Progettare gli spazi aperti nell'ambiente urbano: un approccio bioclimatico

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1 Progettare gli spazi aperti nell'ambiente urbano: un approccio bioclimatico

2 Le informazioni riporate e in questa pubblicazione sono il risultato del progetto RUROS - Rediscovering the Urban Realm and Open Spaces coordinato dalcres, Buildings Department ( Editrice: Dott.ssa Marialena Nikolopoulou, coordinatrice del progetto Centre for Renewable Energy Sources, Department of Buildings (Centro per le Risorse Energie rinnovabili, Dipartimento Edifici) Autori Introduzione 1 1. Modelli di comfort termico per gli spazi aperti 2 Dott.ssa Marialena Nikolopoulou, Spyros Lykoudis e Maria Kikira Centre for Renewable Energy Sources, Department of Buildings, Grecia 2. Considerazioni sul vento negli spazi urbani 8 Niels-Ulrik Kofoed e Maria Gaardsted Esbensen Consulting Engineers Ltd., Danimarca 3. Valutazioni delle condizioni radianti nello spazio urbano 14 Prof. Gianni Scudo, Arch. Valentina Dessì e Prof. Alessandro Rogora B.E.S.T. Building Environmental Science and Technology Department, Politecnico di Milano, Italia 4. Morfologia urbana 19 Dr Koen A. Steemers, Marylis C. Ramos e Maro Sinou The Martin Centre for Architectural and Urban Studies, Department of Architecture, Università di Cambridge, UK 5. Mappatura e zoninzzazione di comfort termico 24 PD Dr Lutz Katzschner, Ulrike Bosch e Mathias Roettgen Faculty of Urban and Landscape Planning, Department of Climatology, University of Kassel, Germany 6. Comfort visivo negli spazi urbani 30 Dr Raphaël Compagnon e Joëlle Goyette-Pernot Haute Ecole Spécialisée de Suisse Occidentale: Ecole d ingénieurs et d architectes de Fribourg, Svizzera 7. Ambiente sonoro e comfort acustico negli spazi urbani 36 Prof. Jian Kang, Wei Yang e Dr. Mei Zhang School of Architecture, University of Sheffield, UK 8. Linee-guida e applicazione 42 Prof. Niobe Chrisomallidou, Prof. Max Chrisomallidis e Dr. Theodore Theodosiou Laboratory of Building Construction and Building Physics, Faculty of Civil Engineering, Aristotle University of Thessaloniki, Grecia 9. Considerazioni sociali nella progettazione degli spazi aperti 47 Kallisteni Avdelidi National Centre for Social Research, Grecia 10. Stumenti di valutazione 53 Dott.ssa Marialena Nikolopoulou con il contributo degli autori dei respettivi capitoli Glossario 58 Traduzione a cura di: Prof. Gianni Scudo, Arch. Valentina Dessì e Prof. Alessandro Rogora B.E.S.T. Building Environmental Science and Technology Department, Politecnico di Milano, Italia Supervisione del Layout e Produzione: Maria Kikira Centre for Renewable Energy Sources, Department of Buildings INFORMATIVA LEGALE Gli autori sono gli unici responsabili delle informazioni contenute in questa pubblicazione. L impostazione data non deve necessariamente rappresentare il punto di vista della Commissione Europea. La Commissione Europea, o

3 persone che agiscono per conto della Commissione, non sono responsabili dell uso che può essere fatto delle informazioni contenute in questa pubblicazione. ISBN: (PER LA VERSIONE INGLESE) Copyright 2004, Centre for Renewable Energy Sources (C.R.E.S.) Da questa pubblicazione si possono riprodurre degli estratti citando la fonte e comunicandolo Stampato in Grecia

4 INTRODUZIONE C'è un forte interesse pubblico per la qualità degli spazi urbani aperti ed è riconosciuto che essi possono contribuire alla qualità della vita all'interno delle città o, al contrario, aumentare l'isolamento e l'esclusione sociale. Tutto ciò è collegato sia all ambiente fisico che a quello sociale, cosiderando che queste condizioni influenzano il comportamento delle persone e l uso degli spazi esterni. La Guida analizza la progettazione degli spazi aperti secondo i principi della bioclimatica, così come sono stati impiegati nel contesto del progetto RUROS. È stata sviluppata una piattaforma comune per l analisi degli spazi aperti nel contesto urbano, combinando l ambiente fisico (il microclima, il comfort termico, visivo e acustico, la morfologia urbana, ecc.) con i requisiti e il soddisfacimento degli utenti. Sono stati sviluppati modelli e strumenti di differente complessità, affrontando diversi aspetti dell ambiente fisico e le prestazioni ambientali risultanti. Questi aspetti forniscono la comprensione dei differenti aspetti dell ambiente, e significati per l analisi a differenti livelli di complessità, per una gamma di utilizzatori da principianti ad esperti. La gamma degli strumenti sviluppati, include i seguenti: Modelli semplificati di previsione delle condizioni di comfort termico, usando dati metereologici facilmente disponibili, assieme ad informazioni sulla sensazione termica e le caratteristiche dell adattamento. Una metodologia per valutare il profilo della velocità del vento in un area con indicazioni progettuali semplificate per l effetto della presenza di un isolato urbano sulle condizioni di ventosità in uno spazio aperto. Uno strumento grafico per valutare le condizioni di comfort termico di uno schema progettuale, che dia le variazioni del contributo termico radiante in funzione dell uso di materiali differenti. Una metodologia per valutare l impatto ambientale di differenti forme urbane, attraverso la valutazione delle prestazioni ambientali del tessuto urbano, contribuendo in questo modo all analisi della temperatura, delle condizioni di sole e del vento. Una metodologia per disegnare mappe di comfort, focalizzata sull analisi spaziale delle zone di comfort termico. Le relazioni tra i parametri misurabili e le sensazioni degli utilizzatori per l ambiente luminoso, accompagnato da una metodologia per valutare l acceso di luce naturale in uno spazio specifico attraverso proiezioni multisterografiche. Una metodologia per descrivere il paesaggio sonoro negli spazi urbani aperti, che comprende le caratteristiche di ogni sorgente sonora, l effetto acustico dello spazio, gli aspetti sociali e non, accompagnati da modelli semplificati per la propoagazione del suono negli spazi urbani. Una metodologia per connettere le questioni sociali sperimentate nella vita urbana contemporanea con le proprietà fisiche che caratterizzano uno spazio urbano. La questione degli indicatori, che è emersa, lega insieme il complesso delle funzioni sociali degli spazi urbani e le analisi descrittive degli spazi aperti selezionati con il processo progettuale. RUROS ha fornito un set unico di vaste indagini su campo realizzate in tutta Europa, compreso un ampio monitoraggio microclimatico e una modellizzazione degli spazi aperti, con interviste, realizzate attraverso un questionario, agli utilizzatori degli spazi aperti. Due spazi aperti differenti per tipologia sono stati analizzati per ognuna delle sette città in Europa (Atene [GR], Salonicco [GR], Milano [IT], Friburgo [CH], Cambridge [UK], Sheffield [UK], Kassel [D]). Complessivamente i dati raccolti sono circa , che rappresentano la base per i vari modelli riportati in questa pubblicazione. Sheffield Cambridge Kassel Fribourg Milan Copenhagen Thessaloniki Alimos Questi modelli e strumenti verranno implementati da architetti, pianificatori, o altri progettisti urbani, nella fase preliminare del progetto, in modo da valutare l impatto ambientale delle differenti proposte progettuali. Alcuni di questi strumenti, per esempio i modelli di comfort termico, acustico, gli effetti dei materiali e l analisi del campo radiante possono essere impiegati direttamente dai progettisti attraverso la descrizione e i passaggi differenti forniti nei rispettivi capitoli. Altri strumenti, come l analisi della tessitura urbana e gli effetti sul microclima, o la mappatura dell ambiente termico, richiedono l uso di programmi per la loro applicazione, almeno nel caso in cui è auspicabile avere informazioni dettagliate. Per dimostrare come può essere impiegata questa nuova conoscenza, viene riportata una valutazione dei vari strumenti e metodologie nella proposta progettuale del sito di Salonicco, per una futura area pedonale. L ambiente fisico dell area è identificata e analizzata per le sue prestazioni ambientali, assieme ai parametri sociali e alle caratteristiche dei diversi gruppi di utenza presenti nell area. In generale, la Guida fornisce un passaggio significativo per identificare i parametri importanti che devono essere presi in considerazione nella fase preliminare di progetto degli spazi aperti, per intervenire nella riorganizzazione di spazi esistenti o nello sviluppo di nuovi nel contesto urbano. L approccio proposto accompagnerà la progettazione delle città attraverso la progettazione degli spazi esterni ed eventualmente l utilizzo di questi spazi, permettendo che attività diverse relazioni sociali abbiano luogo, ridando vita agli spazi aperti delle città. Infine, questa conoscenza sistemeatica può contribuire allo sviluppo sostenibile delle città del futuro. 1

