ARCHITETTURA BIOCLIMATICA: DEFINIZIONE, STORIA E PROSPETTIVE

Nel corso del 19° secolo con l’avvento dell’industrializzazione della scoperta dei nuovi materiali come cemento armato e acciaio, diventati i nuovi materiali costruttivi dell’architettura moderna, unitamente alle nuove tecnologie e l’illusione di disponibilità infinita di risorse, si è registrato un progressivo abbandono sia dei materiali costruttivi naturali, sia delle tradizionali tecnologie edilizie legate ai principi di sfruttamento naturale delle risorse e del clima. Negli ultimi 60 anni, con la crisi energetica e le stime di un futuro esaurimento dei giacimenti di petrolio, gas naturale e carbone, e il crescente consumo di energia mondiale,  si è stati obbligati a rivedere le strategie costruttive degli edifici, al fine di ridurre il consumo delle fonti energetiche esauribili, ridurre gli scarti inquinanti e sfruttare al meglio l’energia ottenibile dalle risorse  rinnovabili. 

I dati ancora oggi dimostrano che l’intero settore dell’edilizia incide per circa un terzo sulle emissioni dei gas serra, un terzo sul consumo energetico e un terzo sullo spreco di risorse con una tendenza di crescita allarmante. La crescita della popolazione mondiale, unitamente alla richiesta di nuovi edifici residenziali e non, causerà una sempre maggiore domanda di materiali costruttivi, perciò il settore dell’edilizia dovrà ridurre del 50 % l’uso dei combustibili fossili. 

ARCHITETTURA BIOCLIMATICA IERI E OGGI

La migliore risposta a questi dati allarmanti, che richiedono un profondo cambiamento della progettazione degli edifici, è l’architettura sostenibile, o architettura bioclimatica, che utilizza materiali e risorse locali, tecnologie appropriate e mira essenzialmente al miglioramento delle prestazioni energetiche dell’edificio, la riduzione dell’impatto ambientale e il miglioramento della salute, del comfort e della qualità della fruizione degli spazi interni da parte dell’uomo, riducendo al minimo il ricorso ad impianti meccanici. Nelle architetture sostenibili è la giusta interazione tra architettura ed ambiente a garantire il comfort degli occupanti.

Gli elementi che caratterizzano un progetto sostenibile sono: 

  • la forma geometrica del manufatto architettonico
  • la corretta localizzazione rispetto all’area urbana, la presenza di vegetazione o superfici d’acqua,
  • la giusta esposizione dei fronti ed il loro orientamento, 
  • la disponibilità di radiazione e lo sfruttamento passivo dell’energia solare,
  • la direzione dei venti e la conseguente disposizione degli ambienti e delle loro funzioni,
  • la scelta dei materiali e le caratteristiche tecnologiche dell’edificio.

Bisogna considerare, inoltre, che gli uomini in passato hanno sempre tenuto presente la disciplina dell’architettura bioclimatica per la costruzione delle proprie abitazioni. La corretta esposizione e forma della loro casa, infatti, era l’unico mezzo che avevano a disposizione per difendersi dalle avverse condizioni climatiche. Si pensi alle tipiche case campidanesi progettate per adattarsi al meglio al clima sardo, evitare un eccessivo riscaldamento dato dalla radiazione solare, sfruttare al meglio le zone d’ombra e le brezze naturali. Inoltre queste case utilizzavano mattoni di terra cruda, detto ladiri, che garantivano un ottimo comportamento termico, e non avevano nessun impatto ambientale nella produzione in quanto  materiale costruttivo naturale. In seguito però, le possibilità date delle recenti tecnologie, hanno portato a dimenticare tale disciplina in quanto, grazie ai moderni impianti di climatizzazione,  si otteneva comunque il  benessere desiderato. 

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Figura 1:esempio di Architettura sostenibile, di Mario Cucinella. credit http://media.mcarchitects.bedita.net/c6/de/SIEEB_17a.jpg

Figura 2http://media.mcarchitects.bedita.net/7a/49/SIEEB_11.jpg

FATTORI FONDAMENTALI PER UNA CORRETTA PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA

  1. La localizzazione

Il posizionamento di un edificio in un lotto rispetto allo spazio libero è una delle decisioni fondamentali della progettazione. Nella maggior parte dei casi gli edifici sono disposti sul territorio soprattutto in rapporto alle normative edilizie e al maggior sfruttamento del suolo edificabile. In realtà una buona scelta della localizzazione e dell’orientamento permette di sfruttare e temperare meglio le azioni ambientali sull’edificio. Le due azioni di cui principalmente tenere conto nella localizzazione di un edificio sono quella del sole e quella del vento.

