facoltà di architettura di genova_docente_andrea giachetta corso di progettazione bioclimatica - modulo: sostenibilità ambientale analisi bioclimatiche _ II parte + presentazione di un caso studio: analisi in galleria del vento ambientale MORFOLOGIA DEL TERRITORIO le componenti principali che costituiscono la morfologia di un territorio sono l altitudine ed i rilievi, la clivometria, l orientamento dei pendii nella progettazione bioclimatica tali componenti hanno grande rilievo situazioni molto favorevoli: versanti esposti a sud con clivometria pari circa alla latitudine del luogo e altitudine media altitudine: rilievi: influenza la temperatura dell aria che varia di circa 1 C ogni 180m di dislivello in estate e ogni 220 m di dislivello in inverno influenzano notevolmente il regime dei venti e la presenza di ombre portate clivometria: pendenza media del terreno rispetto all orizzontale; può comportare ombre portate più o meno ampie orientamento dei pendii: influisce molto sulla temperatura dell aria; i pendii a sud offrono, di norma, migliori condizioni per l insolazione degli edifici -------------------------------------------------------------------------------------- nella progettazione bioclimatica riveste inoltre una grande importanza: il possibile orientamento dell area, del lotto, dell edificio TIPO DI SUOLO E ALBEDO il tipo di suolo riveste una grande importanza terreni dove prevalgono sabbia e ghiaia determinano temperature più elevate e minore umidità terreni argillosi determinano temperature più basse ed elevata umidità superfici erbose possono creare, d estate, evaporazione con abbassamento delle temperature ogni tipo di suolo o vegetazione ha un proprio valore di albedo per effetto albedo si intende la quota della radiazione solare diretta e diffusa che viene riflessa dal terreno
guadagno diretto serra guadagno indiretto muro Trombe sistema Barra-Costantini lo studio della radiazione solare con i metodi analizzati, consente la corretta progettazione di sistemi di captazione dell energia solare (sistemi solari passivi, solare termico, fotovoltaico) i meccanismi di funzionamento di tali sistemi verranno approfonditi in lezioni successive... la radiazione solare è anche di tipo luminoso il suo studio permette dunque l applicazione di strategie per l illuminazione naturale tali strategie verranno approfondite in successive lezioni di seguito un breve accenno... SISTEMI SOLARI PASSIVI... un accenno Normalmente vengono così definiti quei componenti edilizi che consentono che parte dell'energia radiante solare che raggiunge l'involucro dell' edificio, sia captata, convertita in calore, immagazzinata e distribuita all'interno degli edifici senza necessità di sistemi che richiedono l impiego di energia fossile ILLUMINAZIONE NATURALE L'utilizzazione della luce naturale negli edifici è in generale molto limitata I benefici che si potrebbero ottenere con un maggiore e migliore impiego della luce naturale sono legati sia al risparmio di energia elettrica (con conseguente riduzione di inquinamento), sia al confort ambientale I sistemi solari passivi si basano sull effetto serra del vetro ovvero sulla sua trasparenza all'energia radiante molto elevata per lunghezze d'onda fino a 2-3 micron, e molto piccola per lunghezze d'onda maggiori La luce naturale ha grande importanza nella vita dell uomo, sia per le attività involontarie (necessità biologiche) che volontarie (luce necessaria per svolgere un lavoro) Il problema principale nel controllo naturale della radiazione luminosa solare è la compresenza della radiazione termica
Descrizione del campo luminoso oltre al controllo della quantità di luce (lux) è possibile anche una descrizione del campo luminoso (spazio soggetto ad illuminazione) tipo stabilità regime dei venti controllo naturale delle correnti d aria negli spazi aperti livello tendenza morfologia vista gradiente dipendenza Modello di cielo standard uniformemente coperto Modello di cielo standard sereno Modello di cielo mediterraneo Modelli di cielo il vento è caratterizzato da 3 parametri velocità (misurata con anemometri o anemografi) direzione (misurata con anemoscopi) frequenza vi sono diversi tipi di rosa dei venti che mettono in relazione questi parametri descrivendo il regime dei venti in una determinata zona una raccomandazione generica è quella di evitare velocità medie dei venti superiori a 5 m/sec in aree esterne (soprattutto se di sosta) 0,15 m/sec in ambienti confinati, durante l inverno 0,25 m/sec in ambienti confinati, durante l estate esistono specifiche strategie progettuali e componenti edilizi che permettono di utilizzare e controllare l illuminazione naturale negli edifici approfondimenti in successive lezioni...
