Ri­fles­sio­ni so­la­ri: l’ener­gia del so­le nel pro­get­to d’ar­chi­tet­tu­ra

Gli impianti solari per la produzione di energia elettrica o termica devono essere necessariamente collocati sulla superficie esterna degli edifici. L'integrazione di questi dispositivi ha dunque profonde implicazioni sulla progettualità architettonica, soprattutto quando la collocazione degli impianti solari non è limitata alle superfici di copertura, e dà vita a vari approcci diversi.

Data di pubblicazione
04-07-2024
Elena Poma
Architetta, assistente e dottoranda presso USI-Arc

Il requisito di integrare impianti per l’utilizzo dell’energia solare pone gli architetti di fronte a una sfida a livello progettuale, suscitando riflessioni critiche a proposito dell’evoluzione della progettazione nel corso dell’ultimo secolo e nel prossimo futuro. Come affermato dal professore Federico M. Butera, pioniere della diffusione delle pratiche dell’architettura sostenibile, il XX secolo è stato testimone non solo della grande rivoluzione che ha portato le tecnologie meccaniche all’interno dei fabbricati, ma anche di «una rivoluzione nel guscio che avvolge tutte queste tecnologie, cioè l’edificio».1 Grazie alla disponibilità di impianti per il controllo del comfort (e di combustibili per alimentarli), il manufatto è divenuto indipendente dalla necessità di stabilire connessioni fisico-climatiche con l’ambiente esterno. Questa «involuzione»2 dell’edificio a livello bioclimatico ha aperto nuove strade per la progettazione, dando la possibilità agli architetti di raggiungere risultati senza precedenti nello sviluppo tipologico, compositivo e costruttivo dell’architettura.

A questa libertà creativa, corrisponde anche un aumento della complessità del processo edilizio, in cui l’inserimento di impianti per il mantenimento dei livelli di comfort termoigrometrico determina la necessità di gestire gli aspetti di integrazione, adeguamento tecnologico e manutenzione delle componenti meccaniche.3 La posizione degli elementi impiantistici per il controllo del clima interno (quali, ad esempio, centrali termiche, unità di trattamento dell’aria, sistemi di circolazione dell’aria e corpi riscaldanti e raffrescanti) è legata a requisiti funzionali e di efficienza energetica. Tuttavia, a livello architettonico, se non si desidera esibire le componenti impiantistiche per ragioni estetiche o pratiche, è possibile collocare la maggior parte di esse in vani tecnici, intercapedini, sulla copertura o all’interno degli elementi costruttivi, così da celarle alla vista degli utenti. Questa possibilità di scelta permette di separare a livello compositivo l’edificio dai suoi impianti, così che l’immagine architettonica non sia necessariamente inclusiva delle componenti tecniche.

Differentemente dalle tipologie di impianto sopracitate, gli impianti solari per la produzione di energia elettrica o termica necessitano di essere collocati sulla superficie esterna della costruzione per garantirne l’efficacia.4 Se gli elementi per sfruttare l’energia del sole hanno dimensioni modeste rispetto alle superfici esterne dell’edificio e le condizioni del contesto lo permettono, è possibile, per esempio, collocarli sulle coperture, celandoli anche completamente alla vista diretta.

Quando invece l’impianto solare raggiunge dimensioni e caratteristiche per cui non è più possibile escluderlo dall’aspetto estetico esteriore dell’edificio: esso diviene elemento architettonico. Per questa ragione, l’integrazione di questi dispositivi ha implicazioni profonde sulla progettualità architettonica, specialmente quando la collocazione degli impianti solari non è limitata alle superfici di copertura.

