Architettura tecnica

Architettura tecnica

Progettazione prestazionale e processo edilizio

Il sistema ambientale è l’insieme delle caratteristiche dello spazio mentre il sistema tecnologico è l’insieme delle caratteristiche dell’involucro. La progettazione di un edificio si basa su scelte di tipo morfologico, tipologico e tecnico:

• Scelte morfologiche: rapporto con il contesto, forma e orientamento;
• Tecnica: materiali, componenti costruttivi e impianti;
• Scelte tipologiche: organizzazione degli spazi e funzioni.

Le unità tecnologiche sono l’insieme degli elementi tecnici interconnessi che svolgono una specifica funzione. Gli elementi tecnologici si dividono in tre grandi classi, la prima grande classe sono le strutture.

Strutture

Le strutture hanno la funzione di sostenere i carichi e collegare le sue parti e si dividono in:

• Struttura di fondazione: ha il compito di trasmettere i carichi del sistema edilizio al terreno (indirette o dirette);
• Struttura di elevazione: ha il compito di sostenere i carichi e trasmetterli alle strutture di fondazione (verticali, orizzontali, inclinate e spaziali);
• Struttura di contenimento: ha il compito di sostenere i carichi che derivano dal terreno (verticale e orizzontale).

Chiusure

Le chiusure hanno il compito di separare gli spazi interni con l’esterno e sono:

• Chiusura verticale: ha il compito di separare gli spazi interni del sistema edilizio con l’esterno (pareti perimetrali verticali e infissi verticali);
• Chiusura orizzontale inferiore: ha il compito di separare gli spazi interni con il terreno sottostante (solai a terra e infissi orizzontali);
• Chiusura orizzontale su spazi esterni: ha il compito di separare gli spazi interni con gli spazi esterni sottostanti (piano pilotis);
• Chiusura superiore: ha il compito di separare gli spazi interni con gli spazi esterni sovrastanti (coperture e infissi orizzontali).

Partizioni interne

Le partizioni interne hanno il compito di dividere e conformare gli spazi interni.

• Partizione interna verticale: ha il compito di dividere gli spazi interni (tramezzi e infissi verticali interni);
• Partizione interna orizzontale: ha il compito di dividere gli spazi interni del sistema edilizio (solai, soppalchi, infissi interni orizzontali);
• Partizione interna inclinata: ha il compito di collegare gli spazi posti a quote diverse (scale).

Le scelte tecniche sul sistema tecnologico si basano sul soddisfacimento di esigenze, requisiti e prestazioni in accordo al metodo proposto dalla norma UNI 8289.

Esigenze

Per esigenze si intende quello che è necessario per lo svolgimento di un’attività, ci sono esigenze di vario tipo.

• Sicurezza: insieme delle condizioni relative all’incolumità degli utenti (s. urti, elettrica).
• Benessere: insieme delle condizioni relative a stati del sistema edilizio adeguati alla vita, alla salute (b. acustico, termico).
• Fruibilità: insieme delle condizioni relative all’attitudine del sistema edilizio ad essere usato dagli utenti.

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• Aspetto: insieme delle condizioni relative alla fruizione percettiva del sistema edilizio.
• Gestione: insieme delle condizioni relative all’economia del sistema edilizio.
• Integrabilità: insieme delle condizioni relative all’attitudine delle unità e degli elementi del sistema edilizio a connettersi tra loro.
• Salvaguardia dell’ambiente: insieme delle condizioni relative al mantenimento e miglioramento del sistema edilizio.

Il requisito è quella caratteristica necessaria per soddisfare un’esigenza. I requisiti sono ambientali (temperatura interna percepita) e tecnologici (controllo della condensa, inerzia termica, trasmissione di calore). La prestazione è la proprietà qualitativa e quantitativa che un componente edilizio possiede in relazione a una data caratteristica.

Definizione del progetto

Nella definizione di un progetto si seguono 3 step, in base alla destinazione d’uso si ottengono le esigenze, se prendiamo come esempio le chiusure verticali, abbiamo esigenze di tipo benessere visivo e olfattivo, sicurezza, fruibilità. Tutte le esigenze assolvono a più requisiti, si crea così il modello funzionale del componente, ossia una stesura degli strati ideali (strato termoisolante, ritenuta dell’acqua). Si passa così alla ricerca dei materiali in relazione alle prestazioni. La specifica di prestazione è il valore di un attributo che indica la prestazione desiderata.

