Progettare Secondo Natura

Progettare secondo natura

“Nel suo Diario, Charles Darwin scriveva:<<La principale domanda che ogni naturalista dovrebbe avere sempre presente, quando disseziona una balena o classifica un moscerino, un fungo o un infusorio è: quali sono le Leggi della Vita?>>. Poco più di un secolo dopo... Gregory Bateson in Mente e Natura si poneva la stessa domanda con differenti parole:<<Quale modello accomuna il granchio all'aragosta e l'orchidea alla primula e tutt'e quattro a me? E me a te? ...Qual'è il modello che accomuna tutte le creature viventi? …il metamodello?>>.

(…) Il fatto che gli organismi sono compiuti, indipendenti e autonomi ma nello stesso tempo interdipendenti, è il paradosso di base della vita. Per quanto intera e compiuta sia la sua struttura, nessun organismo è un'isola a sé stante. La natura è fatta di connessioni tra i diversi livelli di organizzazione biologica e le connessioni sono immediate e contigue. C'è un continuum ininterrotto dalla cellula all'organismo e da questo all'ecosistema, alla bioregione e, alla fine, all'intero pianeta.”

“La cellula è l'unità di base, il mattone della vita. Essa è un'entità compiuta in se stessa. Si può vederlo facilmente pensando ad organismi unicellulari...

L'ecosistema è il successivo livello di organizzazione e presenta analogie con un organismo. Le principali differenze sono che la sua delimitazione è meno netta... Un ecosistema è un sistema di interazione fra gli organismi viventi ed il loro ambiente non vivente...

Mentre gli organismi sono esteriormente definiti da una struttura particolare, da una superficie, da un'architettura (corteccia, pelle, scaglie...), gli ecosistemi sono topograficamente definiti dallo scemare delle interrelazioni o dai loro sistemi interni.”

“A noi, eredi dell'era della scienza e della tecnologia, si offre l'opportunità di... ...ristabilire attentamente come dobbiamo vivere, dove sotto il cielo splendente, in quale relazione con il sole e con i venti e come prenderci cura del vivente, materia celeste che costituisce una piccola porzione della Terra su cui ci troviamo”Nancy e John Todd, Progettare secondo natura, 1984

L'APPROCCIO BIOCLIMATICO

<<Come si può vedere da queste forme fondamentali di abitazioni usate dagli indiani del Nordamerica, queste popolazioni avevano una notevole capacità di adattare le loro abitazioni alle loro particolari difficoltà ambientali. Una chiara consapevolezza del clima era integrata da una innata abilità artigianale a risolvere i problemi del comfort e della protezione. I risultati erano espressioni edilizie di autentico carattere regionale.>>Victor Olgyay

Il termine BIOCLIMATICO deriva da BIOCLIMATOLOGIA, disciplina proposta dal climatologo di origine russa Wladimir Köppen (1846-1940). Partendo dallo studio del clima relativo ad un dato luogo, Köppen si proponeva di spiegare il perché di una determinata distribuzione vegetazionale nelle diverse regioni del nostro pianeta. La bioclimatologia studia dunque le connessioni tra clima e vita, e definisce il bioclima come quel complesso di fattori del clima che regola la distribuzione dei grandi tipi di bioma.

Le piante che si sono sviluppate nelle regioni caldo-secche e/o molto fredde mostrano un grande volume con una superficie piccola, a risposta del caldo torrido (cactus che per foglie ha le spine) e del freddo eccessivo (abeti che per foglie hanno gli aghi). Al contrario, le piante dei climi temperati e caldo umidi si aprono all'ambiente che le circonda, estendendo i loro rami ed allargando le foglie, per catturare il sole e l'umidità.

La “zona di comfort”: il benessere termoigrometricoI primi diagrammi bioclimatici riportano le coppie di temperatura e umidità relativa per le quali si verificano condizioni ambientali ritenute soddisfacenti. L'intervallo di benessere è limitato inferiormente dalla temperatura di 21°C e superiormente da una curva con andamento di 27.8°C fino al 50% di umidità relativa oltre la quale la temperatura prende a decrescere.

