Architettura tecnica II

Il contesto e la progettazione

Esempi illustrati e tipologie di contesto: Urbano, culturale e tecnologico

La progettazione consiste nell’effettuare delle scelte, atte alla soddisfazione dei desideri e delle esigenze umane. Il suo obiettivo principale è dunque quello della definizione di un organismo edilizio efficiente, ovvero in grado di produrre una rispondenza tra un prefissato quadro esigenziale e quello prestazionale. Tale organismo deve anche essere inserito in un dato contesto, inteso nelle sue numerose accezioni: culturale, sociale, fisico, geografico, climatico, economico e tecnologico.

Un progettista trae dunque ispirazione dall’ambiente in cui l’oggetto è destinato ad esser edificato e successivamente sceglie l’opposizione o l’adeguamento al contesto, in relazione alle idee progettuali e metaforiche che vuole trasmettere. Il contesto in cui viene inserito un organismo edilizio deve essere uno dei primi elementi cui un buon progettista deve relazionarsi, studiando le sue peculiarità, la sua morfologia ed anche la sua storia. Fondamentalmente, si arrivano a formulare due principali metodi di rapporto al contesto: per assonanza o per opposizione.

Nel primo caso si parla di mimetismo fisico, cioè la volontà di prendere le direttrici che la zona attorno offre per poter amalgamare il nuovo al vecchio senza creare eccessivi contrasti, preferendo modificare leggermente gli equilibri piuttosto che stravolgerli. Nel secondo metodo invece si preferisce lavorare in opposizione con tutto (o con parte) di ciò che il sito presenta, così da istituire un nuovo linguaggio, rivoluzionando quanto già presente secondo le necessità riscontrate dal progettista.

Tuttavia, nell’operare una di queste due scelte occorre pensare non solo alle relazioni fisiche, ma anche alle idee che ci sono dietro e che le hanno formate, così da potersi rapportare anche sul piano astratto oltre che su quello fisico. Occorre inoltre che il progetto sia coerente in ogni suo ambito non solo con l’idea che si vuole seguire, ma anche con le necessità ed obbiettivi posti dalla committenza.

Per far ciò è bene scomporre l’edificio secondo una gerarchia morfologica, controllando le caratteristiche di ogni spazio elementare, delle unità ambientali che questi compongono e dell’edificio così strutturato. Gli spazi elementari saranno disposti secondo una gerarchia di percorsi e servitù, in modo da ottenere non solo un edificio distributivamente corretto ma che garantisca anche i giusti livelli di comfort e accessibilità.

Contesto tecnologico e disponibilità economica

Sin dall’antichità, il contesto tecnologico ha influenzato la progettazione e la costruzione. Infatti, nella concezione delle grandi opere del passato, in assenza delle attuali tecnologie, le esigenze strutturali si concretizzavano in una identità tra forma e geometria, tra messaggio estetico e messaggio strutturale.

Ancora, la tradizione della Mongolia ha portato le sue popolazioni nomadi a servirsi della yurta, un’abitazione mobile caratterizzata da una facilità e velocità di montaggio e smontaggio. Questa viene realizzata con un’ossatura in legno ed una copertura di tappeti di feltro di lana di pecora, materiali facilmente reperibili in tale contesto. Le scelte progettuali sono influenzate anche dalla disponibilità economica e di materiali; ecco allora che in America, grazie alle grandi risorse forestali che caratterizzano la nazione, sin dall’800 si è sviluppata la tecnica del Baloon Frame.

Altro esempio in cui l’organismo edilizio si pieghi alle disponibilità costruttive ed economiche, è quello delle numerose costruzioni realizzate con la tecnica dell’Adobe, un impasto di argilla e sabbia essiccata al sole. Tale tecnica è antichissima e ad oggi ancora molto utilizzata, soprattutto nel terzo mondo, per sopperire proprio alla mancanza di risorse.

Influenza del contesto culturale

Anche le caratteristiche estrinseche di un edificio vengono influenzate dal contesto, ad esempio da quello culturale. Infatti, Shigeru Ban nel 2001 realizza abitazioni in serie per situazioni di emergenza, utilizzando un linguaggio architettonico aderente a quello culturale locale, con un portico antistante e una copertura a volta con elementi tipici, ovvero delle stuoie.