Sono diversi i dispositivi che nel corso dei secoli sono entrati a far parte della composizione architettonica, aggiungendosi alla struttura e all’involucro opaco degli edifici. Primo fra essi è il serramento che, nato da esigenze pragmatiche, è divenuto componente fondamentale della progettazione architettonica in grado di cambiare completamente l’estetica del manufatto e di influenzare il progresso tipologico e tecnologico in edilizia. A livello compositivo, esistono alcune corrispondenze tra finestre ed elementi di captazione solare posti nelle superfici esterne degli edifici. La collocazione di questi diversi dispositivi risponde in primo luogo a esigenze funzionali: la loro posizione è influenzata dall’orientamento rispetto ai punti cardinali, dalle condizioni climatiche e dal contesto ambientale circostante, sia naturale che costruito. Inoltre, la loro dimensione e quantità è regolata da prescrizioni, in materia di abitabilità degli ambienti interni, per le aperture vetrate, e in materia di rendimento energetico, per gli impianti solari. Tuttavia, mentre i serramenti che collegano l’ambiente interno con quello esterno hanno una relazione molto stretta con l’organizzazione tipologica, la presenza di collettori solari e pannelli fotovoltaici non interagisce altrettanto direttamente con l’organizzazione degli spazi.

In questo numero, dedicato all’integrazione degli impianti fotovoltaici in architettura, i progetti presentati costituiscono un catalogo esemplificativo delle diverse interazioni architettoniche tra gli elementi di captazione solare e le altre componenti dell’edificio. Le specificità di ogni caso e le personalità degli approcci progettuali, con cui ogni progettista ha affrontato il tema dell’integrazione di tecnologie solari fotovoltaiche, hanno prodotto risultati estremamente differenti tra loro; nonostante ciò, è possibile, considerando i progetti dal punto di vista compositivo e costruttivo, evidenziare alcune caratteristiche ricorrenti.

Osservando le caratteristiche compositive, si identificano due tendenze principali, applicate nei progetti con diversi gradi di rigidità: l’adattamento tipologico dell’edificio in relazione all’integrazione degli impianti fotovoltaici e la progettazione dell’impianto fotovoltaico in funzione della tipologia architettonica. Esemplificativa della prima tendenza è la scuola dell’infanzia Wundernasa a Ried-Brig di Comamala Ismail. La volumetria di questo edificio appare in chiara relazione con l’impianto fotovoltaico: la forma data all’involucro permette, infatti, una collocazione efficace dei moduli fotovoltaici. L’utilizzo di ampie superfici inclinate nell’involucro edilizio è anche una scelta compositiva, che influenza l’organizzazione degli spazi interni, sviluppandone il potenziale qualitativo. Tra gli esempi rappresentativi della seconda tendenza vi sono, invece, il Centro Polis a Pregassona, progettato da Studio Mario Campi e Studio Rosario Galgano, il Bivacco Piano della Parete in Valle Malvaglia, progettato da Sabrina Binda e Nicola Truaisch, e il risanamento energetico dell’edificio Suva a Zurigo di SPPA Architekten. A Pregassona, l’impianto fotovoltaico è stato integrato nell’involucro opaco rispettando il disegno di facciata proposto in origine per essere realizzato con lastre di fibrocemento. L’uso di elementi fotovoltaici simili per forma alla soluzione costruttiva prevista in precedenza ha permesso di non alterare le caratteristiche già precedentemente definite del progetto. Nel Bivacco Piano della Parete, l’impiego di pannelli solari che ripropongono la geometria degli elementi di rivestimento ha consentito l’integrazione di un impianto fotovoltaico mantenendo il carattere essenziale dell’edificio. Nel terzo caso, invece, il disegno dell’elemento solare posto nella facciata è stato determinato per rispettare le qualità geometriche ed estetiche del progetto originale degli anni Sessanta disegnato da Roland Rohn. La Cantina Obrecht a Jennins, progettata da Bearth & Deplazes e Daniel Ladner, mostra come sia possibile coniugare le due tendenze, per raggiungere un equilibrio tra ottimizzazione dell’impianto solare e forma architettonica

