Come risolvere i problemi di spazio di installazione, portanza strutturale ed emissione acustica dei collettori solari e delle unità esterne a pompa di calore negli edifici urbani ad alta densità

Scaldacqua ad aria solare (SAWH) svolgono un ruolo vitale nel guidare la transizione energetica negli edifici urbani. Tuttavia, negli ambienti urbani ad alta densità, l’installazione e il funzionamento dei loro componenti chiave – collettori solari e unità esterne a pompa di calore – devono affrontare una serie di sfide ingegneristiche specializzate, principalmente in termini di spazio di installazione, capacità di carico strutturale ed emissioni acustiche.

Soluzioni alle sfide dell'integrazione spaziale

Negli edifici urbani, lo spazio sul tetto e sulle pareti esterne è spesso molto limitato e richiede una pianificazione precisa per soddisfare il rapporto di superficie e i requisiti estetici.

1. Distribuzione verticale e di facciata dei collettori solari

I tradizionali collettori ad installazione inclinata richiedono un'ampia area proiettata. Negli ambienti urbani, i progetti di ingegneria professionale tendono a utilizzare la tecnologia solare termica integrata nell’edificio (BIST).

Integrazione con la facciata: i collettori piani sono integrati nella facciata dell'edificio, sostituendo i tradizionali materiali delle facciate continue. Ciò non solo preserva lo spazio sul tetto, ma sfrutta anche la facciata verticale per il fascino estetico e la protezione solare. Mentre l’installazione della facciata sacrifica parte dell’efficienza di raccolta del calore ottenuta dall’angolo di inclinazione ottimale, la sua efficienza spaziale e il valore architettonico sono ancora più significativi nei progetti urbani.

Integrazione di balconi e ringhiere: i piccoli collettori modulari sono integrati nelle ringhiere dei balconi residenziali o sotto gli ombrelloni. Questa strategia di installazione distribuita trasforma lo spazio precedentemente inutilizzato in spazio generatore di energia ed è particolarmente adatta per edifici residenziali a molti piani.

Divisi e modulari: utilizzando un design del sistema diviso, i moduli del collettore sono distribuiti su più piccoli spazi disponibili (come piattaforme di apparecchiature e pozzi di ventilazione), collegati a un serbatoio di accumulo termico centralizzato tramite tubazioni specializzate, migliorando la flessibilità dello spazio.

2. Unità esterne in pompa di calore compatte e ad incasso

Le unità a pompa di calore per esterni richiedono ampio spazio per la ventilazione e la dissipazione del calore, soddisfacendo al tempo stesso i requisiti del paesaggio urbano.

Design ultrasottile e modulare: seleziona unità a pompa di calore ultrasottili raffreddate ad aria o utilizza pompe di calore modulari multisplit, disposte in parallelo per ospitare piattaforme di apparecchiature strette.

Piattaforma per apparecchiature centralizzate: durante la fase iniziale di progettazione dell'edificio, pianificare un piano dedicato alle apparecchiature meccaniche o un'area centralizzata per le apparecchiature sul tetto. Installare l'apparecchiatura nascosta con involucri e feritoie insonorizzate per garantire un flusso d'aria adeguato intorno alla pompa di calore.

Misure strutturali di portanza e sicurezza

Il peso dei collettori solari, dei serbatoi di accumulo del calore (soprattutto quando pieni) e delle unità a pompa di calore pone sfide strutturali in termini di carico per gli edifici esistenti o a molti piani.

Strategia di carico distribuito: evitare di concentrare tutte le attrezzature in un'unica area di carico. Distribuire il peso dei collettori sulle travi primarie del tetto o sulle pareti di taglio, anziché sulle travi secondarie o sul centro della soletta.

Tecnologia dei collettori leggeri: preferire collettori leggeri a tubi sottovuoto con tubi di calore o collettori piani leggeri per ridurre i carichi aggiuntivi sulla struttura del tetto.

Distribuzione dei serbatoi di accumulo del calore ai livelli inferiori o inferiori: i serbatoi di accumulo del calore, soprattutto quelli centralizzati di grandi dimensioni, sono estremamente pesanti quando sono pieni. I progetti professionali richiedono in genere il posizionamento di serbatoi di accumulo del calore in aree con forte capacità di carico strutturale, come il seminterrato dell'edificio, il livello delle attrezzature o il tetto del podio. Efficienti pompe di circolazione trasportano il calore ai collettori e lo distribuiscono ai vari punti d'acqua, evitando carichi eccessivi sui tetti alti.

Calcolo del carico del vento: Sui tetti più alti, i carichi del vento spesso superano il peso dell'attrezzatura. Sono necessari calcoli rigorosi della pressione del vento e progetti di ancoraggio strutturale, utilizzando una combinazione di bulloni di ancoraggio e contrappesi incorporati per garantire la sicurezza strutturale del sistema in condizioni meteorologiche estreme.

Controllo e mitigazione professionale delle emissioni di rumore

Il rumore meccanico e del flusso d'aria generato dalle unità esterne a pompa di calore durante il funzionamento è fonte di reclami negli ambienti urbani e deve essere rigorosamente controllato attraverso la progettazione acustica per soddisfare gli standard di rumore ambientale urbano.

Selezione dell'unità a bassa rumorosità: la scelta di un'unità a pompa di calore a bassissima rumorosità con un compressore inverter e una ventola di grande diametro e a bassa velocità è fondamentale per ridurre l'intensità della sorgente sonora alla fonte.

Tecnologia di smorzamento e isolamento delle vibrazioni: cuscinetti di smorzamento delle vibrazioni o isolatori a molla ad alta efficienza sono installati sotto la base dell'unità per impedire efficacemente al rumore trasmesso dalla struttura di raggiungere la struttura dell'edificio.

Assorbimento e isolamento acustico: attorno alla piattaforma dell'apparecchiatura sono installate barriere o involucri acustici. Il materiale e l'altezza della barriera devono essere attentamente considerati sulla base di calcoli acustici per garantire che blocchi efficacemente i percorsi di trasmissione del suono, soprattutto verso le aree sensibili (come le finestre delle camere da letto).

Modalità silenziosa notturna: un sistema di controllo intelligente passa automaticamente alla modalità silenziosa durante le ore notturne, riducendo adeguatamente la velocità del compressore e della ventola per soddisfare limiti di rumore notturno più severi.