  1. Il rapporto con il sole

Un fondamentale principio ordinatore è la disponibilità della radiazione solare; essa è uno dei fattori principali che determinano le condizioni climatiche in qualsiasi luogo ed è pertanto fondamentale nella vita degli essere umani. In modo sintetico si può dire che è fondamentale progettare gli edifici e disporre le funzioni interne in modo che durante la stagione invernale, quando il sole è più basso nel cielo, la radiazione solare riesca a raggiungere gli ambienti interni e riscaldarli in modo naturale, mentre durante la stagione estiva quando il sole è più alto si deve evitare un riscaldamento eccessivo, proteggendo l’interno delle abitazioni dai raggi solari diretti. In un clima come quello sardo, un criterio fondamentale per il posizionamento – dimensionamento degli edifici può essere quello di posizionare gli edifici sull’asse Nord Sud in modo che le facciate esposte a sud siano irraggiate per alcune ore al giorno dal sole anche durante l’ inverno. 

Si può cercare in altre parole di dare uguale accesso al sole alle diverse unità in modo da permettere a tutti di beneficiare della risorsa sole. I fattori che riducono gli apporti solari sono diversi, tra questi, oltre alla presenza di  nuvole, possono esserci  ostruzioni ambientali (montagne, alberi e altri edifici) ed elementi edilizi (aggetti come balconi e gronde, schermature, vetri). La riduzione degli apporti solari si considera  positiva se l’obiettivo è ridurre i carichi termici (estate), è negativa, invece, se l’obiettivo è lo sfruttamento passivo dell’energia solare (inverno). 

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Figura 3: esempio di incidenza dei raggi solari alle 12.00 il 21 06 ( a sinistra) e il 21 12 (a destra). Credit Simone Serra

  1. Il rapporto con il vento

Un secondo elemento da considerare per la localizzazione di un edificio è il vento. Trovarsi in condizioni di “ombra di vento” è qualcosa di positivo durante il periodo invernale ma impedisce l’uso della ventilazione naturale per il raffrescamento estivo. La progettazione deve essere fatta in modo oculata al fine di favorire il raffrescamento passivo ossia la capacità dell’edificio di disperdere calore accumulato in maniera naturale senza l’ausilio di strumenti meccanici ed evitare in consumo di energia. La ventilazione naturale gioca un ruolo chiave fra le tecniche di raffrescamento passivo, soprattutto durante la stagione estiva, i moti d’aria aiutano l’evaporazione permettendo il raggiungimento del comfort termoigrometrico. 

I metodi utilizzati per favorire il sistema in esame sono:

  • la ventilazione passante che consiste nel collocare in uno stesso ambiente aperture su pareti contrapposte favorendo i flussi d’aria
  • la ventilazione verticale o effetto camino, che favorisce l’estrazione dell’aria da aperture collocate nella parte alta del locale, infatti la differenza di densità dell’aria legata alla temperatura fa si che l’aria calda, meno densa quindi meno pesante, tenda a salire ed esca dalle aperture poste in alto.

Durante la stagione invernale è opportuno proteggere adeguatamente gli spazi interni da un eccesso di ventilazione fredda, questo si può fare grazie alla scelta di opportuni infissi che garantiscono una tenuta stagna e la giusta protezione dagli spifferi. 

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Figura 4 disposizioni corrette delle aperture per favorire la ventilazione passante.

  1. L’orientamento

Nelle fasi iniziali della progettazione, dopo avere stabilito la localizzazione di un edificio, ossia quando si iniziano a definire i volumi e gli ingombri, una delle scelte da effettuare è quella dell’orientamento , anche in questo caso, sono le azioni di sole e vento quelle da considerare. Per quanto riguarda l’effetto della radiazione in generale, riprendendo i concetti sopra espressi, è necessario fare le seguenti considerazioni:

l’esposizione a Sud: è vantaggiosa in inverno, la posizione del sole è bassa, la radiazione solare raggiunge quindi i locali abitabili e si può sfruttare l’irraggiamento solare per il riscaldamento passivo e per l’illuminazione naturale. D’estate la posizione del sole a meridione è alta quindi la facciata riceve meno apporti diretti e le finestre sono facilmente ombreggiabili tramite schermature orizzontali fisse; sono quindi facilmente evitabili il surriscaldamento e l’abbagliamento per irraggiamento diretto.