scala Beaufort della forza del vento combinazione differente di velocità, frequenza, direzione, temperatura, umidità delle correnti d aria; condizioni climatiche della zona di interesse; specifiche condizioni morfologiche del sito; caratteristiche delle zone vicine; presenza o meno di ostacoli naturali e artificiali e loro specifiche caratteristiche; presenza di vegetazione, corsi o specchi d acqua, fontane; variazione dei fattori determinanti le caratteristiche delle correnti d aria e degli effetti di queste ultime a diverse altezze; caratteristiche specifiche di quanto progettato il controllo naturale dei venti e della ventilazione nelle aree aperte e negli edifici permette: eliminazione di fastidiose correnti d aria, raffrescamento estivo, umidificazione o, a seconda dei casi, deumidificazione dell aria, eliminazione di sostanze inquinanti e miglioramento della qualità dell aria, eliminazione di eventuali effetti indotti sulle aree circostanti dai nuovi volumi progettati Per l analisi del regime dei venti di norma occorrono: campagne di rilevamento specifiche di medio-lunga durata, simulazioni economicamente onerose e calcoli complessi non sempre attendibili Per esempio gallerie del vento ambientali per riprodurre e studiare la ventilazione naturale ed i suoi effetti sugli edifici e le aree urbane ed extraurbane utilizzate sia nelle fasi analitiche che per verificare le ipotesi progettuali se il controllo climatico del riscaldamento e dell illuminazione naturali si può anche effettuare con strumentazioni semplici e risultati attendibili possibili studi in galleria del vento (diversi tipi di galleria) studi sulle forze del vento sugli edifici e le strutture studi sulla dinamica delle strutture studi sui venti locali e la ventilazione naturale studi sul trasporto di masse attraverso il vento aerodinamica dei mezzi di trasporto studi sull energia eolica il controllo naturale dei venti e della ventilazione può essere, a seconda dei casi, molto difficile, perché dipendente da numerosi fattori
per un analisi completa dei fenomeni ventilativi sugli edifici si può ricorrere alla sperimentazione in galleria del vento ambientale, dove è possibile riprodurre i flussi d aria in scala adeguata e verificare gli effetti dei fenomeni ventilativi su un modello che riproduce l area oggetto di studio in scala adeguata all interno della galleria del vento occorre riprodurre il profilo del flusso d aria - lo strato limite atmosferico - con l ausilio di elementi che riproducano la rugosità della superficie terrestre le indicazioni fornite da fumi e sonde vengono rilevate ed elaborate per renderle leggibili cuspidi e cubetti di legno all inizio della galleria per la simulazione delle condizioni reali di ventilazione (vortici ed attrito con il terreno) Galleria della Monash University a Melbourne in Australia l arch. Paola Catrambone ha eseguito una serie di prove nella galleria del vento ambientale del Politecnico di Milano (sul modello ridotto) per studiare 3 edifici ad Albenga di ARTE (edilizia sociale) gli edifici sono situati accanto al letto del fiume Centa, con un orientamento longitudinale lungo l asse nord-sud si tratta di una zona esposta alle brezze di mare e di terra e ai flussi delle correnti d aria che si generano per la presenza del fiume prima di eseguire le prove in galleria del vento sul sito è stata effettuata un indagine bioclimatica approfondita i dati meteorologici di base sono stati forniti dalla stazione di rilevamento di Capo Mele e dall aeroporto di Villanova d Albenga N 90 80 44 LN per vedere il movimento dei flussi d aria si ricorre all uso di fluidi e/o gas visibili e sonde posizionate su punti strategici dei modelli testati le sonde rilevano i dati relativi alla pressione esercitata dai flussi d aria con intensità diverse su punti significativi dell involucro profilo III edificio A profilo II edificio B edificio C profilo I 70 60 ore 10 50 ore 9 40 ore 8 30 ore 7 20 ore 6 10 ore 5 mezzogiorno ore 11 ore 13 21 giu 21 mag 21 apr 21 mar 21 feb 21 gen 21 dic 21 ago 21 set 21 ott 21 nov 21 lug 120 105 75 60 45 30 15 15 30 45 60 75 SUD profilo II ore 14 ore 15 ore 16 ore 17 altezza solare ore 18 ore 19 105 120
