Costruzione delle opere di Architettura - Appunti

Costruzione delle opere di architettura

La norma UNI 0050 stabilisce quali siano le Classi Esigenziali, ossia quelle categorie in cui siano riassumibili le esigenze da soddisfare:

• Aspetto: insieme delle condizioni relative alla fruizione percettiva del sistema edilizio da parte degli utenti.
• Benessere: insieme delle condizioni relative a stati del sistema edilizio adeguati alla vita, alla salute, ed allo svolgimento delle attività degli utenti.
• Fruibilità: insieme delle condizioni relative all’attitudine del sistema edilizio ad essere adeguatamente usato dagli utenti nello svolgimento delle attività.
• Gestione: insieme delle condizioni relative all’economia di esercizio del sistema edilizio.
• Integrabilità: insieme delle condizioni relative all’attitudine delle unità e degli elementi del sistema edilizio a connettersi funzionalmente tra loro.
• Salvaguardia dell’ambiente: insieme delle condizioni relative al mantenimento e miglioramento degli stati dei sovrasistemi di cui il sistema edilizio fa parte.
• Sicurezza: insieme delle condizioni relative alla incolumità degli utenti, nonché alla difesa e prevenzione dei danni in dipendenza da fattori accidentali, nell’esercizio del sistema edilizio.

Poi ci sono i requisiti, ossia delle richieste di comportamento. Nell’architettura di Vitruvio vengono individuati tre macrosettori:

• Solidità (Firmitas – ing. Firmness) → Qualità dell’edificio
• Comodità (Utilitas – ing. Commodity) → Destinazione dell’edificio
• Bellezza (Venustas – ing. Delight) → Impatto visivo, estetico, molte volte soggettivo.

I tre principi di Vitruvio sono inseriti sulla medaglia del premio Pritzker, premio Nobel per l’architettura. 2000 anni fa, le tecniche e i materiali erano ben pochi; pian piano, anche con la rivoluzione industriale, sono aumentate le tecniche espressive. Si parla di progettazione esigenziale prestazionale, perché nella progettazione mi faccio guidare da un requisito, da una richiesta di comportamento, dall’esigenza e dal risultato da ottenere.

Principi di architettura sostenibile

Quando si parla di architettura sostenibile, si pensa alla sostenibilità ambientale, ma non bisogna trascurare quella economica e sociale. C’è una scultura di Mojoko e E. Foenander, “No One can Save us now”, rappresentante Superman che si scioglie per il riscaldamento globale e gli uomini non possono essere più salvati.

Sviluppo sostenibile significa soddisfare i bisogni delle generazioni presenti senza compromettere le possibilità per le generazioni future di soddisfare i propri bisogni, quindi sostenibilità ambientale significa evitare che l’ecosistema subisca trasformazioni irreversibili per effetto dell’azione umana; con sostenibilità economica si intende utilizzare risorse rinnovabili.

Con l’accordo di Kyoto del 1997, i firmatari si impegnarono a ridurre le emissioni complessive di gas serra tra il 2008-2012, rispetto a quelle del 1990, di almeno il 5,2%. In aggiunta agli obiettivi dell’accordo di Kyoto, l’Unione Europea si è prefissata l’obiettivo di ridurre del 20% le emissioni dei gas serra entro il 2020, e un miglioramento dell’efficienza dei progetti energetici del 20%.

Se i gas serra aumentano, essi intrappolano più del 70% di radiazione infrarossa, riflettendo quindi nuovamente il calore sulla terra, gli oceani si scaldano e aumenta il vapore acqueo, i ghiacciai si sciolgono. I gas serra più abbondanti sono l’anidride carbonica, il metano, il nerofumo e tanti altri. Le fonti energetiche rinnovabili (FER) forniscono nel mondo circa il 17% di energia, e la segreteria generale UN vorrebbe per il 2030 raddoppiare questa cifra.

Sostenibilità in architettura significa sviluppo di un processo edilizio, controllato e strutturato attraverso l’integrazione di saperi diversi, tale da fornire un “prodotto” in grado di soddisfare le esigenze dell’utente con il minimo impiego di risorse naturali, sia in fase di costruzione che in fase di esercizio, e con un significativo contenimento degli impatti ambientali.

