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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CAGLIARI
FACOLTÁ DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA CIVILE
Lezioni del Corso “L'edificio sostenibile: la Progettazione Bioclimatica” 2019-20
ESPOSIZIONE FORMA ORIENTAMENTO
Docente: Ing. GIUSEPPE DESOGUS
ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA
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Edifici “aggressivi” o edifici “difensivi”?
La scelta fra l’uno o l’altro tipo dipende da alcuni fattori che possono essere così schematizzati:
• Quando l’orientamento di una facciata dell’edificio è compreso tra ± 25° rispetto al sud, si può optareper una forma aggressiva, dotando la facciata di elementi vetrati, trasparenti o opachi, che catturinol’energia solare;
• Se per vari motivi (orientamento non ottimale, problemi di sicurezza o rumore) non è possibilerealizzare una facciata tipica di un edificio aggressivo, allora bisogna cercare di sopperire allamancanza di apporto energetico solare riducendo le dispersioni (basso rapporto superficie/volume, altopotere isolante dell’involucro, eliminazione dei ponti termici).
• Una forma aggressiva non dovrebbe mai essere scelta per una facciata esposta a nord che nonbeneficia dell’irraggiamento solare, o esposta ad est od ovest, che presentano problemi disurriscaldamento.
• Un edificio aggressivo può costare molto di più di un edificio difensivo. Le superfici vetrate conopportune caratteristiche termiche possono costare tre volte le chiusure verticali opache. Se l’efficaciadelle tecniche solari passive permesse dall’approccio aggressivo non è sicura, i tempi di ritorno intermini di costi e benefici ambientali posso incrementare notevolmente.
ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA
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L’irraggiamento su superfici con differente esposizione
Diverso angolo di incidenza del sole nel periodo invernale e in quello estivo
ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA
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L’irraggiamento su superfici con differente esposizione
Irradiazione solare giornaliera mediamensile su superfici con diversoorientamento. Valori reali per la città diCagliari (Fonte: UNI 10349).
Irradiazione solare giornaliera media mensilesu superfici con diverso orientamento.Andamento teorico per lat 40°N attraversovetro chiaro.
ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA
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L’effetto combinato dell’irraggiamento solare e della temperatura dell’aria.
Effetto combinato della temperatura dell’aria e dell’irraggiamento solare (temperatura fittizia) su unasuperficie con diversi orientamenti e coefficiente di assorbimento della radiazione solare pari a 0,8. Daticlimatici di un giorno estivo per la città di Cagliari.
Temperatura fittizia per sup orizzontale
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Tf (°C)
Ta (°C)
Temperatura fittizia per facciata sud
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Tf (°C)
Ta (°C)
ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA
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L’effetto combinato dell’irraggiamento solare e della temperatura dell’aria.
Effetto combinato della temperatura dell’aria e dell’irraggiamento solare (temperatura fittizia) su unasuperficie con diversi orientamenti e coefficiente di assorbimento della radiazione solare pari a 0,8. Daticlimatici di un giorno estivo per la città di Cagliari.
Temperatura fittizia per facciata ovest
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Tf (°C)
Ta (°C)
Temperatura fittizia per facciata est
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Tf (°C)
Ta (°C)
ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA
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Facciate sud (± 25°)
• Nelle condizioni climatiche mediterranee è possibile incrementare la superficie captante dell’energia solare(superfici vetrate o muri di Trombe e similari) non oltre il 50% della superficie complessiva;
• Parte delle superfici vetrate possono essere sostituite con altre captanti, se l’eccesso di trasparenza crea altriproblemi (assenza di privacy, sicurezza, rumori etc..);
• Ottimizzare la distribuzione degli spazi interni;• Mantenere comunque elevata le proprietà isolanti della facciata, per evitare la dispersione dell’energia
accumulata;• Utilizzare dispositivi in grado di diminuire la trasmittanza delle superfici vetrate durante la notte (schermi, avvolgibili
etc..);• Garantire adeguata ventilazione agli spazi interessati dal guadagno solare diretto;• Evitare le schermature non desiderate che ombreggino la facciata (vegetazione, edifici prospicienti etc..);• Utilizzare pavimenti con alta capacità termica negli ambienti interessati dal guadagno solare diretto.
ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA
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Facciate Nord
• Avere una superficie vetrata sufficiente a garantire le condizioni minimedi illuminamento naturale (FLD=2%);
• La capacità isolante deve essere aumentata del 20% rispetto allafacciata sud;
• In caso di presenza di venti dominanti invernali dai quadrantisettentrionali è necessaria la perfetta tenuta all’aria della facciata, perevitare l’infiltrazione di aria fredda che aumenterebbe notevolmente ilcarico necessario per il riscaldamento;
• Evitare aperture sovradimensionate;• Proteggere la facciata con schermature vegetali o di altro tipo, che la
riparino dai venti freddi e riducano la dispersione per irraggiamentodurante il periodo invernale;
• Realizzare facciate ventilate per ridurre la possibilità di formazione dicondensa.
ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA
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Le facciate est ed ovest
• Avere il tipo di schermatura appropriata perl’orientamento;
• Gli ambienti con questa esposizione dovrebberobeneficiare della ventilazione naturale;
• Se è inevitabile creare delle superfici vetrate utilizzare,se possibile, vetri con caratteristiche termiche adatte(vetri a bassa emissività a controllo solare)
• Ridurre comunque al minimo la superficie vetrata.
ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA
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Le coperture
• Sono l’elemento a maggior rischio surriscaldamento nelle nostre condizioni climatiche.• Disperdono una maggior quantità di energia per irraggiamento verso la volta celeste rispetto all’involucro
verticale.• Per evitare il surriscaldamento degli ambienti sottostanti sono assolutamente da evitare aperture zenitali.
ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA
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La forma dell’edificio
Come si vede dalla figura, se l’orientamento è favorevole (Sud ± 25°), la forma migliore è quella allungata sull’asse E-O.
ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA
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La forma dell’edificio
Un basso rapporto S/V minimizza le dispersioni termiche invernali, ma non permette un buon guadagno solare e non favorisce il raffrescamento passivo.
ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA
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La distribuzione interna
• Gli ambienti che vengono utilizzati per lunghiperiodi e necessitano di temperature internealte (uffici, soggiorni, pranzo etc..), devonoessere sul lato sud;
• Locali utilizzati per brevi periodi o che ospitanoattività che possono svolgersi a temperatureleggermente più basse possono stare sul latonord;
• La cucina, che ha degli apporti termiciautonomi, grazie alle attività che ospita, puòstare sul lato nord;
• I locali di servizio (depositi, vani tecnici,garage) possono fungere da spazi tamponetra quelli riscaldati e l’esterno.
CASA UNIFAMILIARE A REGENSBURG - GERMANIA Progettista: Thomas Herzog – 1977-79
Vista del prospetto sud e planimetria del terreno. L’edificio è circondato da una serie di costruzioni a più piani degli anni 50 e si trova ad una quota di 2 metri inferiore rispetto a quella della strada. È circondato da alberi di faggio in vicinanza ai quali c’è un ruscello. Per adattarsi meglio nel sito e sfruttare queste caratteristiche ambientali, la costruzione è rivolta verso il giardino a sud.
Piuttosto che soffermarsi su una ricerca senza prospettive dello stile High-Tech, interpreta la tecnologia come la possibile risposta a problemi quali l’articolazione degli spazi, i costi, i vincoli posti dal sito di intervento, lo sfruttamento dell’energia solare ed il comportamento termico dei vari materiali. Si fa guidare dalle “leggi della fisica” e dalle mutevoli condizioni della natura che sono destinate a diventare parte inscindibile dell’architettura sostenibile. Accusando l’odierna superficialità, senza essere provocatorio, non si uniforma alle immagini fin troppo familiari dell’ambiente costruito nelle ultime decadi.
L’architettura di Thomas Herzog è un raro esempio di responsabilità, di senso della realtà e senso delle possibilità, e di capacità di stabilire quel equilibrio armonico tra questi due sensi. Fin dal 1970 egli è un pioniere nel combinare l’impiego razionale della tecnologia disponibile e da sperimentare, con le tematiche ecologiche. I suoi progetti dimostrano l’impossibilità di fare una distinzione tra architettura e tecnica, tra espressività estetica e sostanza strutturale, in quanto la componente formale interviene e si risolve direttamente ed esclusivamente nella concezione della struttura stessa.
Particolare della facciata sud
La sezione triangolare garantisce una buona resistenza alle azioni orizzontali del vento. Lo scheletro portante è in legno lamellare. Il ruscello in piena può allagare il terreno e perciò la casa staccata da terra e sorretta da pilastri d’acciaio. Questa soluzione riduce anche i danni all’ambiente oltre che ridurre al minimo gli scavi.
Prospetto est N.B. Il fine del progetto non è quello di cancellare la realtà esistente o astrarsi da essa, ma quello di tenerne conto e di farla crescere. Prendere atto della realtà e tenerne conto non vuol dire fermarsi ad essa e concepirla come un vincolo assoluto ed un ostacolo ad ulteriori modalità rappresentative.
La facciata nord è quasi completamente opaca e fortemente coibentata. La finitura è in listelli di pino dell’Oregon. Tra il rivestimento in legno e l’isolamento termico un’intercapedine garantisce la ventilazione.
La veranda coperta che collega tutti gli spazi abitativi ha inoltre la funzione di accumulare calore per effetto serra durante le giornate invernali.
