01/06/11 Ottobre 2007 1

Lez.17Analisi del Contesto ambientale e dati climatici

UNIVERSITA’DEGLI STUDI MEDITERRANEA DI REGGIO CALABRIA CdL SCBAACorso di Storia e Conservazione dei Beni Architettonici e Ambientali-Classe L-43

DASTECDipartimento "Arte Scienza e Tecnica del Costruire"Anno Accademico 2010-2011

Materiali tradizionali dell’architettura e del risparmio energetico (8 cfu)

Docente: Cherubina Modaffari

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Indice

IntroduzioneClimatologiaMeteorologiaMorfologiaProgettazione bioclimaticaProgetti

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Introduzione

I fattori climatici rivestono, un ruolo determinante nella definizione dei criteri progettuali.Per il raggiungimento:

del controllo energetico del benessere termoigrometrico, nell’ambiente costruito

Gli eventi climatici devono riferirsi ad una scala spaziale: la scala climatica più utilizzata, suddivisa in :

macroclima, mesoclima, clima localemicroclima

definisce aree di dimensioni diverse e zone climaticheomogenee.

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Quelle che interessano la progettazione del controllo energetico e del benessere termoigrometrico dell’ambiente costruito sono quelle del clima locale e del microclima.

Il progettista deve definire attraverso l’analisi dei dati climatici disponibili le caratteristiche microclimatiche del sito: – per conoscere sia i fattori climatici che realmente

sollecitano l’organismo edilizio da progettare

– sia per comprendere i fenomeni che determinano un microclima, in modo tale da individuare strumenti correttivi d’intervento.

Introduzione

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L’analisi dei dati climatici è riconducibile a due momenti che tendono a stabilire le specificità del sito:

– si effettua un’indagine che copre l’intero anno finalizzata a definire i periodi sottoriscaldati, quelli surriscaldati e quelli che presentano situazioni di benessere;

– si individuano eventuali differenze microclimatiche tra il sito in esame e la localitàsede della stazione di rilevamento-dati.

Il microclima e l’analisi del sito

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Occorre, valutare l’influenza :

dell’orografia e topografia del luogo;

dell’eventuale presenza di corpi d’acqua, di boschi e parchi;

della copertura del suolo;

nonché delle modifiche apportate all’ambiente dall’inurbamento, qualora il progetto si collochi in un contesto ad alta densità insediativa.

Il microclima e l’analisi del sito

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All’analisi delle condizioni climatiche di base, segue, un’analisi ragionata di tutte le variabili climatiche, a cui deve seguire la scelta dei dati climatici specifici per la località sede dell’intervento.

Per il periodo invernale si considerano, relativamente al mese più freddo: – Temperatura giornaliera– Umidità relativa media– Radiazione solare media giornaliera– Soleggiamento medio– Direzione prevalente del vento e la sua velocità media.

Il microclima e l’analisi del sito

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Analogamente si procederà per definire le caratteristiche climatiche del periodo estivo, facendo riferimento al mese più caldo.

– per l’estate è necessario stabilire la temperatura mediaradiante attraverso un’analisi dell’intensità della radiazione solare e della geometria dell’area considerata (presenza di ostacoli, pareti verticali), unita ad una valutazione delle caratteristiche dei materiali.

Oltre ai dati specifici che definiscono il benessere termoigrometrico della progettazione di spazi aperti, occorrerà anche analizzare le precipitazioni per tutto il periodo inverno-autunno e primavera-estate.

Il microclima e l’analisi del sito

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Si può definire clima, la media delle condizioni meteorologiche di una località, di una regione o di un intero continente, effettuata per un periodo di tempo sufficiente ad evidenziare condizioni di tendenza stabili delle variabili atmosferiche.

Il territorio nazionale è suddiviso, in funzione dei gradi giorno, in sei zone climatiche:

– Zona A comuni che presentano meno di 600 gradi- giorno– Zona B comuni che presentano 600-900 gradi-giorno– Zona C comuni che presentano 900-1400 gradi-giorno– Zona D comuni che presentano 1400-2100 gradi-giorno– Zona E comuni che presentano 2100-3000 gradi-giorno– Zona F comuni che presentano più di 3000 gradi-giorno

CLIMATOLOGIA

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Per il calcolo dei gradi giorno in Italia si assume una temperatura interna di riferimento di 19°C per tener conto degli apporti gratuiti di calore all’edificio.

