A.A. 2011/2012 Corso di LABORATORIO DI TECNOLOGIA DELL'ARCHITETTURA _ prof. Antonio Laurìa. PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA_ Arch.

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2 1 PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA Un architettura che rappresenta quel complesso di soluzioni progettuali, le cui finalità sono il miglioramento e l ottimizzazione delle relazioni energetiche tra l'ambiente naturale e l'ambiente confinato, ovvero il raggiungimento dell efficienza energetica negli scambi tra esterno ed interno, per determinare le condizioni di comfort termo-igrometrico, acustico e luminoso, mediante la progettazione architettonica (Climate responsive design) L identità dell uomo presuppone l identità del luogo. Momento basilare dell architettura è comprendere la vocazione del luogo Christian Norberg-Schulz (1979)

3 2 PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA L identità dell uomo presuppone l identità del luogo. Momento basilare dell architettura è comprendere la vocazione del luogo Christian Norberg-Schulz (1979)

4 3 PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA L edificio PASSIVO è un edificio che abbina la possibilità di usare fattori climatici favorevoli (captare energia solare in inverno, veicolare flussi di vento in estate) con la capacità di conservare le condizioni favorevoli (immagazzinare calore in inverno e freddo notturno in estate) e di ostacolare quelli sfavorevoli (isolare l interno dall esterno in inverno, schermare la radiazione solare in estate), senza ricorrere a integrazioni impiantistiche costose ed energivore.

5 4 Climatico ambientale orientamento dell'edificio In un clima mediterraneo una progettazione attenta al contenimento dei consumi energetici e al comfort abitativo, capace di sfruttare le risorse naturali locali e il clima, si fonda generalmente su un approccio bioclimatico, mirando a controllare contemporaneamente tre livelli Tipologico forma dell'edificio Tecnico costruttivo caratteristiche dell'involucro

6 5 Climatico ambientale orientamento dell'edificio Analisi del rapporto edificio ambiente: 1. Latitudine e dati climatici della zona; 2. Condizioni locali specifiche (ventosità, assetto della vegetazione, ombre dominanti); 3. Vicinanza a bacini d'acqua o fiumi; 4. Forma e dimensioni delle strutture contigue (vegetali e costruite) e analisi delle ombre; 5. Vicinanza delle superfici riflettenti e caratteristiche del suolo; 6. Superfici permeabili;

7 6 Analisi del rapporto edificio ambiente: Climatico ambientale orientamento dell'edificio 1. Latitudine e dati climatici della zona; importante soprattutto nella progettazione di impianti captanti di sistemi solari attivi (collettori solari, pannelli fotovoltaici), dato che le loro superfici vengono inclinate su un piano orizzontale secondo la latitudine del luogo, affinchè la prestazione energetica sia ottimale 2. Condizioni locali specifiche (ventosità, assetto della vegetazione, ombre dominanti) influenzano il regime termico degli edifici, aumentando la dispersione dell'involucro nei mesi invernali e contribuendo al raffrescamento e alla ventilazione naturale nei mesi estivi.

8 7 Analisi del rapporto edificio ambiente: Climatico ambientale orientamento dell'edificio 3. Vicinanza a bacini d'acqua o fiumi le masse d'acqua funzionano da elemento mitigante rispetto al microclima locale. Nei mesi estivi, l'aria raffrescata e umidificata, in corrispondenza di questi edifici, può essere convogliata all'interno degli edifici per il loro raffrescamento passivo.

9 8 Kengo Kuma Lotus House, Giappone (2005)

10 9 Analisi del rapporto edificio ambiente: Climatico ambientale orientamento dell'edificio 4. Forma e dimensioni delle strutture contigue (vegetali e costruite) e analisi delle ombre Per la verifica della dinamica delle ombre si utilizza la CARTA DEL SOLE Rappresenta la proiezione sul piano orizzontale dei percorsi apparenti compiuti dal sole sulla volta celeste, questi percorsi variano secondo la latitudine azimut altezza

11 10 Climatico ambientale Analisi del rapporto edificio ambiente: orientamento dell'edificio 5. Vicinanza delle superfici riflettenti e caratteristiche del suolo superfici assorbenti: realizzate con materiali pesanti o scuri (asfalto, pietra) in grado di assorbire buona parte della radiazione solare, di trattenere e rilasciare lentamente il calore accumulato superfici riflettenti: incrementano il carico termico e creano abbagliamento sulle superfici adiacenti alterando anche le condizioni di illuminazione superfici permeabili: importanti nella funzione del regime di smaltimento delle acque meteoriche e di un loro eventuale riutilizzo Schematizzazione dei fenomeni di riflessione all interno di canyon urbani di differente caratteristiche geometrico-dimensionali

