La casa passiva aggressivamente green

Stefania Arnett

A maggio, i residenti scelti da una lotteria di 2.600 candidati inizieranno a trasferirsi in 98 unità abitative a prezzi accessibili nel nuovo edificio Finch Cambridge su Concord Avenue vicino a Fresh Pond a Cambridge, Massachusetts. Progettato dall'Icon Architecture di Boston, l'edificio presenta giocose finestre a golfo e angolari che lasciano entrare la luce del sole e consentono la ventilazione incrociata, una lobby con un soffitto a volta e una scala aperta pensata per invogliare le persone a rinunciare agli ascensori e altri tocchi premurosi come il saggio- pareti con accenti verdi e grandi piastrelle per pavimenti nei bagni per ridurre al minimo l'uso di malte che attirano lo sporco. La sua lavanderia per famiglie si trova accanto a un ampio spazio comunitario con un salotto, una zona cucina e angoli per i compiti, ed entrambi sono situati all'ultimo piano, con finestre che offrono viste mozzafiato su Fresh Pond e accesso a una terrazza sul tetto che sarà hanno letti rialzati per il giardinaggio.

Ma la cosa più notevole dell'edificio non è affatto visibile.

Finch Cambridge è stato progettato per soddisfare lo standard edilizio più efficiente al mondo, noto come standard Passive House (PH), che renderà notevolmente più economico riscaldare e raffreddare rispetto a un edificio tipico. In effetti, si prevede che sarà il 70% più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alla media nazionale del 2016 per gli edifici multifamiliari. Ermetica ed estremamente ben isolata, una struttura del genere è considerata passiva perché può mantenere efficientemente la sua temperatura indipendentemente dalle condizioni atmosferiche esterne, basandosi solo in minima parte sui tradizionali sistemi di riscaldamento e raffrescamento. È effettivamente un thermos, afferma la project manager di Finch Cambridge, Michelle Apigian, MA '00, MCP '00, preside associata e leader della sostenibilità presso Icon Architecture che ha anche lavorato al design dell'edificio. L'approccio Passive House, che funziona per tutti i tipi di edifici, dalle case unifamiliari ai grattacieli, prevede un sistema di ventilazione che controlli attentamente l'aspirazione dell'aria fresca e recuperi il calore (o il fresco dell'aria condizionata) dall'aria viziata in uscita. Ciò non solo riduce la necessità di riscaldamento e raffreddamento, ma offre una migliore qualità dell'aria interna per spazi abitativi più sani e confortevoli. Puoi comunque aprire una finestra per una boccata d'aria fresca, se lo desideri.

Dati tutti i vantaggi e il fatto che gli edifici rappresentano il 54% del consumo di energia in Massachusetts, è sorprendente che Finch Cambridge sarà solo il secondo edificio multifamiliare a PH nello stato. Apigian ha anche gestito il progetto e aiutato a progettare il primo, un condominio di mercato a South Boston chiamato Distillery North, inaugurato nel 2017. Quell'edificio ha ottenuto lo status LEED Platinum, il livello più alto della Leadership in Energy and Environmental Design bioedilizia programma di certificazione, senza alcuno sforzo aggiuntivo. L'edificio è il 72% più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alla media nazionale del 2016 per gli edifici multifamiliari. Gli inquilini pagano in media $ 22,50 al mese per riscaldare e raffreddare i loro appartamenti, che sono per lo più unità da una o due camere da letto, dice il proprietario dell'edificio Fred Gordon. Aggiunge che due residenti con gravi allergie respiratorie riferiscono che i loro sintomi sono completamente scomparsi poco dopo essersi trasferiti e riappaiono durante il viaggio.

I concetti alla base del design PH iniziarono a prendere forma durante la crisi petrolifera degli anni '70, quando il governo degli Stati Uniti finanziò la ricerca per ridurre la dipendenza del paese dal petrolio. Ma l'interesse per la costruzione di case efficienti dal punto di vista energetico è svanito quando i prezzi del petrolio sono scesi e gli americani sono tornati nelle loro auto che bevono gas. Un gruppo di europei ha quindi ripreso da dove gli americani (e alcuni colleghi canadesi) avevano interrotto, perfezionando le migliori pratiche e gli standard per la costruzione di case ermetiche che sono più facili da riscaldare in inverno, un approccio che hanno promosso come movimento Passivhaus. Un architetto tedesco ha costruito la prima Passivhaus americana in Illinois nel 2003; nel 2007 ha fondato il Passive House Institute degli Stati Uniti, che ha messo a punto approcci PH per diversi climi.

