morfologia solare

S.U.N.\ Architettura
C.Di L. in Architettura Ingegneria
Morfologia solare
8 aprile 2011
Arch. Mariarosaria Arena
L’ESTETICA SOLARE
Implicazioni estetiche del progettare secondo natura.
Ralph L. Knowles
Professor Emeritus, USC School of Architecture
University of Southern California (USC), Los Angeles, CA
ENERGIA E FORMA
Effetti forza dei fenomeni naturali, in particolare della luce solare e
della gravità, sulla forma dell’architettura.
L’obiettivo progettuale è generare forme adattive seguendo il
percorso del sole per soddisfare determinate condizioni di incidenza
dell’energia solare.
http://www-bcf.usc.edu/~rknowles/index.html
L’ESTETICA SOLARE
Implicazioni estetiche del progettare secondo natura.
La sperimentazione, condotta attraverso simulazioni al computer che
integrano il clima di un dato luogo (sole e vento) con le esigenze costruttive
della statica, genera delle forme pure in relazione alla geometria dinamica
della terra e del sole.
I grafici risultanti hanno componenti sia statiche che dinamiche.
Le proiezioni piane sono statiche, ma le forze che rispondono ad esse sono dinamiche
e l’aspetto del grafico cambia secondo l’ora del giorno e la stagione. I risultati sono
grafici asimmetrici, differenziati orizzontalmente per una posizione di latitudine
inclinata di 30 gradi nord.
SOLE
Al solo fine di individuare un punto di
riferimento per la rappresentazione
grafica dei diversi effetti delle forze
naturali, sono state selezionate
cinque forme geometriche di base
con una gamma di configurazioni di
superficie e orientamenti.
Anche se queste non sono forme di
edificio nella realtà, la loro geometria
può essere la base di un linguaggio
architettonico.
CUBO
TETRAEDRO
ELLISSOIDE
IPERBOLOIDE DI
RIVOLUZIONE
PRISMA
GRAVITA’
Gli studi sulla gravità utilizzano una tecnica
simile a quella dei grafici di proiezione piana.
Un piano ipotetico di carichi viene applicato
uniformemente alla superficie di ogni forma.
A differenza dei grafici del sole, che tendono
ad
essere
differenziati
orizzontalmente
secondo l 'orientamento, i grafici di gravità
sono per lo più simmetrici e differenziati
verticalmente, in risposta ai carichi di
accumulo. Nei grafici di gravità manca anche
la componente dinamica del sole.
SOLE GRAVITA’
CUBO
TETRAEDRO
IPERBOLOIDE DI RIVOLUZIONE
PRISMA
I grafici di sole e
gravità sono
combinati per
formare un
complesso di
proiezioni a doppio
effetto che descrive
simultaneamente il
diverso modo di agire
delle forze.
EDIFICI
L'ultima fase dello studio applica alla progettazione di un edificio per uffici una elaborazione
delle differenti forme che derivano dagli studi di sole e gravità.
Il programma edilizio prevede spazi pubblici ai livelli di strada e di coronamento, con gli
spazi privati più in mezzo.
A differenza delle precedenti fasi di studio in cui si presume che le proiezioni abbiano solo
lunghezza e larghezza, ma non lo spessore, questa fase prende in esame un sistema di
strutture in cemento armato, in cui sono considerati spessore e resistenza del
materiale insieme con le dimensioni della proiezione.
EDIFICI
Controllare l'energia solare incidente, sia luce che calore, attraverso
l’adattamento della forma.
Implicazioni di questo lavoro per la progettazione architettonica e urbana:
• Il concetto di edificio come una forma ecologica, differenziata in
risposta alle forze naturali, definisce una nuova estetica.
• questa nuova estetica individua modelli e forme congruenti con le
capacità dell’uomo di percepire la variabilità della natura.
LA PERCEZIONE DELLA FORMA
Per rendere i moduli generati utilizzabili ad usi abitativi, il riferimento architettonico
viene determinato in funzione dei principi ordinatori della costruzione, alle
implicazioni della scala di utilizzo. L’approssimazione tra forma pura e spazio abitabile
si ottiene attraverso incrementi strutturati secondo la superficie del modulo,
relativamente piccoli e scalati per mantenere i confini percettivi e funzionali della
forma pura solare. Incrementi interni possono diventare progressivamente più grandi
per l'uso collettivo dello spazio condiviso.