5 1. MODELLI DI COMFORT TERMICO PER GLI SPAZI APERTI 1.1 Introduzione Figura 1.1: Usi Differenti dello spazio per diverse condizioni microclimatiche in alto estate giorno in basso estate sera 2 Uno dei principali obiettivi della progettazione ambientale nei contesti urbani è la creazione di quartieri dotati di spazi aperti comfortevoli. I parametri microclimatici, pertanto, sono di importanza centrale per le attività che vengono svolte nell area e in larga misura determinano il loro uso. Le risposte al microclima possono essere inconsce, ma molto spesso si traducono in un uso differenziato dello spazio aperto a seconda delle diverse condizioni climatiche (Fig. 1.1)[1]. Per tale motivo, comprendere la ricchezza delle caratteristiche microclimatiche negli spazi urbani esterni, e le implicazioni in termini di comfort per le persone che li usano, apre nuove possibilità per lo sviluppo degli spazi urbani. I parametri ambientali che influiscono sulle condizioni di comfort termico esterno, benché simili a quelli relativi agli spazi interni, sono di più e caratterizzati da maggiore variabilità. Pertanto, a causa di questa complessità in termini di variabilità spazio-temporale e della vasta gamma di attività nelle quali le persone sono impegnate, ci sono stati finora pochissimi tentativi di comprendere le condizioni di comfort all esterno. 1.2 Adattamento Mean Mean ASV ASV +/- +/- 1 St.Dev. Mean Mean ASV +/- 1 1 St.Dev. Frequency (%) Tair (oc) ( 0 C) Wind Speed (m/s) Figura 1.2: Distribuzione della Actual Sensation Vote media degli intervistati (ASV), con le rispettive deviazioni in relazione alla Temperatur Aria (in alto) e velocità del vento (in basso), per l indagine ad Atene. 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% ASV, PMV PMV ASV Figura 1.3: Confronto dell Actual Sensation Votes (ASV) ottenuto dai questionari con il Voto Medio Previsto (PMV) per Atene, calculato con un modello matematico per ogni intervista. Nella maggior parte degli studi sul comfort termico all esterno è stato usato un modello puramente fisiologico che include un modello matematico del sistema termoregolatore impiegato per calcolare il benessere termico che dipende dalle condizioni ambientali, dall attività delle persone e dal loro abbigliamento. Le indagini sul campo, tuttavia, hanno rivelato che un approccio puramente fisiologico è inadeguato al fine di caratterizzare le condizioni di comfort termico all esterno, mentre la questione dell adattamento diventa sempre più importante. Questo implica che tutti i processi che le persone mettono in atto per adattarsi al meglio all ambiente, sia a livello psicologico che fisico. Nel contesto esterno, l adattamento coinvolge cambiamenti personali[2], con la variazione stagionale dell abbigliamento, cambiamenti del calore metabolico con il consumo di bevande fresche ma anche variazioni di postura e posizione, mentre dal punto di vista psicologico [3] la scelta, la memoria e le aspettative personali sono un parametro critico per il benessere nell ambiente termico. 1.3 Sensazione termica Nell ambito del presente progetto, le condizioni di comfort termico esterno sono state valutate attraverso indagini sul campo in 14 siti in tutta Europa. La sensazione termica della gente è stata valutata su una scala a 5 punti che varia dal molto freddo al molto caldo, definita come Actual Sensation Vote (ASV) (valutazione di sensazione reale). L analisi dei dati raccolti ha rivelato correlazioni tra i parametri microclimatici e la ASV. La Figura 1.2 presenta la variazione di ASV in relazione alla temperatura dell aria e alla velocità del vento. Esaminando i valori medi di ASV, si scopre una evidente correlazione tra le due variabili. Come era presumibile, per quanto riguarda la velocità del vento c è una debole correlazione negativa con l ASV, che indica che l ASV si riduce con l aumentare della velocità del vento. La correlazione relativamente debole tra variabili climatiche e ASV indica che un parametro da solo non è sufficiente per valutare le condizioni di confort termico. 2

6 Percent Percent Percent Percent Percent Percent Percent Percent I dati soggettivi raccolti dalle interviste sono stati comparati con l indice termico chiamato Predicted Mean Vote o PMV (Voto Medio Previsto) [4], sviluppato originariamente per l ambiente interno e impiegato gradualmente anche nei contesti esterni. Il PMV è calcolato prendendo in considerazione i parametri ambientali oggettivi medi registrati per la durata dell intervista, il tipo di abbigliamento e il ritmo metabolico di ogni intervistato. La comparazione tra il PMV di ogni intervistato e il corrispondente ASV ha rivelato una grande discrepanza fra i due valori, poiché l effettivo comfort termico sembra posizionarsi a livelli più alti rispetto a quelli indicati dal modello matematico (Fig. 1.3) L ampia gamma di condizioni microclimatiche negli spazi esterni rafforza la tesi secondo la quale un approccio puramente fisiologico è inadeguato a caratterizzare le condizioni di comfort termico all esterno, mentre la questione dell adattamento diventa sempre più importante. I cambiamenti personali, con il cambio stagionale dell abbigliamento (Fig 1.4), i mutamenti del calore di metabolismo, con l assunzione di bevande fresche [2], i cambiamenti della postura e posizione (Fig. 1.5) e, dal punto di vista psicologico [3], le scelte, la memoria e le aspettative personali (Fig. 1.6) risultano essere parametri importanti. La consistente discrepanza tra le condizioni di comfort esterno effettive e teoriche ci ha offerto il terreno per indagare e sviluppare modelli per le condizioni di comfort termico esterne, basati sui dati empirci raccolti dalle indagini sul campo con circa interviste in tutta Europa piuttosto che sui modelli teorici esistenti. 1.4 Modelli di comfort termico Dal punto di vista della progettazione, è utile sviluppare modelli semplici che siano in grado di prevedere le condizioni di comfort termico, usando i dati facilmente disponibili. Sono stati sviluppati semplici modelli lineari usando i dati meteorologici disponibili pubblicamente, provenienti da una stazione vicina. Questi modelli sono importanti per una corretta previsione dell ASV, in quanto possono essere la base sulla quale costruire nomogrammi e mappe di comfort termico. Occorre tener presente che i parametri personali che caratterizzano il comportamento delle persone negli spazi aperti e l effetto di adattamento fisico e psicologico sono intrinseci ai modelli presentati di seguito Indici di comfort della città Per il calcolo dell ASV, vengono presentati modelli relativi a diverse città, appartenenti a diverse zone climatiche e basati su dati meteorologici rilevati su base oraria. I parametri usati sono la temperatura dell aria (Tair_met, C) la radiazione solare globale (Sol_met, W.m-2), la velocità del vento (V-Met, m.s-1) e la umidità relativa (RH_met, %): Atene (GR): ASV = Tair_met Sol_met V_met RH_met (r = 0.27) Salonicco (GR): ASV = Tair_met Sol_met V_met H_met (r = 0.51) Milano (IT): ASV = Tair_met Sol_met V_met RH_met (r = 0.44) Friburgo (CH): ASV = Tair_met Sol_met V_met RH_met 0.69 (r = 0.68) Kassel (D): ASV = Tair_met Sol_met V_met RH_met (r = 0.48) Clothing levels, clo Clothing levels, clo Season code Spring Winter 40 Autumn Summer Tglobe, Tglobe, degc deg C Tglobe, degcdeg C Figura 1.4: Variazione stagionale del vestiario (clo) con la temperature del globo ( C), sinistra Atene, destra Kassel Karaiskaki Square Sea-shore of Alimos 75% 50% 25% Karaiskaki Square Summer 0% 75% 50% 25% Karaiskaki Square Autumn 0% 75% 50% 25% 0% 75% 50% 25% Karaiskaki Square Winter Karaiskaki Square Spring Sea-shore of Alimos Summer Sea-shore of Alimos Autumn Sea-shore of Alimos Winter Sea-shore of Alimos Spring SUMMER AUTUMN WINTER SPRING 0% No Yes No Yes Standing in in the sun Standing in in the the sun sun S 0 75% 50% 25% 0% 75% 50% 25% 0% 75% 50% 25% 0% 75% 50% 25% 10 Piazza Petazzi Piazza Petazzi Summer Piazza Petazzi Autumn Piazza Petazzi Winter Piazza Petazzi Spring Piazza IV Novembre Summer Piazza IV Novembre Autumn Piazza IV Novembre Winter Piazza IV Novembre Spring 0% No Yes No Yes Standing in in the sun Standing in in the the sun sun 40 Piazza IV Novembre Figura 1.5: Variazione stagionale della permanenza delle persone al sole e all ombra nei differenti siti ad Atene (sinistra) e Milano (destra). Neutral temperature (degc) (deg C) y = x R 2 = Meteorological air temperature air (degc) C) Figura 1.6: Neutralità termica, nella quale le persone non sentono nè caldo nè freddo, riportata vicino alla temperatura dell aria ( C), ottenuta dall indagine in tutta Europa, è un indicazione dell influenza dell esperienza rercente delle persone. Tabella 1.1: Condizioni meteorologiche per nomogrammi Temperatura aria (ºC) Radiazione solare (W.m -2 ) Umidità relativa (%) SUMMER AUTUMN WINTER SPRING Velocità del vento (m/s -1 )