La temperatura esterna media giornaliera è determinata per ogni giorno con la media dei seguenti quattro valori di temperatura:temperatura massima giornaliera; temperatura minima giornaliera; temperatura alle ore 8 e alle 19.

La sommatoria delle differenze tra temperatura interna di riferimento e temperatura esterna giornaliera è estesa ad un periodo pari alla durata convenzionale del periodo di riscaldamento.

In Italia tale periodo corrisponde ai giorni in cui la temperatura media esterna risulta inferiore ai 12°C.

Il valore dei gradi giorni scaturisce dalla sommatoria suindicata.

CLIMATOLOGIA

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CLIMATOLOGIA

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Alcune classificazioni climatiche prevedono la distinzione di tre tipi di clima:

– climi freddi, (4500 gradi-giorno) caratterizzati dalla mancanza di calore per la totalità o per la maggior parte dell’anno;

– climi temperati, (3500 gradi-giorno) con temperatura media mensile del mese più freddo fino a meno 15 °;

– climi caldi (1800 gradi-giorno) secchi, con elevata temperatura ed elevato irraggiamento solare; climi caldi umidi, con elevato indice di umidità.

CLIMATOLOGIA

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– Il microclima di un sito dipende: • dall’altitudine, • dall’esposizione al sole e ai venti, • dalla vegetazione, • dai corpi d’acqua di superficie.

– Il microclima di un sito può essere modificato tramite, l’impianto di alberi e di siepi frangivento e la creazione di specchi d’acqua la cui evaporazione ha un effetto raffrescante.

– Un fattore che influisce molto sul microclima è l’insolazione del luogoin base alla sua esposizione.

– I maggiori apporti solari li hanno i versanti che declinano in direzioni comprese tra sud-est e sud-ovest, in quanto questo orientamento garantisce elevati apporti di energia solare e consente una buona illuminazione naturale degli ambienti.

CLIMATOLOGIA

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I parametri climatici sono particolari elaborazioni convenzionali dei Dati meteorologici. Questi consentono di conoscere la situazione climatica di una zona. I principali parametri climatici sono:

Gradi giorno: sommatoria, estesa all’arco di un anno o di un mese, delle differenze tra la temperatura esterna (media giornaliera) e la temperatura ottimale per l’interno degli ambienti abitati; vengono espressi in gradi centigradi.

Anno tipo: è un anno costruito con dati meteorologici tali da rappresentare un periodo di tempo più lungo; è un anno convenzionale che riassume un periodo di 15-20 anni ed ècostituito dai valori orari giornalieri di: temperatura dell’aria, umidità relativa, intensità del vento, radiazione globale, soleggiamento.

Giorno medio mensile: è un giorno fittizio costituito dalla media dei valori, per ogni ora di ogni mese, di: temperatura, irraggiamento solare, umidità velocità del vento

CLIMATOLOGIA

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MeteorologiaE’ LO STUDIO DEI FENOMENI METEOROLOGICI COSTITUENTI IL CLIMA:

TEMPERATURA DELL’ARIA: è il livello termico dell’atmosfera in un punto e in un determinato momento (°C)

PRECIPITAZIONI: sono tutte le forme di acqua atmosferica che raggiungono la superficie terrestre, sia allo stato liquido che solido

PRESSIONE ATMOSFERICA: è il peso di tutta l’aria situata in un cilindro ad asse verticale, posto al di sopra di un punto nello spazio (mm, millibar, ettopascal)

UMIDITA’ ATMOSFERICA: è la quantità di vapore acqueo contenuta nell’atmosfera (%)

– ASSOLUTA: è la quantità di vapore acqueo contenuta in un metro cubo di aria in un dato istante in un punto dell’atmosfera

– RELATIVA: è data dal rapporto tra la quantità di vapore acqueo contenuta nell’atmosfera e quella massima che potrebbe esservi alla stessa temperatura

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STATO DEL CIELO: è la quantità di cielo coperto o meno da nubi in un dato istante in un punto di rilevazione. In base ad esso i giorni vengono classificati in: sereni, misti, coperti

VENTO: è costituito da correnti d’aria pressoché orizzontali, determinate da spostamenti di masse d’aria, rilevate in un preciso punto della superficie terrestre. E’ caratterizzato da tre parametri:

– VELOCITA’ (m/sec, km/h, nodi)– DIREZIONE (N, NE, E, SE, S, SO, O, NO)– FREQUENZA (n volte in un dato periodo nelle 8 direzioni)

RADIAZIONE SOLARE: è il flusso di energia emesso dal sole. Una parte viene diffusa, una parte assorbita, mentre la radiazione solare diretta raggiunge la superficie terrestre. I parametri di quest’ultima sono:

– QUANTITA’ TOTALE DI RADIAZIONE (kw/mq, kcal/mq giorno)– SOLEGGIAMENTO (h)

Meteorologia

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E’ LO STUDIO DELLE FORME CHE CARATTERIZZANO IL TERRITORIO. LE COMPONENTI PRINCIPALI SONO:

ALTITUDINE: è l’altezza di un sito rispetto al livello del mare, e viene espresso con la quota (m slm)

RILIEVI: influiscono sulla formazione del clima locale e del microclima, modificando la velocità e la direzione del vento

CLIVOMETRIA: è la pendenza media del terreno rispetto all’orizzontale (% o gradi)

ORIENTAMENTO DEI PENDII: è determinato dalla direzione delle linee di massima pendenza dei pendii rispetto agli assi cardinali. Condiziona la temperatura dell’aria

Morfologia

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Condizioni climatiche localiPer poter progettare un edificio si devono conoscere le condizioni climatiche del luogo, valutarle e stabilire l’importanza dei singoli fattori.

In regioni con inverni freddi e lunghi la maggior parte dell’energia serve per il riscaldamento, e pertanto l’edificio deve essere progettato in maniera tale da sfruttare al massimo le perdite di calore.

Nelle regioni meridionali, caratterizzate da un clima piuttosto mite, il raffrescamento estivo è spesso piùimportante del riscaldamento invernale e si dovràquindi prestare grande attenzione all’ombreggiatura e alla ventilazione naturale.

Progettazione bioclimatica

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I fattori pertanto da considerare sono:CONDIZIONI CLIMATICHE LOCALI: il microclima di un sito

dipende da:– ALTITUDINE– ESPOSIZIONE AL SOLE E AI VENTI– VEGETAZIONE– CORPI D’ACQUA DI SUPERFICIE

APPORTI ENERGETICI SOLARI: variano a seconda delle STAGIONI, della NUVOLOSITA’, dell’ANGOLO DI INCIDENZA, della RIFLETTANZA DELLE SUPERFICI

ORIENTAMENTO DELL’EDIFICIO: viene definito mediante l’angolo azimutale che indica di quanto una facciata è inclinata rispetto al sud

Progettazione bioclimatica

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Per garantire all’edificio un massimo di apporti energetici solari, l’orientamento più vantaggioso risulta essere senza dubbio quello verso sud (angolo azimutale = 0°).

In inverno, quando il sole è basso, le facciate orientate verso sud ricevono un massimo di apporti i quali sono spesso sufficienti per riscaldare i locali.

In estate, quando il sole è alto, ricevono invece meno radiazioni di quelle orientate verso est ed ovest, ma per evitare il surriscaldamento dei locali, occorrono adeguati dispositivi di ombreggiatura e di ventilazione.

Progettazione bioclimatica

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Nei climi molto freddi, è bene ubicare gli ambienti destinati alle attività che si protraggono più a lungo nella giornata nelle zone più interne dell’edificio, compatibilmente con le esigenze di illuminazione naturale.

Nei climi temperati, gli ambienti più usati nel corso della giornata saranno ubicati sul fronte sud, mentre gli altri potranno essere collocati sul fronte nord. Gli elementi di comunicazione verticale, quali corpi scala e ascensori, essendo “corpi freddi”, cioè non presentando particolari esigenze di tipo termico, possono essere collocati sul fronte nord dell’edificio. Pertanto, la forma ottimale dell’edificio risulta essere quella allungata secondo l’asse est-ovest.

Progettazione bioclimatica

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Nei climi molto caldi l’esigenza primaria è quella di assicurare una adeguata difesa dalla radiazione solare ed una opportuna ventilazione degli ambienti.Lo schema planimetrico più idoneo è quello di un edificio prevalentemente chiuso verso l’esterno, i cui vani si aprono su una corte interna ombreggiata.