L’analisi delle esigenze e l’individuazione delle prestazioni e requisiti forma il metaprogetto. Consiste in una sequenza di fasi che vanno dalla progettazione alla produzione; è svincolato dalla scelta dei materiali e tecnologie.

Processo edilizio

Il processo edilizio può essere per opere pubbliche o private e comprende 5 tipologie di interventi:

• Nuova costruzione
• Manutenzione ordinaria: finiture e miglioramento impianti.
• Manutenzione straordinaria: rifacimento, ripristino di parti strutturali e impianti.
• Restauro e risanamento conservativo: attività che mantengono inalterate le caratteristiche.
• Ristrutturazione edilizia: modifica il toto o in parte le caratteristiche dell’edificio.

Il processo edilizio di divide in 3 sotto-processi: processo decisionale, esecutivo e gestionale.

Processo decisionale

• Definizione degli obiettivi con quadro delle esigenze;
• Programmazione e quindi individuazione delle attività, risorse economiche;
• Progettazione: progetto di fattibilità tecnico-economica, progetto definitivo ed esecutivo;
• Affidamento dei lavori.

Processo esecutivo

• Programmazione dei lavori in cantiere;
• Esecuzione dei lavori;
• Controllo dei lavori da parte del direttore dei lavori scelto dal cliente;
• Collaudo e avviamento da parte di un soggetto esterno.

Processo gestionale

Piano delle attività che servono a garantire la vita utile dell’edificio:

• Programmazione della gestione;
• Affidamento della gestione;
• Manutenzione e gestione, attività che servono a garantire il mantenimento delle prestazioni iniziali;
• Adeguamento, miglioramento funzionale, tecnologico per raggiungere livelli di prestazioni più elevati;
• Dismissione e riciclo.

Un edificio subisce col tempo un processo di obsolescenza fisiologica e lenta o obsolescenza patologica.

Obsolescenza

• Obsolescenza fisica: degrado materico.
• Obsolescenza funzionale: cambiano le esigenze e l’edificio perde interesse.
• Obsolescenza normativa: l’edificio non rispetta più le norme attuali.
• Obsolescenze tecnologica: aggiornamento degli impianti.

Il processo decisionale prevede diversi progetti, tra cui il:

Progetto di fattibilità tecnico-economica

Individua tra più soluzioni quelle che presentano il miglior rapporto tra costi e benefici in relazione alle esigenze da soddisfare.

• Relazione generale: indica le esigenze poste alla base della progettazione e quindi i requisiti da soddisfare. Descrive le caratteristiche funzionali, tecnologiche e economiche ed elenca le normative di riferimento.
• Relazione tecnica e studi specialistici: indagini, studi sul contesto territoriale, vincoli archeologici, idrogeologici, valutazione sulla mobilità e sul traffico. Descrizione delle scelte architettoniche, strutturali e impiantistiche.
• Elaborati grafici: planimetrie, prospetti e sezioni, calcolo della spesa, cronoprogramma e quadro economico.

Progetto definitivo

Individua i lavori da realizzare, nel rispetto dei vincoli studiati in precedenza.

• Relazione generale: descrive dettagliatamente i criteri utilizzati per le scelte progettuali, gli aspetti architettonici, tecnici e funzionali, materiali scelti e gli impianti.
• Relazioni tecniche e specialistiche: dopo delle prove in sito, vengono descritte le strutture in funzione del terreno sottostante, indica il superamento delle barriere architettoniche e gli impianti.
• Elaborati grafici: planimetrie (1:500), piante, prospetti e sezioni (1:100), carpenterie (1:100), schemi funzionali, calcoli delle strutture, computo metrico estimativo, cronoprogramma e quadro economico.

Progetto esecutivo

È redatto in conformità al progetto definitivo e determina in modo dettagliato i lavori da realizzare, il costo previsto e il cronoprogramma dei lavori. Ad esso è associato il piano di manutenzione dell’opera.

Processo edilizio: figure coinvolte

Il processo edilizio coinvolge diverse figure:

• Utente: soggetto destinatario e fruitore finale;
• Committente: soggetto che programma e finanzia l’opera;
• Progettista: nominato dal committente, trasforma le esigenze in manufatti edilizi;
• Costruttore: soggetto a cui viene affidata la realizzazione dell’opera;
• Fornitore: soggetto intermediario tra mercato e cantiere;
• Direttore dei lavori: nominato dal committente, per dirigere e coordinare l’esecuzione;
• Collaudatore: soggetto che certifica la corrispondenza finale dell’opera con gli obiettivi finali.

