Appunti Tecnologia II

Tecnologia II

Indice

• Tecnologia II lezione 3 marzo.......................................................................................................... 3
• Sostenibilità ambientale ed efficienza energetica degli edifici: tecnologie per l’efficienza energetica.............................................................3
• Innovazione tipo-tecno-morfologica nell’architettura: esempi e riferimenti progettuali nell’architettura contemporanea..........................9
• Caratteri ambientali ed assetto costruito: le caratteristiche microclimatiche come fattori per la definizione della qualità ecosistemica dei sistemi insediativi...................................................................16
• Lezione 10 marzo...................................................................................................... 22
• Esercitazione......................................................................................................... 22
• Sistemi solari passivi per il retrofitting energetico e bioclimatico..........27
• Lezione 24 marzo...................................................................................................... 37
• Schermatura estiva delle facciate....................................................................37
• Sistemi fissi di schermature esterna................................................................46
• Sistemi mobili di schermatura esterna...............................................................49
• Superfici vetrate speciali per schermatura esterna.....................................50
• Sistemi di schermatura estiva in copertura....................................................53
• Sistemi di raffrescamento passivi......................................................................57
• Soluzioni tecniche per la risoluzione delle problematiche correlate a uno scarso soleggiamento invernale dei fronti edilizi..............................62
• Materiali innovativi per l’efficienza energetico-ambientale degli edifici.65
• Bibliografia integrativa lezione 24 marzo.........................................................67
• Le schermature solari: tecnologie di intervento e soluzioni tecniche. . .67
• Sistemi passivi per il raffrescamento degli ambienti e per il controllo igrometrico e di qualità dell’aria.....................................................................72
• Lezione 31 marzo...................................................................................................... 76
• Materiali innovativi per l’efficienza energetico-ambientale degli edifici.76
• Materiali a proprietà superficiali: rivestimenti e coatings nanostrutturali................................................................................................... 80
• Soluzioni tecnico-impiantistiche per la produzione energetica da fonte rinnovabile............................................................................................................. 81
• Bibliografia aggiuntiva lezione 31 marzo..........................................................92
• L’innovazione tecnologica nei materiali per l’isolamento termico: isolamento ultrasottile...................................................................................... 92
• Sistemi di isolamento ultrasottile e tecniche di insufflaggio.....................98
• La mitigazione dell’inquinamento atmosferico urbano.............................105
• Lezione 7 aprile....................................................................................................... 110
• Serre e spazi solari: tipologie e progettazione...........................................110
• Tecnologie geotermiche per l’integrazione energetica da fonte rinnovabile negli edifici.................................................................................... 120
• Il quartiere Rinascimento III – Impreme Spa - Roma, 2008-2019......................125
• Bibliografia aggiuntiva lezione 7 aprile...........................................................130
• Tecnologie e sistemi geotermici per l’efficienza energetica degli edifici................................................................................................................................ 130
• Produzione energetica da fonte rinnovabile negli edifici: richiesta normativa e risposte tecnologiche – best practice....................................136
• Lezione 14 aprile..................................................................................................... 139
• Esercitazione....................................................................................................... 139
• Lezione 21 aprile..................................................................................................... 151
• Procedimenti costruttivi: aspetti realizzativi del processo edilizio... .151
• Procedimenti costruttivi tradizionali: il cantiere umido..........................155
• Procedimenti costruttivi prefabbricati.........................................................161
• Procedimenti costruttivi semiprefabbricati industrializzati....................162
• Procedimenti costruttivi gettati in opera industrializzati.......................166
• L’innovazione tecnologica nei calcestruzzi strutturali..........................170
• Lezione 28 aprile..................................................................................................... 178
• Le strutture di fondazione.................................................................................178
• L’innovazione tecnologica negli acciai per le costruzioni edilizie.........190
• Lezione 5 maggio.................................................................................................... 194
• Chiusura verticale.............................................................................................. 194
• Classificazione delle pareti perimetrali........................................................199
• Caratteri dell’innovazione tecnologica nei componenti e negli elementi in laterizio........................................................................................................... 202
• L’innovazione tecnologica nei prodotti in legno per le costruzioni edilizie................................................................................................................... 205
• Lezione 12 maggio.................................................................................................. 209
• Legno lamellare................................................................................................. 209
• Lezione 19 maggio.................................................................................................. 217
• Vetro e innovazione tecnologica....................................................................217

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Lezione 3 marzo

Sostenibilità ambientale ed efficienza energetica degli edifici: tecnologie per l’efficienza energetica

La Teoria del picco di Hubbert, inizialmente basata sull’osservazione dei dati estrattivi storici dei giacimenti relativi a risorse esauribili e poi affiancata da modelli matematici, rivelava che la facilità di estrazione della risorsa è proporzionale alla sua disponibilità, se la risorsa è abbondante bastano modesti investimenti per estrarla.

Con il graduale esaurimento della risorsa la produzione può continuare a crescere ma non più esponenzialmente come la prima fase, richiedendo invece maggiori investimenti fino al punto in cui si richiedono investimenti tali da rendere il procedimento di produzione non più sostenibile.