La sperimentazione, condotta attraverso simulazioni al computer che integrano il clima
locale (sole e vento) con le esigenze costruttive della statica, genera delle forme pure
in relazione alla geometria dinamica della terra e del sole;
Successivamente, per i moduli abitabili, il riferimento architettonico è elaborato
attraverso i principi ordinatori della costruzione e alle implicazioni scala di utilizzo.
La strutturazione delle forme pure può essere un modo basato sulla natura
di umanizzare la scala su più livelli.
1. come la natura stabilisce i modelli della nostra percezione
attraverso la differenziazione, un incremento strutturalmente
ripetuto definisce l'inizio di un ordine visivo,
2. le variazioni naturali degli incrementi offrono una traccia visiva ai
campi ecologici, fornendo la direzionalità e la scelta,
3. un limite visivo attuale o implicito fornisce una consapevolezza
della forma, e del nostro posto nell'ambiente.
Le implicazioni estetiche della grande dimensione possono quindi essere
architettonicamente risolte applicando la
scala dei nostri modelli evoluti di percezione.
UN LINGUAGGIO ARCHITETTONICO NATURALE
Potenziale estetico di un’architettura che "dialoga con la natura"
I. Rhythm & Ritual
II. The Solar Envelope
III. The Interstitium
I. Rhythm & Ritual
Il Rituale è l’insieme delle forme di adattamento individuale ai Ritmi della
variabilità del tempo, dell’uso e del clima.
rituali di migrazione
definiscono la sintassi di un linguaggio naturale per ordinare le nostre esperienze delle diverse
parti di una abitazione secondo i ritmi della natura.
Così avviene di adattare l’uso dei differenti ambienti nel tempo e secondo le stagioni,
trasferendo le attività da un luogo all’altro in funzione del comfort definito dalle condizioni
climatiche che variano tra estate e inverno.
Solstizio estivo
Solstizio invernale
Sezione che mostra l’ingresso della luce del sole, guardando verso nord attraverso la casa a corte in Rajasthan,
I. Rhythm & Ritual
Il Rituale è l’insieme delle forme di adattamento individuale ai Ritmi della
variabilità del tempo, dell’uso e del clima.
rituali di trasformazione
definiscono la sintassi di un linguaggio naturale per ordinare le nostre esperienze delle diverse
fasi di una abitazione secondo i ritmi della natura.
Se nella migrazione si trasferiscono le attività da una parte all’altra dell’edificio, secondo
quest’altro rituale si trasforma l’abitazione per migliorare il comfort, modificando
temporaneamente il suo ordine spaziale.
H3hotel è il prototipo di albergo 3
stelle sostenibile presentato in
occasione di Host 2009
Progettato da studio Blast
Architetti - Luca Bombassei, Franz
Siccardi, Simona Traversa
I. Rhythm & Ritual
Il Rituale è l’insieme delle forme di adattamento individuale ai Ritmi della
variabilità del tempo, dell’uso e del clima.
rituali di metabolismo
processo i cui entrano i gioco fattori fisici, chimici e di conversione di energia meccanica.
Nella tradizione abitativa, questo rituale connette la vita ad un focolare centrale. In inverno, la
famiglia abitualmente si raccoglie intorno al calore di un caminetto in cui i piccoli svolgono le
loro attività, si parla degli eventi della giornata, del piano per il giorno dopo, si raccontano storie
e si cantano canzoni. Per contro, in estate, il cuore perde la sua centralità.
II. The Solar Envelope
E’ un involucro che contiene lo sviluppo dell’edificio entro i limiti derivati da moto
relativo del sole.
Gli edifici posti all'interno di questo involucro non saranno coperti da ombra nei
periodi critici della giornata.
L’involucro è quindi definito dal passaggio del tempo, così come dai vincoli di
proprietà."