• Architettura bioclimatica: usa gli elementi naturali del sito (il sole, il vento, l'acqua, il terreno e la vegetazione) per realizzare edifici termicamente efficienti in grado di soddisfare i requisiti di comfort termico, indipendentemente dall'uso di impianti di climatizzazione.
• Bioarchitettura: l'insieme delle discipline che presuppongono un atteggiamento ecologicamente corretto nei confronti dell'ecosistema. In una visione caratterizzata dalla più ampia interdisciplinarità e da un utilizzo parsimonioso delle risorse, tende a integrare le attività dell'uomo alle preesistenze ambientali ed ai fenomeni naturali, al fine di realizzare un miglioramento della qualità della vita attuale e futura (INBAR).
• Architettura sostenibile (detta anche green building, bioarchitettura o architettura bioecologica): progetta e costruisce edifici in grado di limitare gli impatti nell'ambiente. È un approccio culturale al progetto che fa riferimento alla Bau-biologie che si è sviluppata includendo i principi ecologici e il concetto di sviluppo sostenibile.

In percentuale, l’Italia è al primo posto tra i paesi europei per le emissioni di CO₂ totali all’anno imputabili alle case. La prestazione energetica complessiva dell’edificio è espressa attraverso l’indice di prestazione energetica globale EP. EP = EPi + EPacs + EPe + EPill

• EPi: è l’indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale;
• EPacs: l’indice di prestazione energetica per la produzione dell’acqua calda sanitaria;
• EPe: l’indice di prestazione energetica per la climatizzazione estiva;
• EPill: l’indice di prestazione energetica per l’illuminazione artificiale.

Nel caso di edifici residenziali, tutti gli indici sono espressi in kWh/mq/anno. Nel caso di altri edifici (residenze collettive, terziario, industria) tutti gli indici sono espressi in kWh/mc/anno (solo per questa tipologia di edifici è inoltre obbligatoria la determinazione dell’indice di prestazione energetica per l’illuminazione). L’indice di prestazione energetica complessiva dell’edificio (EP) determina la classe energetica dell’edificio, ovvero l’etichetta di efficienza energetica attribuita all’edificio. Le classi partono dalla lettera A+ (casa passiva a consumo zero) e arrivano alla lettera G: la classe A indica un consumo molto basso, mentre la classe G un consumo molto alto.

Come diminuire il peso dell’edilizia sull’ambiente?

• Orientamento
• Illuminazione naturale
• Ventilazione naturale
• Correzione dei ponti termici
• Isolamento
• Superfici vetrate o serre rivolte a sud (con vetri a bassa emissione ovvero materiali trasparenti innovativi per "selezionare" la radiazione solare)
• Camini solari per aumentare la ventilazione naturale
• Impianti ecoefficienti (geotermia, FV, collettori solari, ecc.)
• Tetti giardino
• Materiali riciclati e a basso impatto

L’energia solare in architettura si distingue tra:

• Attiva, si riferisce alle applicazioni nell’energia termosolare e fotovoltaica (collettore solare, sistemi di immagazzinamento calore, circolazione mediante pompe o ventole).
• Passiva è utilizzata senza ausilio motorizzato (sistemi a guadagno diretto, semidiretto con la serra, indiretto come il muro ad accumulo, muro di Trombe).

Condizionamento (invernale) passivo (muro di Trombe-Michel)

Per esempio, delle soluzioni passive per il condizionamento invernale sono le serre. La radiazione solare attraversa il vetro che è trasparente alle radiazioni luminose ma risulta opaco a quelle termiche. Si determina in tal modo una “trappola di calore”.

Il muro di Trombe-Michel, ossia un muro passivo, posizionato nella parete sud dell'edificio, è costituito da una superficie esterna dipinta di un colore scuro in modo da captare la maggior quantità possibile di radiazione solare, da un vetro che separa il muro di accumulo dall'esterno e da un dispositivo di oscuramento. Sia il vetro che il muro di accumulo sono dotati di aperture (lamelle) che permettono diversi tipi di configurazione dipendenti dalla stagione.

Il vetro utilizzato in origine era un vetro semplice, trasparente alla parte luminosa della radiazione solare ma fra i materiali più opachi alla radiazione infrarossa. Nelle versioni più recenti il vetro semplice è stato sostituito da vetri meno dispersivi in modo da intrappolare una maggior quantità di aria calda che, sfruttando i moti convettivi, viene portata all'interno dell'edificio.