La termoregolazione del corpo umanoÉ possibile distinguere il corpo in due zone caratterizzate da temperature diverse: una esterna (la pelle) e una interna (gli organi vitali). La temperatura della zona interna, per assicurare il funzionamento degli organi, deve essere pressocchè costante. La termoregolazione attiva i meccanismi in grado di mantenere l'omeotermia del corpo.

La biologia individua due strategie per il raggiungimento dell'omeostasi, ovvero del mantenimento delle caratteristiche interne degli organismi: l'endotermia e l'ectotermia. Gli organismi ectotermi acquistano calore da sorgenti esterne: crogiolandosi al sole o riposando su una roccia calda. Gli endotermi si basano sulla produzione metabolica di calore. Il corpo umano è un sistema che trasforma l'energia chimica degli alimenti in altre forme di energia: elettrica, meccanica e termica. Queste trasformazioni costituiscono il metabolismo.

Come progettare edifici capaci di una condizione di equilibrio e cioè di mantenere costanti le proprie caratteristiche interne, a partire dalla temperatura, di fronte ai cambiamenti dell'ambiente circostante?Un approccio Bioclimatico all'azione del costruire, che consideri l'orientamento, il soleggiamento, la provenienza e la forza dei venti, lo scorrere delle stagioni, i giorni caldi ed i giorni freddi, con le relative temperature, moderate o eccessive, la frequenza delle precipitazioni atmosferiche e la siccità, può essere un buon punto di partenza!

“There is much to learn from architecture before it became an expert's art. The untutored builders in space and time -the protagonist of this show- demonstrate an admirable talent for fitting their buildings into the natural surroundings. Instead of trying to 'conquer' nature, as we do, they welcome the vagaries of climate and the challenge of topography. (…) The beauty of this architecture has long been dismissed as accidental, but today we should be able to recognize it as the result of rare good sense in the handling of practical problems. The shape of the houses, sometimes transmitted through a hundred generations, seem eternally valid, like those of their tools.(…) the philosophy and know-how of the anonymous builders presents the largest untapped source of architectural inspiration for industrial man. The wisdom to be derived goes beyond economic and esthetic considerations, for it touches the far tougher and increasingly troublesome problem of how to live and let live, how to keep peace with one's neighbors, both in the parochial and universal sense.”Bernard Rudofsky

FUNZIONI E PROPRIETA' DI FORME ED ELEMENTI EDILIZI

VOLUMI COMPATTILimitano la superficie di facciata e quindi la dispersione del calore.

CASE SOTTERRANEE DISPOSTE ATTORNO A POZZILa massa di terra soprastante conserva una temperatura pressocché costante durante tutto l'anno. Viene lasciata esposta la minima superficie al sole.

COPERTURA A VOLTAL'involucro di una volta semisferica ha una superficie maggiore di circa 3 volte la sua base. In questo modo la radiazione solare si distribuisce su una superficie molto ampia ed arrotondata, garantendo una dispersione del calore su tutta la superficie, con conseguente abbassamento della temperatura. Una superficie più estesa è anche più soggetta ad essere investita dal vento, creando in tal modo un maggiore allontanamento del calore. Più la temperatura della volta è bassa, meno calore viene trasmesso negli ambienti sottostanti. Di notte l'ampia superficie della semisfera ha più facilità di raffreddare gli ambienti interni, mettendo in moto il meccaninismo inverso, per il principio secondo il quale "il caldo si muove verso il freddo".

TETTI MOLTO SPIOVENTIIn zone molto piovose, facilitano l'allontanamento dell'acqua.

