Editor in ChiefALBERTO SPOSITO Managing EditorMICAELAMARIA SPOSITO

International Scientific CommitteeALFONSOACOCELLA (University of Ferrara, Italy), ROBERTOBOLOGNA (University of Firenze, Italy), TAREK BRIK (Uni-versité de Tunis), TOR BROSTRÖM (Uppsala University,Sweden), JOSEPH BURCH I RIUS (Universidad de Girona,España), GIUSEPPE DE GIOVANNI (University of Palermo,Italy), GILLO DORFLES (University of Milano), EMILIO FA-ROLDI (Polytechnic University of Milano, Italy), GIOVANNIFATTA (University of Palermo, Italy), PIERFRANCO GALLIANI(Polytechnic University of Milano, Italy), FRANCESCO GUR-RIERI (University of Firenze, Italy), ANDREAS HEYMOWSKI(Uppsala University, Sweden), MOTOMI KAWAKAMI (TamaArt University, Japan), WALTER KLASZ (University of In-nsbruck, Austria), INHEE LEE (Pusan National University,South Corea), MARIO LOSASSO (University of Napoli,Italy), MARIATERESALUCARELLI (University of Reggio Ca-labria, Italy), ALICIA CASTILLO MENA (Universidad Com-plutense de Madrid, España), MARCO ROSARIO NOBILE(University of Palermo, Italy), ROBERTO PALUMBO (Uni-versity of Roma, Italy), ROBERTO PIETROFORTE (WorcesterPolytechnic Institute, USA), CARMINE PISCOPO (Univer-sity of Napoli, Italy), PAOLO PORTOGHESI (University ofRoma, Italy), PATRIZIA RANZO (University of Napoli,Italy), JAVIER GALEGO ROCA (Universidad de Granada,España), LUIGI SANSONE (Art Reviewer, Milano, Italy),ANDREA SCIASCIA (University of Palermo, Italy), BENE-DETTA SPADOLINI (University of Genova, Italy), CONRADTHAKE (University of Malta), FRANCESCO TOMASELLI(University of Palermo, Italy)

EditorCESARE SPOSITO (University of Palermo, Italy)

Editorial BoardTIZIANACAMPISI (University of Palermo), GIUSEPPE DI BE-NEDETTO (University of Palermo), EMANUELA GAROFALO(University of Palermo), MASSIMO LAURIA (University ofReggio Calabria), DARIO RUSSO (University of Palermo),GASPARE MASSIMO VENTIMIGLIA (University of Palermo)

Assistant EditorSANTINA DI SALVO (University of Palermo)

Graphic DesignerGIORGIO FARACI

Executive Graphic DesignerANTONELLA CHIAZZA, PAOLA LA SCALA

Web EditorPIETRO ARTALE

Il Journal è stampato con il contributo degli AutoriThe Journal is published with fund of the Authors

Definire i due termini della call, Architetura e Natura, risulta difficile: ciò perché l’architettura è stata semprepresente nella cultura, pur assumendo significati diversi da civiltà a civiltà o da epoca ad epoca, e perché lanatura è stata modellata via via nel tempo da fenomeni e forze imprevedibili. Come ha rilevato GabrieleD’Annunzio (Il Fanciullo) «natura e arte sono un dio bifronte […] tu non distingui l’un dall’altro volto mapulsar odi il cuor che si nasconde unico nella duplice figura», così anche noi possiamo dire che natura e ar-chitettura costituiscano un binomio non come somma, ma come insieme indissolubile di due entità legate dauno stretto rapporto. Per chiarezza e per orientamento assumiamo questi due significati.

L’Architettura è l’arte di formare, attraverso mezzi tecnici, costruttivi e artistici, spazi fruibili ai fini deibisogni umani: edifici, giardini e anche monumenti, considerati nella loro funzione spaziale; architettura èopera di costruzione ideata ed eseguita, in cui le varie parti sono congegnate, strutturate e composte comeelementi di un organismo che appartiene alle arti figurative. In altri termini, l’architettura è quindi ancheun’arte che fa parte delle cosiddette arti visivo-plastiche, come la scultura; è la disciplina che ha come scopol’organizzazione dello spazio a qualsiasi scala, ma principalmente quella in cui vive l’uomo.

La Natura è il fondamento dell’esistenza nella sua configurazione fisica e nel suo divenire biologico, inquanto presupposto causativo, principio operante o realtà fenomenica. La natura è l’insieme di tutte le coseesistenti considerato nella sua forma complessiva, nella totalità, cioè, dei fenomeni e delle forze che in essosi manifestano; è l’insieme dei caratteri di una regione, poco o non ancora modificati dalla civiltà. Il terminederiva dal latino natura, participio futuro del verbo nasci (nascere), e letteralmente significa ‘ciò che sta pernascere’; in accordo con il significato etimologico, in filosofia la natura è intesa finalisticamente come il prin-cipio che opera come forza vitale, superiore alla realtà della materia inanimata, che spinge tutti gli esseri vi-venti verso il mantenimento delle specie attraverso la riproduzione.

Con la call si chiedeva di declinare i due termini di Architettura e Natura sotto tre diversi punti di vista: sugliaspetti formali, sugli aspetti visivi e su quelli materiali; in particolare: a) sulle forme che l’architettura assumein riferimento a quelle della natura; b) sui materiali naturali impiegati nell’architettura, quali la pietra, illegno, la terra cotta, la terra cruda, il verde, l’acqua; c) sul paesaggio naturale e sul paesaggio urbano, fi-nalizzato alla tutela e alla modificazione dell’ambiente naturale o alla strutturazione dell’ambiente urbano,per renderlo sempre più funzionale e rispondente alla crescente concentrazione sociale nelle città.Di tali aspetti formali, materiali e visivi si richiedevano studi sul patrimonio storico, mirati alla conoscenza,alla conservazione e alla messa in valore, ricerche innovative su processi, prodotti e materiali, esempi di ar-chitettura antica, moderna e contemporanea. Pertanto, e considerata la complessità del tema, Agathón ha in-vitato tre esperti di chiara fama: Paolo Portoghesi, storico e compositivo, oltre che architetto militante notoa livello internazionale, Francesco Gurrieri, già preside della Facoltà di Architettura di Firenze e professoreordinario in restauro architettonico, e Mariella Zoppi dell’ateneo fiorentino e professore ordinario in archi-tettura del paesaggio. Ai loro contributi seguono quelli degli studiosi provenienti da più parti, in vero numerosie di cui pubblichiamo la maggior parte, ordinati per tema prevalente (terra, verde, acqua, legno, architettura,paesaggio e design).

Nel complesso degli interventi risulta un quadro che - a nostro avviso - copre i quesiti posti dalla call. E se dauna parte sono mancati i nuovi progetti di architettura, sia alla piccola che alla grande scala, dall’altra risultanointeressanti i contributi sulla storia e critica dell’architettura moderna e contemporanea, sulla natura, i materiali,il paesaggio e il restauro della materia dell’opera d’arte, sul geomorfismo, sulla progettazione ambientale, sullatecnologia e sul design. Ma risultano evidenti alcuni concetti, che ci sembra opportuno qui segnalare: primo,che la natura è assunta come modello di riferimento per il progetto di architettura; secondo, che dalla naturaprovengono direttamente o indirettamente i materiali impiegati; terzo, che sempre più si cerca d’impiegare nelprogetto architettonico l’adattività della natura biologica e animale, rilevata da biologi e botanici. In tal senso vanno letti i contributi sulle architetture della natura animale e vegetale, progettate in modo con-sapevole, interattivo e adattivo, e quelli sugli involucri edilizi responsivi, capaci cioè di fornire prestazioni inrisposta alle modificazioni climatiche e alle particolari variazioni ambientali. Ma è da chiedersi: l’architetturacome pratica artistica esiste ancora? È arte che va inesorabilmente scomparendo all’ombra delle cosiddette ar-chistar? Quali linguaggi, forme, espressioni potranno scaturire dall’innovazione dei processi, dei materiali edei prodotti, in risposta alle esigenze di una contestuale sostenibilità economica, sociale e ambientale? Gli or-dinamenti e la didattica nelle Scuole di Architettura è adeguata ai vari contesti, dato lo stato sociale, politico,culturale, economico (e anche morale), in cui ci troviamo? L’Università è in grado di comunicare in modo ef-ficace e corretto ai cittadini di domani? Infine, avviandoci a Industria 4.0 o meglio a Edilizia 4.0, le norme ele procedure relative al progetto sono opportune e giuste o costituiscono vincoli opprimenti e malefici?