7 Feeling Comfortable % Feeling Comfortable % Feeling Comfortable % Feeling Comfortable % 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0,8 0,6 0,4 0,2 0,8 0,6 0,4 0,2 Athens Thessaloniki Fribourg Milan Cambridge Kassel Sheffield ,8 0,6 0,4 0, SUMMER ASV AUTUMN ASV SPRING ASV WINTER ASV Figura 1.7: Rapporto delle persone in condizioni di comfort per differenti ASV, per differenti città e stagioni. Cambridge (UK): ASV = Tair_met Sol_met 0.05 V_met RH_met 1.74 (r = 0.57) Sheffield (UK): ASV = 0.07 Tair_met Sol_met V_met RH_met (r = 0.58) Questi modelli, che indicano i contributi più significativi nella temperature dell aria (Tair_met) e nella velocità del vento (V_met), possono essere usati per ottenere un Indice di comfort per una città nelle diverse stagioni. Quando è apparso evidente che i livelli di ASV non potevano essere interpretati in modo uniforme, in termini di comfort/ discomfort, sia a livello di una singola città che su base stagionale, è stato sviluppato un modello integrato, mettendo insieme per ciascun sito i dati iniziali e quelli raggruppati per stagione. In tal modo, si sono resi necessari un modello per l ASV e un altro per ottenere il rapporto di comfort/ discomfort per una città (Fig. 1.7). Dalla Figura 1.7 appare evidente che in tutte le città le condizioni di molto freddo sono più tollerabili durante l estate e la primavera rispetto alle altre due stagioni. Le condizioni di caldo molto intenso sono considerate comfortevoli soprattutto in autunno e primavera Nomogrammmi di comfort Nell applicazione architettonica è utile mettere a disposizione dei progettisti modelli sotto forma di grafici. Sono stati concepiti grafici (nomogrammi) che danno una media dell ASV, basati su un modello integrato per l Europa, qui di seguito presentati. E stata usata una gamma selezionata di parametri meteorologici tipici delle diverse zone climatiche delle città esaminate in Europa. Modello Combinato per l Europa: ASV = Tair_met Sol_met V_met RH_met (r = 0.78) Valori di radiazione solare pari a 100, 400 e 800 W.m -2 corrispondono rispettivamente a bassa insolazione (vale a dire cielo coperto o tardo pomeriggio con sole), insolazione media (cioè cielo parzialmente nuvoloso o giornata soleggiata in inverno) e alta insolazione (condizioni di cielo soleggiato in estate). I relativi valori d umidità del 20%, 40% e 80% corrispondono a condizioni molto asciutte, medie e umide. Infine, la velocità del vento di 0.1, 1, 3 e 5m.s -1 corrispondono alle condizioni di calma, leggera brezza e forte vento, poiché sopra il valore di 5m/s gli effetti meccanici del vento sono più importanti di quelli termici (Sezione 2.1). Per specifici valori dei parametri meteorologici, il progettista può far riferimento ai rispettivi modelli (sia quelli europei che quelli specifici della città) e calcolare i corrispondenti valori dell ASV. Occorre sottolineare che la mancanza di interviste con ASV molto freddo o molto caldo porta a risultati tarati sulle situazioni intermedie e non esiste alcun rimedio statisticamente valido per tale inconveniente. Per tale ragione, si suggerisce di limitare l uso del modello e dei rispettivi nomogrammi alle situazioni caratterizzate da temperatura dell aria compresa tra 5 e 35 C. A causa dell ambiguità inerente l interpretazione dei valori medi di ASV in termini di comfort/disconfort, i risultati possono essere combinati con le specifiche curve della città per ottenere la percentuale di persone che si sentono in comfort in presenza di tale media ASV. Come conseguenza, si suggerisce al progettista urbano di calcolare o stimare il valore ASV corrispondente alle condizioni climatiche dell area di interesse usando l equazione del modello o i nomogrammi presentati nella Figura 1.8 e, successivamente entrare con questo valore alle curve della Figura 1.7 per ottenere la percentuale di utenti che proverebbero comfort. Successivamente, usando i fattori di modificazione 4

8 microclimatica associati a determinate opzioni progettuali, il procedimento può essere ripetuto al fine di analizzare come le opzioni progettuali potrebbero influire sulla percentuale di utenti che si sentirebbero in comfort Indice di confort per la microscala Nel caso di aree caratterizzate da una ampia varietà di spazi, che vanno dalla vegetazione densa a sistemi di protezione dal sole a larga scala, ad aree completamente esposte al sole e al vento, i dati provenienti dalla stazione meteorologica non possono rappresentare in modo adeguato le condizioni microclimatiche del sito. I modelli di comfort dovrebbero essere in grado di approssimarsi alla microscala per scopi progettuali, distinguendo tra aree al sole e all ombra o tra aree protette ed esposte al vento, situazioni che di fatto influiscono direttamente sulle condizioni di comfort termico in un dato spazio. Pertanto, è utile mettere a punto una strategia per includere i parametri relativi al progetto nei dati ambientali. 1,5 RH=20%, Wind Speed=0.1 m.s-1 2,0 RH=50%, Wind Speed=0.1 m.s-1 2,0 RH=80%, Wind Speed=0.1 m.s-1 1,0 1,5 1,5 0,5 1,0 1,0 meanasv 0,0-0,5-1,0-1,5 meanasv 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 meanasv 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 100 W/m² 400 W/m² 800 W/m² -2, Air Temperature (oc) -2, Air Temperature (oc) -2, Air Temperature (oc) 1,5 RH=20%, Wind Speed=1 m.s-1 1,5 RH=50%, Wind Speed=1 m.s-1 2,0 RH=80%, Wind Speed=1 m.s-1 1,0 1,0 1,5 meanasv 0,5 0,0-0,5-1,0 meanasv 0,5 0,0-0,5-1,0 meanasv 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0 100 W/m² 400 W/m² 800 W/m² -1,5-1,5-1,5-2, Air Temperature (oc) -2, Air Temperature (oc) -2, Air Temperature (oc) 1,0 RH=20%, Wind Speed=3 m.s-1 1,5 RH=50%, Wind Speed=3 m.s-1 2,0 RH=80%, Wind Speed=3 m.s-1 meanasv 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 meanasv 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 meanasv 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 100 W/m² 400 W/m² 800 W/m² -2, Air Temperature (oc) -2, Air Temperature (oc) -2, Air Temperature (oc) 1,0 RH=20%, Wind Speed=5 m.s-1 1,5 RH=50%, Wind Speed=5 m.s-1 2,0 RH=80%, Wind Speed=5 m.s-1 meanasv 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 meanasv 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 meanasv 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 100 W/m² 400 W/m² 800 W/m² -2, Air Temperature (oc) -2, Air Temperature (oc) -2, Air Temperature (oc) Figura 1.8: Nomogrammi per ASVmedia per diffrerenti parameters meteorologici. 5