TETTI POCO SPIOVENTIIn zone fredde e nevose garantiscono la permanenza della neve asciutta, utilizzata per garantire un maggiore isolamento termico verso la volta celeste. CORTILIGarantiscono l'ombreggiamento, trasformandosi in pozzi di raffreddamento verso cui si aprono le finestre e da cui viene convogliata l'aria fresca per migliorare la temperatura degli ambienti interni.

MURI MASSICCIMitigano e ritardano le variazioni termiche (elementi in cemento o laterizio funzionano come 'riserve di calore': in estate la loro grande massa termica aiuta a evitare il surriscaldamento degli spazi, in inverno assorbono calore durante il giorno e lo rilasciano durante la notte).

FINESTRE SUI LATI OPPOSTI - APERTUREGarantiscono una migliore ventilazione. Per le zone molto umide, le brezze e il passaggio d'aria portano via l'umidità.

PARETI LEGGERE O ASSENZA DI PARETIPermettono il passaggio dell'aria in modo tale da allontanare l'umidità ed asciugare le pareti.

L'IRRAGGIAMENTO SOLARE

L'energia solare

Ogni forma di vita sulla Terra viene mantenuta dal flusso energetico solare che penetra nella biosfera.

La radiazione solare è l'energia radiante emessa nello spazio interplanetario dal Sole, generata a partire dalle reazioni termonucleari di fusione che avvengono nel nucleo solare e che producono radiazioni elettromagnetiche a varie frequenze o lunghezze d'onda, le quali si propagano poi nello spazio alle velocità tipiche di queste onde, trasportando con sé energia solare.

Della radiazione solare in arrivo, l'1% è utilizzata per la formazione ed il mantenimento della biomassa, circa il 35% è assorbita dal ciclo dell'acqua. Infatti, la radiazione ha un'influenza diretta sulla temperatura dell'aria e del terreno e sul processo di evapotraspirazione (la quantità d'acqua che dal terreno passa nell'aria allo stato di vapore per effetto congiunto della traspirazione, attraverso le piante, e dell'evaporazione, direttamente dal terreno), ed indiretta sul valore dell'umidità atmosferica, sul movimento delle masse d'aria e sulle precipitazioni.

L’intensità dell’irraggiamento solare si attenua nel passaggio attraverso l’atmosfera: una parte di radiazione viene riflessa verso lo spazio, una parte è diffusa in tutte le direzioni dalle molecole dei gas atmosferici e dal vapore acqueo, una parte viene assorbita dalle molecole dell’atmosfera e da queste riemessa come radiazione infrarossa.

La radiazione diretta, preponderante rispetto alla diffusa in condizioni di cielo sereno, tende a ridursi all’aumentare dell’umidità e della nuvolosità presente nell’aria, fino ad annullarsi in condizioni di cielo completamente coperto.

NB: I dispositivi FV possono operare anche in presenza di sola radiazione diffusa!!!

La posizione del solePer un osservatore che dalla Terra osservi il cielo, il percorso del Sole sulla volta celeste assume la forma di un arco che varia sia durante il corso dell’anno che con la latitudine del luogo.Durante il corso dell’anno la durata delle ore di luce ed il percorso del sole subiscono delle modifiche al variare delle stagioni. La durata di luce è massima al solstizio d’estate (21 giugno) giorno in cui, alle ore 12, il sole raggiunge il punto più alto nel cielo nel corso di tutto l’anno; il caso opposto si verifica al solstizio d’inverno (21 dicembre) mentre ai due equinozi di primavera (21 marzo) e di autunno (21 settembre) l’altezza del sole alle 12 è intermedia tra la massima e la minima.