12 11 Tipologico Forma dell'edificio Tipo e forma in relazione al clima: Si è spesso vincolati da una situazione urbana determinata e pianificata, ma progettare la forma dell'edificio per mette anche di poterne controllare il comportamento termico Compattezza Due caratteristiche che incidono sul comportamento energetico Porosità Rafael Serra Florensa e Melena Roura Coch, Arquitectura y energia natural, (1995)

13 12 Tipologico Forma dell'edificio Compattezza: rapporto tra superficie esterna dell'involucro e volume dell'edificio. a maggior compattezza corrisponde un minor contatto con le condizioni esterne Collocazione all'esterno vani scale e balconi Minor dissipazione di energia inverno G.W. Reinberg, Complesso Residenziale in Sagedergasse, Vienna (1997)

14 13 Tipologico Forma dell'edificio Porosità :rapporto tra volume pieno e volume vuoto dell'edificio (patii). a maggior porosità corrisponde un maggior numero di superfici di scambio con l'esterno. FOTO Inserimento di patii Maggior ventilazione delle zone interne estate Alexandros N. Tombazis. Kifissia, Atene, Grecia (2001)

15 14 Tipologico Forma dell'edificio Forma ideale teorica Gli edifici in clima mediterraneo tendono a privilegiare il fronte esposto a SUD per CAPTARE attraverso le vetrate in inverno (sole è basso) SCHERMARE facilmente le superfici vetrate in estate (sole è alto) i fronti EST e OVEST vengono limitati con aggetti orizzontali (balconi, logge) poiché le aperture su tali lati portano scarsa energia in inverno (sole debole e di durata limitata) e surriscaldamento in estate (sole basso) il lato NORD non riceve praticamente mai il sole (all alba e al tramonto in estate) aperture ridotte per evitare dispersioni, e incremento dell isolamento termico delle pareti esterne.

16 15 Orientamenti preferibili per i vani di una casa di abitazione N NE E SE S SO O NO camere da letto soggiorno pranzo cucina lavanderia ambienti pluriuso bagni ripostiglio terrazze corpi scale Per latitudini superiori a 35 N e in particolare per la situazione italiana

17 16 Tipologico Tipi morfologici base utilizzati per l'analisi delle scie di vento Forma dell'edificio

18 17 Tipologico Scie realizzate da barriere vegetali Forma dell'edificio

19 18 Tecnico costruttivo caratteristiche dell'involucro Caratteristiche che definiscono il comportamento dell'involucro: 1. Isolamento; 2. Pesantezza; 3. Permeabilità; 4. Trasparenza; 5. Protezione dal sole; 6. Colore; L involucro ha dunque il compito, fra l altro, di modulare le condizioni ambientali esterne in modo da creare all interno condizioni più confortevoli. È un compito che ha svolto per secoli, tanto da differenziarsi in relazione alle condizioni climatiche (Butera, 2004).

20 19 Tecnico costruttivo caratteristiche dell'involucro Isolamento: resistenza dell'involucro al passaggio di calore In Nord Europa, l'isolamento come principale elemento di controllo del comfort abitativo e di riduzione dei consumi energetici, viene utilizzato diffusamente. Non è soluzione altrettanto soddisfacente nel clima mediterraneo, dove vengono utilizzati la pietra e i mattoni (architettura tradizionale) che, a differenza del legno, oltre ad isolare consentono - grazie all inerzia termica di accumulare e rilasciare calore, permettendo che la temperatura interna resti superiore a quella esterna durante la notte.

21 20 Tecnico costruttivo caratteristiche dell'involucro Pesantezza: è associata al concetto di massa termica (legata ai tipi di materiali ed elementi costruttivi scelti per l involucro) questa determina l inerzia termica, ovvero: Smorzamento: capacità della parete di attenuare all interno dell edificio i picchi e i minimi di temperatura esterna; Sfasamento:capacità della parete di far sentire più tardi, nel tempo, gli effetti termici che si verificano all esterno; L efficacia comunque della massa termica, è legata all associazione con la ventilazione naturale (estate): free cooling notturno tramite la ventilazione naturale, per scaricare durante la notte il calore accumulato dalla parete di giorno.