EDITORIALE di Alberto Sposito

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AGATHÓNINTERNATIONAL JOURNAL OFARCHITECTURE ART & DESIGN

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Defining the two terms of the call, Architecture and Nature, is difficult: this is because architecture has alwaysbeen present in culture, while assuming different meanings from civilization to civilization or from era to era,and because nature has been shaped over time by unpredictable phenomena and forces. As Gabriele D’Annunzionoted (Il Fanciullo) «nature and art are a bifrons god [...] you do not distinguish one face from the other facebut you feel the unique pulsing heart that is hiding in the double figure», so we too can say that nature and ar-chitecture constitute a binomial not as a sum, but as an indissoluble whole of two entities linked by a close re-lationship. To clarify and to give orientation we assume these two meanings.Architecture is the art of forming, through technical, constructive and artistic means, spaces that can be usedfor human needs: buildings, gardens and even monuments, considered in their spatial function; architecture isa construction project conceived and executed, in which the various parts are conceived, structured and com-posed as elements of an organism belonging to the figurative arts. In other words, architecture is therefore alsoan art that is part of the so-called visual-plastic arts, like sculpture; it is the discipline that has as its purpose theorganization of space at any scale, but mainly that in which man lives.Nature is the foundation of existence in its physical configuration and in its biological becoming, as a causativepresupposition, operating principle or phenomenal reality. Nature is the whole of all existing things consideredin its overall form, in the totality, that is, of the phenomena and forces that manifest in it; it is the set of charactersof a region, little or not yet modified by civilization. The term derives from the Latin nature, future participle ofthe verb nasci (to be born), and literally means ‘what is about to be born’; according to the etymological meaning,in philosophy nature is intended in the finalistic way as the principle that operates as a life force, superior to thereality of inanimate matter, which drives all living beings to the maintenance of species through reproduction.We asked to specify the two terms of Architecture and Nature, with this call, from three different points ofview, on formal, visual and material aspects; in particular: a) on the forms that architecture assumes in referenceto those of nature; b) on the natural materials used in architecture, such as stone, wood, terra cotta, adobe,green, water; c) on the natural landscape and on the urban landscape, aimed at protecting and modifying thenatural environment or structuring the urban environment, to make it increasingly functional and responsive tothe growing social concentration in the cities.Regarding these formal, material and visual aspects, we required studies on the historical heritage, aimed atknowledge, conservation and valorization, innovative research on processes, products and materials, examplesof ancient, modern and contemporary architecture. Therefore, considering the complexity of the theme, Agathóninvited three renowned experts: Paolo Portoghesi, historian and designer, as well as a militant architect inter-nationally known, who presented his contribution entitled Geomorphism, Archetypes and Symbols in Architec-ture; Francesco Gurrieri, dean of the Faculty of Architecture in Florence and professor in architecturalrestoration, with his contribution entitled The Matter of Architecture as Artwork, and Mariella Zoppi from theUniversity of Florence, professor in landscape architecture, with her article Landscapes, Myths and Artifacts.In addition to their contributions are the articles of other scholars coming from everywhere, in really high num-ber, of which we published the majority of them, sorted into prevalent themes (earth, green, water, wood, ar-chitecture, landscape and design).All the interventions result in a framework that - in our opinion - covers the questions posed by this call. If onthe one hand the new architecture projects were missing, on the other hand interesting contributions on the his-tory and criticism of contemporary architecture, but also modern, on nature, materials, landscape and restorationof the work of art, on geomorphism, environmental design, technology and design. Some concepts are evidentwhich seem appropriate to report here: firstly, that nature is always assumed as a reference model for the archi-tectural project; secondly, that the materials used come directly or indirectly from nature; thirdly, that more andmore adaptivity of biological and animal nature in the architectural project is tried to be used, which is detectedby biologists and botanists.In this sense, we should read the contributions on architectures of animal and plant nature, designed in a con-scious, interactive and adaptive way, and those on responsive envelopes, i.e. capable of providing services inresponse to the people present in a given environment, to climate changes and to particular environmental vari-ations. One wonders: does architecture continue to exist as an artistic practice? Is it art that goes inexorablydisappearing in the shadow of the so-called archistar? Which languages, forms and expressions can derivefrom the innovation of processes, materials and products, in response to the current needs of a simultaneouseconomic, social and environmental sustainability? Is the education and teaching system in the Schools of Ar-chitecture adequate for the various contexts, given the social, political, cultural, economic (and even moral)status, in which we find ourselves? Is University able to communicate effectively and correctly to the citizensof tomorrow? Finally, starting to Industry 4.0 or better to Building 4.0, the rules and procedures related to theproject are appropriate and correct or constitute oppressive and malefic constraints?

EDITORIAL by Alberto Sposito

AGATHÓNInternational Journal of Architecture Art and Design

ISSUES for year: 2

ISSN 2464-9309 (stampa)ISSN 2532-683X (online)

Registrazione n. 12/2017 del 13/07/2017 presso la Can-celleria del Tribunale di Palermo

AGATHÓN Journal adotta il sistema di revisione del dou-ble-blind peer review con due Revisori che, in forma ano-nima, valutano l’articolo di uno o più Autori The AGATHÓN Journal previews a double-blind peer re-view by two Referees under anonymous shape of the papersent by one or more Authors

Editorial Officec/o DEMETRA CE.RI.MED.Via Alloro n. 3 - 90133 PalermoE-mail: redazione@agathon.it

PromoterCentro Documentazione e Ricerhe Euro-Mediterranee(DEMETRA CE.RI.MED.)

PublisherPalermo University PressViale delle Scienze (Ed. 16) - 90128 PalermoE-mail: info@newdigitalfrontiers.com

Finito di stampare nel Dicembre 2017Printed in December 2017 c/o FOTOGRAPH s.r.l.viale delle Alpi n. 59 - 90144 Palermo

© Alberto Sposito

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Tra i materiali che la natura ci offre, l’ac-qua da sempre è strettamente correlataall’uomo, guidandone le scelte nei pro-

cessi insediativi e produttivi, le attività di modificadel paesaggio e dell’ambiente, in un rapporto, sindalle origini, mirato a governare problemi di sus-sistenza e di regolazione, attraverso una continuarimodellazione del confine acqua / terra. Indispen-sabile per le diverse forme di vita, l’acqua haassunto svariati significati simbolici, stimolando lediverse espressioni artistiche, da quella letteraria aquella pittorica, da quella scultorea a quella archi-tettonica. Il rapporto tra l’acqua e l’architettura siè da sempre caratterizzato con molte forme, fun-zioni, sistemi, talvolta con fallimenti e altre voltecon successi; per non andare lontano nel tempobasterà ricordare i grandi maestri del secolo scorsoche nella loro ricerca operativa sulle unità residen-ziali hanno impiegato l’acqua talvolta con valoresimbolico altre volte come strumento per unamaggiore integrazione con il paesaggio (Rowe etal., 1997; Weston, 2004; Williamson D.A., 2013).

Ad esempio: Frank Lloyd Wright, rompendoschemi, geometrie e volumi tradizionali, integranella Fallingwater (1935-37) l’architettura con ilpaesaggio, rendendo l’acqua parte integrante dellacostruzione (Fig. 1); nella Casa Kaufmann (1946),Richard Neutra utilizza la piscina per mediarel’impatto con l’arido paesaggio (Fig. 2); Mies Vander Rohe realizza la Farnsworth House (1951) sudi un piano rialzato per risolvere il problema degliallagamenti continui del terreno (Fig. 3); OscarNiemeyer nella Casa de Canoas (1953) a Rio deJaneiro, propone curve libere e forme sinuoseattraverso una perfetta combinazione di vetro,cemento, vegetazione, roccia e acqua (Fig. 4).

AbSTRACT - All’interno di una prassi architettonica sem-pre più consolidata che mira alla sostenibilità ambientalee all’autosufficienza energetica, l’articolo riporta ricer-che e sperimentazioni condotte in ambito internazionalesul tema acqua-architettura, evidenziando come, parten-do dall’ottima capacità del fluido di termoregolare gliambienti confinati, si possa arrivare a considerare l’ac-qua anche un materiale componente dell’architettura.

Within an increasingly consolidated architecturalpractice aiming at environmental sustainability andenergy self-sufficiency, the article reports internationalresearch and experiments carried out on water-architec-ture. Furthermore, it highlights how, starting from theexcellent capacity of the fluid to heat and cool its sur-rounding space, we can think to water as a materialcomponent of architecture.