Oltre a relazionarsi con la composizione architettonica, l’integrazione di impianti fotovoltaici interagisce con la progettazione a livello costruttivo. Osservando questo aspetto negli esempi presentati nelle pagine successive, emergono due modalità principali adottate nella progettazione per l’integrazione dei moduli fotovoltaici: l’impiego del pannello solare come elemento costitutivo dell’involucro opaco e la collocazione del pannello come elemento tecnologico aggiuntivo. Il primo approccio è identificabile, per esempio, nella sede dell’Ufficio per l’ambiente e l’energia a Basilea, progettato da Jessenvollenweider Architektur, nella casa unifamiliare Sol’CH a Poschiavo, progettata da Nadia Vontobel Architekten, e negli interventi di modifica progettati da Salathé Architekten per l’involucro dell’edificio di abitazioni degli anni Sessanta di Schachenmann und Berger Architekten a Basilea. In questi progetti, i moduli fotovoltaici costituiscono il rivestimento esterno di parti opache delle facciate. Una diversa declinazione di questo approccio è identificabile nella sede degli uffici e Data Center WWZ AG a Zugo, progettato da Boltshauser Architekten, e nell’edificio «Lo Scudo di Stabio», dello Studio di Progettazione Martinelli e Rossi. In questi due esempi, i moduli fotovoltaici sono inseriti come elementi particolari nei prospetti: come parapetti nel primo caso, e come porzioni distinte di facciata nel secondo. L’altro criterio individuato è riconoscibile nell’ampliamento della Franklin University a Lugano di Flaviano Capriotti Architetti e nel progetto di Strut Architekten per la nuova sede di KELLER Druckmesstechnik a Winterthur. In questi casi, i moduli fotovoltaici sono collocati in un elemento aggiuntivo dell’involucro che, pur essendo ad esso collegato, si distingue per via della sua dichiarata identità di impianto meccanico altamente sofisticato, disegnato in modo creativo ed esibito.

Le corrispondenze registrate a livello compositivo e costruttivo aprono ulteriori riflessioni riguardo alle modalità di integrazione degli impianti solari in facciata rispetto alla diversità dei casi esaminati, in termini di destinazione d’uso, dimensione e tipologia di intervento. Mentre le diverse possibilità progettuali discusse nei paragrafi precedenti sono identificabili in progetti con funzioni differenti e dimensioni anche notevolmente diverse, solo alcune ricorrono significativamente nei progetti di intervento sul patrimonio esistente. In questi progetti, l’inserimento dei moduli fotovoltaici in facciata predilige l’integrazione mimetica degli elementi, per rispettare o riproporre le caratteristiche tipologiche, costruttive ed estetiche del progetto originale. Invece, negli edifici di nuova realizzazione sono state applicate anche alternative che hanno posto la componente fotovoltaica in esposizione, trasformando i progetti in manifesti di tecnologia solare che legano le potenzialità compositivo-architettoniche a quelle comunicative.

Riflettere sull’ampio ventaglio di possibilità compositive e costruttive legate all’integrazione dei moduli fotovoltaici in architettura presentato in questa edizione di Archi, permette di individuare il potenziale creativo della tecnologia stessa. Sia che si decida di esibire gli elementi tecnologici oppure di mimetizzarli, l’introduzione di questi dispositivi negli edifici pone una serie di quesiti progettuali, legati sia all’organizzazione degli spazi, sia alle scelte costruttive. Quando gli elementi solari sono integrati nell’involucro, l’esigenza di disporre di ampie superfici per la captazione solare può interferire con la geometria dei volumi e con il disegno delle facciate, dando la possibilità di sviluppare in modo creativo e funzionale le qualità spaziali. A livello costruttivo, l’impianto quale elemento costitutivo dell’involucro opaco influisce sulle caratteristiche materiali esterne del fabbricato e sul suo processo costruttivo. Quando, invece, i pannelli solari sono collocati in una struttura distinta dall’involucro edilizio, il progetto di architettura si estende a un ulteriore dispositivo che è interconnesso funzionalmente e visivamente con l’edificio cui appartiene. In entrambi i casi, l’inserimento di componenti solari come elementi compositivi dell’architettura implica uno sforzo creativo a livello costruttivo per trovare soluzioni che garantiscano l’efficacia degli impianti e la loro possibilità di manutenzione nel tempo.