Sebbene l'idea di progettare edifici estremamente efficienti dal punto di vista energetico sembri un gioco da ragazzi, Apigian afferma che la consapevolezza dello standard PH ha iniziato a diffondersi solo di recente nella comunità del design statunitense. Ne è venuto a conoscenza per la prima volta nel 2008 quando ha lavorato a un concorso per la progettazione di alloggi a zero emissioni, case che creano tutta l'energia che usano, per l'ex base dell'esercito di Fort Devens nel Massachusetts. Ora certificata nell'edilizia PH e sostenitrice attiva degli incentivi per promuovere tali progetti, pensa che la progettazione secondo questi standard alla fine diventerà la nuova normalità. Quando il LEED ha colpito il suolo, è sembrato nuovo e folle per tutti, dice. Ora, è fondamentalmente un dato di fatto: ogni studio di architettura sta pensando in modo olistico. LEED lo ha messo chiaramente sulla mappa.

La paura dei costi elevati ha impedito a molti sviluppatori di abbracciare i principi della Passive House. Pochi costruttori hanno esperienza con le tecniche di costruzione, il che fa aumentare il prezzo. Se c'è una squadra inesperta, è più probabile che otterrai una stima dei costi piuttosto alta perché sono nervosi e non sanno cosa ci vorrà, dice Apigian. Ma man mano che più costruttori acquisiscono esperienza, i prezzi dovrebbero scendere. Crediamo di poterlo fare davvero con un costo aggiuntivo compreso tra l'1% e il 2% se i principi della Passive House sono parte integrante dell'inizio del processo di progettazione e l'intero team è a bordo, afferma.

Con la fase finale della costruzione di Finch Cambridge a buon punto a febbraio, Apigian ha fatto un giro dell'edificio al MIT News, spiegando i concetti chiave.

Crea una busta ermetica.

ALICE DRAGO

A meno che qualcuno non passi attraverso una porta o apra una finestra, l'aria non dovrebbe entrare o uscire da un edificio PH se non attraverso il sistema di ventilazione. Quindi la guaina dell'edificio è completamente racchiusa in una barriera d'aria a tre strati composta da due strati esterni di polipropilene termolegati a uno strato polimerico intermedio a tenuta stagna. Ad ogni angolo ea tutti i bordi di ogni apertura perforata, ad esempio finestre, porte, aperture dei condotti, questa barriera è fissata con nastro adesivo speciale a prova di acqua e vento. (Apigian afferma che una barriera d'aria a strato singolo non è altrettanto efficace e un'applicazione corretta è fondamentale. Se attaccata con graffette o peggio, se è strappata e soffiata, non manterrà l'aria fuori. Le barriere continue sono più sicure. )

Questo è il primo passo per creare ciò che è noto come un involucro Passive House, una barriera continua contro l'aria esterna, l'umidità e il caldo o il freddo indesiderati. Tutti i 98 appartamenti del Finch Cambridge sono all'interno dell'involucro e devono soddisfare i severi standard di tenuta ermetica e riscaldamento e raffreddamento efficienti. Ma per aiutare a contenere i costi, alcune aree con problemi di ventilazione, riscaldamento e raffreddamento più impegnativi, la lobby e le sue scale aperte, nonché la lavanderia e le stanze della comunità, sono escluse dalla busta. Tutte le porte che conducono all'involucro PH e tutte le sue finestre sono dotate di guarnizioni e tripli vetri per impedire un flusso d'aria indesiderato quando sono chiuse.

Avvolgi l'edificio in una coperta.

Le clip rosse in fibra di vetro impediscono i ponti termici;
lana minerale marrone chiaro ricopre l'esterno dell'edificio.

FOTO DI CORTESIA

L'isolamento continuo è fondamentale. Ma in un edificio tradizionale, l'isolamento è posto solo nelle cavità del muro tra i montanti, lasciando degli spazi vuoti: un approccio che Apigian paragona a un maglione con un mucchio di buchi. Per gli edifici PH, gli architetti in genere aggiungono anche uno strato di isolamento esterno continuo con un'elevata resistenza termica, creando efficacemente una coperta attorno all'intero edificio. Lo spessore della coperta dipende dalle dimensioni, dall'uso e dall'occupazione dell'edificio, nonché dalla zona climatica. A Finch Cambridge, Icon ha utilizzato l'isolamento in fibra di vetro applicato a spruzzo nelle cavità delle pareti esterne e quindi ha avvolto l'edificio con uno strato di lana minerale da due pollici, un materiale isolante ignifugo fatto di pietra di basalto fusa e scorie riciclate da acciaierie . (L'edificio della Distillery North ha ottenuto un isolamento in cellulosa nelle cavità delle pareti esterne più tre pollici di lana minerale.) Gli architetti hanno anche coperto il tetto con un isolamento rastremato in pannelli di schiuma rigida, collocando sei pollici di schiuma rigida ad alta densità tra il soffitto del garage e il pavimento sopra di esso e isolamento in schiuma poliuretanica spruzzata nei punti di passaggio che altrimenti sarebbero difficili da coprire.