Un buon progettista deve anche considerare gli elementi che compongono l’area interessata dall’intervento, ovvero il contesto fisico. Per il concorso del CAC del 1998 a Roma, alcuni partecipanti, quali Steven Holl, Zaha Hadid, Jean Nouvel, partono da un’analisi dei flussi dell’area interessata dal bando, presentando strutture molto geometriche, lineari e astrattizzate, che non spaccassero il quartiere, ma che al massimo creassero zone cuscinetto e di mediazione.

Rem Koolhaas studia l’intera scala urbana, evidenziando quelli che ritiene essere gli elementi di maggior importanza; Caruso e St. John studiano le preesistenze situate nell’area, per mantenerle ed integrarle nel loro progetto. La vincitrice del concorso, Zaha Hadid, demolisce i capannoni preesistenti sull’area di progetto, esalta il carattere avanguardista che la città ha avuto nella storia, proponendo strutture dinamiche e fluide, dove l’alternarsi di sbalzi, flussi, curve, elementi verticali e obliqui danno vita all’idea metamorfica di dinamismo. La fluidità delle linee orizzontali e verticali assecondano i percorsi pensati per i visitatori, con una coerenza visibile anche nella sezione dell’edificio, imitando le direttrici curvilinee del quartiere e adattandosi ad essi.

Inoltre, le facciate delle vecchie Caserme di via Guido Reni sono state conservate così da assimilare il più possibile i contrasti fra questa nuova architettura ed i solidi capannoni industriali della vecchia FIAR.

L'influenza del clima sulla progettazione

Nella progettazione è essenziale consentire ai fruitori di un dato organismo edilizio il benessere ambientale, garantendo adeguate condizioni termo-igrometriche, di illuminazione, di ventilazione, acustiche, di purezza dell’aria. In particolare, bisogna tenere presenti alcuni rapporti, quali:

• Il rapporto tra clima e organismo edilizio = MACROCLIMA
• Il rapporto tra organismo edilizio e unità ambientali = MICROCLIMA
• Il rapporto tra unità ambientali e organismo umano = MICROCLIMA

I fattori climatici che maggiormente influenzano le scelte progettuali sono: l’esposizione intesa come l’orientamento dell’edificio, l’ambiente circostante e la pendenza del sito; il costo energetico ovvero il rapporto frigoria/caloria deve essere 3:1 (dove la frigoria è la quantità di calore che deve essere sottratta da un Kg di acqua per abbassarne la temperatura da 15,5° a 14,5° alla pressione d 1Atm) e le caratteristiche morfologiche quali il rapporto superficie/volume delle parti riscaldate o il rapporto superficie involucro opaco/superficie di involucro trasparente.

Bisogna innanzitutto individuare le esigenze di comfort, successivamente eseguire un’analisi delle condizioni climatiche e del contesto ed infine definire delle strategie progettuali. Le strategie adottabili nei periodi e climi caldi sono:

• Minimizzare i guadagni termici
• Evitare il sovra riscaldamento
• Ottimizzare la circolazione di aria fresca

Nel periodo freddo:

• Massimizzare i guadagni di calore gratuiti
• Creare una buona distribuzione e accumulo di calore nell’edificio
• Ridurre le perdite termiche permettendo una sufficiente ventilazione

I parametri progettuali di cui bisogna tenere conto sono: la forma della pianta che determina infatti l’organizzazione planimetrica dell’edificio, il comportamento energetico, l’illuminazione degli interni e la ventilazione naturale; l’esposizione dell’edificio e le caratteristiche termofisiche dell’involucro.

La forma dell’edificio rappresenta un potente elemento di controllo delle prestazioni energetiche. Nei climi freddi si trovano forme più compatte, mentre nei climi caldi le forme edilizie sono più allungate ed articolate per facilitare il movimento delle masse d’aria ed aumentare le superfici di scambio. La forma dell’edificio inoltre, influisce in maniera significativa sulle perdite termiche.

Si ricorre allora al rapporto S/V: tanto più è elevata la superficie che racchiude il volume riscaldato, tanto più elevato è lo scambio termico. Invece, quanto minore è la superficie di inviluppo rispetto al volume compreso, tanto maggiore è la compattezza, ed è minore la superficie disperdente per unità di spazio utilizzabile. Il cubo, presenta il rapporto S/V più piccolo possibile, risulta quindi essere la forma ottimale per conservare l’energia.