KeyWoRdS: Acqua, architettura, innovazione, strutturaadattiva, componenti multifunzionali.

Water, architecture, innovation, trans-structure,multifunctional elements.

Cesare Sposito*

Fig. 1 - Frank Lloyd Wright, Casa Kaufmann, nota comeFallingwater, in Pennsylvania (1935-37).

Anche gli artisti sono attratti dalla possibilità diutilizzare l’acqua nelle proprie opere: esempi sonole recenti macro-installazioni di Olafur Eliasson, ilWaterfall (2008) a New York, cascata artificialelungo l’East Side e il Ponte di Brooklyn, costituitada un’impalcatura di acciaio da cui viene giù l’ac-qua (Fig. 5), e di Christo e Jeanne-Claude, leFloating Piers (2016), realizzate con passarelle dipolietilene sulla sponda bresciana del Lago d’Iseo,che consentivano ai visitatori di camminare appe-na sopra la superficie dell’acqua (Fig. 6). Tuttiesempi molto noti. Ma negli ultimi vent’anninuove ricerche operative e sperimentazioni hannodeterminato interessi e sviluppi di cui si vuole quirendicontare per poi concludere con alcune consi-derazioni sul ruolo che l’acqua può assumere, inun prossimo futturo, nell’architettura.

Prime sperimentazioni sull’integrazione tra acquae architettura - Già negli anni ‘80 le Archistar ini-ziano a percorrere una nuova strada, quella checonduce alla smaterializzazione dell’architettura,attraverso l’uso di volumi trasparenti in vetro. Lateorizzata blurring architecture (architettura dailimiti diffusi) di Toyo Ito, con il supporto della tec-nologia e un’approfondita ricerca sui materiali,produce architetture libere dalla propria materia-lità e riconducibili a quella ‘fragilità’ che solita-mente caratterizza le installazioni temporanee(Figg. 7-9): per Ito, la rappresentazione di uno spa-zio fluido è la riduzione estrema della sua strutturasecondo il motto less is more di Mies Van DerRohe. La ricercata evanescenza della materia trovapoi nuove ‘forme espressive’ attraverso l’uso delmateriale più naturale e antico che esista, l’acqua.Seppur oggetto di attenzione e sperimentazione per

AGATHÓN 02 | 2017 - International Journal of Architecture, Art and Design | 117-126ISSN: 2464-9309 (stampa) - ISSN: 2532-683X (online) - DOI 10.19229/2464-9309/2162017

COSTRUIRE CON L’ACQUA: NUOVI PARADIGMIDELL’ARCHITETTURA SOSTENIBILE

BUILDING WITH WATER: NEW STANDARDS

OF SUSTAINABLE ARCHITECTURE

Fig. 2 - Richard Neutra, Casa Kaufmann a Palm Springs,in California (1946).

Fig. 3 - Mies Van der Rohe, Casa Farnsworth a Plano inTexas (1951).

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le sue valenze ambientali, l’acqua in quegli anni èancora scarsamente integrata al progetto architetto-nico vero e proprio e la funzione di ‘materialecostruttivo’ è più percepita che reale. In tal senso,le poche applicazioni sono da ricondurre a un filo-ne di ricerca fisico-tecnica il quale, con l’ausilio diinnovativi sistemi idraulici e informatici, crea dellequinte con un valore simbolico, narrativo o sceno-grafico, affrontando contestualmente questioniambientali e microclimatiche. Schiaffonati rilevacome negli ultimi anni l’acqua tenda a svolgere «ilruolo di paradigma rappresentativo di nuove formee modalità d’intervento sul costruito» e come su diessa si punti per caratterizzare il progetto architet-tonico, ambientale e paesaggistico (Schiaffonati,Mussinelli, 2008), nei suoi tre stati gassoso, liquidoe solido (Ruban, 2014). Di seguito tre interventiparticolarmente significativi.

Il primo, definito dai progettisti come ‘un’ar-chitettura dell’atmosfera’, che conforma uno ‘spa-zio in bassa definizione’, è il blur building: unpadiglione temporaneo realizzato nel 2002 sulLago di Neuchatêl in Svizzera su progetto delloStudio Diller Scofidio +Renfro in occasione dellaNational Exibition. La struttura in acciaio è avvol-ta da una nuvola artificiale realizzata con acquanebulizzata, prelevata direttamente dal lago, otte-nuta tramite un complesso sistema idraulico dipompe, filtri e ugelli gestiti da un sistema informa-tico e di sensori, che ne calibra la pressione in basea parametri atmosferici, rilevati in tempo reale,quali direzione e velocità del vento, pressioneatmosferica, umidità e temperatura dell’aria (Fig.10). L’obiettivo dei progettisti, pienamente rag-giunto, è stato quello di generare una surrealeesperienza dapprima visiva, a distanza, poi senso-riale, all’interno, rendendo la percezione degliutenti indistinta e sfocata, blur appunto. Le tecno-logie impiegate non sono strettamente funzionalial manufatto, ma servono alla realizzazione di un

sistema interattivo in cui gli impermeabili dotati disensori, una volta bagnati, si colorano ed emettonosuoni (Gasperini, 2012).

Il secondo intervento è il digital WaterPavilion, realizzato in occasione dell’Expo 2008 aSaragozza e frutto della collaborazione tra CarloRatti e il MIT; esso ci offre una nuova lettura delcurtain wall, questa volta fluido e dinamico, gene-ratore di spazi flessibili e modulatore di luce,capace di interagire con i suoi fruitori e con ilmicroclima. Su di un’area di 400 m2, si giustap-pongono i due modesti volumi (Info Point e Café),inglobati in un’unica copertura mobile, una sottilelastra ripiena d’acqua, con vuoti di differentidimensioni, due dei quali coincidono con i volumidi servizio (Fig. 11). Dodici pistoni idraulici muo-vono il piano orizzontale annullando lo spaziointerno quando il livello della copertura coincidecon quello del terreno. Il padiglione estremizza ilrapporto tra spazio e struttura, tra pieni e vuoti, trainterno ed esterno; le chiusure verticali si dissol-vono in diaframmi d’acqua, grazie a getti ad altafrequenza controllati digitalmente, consentendosempre diverse conformazioni spaziali. Versionecontemporanea delle architetture futuriste, questopadiglione si caratterizza per la sua capacità dicomunicare: il controllo digitale dei getti d’acqua,all’intradosso della copertura, permette di crearedisegni, texture e scritte nei paramenti d’acqua,veri e propri vuoti a tempo che trasformano conti-nuamente l’opera. Esperienza simile è offerta dal‘Centro di Educazione Ambientale’ Hydropolis diBreslavia, progetto del 2015 a firma di ART FMArchitecture Studio 5 (Fig. 12); anche in questocaso l’utilizzo dell’acqua è relegato a semplicecortina d’acqua digitale, giustapposta a uninvolucro rivestito con lastre di rame forate e

illuminata con led multicolori (Mattei, 2012). Infine il terzo intervento: a differenza dei pre-

cedenti esempi, in cui l’acqua è impiegata neglistati gassoso e liquido come strumento mediaticoed espediente scenografico, negli ICe Hotel l’ac-qua allo stato solido è materiale strutturale, sebbe-ne effimero, e quanto mai legato al tempo mete-reologico e al luogo. Ogni anno, prevalentementenel circolo polare artico, gli hotel prendono corpoattraverso l’impiego di enormi centine in acciaio,che vengono rimosse ogni due giorni non appenale volte di neve divengono autoportanti, relegandoalle colonne di ghiaccio centrali la sola funzione disupporto alla copertura (Fig. 13).

Il Water drum Wall - È un particolare sistema, spe-rimentato dagli anni Quaranta fino ai primi delnostro secolo, che si basa su alcuni principi. Unaparte importante dell’energia primaria totale con-sumata dagli edifici viene utilizzata per il riscalda-mento, il raffrescamento e la ventilazione, chehanno un peso tutt’altro che trascurabile sui costigestionali, sui fabbisogni energetici e sulle emis-sioni di anidride carbonica. Il suo elevato potere dimassa termica consente all’acqua di essere impie-gata nei sistemi solari passivi, prevalentemente inclimi con apprezzabili escursioni termiche tra ilgiorno e la notte. Il drum wall si pone in alternativaalle chiusure in pietra, mattoni o cemento, secondoil funzionamento offerto da un qualunque ‘muro diTrombe’, o in copertura con il roof radiation trap,largamente teorizzato e sperimentato da BaruchGivoni negli anni ‘70 (Haggard et al., 2000).