Particolare del prospetto nord
Particolare del porticato a sud con scheletro in legno lamellare
L’immagine dell’edificio è sicuramente high-tech, ma allo stesso tempo l’uso delle travi in legno che partono dal terreno, dà la sensazione che la costruzione sia integrata nel contesto e quasi sorga dal suolo. Tutti gli elementi costruttivi impiegati sono ben visibili: la facciata rivolta verso Sud è ampiamente vetrata, la falda inclinata del tetto favorisce l’ingresso dell’energia solare all’interno, il pavimento in calcare naturale accumula calore e lo irradia negli ambienti, la chiusura orizzontale di base è staccata dal terreno per essere protetta dall’acqua e per ridurre i danni agli alberi circostanti. Tutta la costruzione si armonizza con la natura, piuttosto che affermare con prepotenza la propria importanza.
La casa progettata da Herzog nel 1977 a Regensburg è una struttura a forma prismatica con un tetto vetrato inclinato che permette alla luce di penetrare all’interno. L’abitazione esprime a mio giudizio la base, la condizione imprescindibile di ogni autentica ed efficace progettualità: la capacità di “sentire” e “vedere” la realtà non come un qualcosa di “già compiuto e definito” di cui limitarsi a prendere atto, ma come un processo in divenire che può assumere forma e modalità differenti rispetto a quelle che esibisce e che dunque non solo autorizza, ma esige da parte dell’osservatore la capacità di percepire e pensare altrimenti. In accordo con il principio che l’edificio deve evidenziare l’intersezione tra il sistema costruttivo e la qualità formale, Herzog progetta una residenza impiegando i criteri solari passivi: un nucleo centrale è protetto da ambienti con temperature intermedie fra interno ed esterno. A prima vista l’edificio appare come una serra (ed in effetti come tale funziona il lato vetrato esposto a Sud) inserita in un contesto non ben definito caratterizzato da edifici residenziali alti e da alberi di faggio.
Assonometria
La pianta è divisa in zone parallele. Il vialetto di accesso corre lungo la facciata nord, in gran parte senza aperture e fortemente coibentata. I servizi sono tutti rivolti a nord, mentre gli ambienti giorno e notte nella parte centrale e rivolti a sud verso la serra che collega i vari spazi. Gli ambienti al primo piano sono illuminati da finestre sulla facciata nord. L’alternativa sarebbe stata quella di disporre dei lucernari sulla falda inclinata esposta a sud, ma ciò avrebbe comportato un eccessivo surriscaldamento degli ambienti alti durante il periodo estivo. Le scale di collegamento fra i due piani sono in ambienti a doppia altezza, dai quali fuoriesce per risalita l’aria calda e viziata.
SCHEMI ENERGETICI DI ACCUMULO E DISSIPAZIONE DEL CALORE
Durante l’inverno la zona protetta dalla vetrata accumula calore solare. Le stanze da letto, il pranzo ed il soggiorno sono situati tra questa zona di accumulo e gli ambienti di servizio che li proteggono dal lato nord. Le pareti degli ambienti esposte a sud sono più o meno vetrate per garantire l’ingresso della luce naturale.
Il pavimento interno in pietra e quello della veranda coperta in ghiaia accumulano calore durante il giorno e lo irradiano verso l’interno di notte. Per permettere all’aria calda di fuoriuscire dall’edificio durante l’estate, nella parte più alta del lato nord sono ricavate delle aperture. Gli alberi, che fanno parte integrante del progetto, forniscono ombreggiatura durante l’estate.
FACCIATA SUD CON IL GIARDINO ESTERNO
SEDE DE iGUZZINI - RECANATIProgettista: Mario Cucinella 1995-1997
FACCIATA EST CON LE SCALE DI EMERGENZA
L’ATRIO GIARDINO A TUTT’ALTEZZAILLUMINATO NATURALMENTE
IL PORTICO CON LAMELLE METALLICHEPROTEGGE DALL’IRRAGGIAMENTO SOLARELA FACCIATA SUD
PIANTA PIANO TERRA
PIANTA PIANO TIPO
SEZIONE EST-OVEST
SEZIONE NORD-SUD CON SCHEMI ENERGETICI
SCHEMI ENERGETICI PRELIMINARI
DETTAGLI COSTRUTTIVI DELLA FACCIATA SUDE DEI LUCERNAI
SEDE DE iGUZZINI - RECANATI Progettista: Mario Cucinella – 1995-1997
L’ambiente è diventato l’orizzonte progettuale dell’architettura contemporanea e del suo
futuro. Lo scenario che esso configura è per il momento confuso e incerto; e oltretutto la
cultura architettonica appare ancora impreparata a comprenderne la portata, le motivazioni
profonde e la struttura logica. Tuttavia l’ultima generazione di progettisti dimostra in misura
crescente una spiccata sensibilità per i problemi che tale sviluppo solleva. Di questa tendenza
il lavoro di Mario Cucinella è una dimostrazione.
