POLITECNICO DI MILANO
Dipartimento di Architettura, Ingegneria delle Costruzioni e Ambiente Costruito
Dottorato di Ricerca in
Tecnologia e Progetto per l’Ambiente Costruito
XXVII ciclo
Coordinatore: Prof. Anna Mangiarotti
Data: 25 marzo 2015
POTENZIALITA’ DI UNO SPAZIO DI TRANSIZIONE
MICROCLIMATICA:
il portico nel clima mediterraneo-temperato
Dottorando: Claudia Poggi
matricola 785154
Tutor: Prof. Alessandro Rogora
Relatore: Prof. Alessandro Rogora
Correlatore: Prof. Gianni Scudo
Indice
Abstract
Introduzione ................................................................................................... 11
1.1
1.2
Il limite tra l’esterno e l’interno.......................................................... 11
La necessità di spazi di transizione nella città contemporanea ........ 13
PARTE 1
1
Gli spazi di transizione ........................................................................... 17
1.1
1.2
2
Analisi teorica
Le tipologie di spazi di transizione esistenti ..................................... 19
Una classificazione rispetto all’edificio ............................................. 21
Lo spazio di transizione perimetrale ..................................................... 23
2.1
Il valore dell’ombra nel mondo ......................................................... 24
2.2
Il valore climatico e culturale ............................................................ 26
2.2.1 Il clima mediterraneo temperato: il portico e la loggia ................... 26
2.2.2 Il clima temperato fresco: la serra solare ...................................... 27
2.2.3 Il clima caldo umido: la veranda.................................................... 28
2.2.4 Il clima caldo secco: la mashrabiya .............................................. 30
2.3
Il valore sensoriale: l’engawa ........................................................... 34
3
Il portico: una strategia bioclimatica tradizionale ................................ 36
3.1
3.2
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4
3.3.5
3.4
4
Etimologia e definizione ................................................................... 37
L’aspetto morfologico e funzionale ................................................... 38
Le origini e l’evoluzione nella storia ................................................. 41
Il mondo classico .......................................................................... 41
L’età medioevale........................................................................... 43
L’età rinascimentale ...................................................................... 45
L’età moderna ............................................................................... 47
Il XIX-XX secolo ............................................................................ 48
Un caso emblematico: i portici a Bologna ........................................ 49
La configurazione spaziale del tipo perimetrale ................................... 51
4.1
La scala architettonica: il rapporto con l’edificio ............................... 52
4.1.1 Le variabili morfo-tipologiche ........................................................ 52
4.1.2 Le configurazioni spaziali esistenti................................................ 55
4.2
La scala urbana: il rapporto con lo spazio aperto ............................. 57
5
La dimensione sociale di uno spazio perimetrale ................................ 63
2
5.1
5.2
5.3
6
La dimensione del controllo ambientale di uno spazio perimetrale ... 68
6.1
6.2
6.3
7
Un filtro tra pubblico e privato .......................................................... 64
L’impatto sull’ interazione sociale ..................................................... 65
Le potenzialità di uno spazio “a livello basamentale” ....................... 67
Il controllo termico ............................................................................ 71
Il controllo luminoso e visivo ............................................................ 73
Il controllo del movimento dell’aria ................................................... 79
La dimensione percettiva dello spazio semi-aperto ............................ 79
7.1
La percezione polisensoriale............................................................ 80
7.2
Il comfort ambientale negli spazi semi-aperti ................................... 81
7.3
Gli approcci al comfort termico......................................................... 83
7.3.1 L’importanza dell’adattamento ...................................................... 83
PARTE 2 La valutazione del controllo ambientale del portico
8
La valutazione microclimatica: un approccio transcalare ................... 86
8.1
8.2
8.2.1
8.2.2
8.3
8.3.1
8.3.2
8.4
8.4.1
8.4.2
8.4.3
8.5
9
L’ambito di analisi: la scala micro-urbana ........................................ 86
Il portico: una strategia di mitigazione microclimatica ...................... 87
La radiazione solare ..................................................................... 88
Il movimento dell’aria .................................................................... 89
Le variabili geometriche ................................................................... 90
Le proporzioni ............................................................................... 90
