Ristrutturazione di scuole secondarie e di una palestra pubblica a energia zero

Le due scuole secondarie di Enkplatz (8.800 m²) e la palestra dovevano essere ristrutturate. Si è pensato di aumentare le ambizioni per la ristrutturazione e di progettare la palestra come una "palestra a energia quasi zero" o addirittura come un edificio a energia positiva che utilizza l'energia solare, rendendolo un vero e proprio faro per il quartiere. La palestra è stata deliberatamente presa in considerazione come opportunità per ampliare la portata e il raggio d'azione del progetto a più gruppi target del quartiere (studenti, insegnanti, genitori e vicini). Verrà creato un sistema di monitoraggio centrale e di gestione dell'energia basato sulle TIC per controllare il flusso di energia solare termica nella rete di teleriscaldamento secondaria.

1) Ricostruzione anziché ristrutturazione
La ricostruzione della palestra invece di una ristrutturazione economicamente non fattibile ha offerto la possibilità di soddisfare anche le esigenze spaziali delle due scuole secondarie. La costruzione di un'estensione dell'edificio esistente ha reso possibili dei miglioramenti:
▪ Reintegrazione delle 4 aule attualmente situate in un edificio temporaneo presso il sito della scuola.
▪ 15 aule aggiuntive, 4 classi per il tempo libero, 3 aule tecniche e locali accessori
▪ Costruzione di 4 palestre standard divisibili per le due scuole e per uso esterno.

2) Il concetto energetico: Palestra a energia zero
L'obiettivo del progetto era quello di ridurre il fabbisogno energetico della sezione sportiva fino a raggiungere il livello di "edifici a energia zero". L'obiettivo non era quello di far funzionare la sezione sportiva in modo indipendente dal punto di vista energetico, ma di trovare un equilibrio tra l'involucro dell'edificio e le fonti di energia rinnovabile per ottenere almeno un bilancio energetico pari a zero per il settore sportivo nel corso dell'anno.

Per la sostituzione della palestra, la direzione del progetto ha commissionato uno studio di progetto che include un concetto per il riscaldamento, il condizionamento, l'aerazione e gli impianti sanitari (DE: "HKLS-Konzept"), che prevede la fornitura di calore all'edificio principalmente tramite pompe di calore che utilizzano il calore ambientale e impianti solari termici. Il fabbisogno di energia elettrica dell'edificio doveva avvenire principalmente attraverso un impianto fotovoltaico, in modo da raggiungere un bilancio energetico pari a zero per il nuovo edificio come obiettivo di pianificazione.

In vista di una pianificazione integrale, prima della gara d'appalto è stato delineato un concetto di massima della tecnologia dell'edificio in coordinamento con Wien Energie come partner per l'immissione di energia solare, come previsto dagli obiettivi della proposta di progetto. L'obiettivo era quello di sviluppare un concetto che rispondesse al meglio agli obiettivi del progetto e alle condizioni del sito. A tal fine, è stato effettuato un dimensionamento di massima delle attività sulla base di una tecnologia edilizia e di un concetto idraulico coordinati.

Nelle valutazioni preliminari orientate al dialogo, la superficie limitata del tetto e la sua occupazione proporzionale con collettori solari di calore o moduli fotovoltaici si è rivelata il punto più critico per il raggiungimento degli obiettivi del progetto. Per questo motivo, nei documenti del concorso di architettura è stata specificata un'area minima di installazione per il sistema di riscaldamento solare di 680 m². L'edificio è alimentato da tre diverse fonti di energia rinnovabile:

2-1. Energia geotermica (con sol)/pompa di calore ad acqua
Il riscaldamento a pavimento della palestra e il registro di riscaldamento del sistema di ventilazione sono realizzati con energia geotermica. Il calore viene estratto dalla terra attraverso 8 trivellazioni (profondità di circa 150 m) e portato a un livello di temperatura utilizzabile da una pompa di calore. Per ridurre l'avvio del dispositivo sono stati installati un serbatoio tampone e un controllo della capacità infinitamente variabile del circuito di refrigerazione. Per rigenerare il sottosuolo che circonda le pile e per raffreddare la stanza, in estate il calore proveniente dal sistema di raffreddamento della stanza viene immesso nel terreno attraverso uno scambiatore di calore separato. Poiché è improbabile che il calore prodotto dal sistema di raffreddamento della sala in estate sia sufficiente per rigenerare completamente le palafitte, si prevede di immettere nel terreno il calore dell'energia solare termica a partire da settembre. L'energia di raffreddamento non è più disponibile dall'inizio di questa rigenerazione forzata fino alla prossima estate.