Il funzionamento del Water drum Wall èalquanto elementare: i raggi del sole, che attraver-sano la superficie vetrata, sono intercettati da unamassa di accumulo di acqua o di altro liquido cheli converte in calore, distribuito per convezioneattraverso l’intercapedine ventilata oltre che perconvezione e radiazione attraverso la sua faccia

Sposito C., AGATHÓN 02 (2017) 117-126

Fig. 4 - oscar Niemeyer, Casa de Canoas a Rio deJaneiro (1953).

Fig. 5 - olafur eliasson, il Waterfall lungo l’east Sidee il Ponte di brooklyn, New york (2008).

Fig. 6 - Christo e Jeanne-Claude, le Floating Piers sullasponda bresciana del Lago d’Iseo (2016).

Fig. 8 - Toyo Ito & Associates, Mediateca a Sendai,Giappone (1995-2000).

Fig. 7 - Jean Nouvel, Fondation Cartier pour l’art con-temporain, Parigi (1994).

Fig. 9 - bernard Tschumi Architects, Glass House aGroningen, olanda (1990).

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interna, al locale servito; il rapporto tra la superfi-cie di scambio termico con l’ambiente interno e lamassa di accumulo determina anche in questo casol’entità del trasferimento termico e il ritardo concui esso avviene. Il trasferimento di calore per viaconvettiva attraverso la massa di liquido è piùrapido che per conduzione entro una muratura;così, a differenza di quanto avviene nella ‘parete diTrombe’, il trasferimento di calore all’ambienteinterno per irraggiamento e convezione dalla fac-cia interna della parete è quasi istantaneo(Simmons, 2011). Pertanto, al fine di controllare imoti convettivi, sono necessari dei controlli cheritardino il trasferimento termico: sul lato internodella parete d’acqua è necessario prevedere unoschermo isolante con aperture in testa e al piededel paramento, mentre sul lato opposto una scher-matura mobile che impedisca il surriscaldamentoo, all’occorrenza, le dispersioni termiche versol’esterno (Emmitt, 2012).

Lungi dal costituire una nuova tecnologia, ilwater drum wall è stato sperimentato per la primavolta alla fine degli anni ‘40 da Hoyt Hottel e daglistudenti del Massachusetts Institute of Technologydi Boston. Nonostante le buone prestazioni riscon-trate e il costo contenuto, il settore delle costruzio-ni si è però rivolto a sistemi solari passivi più one-rosi e spesso meno performanti. Negli anni ‘70alcuni progettisti hanno rinnovato l’interesse per

questa tecnologia: Steve Baer nella propria abita-zione a Corrales, in New Mexico, ha utilizzato 208litri d’acqua in fusti per fornire massa termica conun innovativo progetto solare passivo (Fig. 14);stesso sistema, ma con la variante della parete d’ac-qua interrata, è stato impiegato da John Hammondnella sua fattoria in un nuovo edificio per uffici aWinters e da Marshall Hunt con Virginia Thigpen aDavis, entrambi in California; tutti e due i sistemipassivi oggi sono perfettamente funzionanti dopooltre 30 anni. Anche una coppia di costruttori illu-minati, Mike e Judy Corbett, ha investito nellanuova tecnologia e realizzato, su progetto di JohnHofacre, 220 unità residenziali con grandi murid’acqua all’interno del Village Homes a Davis(Bainbridge, 2007; Corbett J. and M., 2000).

A partire da queste pioneristiche iniziative, altrioperatori hanno fornito un importante contribuito,nel corso degli anni, alla ricerca e alla sperimenta-zione delle ‘pareti d’acqua’(Bainbridge, 1981,2005); tra questi: Tod Neubauer, ingegnere agrico-lo, ha affrontato gli aspetti legati alla sicurezzasismica; Denny Long, per conto della PassiveSolar development ha progettato e costruito diver-se tipologie di serbatoi in acciaio; Wayne e SusanNicols, dopo aver studiato i serbatoi di cemento, hacontribuito allo sviluppo del sistema Heat Wall™che impiega contenitori di vinile con un telaio dialluminio e acciaio inossidabile; Tim Maloney, di

one design, ha testato i sistemi modulari con con-tenitori di plastica e pannelli di lamiera; la SolarApplications e Research Group di Vancouver, inCalifornia, e il Water Wall engineering Group, inOhio, hanno lavorato su sottili tubi di acciaio conrivestimenti in plastica; un gruppo di ingegneridella Kalwall Corporation (ora Solar Compo-nents), parallelamente ad altri tecnici dell’AmesLaboratory, ha brevettato particolari cilindri e pan-nelli traslucidi in fibra di vetro (Fig. 15).

Recenti ricerche sulle pareti d’acqua - In questiultimi tre lustri, all’interno di una prassi architetto-nica sempre più indirizzata verso la sostenibilitàambientale e l’autosufficienza energetica, si risco-pre l’acqua per le sue capacità di termoregolare ilmicroclima in ambienti confinati (Saadatian et al.,2012). In tal senso sono da leggersi le ricerche esperimentazioni avviate da numerosi operatori chemeritano di essere menzionate: sull’ottimizzazio-ne di modelli computerizzati per valutare le qua-lità dell’acqua come accumulatore di energia(Gupta, Tiwari, 2002) e sullo sviluppo di metodo-logie di calcolo per valutarne le prestazioni ener-getiche in relazione alla ISO 13790:2008(E)(Briga-Sáa et al., 2014); sulla sperimentazione,finalizzata a ottimizzare lo spessore delle paretid’acqua per consentire all’ambiente confinato, inregime invernale, di aumentare la temperatura a

Sposito C., AGATHÓN 02 (2017) 117-126

Figg. 10, 11 - diller Scofidio + Renfro, Blur Building, Lago di Neuchatêl, Svizzera (2002); Carlo Ratti e MIT, Digital Water Pavilion, Saragozza, expo 2008 (©Max Tomasinelli).

Figg. 12, 13 - ART FM Architecture Studio 5, Centro di Educazione Ambientale Hydropolis, breslavia (2015); Ice Hotel, Jukkasjärvi, Svezia (2007).

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una velocità maggiore, di raggiungere temperaturecomplessive più elevate e di mantenere alte tempe-rature per un periodo di tempo più lungo (Adamset al., 2010); sulle prestazioni energetiche com-plessive dei manufatti che impiegano pareti d’ac-qua, con miglioramenti riscontrati, in regime esti-vo e invernale, tra il 25 e l’88% (Moustafa, Aripin,2014; Wang et al., 2012; Yang et al., 2011); suimateriali innovativi come le ceramiche porose(Melero et al., 2011), capaci di assorbire significa-tive quantità d’acqua nebulizzata da ugelli, oppor-tunamente collocati all’intradosso dell’apertura, erilasciarla sotto forma di vapore per raffrescarel’ambiente confinato (Fig. 16); sullo studio ditipologie di ombreggiamento, come le venezianein diverse colorazioni, e di controlli per la ventila-zione naturale e forzata (Zhongting et al., 2015).

E infine: sullo sviluppo concettuale di facciatedinamiche a dimorfismo stagionale, denominateTransparent Water Storage envelope (TWSE), peruna migliore stabilità termica in estate e un piùefficace isolamento termico in inverno, con detta-gli tecnici utili ad agevolare le necessarie attivitàdi manutenzione dell’involucro (Liu, Shen, 2007,2008). È da citare anche la review di un gruppo diricercatori cinesi sull’applicazione della ‘parete diTrombe’ nelle costruzioni, che pone l’accento sufondamentali parametri progettuali quali: il para-metro ‘Trombe wall’ (prestazioni delle vetrate,della superficie e dei dispositivi di ombreggiatura,profondità dell’intercapedine, spessore e la strati-ficazione della chiusura interna, sistemi di ventila-zione naturale e/o forzata); il parametro ‘edificio’(inerzia termica e livello di isolamento complessi-vo del manufatto, presenza di altre superfici vetra-te); infine il parametro ‘sito’ (radiazione solare,orientamento, velocità e direzione dei venti), tuttiindicatori riassunti in chiave di energia, sostenibi-lità ambientale e costo (Zhongting et al., 2017).

un nuovo modello concettuale - Le sperimentazionifin qui illustrate sull’integrazione tra acqua e archi-tettura, così come le citate ricerche di natura fisico-tecnica, inducono a immaginare che in un prossimofuturo si possa impiegare l’acqua come materialecostruttivo vero e proprio. Il ‘costruire con l’acqua’potrà rappresentare una nuova frontiera per l’archi-tettura sostenibile, sempre che essa si fondi su di unnuovo modello energetico, capace di valorizzare le

caratteristiche di massa termica e di vettore energe-tico del fluido naturale a impatto zero. La nuovaarchitettura dovrà essere pensata come un organi-smo vivente indipendente dalle reti di distribuzionedell’energia, del tipo ‘adattivo’, energeticamenteautonomo, realizzato con materiali capaci di assol-vere più funzioni e di fornire risposte in tempo realeper il mantenimento del comfort interno.

