Forms of energy. Architectural guidelines for the design of residential buildings being able to interact with the Smart Grid

The process of production, distribution and usage of energy is today run over by deep changes on a global scale. Spread of renewable energies, gradual depletion of fossil fuels and liberalization of the energy market are together commuting the traditional energy model, which was traditionally based on centralized production and mono-directional distribution in a new energy system, where energy producers and users overlap into the energy network. Today a “democratization” of the energy is indeed occurring, since all the actors involved in the process are not only consumers but “prosumers” (producers and consumers at the same time). The energy topic is nowadays able to define new boundaries, according to economical, ecological and social aspects never considered before. This research work introduces a new reflection on architectural design related to the energy management. The above mentioned changes should indeed produce a new and innovative design approach, where energy becomes a key point of the whole design process, from the detail scale to the urban one. This new vision is not anymore only related to traditional energy saving and fulfill of energy performance standards, but to the management of energy flows in an innovative and dialectical relationship between buildings, cities and the energy grid. How we should design buildings and cities from the energy point of view? Which are the building types which better fulfill energy flexibility towards the grid? Are there any urban settlements which better integrate to the new Smart Grid? The deep on-going change in the energy chain has currently only partially involved architectural and urban design. The main belief of this research work is that this change could instead produce technical and theoretical innovations on the architectural design project, both for the design of new buildings and neighborhoods and for retrofitting of existing ones. The main purpose of this research work is therefore to identify architectural guidelines for the design of both buildings and urban neighborhoods which could lead to better management of energy flows, so as to become active actors into the new smart grid.

Il processo energetico di produzione, distribuzione e utilizzo di energia è oggi investito da profondi cambiamenti a scala globale. La diffusione delle fonti energetiche rinnovabili, il progressivo esaurirsi delle fonti fossili e la liberalizzazione del mercato energetico stanno trasformando un modello tradizionalmente centralizzato di produzione, con una conseguente distribuzione ad “albero” e monodirezionale, in un modello a rete, in cui i punti di produzione e utilizzo di energia corrispondono ai molteplici nodi della rete stessa. Si parla oggi di “democratizzazione” dell’ energia, poichè gli attori coinvolti non sono più semplici consumatori, ma diventano “prosumers” (contemporaneamente producers e consumers). Il tema energetico abbraccia la scala urbana della rete diventando in grado di disegnare nuove geografie, secondo logiche che non son più prettamente politiche, ma che coinvolgono allo stesso tempo l’aspetto economico, ecologico e sociale. Il seguente lavoro introduce una riflessione sul tema del progetto in relazione alla gestione del processo energetico. I cambiamenti in atto determinano la necessità di un nuovo e rivoluzionario approccio alla progettazione, in cui l’energia possa diventare elemento cardine del processo progettuale, dalla scala del dettaglio alla scala della città, non solo nel senso tradizionale di risparmio energetico rispetto a determinati valori di performance che l’ edificio è chiamato a rispettare, ma anche nella gestione dei flussi di energia, in un nuovo rapporto dialettico tra edificio, città e rete. Come progettare l’ edificio e la città in chiave energetica? Quali tipologie rispondono alla necessità di una maggiore flessibilità energetica nei confronti della rete? Esistono modalità insediative che più facilmente si integrano alla cosiddetta rete intelligente rispetto ad altre? Il profondo cambiamento in atto nella complessa filiera della produzione e distribuzione di energia ha finora coinvolto solo parzialmente l’ ambito della progettazione architettonica e urbana. Al contrario, la convinzione alla base di questo lavoro di ricerca è che proprio questo cambiamento sia in grado di generare novità tecniche e concettuali così forti da costituire un momento di profondo sconvolgimento nel Progetto di Architettura, sia per quanto riguarda il progetto del nuovo che l’ azione di rigenerazione del patrimonio edilizio esistente. Scopo di questo lavoro è dunque quello di individuare linee guida per la progettazione architettonica di edifici e brani di città che, attraverso il loro carattere formale e distributivo, siano in grado di favorire la gestione dei flussi energetici e ancor più di diventare attori attivi all’ interno della nuova rete energetica.