2-2. Sistema solare termico e immissione nella rete di teleriscaldamento
Sul tetto del nuovo edificio, Wien Energie costruisce un impianto solare termico. Da un lato fornisce un accumulo di calore che verrà utilizzato in loco nella scuola e dall'altro immette energia termica nella rete di teleriscaldamento. Nella progettazione dettagliata, la possibilità di utilizzare il calore solare nell'edificio era limitata rispetto allo studio di fattibilità. In origine, oltre al supporto del riscaldamento degli ambienti, l'uso del calore solare era previsto per la rigenerazione dei pali geotermici durante l'intera stagione solare e per il supporto della produzione di acqua calda. In collaborazione con il progettista dei servizi tecnici dell'edificio, il sistema solare di Wien Energie è stato adattato al nuovo concetto di approvvigionamento e idraulico. Di conseguenza, la maggior parte del calore solare viene immesso nella rete di teleriscaldamento a circa 70 °C durante la maggior parte della stagione solare. Nell'edificio verrà supportato soprattutto il riscaldamento degli ambienti a bassa temperatura. Inoltre, al termine della stagione di raffreddamento, è prevista la possibilità di rigenerare le sonde geotermiche. Le simulazioni senza l'uso del calore solare per la rigenerazione hanno portato a guadagni significativamente più elevati quando si utilizzano collettori a tubi sottovuoto invece dei collettori a piastra, che sono i più utilizzati. L'optimum economico è stato raggiunto con il massimo sfruttamento possibile dell'area del tetto, per cui è stato previsto un totale di 320 m² di superficie lorda dei collettori a tubi sottovuoto con un design orizzontale. Il sistema di riscaldamento della scuola è progettato per consumare prima il calore dei serbatoi tampone e solo successivamente avviare il sistema a pompa di calore o, se necessario, ottenere calore dal teleriscaldamento come backup.

2-3. Sistema fotovoltaico:
Oltre all'impianto solare termico, verrà installato un impianto fotovoltaico sul tetto piano ampiamente ricoperto di verde dell'edificio di ampliamento. Con una produzione di 67 kWp nell'arco dell'anno, coprirà il consumo delle sale sportive della scuola. Il tasso di utilizzo diretto è previsto al 75% circa; considerando l'intera area, si ipotizza un utilizzo diretto del 100%. L'elettricità che non viene consumata direttamente nella proprietà (soprattutto durante le vacanze) viene immessa nella rete elettrica.

3) Ridondanza
Il teleriscaldamento è disponibile tutto l'anno. Fornisce energia al vecchio edificio, al riscaldamento dell'acqua e ai piani fuori terra del nuovo edificio, quando il calore solare non è sufficiente. Come backup in caso di guasto del sistema a pompa di calore, anche il sistema di distribuzione a bassa temperatura della palestra può essere rifornito di calore tramite uno scambiatore di calore.

4) Involucro dell'edificio
Le perdite di calore per trasmissione sono notevolmente ridotte grazie alla costruzione sotterranea della palestra. Tuttavia, il metodo di costruzione sotterranea è possibile solo in pochi casi eccezionali per le aree abitative. Gli uffici o le aule scolastiche sarebbero difficili da implementare in questo progetto, poiché è difficile garantire la necessaria esposizione solare naturale. L'edificio scolastico è stato progettato in modo tale da avere valori energetici nettamente superiori a quelli richiesti dalla legge. L'edificio raggiunge lo standard nazionale "Edificio a basso consumo energetico 2020, Classe A ++" grazie al basso fattore di efficienza energetica. Se si considerano i requisiti energetici necessari per il riscaldamento, si ottiene solo la classe B. Per soddisfare il requisito di riscaldamento di classe A, è necessario utilizzare spessori di isolamento superiori a 40 cm e finestre di alta qualità per case passive. Aumentare le qualità di protezione termica comporterebbe un aumento significativo dei costi di produzione. Le cifre chiave calcolate per il fabbisogno energetico di riscaldamento del progetto in questione garantiscono l'ottimizzazione dei costi. Con un fabbisogno di riscaldamento di classe A, l'ottimizzazione dei costi non verrebbe più raggiunta.

5) Sistema di ventilazione con recupero di calore
Per la palestra è previsto un sistema di ventilazione meccanica con scambiatore di calore rotante con un'efficienza dell'85-90%. Questo non solo serve a recuperare il calore ma può anche, in una certa misura, riciclare l'umidità nell'aria. Ciò si traduce in un maggiore comfort per gli utenti grazie a un clima più gradevole nell'ambiente, soprattutto nei mesi invernali.