PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA_ Arch. Matilde Montalti

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A.A. 2011/2012 Corso di LABORATORIO DI TECNOLOGIA DELL'ARCHITETTURA _ prof. Antonio Laurìa
Firenze 23.04.2012
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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)
L’identità dell’uomo presuppone l’identità del luogo .
Momento basilare dell’architettura è comprendere la vocazione del luogo
Christian Norberg-Schulz (1979)
Firenze 23.04.2012
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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)
Firenze 23.04.2012
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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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Climatico ambientale
orientamento dell'edificio
In un clima mediterraneo
una 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
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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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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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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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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 SOLE
Rappresenta 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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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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Tipologico
Forma dell'edificio
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
Compattezza
●
Due caratteristiche che incidono sul comportamento energetico
Porosità
●
Rafael Serra Florensa e Melena Roura Coch, Arquitectura y energia natural, (1995)
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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 balconi
Minor dissipazione di energia
inverno
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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).
a maggior porosità corrisponde un maggior numero di superfici
di scambio con l'esterno.
FOTO
Inserimento di patii
Maggior ventilazione delle zone interne
estate
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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 per
CAPTARE 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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Orientamenti preferibili per i vani di una casa di abitazione
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
camere da letto
soggiorno
pranzo
cucina
lavanderia
ambienti pluriuso
bagni
ripostiglio
terrazze
corpi scale
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Per latitudini superiori a
35° N e in particolare per la
situazione italiana
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Tipologico
Tipi morfologici base utilizzati per l'analisi delle scie di vento
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Forma dell'edificio
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Tipologico
Scie realizzate da barriere vegetali
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Forma dell'edificio
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Tecnico costruttivo
Caratteristiche che definiscono il comportamento dell'involucro:
1. Isolamento;
2. Pesantezza;
3. Permeabilità;
4. Trasparenza;
5. Protezione dal sole;
6. Colore;
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“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
Isolamento: 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
Pesantezza: 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
Permeabilità: 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
Permeabilità
esempio di assetto variabile
Glenn Murcutt
Marika-Alderton House, Australia (1994)
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Tecnico costruttivo
Trasparenza: 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
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.
Solinas Verd Arquitectos. Residenze sociali, Iznájar, Spagna, (2008)
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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
Trasparenza
Area mediterranea orientamento superfici trasparenti:
- SUD, SUD-EST e SUD-OVEST guadagni termici d’inverno, provvedendo ad adeguate schermature in
estate;
- 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
Colore: 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)
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Tecnico costruttivo
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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