Il muro di Trombe è un sistema versatile che assume quattro diverse configurazioni in base alle esigenze dettate dalla stagione e dall'ora del giorno. Nelle ore diurne, durante la stagione invernale, è necessario introdurre quanto più calore possibile all'interno dell'edificio. Il sistema viene colpito dalla radiazione solare che, grazie all'opacità del vetro alla radiazione infrarossa, scalda in parte la parete di accumulo, generalmente dipinta esternamente di nero o di blu scuro in modo da captare dall'80% al 95% della radiazione solare, ed in parte scalda l'aria contenuta dall'intercapedine fra il muro ed il vetro.

Il riscaldamento dell'aria genera una circolazione innescando un moto convettivo che, una volta aperte le bocchette di aerazione del muro di accumulo, porta l'aria calda a salire e ad introdursi attraverso l'apertura superiore. Attraverso una seconda bocchetta, posta nella parte bassa del muro, l'aria fredda presente all'interno dell'edificio esce nell'intercapedine dove si riscalda e viene a sua volta reintrodotta attraverso la bocchetta superiore.

Durante le ore notturne invernali, per evitare che si inneschi una circolazione dell'aria inversa rispetto a quella diurna che porterebbe fuori l'aria calda, vengono chiuse le bocchette. L'interno dell'edificio continua comunque a ricevere calore per conduzione con un ritardo che dipende dalle caratteristiche di inerzia termica ed allo spessore del materiale utilizzato.

D'estate durante le ore diurne è necessario proteggere il muro dalla radiazione solare e limitare l'ingresso di calore all'interno dell'edificio. Viene attivato un dispositivo di oscuramento per evitare che la radiazione solare scaldi la parete di accumulo. Con le bocchette della parete d'accumulo chiuse, vengono invece aperte delle bocchette di aerazione presenti nella parte superiore e nella parte inferiore della vetrata in modo da sfruttare la ventilazione per espellere l'aria calda dall'intercapedine e mantenere fresca la superficie di captazione.

Nelle notti estive vengono nuovamente chiuse le bocchette della vetrata ed aperte quelle del muro massivo. Si attiva così una circolazione dell'aria opposta rispetto a quella invernale diurna; l'aria calda presente all'interno dell'edificio esce dalle bocchette superiori della parete e nell'intercapedine, a contatto con il vetro, si raffredda e rientra dalle bocchette inferiori.

Ventilazione passiva (camini solari, torri del vento)

Un esempio di ventilazione passiva sono i camini solari, che sfrutta il principio naturale di risalita dell’aria calda. La struttura di base si compone di tre parti fondamentali: uno spazio di raccolta della luce e del calore, dall’aspetto simile ad una canna fumaria, un pozzo di ventilazione e un condotto per il flusso dell’aria.

Durante il giorno il calore accumulato grazie ai raggi solari crea un moto di corrente ascensionale, per cui l’aria calda sale verso l’alto contribuendo a raffreddare gli ambienti e a migliorare la circolazione dell’aria. Il design degli elementi dipende dalla loro modalità di funzionamento:

• In estrazione, l’obiettivo principale è quello di eliminare quanto più possibile l’interferenza del vento nella bocca di uscita dei flussi d’aria. A parità di altezza della torre, l’efficienza del sistema aumenta migliorando l’esito dovuto all’effetto camino (spinta di galleggiamento), e quindi il differenziale di temperatura fra la base e la sommità della torre. Le aperture devono quindi essere poste al riparo dal vento, o avere un design tale da impedire l’ingresso dei flussi d’aria. Materiali ad elevata conducibilità permettono di aumentare la temperatura in sommità e, quindi, il differenziale di temperatura.
• In captazione, l’obiettivo è invece quello di ridurre al minimo le perdite di carico dovute al cambiamento di direzione del flusso d’aria: angoli a 90° sono quindi da evitare poiché conducono a perdite di pressione superiori alla spinta del vento compromettendo il funzionamento in captazione.