I due approcci della pratica architettonicasostenibile, il Passivhaus (Fig. 17) e l’ActiveHouse (Fig. 18), non affrontano il tema crucialedell’embodied energy, ovvero della quantità dienergia primaria totale consumata nel corso delciclo di vita del materiale, che comprende l’ener-gia necessaria per l’estrazione delle materie prime,quella per la lavorazione e il trasporto, nonché l’e-nergia periodica per la manutenzione e quella fina-le per lo smaltimento (Cabeza et al., 2013;Hammond, Jones, 2008). Anche, i modelli di valu-tazione del livello di sostenibilità energetica eambientale degli edifici (LEED, BREAM, CASACLIMA,ITACA, DGNB, HQE, CASBEE, ecc.), benché sianovalide ed efficaci guide per la progettazione, tra-scurano il parametro dell’energia ‘grigia’, nonconsentendo il raffronto oggettivo tra progettidiversi; nessuna differenza è evidenziata, ad esem-pio, tra un manufatto che impiega tecnologie tradi-zionali e un altro che presenta una cortina realizza-ta con profilati tagliati al laser altamente energivo-ri. Per poter effettuare un raffronto oggettivopotrebbe essere utile ricondurre tutte le variabilidel progetto (reperibilità e rinnovabilità dellamateria prima, lavorazione e trasporto di materialie componenti edilizi, riscaldamento e raffresca-

mento, ventilazione, consumo, smaltimento, rici-clo, ecc.), collegate e interconnesse le une allealtre, a un’unica unità di misura, quella appuntodell’energia rapportata all’unità di superficie cal-pestabile, esprimibile in MJ/m2.

L’adattabilità del sistema sarà un altro impor-tante requisito per il raggiungimento dell’obiettivo.Una ‘struttura adattiva’ è definibile come una strut-tura che, soggetta a un’azione esterna come uncampo di forze o ad uno stimolo ambientale, ha lacapacità di modificare la propria composizione,forma o funzione per rispondere alle sollecitazioni,mantenendo la stabilità in termini strutturali e/oenergetici e adattandosi ai cambiamenti in modoreversibile (Schnädelbach, 2010). Nel caso di unedificio, i fattori che entrano in gioco sononumerosi; a volte, le sollecitazioni agisconorapidamente e localmente, altre volte intervengonocon tempi più lenti e interessano l’interacostruzione. In enbrambi i casi, la ‘strutturaadattiva’ funziona più efficacemente se il sistemareagisce rapidamente anche al più piccolocambiamento ambientale, poiché nel caso delcomfort termico, anche un cambiamento di 2 o 3 °Cpuò fare la differenza. Oltre alla velocità di risposta,è necessario predeterminare le azioni daintraprendere: ad esempio, un aumento dellatemperatura interna può essere controbilanciato conil raffreddamento, con una massa termica maggiore,o con costosi e complessi sistemi meccanizzati dioscuramento (Figg. 19, 20). Figli della rivoluzioneelettronica e informatica gli smart materials sono lapiù recente espressione di questa intelligenza artifi-ciale; seppur per certi aspetti presentino analogiecon i sistemi biologici e con gli organismi naturali,e favoriscano un buon risparmio energetico e unmiglior comfort termico, la maggior parte deglismart materials si caratterizza per un’emboidedenergy molto elevata (Casini, 2016).

In generale poi, le costruzioni, tanto quelletradizionali quanto quelle più recenti improntate aiprincipi della bioarchitettura, sono realizzate conelementi costruttivi prevalentemente mono-funzionali: ogni compito e / o necessità (funzione)è assolta da un nuovo elemento assemblatonell’insieme. Paradossalmente, per il raggiun-gimento dei requisiti di ‘sostenibilità’ e di‘efficienza energetica’, la prassi ha portato adarchitetture contemporanee con elevato numero di

Fig. 15 - I tubi di stoccaggio termico SuN-LITe® della Solar Components Corporation. Fig. 16 - Il Water drum Wall con contenitori in ceramica porosa (Melero et al., 2011).

Fig. 14 - Steve baer, abitazione con il Water Drum Wall,Corrales, New Mexico (1972).

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elementi costruttivi, aumentando di conseguenzaesponenzialmente la emboidied energy delmanufatto. Una ‘struttura adattiva’ prevede alcontrario l’impiego di pochi ‘materialimultifunzionali’ capaci di produrre reazionirapide, che interessano la totalità del fabbricato; adesempio, un muro d’acqua non dovrà essere solouna barriera o un sostegno, ma all’occorrenzadovrà poter diventare un collettore solare, untermosifone o un condizionatore. Secondo questaprospettiva, i tradizionali principi impiegati nellaprogettazione, quali scelta dell’orientamento erapporto tra superfici opache e trasparenti,diventeranno obsoleti, potendo indifferentementee liberamente realizzare involucri vetrati conesposizione a nord e a sud, equivalenti in terminienergetici e di comfort termico.

L’acqua come materiale per costruire - In questaottica, e come avanzamento, si collocano le ricer-che e le sperimentazioni di Matyas Gutai, condotterispettivamente presso il Dipartimento di Archi-tettura dell’Università di Tokyo e il Labora-toriodi Fisica Termica della Università di Tecno-logiadi Budapest: i risultati sono testimoniati dal bre-vetto del pannello Allwater e nella realizzazionedel prototipo Water House (Gutai, 2013; Figg. 21-24). Il modello messo a punto prevede un involu-cro realizzato con un componente multi-funzionale, che funge da chiusura ma anche daelemento strutturale, da termoregolatore, daisolante, da vettore per la distribuzionedell’energia, grazie alla massa termica fornitadall’acqua. I pannelli sono costituiti da telai deltipo coibentato e strutturale (SIP), e da vetri conintercapedine contenente l’acqua, che forniscemassa e peso strutturali. L’isolamento del telaio,reso necessario dalle stringenti normative europee,è stato applicato in misura minima per proteggerelo strato d’acqua dal congelamento o nel caso diguasto del sistema di riscaldamento. I datisperimentali mostrano risultati più che apprez-zabili, poiché, durante l’anno solare, contemperature esterne comprese tra -15 e +35 °C, lasuperficie intena della chiusura mantiene unatemperatura oscillante tra i +20 e +26 °C, azzeran-do il fabbisogno di energia esterna per il benesseretermoigometrico (Gutai, 2015; Fig. 25). Quando siraggiunge per convezione la temperatura ottimaleinterna, l’energia in eccesso, per essere

all’occorrenza stoccata, viene trasferita (attraversoun circuito bidirezionale riservato al fluido, caldo ofreddo, che scorre dentro i pannelli di chiusura, deipavimenti e dei soffitti) in un serbatoio esterno einterrato, (Figg. 26, 27). Il solo fabbisognoenergetico per la termoregolazione degli ambienticonfinati è dato dall’energia necessaria allamovimentazione dell’acqua nel circuito.

Di equivalente matrice è la Water-branchHouse di Kengo Kuma, architetto e designergiapponese, che nella propria ricerca si è spessoritrovato a indagare su architetture minimali,basate sull’utilizzo di strutture semplici efacilmente assemblabili, che permettessero dicostruire con rapidità un efficace riparo in caso diemergenza (Fig. 28). La Water-branch House,parzialmente esposta al MOMA di New York nel2008 in occasione della mostra Home deliveryFabricating the Modern dwelling, si basasull’utilizzo di contenitori di plastica leggeri, entrocui può scorrere un fluido che permetta ditermoregolare la temperatura dello spazio interno.Il componente, una sorta di mattone costituitodall’unione di cinque cubetti della dimensione di100x100 mm, è assemblabile per incastro: graziealla particolare geometria dell’elemento modulareè possibile comporlo per realizzare pavimenti,chiusure e coperture (Figg. 29, 30). Collegata alriscaldamento e al raffreddamento geotermico,disponibile in quasi tutto il Giappone, la strutturarealizzabile rappresenta la fusione ideale di unnucleo strutturale leggero e di un vettore termico,l’acqua. Anche in questo caso le sollecitazioni ter-miche esterne sono neutralizzate dall’elevatamassa termica dell’acqua e, nel caso in cui ciò nonfosse sufficiente, si prevede di ricorrere all’ausiliodell’energia geotermica. La soluzione proposta daKengo Kuma risulta ancor più innovativa se la sicontestualizza nella realtà energetica delGiappone, dove tutti i centri urbani dell’arcipelagodipendono dai servizi centralizzati di Tokyo.