Per massimizzare il comfort e sfruttare al meglio le risorse naturali, riducendo al minimo il consumo di energia e l'impatto ambientale, l'approccio bioclimatico basa le scelte relative alla forma, all'orientamento ed alla definizione spaziale di un edificio sulla valutazione di alcune caratteristiche del luogo:- clima- esposizione solare- direzione dei venti dominanti- conformazione del suolo

In generale, un edificio bioclimatico è caratterizzato da:- una forma compatta (che limita la superficie di facciata e quindi la dispersione del calore),- una facciata opaca a nord (10-15% di vetratura), - zone ampiamente vetrate a sud (40-60% di vetratura),- pavimenti e pareti in cemento, pietra o laterizio che stoccano il calore per poi rilasciarlo per convezione e radiazione,- una buona impermeabilità all'aria (raggiunta attraverso la continuità dell'involucro, cioè un accurato disegno delle connessioni tra pareti, solai e coperture, e la separazione dei terrazzi dalla struttura principale) e una buona coibentazione (ottenuta con alti livelli di isolamento di pareti e coperture),- vetrature ad alte prestazioni (doppi vetri a bassa emissività ed alta trasmittanza),- sporgenze dei tetti e/o schermature orientabili (per il controllo della radiazione solare incidente in estate),- sistemi di ventilazione naturale (per dissipare il calore estivo),- un buon uso di vegetazione (tetti, pareti, schermature verdi).

L'involucro e la trasmittanzaQuando la luce del sole investe una superficie viene in parte riflessa, assorbita o trasmessa. Le caratteristiche intrinseche di un materiale ne definiscono le potenzialità di applicazione in funzione del suo comportamento nei confronti della trasmissione del calore: conduttività, conduttanza, resistenza e trasmittanza.La Trasmittanza è un parametro chiave nella definizione della pelle esterna di un edificio in quanto ne definisce la capacità di mantenere il calore all'interno, o all'esterno, di uno spazio protetto.

Abitazioni

Casa a Stoccarda, Schlude+Strohle, 1996-97

CARATTERISTICHE AMBIENTALI

Caratteristiche bioclimatiche:Volumi compatti; uso attivo e passivo dell'energia solare; aerazione naturale; uso di legnami locali; sistema per il recupero dell'acqua piovana.

Materiali e strutture:Strutture in legno in pannelli prefabbricati in abete rosso massiccio; pergola e balconi in acciaio zincato; manto di copertura in lamiera di alluminio.

Consumo energetico:Riscaldamento 62 kWh/mq/anno.

Cantiere:Montaggio rapido e di basso impatto grazie alla struttura in legno prefabbricata.

Casa a schiera, Affoltern Am Albis, Svizzera, Metron Architekturburo, 1997-99


Caratteristiche bioclimatiche:Volumi compatti; uso attivo e passivo dell'energia solare; tetti verdi con drenaggio dell'acqua piovana (70mm di spessore).

Materiali e strutture:Fondamenta in calcestruzzo; pareti in pannelli prefabbricati con struttura in abete rosso; travi e pilastri strutturali in abete rosso lamellare; ringhiere in acciaio zincato; tetti piani con strato vegetale.



Edificio per abitazioni Olzbundt, Dornirn, Austria, 1996-97.


Caratteristiche bioclimatiche:Volumi compatti; uso attivo e passivo dell'energia solare; isolamento addizionale (350mm di lana di roccia); involucro ermetico; sistema di riscaldamento e areazione con tubazione interrata e scambiatore di calore con pompe di calore; triplo vetro isolante.

Materiali e strutture:Struttura in abete rosso realizzata con elementi standard; pilastri lamellari; solai prefabbricati con intelaiatura in legno; pareti in pannelli prefabbricati e isolamento in lana minerale; corpo scala esterno con involucro in vetro; balconi e ballatoi in acciaio zincato; rivestimento in larice.



Case per studenti, Costanza, Germania, Schaudt Architekten, 1991-92


Caratteristiche bioclimatiche:Costruzioni a schiera sopraelevate rispetto al suolo per salvaguardare la vegetazione, disposte in modo da creare un sistema di corti semi-pubbliche; volumi compatti; uso di legnami locali; isolamento addizionale; sistema per il recupero dell'acqua piovana attraverso un biotopo.