Il fattore di vista del cielo .............................................................. 93
I fattori termo-fisici ............................................................................ 94
L’albedo e l’emissività ................................................................... 95
La capacità termica....................................................................... 96
Diffusività termica ......................................................................... 96
I modelli di funzionamento ............................................................... 97
Il metodo di analisi e valutazione .......................................................... 98
9.1
La valutazione dell’effetto della geometria - la prima fase.............. 100
9.1.1 Il controllo della radiazione diretta .............................................. 101
9.1.2 ll controllo della radiazione diffusa .............................................. 102
9.2
La valutazione dell’effetto dei materiali – la seconda fase ............. 106
9.2.1 La simulazione termo-radiativa con solene-microclimat ............. 107
9.2.2 La simulazione della luce naturale in un ambiente interno ......... 112
9.2.3 Confronto tra simulazioni e rilievi sul campo ............................... 113
9.3
La valutazione del benessere termico (la terza fase) ..................... 115
9.3.1 Il controllo del campo radiante .................................................... 116
9.3.2 Il calcolo della temperatura media radiante ................................ 116
9.3.3 Il calcolo di indici di comfort termico ........................................... 119
3
10 Il modello di studio................................................................................ 122
10.1
Descrizione e limiti di applicabilità del modello .............................. 123
10.2
L’effetto della geometria (fase 1) .................................................... 126
10.3
L’effetto dei materiali (fase 2) ......................................................... 130
10.3.1 Il FLD e l’Uniformità nello spazio interno .................................... 130
10.3.2 La temperatura delle superfici..................................................... 133
10.4
L’effetto del campo radiante sull’individuo (fase 3) ........................ 139
11 Linee guida per la progettazione di un portico ................................... 146
11.1
Indicazioni per il progetto ............................................................... 146
11.2
Le procedure analitiche per il dimensionamento del portico .......... 154
11.2.1 Dimensionare ombreggiamento e soleggiamento (fase 1) ......... 154
11.2.2 Dimensionare l’illuminazione naturale (fase 1-2) ........................ 159
11.2.3 Dimensionare il campo radiante (fase 3) .................................... 163
Conclusioni ................................................................................................... 166
Allegato A...................................................................................................... 169
Allegato B...................................................................................................... 170
Bibliografia.................................................................................................... 175
PARTE 1 ..................................................................................................... 175
PARTE 2 ..................................................................................................... 180
4
Indice delle figure
Figura 1. Spazio “incluso” o “addossato”. (Da Cadima, 2000)
20
Figura 2. Tipologie di spazi semi-chiusi. Da sinistra: porch, arcade, portico e
hypostyle hall (Da: Steemers, 2004).
20
Figura 3. Tipologie attraverso cui si possono classificare gli spazi di transizione
Da sinistra, in pianta: centrale (corte), perimetrale (portico), passante (galleria).
21
Figura 4. Esempio di ibridazione del tipo perimetrale e passante nel mercato di
Traiano nel 110 D.C. ed esempio di portico vetrato definito galleria
23
Figura 5. La domus romana in cui è visibile la combinazione di corte e portico
(peristilium).
23
Figura 6. Distribuzione degli spazi di transizione perimetrali nel mondo.
25
Figura 7. Configurazione di portici con integrazione di sistemi ombreggianti nel
clima mediterraneo temperato.
27
Figura 8. Esempi di serre in un clima temperato fresco.
28
Figura 9. Tipi di coperture nell'architettura tradizionale cinese (da Kostov, 1985)
29
Figura 10. Casa con veranda e tipi di veranda nei climi caldo umidi
29
Figura 11. Un tradizionale toldos a Siviglia (a sinistra) e un souk a Marakkech (a
destra).
31
Figura 12. Esempi di mashrabyie in Arabia Saudita (a sinistra) e in Egitto (a
destra).
32
Figura 13. Spazi di transizione tipici dei climi caldo secchi: il takhtabush ( a
sinistra) e il maqa’ad (a destra) in due abitazioni al Cairo
33
Figura 14. La moschea di Kairouan, Tunisia
34
Figura 15. Moschea di Altunbugha Al-Maridani, Cairo, Egitto (sinistra) e
l’Alhambra in Spagna (destra).
34
Figura 16. Engawa giapponese
35
Figura 17. La casa mediterranea secondo l’idea del filosofo greco Socrate
36
Figura 18. Stoà nell'agorà greca, esempio di portico in cui la profondità è doppia
rispetto all’altezza.