Le dimensioni dell’atmosfera sono note con estrema precisione, così come è noto il volume di sostanze inquinanti che vi stiamo riversando. Alcuni di questi inquinanti sono riconosciuti come gas serra, ossia come gas che sono in grado di respingere la radiazione ad onda lunga, ovvero la radiazione infrarossa, riemessa dalla Terra come calore. In particolare l’anidride carbonica influenza in maniera incredibile la temperatura del nostro pianeta, pur costituendo una parte minima dell’atmosfera.

L’effetto serra dovuto alla presenza di anidride carbonica è un effetto naturalmente presente nelle dinamiche climatologiche, l’attività antropica ne sta progressivamente alterando gli equilibri, soprattutto attraverso il consumo incontrollato di combustibili fossili, che rilasciano nell’atmosfera una grande quantità di anidride.

Una proporzionale crescita dei boschi potrebbe assorbire l’eccesso di anidride carbonica nell’atmosfera.

Nel 1997 venne sottoscritto da più di 180 paesi nell’ambito della Convenzione delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici il Trattato internazionale in materia ambientale, conosciuto come Protocollo di Kyoto, entrato in vigore nel 2005. Questo trattato prevede l’obbligo di ridurre le proprie emissioni climalteranti in specifiche percentuali stabilite.

Quali sono le figure preposte a fornire risposte e contributi strategici scientifici e tecnici?

L’energia impiegata nel settore residenziale terziario, composto per la maggior parte da edifici, rappresenta oltre il 40% del consumo finale di energia della comunità. Essendo un settore in espansione i consumi di energia e quindi le sue emissioni sono destinati inevitabilmente ad aumentare.

Queste sono le premesse riportate dalla Direttiva 2002/91 del Parlamento Europeo sul rendimento energetico edilizio, attribuendo indirettamente specifiche responsabilità a chi si occupa della progettazione, della realizzazione, dell’utilizzazione degli edifici. La Direttiva è stata recepita nel nostro paese con il Decreto Legge 63/Giugno 2002 e successivamente con il Decreto del Ministero dello sviluppo economico del 26 Giugno 2015.

Bisogna convertire le modalità di produzione, realizzazione, uso verso una reale sostenibilità energetica, nei settori civili.

Da queste esigenze e da questi obiettivi scaturiscono e si susseguono dal 2002 normative di livello comunitario destinate ad essere recepite dagli stati membri nell’ambito di specifiche normative nazionali.

Dal 1 Gennaio 2021 tutti gli edifici di nuova costruzione dovranno essere edifici ad energia 0, ossia edifici ad altissima prestazione energetica con fabbisogno energetico minimo o pari a 0. Quest’obbligo è in vigore dal 31 dicembre 2018 per gli edifici pubblici.

Di conseguenza varia anche ciò che si intende con il termine “tecnologia” e con il termine “efficienza energetica”. Il termine tecnologia è inteso nella sua accezione estesa ai criteri, ai metodi, alle strumentazioni metodologiche e progettuali, la tecnologia non può essere solamente intesa come la scienza che si occupa dei processi di trasformazione della materia ma deve necessariamente inglobare nella sua definizione il campo delle teorie, delle metodologie di organizzazione e sviluppo del progetto, deve considerare i processi di trasformazione che agiscono nel campo del pensiero e nelle strutture cognitive, ossia la cosiddetta tecnologia soft. La tecnologia hard, invece, è quella che riguarda la trasformazione della materia.

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Parlando dell’”efficienza energetica” un ruolo sostanziale è quello svolto dalla metodologia di approccio progettuale alla problematica dell’efficienza energetica e dai criteri di organizzazione, gestione, sviluppo della progettazione tecnologica ambientale, che è caratterizzata dall’essere multifattoriale, multi-parametrica, multidisciplinare, e necessitante pertanto di determinati strumenti di controllo e organizzazione di tale complessità. Con questo termine si intende il rapporto tra i risultati delle prestazioni e l’energia fornita, minori sono i consumi per il fabbisogno e maggiore è l’efficienza energetica.

Dobbiamo necessariamente considerare la tecnologia come la scienza che si occupa dei processi di trasformazione che agiscono anche nel campo del pensiero, che si occupa delle metodologie, delle strategie progettuali.

Chiariti i termini, la tematica tecnologie per l’efficienza energetica può essere affrontata attraverso un’analisi e una descrizione delle diverse forme attraverso questa può delinearsi e declinarsi rispetto al punto di vista della tecnologia dell’architettura.

La direttiva europea e le varie normative di recepimento dei vari stati membri costituiscono una forte innovazione normativa del settore delle costruzioni edilizie nonché una forte innovazione nel ruolo e nel peso che va ad assumere la questione dell’efficienza energetica degli edifici. Per la prima volta si parla di edifici ad energia quasi a 0, ossia di edifici che dovranno prescindere l’utilizzazione delle fonti energetiche esauribili.