Esiste la possibilità di concepire l'architettura in termini diversi da quelli statici. La luce
solare può aggiungere la dimensione del tempo a concezioni di forma e spazio.
Il progetto può volutamente differenziare la
costruzione e la forma urbana attraverso una
risposta grafica al movimento del sole.
Un lato di un edificio non sarà simile a un altro e un
lato di una strada non sarà simile a un altro.
Strade, edifici e spazi assumono carattere
direzionale, dove sono chiari l'orientamento e le
indicazioni del tempo e dei fenomeni naturali.
Gli elementi simbolici che si relazionano con
l'accesso solare sono
Uffici della AVAX ad Atene; architetti:
A.N.Tombaziz & S.S.Preuss; 1999.
schermi al sole e al vento,
cortili e giardini pensili terrazzati,
lucernari,
verande ecc.,
elementi e spazi che riflettono il modo adattivo di
interazione ritmica della natura e degli insediamenti
umani come base per la qualità estetica.
Eco-Building a Pechino
MCA MARIO CUCINELLA ARCHITECTS.
L’involucro solare definisce la progettazione di simboli naturali per configurare
lo sviluppo della forma del territorio.
Long Tan Park, Liuzhou, China,
MVRDV
Fukuoka Prefectural Hall (Giappone, Fukuoka)
E. Ambasz
L’involucro solare definisce la progettazione di simboli naturali per
caratterizzare lo sviluppo di valori e usi del territorio.
Solar City, Linz, Austria
BedZED, Londra
L’involucro solare definisce la progettazione di simboli naturali integrando
ciò che è direttamente prossimo (attenzione al contesto costruito)
Housing ad alta densità: Vista verso sud-est di un sito nella mid-town di Los Angeles.
III. The Interstitium
E’ una regione dello spazio, compresa tra l’involucro
invernale e gli involucri generalmente più alti dell’estate,
che si adatta alla programmazione contemporanea e
all’architettura a basso consumo energetico.
L’involucro solare, nella realtà, è cinetico. La sua
forma cambia ciclicamente con le stagioni. Il
riconoscimento di questo fatto ha suggerito una
interpretazione
diversa
dello
spazio
che
comprende l’interstitium, un intervallo tra due mondi
completamente differenti.
L’interstitium
dell’involucro
solare
risponde
al
cambiamento della richiesta di sole cambiando le
porzioni di spazio disponibile.
Ciascuno dei tre involucri
sovrapposti fornisce 6 ore di
accesso solare, ma in differenti
stagioni.
L'interstitium trae vantaggio dagli
involucri più alti che hanno
maggior volume per rispondere
con gli adattamenti stagionali al
sole e al vento.
L'ordine formale di un edificio non è
necessariamente
fissato
dentro
l'interstizio.
Nell’ esempio, la forma blu
rappresenta schematicamente una
configurazione di base dell’edificio
che
rappresenta
la
forma
dell’involucro in inverno.
Ma
all'interno
dello
spazio
interstiziale, un teatro sul tetto e un
padiglione nell’ angolo sud si
estendono temporaneamente verso
l'alto sotto il cielo estivo, senza
negare tutto l'anno l'accesso del sole
alle proprietà circostanti.
Ci sono, inoltre, le possibilità di una
climatizzazione regolabile entro
l'interstizio.
La forma di base di un edificio a
corte rappresenta l’involucro in
inverno.
In estate il vento arriva dal'alto,
trasportando i venti occidentali
provenienti dall'oceano Pacifico.
Inoltre una protezione solare
provvede a offrire ombra nel cortile.
Un esempio di come il controllo del clima potrebbe accadere è
mostrato su un sito angolo tipico di Los Angeles. Il sito è delimitato a
nord e ad ovest da strade, e ad est e a sud da immobili residenziali
L’involucro invernale è
più alto a nord e ovest,
più basso a est e sud.
Le
ombre
possono
estendersi su strade da
20 piedi (6 m) facendo
ombra
a
proprietà
commerciali
e
si
abbassano verso i10
piedi (3 m) facendo
ombra
su
immobili
residenziali adiacenti
La forma di base di un
edificio per uffici che
sottende
l’invlucro
è
mostrata con il suo cortile
aperto al sole d'inverno.