La 'busta' dell'edificio sta facendo la maggior parte del lavoro, mantenendo la temperatura interna indipendentemente da ciò che sta accadendo all'esterno.

È anche fondamentale evitare o interrompere i ponti termici, elementi che creano un percorso per l'ingresso o l'uscita del calore perché sono più termicamente conduttivi rispetto ai materiali circostanti. Le borchie, in particolare quelle metalliche, sono famigerati ponti termici; a Finch Cambridge, sono interrotti dai due pollici di isolamento esterno. Allo stesso modo, le strisce metalliche a Z utilizzate per fissare il rivestimento esterno sono fissate all'edificio con clip in fibra di vetro, che ha una conduttività termica limitata.

Gestire con attenzione la ventilazione.

ALICE DRAGO

I ventilatori a recupero energetico (noti come ERV) vengono utilizzati per fornire un flusso d'aria continuo e bilanciato in entrata e in uscita dagli edifici PH. Per ciascuno dei due ERV di Finch Cambridge, un condotto aspira aria fresca e un secondo condotto espelle l'aria viziata. Entrambi i condotti fanno passare l'aria attraverso l'ERV, uno scambiatore di calore che sfrutta il principio termodinamico di base per cui l'energia termica scorre sempre dal caldo al freddo. Quindi, mentre l'aria nei due condotti separati non si mescola, nella stagione fredda il calore dell'aria viziata in uscita aiuta a riscaldare l'aria fresca e fredda in entrata, riducendo la richiesta di riscaldamento nell'edificio. Nella stagione calda, il sistema estrae il calore dall'aria fresca in entrata, trasferendolo all'aria viziata più fresca in uscita e riducendo al minimo la necessità di aria condizionata. Gli ERV aiutano anche a gestire l'umidità.

L'aria fresca, che viene filtrata per rimuovere il particolato, viene immessa in tutti i soggiorni e le camere da letto di Finch Cambridge da uno dei due condotti dell'aria fresca dell'edificio. L'aria viziata viene aspirata dalle prese d'aria in tutti i bagni e le cucine e defluisce verso uno degli ERV attraverso uno dei due condotti di ventilazione in uscita (mostrati a destra, prima dell'applicazione dell'isolamento).

È una tecnologia molto semplice che è sorprendente, ma non complicata, afferma Apigian. È in circolazione da molto tempo.

Installare un riscaldamento di dimensioni adeguate.

ALICE DRAGO

Un edificio con un involucro PH adeguato e un sistema ERV richiede riscaldamento e raffreddamento aggiuntivi minimi. Il calore generato da corpi, elettrodomestici, luci e dispositivi collegati come computer, televisori e tostapane fa molto per mantenerlo caldo. In effetti, si dice spesso che puoi riscaldare una casa a PH con un asciugacapelli. Nel New England, dice Apigian, può essere vero. Ma sottolinea che l'efficacia dell'involucro PH nel trattenere il calore significa che il raffreddamento in estate tende a essere un problema più grande.

I modelli computerizzati tengono conto del calore generato da elettrodomestici, dispositivi elettrici, apparecchi di illuminazione e persone e calcolano la quantità di calore o raffreddamento extra necessaria. Le pompe di calore, che funzionano secondo gli stessi principi di un condizionatore d'aria o di un congelatore e richiedono un'energia minima per funzionare, sono in genere sufficienti per entrambi gli scopi. L'evaporatore di una pompa di calore, o scambiatore di calore, estrae il calore dall'aria utilizzando un fluido refrigerante che si trasforma in vapore; quel vapore viene quindi compresso in un condensatore per aumentarne la temperatura, fornendo calore. Il processo viene invertito quando è necessario il raffreddamento. Ogni unità di Finch Cambridge ha una pompa di calore elettrica, ma tutte le 98 pompe di calore (e quelle negli spazi comuni) condividono solo 16 condensatori sul tetto (mostrato a destra). Poiché il sistema consente un flusso di refrigerante variabile simultaneo, un'unità rivolta a ovest che sta cuocendo al sole può richiedere il raffreddamento mentre un'unità rivolta a est può richiedere calore.