La problematica dell’ecoefficientamento degli edifici appare ancora più complessa se ci si riferisce sull’intervento sul patrimonio edilizio esistente. Il meglio sarebbe incentivare la ricerca e la sperimentazione rispetto a tali obiettivi ed esigenze e sostanzialmente dare un impulso maggiore alla ricerca, questo ci consentirebbe di puntare alla realizzazione di questi obiettivi in maniera più corretta.

Sperimentazione e scienza sono già avviate inserendo nel settore dell’architettura materiali e tecnologie inventati in altri settori, come ad esempio l’isolante multi-sottile e multi riflettente, isolamento ideato dal settore dell’ingegneria aerospaziale.

Ai fini di corrispondere ai requisiti ai prodotti e agli edifici i materiali devono essere capaci di contemperare esigenze radicali opposte, ampliare gli attuali orizzonti della ricerca e della tecnologia richiede sostanze che potrebbero apparire in contraddizione con le consuete leggi della chimica e della fisica, pertanto vernici isolanti, aerogel, isolanti a fili sottili sono i materiali e le tecnologie che possono aprire a nuove modalità di approccio progettuale e tecnico realizzativo nell’obiettivo di raggiungere elevatissimi livelli di efficienza energetica.

I materiali innovativi avanzati nel settore edilizio sono classificabili in:

• Materiali a prestazioni fisse.
• Materiali strutturati avanzati.
• Materiali termostrutturali.
• Materiali a proprietà superficiali.
• Materiali smart.
• Materiali property changing.
• Materiali energy exchanging.

Nel 1962 nel Trattato “Progettare con il clima” vennero poste le basi per lo studio del rapporto tra morfologia edilizia e contesto climatico.

Questa premessa è per chiarire che l’efficienza energetica degli impianti deve essere congiunta dall’efficienza energetica dell’assetto morfologico formale, ovvero la forma architettonica, e dell’assetto fisico costitutivo, materiali e componenti costitutivi, dell’edificio.

Il semplice sovrapporre un impianto solare ad una coperta può essere considerato un sistema per l’efficienza energetica. Questo è quello che c’è di più sbagliato, non è questo il tipo di approccio.

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L’innovazione tecnologica ci permette di andare a scegliere tra tanti sistemi diversi che hanno sia diversi processi di produzione che diverse modalità di erogazione dell’energia.

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Ai fini di raggiungere i vari livelli di efficienza energetica la progettazione architettonica, orientata dai principi della progettazione tecnologica ambientale, in relazione a modelli energetici proposti alla fine degli anni ’70 dovrebbe conseguirne due:

• Modello selettivo.
• Modello bioclimatico.

L’edificio deve dialogare con i flussi ambientali esterni, non deve essere chiuso.

Il modello rigenerativo è praticabile solo se gli impianti sono alimentati da energia derivabile da fonti rinnovabili in quanto costituisce un modello energetico incentrato e basato esclusivamente sul funzionamento degli impianti. Questo modello ha fallito.

Il modello energetico selettivo adopera la struttura non solamente per conservare le condizioni ambientali desiderate ma anche per farle entrare dall’esterno, si basa, quindi, sull’obiettivo di filtrare dall’esterno le condizioni climatiche volute e perseguite all’interno degli spazi abitati in termini di temperatura, irraggiamento solare, ventilazione.

Il modello bioclimatico presuppone una preliminare considerazione delle componenti ambientali naturali di tipo climatico, soleggiamento, ventilazione, umidità, e anche di tipo biofisico, suolo, acqua e vegetazione, ai fini di ottimizzare il rapporto tra edificio e ambiente consentendo di ottenere condizioni microclimatiche indoor ottimali attraverso l’utilizzazione di principi di funzionamento naturali e tenendo il più basso possibile l’input energetico richiesto dai sistemi impiantistici.

Ai fini di innalzare i livelli di efficienza energetica l’integrazione e la sinergia tra i due modelli energetici appaiono come una strategia fondamentale. La grande efficacia di questi due modelli energetici è verificabile attraverso le numerose realizzazioni.

Il concetto dell’involucro selettivo come interfaccia dinamica trova importanti conferme nelle sperimentazioni della parete ventilata portate avanti da Renzo Piano già dal 1973.

Le forme del costruito, qualunque sia la loro destinazione funzionale, risultano maggiormente sensibili alle variazioni ambientali quanto è maggiore la loro superficie di interfaccia con l’ambiente, ossia la superficie esposta del loro involucro. In base a questa considerazione la sensibilità del sistema edilizio alle variazioni ambientali viene definita in base al rapporto tra superficie esposta e volume contenuto.

Fare un edificio di tipo A o il fare un edificio di tipo B o di tipo C non è la stessa cosa dal punto di vista energetico ambientale, mi cambia il rapporto S/V, mi cambia la quantità di superficie esposta, e quindi avrò un edificio più sensibile alle variazioni di temperatura, e quindi dovrò trattare in maniera differente l’isolamento, ed un edificio che risente di meno di queste variazioni. Attualmente la normativa non fa queste distinzioni, per certi versi un limite.

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Nella progettazione tecnologica delle soluzioni di involucro, nell’obiettivo del raggiungimento di elevati standard di ef