Conclusioni e sviluppi futuri - All’interno di unaprassi progettuale che oggi si caratterizza semprepiù per l’attenzione ai materiali naturali e cheimpiega soluzioni tecnologiche di tipo sostenibile,anche se non sempre passive, l’acqua può giocareun importante ruolo integrando nuove funzioni aquelle fino ad oggi svolte. Materiale naturale ericiclabile all’infinito, di facile reperibilità in situ,

dalle elevate performance termo-igrometriche,ottimo vettore energetico con un’operationalenergy molto bassa e un emboided energy pari azero, l’acqua può assumere, alla luce delle speri-mentazioni architettoniche e delle ricerche di natu-ra fisico-tecnica citate, il ruolo di nuovo paradig-ma rappresentativo e ‘costruttivo’ per l’architettu-ra. Per fare ciò occorrerà approfondire alcune que-stioni su diverse tematiche: in relazione alle que-stioni ambientali, occorrerà definire un nuovomodello energetico, di tipo ‘adattivo’, che fondi ilprogetto sulle peculiarità fisiche e termo-dinami-che dell’acqua e, in ragione della sua elevata capa-cità di accumulo di energia, che sia in grado digarantire da un lato l’autosufficienza energeticaalle necessità di riscaldamento e raffrescamentodel singolo manufatto, dall’altro il trasferimentodell’energia in eccesso a funzioni ed edifici pub-blici limitrofi e più energivori, attraverso un siste-ma di stoccaggio del calore e di reti.

In relazione alle questioni tecnologiche, inve-ce, altre linee di ricerca possono sicuramenteriguardare l’ideazione e lo sviluppo di nuovi mate-riali e di componenti edilizi: per i primi, l’ingegne-ria dei materiali e la biologia sintetica potrannofavorire lo sviluppo di materiali più sostenibili, piùresistenti, opachi, trasparenti e isolanti, e con unabassa emboided energy; per i componenti dell’in-volucro d’acqua bisognerà avviare la ricerca suirequisiti di ‘multifunzionalità’, riducendone alminimo il numero di elementi tecnici, di durabilitàe di tenuta, messe a dura prova dalla presenzadell’acqua all’interno, valutando contestualmentele performance complessive del sistema in rispo-sta alle sollecitazioni esterne, meccaniche e termi-che. Inoltre, poiché i nuovi componenti multifun-zionali caratterizzeranno le future architetture conla propria forma, dimensione e sezione, sarànecessario approfondire sistemi di fabbricazione,tra cui ad esempio quello del digital manufactu-ring, che consentano, in relazione alle singole esi-genze dei progettisti, una personalizzazione deicomponenti, una varietà linguistica e formale, ade-guata al contesto dell’intervento.

In conclusione, per l’utilizzo dell’acqua comemateriale da costruzione certamente la strada èancora lunga ma, grazie alle sperimentazioni e allericerche citate, sembra che sia stata ‘fluidamente’tracciata; ma resta ancora da capire quanto questetecnologie, prodotti e materiali possono innovare,

Figg. 17, 18 - Multipod Studio, PopUp House, Passivehaus (2013); Planho Architects e onyx Solar, Genyo Building - building Integrated Photovoltaics (bIPV), Granada (2008).

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the water comes down (Fig. 5); and Christo andJeanne-Claude’s Floating Piers (2016) macro in-stallation made with polyethylene walkways atLake Iseo near brescia, which allowed visitors towalk just above the surface of water (Fig. 6). Thoseare some famous examples. but in the last twentyyears, new operational research and experimenta-tion have determined interests and development ofwhich we will deal with in the paper, to concludewith some considerations on the role that watermight have in the near future of architecture.

First experiments on integration between waterand architecture - Already in the 1980s, the Archi-star went down a new path leading to the dema-terialisation of architecture, through the use oftransparent glass volumes. The blurring architec-ture theorised by Toyo Ito, with the support oftechnology and an in-depth research of mate-rials, generates architectures free from their ownmateriality and can be traced back to that fragili-ty that usually characterises temporary installa-tions (Figg. 7-9). According to Ito, the represen-tation of a fluid space is achieved with theextreme reduction of its structure following ofMies Van der Rohe motto: less is more. Theresearched fading of matter has new forms ofexpression through the use of the most naturaland ancient material: water. even though waterattracted consideration and experiments for itsenvironmental value, it still is hardly integratedto the architectural project and its role of build-ing material is more ideal than real.

In this respect, the few attempts areattributable to a strand of physical-technicalresearch which, thanks to innovative hydraulicand technological systems, creates scenes with asymbolic, narrative or scenographic value, whilesimultaneously addressing environmental andmicro-climatic issues. Schiaffonati ramarked howin recent years water has played «the role of re-presentative paradigm of new forms and interven-tion modalities in the buildings» and that we count

on it to characterise the environmental, architec-tural and landscape project (Schiaffonati, Mus-sinelli, 2008), in its three states gaseous, liquidand solid (Ruban, 2014). The following threeinterventions are particularly significant.

The first project was defined by the designersas an architecture of the atmosphere, which shapesa low-definition space, is the Blur Building: a tem-porary pavilion built in 2002 on Lake Neuchatel inSwitzerland designed by diller Scofidio + Renfroon the occasion of the National exhibition. Thesteel structure is surrounded by an artificial cloudmade of sprayed water, taken directly from thelake, obtained through a complex hydraulic sy-stem of pumps, filters and nozzles run by an IT sy-stem and sensors. The sensors regulate the pres-sure according to atmospheric parameters,detected in real time, such as wind direction andspeed, atmospheric pressure, humidity and airtemperature (Fig. 10). The goal of the designers,fully achieved, was to generate a surreal experience,first visual at a distance, then sensory on theinside, making the user perception blurred andout of focus, from which the term blur. The tech-nologies used are not strictly functional to thebuilding, but create an interactive system in whichthe raincoats with sensors, once wet, colour andemit sounds (Gasperini, 2012).

The second project is the Digital WaterPavilion, created for expo 2008 in Zaragoza andis the result of the collaboration between CarloRatti and MIT. It offers us a new reading of thecurtain wall, this time fluid and dynamic, createsflexible spaces and with light modulators, is ableto interact with its users and the microclimate. Inan area of 400 m2, the two small boxes (Info Pointand Café) are juxtaposed, incorporated in a singlemobile roofing, a thin slab filled with water, withvoids of different sizes, two of which coincide withthe service boxes (Fig. 11). Twelve hydraulicpistons shift the horizontal surface, removing theinternal space when the level of the roofing corre-sponds with that of the ground. The pavilion takes

e fino a che punto, il linguaggio architettonico.

eNGLISHAmong the materials that nature offers us, waterhas always been closely linked to man, driving hischoices in settlement and production processes, hisactivities of changing the landscape and the envi-ronment. The water-man relationship, focusedsince its start on managing subsistence and regula-tion problems, through a continual remodelling ofthe water-land line. Water is essential for the dif-ferent life forms, and has taken on various symbo-lic meanings, stimulating different artistic expres-sions,  from literature to painting, from sculpture toarchitecture. The relationship between water andarchitecture has always been characterised by ma-ny forms, functions, systems, sometimes by failuresand others by with successes. To stay close to ourtimes, we should only mention the great masters ofthe last century who, in their operational researchon housing units, used water with a symbolic valueor as an instrument for a better integration with thelandscape (Rowe et al., 1997; Weston, 2004;Williamson d.A., 2013).

For instance: Frank Lloyd Wright, breakingtraditional patterns, geometry and volumes, inte-grates architecture with the landscape inFallingwater (1935-37), fully assimilating water inthe building (Fig. 1); in the Kaufmann House(1946), Richard Neutra used the pool to mediatethe impact with the arid landscape (Fig. 2); MiesVan der Rohe realised the Farnsworth House(1951) on a mezzanine to solve the continual flood-ing problem (Fig. 3); oscar Niemeyer with theCasa de Canoas (1953) in Rio de Janeiro, offeredfree curves and sinuous shapes through a perfectcombination of glass, concrete, vegetation, rocksand water (Fig. 4). even artists are attracted to thepossibility of using water in their works, as: therecent macro installation of olafur eliasson,Waterfall (2008) in New york, an artificial water-fall located in the east River, and the brooklynbridge, consisting of a steel scaffolding from which

Figg. 19, 20 - Aedas Architects e ARuP, Al-Bahar Towers, Abu dhabi (2012); Jean Nouvel, Architecture-Studio, Pierre Soria e Gilbert Lezenes, Istituto per il mondo arabo, Parigi (1987).