Uno dei fattori principali che determinano le condizioni climatiche è l’irraggiamento solare. La quantità di radiazione solare diretta che raggiunge la superficie terrestre dipende dalla latitudine, dall’altezza del suolo sul livello del mare, dalla stagione e dall’ora. Importante è quindi l’orientamento dell’edificio rispetto al corso apparente del sole.

L’edificio deve anche essere orientato tenendo conto della direzione e dell’intensità delle correnti d’aria. Gli edifici disposti perpendicolarmente alla direzione del vento, ricevono sul lato esposto un impatto alla massima velocità. Se sono invece disposti a 45°, la velocità del vento si riduce del 50%.

Trasformare il sole in una risorsa

Esempio del fotovoltaico, peculiarità e problemi relativi

Il sole è una fonte energetica gratuita, non inquinante e rinnovabile. Fin dall’antichità, il sole è stato uno dei maggiori fattori di cui si è tenuto conto per migliorare il comfort degli organismi edilizi, studiando l’esposizione così da poterne trarre i maggiori benefici possibili. Questa attenzione è presente quasi ossessivamente nei paesi nordici, dove è tradizione tentare di sfruttare anche ogni piccolo raggio di sole per portare nell’edificio luce e calore.

L’impegno di proseguire in questa direzione è sempre più concreto e supportato dalle autorità, a tal punto che lo Stato italiano ha imposto che tutti i fabbricati residenziali di nuova costruzione siano ad impatto “quasi zero” a partire dal 2018. Proprio in quest’ottica l’irraggiamento solare torna ad essere un fattore principe, a cominciare dall’esposizione dell’edificio, così che permetta di avere una buona illuminazione naturale quando serve, studiando la disposizione degli ambienti così che siano illuminati il più possibile naturalmente nei momenti in cui questi sono più sfruttati.

Oltretutto, con l’utilizzo di serre solari e di un giusto rapporti pieni-vuoti si può ottenere anche come parziale fonte di riscaldamento. Solitamente, l’orientamento migliore a tal fine è quello Est-Ovest, tuttavia ci sono esempi concreti di nuova bioedilizia dove le strutture orientate Nord-Sud abbiano effettivamente un rendimento migliore (è il caso della Solar City di Linz, Austria).

Riguardo all’irraggiamento solare come fonte di riscaldamento a costo zero, non si può non parlare del muro di Trombe. Questa tipologia prevede che la facciata a Sud sia completamente vetrata a tutta altezza, seguita poi da un muro posto a circa 10 cm di distanza, solitamente di colore nero o azzurro. Il vetro ha solo funzione captante, studiato perché rifletta il meno possibile e riscaldi la parete interna di muratura. Questa, grazie ad una buona capacità termica, immagazzinerà calore per poi rilasciarlo in ore più fresche (anche dodici ore di ritardo). Inoltre, grazie ad aperture regolabili sulla parete scura, si possono attivare moti convettivi che portino l’aria calda dell’intercapedine direttamente nell’abitazione così da accelerare il processo di riscaldamento. Successivamente si è creato anche il sistema Barra Costantini, che prevedeva l’interessamento anche dei solai come “pavimenti di Trombe”.

Si parla di utilizzazione diretta dell’energia solare quando questa viene trasformata direttamente in altre forme di energia, come l’energia termica o l’energia elettrica, e in tal caso si parla di fotovoltaico. Vi sono però parecchi inconvenienti: la radiazione solare raggiunge spesso l’edificio con intensità bassissima; durante la stagione in cui è necessario il riscaldamento, tale radiazione è disponibile solo per una frazione di tempo a causa delle poche ore di luce diurna e infine per gran parte degli edifici esistenti la sua disponibilità è gravemente limitata dagli edifici circostanti, dagli alberi.

A causa della bassa intensità della radiazione solare, grandi aree della superficie dell’edificio devono essere destinate a raccoglierla in un impianto apposito, quello fotovoltaico. Tale impianto si serve di un generatore, detto per l’appunto generatore fotovoltaico, che produce energia elettrica in corrente continua che poi, trasformata in corrente alternata attraverso un inverter, può essere immessa nella rete elettrica del distributore nazionale o locale. In tal modo, è possibile sia sfruttare direttamente l’energia elettrica prodotta, sia vendere alla rete quella prodotta in eccesso.

La componente di base dell’intero impianto è la cella fotovoltaica, adibita alla conversione elettrica. Più celle fotovoltaiche, in genere 36 o 27, connesse in serie formano un modulo fotovoltaico, che a sua volta costituisce l’elemento base del singolo pannello fotovoltaico. Più pannelli formano poi una stringa. Infine, dal collegamento in serie di più stringe nasce il generatore fotovoltaico.