22 21 Tecnico costruttivo caratteristiche dell'involucro Permeabilità: presenza di aperture nell'involucro, che permette il passaggio dell'aria dipende dalle dimensioni e dalla posizione della aperture stesse In riferimento al nostro clima: ridotta permeabilità d inverno - per non dissipare calore elevata permeabilità d estate - per migliorare la ventilazione tramite soluzioni ad assetto variabile Esempi di schermature

23 22 Tecnico costruttivo caratteristiche dell'involucro Permeabilità esempio di assetto variabile Glenn Murcutt Marika-Alderton House, Australia (1994)

24 23 Tecnico costruttivo caratteristiche dell'involucro Trasparenza: è associata al concetto di radiazione solare e irraggiamento termico Le architetture mediterranee, a differenza di quelle nord europee alla ricerca del massimo apporto di luce naturale, sono caratterizzate da soluzioni chiuse : prevalgono le superfici opache o quantomeno le trasparenze schermate. Esempi di schermature fisse

25 24 Tecnico costruttivo caratteristiche dell'involucro Trasparenza: è associata al concetto di radiazione solare e irraggiamento termico Edifici eccessivamente trasparenti, nei climi mediterranei, creano ambienti invivibili: la radiazione termica che attraversa il vetro viene assorbita dai materiali collocati nell ambiente interno e viene riemessa con lunghezze d onda maggiori, non più in grado di attraversare il vetro, il calore viene così catturato all interno degli spazi. Solinas Verd Arquitectos. Residenze sociali, Iznájar, Spagna, (2008)

26 25 Tecnico costruttivo caratteristiche dell'involucro Trasparenza: è associata al concetto di radiazione solare e irraggiamento termico dimensione, orientamento e posizione delle finestre si confrontano con gli aspetti di: guadagno solare invernale; soleggiamento estivo; surriscaldamento; illuminazione naturale; possibili fenomeni di abbagliamento.

27 26 Tecnico costruttivo caratteristiche dell'involucro Trasparenza Area mediterranea orientamento superfici trasparenti: - SUD, SUD-EST e SUD-OVEST guadagni termici d inverno, provvedendo ad adeguate schermature in estate; - EST e OVEST inefficaci d inverno, in quanto non irraggiate, e problematiche in estate, poiché il sole, basso alla mattina e alla sera, colpisce in maniera diretta tali superfici. Anche le coperture trasparenti sono poco diffuse nelle aree mediterranee per il surriscaldamento estivo e uno scarso apporto termico invernale (il sole in inverno è basso e non colpisce la vetrata, che diventa, dunque, una superficie disperdente anche di giorno)

28 27 Tecnico costruttivo caratteristiche dell'involucro Colore: è legato all assorbimento superficiale e al trasferimento di energia per irraggiamento colori scuri elevato coefficiente di assorbimento, maggiore radiazione solare (da evitare nei climi caldi), colori chiari hanno un basso valore di assorbimento riflettono, riducendo la captazione di energia termica. Rafael Serra Florensa e Melena Roura Coch, Arquitectura y energia natural, (1995)

29 28 Tecnico costruttivo caratteristiche dell'involucro Nei climi mediterranei, la variabilità di temperature tra estate e inverno rende difficile la scelta di strategie progettuali e di sistemi di involucro: per esempio, privilegiare la compattezza o la creazione di spazi buffer ai fini del contenimento delle dispersioni termiche in inverno può diventare sfavorevole in estate, perché limita la ventilazione naturale. Per questo, la variabilità di assetto dell involucro è preferibile. Progettare involucri ad assetto variabile è possibile grazie all uso di sistemi mobili che permettono di modificare il rapporto di pieni e vuoti, di trasparenza e opacità, di isolamento dell involucro durante la giornata o nell arco delle stagioni.

30 29 BIBLIOGRAFIA - ROGORA A. (2003). Architettura e bioclimatica. La rappresentazione dell'energia nel progetto. Napoli, Esselibri s.p.a.; - LAVAGNA M. (2010).Focus: Progettare con il clima, progettare nel contesto: tipologie, tecnologie e cultura materiale., in Abitare Mediterraneo Costruire in Laterizio Gennaio/Febbraio 2010 n.133