9 Figure 1.9: Variazione del microclima dovuta alla vegetazione. 1.5 Checklist Individuando fattori semplificati di correzione tra le condizioni misurate in loco e quelli della vicina stazione meteorologica durante l indagine sul campo, è possibile riprodurre le modificazioni del microclima. Tali fattori correttivi possono essere usati come parametri di modificazione per modelli di comfort orientati al progetto, che riflettono la microscala e che, di conseguenza, sono di grande importanza per i progettisti. In questo contesto, la vegetazione può influire sul microclima in diversi modi, riducendo la temperatura dell aria rispetto ad aree spoglie, fornendo ombra e protezione dal vento. In riferimento ai modelli presentati nella Sezione è possibile includere tali effetti nel calcolo. Nel contesto urbano [5] è ipotizzabile una riduzione della temperatura dell aria circostanza nell ordine di 1-2 C con un denso gruppo di alberi (Fig. 1.9), mentre la radiazione solare può essere ridotta del 20-60% a seconda densità degli alberi. Ovviamente, tali cifre sono ipotizzabili in estate e con condizione di cielo terso, mentre non è possibile usare alcun fattore di correzione in caso di cielo coperto. Per quanto riguarda il vento, un fattore di permeabilità dello 0.4 può essere impiegato per calcolare la riduzione della velocità del vento dovuta alla vegetazione, fattore che può essere ridotto a 0.2 nel caso in cui la vegetazione sia usata come frangivento. Per esempio, nel caso di Atene, in estate, a mezzogiorno (normalmente con Tair=33 C, Sol_met=1000W.m -2, V_met=1m.s -1, RH_met=30%) l effetto di un fitto gruppo di alberi sull ASV può essere calcolato impiegando il modello presentato nella sezione 1.4.1: ASV = (Tair_met-2) (0.2 x Sol_met) (0.4 x V_met) RH_met ASV=0.034x(33-2) x(0.2x1000) (0.4x1) x = 0.6 con una riduzione del 14% rispetto alla valore in caso di assenza di ombra. Si possono seguire i seguenti passaggi: Determinare la posizione geografica e ottenere i dati climatici meteorologici. Identificare la città che presenta condizioni climatiche più simili possibile rispetto alla città in oggetto o usare il modello europeo. Calcolare il valore di ASV per la corrispondente città o rilevare il valore dal rispettivo nomogramma, prendendo in considerazione i valori approssimati. Rilevare dalle curve la percentuale di persone in comfort. Includere i parametri progettuali con i fattori di correzione per calcolare l ASV per i diversi spazi, controllando le diverse opzioni progettuali. Rilevare dalle curve la percentuale di persone che provano confort. Ripetere i precedenti passaggi, se richiesto. 1.6 Conclusioni La metodologia presentata può essere usata nelle prime fasi di progettazione per identificare i potenziali problemi dell area, valutando diverse strategie generiche, come l ombreggiamento, la protezione dal vento ecc. Non si tratta, comunque, di modelli di precisione per giustificare le azioni del progettista. Essi devono essere integrati con il resto del lavoro presentato nella Guida relativo al ruolo dei materiali (Sezione 3), ecc. 6

10 Nel progetto di spazi aperti, il contatto con la natura è uno degli obiettivi primari nell uso degli spazi aperti e deve essere incoraggiato attraverso il progetto stesso. Lo stimolo ambientale è un importante ragione d uso degli spazi aperti per diverse attività durante tutto l anno. Un progetto attento a queste ragioni può contribuire a tale stimolo grazie anche ad una differenziazione ambientale cosciente del fatto che le variazioni orarie e stagionali richiedono soluzioni differenziate (Sezione 4.3.6). Il progettista urbano dispone di diverse possibilità per le soluzioni progettuali: la morfologia dell edificio, i materiali, la vegetazione, le strutture d acqua, e persino l arredo urbano possono contribuire ad una progettazione efficace degli spazi urbani, garantendo protezione dagli aspetti climatici negativi e esposizione a quelli positivi, incrementando l uso dello spazio esterno durante tutto l anno. 1.7 Bibliografia [1] Nikolopoulou, M., Baker, N. and Steemers, K. (2001). Thermal comfort in outdoor urban spaces: the human parameter, Solar Energy, Vol. 70, No. 3. [2] ISO 7730 (1994). Moderate thermal environments - determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort, International Standards Organization, Geneva. [3] Nikolopoulou, M., Baker, N. and Steemers, K. (1999). Thermal comfort in urban spaces: different forms of adaptation, Proc. REBUILD 1999: The Cities of Tomorrow, Barcelona. [4] Nikolopoulou, M. and Steemers, K. (2003). Thermal comfort and psychological adaptation as a guide for designing urban spaces, Energy and Buildings, Vol. 35, No.1. [5] Dimoudi, A. and Nikolopoulou, M. (2003). Vegetation in the urban environment: microclimatic analysis and benefits, Energy and Buildings, Vol. 35, No.1. 7

11 2. CONSIDERAZIONI SUL VENTO NEGLI SPAZI URBANI Tabella 2.1: Caratteristiche dei criteri della velocità 5m/s. A= Accettabile, U= non comfortevole, VU = Alto discomfort/ pericoloso Attività Camminata veloce Passeggiata Fermi in piedi/seduti per un breve periodo Fermi in piedi/seduti per un lungo periodo Area Pavimenti, percorsi Parchi, strade commerciali Parchi, spazi urbani Ristoranti all aperto Caratteristiche A U VU 43% 50% 53% 23% 34% 53% 6% 15% 53% 0.1% 3% 53% Si può ad esempio notare che l ambiente esposto al vento é accettabile per le persone che stanno sedute per periodi più brevi in spazi aperti, se la velocità media del vento di 5m/s non viene superata per più del 6% del tempo. Se le persone stanno sedute per periodi più lunghi, allora i 5m/s non dovrebbero essere superati per più dello 0,1% del tempo. Tabella 2.2: Altezza geostrofica e rugosità del terreno α per tre tipi di terreno [1, 2] Terreno Piano e campo aperto Area boschiva, suburbana aree urbane densamente costruite Altezza (m) α Figura 2.1: Grafico della velocità del vento per tre tipi diversi di terreno. La rugosità α è maggiore in una città densamente popolata con ampi edifici 2.1 Il vento Il vento è uno dei più importanti fattori che influiscono sulle condizioni di comfort pedonale in spazi esterni aperti. È difficile prevedere e controllare un ambiente esposto al vento poiché esso è influenzato da diversi fattori di carattere globale, regionale e locale. A scala globale il vento ha origine dal movimento dell aria da aree di alta pressione ad aree di bassa pressione. La velocità e la direzione del vento dipendono da fattori globali ma sono in seguito influenzati dalla tipologia del paesaggio regionale e locale. E, pertanto, importante capire che vi sono differenze notevoli nell ambiente esposto al vento da una parte all altra della città o, persino, a scala micro, da una parte all altra di uno spazio aperto. Il vento non è un fenomeno costante subisce importanti variazioni di direzione e di forza (raffiche di vento), che possono essere stagionali o annuali. I valori della velocità del vento presenti in questa guida, pertanto, si riferiscono sempre ai valori medi. Gli effetti diretti del vento possono essere divisi in due grandi categorie: effetti meccanici e effetti termici [1]. Gli effetti meccanici del vento possono essere percepiti ad una velocità del vento superiore ai 4-5ms -1. Al di sopra dei 10m/s è sgradevole camminare e al di sopra dei 15m/s vi è il rischio reale di incidenti [2]. Per quanto riguarda gli effetti termici si possono usare i criteri di comfort dei 5ms -1 presenti nella Tabella 2.1, se si suppone che le persone adattano il loro comportamento e il vestiario alla stagione [3]. La tabella può essere usata per temperature dell aria superiori ai 10 C. Si tenga presente che, a seconda del clima, una determinata intensità di vento potrebbe essere ritenuta sia indesiderabile che desiderabile. In climi freddi il vento farà quasi sempre diminuire le condizioni di comfort esterne, mentre accadrà l opposto nel caso di climi caldi. 2.2 Dati sul vento Il vento forte libero e indisturbato, al di sopra della superficie della terra, è chiamato vento geostrofico. L altezza geostrofica varia dai 275 m circa ai 500m circa a seconda dell asperità (α) della superficie terrestre (Fig.2.1 e Tabella 2.2). I dati sul vento locale sono essenziali per la valutazione dell ambiente ventilato in spazi aperti. I dati più importanti sono la velocità media e la direzione del vento durante il periodo in cui viene occupato lo spazio. Se uno spazio viene occupato durante l intero anno, si dovrebbero ottenere dati per tutte le stagioni e per ogni mese se vi è una notevole differenza tra i mesi della stessa stagione. Di solito i dati sul vento vengono misurati a 10 m d altezza rispetto alla superficie della terra, in stazioni meteorologiche situate in campagna. Si possono leggere i dati sul vento in un atlante dei venti, una raccolta di dati con le rose dei venti di diverse località del Paese, che si può spesso trovare all istituto meteorologico nazionale. La rosa dei venti è una sintesi grafica delle velocità del vento locale e delle direzioni relative ad un sito specifico, basata su misurazioni durante un periodo di tempo più lungo (Vedi Figura 2.2). La velocità del vento, misurata nella stazione meteorologica situata ad un altezza di 10m in una zona pianeggiante di aperta campagna, può essere trasferita a una velocità del vento in area urbana ad una data altezza (H), se si usa la Tabella 2.3. H è l altezza da terra in un area urbana e S è la relazione tra la velocità del vento nell area urbana ad un altezza H (V H ) e la velocità del vento in una zona aperta e pianeggiante di campagna a 10 m di altezza (V 10 ). Così S = V H /V 10. 8