40
Figura 19. Portico dello Spedale degli Innocenti a Firenze come esempio
dell’effetto di permebilità dato dal rapporto tra intercolumnio e sezione del
pilastro.
41
Figura 20. Agorà con edifici porticati (stoai).
42
Figura 21. La domus romana con il peristilio interno.
43
Figura 22. Chiostri medievali
43
Figura 23. Portici medioevali in una piazza italiana e in una Bastide francese in
cui si riconosce l’appartenenza del portico alla casa-bottega
44
Figura 24. Loggia medioevale
45
Figura 25. Portici all’interno di palazzi o chiostri rinascimentali, progettati da
Bramante.
46
Figura 26. La Basilica di Vicenza (a sinistra) e la villa Almerico Capra di Palladio
(a destra).
47
Figura 27. Il portico legato all'edilizia rurale: la cascina lombarda.
48
Figura 28. Portici tipici dell'architettura fascista.
48
Figura 29. Strade urbane con edilizia civile porticata
49
Figura 30. Le origini: sporti (a sinistra) e beccatelli (al centro e a destra).
50
Figura 31. Evoluzione del portico bolognese
51
5
Figura 32. Variabili che identificano uno spazio di transizione perimetrale
secondo la sua posizione (in sezione).
53
Figura 33. Variabili che identificano uno spazio di transizione perimetrale
secondo la sua forma (in prospetto).
54
Figura 34. Configurazioni spaziali esistenti derivanti dall'intersezione delle
variabili morfo-tipologiche
56
Figura 35. Esempi di architetture esistenti in cui la composizione dell’involucro è
determinato dalla presenza di spazi di transizione perimetrali.
57
Figura 36. Disegni di Krier che mostrano il rapporto tra l’alzato e la base dello
spazio pubblico.
58
Figura 37. Strada romana porticata
59
Figura 38. Evoluzione del rapporto tra il portico e la strada (caso di Bologna) 59
Figura 39. Il balcone e il rapporto con lo spazio aperto.
60
Figura 40. Agorà (a sinistra) e foro (a destra) come piazze archetipiche
porticate.
60
Figura 41. Piazza della Signoria Firenze e Loggia dei Lanzi
61
Figura 42. Piazza-strada porticata: il portico degli Uffizi.
61
Figura 43. Plaza Mayor (Madrid) e Place Royal (Parigi).
62
Figura 44. Piazza Ducale di Vigevano.
62
Figura 45. Piazza aperta a Faenza (a sinistra) e a Firenze (a destra).
62
Figura 46. Esedra porticata in Piazza San Pietro a Roma.
63
Figura 47. Elementi che favoriscono o inibiscono le relazioni: muri, dislivelli e
schermature (da: Gehl,1987)
65
Figura 48. Diverso tipo di contatto sociale al variare della posizione in altezza 66
Figura 49. Le caratteristiche di uno spazio di transizione secondo C. Alexander
(1977).
67
Figura 50. Tipi di trattamento di un margine che vanno dalla totale integrazione
permeabilità fisica a una permeabilità solo visiva (studi di T.G. Lòpez).
67
Figura 51. Esempio di piazza in cui la presenza dei portici induce l'effetto
confine
68
Figura 52. Zone in cui è possibile suddividere un edificio nel suo rapporto con il
contesto ambientale (Ridisegnato da Hyde, 2000).
69
Figura 53. Profondità della “zona passiva” (Baker and Steemers, 2000).
70
Figura 54. Funzionamento giorno notte
71
Figura 55. Se lo spazio di transizione è addossato, la coperture diverse
producono diversi effetti.
72
Figura 56. Spazio di transizione vetrato può diventare una doppia pelle o una
serra transizione addossato o incluso
72
Figura 57. Schema di funzionamento di una serra
73
Figura 58. Radiazione solare e luce naturale
74
Figura 59. Spazi di luce intermedi
75
Figura 60. Strategie riferite al posizionamento della finestra rispetto alla
radiazione in estate-inverno per la protezione da abbagliamento
75
Figura 61. Lo spazio di luce intermedio come light shelf
76
Figura 62. Light-shelf nei diversi orientamenti
77
Figura 63. Strategie di applicazione di un light-shelf
78
Figura 64. Effetto della presenza di un elemento aggettante sul movimento
dell’aria (rielaborato da: Lechner, 2001)
79
Figura 65. L’effetto estetico-percettivo dato dai portici, visibile nelle architettura
di L.Kahn.
