64 C I L 1 5 6

Tecn

olog

iaAlessandra Pezzoli * Climatizzazione naturale.

Dalla cultura islamica ottimi spunti

Le soluzioni offerte dall’architettura mediterranea tradizionale ancora oggi indicano efficaci metodi per risolvere alcune problematiche della climatizzazione evitando energivori impianti per garantire il comfort degli edifici

La climatizzazione artificiale è divenuta sempre più d’uso comune, non solo nei luoghi di lavoro ma anche nelle abitazioni. Voci critiche si levano però contro gli effetti

dannosi dell’aria condizionata artificiale sulla salute nonché l’elevato consumo elettrico per il suo funzionamento. Ricer-che per il benessere ambientale “passive” o “ecosostenibili” ci portano nuovamente ad esplorare l’antica saggezza dei nostri predecessori mediterranei che già utilizzavano soluzioni sem-plici, economiche e e non dannose per la salute. L’ area geografica e culturale del Medio-Oriente Islamico, è caratterizzata da un clima caldo-secco, con temperature medie giornaliere estive che variano dai 40°C ai 50°; queste condi-zioni hanno determinato l’adozione di particolari strategie di controllo microclimatico, dal controllo della radiazione solare all’utilizzo della ventilazione, allo sfruttamento dell’acqua per l’azione raffrescante. La disposizione dei gruppi di abitazioni è sicuramente la prima scelta che permette di limitare o sfrut-

tare la presenza del sole e del vento (a seconda che si desideri fare scudo contro i loro eccessi o potenziarne gli effetti) e di drenare le acque. Gli edifici possono proteggersi a vicenda contro gli eccessi di radiazioni solari, o essere disposti in modo da migliorare la ventilazione e la luminosità interne. Ad esempio, il tracciato delle classiche vie tortuose delle città mediterranee crea zone d’ombra, favorisce e incanala, ove oc-corra, brezze rinfrescanti, mentre frena i venti di tempesta; così come la tipica casa “a patio”, raccolta intorno a un cortile centrale con i lati porticati, crea giochi di aperture, cortili in ombra e camini per captare il vento o per aspirare verso l’alto l’aria calda. Di particolare interesse sono alcuni sistemi edilizi costruiti per il controllo e l’incremento della ventilazione na-turale e per il raffrescamento tramite evaporazione dell’acqua, diversi a seconda delle singole situazioni climatiche, delle con-dizioni socio-economiche delle popolazioni, del tipo e della funzione degli edifici.

Natural air conditioning. Excellent ideas from the Islamic culture

The results of many studies show the harmful effects of artificial air conditioning on human health and the high energy consumption for its operation. The research for the “passive” or “eco-friendly”

environmental well-being brings us to explore once again the ancient wisdom of our Mediterranean predecessors, who were already using sim-ple and inexpensive solutions.The Islamic Middle East is characterized by a hot and dry climate, with summer average daily temperatures ranging from 40° to 50° C; these conditions have led to the adoption of specific strategies of microclimatic control, from the control of solar radiation to the use of ventilation and the exploitation of water for the cooling action.

The most advanced natural cooling techniques by ventilation are those developed within such civilizations as the Arabian or the Persian one, for example those applied in the malqaf, a tower for the picking up of the air, which is placed on the top of inhabited spaces and built with an opening that faces towards the prevailing winds, or the Qà’a, an opening which is placed leeward and allows the emission of the warmest air of the indoor environment, or the Iranian bad-ghir, a “windcatcher” for the hot air extraction, oriented upwind.Such natural ventilation systems can be associated with evapora-tive cooling systems, such as the one in the Palazzo della Zisa in Palermo.

KEYWORDS Sustainability, ventilation, comfort, Mediterranean architecture

KEYWORDS Sostenibilità, ventilazione, comfort, architettura mediterranea

CIL_2014_156_INT@064-069.indd 64 07/02/14 14.12

65 C I L 1 5 6

La ventilazione naturaleLe tecniche di raffrescamento naturale per ventilazione più avanzate sono quelle sviluppate in seno a civiltà come l’araba o la persiana, quali quelle applicate nei malqaf, nei Qà’a e nei bad-ghir iraniani.