-l’esposizione a est e ovest: le finestre esposte su questi fronti ricevono luce quando la posizione del sole è bassa (mattina, pomeriggio) ed essendo difficilmente ombreggiabili possono essere causa di riscaldamenti. Esse necessitano di schermature mobili, adattabili alla variazione della posizione del sole, o schermature verticali fisse.

-l’esposizione a Nord: le finestre esposte su questo fronte ricevono radiazione diretta solo in alcune giornate d’estate e di solito non hanno bisogno di schermature.

  1. La disposizione delle funzioni

La corretta disposizione di un edificio influenza gli apporti solari degli ambienti abitabili all’interno delle residenze quindi grazie alla radiazione solare  è possibile coprire la maggior parte del fabbisogno energetico di un edificio . In Inverno occorre captare la radiazione solare in modo da riscaldare l’interno di un edificio, mentre in estate è necessario proteggersi da esso. La disposizione ottimale delle funzioni negli edifici progettati per il nostro clima implica di distribuire la zona giorno, salone e cucina, sul lato Sud, così come le camere da letto. 

I bagni, i locali di servizio e le scale sul lato Nord. Sono da evitare aperture ad Ovest ed Est, e nel caso la progettazione richiedesse aperture su quei fronti è necessario schermare le finestre. Secondo questa distribuzione le stanze maggiormente impiegate nell’arco della giornata possono godere del calore diretto del sole che penetra attraverso le finestre durante l’inverno e non essere eccessivamente riscaldate durante l’estate. 

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  1. La forma e i volumi

L’efficienza energetica di un edificio dipende anche dalla sua forma. In inverno si riscalda un volume (V), ma il calore si perde attraverso le superfici dell’involucro (S). Il fattore di forma di un edificio (S/V) indica il rapporto tra superficie disperdente e volume lordo riscaldato. La forma dell’edificio influisce in maniera significativa sulle perdite termiche, quanta più elevata è la superficie che racchiude il volume riscaldato, tanto più elevato sarà lo scambio termico. Quanto minore è la superficie rispetto al volume compreso al suo interno, tanto maggiore sarà la compattezza dell’edificio e minore la dispersione di energia. Una forma molto compatta è quindi l’ideale per il contenimento dei consumi invernali. Angoli, sporgenze e rientranze, aumentano sensibilmente la superficie dell’involucro. Conferendo all’edificio una forma compatta conviene: si risparmia energia e anche materiale termoisolante. 

  1. Materiale costruttivi

La scelta dei materiali costruttivi nell’ottica della sostenibilità ambientale è di fondamentale importanza, in quanto la produzione di questi incide sia nell’uso di energia, sia nell’utilizzo di materie prime sia nel rilascio nell’atmosfera di sostanze inquinanti. E’ importante inoltre tenere conto dell’intero ciclo di vita del materiale, cioè dell’intero processo che va dalla sua produzione, passando per il suo uso, fino alla sua dismissione. A tal proposito è importantissimo optare per l’uso di materiali naturali, riciclabili e/o riciclati, che non inquinino durante la fase di produzione e siano riutilizzabili a seguito di demolizioni. Inoltre è ormai indispensabile impiegare tecnologie a secco per facilitare smontaggio e reimpiego (prefabbricazione leggera) e favorire la raccolta differenziata dei rifiuti derivanti da demolizioni e nuove  costruzioni.

  1. Involucro ed efficienza energetica dell’edificio

Le prestazioni energetiche dell’intero organismo edilizio dipendono dall’efficienza dell’involucro chiamato a circoscriverlo; se le componenti di chiusura (verticali, orizzontali, trasparenti, opache) non sono state progettate e realizzate in maniera consona alle prestazioni energetiche dell’edificio, le dispersioni dei flussi di calore (energia) passanti attraverso le stesse ne comprometteranno i consumi energetici finali. Questa parte relativa all’involucro edilizio fa riferimento a dei principi fisici complicati che meritano un approfondimento successivo appropriato. Nei prossimi articoli continueremo il nostro viaggio alla scoperta delle caratteristiche e dei vantaggi dell’architettura bioclimatica.

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