Le celle di base del generatore fotovoltaico possono essere di più tipi: monocristalline caratterizzate da un alto rendimento (fino al 16%), ma anche da un alto costo, policristalline caratterizzate da un minor rendimento (10-12%), ma sono più economiche e amorfe caratterizzate da un basso rendimento (4-8%), sono molto economiche e si adattano anche al caso della radiazione diffusa.

Oltre al generatore fotovoltaico, l’impianto è costituito da un quadro di campo, un inverter, un quadro parallelo, un contatore ENEL ed infine deve essere dotato di connessione alla rete elettrica. I moduli devono preferibilmente essere orientati verso sud, con una inclinazione tra i 25° ed i 35° rispetto al piano orizzontale (almeno per le zone dell’Italia centro-meridionale) e non devono essere ombreggiati in nessun periodo dell’anno da altri moduli o da altri elementi.

Tali moduli possono o essere fissati su un’apposita struttura di sostegno, a sua volta fissata al suolo, oppure, nel caso in cui siano adagiati direttamente sull’involucro, devono essere dotati di un adeguato sistema di ventilazione per evitare il surriscaldamento. Nel progettare l’impianto si deve tenere conto dell’aspetto dell’integrazione architettonica: i moduli dovrebbero preferibilmente andare a sostituire parti dell’edificio come rivestimenti di facciata, manto di copertura o frangisole.

Il costo annuo di manutenzione di un impianto voltaico è piuttosto basso; gli oneri maggiori sono quelli dovuti alla fornitura dell’impianto (circa il 75% del totale) e all’installazione (20%). Un altro pregio dell’impianto fotovoltaico è inoltre quello di contenere le emissioni di CO2 e di risparmiare sui combustibili fossili.

Il Dlgs 311/06 stabilisce infine che per tutte le categorie di edifici, sia pubblici sia privati, è obbligatorio l’utilizzo di fonti rinnovabili per la produzione di energia termica ed elettrica. In particolare, è obbligatoria l’installazione di impianti fotovoltaici per edifici di nuova costruzione, per ristrutturazione integrale degli elementi edilizi costituenti l’involucro di edifici esistenti di superficie utile superiore a 1000 mq, per demolizione e ricostruzione in manutenzione straordinaria di edifici esistenti di superficie utile superiore a 1000 mq.

In particolare, il comma 350 della legge finanziaria, prescrive per i nuovi edifici l’installazione di un impianto fotovoltaico di potenza minima pari a 200 W, per unità immobiliare. Per promuovere l’utilizzo di fonti rinnovabili e pulite di energia vengono forniti degli incentivi per l’elettricità prodotta con fotovoltaico. Tali incentivi prevedono la remunerazione dei kWh prodotti ad un prezzo superiore a quello di mercato.

Le tipologie di tamponatura verticale dell'edificio

Facciate ventilate e a doppia pelle e grandi superfici vetrate

Le tamponature verticali ricoprono un ruolo fondamentale negli organismi edilizi perché delimitano l’ambiente interno dall’esterno, determinando il comfort termo-acustico degli ambienti interni. Una facciata deve inoltre rispondere a prefissati requisiti estetici ed essere in grado di resistere ai carichi di progetto agenti sull’edificio, dovuti al vento, alla neve e al peso proprio.

Le chiusure verticali di un edificio possono esser realizzate con sistemi tradizionali, ovvero soluzioni in cui la parete perimetrale è protetta da uno strato di isolamento, come nel caso del sistema a cappotto. Tale soluzione, pur essendo semplice, nel tempo potrebbe portare a problemi di degrado del paramento esterno o scarsa traspirabilità della parete.

Altra soluzione è quella della parete ventilata, ovvero un sistema multistrato che consente l’installazione degli elementi di rivestimento attraverso sistemi di ancoraggio di tipo meccanico e che prevede una camera d’aria tra struttura portante e rivestimento. Se tale camera d’aria ha uno spessore maggiore di 5 cm, per la differenza di temperatura tra i due diversi materiali tra cui è posta, possono instaurarsi dei moti convettivi che favoriscono la traspirabilità dell’edificio.

La parete ventilata, grazie alla presenza di uno strato di ventilazione e di uno...