Il malqaf Il malqaf è una torre di captazione dell’aria posta sulla som-mità di locali, realizzata con un’apertura rivolta verso i venti dominanti ad una certa altezza dall’edificio. Essa ha il pregio di funzionare anche in assenza di vento: durante la notte la massa che lo costituisce si raffresca, per irraggiamento e con-vezione asporta calore dall’aria presente al suo interno che, aumentando di densità, scende nei locali dell’edificio; durante il giorno, quando la temperatura esterna aumenta, la massa muraria costituente la torre mantiene una temperatura mi-nore, per cui può continuare a raffrescare l’aria al suo interno, che penetra negli ambienti. In presenza di vento questo feno-meno viene accelerato. Il malqaf si trova in varie forme e dimensioni, dal Nord Africa, attraverso il Medio Oriente, sino alle regioni del Pakistan. In Iraq, dove la temperatura esterna estiva è di circa 45°C, i

malqaf sono di dimensioni ridotte ed hanno uno sbocco in ogni stanza, sino a quella più interna detta serdab, un locale interrato, in grado di raffrescare ulteriormente l’aria in arrivo dal malqaf, in cui la famiglia si rifugia nelle ore più calde della giornata. I malqaf iraniani sono in muratura, hanno pianta rettangolare e sono alti dagli 8 ai 15 metri; l’apertura di cap-tazione è realizzata con un colonnato aperto nella direzione dei venti dominanti. Anche in Egitto il malqaf è stato usato fin dall’antichità nelle abitazioni tradizionali; ha una forma diversa dalle torri del vento mediorientali, infatti è costituito da una copertura in legno inclinata tra i 30° e i 45° posta sul tetto degli edifici. In Pakistan, e in particolare nella città di Hyderabad, l’alta tem-peratura e la scarsa umidità vengono combattute mediante centinaia di torri del vento di tipo unilaterale, direzionate tutte nello stesso verso perché in quella regione dell’India il vento soffia sempre dalla stessa parte. Il modo più semplice di realizzare dispositivi multidirezionali è quello di incorporare una vela o un’aletta orientabile che ruota su un perno, manovrabile dall’interno dell’abitazione, orientate in modo da poter gestire due differenti angolazioni di vento dominante.

1. Schema funzionale del Malquaf.

3. Schema funzionale del Bad-ghir.

2. L’applicazione del Malquaf in una residenza araba.

4.Schema funzionale del Qa’a.