Sistemi di flusso d’aria

Si possono distinguere due fondamentali configurazioni del sistema in rapporto alle specifiche modalità di funzionamento e, più particolarmente, in rapporto all’andamento dei flussi d’aria attraverso l’edificio:

• Sistemi a flusso d’aria discendente: l’elemento “torre” svolge una funzione di captazione del vento attraverso l’apertura in sommità, opportunamente disegnata ed orientata controvento. Il sistema attua un movimento discendente dei flussi d’aria attraverso l’elemento “torre”: il vento da questa captato viene immesso all’interno e dopo aver attraversato gli spazi abitati defluisce all’esterno da apposite aperture e/o finestrature nel lato sottovento dell’edificio. Apposite aperture nel lato sottovento dell’edificio consentono di collegare la zona di alta pressione in corrispondenza della bocca del camino ad una di bassa pressione: la differenza di pressione determina il movimento delle masse d’aria attraverso gli ambienti.
• Sistemi a flusso d’aria ascensionale: il sistema prevede un andamento ascensionale dei flussi d’aria attraverso l’elemento torre: il vento viene captato dal lato controvento dell’edificio ed aspirato dal camino verso la zona di bassa pressione, determinando la ventilazione degli spazi abitati. La bocca del camino è configurata in maniera tale da determinare in sommità una zona di bassa pressione, in maniera tale da richiamare le masse d’aria dalla zona di alta pressione. Apposite aperture (o finestre) in corrispondenza del lato controvento dell’edificio (lato di alta pressione) consentono la captazione del vento e l’ingresso delle masse d’aria all’interno degli ambienti.

Parete ventilata e schermature

Un altro sistema per la ventilazione è la parete ventilata, costituita da muro, isolante di circa 6 cm, montanti (o traversi) collegati al muro retrostante (in acciaio leggero, zincato per essere protetto dagli agenti atmosferici). I montanti devono sostenere i pannelli di rivestimento, che sono in pietra naturale o artificiale come il calcestruzzo, (un paio di cm), solitamente sono in laterizio. Per far sì che queste lastre di pietra non si spacchino devono avere all’interno anche delle fibre di vetro.

All’esterno delle superfici vetrate vanno applicate delle schermature, sistemi che permettono attraverso la sua azione una risposta dinamica adeguando le radiazioni solari incidenti sulle aperture trasparenti o vetrate di un edificio al fine di migliorare il comfort e ridurre il consumo energetico. Le schermature vanno posizionate tenendo conto che il 21 giugno i raggi solari hanno un’inclinazione di 72°, il 21 dicembre di 41°.

Esistono schermature fisse e mobili, quelle fisse vanno poste parallele alla facciata se la facciata è esposta a sud, perpendicolari se la facciata è esposta a est-ovest dove il sole è più basso, possono essere schermate continue se le superfici vetrate sono ampie. Quelle mobili possono avere lamelle mobili su un telaio fisso, quindi lamelle orientabili, oppure lamelle scorrevoli.

Dunque, benefici della parete ventilata: Comfort ambientale, Vantaggi termigrometrici:

• Smorzamento e sfasamento dell'onda termica: l'isolamento posto sul lato esterno della parete permette di mantenere praticamente tutta la massa dell'edificio ad una temperatura superiore a quella che si otterrebbe isolando l'edificio dall'interno. Ne consegue che l'ambiente interno risente meno degli sbalzi termici durante il periodo invernale e dell'interruzione durante le ore notturne del riscaldamento.
• Eliminazione dei ponti termici: i ponti termici sono punti deboli dell'involucro dell'edificio, i quali presentano un valore di conduttività maggiore rispetto agli elementi costruttivi adiacenti. In queste zone si può verificare la condensazione di umidità proveniente dall'aria del locale con formazione di condense interne, macchie, muffe ed il conseguente deterioramento delle parti costruttive. Le perdite di calore attraverso i ponti termici possono raggiungere e superare il 20% delle dispersioni totali. Il sistema parete ventilata, grazie alla posa dell'isolante dall'esterno senza soluzione di continuità permette una facile e vantaggiosa riduzione del problema dei ponti termici.
• Controllo della condensazione interstiziale: La formazione di condensa avviene quando la pressione di vapore d'acqua è superiore o uguale alla pressione di saturazione. La condensazione del vapore contenuto nell'aria può avvenire sia sulla superfici...