L'intensità di utilizzo dell'energia del sito (EUI) prevista a Finch Cambridge, il numero di kBTU necessari per riscaldare e raffreddare ogni metro quadrato all'anno, è solo 23. Si tratta di un impressionante 70% in meno rispetto all'EUI del sito medio statunitense per le case multifamiliari, che nel 2016 era 78,8.

Scegli saggiamente le finestre e ombreggiale secondo necessità.

STEFANIA ARNETT

Le giuste finestre e i dispositivi di schermatura permettono di sfruttare il calore del sole in inverno e di deviarlo in estate. Per aiutare a mantenere la temperatura interna, indipendentemente dal fatto che fuori faccia caldo o freddo, tutte le finestre dell'involucro PH di Finch Cambridge sono dotate di tripli vetri e guarnizioni, con telai isolati che impediscono i ponti termici. E Icon evita quando possibile le finestre a doppia anta, poiché è difficile mantenere una guarnizione su una finestra fatta scorrere su e giù. La tradizionale finestra a doppio battente del New England è un disastro, la cosa più che perde che l'uomo conosca, dice Apigian.

Le tende esterne sopra le finestre sulla facciata sud di Finch Cambridge si estendono per metà della lunghezza della finestra. (Gli architetti avevano originariamente pianificato di installare le tende sulle facciate est, ovest e sud, ma la modellazione energetica ha rivelato che erano necessarie solo per le finestre rivolte a sud. L'eliminazione del resto ha contribuito a contenere i costi.) Hanno scelto tende con lamelle inclinate che bloccano il sole estivo, ma impedisce l'accumulo di pioggia e neve e lascia passare il vento. Poiché in inverno il sole è più basso nel cielo, la luce solare e parte del suo calore radiante possono entrare nelle finestre sotto le tendine, contribuendo a riscaldare l'edificio.

In un cenno agli uccelli del vicino Fresh Pond, gli architetti hanno progettato la linea del tetto dell'edificio in modo che assomigli ad ali. Le ali forniscono anche ombra per la sala comune e la lavanderia all'ultimo piano e ospitano parte della serie di 150 kilowatt di pannelli solari installati sul tetto. Si prevede che i pannelli solari compenseranno 98.144 kilowattora all'anno, ovvero circa il 20% dell'elettricità totale richiesta per far funzionare l'edificio.

Eseguire modelli e test energetici.

ISTITUTO CASA PASSIVA | wikimedia

La modellazione energetica è utile per guidare la progettazione e la costruzione di un edificio PH. Gli ingegneri dell'edificio possono calcolare il carico energetico (la quantità massima di energia necessaria in un dato momento) per assicurarsi che stiano specificando apparecchiature di dimensioni adeguate per l'edificio invece di esagerare. Possono anche determinare la domanda di energia dell'edificio (l'energia complessiva utilizzata in un solo anno) per essere sicuri che soddisfi gli standard di PH. Ma misurare la sua tenuta all'aria una volta costruito è il test definitivo ed è necessario per la certificazione come edificio Passive House.

Apigian si aspetta che l'edificio riceva la certificazione PH. A marzo, si stava preparando per il primo test della porta soffiante per edifici completi di Finch Cambridge per determinarne l'ermeticità. Il test prevede la chiusura di tutte le porte e finestre esterne e il posizionamento di una porta speciale con un ventilatore in una porta principale dell'involucro PH per aspirare l'aria dall'edificio, abbassandone la pressione dell'aria interna. Se l'edificio non è ermetico, la ventola della porta deve lavorare di più per mantenere il livello di pressione dell'aria e le penne fumogene possono essere utilizzate per rilevare le perdite.

Al termine della costruzione finale di Finch Cambridge, Apigian si stava anche occupando di altri progetti locali di Passive House in corso a Gloucester, Salem e Lowell. In ogni caso, l'obiettivo è dare poco da fare ai sistemi di riscaldamento e raffrescamento. Con l'ermeticità, la continuità termica e il controllo, l'involucro dell'edificio sta facendo la maggior parte del lavoro che di solito facciamo affidamento sui nostri sistemi, mantenendo la temperatura interna indipendentemente da ciò che sta accadendo all'esterno dell'edificio, afferma. E nel New England, questo potrebbe significare quasi tutto.

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