81
6
Figura 66. Lo spazio di transizione e la scala microurbana
87
Figura 67. Le variabili dimensionali che identificano una porzione di spazio
urbano
90
Figura 68. Distribuzione schematica della radiazione solare incidente in
configurazioni urbane con diversi H/W : a) H/W=0, b) H/W=1, c) H/W>1
(rielaborazione da: Givoni, 1988).
91
Figura 69. Studio che ha dimostrato l'influenza sul pavimento e le pareti e un
individuo in uno spazio urbano al variare di latitudine e orientamento e
proporzioni (H/W=0.25, 0.5, 1, 2, 3, 4). (Da: Arnfield, 1990)
92
Figura 70. Configurazione di strade con portici (sopra) e distribuzione spaziale e
temporale dell’indice di comfort termico PET in canyon urbani con portici in
sezioni stradali orientati E-W e N-S in un giorno tipico estivo in una latitudine di
32°N (clima caldo secco). (Da: Ali-Toudert, 2005).
93
Figura 71. Materiali caldi e freddi
96
Figura 72. Grafico con gli effetti delle proprietà termofisiche dei materiali.
97
Figura 73. Schemi che mostrano il funzionamento di un'area ombreggiata di
giorno e di notte (a sinistra) e un'area schermata solo di giorno (a destra)
98
Figura 74. Schema che descrive in modo sintetico il metodo di analisi e
valutazione attraverso le variabili, gli strumenti utilizzati in ciascuna fase.
100
Figura 75. Valutazione integrata che si sintetizza le valutazioni della prima fase
del metodo (Elaborazione dell’autore utilizzando Heliodon2).
101
Figura 76. Le componenti della luce naturale che determinano il FLD (CC+IC)
102
Figura 77. Presenza di un elemento orizzontale e andamento qualitativo delle
curve che indicano la modifica del livello di luce diurna nella stanza. (Da: Tips
for Daylighting with windows, J. O’Connor, LBNL)
104
Figura 78. Esempio di calcolo della CC su un piano (h=0,80) rispetto a un
punto A sulla limite della stanza (Elaborazione con Heliodon2 e con la DDC).
106
Figura 79. Esempio di calcolo del FV Heliodon su un piano (h=1,50 m) rispetto
a un punto A sul limite della stanza (Elaborazione con Heliodon2).
106
Figura 80. Rappresentazione della volta celeste (a sinistra), dstribuzione delle
luminanze per una latitudine di 40° alle ore 14 con un cielo chiaro CIE (in
mezzo) e con un cielo coperto chiaro = 1 ; = 0; 35 (a destra) (in seguito a:
Bouyer, 2009)
108
Figura 81. Definizione geometrica del Fattore di Forma (a sinistra) e bilancio
radiativo di un “patch” di superficie i (a destra), (Miguet, 2000).
109
Figura 82. Modello nodale di parete (a sinistra) e di suolo (a destra).
111
Figura 83. Esempio di visualizzazione dei fattori di forma
113
Figura 84. Confronto di Tse (rilevate e simulate) di asfalto e porfido al sole e
all’ombra, Ta e Radiazione Globale.
115
Figura 85. Flussi a diversa lunghezza d'onda (SW+LW) che determinano la
Tmrt in uno spazio di transizione.
117
Figura 86. Fattori di vista per i quali devono essere pesati i flusi solari e
infrarossi che si possono calcolare attraverso il metodo proposto da Fanger
(1970).
117
Figura 87. Condizioni di comfort calcolate con l'indice di Bilancio Termico (o
Budget).
121
7
Figura 88. Classi di stress termico (considerando un tasso metabolico di 80 W e
una resistenza del vestiario di 0,9 clo) modificate (in seguito a: Matzarakis e
Mayer, 1996)
122
Figura 89. Effetto dell’ombreggiamento nel corso della giornata (h 8-16) il 21
giugno (a sinistra) e il 21 dicembre (a destra) rispetto a uno spazio di
transizione lineare.