Metodi di controllo

• Verifiche progettuali: si basano su elaborati grafici e sono espressi in termini di indici di qualità;
• Verifiche di laboratorio: si basano su prove su componenti e materiali utilizzati, prove sperimentali distruttive e no;
• Verifiche in sito: si basano su prove su prodotti finali.

Architettura tecnica: qualità

La qualità in edilizia è il grado di corrispondenza tra prestazioni e requisiti desiderati. Il controllo di qualità è effettuato seguendo le linee guida della norma UNI-ISO 8402, che fornisce istruzioni per misurare e verificare le specifiche prestazioni degli oggetti edilizi.

Ambiente e edilizia

In passato l’architettura veniva concepita e realizzata in relazione al contesto ambientale, caratterizzato da determinate condizioni climatiche, configurazioni in sito e risorse disponibili. Forma e orientamento per ottimizzare la captazione e protezione dal sole e dal vento, i materiali erano naturali e locali. Realizzavano in maniera empirica le case senza calcoli, in base a dove erano realizzate le opere si riconoscono diverse tipologie costruttive.

Soluzioni architettoniche in diversi climi

Nelle zone aride (alte temperature, bassa umidità) gli insediamenti erano compatti e chiusi, in quanto erano meno captanti e sfruttano in questo modo l’ombreggiamento, i materiali erano massivi ossia quei materiali con un'ottima inerzia termica e capacità di sfasare l’onda termica ed isolare. La corte sfrutta la differenza di pressione e quindi il movimento dell’aria. Per far sì che l’aria sia in depressione, essa deve essere calda. La depressione viene creata attraverso la differenza di quota, in quanto, in questo modo l’aria di immissione ed estrazione non si toccano.

In un clima arido si preferiscono le coperture curve in quanto la cupola consente una stratificazione del calore maggiore, per differenza di pressione il calore interno è chiamato verso l’esterno ed inoltre essendo la cupola non uniformemente illuminata si creano zone di ombra, le quali avranno internamente uno scambio di calore.

In presenza di un clima temperato con captazione e protezione, la protezione ha uguale validità in estate e in inverno, questo consente sia di evitare la dispersione di calore che l’accumulo. In questo tipo di clima il materiale più utilizzato è la pietra. Per i trulli, ad esempio, è importante studiare l’orientamento al fine di captare luce e calore, il fronte aperto è spesso quello sud. Le superfici chiare, inoltre, sono più riflettenti mentre quelle scure assorbono il calore.

In un clima freddo il materiale utilizzato è il legno, il fronte nord è sempre chiuso mentre quello sud poco aperto; le coperture sono inclinate e il sottotetto è utilizzato al fine di isolarsi dal terreno sottostante. Tra le soluzioni tecnologiche abbiamo ipocausto.

Ipocausto

L’ipocausto è un intercapedine che convoglia aria calda. È costituito da muretti e tavelloni, realizzato con blocchi di argilla su cui veniva posato il pavimento, quest’intercapedine è collegata ad altri intercapedini verticali realizzando così contro pareti. Venivano realizzate anche delle pendenze creando moti di aria calda, che per convenzione trasferiscono il calore.

L’architettura moderna viene progressivamente svincolata dal contesto ambientale in cui si trova, attraverso l’introduzione di prodotti e processi di fabbrica e l’uso di fonti di energia fossile. La forma e l’orientamento sono più legati alle caratteristiche funzionali, i materiali sono industriali e ci sono sistemi impiantistici ad elevate prestazioni e consumi. Il sistema di produzione di energia da fonti fossili subisce una crisi significativa negli anni ’70, collegato ad un aumento della popolazione, crescita della produzione industriale, esauribilità delle fonti fossili e distribuzione non equilibrata dei giacimenti di fonti fossili.

Sostenibilità e architettura moderna

Dagli anni ’90 ad oggi, la constatazione degli impatti negativi delle attività umane sull’ambiente porta a riconsiderare i modelli produttivi in un’ottica di sostenibilità, per contrastare appunto, le emissioni di sostanze inquinanti, consumo di risorse esauribili.