Materiali e strutture:Travi e pilastri in abete rosso su fondamenta in calcestruzzo; isolamento in lana di roccia e pannello in fibra di legno; scale interne in acciaio zincato; pavimento in gomma; parapetti in rete metallica; manto di copertura in alluminio profilato con falde sfalsate sulla linea di colmo.Arredo con letti e armadi su ruote.



Edificio per abitazioni e uffici, Friburgo, Germania, Common & Gies, 1996-99


Caratteristiche bioclimatiche:Il corpo di fabbrica è una scatola lunga e stretta che si estende lungo l'asse est-ovest. Un ottimo guadagno solare è ottenuto collocando il 50% delle superfici vetrate a sud e solo il 20% sulle facciate est, ovest e nord. Il lato sud è ombreggiato da balconate.Volumi compatti; uso attivo e passivo dell'energia solare; involucro ermetico, tripli vetri; uso di materiali naturali e riciclati; scale esterne e ballatoi separati dalla struttura principale; tetto verde.Le acque grigie delle cucine e dei bagni vengono depurate sul posto da un sistema di filtri a sabbia ventilata e vengono quindi utilizzate nei wc. Le acque nere e i reflui organici sono raccolti in un serbatoio: il biogas prodotto dalla loro decomposizione viene usato come gas di cucina e ciò che rimane viene impiegato come fertilizzante.L'acqua piovana e l'acqua grigia (depurata) in eccesso vengono convogliate in un canale che corre lungo il confine sud del lotto.

Materiali e strutture:Struttura mista in calcestruzzo, blocchi e legno; solai in cemento armato su casseforme permanenti in calcestruzzo; balconate in acciaio; tetto verde estensivo.

Consumo energetico:Riscaldamento 13,2 kWh/mq/anno.Consumo totale 36,2 kWh/mq/anno.

Residenza Salvatierra, Rennes, Francia, Jean-Yves Barrier, 1998-2001


Caratteristiche bioclimatiche:Programma europeo Cepheus-Casa Passiva, su iniziativa del comune e di una cooperativa di costruttori.Forma compatta; uso attivo e passivo dell'energia solare; involucro ermetico: isolamento in canapa; uso di materiali naturali.

Materiali e strutture:Struttura in calcestruzzo, terra e legno; setti portanti e pilastri in calcestruzzo gettato in opera; facciate est, ovest e nord in pannelli intelaiati in legno con isolamento in canapa; facciata sud in bauge (blocchi di terra cruda e paglia); manto di copertura in lamiera d'acciaio preverniciato.

Consumo energetico:Riscaldamento 14,9 kWh/mq/anno.Consumo totale 40 kWh/mq/anno.


Edifici Pubblici

Scuola materna a Stoccarda, Germania, Joachim Eble, 1995-98


Caratteristiche bioclimatiche:Struttura in legno massiccio; uso di legno locale e non trattato; uso attivo dell'energia solare; recupero acqua piovana.

Materiali e strutture:Travi lamellari e pilastri in abete rosso; pannellatura prefabbricata in abete rosso sia per l'interno che per l'esterno; manto di copertura in zinco titanio. Prodotti di finitura (vernici per velatura della Auro) esclusivamente a base di sostanze naturali: olio di lino e pigmenti naturali con un solvente a base di olio di agrumi.


Scuola materna a Pliezhausen, Germania, D'Inka + Scheible, 1988-89


Caratteristiche bioclimatiche:Zona tampone formata dalle aree di servizio sul lato nord; uso attivo e passivo dell'energia solare; isolamento termico addizionale; tetto verde piantumato con sedum (vegetazione rustica estensiva che richiedeappena 10 cm di substrato fertile); recupero acqua piovana per wc e l'irrigazione e l'acqua che eccede la capacità del serbatoio fluisce in un biotopo umido utilizzato a fini didattici.