CIL_2014_156_INT@064-069.indd 65 07/02/14 14.12

66 C I L 1 5 6

Il Qà’a Il sistema di estrazione dell’aria più comune, il wind-escape, è un’apertura posta sottovento che permette all’aria più calda dell’ambiente confinato di fuoriuscire, grazie alla depressione che si crea presso l’apertura che ha l’effetto di smuovere i flussi d’aria.Dalla tradizione turca deriva il qà’a, un ambiente ventilato naturalmente, utilizzato secondo la tradizione per ricevere gli ospiti. Il qà’a è composto da tre ambienti: il durqà’a, un lo-cale centrale a tutta altezza, con pavimento in marmo usato per la circolazione delle persone, coperto con un lanternino in legno che fornisce illuminazione; gli iwanat, due ambienti annessi, chiusi, sollevati e con tappeti, dove avvengono le pub-bliche relazioni. Il principio su cui si basa il qà’a è molto semplice: in estate l’aria calda dell’ambiente tende a salire verso l’alto e fuoriesce dalle aperture del lanternino; tale flusso richiama aria fresca dagli ambienti circostanti. In inverno, invece, le aperture ven-gono chiuse con del vetro e l’effetto serra che si crea riscalda l’ambiente, reso freddo dall’aria invernale.Un esempio emblematico derivante dalla tradizione araba è il qà’a associato al malqaf nell’edificio Muhib Al Din Eshafei al Cairo, risalente al 1350 d.C. Il sistema funziona grazie alla differenza di pressione tra le parti in gioco: il malqaf, posto sopravento, cattura l’aria dei venti dominanti, la incanala en-tro l’iwan e poi nel durqà’a, che ha un soffitto molto più alto degli ambienti circostanti, a forma di lanternino. Al centro della stanza è posta una fontana che aumenta l’umidità relativa dell’ambiente e diminuisce la temperatura dell’aria. Il flusso d’aria esce per effetto camino all’esterno, attraverso le grate di legno poste sulle pareti del lanternino, che, surriscaldan-dosi per i raggi solari, favorisce ulteriormente il meccanismo. Questo surriscaldamento non influenza il microclima interno poiché la sommità del lanternino del qà’a si trova molto in alto rispetto alla parte destinata all’uomo. Tale sistema permette di avere un buon movimento dell’aria anche quando all’esterno non vi siano brezze.In Iran, tradizionalmente, è realizzato con una copertura a cupola, che evita eccessivi surriscaldamenti, alla cui sommità vengono realizzate delle aperture per l’uscita dell’aria calda.

Il Bad-ghirIn altri casi, come per la ventilazione di grandi ambienti pub-blici come moschee, scuole, bagni o depositi commerciali, è più diffuso l’impiego di prese d’aria unidirezionali, molto si-mili alle “maniche a vento” usate sulle navi, orientate contro-vento, per l’ estrazione dell’aria calda.Il sistema più noto ed efficace è quello dei bad-ghir, letteral-mente in persiano “prendi vento”, diffusi in Iran e nelle aree del Golfo. Il sistema è basato sul principio della ventilazione termica o “dei moti convettivi”, ed è costituito essenzialmente da una canna in muratura leggera (generalmente a pianta qua-

drilatera ma anche ottagonale o circolare), a sua volta suddi-visa nel senso dell’altezza in quattro o più settori, quadrati o triangolari. Qualunque sia la giacitura dell’edificio, la stagione e l’ora, almeno due settori contigui saranno in ombra e all’in-terno della canna si determinerà un doppio flusso parallelo, tale da estrarre aria calda e immettere aria fresca. Inoltre la massa del bad-ghir funziona da volano termico: il mattino è più fredda dell’aria esterna che, a contatto con la massiccia muratura, si raffredda e diventando più densa scende verso il basso ed entra nell’edificio; durante il giorno accumula calore che restituisce di notte all’aria che tende a salire, innescando così un ciclo di ventilazione inverso. Se canna, altezza e orien-tamento saranno ben dimensionati, negli ambienti in cui ter-mina il bad-ghir (spesso è la sala comune o di rappresentanza della famiglia) si avvierà una sensibile circolazione d’aria, ma soprattutto si otterrà un abbassamento di temperatura, valuta-bile tra i 6 e i 10 gradi.In alcuni casi le torri del vento sono costruite ad una certa distanza dall’edificio e collegate ad essi tramite condotti sot-terranei; il funzionamento della torre è analogo a quello del bad-ghir, ma il condotto induce un ulteriore raffrescamento dell’aria captata per l’elevata inerzia termica del terreno.

Il raffrescamento “evaporativo”. Le fontaneI sistemi di raffrescamento naturali più efficaci che si trovano nell’architettura tradizionale araba utilizzano anche l’acqua. È

5.Una delle caratteristiche torri del vento di Bastakija, Dubai (Emirati Arabi Uniti).

