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Firenze 23.04.2012 PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA_ Arch. Matilde Montalti

PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA_ Arch. Matilde Montalti

A.A. 2011/2012 Corso di LABORATORIO DI TECNOLOGIA DELL'ARCHITETTURA _ prof. Antonio Laurìa

PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA

Un architettura che rappresenta quel complesso di soluzioni progettuali, le cui finalità sono il miglioramento e l’ottimizzazione delle relazioni energetiche tra l'ambiente naturale e l'ambiente confinato, ovvero il raggiungimento dell’efficienza energetica negli scambi tra esterno ed interno, per determinare le condizioni di comfort termo-igrometrico, acustico e luminoso, mediante la progettazione architettonica(Climate responsive design)

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L’identità dell’uomo presuppone l’identità del luogo .Momento basilare dell’architettura è comprendere la vocazione del luogo

Christian Norberg-Schulz (1979)


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L’identità dell’uomo presuppone l’identità del luogo .Momento basilare dell’architettura è comprendere la vocazione del luogo

Christian Norberg-Schulz (1979)


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L’edificio PASSIVO è un edificio che abbina la possibilità di usare fattori climatici favorevoli (captare energia solare in inverno, veicolare flussi di vento in estate) con la capacità di conservare le condizioni favorevoli (immagazzinare calore in inverno e freddo notturno in estate) e di ostacolare quelli sfavorevoli (isolare l’interno dall’esterno in inverno, schermare la radiazione solare in estate), senza ricorrere a integrazioni impiantistiche costose ed energivore .

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In un clima mediterraneouna progettazione attenta al contenimento dei consumi energetici e al comfort abitativo, capace di sfruttare le risorse naturali locali e il clima, si fonda generalmente su un approccio bioclimatico, mirando a controllare contemporaneamente tre livelli

Tipologico

forma dell'edificio

Tecnico costruttivo

caratteristiche dell'involucro



Climatico ambientale

orientamento dell'edificio

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Analisi del rapporto edificio – ambiente: 1. Latitudine e dati climatici della zona;2. Condizioni locali specifiche (ventosità, assetto della vegetazione, ombre dominanti);3. Vicinanza a bacini d'acqua o fiumi; 4. Forma e dimensioni delle strutture contigue (vegetali e costruite) e analisi delle ombre;5. Vicinanza delle superfici riflettenti e caratteristiche del suolo;6. Superfici permeabili;





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Analisi del rapporto edificio – ambiente: 1. Latitudine e dati climatici della zona;

importante soprattutto nella progettazione di impianti captanti di sistemi solari attivi (collettori solari, pannelli fotovoltaici), dato che le loro superfici vengono inclinate su un piano orizzontale secondo la latitudine del luogo, affinchè la prestazione energetica sia ottimale



2. Condizioni locali specifiche (ventosità, assetto della vegetazione, ombre dominanti)influenzano il regime termico degli edifici, aumentando la dispersione dell'involucro nei mesi invernali e contribuendo al raffrescamento e alla ventilazione naturale nei mesi estivi.



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Analisi del rapporto edificio – ambiente: 3. Vicinanza a bacini d'acqua o fiumi

le masse d'acqua funzionano da elemento mitigante rispetto al microclima locale. Nei mesi estivi, l'aria raffrescata e umidificata, in corrispondenza di questi edifici, può essere convogliata all'interno degli edifici per il loro raffrescamento passivo.





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Kengo Kuma Lotus House, Giappone (2005)

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Analisi del rapporto edificio – ambiente:

4. Forma e dimensioni delle strutture contigue (vegetali e costruite) e analisi delle ombre

Per la verifica della dinamica delle ombre si utilizza

la CARTA DEL SOLERappresenta la proiezione sul piano orizzontale dei percorsi apparenti compiuti dal sole sulla volta celeste, questi percorsi variano secondo la latitudine



azimut

altezza



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Analisi del rapporto edificio – ambiente: 5. Vicinanza delle superfici riflettenti e caratteristiche del suolo

superfici assorbenti: realizzate con materiali pesanti o scuri (asfalto, pietra) in grado di assorbire buona parte della radiazione solare, di trattenere e rilasciare lentamente il calore accumulato

superfici riflettenti: incrementano il carico termico e creano abbagliamento sulle superfici adiacenti alterando anche le condizioni di illuminazione

superfici permeabili: importanti nella funzione del regime di smaltimento delle acque meteoriche e di un loro eventuale riutilizzo