12 Occorre notare che i dati della Tabella 2.3 sono validi solo per altezze al di sopra dell area urbana (superiori ai tetti) e non in luoghi in cui ostacoli locali come edifici dominano l ambiente ventilato. La tabella 2.3 può essere, quindi, usata per calcolare le condizioni del vento al di sopra dell altezza dei tetti, nell area in cui è situato lo spazio aperto; non può essere usata per calcolare le condizioni del vento in una zona pedonale nello spazio. V H o V 10 possono essere trasferiti ad una velocità e direzione del vento nella zona pedonale mediante il test della galleria del vento o avanzati calcoli CFD. In alternativa si devono usare i diagrammi che mostrano semplici relazioni tra V H o V 10 e la velocità del vento nella zona pedonale. (es. 1,2,6), che derivano da misurazioni o calcoli. Tuttavia, occorre notare che è poco consigliabile trasferire i risultati da uno studio generico o da un caso specifico ad un altro spazio nella situazione reale progettuale. Il flusso del vento nella zona pedonale di aree urbane é un sistema alquanto complesso e persino lievi cambiamenti nella configurazione dello spazio o della zona circostante può drammaticamente modificare la struttura del vento nello spazio. È, pertanto, estremamente importante analizzare ogni spazio come un caso isolato. 2.3 Test su ambienti a scala reale, test in galleria del vento o simulazioni complesse Esistono diverse possibilità per valutare la distribuzione del vento in uno spazio aperto. È possibile o eseguire misurazioni (in sito o in galleria del vento) oppure utilizzare un modello computerizzato per simulare il flusso dell aria. Le misurazioni in sito offrono il vantaggio di ottenere risultati da una situazione reale in cui viene compresa l influenza di tutti gli edifici e gli ostacoli. Lo svantaggio consiste nel fatto che può essere piuttosto dispendioso, poiché il periodo di misurazione in condizioni ideali dovrebbe essere lungo abbastanza da coprire le combinazioni più frequenti della velocità e della direzione del vento, cosicché diventa necessario avere un numero elevato di punti di misurazione. Inoltre, è difficile o impossibile testare nuove soluzioni progettuali. I test della galleria del vento offrono il vantaggio di poter ottenere abbastanza velocemente risultati attendibili per un numero elevato di combinazioni delle velocità e direzioni del vento. È inoltre possibile testare l ambiente del vento in nuove aree quando si è ancora nella fase di progettazione, e provare nuove soluzioni progettuali. Tuttavia, è essenziale utilizzare un laboratorio del vento sperimentato e costruire un preciso modello dell area interessata e della zona circostante. I test della galleria del vento, pertanto, possono essere dispendiosi in termini di tempo e di denaro. Un alternativa ai test della galleria del vento è quella di costruire un modello computerizzato dello spazio e dell area circostante per simulare il flusso d aria una sorta di galleria del vento virtuale. I programmi per questo tipo di simulazioni sono chiamati Computational Fluid Dynamics (CFD), il cui vantaggio consiste nel poter valutare quasi tutti i tipi di combinazione della velocità e direzione del vento, della configurazione fisica dello spazio e della zona circostante. Tuttavia, i calcoli richiedono molta potenza del computer ed è essenziale essere esperti nell uso del software e nella comprensione dei complicati problemi del flusso d aria. Tabella 2.3: valori di S = V H / V 10 per varie altezze H per un area urbana e suburbana. H [m] S(suburbano) S(urbano) Per esempio, la velocità del vento a 100 m di altezza in un area urbana corrisponde all 89% della velocità del vento a 10m di altezza in una zona pianeggiante di campagna. Figura 2.2: Rosa dei venti con la tabella dati, aeroporto di Copenhagen (DK), tutto l anno ( ). Per esempio, per circa il 4% dell anno, il vento proviene da Ovest con una velocità superiore ai 7,5m/s. Fonte: Istituto meteorologico danese. 9

13 2.4 Esempio di analisi con CFD delle condizioni del vento Figura 2.3: Presentazione grafica del modello CFD con le direzioni del vento (0, 15, 30, 45 ). La piazza è collocata al centro dello schema, circondata da quartieri suburbani rappresentati come blocchi di edifici rettangolari di altezza pari a18m. L obiettivo dell esempio studiato consiste nel valutare l effetto di parametri diversi sulle condizioni del vento a livello pedonale (1.5m al di sopra da terra), su uno spazio quadrato circondato da edifici. La topografia degli isolati circostante è inclusa nel modello CFD per poter esaminare l effetto delle strutture urbane circostanti (Figura 2.3). L altezza degli isolati vicini è di 18m (H isolati vicini ). Lo studio interessa I seguenti parametri: 1. Le dimensioni della piazza (A piazza ): 1600 m 2 e 3600 m 2 2. La velocità del vento in aperta campagna a 10m di altezza (V 10 ): 2,5 m.s -1 e 5 m.s L altezza degli edifici limitrofi (H confine ): 9 m, 18 m, 27 m. 4. La direzione del vento: 0, 15, 30, 45. (Figura 2.3). 5. L ampiezza e l ubicazione delle quattro aperture della piazza (Figura 2.4 e 2.5) Osservazioni e conclusioni del presente studio Figura 2.4: Piazza con aperture al centro Larghezza: 10m, 14m, 21m. Figura 2.5: Piazza con aperture negli angoli. Larghezza: 7 m, 14m, 21m. V(Max) / V(10) 0,60 0,40 0, ,00 0,25 0,75 1,25 1,75 H(Boundary) / H(Neighbourhood) Figura 2.6: V Max /V 10 come funzione di H confine /H. isolati vicini La velocità più bassa del vento è presente quando gli edifici di confine sono più bassi degli isolati vicini circostanti. Es. V Max si aggira intorno al 20% di V 10 in questa situazione. Osservazioni: Più grande é la piazza più elevata è la velocità del vento nello spazio. Esiste quasi una relazione lineare tra A piazza e velocità del vento. Più grande è la piazza più turbolento è il flusso di vento. Più elevata è la velocità del ventov 10 più elevata è la velocità del vento nella piazza, con una relazione quasi lineare tra V10 e la velocità del vento. La struttura del flusso e il livello di turbolenza non subiscono quasi nessuna influenza da V 10. Più alti sono gli edifici di confine paragonati agli isolati vicini più elevata é la velocità del vento sulla piazza ( Figura 2.6). Più alti sono gli edifici di confine paragonati agli isolati vicini più elevata é la turbolenza del vento (Figura 2.7). Non esiste una relazione chiara tra la direzione globale del vento e la velocità del vento nella piazza (vedi Figura 2.6). Più ampio è l angolo di entrata del vento più elevata é la turbolenza del vento. Vi è chiaramente la tendenza che la struttura del flusso diventi tanto più caotica quanto più la direzione globale del vento si discosta dal principale orientamento dello spazio. Non esiste una relazione chiara tra la velocità del vento sullo spazio e l ubicazione delle aperture dello spazio. Le aperture agli angoli della piazza offrono una struttura del flusso più turbolenta rispetto alle aperture al centro della piazza (Figura 2.8). Più grandi sono le aperture - più turbolenta é la struttura del vento nella piazza. Conclusioni la piazza dovrebbe essere progettata: Più piccola possibile. Più grande è la piazza più ventilato è l ambiente. Con edifici limitrofi più bassi del quartiere circostante. Quanto più gli edifici raggiungono altezze superiori al quartiere tanto più l ambiente sarà esposto al vento. Con aperture al centro dello spazio e con l asse maggiore della piazza parallelo alla direzione dominante del vento e all orientamento dominante dell allineamento della strada circostante. 10