La ventilazione può essere assicurata utilizzando la diversa temperatura dell’aria esterna dell’edificio ed all’interno della corte e distribuendo quindi opportunamente le aperture nei muri perimetrali.

Progettazione bioclimatica

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Un fattore rilevante per la progettazione degli edifici è costituita dall’ombreggiatura da parte di altri edifici ed elementi paesaggistici.

L’ombreggiatura si può determinare mediante diagrammi solari che indicano la posizione del sole per latitudine, mese, ora locale e angolo azimutale.

Progettazione bioclimatica

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FORMA DELL’EDIFICIO: la forma e la compattezza dell’edificio (ossia il rapporto tra superficie e volumetria) incidono sui consumi energetici.

Per un ottimale sfruttamento dell’energia solare, si considerano superfici attive quelle che ricevono radiazioni solari dirette:– SUPERFICI TRASPARENTI– MURI ACCUMULATORI VETRATI– SUPERFICI DI COLLETTORI SOLARILe restanti superfici sono dette passive e devono essere termicamente coibentate per ridurre la dispersione termica.

Progettazione bioclimatica

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CHIUSURE VERTICALI TRASPARENTI

In relazione alle diverse aree climatiche è possibile posizionare le chiusure verticali trasparenti, tenendo conto delle seguenti indicazioni di massima:

– CLIMA FREDDO: superfici finestrate per sfruttare il guadagno termico solare a sud e a est; nella quantità minore possibile sugli altri lati

– CLIMA TEMPERATO: superfici finestrate verso sud; in misura minore verso est e ovest; pareti opache a nord

– CLIMA CALDO SECCO: piccole superfici finestrate poste in alto sulle pareti verso nord e verso est

– CLIMA CALDO UMIDO: superfici finestrate sui fronti a nord e a sud; superfici opache verso est e verso ovest

Progettazione bioclimatica

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Progettazione bioclimatica

Per un’adeguata progettazione delle aperture occorre, inoltre, considerare i seguenti fattori:– FORMA GEOMETRICA– UBICAZIONE– TIPI DI VETRO

– ESPOSIZIONE AI VENTI: quelli freddi provengono da nord, nord-est, nord-ovest; quelli caldi provengono da sud, sud-est, sud-ovest.

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DISPOSIZIONE DEGLI AMBIENTI: per risparmiare energia è utile suddividere l’edificio in zone climatiche differenti.

Nei climi freddi opportuno orientare gli ambienti che si vogliono più caldi ed illuminati verso sud; i locali che non si vogliono eccessivamente riscaldati verso nord.

Nei climi caldi il problema è opposto e quindi è preferibile un orientamento che consenta un’ottima ventilazione naturale.

Progettazione bioclimatica

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Progettazione bioclimatica

I SISTEMI SOLARI PASSIVI consentono lo sfruttamento dell’energia solare senza l’impiego di impianti speciali. Sono: le finestre, i muri esposti al sole, i collettori ad aria, i collettori a finestra, i muri Trombe.

I SISTEMI SOLARI ATTIVI sono quelli che ricorrono all’impiego di impianti tecnologici quali: i collettori solari ad acqua, i pannelli fotovoltaici, i generatori eolici o semplici ventilatori.

Vi sono, infine, SISTEMI SOLARI IBRIDI formati dalla combinazione di sistemi solari attivi e passivi.

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Progettazione bioclimatica

SISTEMI DI SCHERMATURA: hanno diverse funzioni: durante la stagione fredda, devono consentire il massimo degli apporti solari; nella stagione calda, devono impedire il surriscaldamento dell’edificio, e durante tutto l’anno devono garantire un’ottimale illuminazione naturale.

Sono divisi in FISSI (vetri parasole, sporti di gronda e brise-soleil) e MOBILI (persiane, tende, superfici riflettenti).

I SISTEMI DI SCHERMATURA NATURALE sono: alberi con foglie caduche e piante rampicanti.

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Progettazione bioclimatica

RAFFRESCAMENTO NATURALE: garantisce le condizioni di comfort negli ambienti mediante il movimento dell’aria (caratterizzato da quantità, velocità e direzione dell’aria). Dipende dai seguenti fattori:

– TIPO DI APERTURA– POSIZIONE DELLE APERTURE

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Riferimenti bibliografici

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