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to the extremes the relationship between spaceand structure, full and empty, inside and outside;vertical partitions dissolve in diaphragms ofwater, thanks to digitally controlled high-frequen-cy jets, always allowing different spatial configu-rations. This pavilion was a contemporary ver-sion of the futurist architecture, characterised byits communication ability: the digital control ofthe water jets and the intrados of the roofing per-mit to create drawings, textures and write in thewater curtains, real timed voids that keep chang-ing the work. A similar experience is offered bythe Hydrocolis Environmental Education Centrein breslavia, project designed in 2005 by ART FMArchitecture Studio 5 (Fig. 12); also in this casethe use of wa-ter is relegated to a simple digitalwater curtain, juxtaposed with a casing coveredwith perforated copper sheets illuminated withmulticoloured LED (Mattei, 2012).

Finally, the third intervention: unlike the pre-vious examples, in which water is used in gas andliquid states as a media tool and scenographicexpedient, in the ICE Hotel solid water is a struc-tural material, although ephemeral, and never

bound to the weather or the place. every year,mainly in the Arctic Circle, hotels are createdthanks to huge steel entrings, which are removedevery two days as soon as the snow vaults becomeself-supporting, and the central ice columns turnsinto the only support for the roofing (Fig. 13).

The Water Drum Wall -  Is a particular system, ex-perimented from the 1940s to the early twenty-firstcentury based on some principles. An importantpart of total primary energy consumed by build-ings is used for heating, cooling and ventilation,which have a considerable impact on managementcosts, energy demand and carbon dioxide emis-sions. Its high thermal mass allows water to beused in passive solar systems, mainly in climateswith a significant thermal excursion between dayand night. The Drum Wall is an alternative tostone, brick or concrete partitions, according tothe operating system of any Drum Wall, or it canbe a roof with the roof radiation trap, widely theo-rised and experimented by baruch Givoni in the1970s (Haggard et al., 2000).

The Water Drum Wall works in a rather ele-mentary way: the rays of the sun crossing the glasssurface are intercepted by a mass of water or otherliquid that converts them into heat, distributed byconvection or radiation from its ventilated cavityto the served room, through the wall’s internalface. The relationship between the heat exchangesurface with the indoor environment and the sto-rage mass also determinates the extent of the ther-mal transfer and its delay. Convective heat trans-fer through a liquid mass is faster than by conduc-tion within a wall. Therefore, unlike what happensin the Drum Wall, the heat transfer to the indoorenvironment by radiation and convection from theinner face of the wall is almost instant (Simmons,2011). Therefore, in order to control convectivemotions, controls delaying heat transfer should beinstalled: on the inside of the water wall it is nece-ssary an insulating screen with openings at its topand base, while on the opposite side a mobile insu-lating screen that prevents overheating or, if nece-ssary, outward heat loss (emmitt, 2012).

Far from being a new technology, the waterdrum wall was first tested in the late 1940s by HoytHottel and the students of the Massachusetts Insti-tute of Technology in boston. despite its good per-formance and low cost, the building sector hasturned to more expensive and often less performingpassive solar systems. In the 1970s some designershad renewed interest in this technology: Steve baerin his home in Corrales, New Mexico, used 208litres of water in drums to provide thermal masswith an innovative passive solar design (Fig. 14).The same system was used, but with the variant ofthe underground water wall, by John Hammond onhis farm, in a new office building in Winters and byMarshall Hunt and Virginia Thigpen in davis, bothin California. both passive systems are still fullyfunctional after more than 30 years. Also a coupleof enlightened builders, Mike and Judy Corbett,invested in new technology and built 220 residen-tial units with large water walls inside the VillageHomes in davis, designed by John Hofacre(bainbridge, 2007; Corbett J. and M., 2000).

Starting from these pioneering initiatives,over the years, many have provided an importantcontribution to research and experimentation ofthe water walls (bainbridge, 1981, 2005), includ-

ing: Tom Neubauer an agricultural engineer whodealt with the seismic safety aspects; denny Longdesigned and built for the Passive SolarDevelopment different types of steel tanks; Wayneand Susan Nicols, after studying cement tanks,contributed to the development of the Heat Wall™system that employs vinyl containers with an alu-minium and stainless steel frame; Tim Maloney, ofOne Design, has tested modular systems withplastic containers and metal sheets; SolarApplica-tions and Research Group of Vancouver,California, and the Water Wall EngineeringGroup, in ohio, have worked on thin steel pipeswith plastic coatings; a group of engineers fromKalwall Corporation (now Solar Components),together with other technicians of the AmesLaboratory, patented special cylinders and trans-lucent fibreglass panels (Fig. 15).

Recent research on the Water Walls - In the last fif-teen years, within an architectural practiceincreasingly aiming to environmental sustainabil-ity and energetic self-sufficiency water was redis-covered for its ability to heat and cool the micro-climate of enclosed spaces (Saadatian et al.,2012). The research and experiments initiated bymany professionals that deserve to be mentionedand read: on the optimisation of computer modelsto evaluate the qualities of water as an energyaccumulator (Gupta, Tiwari, 2002) and on thedevelopment of calculation methods to evaluate itsenergy performance in relation to ISo 13790: 2008

Figg. 21, 22 - Matyas Gutai, prototipo della Water-Houserealizzato nel 2014 a Kecskemet, ungheria (©AFP).

Fig. 23 - Water-House: i componenti e l’impianto dicircolazione dell’acqua (Gutai, 2015).

Fig. 24 - Water-House: pannello di chiusura trasparentecon acqua all’interno del vetrocamera.

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(e) (brig-Sáa et al., 2014); on experimentation,aiming to optimise the water wall thickness toallow the indoor environment, in winter to increasethe temperature at a higher speed, to reach higheroverall temperatures and to maintain high tem-peratures for more time (Adams et al., 2010); onthe overall energetic performances of the buildingsthat use water walls, with improvements between25 and 88%, in summer and winter (Moustafa,Aripin, 2014; Wang et al., 2012; yang et al., 2011);on innovative materials such as porous ceramics(Melero et al., 2011), that can absorb significantquantities of water sprayed by nozzles, appropriate-ly placed at the opening intrados, and release it asa steam to cool the indoor space (Fig. 16); in thestudy of shading typologies, such as Venetianblinds in different colours, and of natural andforced ventilation controls (Zhongting et al., 2015).

Finally: on the conceptual development ofdynamic facades with seasonal dimorphism, calledTransparent Water Storage Envelope (TWSe), forbetter thermal stability in summer and more effec-tive thermal insulation in winter, with technicaldetails useful to facilitate the necessary mainte-nance of the casing (Liu, Shen, 2007, 2008). Weshould mention the review by a group of Chineseresearchers on the Drum Wall in buildings, whichemphasises fundamental design parameters suchas: the parameter Drum Wall (performance ofwindows, surface and shading devices, depth ofthe space between walls, thickness and stratifica-tion of the internal partition, natural or forcedventilation systems); the parameter building(thermal inertia and total insulation level of thebuilding, presence of other glass panels); finally,the position parameter (solar radiation, orienta-tion, speed and wind direction). All indicatorsare summarised in terms of energy, environmen-

tal sustainability and cost (Zhongting et al., 2017).

A new conceptual model - The experimentsdescribed above on the integration of water inarchitecture, as well as the physical-technicalresearch, could make us think that in the nearfuture we will able to use water as building mate-rial. Build with water, will represent a new fron-tier for sustainable architecture, provided that it isbased on a new energy model, able to enhance thethermal mass and energy medium of the naturalgreen fluid characteristics. The new architecturemust be conceived as a living organism indepen-dent from the energy distribution networks, as atrans-structure, energetically self-sufficient, madeof multitasking materials, capable of real-timeresponses for preserving the indoor comfort.