14 2.5 Parametri del progetto, suggerimenti e soluzioni Parametri del progetto. Quando ci si accinge a valutare le condizioni del vento in uno spazio aperto occorre tenere in considerazione un numero di parametri di carattere globale. La collocazione geografica, o la zona climatica a cui appartiene lo spazio aperto. Un certo livello di vento è desiderabile o indesiderabile? Si tratta di un area esposta al vento in cui ci si può aspettare elevate velocità del vento? Il tipo di spazio, ad esempio la forma dello spazio e le caratteristiche dell area circostante. Lo spazio è riparato o situato in un area aperta? Gli edifici circostanti possono influire sulla struttura del vento nello spazio aperto? L ultimo parametro da tenere presente è il tipo d uso, ad esempio chi usa lo spazio, quando viene utilizzato e per quale scopo? Un parco è un esempio di uno spazio aperto in cui gli utenti sono invitati a stare per periodi prolungati, che impone richieste elevate all ambiente esterno Suggerimenti sul progetto Figura 2.7: Grafico di vettore che mostra la È importante trattare ogni spazio come un caso ipotetico. In tal modo è difficile offrire suggerimenti dettagliati per quanto riguarda il progetto di spazi urbani. Tuttavia, è possibile dare raccomandazioni sommarie su ciò di cui il progettista dovrebbe avere consapevolezza. Evitare di collocare uno spazio urbano accanto ad edifici più alti dell altezza media dell area urbana circostante. Tali edifici possono dare origine ad un flusso di vento verticale spiacevole che soffia lungo la facciata dell edificio (effetto spazzata) e ad un vento di alta velocità attorno agli angoli dell edificio (Figura 2.9). Quanto più alto sarà l edificio tanto più alta sarà la velocità del vento. Il risultato può essere un ambiente esposto al vento attorno alla base e agli angoli dell edificio e un flusso di vento orizzontale che soffia lontano dall edificio in direzione opposta rispetto alla principale direzione del vento (l effetto Saggio). Tra le contromisure prima di tutto vi è quella di costruire ad un livello più basso. Se non si potrà evitare un edificio alto, una possibilità consisterà allora nell introdurre una struttura che potrà deviare l effetto spazzata, ad esempio una veranda (Figura 2.10). È difficile evitare gli effetti collaterali ma, ad altezza pedonale, essi possono essere ridotti utilizzando frangivento. Evitare di collocare uno spazio urbano in aperta relazione con strade lunghe e lineari. Strutture urbane lineari come edifici lungo una strada possono provocare un effetto a canale in cui il vento può aumentare di velocità e causare un ambiente spiacevole. L effetto può aver luogo quando le strade superano la lunghezza dei m [4]. L effetto sarà addirittura peggiore se le strade formano un imbuto (effetto Venturi, vedi Figura 2.11). Tra le contromisure vi sono, per esempio: evitare l aperta comunicazione tra lo spazio e la strada, accorciare la strada (nuove aree), evitare di costruire la strada con l asse principale nella direzione del vento dominante, interrompere l allineamento della strada (allineamenti curvi non sono adatti poiché la resistenza del vento è bassa in tali strade) e sistemare piante lungo la strada al aumentare la resistenza del vento. Passaggi che conducono in uno spazio aperto realizzati tra o sotto edifici possono inoltre formare una sorta di imbuto in cui il vento può aumentare di velocità e creare in tal modo un ambiente ventilato spiacevole. Questo effetto può peggiorare drammaticamente in comunicazione con edifici alti o lunghe strade lineari (Vedi sopra). direzione e la velocità del vento sulla piazza. Altezza degli edifici di confine: 9 m (punto più alto) e 27m (direzione del vento di 15 ). Quanto più alti sono gli edifici di confine, paragonati agli isolati vicini, tanto più elevata sarà la turbolenza del vento. Figura 2.8: Grafico del vettore che mostra la direzione e velocità del vento nella piazza, con un apertura di dimensioni medie collocata al centro (punto più alto)e all angolo della piazza (direzione del vento di 15 ). Le aperture agli angoli offrono la struttura del flusso più turbolento. 11

15 Figura 2.9: Struttura del vento attorno ad un edificio alto e ad uno basso. Figura 2.10: Esempio di contromisura per l effetto di dilavamento veranda alla base dell alto edificio. Figura 2.11: Un caso speciale dell effetto di canalizzazione l effetto Venturi. Le dimensioni degli spazi urbani possono essere concepite in modo tale che il vento soffi principalmente al di sopra dello spazio e non dentro di esso creando condizioni disagevoli nella zona pedonale. Questo viene chiamato effetto maglia [4, 5] Un importante fattore è la relazione tra l area dello spazio urbano e l altezza degli edifici limitrofi (o altre strutture urbane quali le barriere frangivento), che può essere rappresentata come: A spazio / (H confine ) 2 = K. K è una costante priva di dimensioni che non dovrebbe essere più alta di 6. E importante che l ampiezza delle aperture della piazza non siano più larghe del 25% della lunghezza del perimetro dello spazio. Un esempio è quello dello spazio quadrato nell Paragrafo 1.4 dove l H confine = 18 m. In questo caso l area massima della piazza dovrebbe essere A spazio = 18 2 x 6 =1944m 2 (44 x 44 m 2 ) e l ampiezza massima dell apertura = 0,25 x 4 x 44 = 44m. Con quattro aperture della stessa misura essa offre un ampiezza di 44/4 = 11 m per apertura. Certamente è preferibile che l apertura/e non siano esposte alla direzione dominante del vento. L effetto maglia è inoltre valido per altre forme che non siano quadrate e rettangolari. Esiste una complicata relazione tra la struttura del vento nella zona pedonale e la lunghezza e ampiezza dello spazio (L Spazio, W Spazio ), l altezza delle strutture limitrofe (H confine ) e la direzione del vento. Uno studio sulla galleria del vento relativo a spazi rettangolari ha dimostrato [6] che con spazi stretti e di media ampiezza (W Spazio / H confine = 1-4), la lunghezza ottimale dello spazio è 4-5 volte l altezza degli edifici di confine. Con ampi spazi (W Spazio / H confine = 8), la lunghezza ottimale dello spazio è 6-8 volte l altezza dell area di confine. Strutture frangivento possono essere usate per proteggere la zona pedonale in uno spazio urbano dalla elevata velocità e turbolenza del vento, e possono essere sia strutture solide (edifici, muri etc.) che permeabili (vegetazione, recinzioni aperte etc). Solide strutture frangivento possono offrire un buon riparo vicino alla struttura, ma tendono anche a causare alta velocità del vento e turbolenza più lontano. Per tale motivo, in molti casi, è preferibile usare frangivento permeabili. La vegetazione rappresenta un frangivento molto efficace poiché i rami e le foglie rallentano il vento senza creare molta turbolenza (Figura 2.12). Studi hanno dimostrato che fasce medie di piante vicine offrono un riparo migliore e più uniforme (50-65% dell area aperta) [7]. È importante che la fascia di piante offra lo stesso riparo per tutta l altezza. Potrebbe, quindi, essere necessario combinare diversi tipi di vegetazione, ad esempio usare alberi per offrire riparo in altezza e cespugli / piante arbustive per riparare la zona vicino al suolo. Tali insiemi di piante possono offrire un buon riparo ad una distanza dalla recinzione di 4-5 volte l altezza della cinta [4]. Recinzioni permeabili possono rappresentare, inoltre, una buona soluzione progettuale. Studi hanno dimostrato che recinzioni con il 35-40% di area aperta offrono il riparo migliore [4]. È importante che le fessure nella barriera siano distribuite lungo tutta l area dello stesso, in modo tale che diverse fessure di piccole dimensioni possano dare origine ad un struttura del vento più semplice rispetto a una piccola quantità di fessure larghe. 2.6 Checklist Figura 2.12: Vegetazione come frangivento. Definire la zona climatica, il tipo di spazio e il tipo d uso. Definire i criteri di comfort appropriati per lo spazio - i criteri potrebbero essere diversi per le diverse parti dello spazio (Tabella 2.1). Calcolare le statistiche del vento per il sito (media della velocità del vento V 10) secondo la stazione meteorologica vicina e secondo il grafico della velocità per l area circostante (Figura 2.1 e Tabella 2.2). 12