CIL_2014_156_INT@064-069.indd 66 07/02/14 14.12

67 C I L 1 5 6

questa una caratteristica fondamentale della cultura islamica: si sfrutta il raffrescamento per evaporazione.Il raffrescamento “evaporativo” è un processo in cui l’effetto dell’evaporazione del contenuto d’acqua dell’aria viene uti-lizzato come pozzo termico naturale; il calore sensibile dell’a-ria viene ceduto alle molecole d’acqua sotto forma di calore latente, al fine di consentirne l’evaporazione. La quantità di calore sensibile assorbito dipende dall’ammontare di acqua che può essere evaporata. Le tecniche di raffrescamento evaporativo hanno radici an-tiche di migliaia di anni e si sono sviluppate nei tipici paesi islamici con climi caldi e secchi, nei quali l’acqua ha assunto anche un forte significato simbolico e religioso. La fontana, posta generalmente nel mezzo del cortile o del patio, spesso ha una forma simbolica che rievoca la volta celeste: è esterna-mente quadrata con il bacino centrale ottagonale o a più facce e dei semicerchi negli spigoli dei quadrati. L’acqua in movimento nelle fontane è efficace nel raffreddare l’aria, e spesso infatti viene collocata al centro dei locali forniti di torri del vento, che convogliano l’aria esterna verso l’acqua della fontana, diminuendo la temperatura dell’aria ed incre-mentandone il contenuto di umidità. Spesso associato alla fontana è il salsabil, una lastra di marmo obliqua lavorata con disegni minuti, che grazie all’irregolarità della superficie movimenta l’acqua aumentando la superficie di scambio per l’umidificazione dell’aria; esso è generalmente

posto in una nicchia di fronte all’iwàn, il luogo adibito alle re-lazioni sociali ed è collegato ad una fontana posta poco lontano. Nella tradizione mediorientale e araba alcuni elementi dell’in-volucro edilizio tipici hanno la funzione di controllo del micro-clima interno, come ad esempio la mashrabìya, uno schermo di legno dalle geometrie molto decorative, applicato sulle aper-ture di facciata. La mashrabìya ha la funzione di controllare il passaggio della luce e assicurare la privacy, ma anche di ridurre la temperatura dell’aria e aumentarne l’umidità, grazie al ma-teriale usato, il legno. Esso infatti assorbe l’umidità del vento durante la notte e, quando è colpita dai raggi del sole di giorno, rilascia l’umidità all’aria nell’ambiente. Questo effetto poteva essere aumentato costruendo un ambiente apposito a sbalzo, chiuso da pannelli in legno, nel quale venivano collocate delle giare di terracotta naturalmente porose, piene d’acqua.Anche i cortili dell’architettura mediterranea sono conosciuti, almeno sin dal Medioevo, come un utile modo di rinfrescare le case. Quando il clima è particolarmente secco, l’architet-tura araba e moresca ricorre alle fontane o ai canali d’acqua circolanti fra patios e giardini. Nell’architettura moresca, in particolare, il cortile si comporta come un pozzo che racco-glie l’aria fresca della notte e la mantiene, sinché il sole non giunge a perpendicolo. In un palazzo con due cortili, uno più ampio e basso e l’altro più stretto e profondo, si crea così un flusso di aria fresca, attraverso gli ambienti intermedi, nelle ore più calde e torride della giornata. Questo sistema era in uso

6. Il raffrescamento dei cortili del Palazzo del Generalife, Alhambra, Granada, avviene tramite evaporazione dell’acqua.

CIL_2014_156_INT@064-069.indd 67 07/02/14 14.12

68 C I L 1 5 6

in molti edifici del mondo islamico in particolare nei palazzi signorili della Casbah di Algeri. Le case della vecchia Algeri non hanno fontane all’interno, poiché l’aria è troppo umida (da 70% a 90% di umidità relativa, a seconda delle stagioni). Ma altrove la fontana nel cortile ha garantito il raffreddamento e l’umificazione dell’aria che entra nelle stanze d’abitazione. Spesso l’impiego di materiali da costruzione porosi, come la terra cruda, ha lo scopo preciso di rinfrescare l’ambiente per evaporazione, aspirando umidità dal terreno.