Schematizzazione dei fenomeni di riflessione all’interno di “canyon urbani” di differente caratteristiche geometrico-dimensionali

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Tipo e forma in relazione al clima:

Si è spesso vincolati da una situazione urbana determinata e pianificata, ma progettare la forma dell'edificio per mette anche di poterne controllare il comportamento termico

Due caratteristiche che incidono sul comportamento energetico



●Compattezza

●Porosità

Rafael Serra Florensa e Melena Roura Coch, Arquitectura y energia natural, (1995)

Tipologico

Forma dell'edificio

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Tipologico

Forma dell'edificio

Compattezza: rapporto tra superficie esterna dell'involucro e volume dell'edificio.

a maggior compattezza corrisponde un minor contatto con le condizioni esterne

Collocazione all'esterno vani scale e balconiMinor dissipazione di energia

inverno

G.W. Reinberg, Complesso Residenziale in Sagedergasse, Vienna (1997)

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Tipologico

Forma dell'edificio

Porosità :rapporto tra volume pieno e volume vuoto dell'edificio (patii).

Inserimento di patiiMaggior ventilazione delle zone interne

estate

a maggior porosità corrisponde un maggior numero di superfici di scambio con l'esterno.

FOTO

Alexandros N. Tombazis. Kifissia, Atene, Grecia (2001)

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Tipologico

Forma dell'edificio

Forma ideale teorica

Gli edifici in clima mediterraneo tendono a privilegiare il fronte esposto a SUD perCAPTARE attraverso le vetrate in inverno (sole è basso) SCHERMARE facilmente le superfici vetrate in estate (sole è alto)

i fronti EST e OVEST vengono limitati con aggetti orizzontali (balconi, logge)poiché le aperture su tali lati portano scarsa energia in inverno (sole debole e di durata limitata) e surriscaldamento in estate (sole basso)

il lato NORD non riceve praticamente mai il sole (all’alba e al tramonto in estate)aperture ridotte per evitare dispersioni, e incremento dell’isolamento termico delle pareti esterne.

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Per latitudini superiori a 35° N e in particolare per la situazione italiana

N NE E SE S SO O NO

camere da letto

soggiorno

pranzo

cucina

lavanderia

ambienti pluriuso

bagni

ripostiglio

terrazze

corpi scale

Orientamenti preferibili per i vani di una casa di abitazione

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Tipologico

Forma dell'edificio Tipi morfologici base utilizzati per l'analisi delle scie di vento

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Tipologico

Forma dell'edificio Scie realizzate da barriere vegetali

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Tecnico costruttivo

caratteristiche dell'involucroCaratteristiche che definiscono il comportamento dell'involucro: 1. Isolamento;2. Pesantezza;3. Permeabilità; 4. Trasparenza;5. Protezione dal sole;6. Colore;

“L’involucro ha dunque il compito, fra l’altro, di modulare le condizioni ambientali esterne in modo da creare all’interno condizioni più confortevoli.È un compito che ha svolto per secoli, tanto da differenziarsi in relazione alle condizioni climatiche” (Butera, 2004).

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Tecnico costruttivo

caratteristiche dell'involucroIsolamento: resistenza dell'involucro al passaggio di calore

In Nord Europa, l'isolamento come principale elemento di controllo del comfort abitativo e di riduzione dei consumi energetici, viene utilizzato diffusamente. Non è soluzione altrettanto soddisfacente nel clima mediterraneo, dove vengono utilizzati la pietra e i mattoni (architettura tradizionale) che, a differenza del legno, oltre ad isolare consentono - grazie all’inerzia termica – di accumulare e rilasciare calore, permettendo che la temperatura interna resti superiore a quella esterna durante la notte.

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Tecnico costruttivo

caratteristiche dell'involucroPesantezza: è associata al concetto di massa termica (legata ai tipi di materiali ed elementi costruttivi scelti per l’involucro) questa determina l’inerzia termica, ovvero:Smorzamento: capacità della parete di attenuare all’interno dell’edificio i picchi e i minimi di temperatura esterna;Sfasamento:capacità della parete di far sentire più tardi, nel tempo, gli effetti termici che si verificano all’esterno; L’efficacia comunque della massa termica, è legata all’associazione con la ventilazione naturale (estate): free cooling notturno tramite la ventilazione naturale, per “scaricare” durante la notte il calore accumulato dalla parete di giorno.