16 Analizzare in che modo il quartiere e lo spazio influiranno sulle condizioni del vento sullo spazio utilizzando misurazioni su scala globale, test della galleria del vento, calcoli CFD o semplici suggerimenti sul progetto (es. Sezione 2.4 e 2.5). Confrontare i risultati dell analisi con i criteri di comfort e modifica la configurazione dello spazio e della zona circostante se le condizioni non sono accettabili. 2.7 Bibliografia [1] Penwarden, A.D. and Wise, A.F.E. (1975). Wind environment around buildings. Department of the Environment BRE, Her Majesty s Stationery Office, London. [2] Bjerregaard, E. and Nielsen, F. (1981). SBI direction 128 Wind environment around buildings. (In Danish): Danish Buildings Research Institute, Hørsholm. [3] Davenport, A.G. (1972). An Approach to Human Comfort Criteria for Environmental Wind Conditions, Swedish National Building Research Institute, Stockholm. [4] Houlberg, C. (1979). An introduction to wind environment part II: Wind and Shelter in Built-up Aareas with commented stock of bibliography for BSA. (In Danish): The Royal Danish Academy of Fine Arts, Copenhagen. [5] Gandemer, J. (1977). Wind environment around buildings: Aerodynamic concepts, Proc.: Fourth International Conference on Wind Effects on Buildings and Structures, Cambridge University Press. [6] Smith, F. and Wilson, C.B. (1977). A parametric study of airflow within rectangular walled enclosures, Building and Environment, Vol. 12, pp [7] Houlberg, C. (1976). An introduction to wind environment part I: Living fences and windscreens with commented stock of bibliography, 2nd edition. (In Danish): The Royal Danish Academy of Fine Arts, Copenhagen. 13

17 3. VALUTAZIONI DELLE CONDIZIONI RADIANTI NELLO SPAZIO URBANO Figura. 3.1: andamento spaziale e temporale dell ombra sovrapposto alla sezione stradale orientata in asse NS orientamento EO - ore: 3 p.m. 0,06 0,17 0,28 0,39 0,50 0,61 0,72 0,72 0,61 0,50 0,39 0,28 0,17 0,06 H/D Copenhagen Milan Athens 3.1 Introduzione La rinnovata attenzione alla qualità degli spazi urbani è legata alla necessità emergente, migliorare le relazioni sociali per un ambiente fisico comfortevole. Esistono alcuni studi analitici che permettono di valutare i requisiti di comfort in relazione al microclima urbano specifico generato da morfologia, materiali, acqua e vegetazione, ma sfortunatamente non disponibili o troppo complessi per essere utilizzati nella comune prassi progettuale. Le condizioni di comfort nello spazio urbano sono determinate da un mix di aspetti sociali, fisiologici e psicologici oggetto di studio della ricerca RUROS [1], [2], [3]. Gli aspetti psicologici riguardano sostanzialmente l adattamento al microclima locale. Materiali utilizzati, specifici dell ambiente urbano (in un senso più ampio: materiali degli edifici, sistemi di ombreggiamento, vegetazione), giocano un ruolo importante nel modificare il microclima e le condizioni di comfort. Le temperature delle superfici influenzano il bilancio e il comfort termico attraverso gli scambi radianti che sono dominanti negli ambienti poco ventosi, come quello la maggior parte degli spazi urbani a livello pedonale. Mentre l effetto generale sul microclima dovuto ai materiali degli edifici in un contesto urbano specifico è stato sufficientemente indagato dalla microclimatologia (effetto di isola di calore urbano, scambio di flussi radianti nei canyon urbani ecc.), l effetto dei nuovi materiali ad alta efficienza viene studiato solo da poco tempo [4]. Tuttavia questi studi non sono direttamente utilizzabili nella pratica progettuale urbana perché derivano da misure su spazi specifici o simulazioni realizzate con programmi di calcolo di complessità elevata. Obiettivo delle linee guida è quello di fornire un metodo grafico semplificato che permetta al progettista di sviluppare una sensibilità all aspetto del radiante che interagisca con il progetto di spazi urbani termicamente confortevoli. In altre parole lo strumento proposto vuole aiutare il progettista a valutare, a grandi linee, se i requisiti di comfort termico del progetto vengono soddisfatti oppure no, dando indicazione sulla variazione, tendenzialità di MRT in funzione dell uso di differenti materiali (e morfologia). Figura.3.2: Andamento della MRT nelle curve di riferimento orientate secondo l asse EO orientamento NS -ore: 3 p.m. 0,05 0,16 0,27 0,38 0,5 0,6 0,72 0,72 0,61 0,5 0,38 0,27 0,16 0,05 Figura. 3.3: Andamento della MRT nelle curve di riferimento orientate secondo l asse NS H/D Copenhagen Milan Athens 3.2 Una metodologia per valutare le condizioni radianti E stato messo a punto uno strumento grafico semplificato per valutare le condizioni radianti nel contesto urbano basato su numerose simulazioni realizzate con il software Solene [5]. Il risultato è basato su una valutazione approssimata dell MRT che può facilmente essere utilizzato come dato per calcolare gli indici di comfort, come il PET ecc. [6]. Obiettivo della ricerca è quello di indagare la variazione spaziale e temporale del campo radiante legate all uso di differenti materiali e le loro proprietà fisiche nella nuova progettazione o nella riqualificazione di spazi esistenti. Sono state prese in considerazione le tre principali aree climatiche europee: nord, centro e sud Europa, rappresentate dalle città Copenhagen, Milano e Atene. La condizione di riferimento è data dal valore di MRT costante che si determina in un piano orizzontale illimitato, senza ostruzioni/limiti verticali. Un piano verticale (che rappresenta la facciata di un edificio) modifica il valore di MRT attorno allo spazio a seconda delle dimensioni, l orientamento e i materiali che lo caratterizzano (Fig 3.2, 3.3). Il modello considera differenti configurazioni spaziali che vanno da una strada di larghezza infinita (con 1 sola facciata), a una stretta, a piazze (incroci di strade), in cui si valuta l effetto d angolo. 14