Il raffrescamento evaporativo associato alla ventila-zione: il Palazzo della Zisa di PalermoLa realizzazione del palazzo della Zisa di Palermo risale all’e-poca di dominazione normanna in Sicilia, seguita all’egemo-nia islamica dell’isola durata per due secoli. Il palazzo venne ultimato intorno al 1166 dal re Guglielmo II, con la duplice finalità di realizzare una dimora in cui trascorrere le calde giornate estive e la volontà di lasciare un segno tangibile del suo potere e della grandezza della dominazione normanna in Sicilia. L’edificio venne progettato in un unico contesto con il giardino circostante, il parco reale del Genoard (Paradiso in terra), arricchito da una vasca, la “peschiera”, in asse all’in-gresso: la presenza del giardino progettato alla maniera araba testimonia la forte influenza islamica subita dai Normanni, che

furono fortemente attratti dalla cultura dei loro predecessori. Il massiccio involucro del palazzo è costituito da un paralle-lepipedo orientato nella direzione est-ovest, con due corpi sporgenti che rompono la linearità dei fronti sui due prospetti laterali. Tutto il palazzo è realizzato intorno ad un vano qua-drato, posto al centro, che costituisce il fulcro dell’edificio ai cui lati sorgono simmetricamente gli ambienti residenziali. Al piano terra si trova la sala di rappresentanza, che con la sua doppia altezza, le ricche decorazioni murarie e la presenza dell’acqua, che simboleggia una delle sorgenti del paradiso coranico, costituisce un elemento caratteristico dell’edilizia palazziale islamica. Il secondo piano si sviluppava originaria-mente attorno a un grande atrio scoperto, con loggette ai quattro angoli, sovrastante il salone della fontana; anche gli ambienti adiacenti erano scoperti. Così come era tradizione nel mondo islamico, nell’ideazione e nella realizzazione della Zisa è stata posta molta attenzione al rapporto tra la natura ed il costruito al fine di sfruttare al meglio tutti quegli elementi che potevano influire sul micro-clima interno al palazzo. Il massiccio involucro costituisce una frontiera per proteggere gli ambienti interni dalla forte radiazione solare. Sul prospetto posteriore, rivolto ad ovest, un corridoio non ha solo funzione distributiva ma è utile come ostacolo per il surriscaldamento

7. Palazzo della Zisa (Palermo).

CIL_2014_156_INT@064-069.indd 68 07/02/14 14.12

69 C I L 1 5 6

degli ambienti; le aperture su questo fronte sono di dimensioni molto ridotte per impedire che durante le lunghe ore di insola-zione nelle giornate estive la temperatura degli ambienti salga. Tra i diversi accorgimenti progettuali, quello che più di ogni altro caratterizza la Zisa è il sistema di ventilazione naturale in-terna che, prima delle numerose trasformazioni a cui il palazzo è stato soggetto nel corso dei secoli, riusciva a garantire una costante refrigerio portato dalle brezze più fresche. Quest’ul-time lambivano l’acqua della peschiera antistante l’edificio, en-travano dai fornici del prospetto principale e raggiungevano la sala della fontana. La presenza dell’acqua che scorreva all’interno del vano per-metteva di aumentare la percentuale di umidità dell’aria prima che questa cominciasse il suo naturale moto ascendente verso i piani superiori. Nella sala della fontana è infatti presente un salsabil. L’acqua veniva convogliata alla fontana attraverso un’apertura sul muro e da lì scorrendo sul marmoreo salsabil raggiungeva le vasche e poi la peschiera. Il sistema di ventilazione era reso possibile dalla presenza di condotti verticali di ventilazione posti all’interno dei corpi sporgenti sui lati corti del palazzo, che comunicavano con aperture ai diversi piani del palazzo; sfruttando l’effetto ca-mino, determinato dal moto ascendente dell’aria calda, le brezze che venivano introdotte all’interno del palazzo anda-