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Tecnico costruttivo

caratteristiche dell'involucroPermeabilità: presenza di aperture nell'involucro, che permette il passaggio dell'aria dipende dalle dimensioni e dalla posizione della aperture stesse

In riferimento al nostro clima:●ridotta permeabilità d’inverno - per non dissipare calore ●elevata permeabilità d’estate - per migliorare la ventilazione tramite soluzioni ad assetto variabile

Esempi di schermature

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Tecnico costruttivo

caratteristiche dell'involucroPermeabilità

Glenn Murcutt Marika-Alderton House, Australia (1994)

esempio di assetto variabile

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Tecnico costruttivo

caratteristiche dell'involucroTrasparenza: è associata al concetto di radiazione solare e irraggiamento termico

Le architetture mediterranee, a differenza di quelle nord europee alla ricerca del massimo apporto di luce naturale, sono caratterizzate da soluzioni “chiuse”:prevalgono le superfici opache o quantomeno le trasparenze schermate.

Esempi di schermature fisse

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Tecnico costruttivo


Solinas Verd Arquitectos. Residenze sociali, Iznájar, Spagna, (2008)

Edifici eccessivamente trasparenti, nei climi mediterranei, creano ambienti invivibili: la radiazione termica che attraversa il vetro viene assorbita dai materiali collocati nell’ambiente interno e viene riemessa con lunghezze d’onda maggiori, non più in grado di attraversare il vetro, il calore viene così catturato all’interno degli spazi.

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Tecnico costruttivo


dimensione, orientamento e posizione delle finestre si confrontano con gli aspetti di: ●guadagno solare invernale;● soleggiamento estivo; ●surriscaldamento;●illuminazione naturale;●possibili fenomeni di abbagliamento.

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Tecnico costruttivo

caratteristiche dell'involucroTrasparenza

Area mediterranea orientamento superfici trasparenti:

- SUD, SUD-EST e SUD-OVEST guadagni termici d’inverno, provvedendo ad adeguate schermature inestate;- EST e OVEST inefficaci d’inverno, in quanto non irraggiate, e problematiche in estate, poiché il sole, basso alla mattina e alla sera, colpisce in maniera diretta tali superfici.

Anche le coperture trasparenti sono poco diffuse nelle aree mediterranee per il surriscaldamento estivo e uno scarso apporto termico invernale (il sole in inverno è basso e non colpisce la vetrata, che diventa, dunque, una superficie disperdente anche di giorno)

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Tecnico costruttivo

caratteristiche dell'involucroColore: è legato all’assorbimento superficiale e al trasferimento di energia per irraggiamento

colori scuri elevato coefficiente di assorbimento, maggiore radiazione solare (da evitare nei climi caldi),

colori chiari hanno un basso valore di assorbimento riflettono, riducendo la captazione di energia termica.

Rafael Serra Florensa e Melena Roura Coch, Arquitectura y energia natural, (1995)Rafael Serra Florensa e Melena Roura Coch, Arquitectura y energia natural, (1995)

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Tecnico costruttivo

caratteristiche dell'involucro

Nei climi mediterranei, la variabilità di temperature tra estate e inverno rende difficile la scelta di strategie progettuali e di sistemi di involucro: per esempio, privilegiare la compattezza o la creazione di spazi buffer ai fini del contenimento delle dispersioni termiche in inverno può diventare sfavorevole in estate, perché limita la ventilazione naturale. Per questo, la variabilità di assetto dell’involucro è preferibile.

Progettare involucri ad “assetto variabile” è possibile grazie all’uso di sistemi mobili che permettono di modificare il rapporto di pieni e vuoti, di trasparenza e opacità, di isolamento dell’involucro durante la giornata o nell’arco delle stagioni.

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BIBLIOGRAFIA

- ROGORA A. (2003). Architettura e bioclimatica. La rappresentazione dell'energia nel progetto. Napoli, Esselibri s.p.a.;- LAVAGNA M. (2010).Focus: Progettare con il clima, progettare nel contesto: tipologie, tecnologie e cultura materiale. , in Abitare Mediterraneo Costruire in Laterizio Gennaio/Febbraio 2010 n.133



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