Materiali e strutture:Pannelli prefabbricati con struttura in abete rosso massiccio; rivestimento interno in compensato con impiallicciatura in pino; schermature solari esterne in larice; rivestimento del pavimento in linoleum.


Scuola elementare a Notley Green, Regno Unito, Allford Hall Monaghan Morris, 1997-99


Caratteristiche bioclimatiche:Pianta compatta e flessibile; illuminazione e ventilazione naturale attraverso l'atrio centrale; aule a sud-est con terrazze attrezzate; tetto verde; uso di materiali riciclati.

Materiali e strutture:Struttura mista con pareti in muratura, travature in legno, pareti esterne a intelaiatura in cedro rosso; isolamento in cellulosa; pavimentazione in tavole di bambù e linoleum (prodotto naturale ottenuto da un impasto a base di olio di lino); e (nell'atrio) gomma ottenuta dal riciclo di pneumatici; rivestimento delle pareti in MadeofWaste foglio di polietilene (cioè plastica) prodotto dal riciclo di bottiglie di plastica.Tetto verde su falde inclinate sollevate a nord.


Piscina termale a Bad Elster, Germania, 1994-99, Behnisch & Partner


Caratteristiche bioclimatiche:Il complesso termale Art Nouveau realizzato nel 1910 era disposto intorno ad un cortile centrale rettangolare. L'intervento rinnova il cortile e realizza la costruzione di una nuova piscina coperta all'aperto, con un involucro altamente performante. Una doppia pelle vetrata, a vetro esterno doppio e vetro interno singolo distanziati di circa 1 m, forma una sorta di galleria intorno alla costruzione.Il soffitto a lamelle in vetro serigrafato controlla l'abbagliamento e il guadagno solare. In inverno e di notte le lamelle in posizione orizzontale creano una lama d'aria che funziona da tampone termico, riducendo le dispersioni di calore e prevenendo la condensa. In estate le lamelle inclinate ad angolo retto rispetto ai raggi del sole, forniscono la massima protezione attraverso le loro superfici serigrafate. In caso di caldo eccessivo l'apertura automatica dei pannelli vetrati posti alla sommità delle facciate nord e sud crea dei moti convettivi naturali che rimuovono l'aria calda.

Allestimenti

Padiglione Svizzero all'Esposizione Universale di Hannover, Germania, 2000, Peter Zumthor

“Taking the Expo theme of sustainability seriously, we constructed the pavilion out of 144 km of lumber with a cross-section of 20 x 10 cm, totalling 2,800 cubic metres of larch and Douglas pine from Swiss forests, assembled without glue, bolts or nails, only braced with steel cables, and with each beam being pressed down on the one below. After the closure of the Expo, the building was dismantled and the beams sold as seasoned timber.”Peter Zumthor

13. Biennale di Architettura di Venezia, studio per Le quattro Stagioni. Le Architetture del Made in Italy da Adriano Olivetti alla Green Economy, padiglione Italia curato da Luca Zevi, 2012

Nello stato di fatto, data la scarsità di aperture, i padiglioni presentano una scarsissima movimentazione d’aria. Nel progetto due diversi sistemi impiantistici garantiscono il miglioramento delle condizioni di comfort all’interno dei padiglioni. Nel padiglione A abbiamo una movimentazione dell’aria interna ottenuta tramite tre ventilatori sospesi posti ad altezza pari a 5,5 m da terra. Per il padiglione B si è utilizzato un impianto di climatizzazione che sfrutta l’acqua fresca della laguna.Dalle simulazioni effettuate con Ecotec risulta che l’adozione di un impianto di condizionamento per il Padiglione B e di un sistema di movimentazione dell’aria con ventilatori di ricircolo a basso consumo per il Padiglione A permette di migliorare notevolmente le condizioni termoigrometriche dell’ambiente: si passa da una temperatura interna di circa 34 °C (che con una percentuale di umidità del 70% divengono 43 °C di temperatura percepita), ad una temperatura pressoché costante di 28°C nella condizione d progetto.

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