Gli esempi di architettura con impianti fotovoltaici integrati trattati nel capitolo dedicato ai progetti offrono uno specchio davanti al quale riflettere sull’evoluzione possibile della pratica architettonica nell’epoca della consapevolezza ecologica. Per via delle caratteristiche messe in luce, l’integrazione degli impianti solari implica un avvicinamento tra progettazione architettonica e progettazione impiantistica. Come è già stato dimostrato, questo approccio, se esteso anche ad altri elementi tecnici, permette un aumento significativo delle prestazioni dei fabbricati, al quale si aggiunge anche un’ottimizzazione maggiore nell’uso delle risorse per la progettazione e per la realizzazione degli edifici.5 Studi recenti6 hanno rivelato come i progettisti interessati a sviluppare il tema dell’integrazione fra edificio e impianti per il controllo del comfort nel XX secolo, abbiano raggiunto risultati innovativi e qualitativamente rilevanti, come, per esempio, le facciate dell’immobile commerciale La Rinascente (1959-1962), progettato da Franco Albini e Franca Helg. In questo progetto, lo studio dell’inserimento delle componenti tecniche ha suggerito ai progettisti una nuova soluzione estetica per l’involucro.7 

Oggi, il concetto di cultura della costruzione (Baukultur) , promosso dall’Ufficio federale della cultura, implica l’adozione di pratiche energeticamente consapevoli per lo sviluppo sostenibile dell’ambiente costruito.8 Se, attraverso la progettazione bioclimatica degli spazi e degli elementi costruttivi gli architetti sono da tempo in grado di ridurre i fabbisogni energetici degli edifici,9 l’integrazione di impianti fotovoltaici diviene l’occasione per riflettere sul possibile sviluppo dell’architettura nel XXI secolo e sul ruolo dell’architetto rispetto alle potenzialità energetiche delle superfici edilizie.

Contributo realizzato con il sostegno di Svizzera Energia

 

Note

1. F. M. Butera, Dalla caverna alla casa ecologica: Storia Del Comfort e Dell’energia, Edizioni Ambiente, Milano 2004, p. 135.

2. Ibidem

3. G. Dall’O’, Architettura e impianti. Tecnologie dei sistemi impiantistici negli edifici, nuova ed. Città Studi Edizioni, Torino 1999, pp. 1-36.

4. G. Becker et al. Gebäudeintegrierte Solartechnik : Architektur gestalten mit Photovoltaik und Solarthermie, Institut für internationale Architektur-Dokumentation, München 2016.

5. B. Bielefeld (a cura di), Basic Building Technology, Birkhäuser, Basel 2007, pp. 8-9.

6. F. Graf, G. Marino, Les dispositifs du confort dans l’architecture du 20e Siècle. Connaissance et stratégies de sauvegarde = Building Environment and Interior Comfort in 20th-Century Architecture: Understanding Issues and Developing Conservation Strategies, Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne 2016.

7. G. Marino, «L’accidentalità tecnica» comme source de composition architecturale. L’immeuble commercial La Rinascente à Rome. Franco Albini, Franca Helg, 1957-1962, in F. Graf, G. Marino, Les dispositifs du confort, cit., pp. 169-186.

8. L. Amréus, et al. Otto criteri per una cultura della costruzione di qualità: Sistema Davos per la qualità nella cultura della costruzione. Ufficio federale della cultura UFC, Berna 2021.

9. F. Wittmann, Effects of Architecture, Quart verlag, Luzern 2021.