The two approaches of the sustainable archi-tectonic practice, Passivhaus (Fig. 17) and ActiveHouse (Fig. 18), do not deal with the critical sub-ject of embodied energy: the total amount of pri-mary energy consumed in the life cycle of thematerial, which includes the energy needed for theextraction, processing and transport of raw mate-rials, periodic energy for maintenance and finalenergy for disposal (Cabeza et al., 2013; Ham-mond, Jones, 2008). Also, the energetic and envi-ronmental sustainability assessment methods forbuildings (Leed, bReAM, CASACLIMA, ITACA, dGNb,Hqe, CASbee, etc.), although valid and effectivedesign guides, neglect the embedded energy, notallowing an objective comparison between differ-ent projects. No difference is highlighted, forexample, between a building made with traditionaltechnologies and with laser-cut curtain wall pro-files with immense energy demand. In order tomake an objective comparison could be usefultracing all the variables of the project (availability

and sustainability of raw materials, processingand transportation of building materials and com-ponents, heating and cooling, ventilation, con-sumption, disposal, recycling, etc.), connected andinterconnected to a single unit of measurement:the energy related to the unit of square footage,expressed in MJ/m2.

The versatility of the system is another impor-tant requirement to reach the objective. A Trans-structure can be defined as a structure that, subjectto an external action such as a force field or anenvironmental stimulus, can change its composi-tion, shape or function to respond to stress, main-taining its structural and/or energetic stability andreversibly adapting to changes (Schnädelbach,2010). In case of a building, several factors haveto be considered, changes may occur rapidly andbe concentrated in some cases; while they can beslower and affect the whole building in others.either way, trans-structure can work effectively ifthe system generates rapid responses even forsmall changes in the environment. because, whenit comes to thermal comfort even change of 2-3degree Celsius can make a difference. In additionto speed in reaction, we need to predeterminewhat measures to implement. For example, anincrease of indoor temperature can be counteractedwith cooling, or more thermal mass and complexmechanised dimming systems (Figg. 19, 20). Thesmart materials, result of the electronic and com-puter revolution, are the most recent expression ofthis artificial intelligence. Although in somerespects, they are similar to biological systemsand natural organisms and favour a good energyefficiency and a better thermal comfort, mostsmart materials are characterised by a very highembodied energy (Casini, 2016).

Generally speaking, the buildings both tradi-tional and more recent are based on the principlesof bio-architecture and are mainly made withmono functional building elements: for each newtask and/or demand (function) a new element isadded to respond. on the contrary, fulfilling therequirements of sustainability and energy efficien-cy only brought additional components in themodern buildings, exponentially increasing itsembodied energy. A Trans-structure uses a fewmultifunctional materials capable of generatingrapid responses, affecting the whole building.For example, a water wall is not only a boundaryor support but, when necessary, also a heat col-lector, a heater or cooler. In this respect, conven-tional elements used in the design like orienta-tion and solid-transparent proportion of facadesbecome obsolete, we could be free to use northand south glass casing, equal in the sense ofenergy and thermal comfort.

Water as a building material - The research andexperiments of Matyas Gutai goes in this sense ofprogress, they were carried on respectively at thedepartment of Architecture at the university ofTokyo and the Thermal Physics Laboratory of theuniversity of Technology in budapest. The resultsare shown by the Allwater panel patent and therealisation of the Water House prototype (Gutai,2013; Figg. 21-24). The developed model providesa casing made of a multifunctional component,which acts as a partition but also as a structuralelement, thermoregulation, insulator, medium forenergy distribution, thanks to the thermal mass

Fig. 23 - Water-House: diagramma di variazione della tempuratura interna in regime estivo e invernale (Gutai, 2013).

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Connected to geothermal heating and cooling,available almost any location in Japan, the hypo-thetical structure is an ideal fusion of lightweightstructural core and thermic medium: water. Alsoin this case, thermic external effects were coun-teracted by the considerable water thermal mass,and in case that proved to be insufficient,geothermal energy would be used. The solutionproposed by Kengo Kuma is even more innovativeif contextualised in the energetic reality of Japan,where all the cities of the archipelago depend onTokyo’s centralised services.

Conclusions and future developments - Within acurrent design practice increasingly charac-terised by the attention to natural materials andthat employs sustainable technological solutions,even though not always passive, water can playan important role in integrating new functions tothe ones currently undertaken. Natural and end-lessly recyclable material, easy to find on site,with high thermo-hygrometric performances,excellent energy medium with very low opera-tional energy and zero embodied energy. Watercan take on the role of a new representative andconstructive paradigm for architecture, on thebasis of the above-mentioned architectural experi-ments and of physical-technical research. To doso, it will be necessary to examine in depth a num-ber of issues on various subjects.

About environmental issues, it will be neces-sary to define a new adaptive energy model, basedon the physical and thermodynamic characteristicsof water and, due to its high energy storage capa-city, able to guarantee, on the one hand, the ener-gy self-sufficiency to the heating and coolingneeds of a building, on the other the transfer ofsurplus energy to neighbouring public buildings

supplied by water. The panels were made withStructure Insu-lated Panels (SIP) and from glasswith a cavity containing water, which providesstructural mass and weight. The insulation of thestructure, necessary because of the strict legisla-tion in europe, was sufficient enough to protectthe water layer from freezing or in case of heatingsystem failure. experimental data shows strikingresults, since, during the calendar year, with out-door temperatures between -15 and + 35 °C, theinternal surface of the partition maintains a tem-perature between +20 and +26 °C, eliminating theexternal energy demand for thermal comfort(Gutai, 2015; Fig. 25). When the optimal indoorstemperature is reached thanks to convection, theenergy surplus, stored when necessary, is trans-ferred (through a two-dimensional water flow, hotor cold, which flows inside the partition panels,floors and ceilings) in an external tank in theground (Figg. 26, 27). The only energy demand forthe thermoregulation of indoor spaces is the ener-gy required to move water around in the circuit.

Similar is the Water-branch House by KengoKuma, a Japanese architect and designer, who inhis research has often investigated minimal archi-tectures, based on the use of simple and easy to setup structures that would allow to quickly build aneffective shelter in case of emergency (Fig. 28).The Water-branch House, partially exhibited at theMoMA, New york, in 2008 for the exhibitionHome Delivery Fabricating the Modern Dwelling,uses light plastic blocks filled with a fluid for theheating/cooling of the indoor space. The compo-nent is like a brick made by the union of five cubesof 100x100 mm, and can be assembled by inter-locking: thanks to the particular geometry of themodular element it is possible to arrange it to createfloors, partitions and roofing (Figg. 29, 30).

with immense energy demand, through a system ofheat storage and networks. About technologicalissues, the creation and development of new mate-rials and building components might concernother lines of research. Material engineering andsynthetic biology might support the developmentor more sustainable, resistant, solid, transparentand insulating materials, with a low embodiedenergy. For the components of the water casing,research on multifunctionality requirementsshould be done, to minimise the number of techni-cal elements, durability and endurance, strainedby the presence of water inside. All of this, donewhile evaluating the overall performance of thesystem in response to external, mechanical andthermal stresses. Moreover, since the new multi-functional components will characterise futurearchitectures with their own shape, size and sec-tion, it will be necessary to deepen manufacturingsystems - among them there is digital manufactur-ing - allowing, according to the individual needs ofdesigners, a personalisation of the components, alinguistic and formal variety, suited to the inter-vention background.

In conclusion, for using water as constructionmaterial there is still a long way to go but, thanksto the experiments and research above mentioned,it seems that it has been fluidly traced. but we stillmust understand if these technologies, productsand materials can innovate the architecturalscore, and to what extent.

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Figg. 26, 27 - Water-House: funzionamento del circuito idrico bidirezionale per il raffrescamento o il riscaldamento dell’interno, rispettivamente in regime estivo e invernale (Gutai, 2015).

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* CeSARe SPoSITo, PHd, è Professore Associatopresso il dARCH, dipartimento di Architettura,Scuola Politecnica, dell’università degli Studi diPalermo, docente del Laboratorio di Costruzionedell’Architettura. I suoi principali campi di ricer-ca sono: i sistemi di protezione per i siti archeolo-gici, il recupero delle aree industriali dismesse, ilsocial housing, i materiali innovativi per l’archi-tettura, le nanotecnologie e il risparmio energeti-co degli edifici. Cell. +39 328/00.89.765. e-mail:cesare.sposito@unipa.it.

Figg. 28-30 - La Water-branch House di Kengo Kuma:unità abitativa in esposizione al MoMA (2008); compo-nente modulare; sezione e diagramma energetico in regi-me estivo e invernale (Gutai, 2015).

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Finito di stampare nel Dicembre 2017 presso FOTOGRAPH s.r.l.

viale delle Alpi n. 59, Palermo.