prototipo in scala 1:9 della galleria del vento del politecnico di Milano, qui sono state effettuate le prove modello in legno in scala 1:200 dell area di studio, posto su una base circolare con diametro 120 cm, il modello può ruotare per permettere di fare valutazioni rispetto alle diverse direzioni di vento una volta sistemato il modello e richiusa la galleria sono stati posizionati, attraverso aperture apposite, i tubi di immissione del fumo i movimenti dei flussi sono stati registrati dai calcolatori e filmati dall alto in questa specifica galleria: la sezione della camera di prova, larga 140cm e alta 40 cm, consente l inserimento di un modello con diametro massimo di 120 cm e non più alto di 16cm, poiché un ingombro al di sopra di questa quota non consente un adeguata riproduzione del profilo dello strato limite terrestre il flusso d aria si scontra sull intero fronte dei prospetti ovest, con la formazione di ampi vortici: necessaria una strategia di protezione all aria e alberature, trattandosi di vento prevalentemente invernale le visualizzazioni: vento da nord-ovest per posizionare il modello all interno della camera di prova, non essendo questa dotata di un apertura idonea, è stato necessario smontare l intero corpo del condotto verticale una volta posizionato il modello, il disco di base è stato fissato con un perno per regolare la rotazione nella posizione desiderata il vento di tramontana non trova ostacoli e raggiunge liberamente le facciate ovest,con velocità notevoli in copertura: essendo un vento invernale, va prevista una strategia di tenuta all aria della facciata le visualizzazioni: vento da nord
la differenza di pressione tra le facciate est ed ovest può generare correnti all interno degli alloggi: tali correnti sono da sfruttare per il raffrescamento estivo, ma da queste occorre proteggersi durante la stagione invernale le visualizzazioni: vento da nord-est un esempio... il tessuto urbano non protegge dal vento proveniente da est, che si incanala tra gli edifici. l ipotesi di rendere vivibile lo spazio tra un edificio e l altro va quindi abbandonata. le visualizzazioni: vento da est le indagini in galleria del vento sono, di norma, molto costose e non applicabili se non in casi particolari... negli altri casi... anche se non portano a risultati attendibili da un punto di vista quantitativo, possono essere applicati alcuni sistemi molto semplici per la preliminare valutazione qualitativa dei fenomeni ventosi
Strategie progettuali per gli edifici per gli edifici possono essere utilizzate diverse strategie progettuali agendo, in sequenza: sulle aree aperte, sull involucro, negli spazi di transizione tra interno ed esterno, negli spazi interni si approfondirà questo tema in successive lezioni... Strategie progettuali nelle aree aperte A=alba, B=mattina, C=mezzogiorno, D=pomeriggio, E=sera, FGH=notte Frangivento murature piene schermi di diverso tipo barriere vegetali (controllo dell umidità e del soleggiamento, riqualificazione del paesaggio) riduzione del 50% della velocità del vento ad un altezza pari alla metà della barriera utilizzata, barriera vegetale ad una distanza pari a 27 volte quella della barriera stessa brezza di mare e brezza di terra
estensione dell area di calma - velocità del vento ridotta al 50% - nella zona sottovento di un filare di alberi Incanalatori/deviatori (forma ad imbuto) Creazione di corsi o specchi d acqua, fontane Creazione di aree verdi effetto di barriera o deviatore di correnti d aria umidificare o purificare l aria Definizione del tessuto urbano attraverso un adeguata distribuzione di lotti edificabili e non, assi viari, zone a parco, ecc.