vano a sostituire l’aria calda presente negli ambienti che tro-vava uno sfogo naturale attraverso le torri. La scoperta delle canne di ventilazione è avvenuta durante i recenti lavori di consolidamento e restauro; infatti le fenditure (lunghe 120 cm e larghe 25 cm) nelle volte erano state otturate nei secoli scorsi, così come nelle stesse pareti erano state aperte finestre che annullavano il tiraggio e il ricambio dell’aria. La sala centrale del secondo piano e gli atri adiacenti venivano ventilati direttamente dalle ampie aperture presenti nella co-pertura del palazzo, che garantivano la circolazione dell’aria per l’effetto camino. Le aperture contrapposte sui due pro-spetti est ed ovest rendevano possibile, oltre alla mobilitazione dell’aria in senso verticale dovuta all’effetto camino, anche la ventilazione orizzontale; questa era incrementata inoltre dalla presenza di ulteriori aperture al di sopra delle porte interne, che mettevano in comunicazione i diversi ambienti. Queste piccole finestrelle, ancora oggi visibili, permettevano all’aria di muoversi costantemente tra gli ambienti ad una quota supe-riore a quella abitata, evitando fastidiose correnti. Il palazzo della Zisa ha subito nel corso dei secoli pesanti trasformazioni: nel tempo sono state ostruite molte delle aper-ture che permettevano all’aria di circolare all’interno degli ambienti, le canne di ventilazione sono state chiuse in più punti ed è stata creata una copertura degli ambienti del se-condo piano; tutti questi interventi hanno eliminato l’effetto camino grazie a cui si aveva la mobilitazione dell’aria negli ambienti del palazzo. Inoltre, interventi secenteschi hanno di-strutto tutte le bifore del prospetto principale sostituendole con finestre rettangolari di luce maggiore, cosa che ha incre-mentato la superficie di accesso dell’irraggiamento solare de-terminando il surriscaldamento degli ambienti esposti ad est. Il recente restauro ha riportato il palazzo alla sua bellezza ed oggi la Zisa ospita il museo dell’Islam; alcuni elementi origi-nari sono stati parzialmente ripristinati, ma il raffinato sistema di controllo microclimatico risulta notevolmente ridotto. ¶

* Alessandra Pezzoli Ingegnere, libera professionista

Bibliografia[1] Attia, S.; De Herde, A. [2009] “Designing the Malqaf for Summer Cooling in Low-Rise Housing, an Experimental Study”, 26th Conference on Passive and Low Energy Archi-tecture, Quebec (CAN).[2] Bori, D. [2006] Il raffrescamento passivo degli edifici: tecniche, tecnologie, esempi, cenni di termofisica applicata, Sistemi editoriali, Napoli.[3] Bottero, M.; Rossi, G.; Scudo, G.; Silvestrini G. [1984] Architettura solare: tecnologie passive e analisi costi-benefici, CLUP, Milano.[4] Bruno, S. [2001] Progettazione bioclimatica e bioedilizia: manuale di architettura per edifici e impianti ecocompatibili, ilSole24ore, Milano. [5] Comandini, S.; Dal fiume, A.; Ratti, A. [1998] Architettura sostenibile, Pitagora editrice, Bologna.[6] Fathy, H.; Shearer, W.; Sultan, A. [1986] Natural energy and vernacular architecture: prin-ciples and examples with reference to hot arid climates, University of Chicago Press, Chicago (USA).[7] Hoag, J. [1978] Architettura islamica, Electa, Milano.[8] Sala, M.; Ceccherini Nelli, L. [1993] Tecnologie solari, SE editrice, Napoli. [9] Scudo, G. [1988] Materiali, clima e costruzione, CLUP, Milano. [10] Sassi, P. [2008] Strategie per l’architettura sostenibile: i fondamenti di un nuovo approccio al progetto, edizioni Ambiente, Milano.[11] Zangheri, L. (a cura di) [1986] Architettura islamica e orientale: note e contributi, Alinea editrice, Firenze.

8. Nicchia della sala principale con fontana del castello della Zisa (Palermo).

CIL_2014_156_INT@064-069.indd 69 07/02/14 14.12