• Rapporto Brundtland: sottolinea che lo sviluppo sostenibile consente di soddisfare le esigenze delle generazioni presenti senza compromettere la possibilità per le generazioni future di soddisfare le proprie.
• Conferenza di Kyoto: sottolinea la necessità di contenere le emissioni di CO₂.
• Conferenza di Doha: discute l’avanzamento del protocollo di Kyoto.
• Conferenza di Sharm-el-Sheikh: sottolinea gli aspetti principali del contrasto al cambiamento climatico con una particolare attenzione alla valorizzazione di risorse e fonti di energia naturali.
• UE Pacchetto Energia Clima 2020
• UE Pacchetto Energia Clima 2030
  • Riduzione di emissioni gas serra (entro il 2020 del 30%, e 40% entro il 2030);
  • Aumento della produzione di energia a fonti rinnovabili (20/27%);
  • Riduzione del consumo di energia del 20%.
• Piano di Efficienza Energetica Comunità Europea

Il settore delle costruzioni rappresenta il comparto produttivo a più elevata incidenza nei consumi ed emissioni; è chiamato pertanto alla sperimentazione di nuovi materiali e sistemi per la gestione dei flussi di energia con soluzioni tecnologicamente avanzate come:

• Materiali a basso consumo energetico e emissione inquinante;
• Sistemi di involucro per il controllo del calore;
• Sistemi impiantistici ad alta efficienza per sfruttare le energie rinnovabili;
• Impianti ad energia eolica, geotermici, biomasse e solare.

La ricerca sui sistemi di involucro per il controllo dei flussi può essere:

• Passivo, attraverso soluzioni morfologiche;
• Attivo, mediante sistemi automatizzati.

Valutazione della sostenibilità

Uno degli strumenti che in qualche modo hanno permesso di guidare e controllare la sostenibilità degli edifici è rappresentata dai protocolli di valutazione della sostenibilità. La valutazione di sostenibilità ambientale si basa su sistemi di punteggio organizzati secondo schede. Ad ogni scheda è associato un indicatore, a cui deve essere attribuito un punteggio, in relazione al rispetto di criteri prestabiliti. La somma pesata dei punteggi associati a ciascun indicatore consente all’edificio di ottenere un valore, che ne esprime il grado di sostenibilità.

Il LEED è un metodo americano per la valutazione degli edifici, nel 2010 l’Italia ha creato il suo LEED Italia. Questo protocollo è l’ente a cui si inviano le valutazioni per poi certificare le prestazioni degli edifici sostenibili tramite un insieme di schemi di certificazione. La valutazione si basa su 6 categorie di indicatori per un punteggio totale di 100 punti: sostenibilità del sito, gestione delle acque, energia e atmosfera, materiali e risorse, qualità ambientale interna, più 10 punti bonus. In base al punteggio conseguito sono previsti 4 livelli di certificazione.

Il Protocollo ITACA è un sistema di valutazione della sostenibilità energetica e ambientale degli edifici introdotto e approvato nel 2004 con lo scopo di formulare una serie di regole condivise a livello nazionale per la definizione di progetti con caratteristiche di bioedilizia. La maggior parte delle regioni e province autonome italiane ha aderito al protocollo Itaca e varie regioni lo hanno scelto come strumento di riferimento per promuovere la sostenibilità e erogare incentivi economici a chi costruisce in bioedilizia.

La Puglia ha elaborato il proprio protocollo Itaca: è articolato in 5 categorie e 19 sottocategorie per un totale di 40 criteri e viene assegnato un punteggio da -1 a +5.

Architettura tecnica: certificato di sostenibilità

Il certificato di sostenibilità è rilasciato da un professionista alla fine dei lavori.

• 5 categorie e 19 sottocategorie = 40 criteri
• A. Qualità del sito
• B. Consumo di risorse
• C. Carichi ambientali
• D. Qualità ambientale indoor
• E. Qualità del servizio

Esempio: categoria carichi ambientali, sottocategoria isola di calore (impatto sull’ambiente circostante). L’isola di calore urbano è l’effetto dell’innalzamento della temperatura nelle zone urbane rispetto alle zone rurali circostanti, provocato da attività antropiche, ridotta ventilazione e ombreggiamento, limitata permeabilità all’acqua ed elevato assorbimento solare. I materiali delle superfici orizzontali, in estate quando il sole è a 75° quasi prossimo ai 90° dello zenit, tendono ad assorbire e riemettere la temperatura nel campo infrarosso, facendola aumentare. Sulla superficie esterna si verificherà un innalzamento di temperatura. Supponendo che internamente ci siano 25°C il calore fluirà dall’esterno all’interno avremo che la struttura dovrà rispondere.