Il passaggio dallo “spazio” all’“ambiente” è un segno del tramonto del pensiero moderno. La
modernità ha sempre visto la natura come “altro”: fondata sulla cartesiana centralità dell’io,
essa ha collocato il mondo fisico in posizione periferica, come territorio da controllare
attraverso il calcolo e la misura. In termini architettonici, ciò ha comportato un diverso modo
di intendere il rapporto tra “esterno” e “interno”. Non più difesa rispetto a un nemico da tenere
lontano, il confine perimetrale degli edifici e delle città ha segnato il limite tra l’artificiale e lo
spontaneo, ossia tra lo spazio disegnato dalla scienza e quello informe della natura.
Nel lavoro di Mario Cucinella il trapasso dallo spazio architettonico moderno alla sua
dimensione ambientale è stato realizzato grazie a una sorta di continuità fisiologica tra
“interno” ed “esterno”. La preoccupazione che traspare nei suoi progetti di edifici è quella
della circolazione dell’aria, del basso consumo energetico, delle condizioni di vivibilità, di una
illuminazione che pareggi i conti tra luce artificiale e luce naturale. Le sue costruzioni non si
pongono più come blocchi compatti e autosufficienti, ma sfruttano tutte le risorse esterne per
convogliarle al loro interno. In certo modo questi edifici respirano e autoregolano le loro
energie: nella loro sofisticata struttura si fanno corpo vivo e pulsante. Il modello non è più
l’uomo, ma la natura. E’ così che lo spazio diventa ambiente. Nel momento in cui le geometrie
architettoniche si “aprono” all’esterno in modo che l’edificio viva come un organismo, esse
non saranno più misurabili come pure entità discontinue, legittimate dal calcolo e dalla
funzione, ma si porranno come momenti di una processualità i cui ritmi sono in sintonia con la
natura.
Questo progetto per la sede de iGuzzini Illuminazione a Recanati si inserisce in un programma
di riorganizzazione generale e di ampliamento dell’area industriale recentemente intrapreso
dall’azienda.
L’edificio, che copre 3.000 metri quadrati su un sedime di 800 metri quadrati, accoglie gli
uffici amministrativi e commerciali su tre piani, mentre il quarto è occupato dalla direzione.
Gli uffici sono disposti attorno a un atrio centrale a tutta altezza, che porta la luce naturale
all’interno e contiene la distribuzione verticale costituita da un ascensore e da una scala in
struttura metallica e vetro.
Le facciate meridionale e settentrionale, interamente trasparenti, hanno un aggetto di 60 cm
rispetto al piano in cemento. La protezione dall’irraggiamento solare diretto nei mesi estivi è
assicurata dalla copertura in struttura metallica e lamelle frangisole. Le tende veneziane inter-
ne permettono di controllare l’abbagliamento, e una mensola interna (light-shelf), riflettendo
la luce verso il soffitto, distribuisce in modo costante l’intensità luminosa in tutta la profondità
degli spazi.
L’edificio è stato concepito per ottenere una elevata qualità ambientale interna minimizzando i
consumi energetici. Particolare cura è stata prestata all’illuminazione naturale e alle
prestazioni termiche. Simulazioni fatte al computer mostrano che la ventilazione naturale è
efficace per il 55% delle ore di occupazione dell’edificio, mentre per il 35% è necessario il
riscaldamento e per il restante 10% il raffrescamento meccanico.
Il lavoro di Cucinella si fonda dunque sulla tecnologia, che egli però non sfrutta solo sul piano
formale, ma utilizza al massimo delle sue risorse proprio per ottenere quel rapporto tra
architettura e natura che consente il passaggio dallo spazio all’ambiente.
L’obiettivo progettuale non è qui la messa in forma di una costruzione la cui vivibilità è
garantita da impianti di ventilazione e illuminazione efficienti. Al contrario, il progetto si
organizza intorno a soluzioni tecniche che consentono all’edificio di “vivere” in un aria e in
una luce la cui naturalità è assicurata da tecnologie particolarmente sofisticate e da soluzioni
strutturali appropriate.
Il punto in cui questa impostazione progettuale rivela con chiarezza le sue motivazioni di
fondo è il modo in cui Cucinella affronta il problema dell’illuminazione interna.
Le preoccupazioni più evidenti riguardano i consumi energetici, lo sfruttamento della luce
solare e la qualità di quella artificiale. Ma l’obiettivo principale resta la continuità tra un
concetto di illuminazione e l’altro: la naturalità della luce deve essere comunque garantita, e
ciò è possibile solo se quella artificiale viene studiata non come semplice tecnica di
illuminazione di singoli spazi, ma come elemento ambientale che contribuisca a rendere il più
possibile naturale l’esperienza del corpo architettonico.
