visore VR, i soggetti vedono un ufficio con determinate finestre, condizioni di illuminazione o geometrie dello spazio.

Quanto deve essere caldo un ambiente, di quanta luce abbiamo bisogno e quando percepiamo l’aria come piacevole? Nel nuovo IEQ-Lab dell’Hermann-Rietschel-Institut (HRI) della TU di Berlino è possibile esaminare queste domande in condizioni rigorosamente controllate e al contempo realistiche. A questo scopo, il laboratorio combina una camera climatica altamente flessibile con la realtà virtuale. Temperatura, aria, luce e configurazione visiva di un ambiente possono essere modificate e combinate in modo mirato. In questo modo, le ricercatrici e i ricercatori possono studiare gli effetti di diverse condizioni sulla salute, sul benessere e sulle capacità prestazionali, nonché analizzare come progettare in futuro edifici confortevoli, salubri ed efficienti dal punto di vista energetico.

Spazi virtuali, clima reale

La particolarità del laboratorio consiste nello stretto collegamento tra realtà virtuale e condizioni ambientali reali. Attraverso un visore VR, per esempio, le persone partecipanti vedono un ufficio con determinate finestre, condizioni di illuminazione o geometrie spaziali. Allo stesso tempo, la camera climatica genera esattamente le condizioni termiche corrispondenti. Se, per esempio, una persona partecipante apre una finestra nella realtà virtuale, percepisce immediatamente la corrente d’aria associata, proveniente esattamente dalla direzione da cui arriva anche nello spazio virtuale.

A questo scopo, 54 moduli di superficie regolabili singolarmente, installati sulle pareti e sul soffitto, possono essere riscaldati o raffreddati. Tessuti riscaldanti elettrici e tappetini capillari ad acqua consentono rapide variazioni della temperatura. In soli 30 secondi, le temperature delle superfici possono variare fino a cinque kelvin. Un potente impianto di climatizzazione permette inoltre di impostare con precisione la temperatura e l’umidità dell’aria, nonché il suo flusso. È inoltre possibile riprodurre diverse modalità di ventilazione, come la ventilazione per miscelazione e quella a dislocamento.

Parallelamente, numerosi sensori rilevano, tra gli altri parametri, la temperatura dell’aria e quella operativa, l’umidità dell’aria, la concentrazione di CO₂ e l’illuminamento. In questo modo è possibile studiare gli influssi termici, visivi e igienico-sanitari dell’aria sia singolarmente sia nella loro interazione, mettendoli in relazione con la percezione delle persone partecipanti.

«Il grande vantaggio dell’IEQ-Lab è che possiamo studiare gli ambienti interni in condizioni rigorosamente controllate e realistiche. Le condizioni termiche, visive e acustiche, così come la qualità dell’aria, possono essere modificate in modo mirato e riproducibile e combinate con concetti spaziali virtuali completamente diversi. Ciò è possibile solo in misura limitata negli studi sul campo. Possiamo così analizzare sistematicamente l’effetto di diversi concetti spaziali sulle persone e, al contempo, ottimizzare l’efficienza energetica», afferma Lukas Schmitt.

Quando un ambiente è davvero di buona qualità?

Il laboratorio fa parte di un approccio di ricerca più ampio del progetto EnOB: GEnEff (Nuova valutazione dell’efficienza energetica degli edifici). Finora, l’efficienza energetica di un edificio è stata valutata soprattutto in base alla quantità di energia necessaria durante il suo esercizio. Il comfort e la qualità degli ambienti interni che questo impiego di energia produce effettivamente per le persone vengono invece considerati solo in misura limitata. Il gruppo di ricerca dell’HRI ha quindi sviluppato un approccio che combina entrambi gli aspetti. Il cosiddetto indice GEnEff mette in rapporto la probabilità che le persone utenti accettino il clima interno con il fabbisogno energetico specifico necessario a ottenerlo. L’efficienza energetica non dovrebbe quindi più essere valutata esclusivamente sulla base dei consumi, ma anche in base al beneficio effettivamente ottenuto dalle persone presenti nell’edificio.

Quanto sia importante questa prospettiva è emerso già da un’indagine condotta in due edifici per uffici certificati secondo criteri di sostenibilità. Tra i valori di certificazione documentati e la percezione effettiva delle persone utenti, le ricercatrici e i ricercatori hanno riscontrato in alcuni casi scostamenti fino al 50 per cento, in particolare per quanto riguarda la qualità dell’aria interna e le possibilità di influire autonomamente sul clima dell’ambiente.

La temperatura modifica anche la percezione dell’aria

Nell’IEQ-Lab, il nuovo approccio è già stato sperimentato in uno studio con persone partecipanti. Le ricercatrici e i ricercatori hanno combinato diverse temperature operative, comprese tra 20 e 28 gradi Celsius, con diversi livelli di illuminamento, mantenendo costanti la qualità dell’aria e l’acustica.

I risultati mostrano quanto siano strettamente interconnessi i singoli fattori della qualità degli ambienti interni. Gli ambienti caldi sono stati percepiti dalle persone partecipanti come ambienti con una qualità dell’aria peggiore, indipendentemente dal valore effettivo della concentrazione di CO₂. Nello studio, il comfort termico ha avuto la maggiore influenza sulla valutazione complessiva dell’ambiente, pari al 33 per cento. Seguivano la qualità percepita dell’aria interna con il 26 per cento, il comfort visivo con il 23 per cento e l’acustica con il 18 per cento.

Un successivo studio sul campo condotto in 16 luoghi di lavoro e di abitazione ha confermato che le conoscenze acquisite in laboratorio possono essere trasferite anche agli edifici reali. La funzione di comfort sviluppata nell’IEQ-Lab ha previsto correttamente la valutazione della qualità degli ambienti interni nell’81 per cento dei casi esaminati.

Risparmiare energia senza perdere qualità degli ambienti

Con l’IEQ-Lab, la TU di Berlino dispone ora di un’infrastruttura di ricerca che consente di studiare in modo molto più differenziato l’interazione tra persone, edificio e consumo energetico. In futuro sarà possibile integrare ulteriori fattori che influenzano la qualità degli ambienti interni e sperimentare diversi concept edilizi già in condizioni di laboratorio.

La ricerca è particolarmente rilevante alla luce dei cambiamenti climatici e dei requisiti sempre più stringenti in materia di efficienza energetica degli edifici. Infatti, un fabbisogno energetico quanto più basso possibile non è di per sé sufficiente a rendere un edificio di buona qualità. È piuttosto decisivo raggiungere un’elevata qualità degli ambienti interni con il minor impiego possibile di energia. I metodi sviluppati nel progetto potrebbero quindi rivelarsi interessanti a lungo termine anche per le procedure di certificazione, le norme e le linee guida. L’obiettivo è una progettazione edilizia in cui il risparmio energetico non vada a scapito della salute, del comfort e della soddisfazione delle persone utenti.

Al di là del progetto GEnEff, l’IEQ-Lab sarà utilizzato anche per progetti di ricerca e sviluppo e nell’ambito della didattica universitaria. In questo modo, offre nuove possibilità per sviluppare gli edifici del futuro dalla prospettiva delle persone che li frequentano ogni giorno.

L’IEQ-Lab è stato realizzato nell’ambito del progetto di ricerca «EnOB: GEnEff», finanziato dal Ministero federale tedesco dell’Economia e dell’Energia (BMWE). Oltre all’Hermann-Rietschel-Institut della TU di Berlino, ha partecipato il dipartimento di Pianificazione e tecnologia degli impianti dell’Università delle Arti di Berlino, diretto dal professor Christoph Nytsch-Geusen.