Per ampliare la scelta per
il comfort, si possono
seguire i profili delle
ombre, ritmicamente.
La migrazione a est e a
ovest di giorno, a nord ea
sud di notte.
L’involucro estivo, più alto,
è separato dalla massa di
costruzione di base dallo
spazio interstiziale, dove è
possibile progettare un
sistema dinamico per il
controllo climatico.
Uno
schermo
mobile
trasforma il cortile secondo
le stagioni. Il cortile aperto
in inverno fa entrare il
calore del sole e si estende
vista del cielo. D'estate lo
schermo convoglia i venti
dall'Oceano Pacifico, per il
raffrescamento
e
la
ventilazione del cortile e
protegge dal sole caldo.
Un esempio è un edificio che si trasforma da un insieme molto compatto nella
modalità invernale a uno più esteso e sciolto, in quella estiva.
Il toldo spagnolo.
Le condizioni del comfort variano stagionalmente.
L’orientamento influenza profondamente come e quando il sole entra nella corte.
A seconda delle stagioni, una direzione che aiuta il sole può ostacolare il vento e
viceversa.
Quando viene applicato alla zonizzazione, l'interstitium rende possibile la
progettazione di elementi architettonici dinamici, che possono cambiare in modo
consistente il nostro apprezzamento estetico di un edificio. Invece di percepire un
edificio come una parte fissa del paesaggio, ci rendiamo conto delle variazioni
ritmiche nel suo ordinamento formale, nella sua silhouette, nel numero e nella
relazione delle sue parti.
L’interstitium supporta il progetto di elementi architettonici dinamici che simboleggiano
un legame diretto con I ritmi della natura.
Floralis Generica, scultura meccanica, Buenos Aires
E. Catalano
L'interstizio estende al paesaggio urbano la nostra consapevolezza del
momento tra quello che conosciamo e ciò che vediamo.
Se I quartieri di una città sono pianificati con il
concetto dell'interstizio, possiamo visualizzare
una sorta di paesaggio con un basso profilo
ondulato in inverno,
un profilo più alto in primavera e in autunno, con
un ulteriore livello di spazio architettonico,
in estate un profilo ancora più alto con un terzo
livello di spazio.
Così possiamo immaginare un paesaggio urbano
che sale e scende con le stagioni, come il respiro.
Infine, per evitare l'arbitrarietà e il caos della maggior parte dello sviluppo
urbano, e per completare l'estetica di un dialogo autentico con la natura,
l'architettura deve porsi alcune domande fondamentali.
Dobbiamo guardare questo luogo come se la gente lo occupi?
Dove si trova?
Qual è il suo ritmo?
Qual è la sua vita?
Se non riusciamo a rispondere
a queste domande, dobbiamo
ripensare le nostre strategie per
la politica e per il design.
EDIFICIO SEMIAPERTO
Tek Center di Taipei,
Taiwan
Bjarke Ingels Group
EDIFICIO AD ASSETTO VARIABILE
EDIFICIO CON FORMA SOLARE
Londra, LONDON CITY HALL
Sir Norman Foster and Partners, 2003
La forma curva, la pelle trasparente, il precorso spiraliforme e il rialzamento da terra
dello spazio climatizzato permettono la riduzione dei materiali da costruzione e la
particolarità del profilo architettonico, la permeabilità tra ambienti interni ed esterni.
La geometria dell’ edificio permette di ottenere ottime performance energetiche, in
particolare la riduzione degli apporti solari e le dispersioni termiche attraverso l’
involucro.
L’ ideazione della forma nasce dalla sfera che in fase di progettazione è stata
modificata fino a ridurre del 25% le superfici esterne rispetto un edificio di pari volume
a pianta quadrata.
L’ edificio si sviluppa secondo una maggiore inclinazione in direzione sud dove i solai
sporgono e fungono da aggetto frangisole per le vetrate sottostanti, mentre a nord
dove gli apporti gratuiti sono comunque inferiori, le vetrate sono molto chiare.
Schizzi di studio