18 Le dimensioni degli spazi sono espresse in termini di rapporto H/D. Le variabili usate nella simulazione sono: latitudine (Copenhagen, Milano, Atene) orientamento delle pareti verticali (S-N, E-O) albedo della pavimentazione (0.2, 0.8) dimensioni delle strade (100, 50, 26, 16, 12 larghezza, altezza 18 metri) effetto d angolo per piazze (30x30, 60x60, 30x60 e 60x30, altezza 18 metri) Le simulazioni sono sempre state realizzate considerando condizioni di vento leggero (< 1,5 m.s -1 ), come tipicamente avviene nel contesto urbano di una giornata estiva, così come il giorno considerato è quello più caldo. (vedere Tabella 3.1). Figura 3.4: Variazione dellaf MRT nelle strade di riferimento Orientamento EO mattino Tabella 3.1: Temperatura dell aria in cinque momenti della giornata a Milano, Atene e Copenhagen [7] Temperatura aria ( C) Milano Atene Copenhagen Mattino Pranzo Pomeriggio Sera Notte Figura 3.5: Variazione dellaf MRT nelle strade di riferimento Orientamento NS mattino Figura 3.6: Variazione dellaf MRT nelle strade di riferimento Orientamento EO ora di pranzo Il giorno è stato suddiviso in 5 intervalli temporali; ogni intervallo comprende periodi con condizioni simili: mattina, pranzo, pomeriggio, sera e notte. Per ogni periodo sono stati valutati i valori di MRT all ombra e al sole. All interno di questi periodi le condizioni radianti sono considerate costanti essendo le variazioni controllate da meccanismi di adattamento psicologico e fisiologico. Nella realtà il valore di MRT può variare anche significativamente tra aree vicine tra loro a causa della differente esposizione alla radiazione. I valori medi di MRT sono riportati nella tabella assieme alle variazioni attese all interno dell intervallo di tempo. 3.3 I criteri di valutazione Zone climatiche: le tre città europee prese in considerazione sono: Copenhagen (55 Lat.), Milano (45 Lat.) e Atene (37 Lat.). Tipi di materiale: i materiali sono raggruppati in due classi basate sull albedo e la capacità termica. i materiali definiti freschi sono generalmente chiari di colore e con un alto valore di capacità termica, mentre quelli definiti come caldi hanno un colore scuro e una bassa capacità termica. La progettazione urbana tradizionale di solito sceglie i materiali in base ai requisiti tecnici che rispondono a bisogni/usi e alla legislazione locale in termini di percezione visiva, sicurezza, salute, costi, ecc., mentre i requisiti ambientali non sono compresi. Se si vuole promuovere il controllo del comfort negli spazi esterni bisogna associare requisiti tecnici basilari con quelli ambientali, per esempio: controllo della radiazione attraverso il colore (albedo), capacità termica e il peso. Il metodo considera il materiale di pavimentazione più usato, che è il calcestruzzo. Questo materiale è definito in termini di calore specifico (1000 J.kg -1 K -1 ), densità (2200 kg.m -3 ) e conducibilità (0,9 W.m -1 K -1 ). La variazione della distribuzione della radiazione è in termini di albedo (quantità di radiazione riflessa). In particolare sono stati presi in 15

19 considerazione 2 materiali, uno che riflette l 80% della radiazione (colore chiaro) e uno che ne riflette il 20% (colore scuro) (Tabella 3.2). Tabella 3.2: Classificazione dei materiali in tre categorie secondo i di albedo [8] Figura 3.7: Variazione dellaf MRT nelle strade di riferimento Orientamento NS - ora di pranzo Superfici Albedo Asfalto nero Cemento scuro Erba Ardesia Albedo Cemento chiaro Rame ossidato Mattoni rossi Pietra Albedo Pietra calcarea Marmo bianco Pittura bianca Tipo di spazio: il metodo è adatto per la progettazione di spazi urbani come strade e piccole piazze. E stata presa in considerazione un ampia gamma di strade con differenti rapporti dimensionali H/D: molto basso (0.06) per strade molto ampie nelle quali un fronte non influenza in alcun modo il comportamento radiante in prossimità dell altro fronte, ad un rapporto molto più alto (0.72) in cui esiste un influenza reciproca fra i due fronti degli edifici e sul parterre. L aspetto interessante da valutare invece nelle piazze chiuse è l effetto d angolo dovuto all incrocio tra due fronti perpendicolari che formano una nicchia microclimatica. Il comportamento termico di una nicchia viene valutato come una variazione rispetto alla strada corrispondente con lo stesso rapporto dimensionale. Le piazze con angoli aperti hanno un comportamento più simile alle strade a causa dell accesso solare dai lati aperti. Tipo d uso: il metodo aiuta il progettista a localizzare attività e attrezzature nello spazio urbano tenendo in considerazione il comfort termico, in particolare per quanto riguarda le attività situate a basso metabolismo - leggere, chiacchierare come quelle ad alto metabolismo, come per esempio il gioco dei bambini. Per quel che riguarda le attività di spostamento, come il camminare o il jogging, possono essere considerate come critiche [9]. Tempo: sono stati considerati 5 periodi che comprendono l intera giornata: mattina, pranzo, pomeriggio, sera e notte. Figura 3.8: Variazione dellaf MRT nelle strade di riferimento Orientamento EO pomeriggio Figura 3.9: Variazione dellaf MRT nelle strade di riferimento Orientamento NS - pomeriggio 3.4 La vegetazione Il principale effetto della vegetazione urbana è la capacità di schermare la radiazione solare (la maggior parte degli alberi a foglia caduca in estate hanno un coefficiente di trasmissività intorno al 2-5%) e avere una temperatura della superficie fogliare molto vicina a quella dell aria, che significa C sotto la temperatura superficiale di molti materiali urbani comunemente utilizzati (asfalto, blocchi di calcestruzzo, ecc.). Come risultato la temperatura radiante rilevata con il globo termometro sotto un grande albero è di solito C inferiore alla temperatura rilevata con il globo termometro nello stesso posto, ma soleggiato. L effetto microclimatico della vegetazione dipende anche dalla crescita e dal tipo di vegetazione: rispetto alla temperatura dell aria, un albero maturo ha una temperatura superficiale di poco inferiore, mentre un albero giovane o di una pergola la superano di poco. 3.5 Applicazione del metodo semplificato per valutare l MRT Il metodo per valutare le condizioni di comfort termico nello spazio urbano è semplice da utilizzare e di tipo grafico. Il metodo fornisce informazioni in merito ai valori di MRT e alle variazioni in un periodo definito (Figs 3.9 e ), cioè una giornata estiva soleggiata, in funzione (i) della latitudine, (ii) dell albedo della pavimentazione, (iii) della protezione solare e (iv) della geometria (v) dello spazio. 16

20 I passaggi per l applicazione del metodo sono i seguenti: 1. definire l area geografica in cui si colloca lo spazio da analizzare, 2. verificare l orientamento dello spazio urbano e la sezione in termini di rapporto H/D, 3. definire il periodo all interno della giornata, 4. leggere nella tabella appropriata il valore di MRT. Figura 3.10: Variazione della MRT al centro della piazza di differenti dimensioni e geometria con riferimento a strade di simili rapporti dimensionali e orientamento Figura 3.12: Variazione dellaf MRT nelle strade di riferimento Orientamento EO - sera Figura 3.11: Variazione della MRT agli angoli della piazza di differenti dimensioni e geometria con riferimento a strade di simili rapporti dimensionali e orientamento il valore di MRT e la variazione media, come funzione dell albedo e della protezione solare puntuale, si può leggere nelle tabelle (Fig e ). I valori di MRT sono riferiti a: i) zone completamente in ombra, ii) zone soleggiate e iii) zone soleggiate in cui si è adottata una protezione puntuale dalla radiazione diretta. Le condizioni intermedie, per esempio una protezione del 50% della radiazione totale si ottengono come interpolazione tra i due valori. Le Tabelle 3.10 e 3.11 riportano le variazioni di MRT in diversi punti di una piazza come differenza di valori rispetto alla MRT della strada con H/D e orientamento corrispondente. Sono state simulate quattro piazze con differenti dimensioni e orientamento. Per ogni piazza sono state riportate le differenze le differenze nei 5 punti che rappresentano le nicchie microclimatiche (centro e angoli). Un esempio: se consideriamo una strada a Milano larga 50 metri, con edifici prospicienti alti 18, orientata secondo l asse NS il valore che ci si aspetta durante la mattina è intorno ai 24 C con una variazione di ± 3 C nell area soleggiata e di 12.5 C all ombra. Al sole, sotto una schermatura puntuale il valore di MRT è di 15 C ± 1 C. 17