123
Figura 90. Effetto dell’ombreggiamento nel corso della giornata (h 8-16) il 21
giugno (a sinistra) e il 21 dicembre (a destra) rispetto a uno spazio di
transizione puntuale.
124
Figura 91. Effetto della radiazione giornaliera in uno spazio dimensionato come
lineare il 21 giugno (Elaborazione con il software Heliodon2).
125
Figura 92. Modello con riferimento in cui il portico è lineare e puntuale e
dimensioni
126
Figura 93. Schema del campo di radiazione/ombreggiamento di un portico al
variare della sezione dello spazio aperto antistante il 21 giu e il 21 dic .
127
Figura 94. Effetto di diversi H/D in termini di F.O in estate e F.S. in inverno dalle
ore 8 alle ore 16 in uno spazio lineare.
127
Figura 95. Componente del cielo (CC) per diverse configurazioni su un piano di
lavoro (h=0,80).
128
Figura 96. Effetto integrato delle diverse proporzioni (caso di portico lineare).
129
Figura 97. Combinazioni di coefficienti di riflessione superficiale analizzate. 131
Figura 98. Componente del cielo, CC + Componente riflessa interna ed esterna
IC (CRI e CRE)= FLD
131
Figura 99. Casi analizzati e distribuzione del FLD su un piano (h 0,80) nei due
casi in cui il coefficienti di riflessioni sono medi o alti.
131
Figura 100. FLD a 0, 3 e 6 m all’interno della stanza, FLDm e Uniformità.
132
Figura 101. Modello di studio con individuati i punti al sole e all'ombra di
riferimento (a sinistra) e la visualizzazione dello SVF (a destra).
133
Figura 102. Andamento Tse parete massiva/leggera al sole/ombra con diversi
albedi a=0,2 (a sinistra), a=0,5 (al centro) e a=0,8 (a destra)
135
Figura 103. Tse -Ta per le pareti A e B all’ombra il 21 giugno (9h-21h), e alle
h15 con diversi albedi.
135
Figura 104. Confronto materiali pavimentazione Sole-Ombra con lo stesso
valore di Albedo (A=0,5). durante il 21 giugno.
136
Figura 106. Tse granito (a sinistra) e legno (a destra) con albedo 0,5 alle h12.
137
Figura 107. Granito con diversi albedi (A=0,2; A=0,5, A=0,8)
138
Figura 108. Legno con diversi albedi (A=0,2; A=0,5, A=0,8)
138
Figura 110. Configurazioni: RC, H/D=1, H/D=0,5, (GVF=0,33) con riferimento di
S/O alle h 12.
140
Figura 111. Configurazioni: H/D=1 H/ L=0,6 e H/D=1 H1/W con riferimento di
S/O alle h 12.
140
Figura 112. Configurazione di un portico rispetto un caso di riferimento, con il
diverso peso delle superfici al sole e all'ombra alle ore 12 del 21/06.
141
Figura 113. Flussi radiativi assorbiti a onda corta (Kabs) e a onda lunga (Labs)
per diverse configurazioni con albedo medio.
141
Figura 114. Andamento della Tmrt nel corso della giornata (ora solare) per
diverse configurazioni
142
8
Figura 115. H/D=1 e H/D=0,5: Andamento della Tmrt durante la giornata con
diversi albedi
144
Figura 116. Variazione del BT al variare dell'albedo, della configurazione e della
velocità del vento alle h12.
144
Figura 117. Possibili configurazioni rispetto ai piani superiori dell’edificio (da
sinistra: incluso, addossato, semi incluso).
147
Figura 118. Accessibilità solare e contesti di riferimento (A e B).
149
Figura 119. Contesto A: H1/W 0,4
149
Figura 120. Strategie in caso di vincoli edilizi: a. Altezza, H (a sinistra) e b.
Profondità, D (a destra) in un contesto A.
151
Figura 121. Strategie di intervento con diversi livelli di ostruzione solare
invernale.
152
Figura 122. Caso a: h 1 m da terra.
152
Figura 123. Caso b: h=altezza max piano terra.
152
Figura 124. Contesto B: h> altezza max piano terra
153
Figura 125. Individuazione delle dimensioni da considerare per progettare un
portico.
155
Figura 126. Determinazione in prospetto della lunghezza di un portico lineare in
cui l’effetto d’angolo non è significativo
155
Figura 127. Dimensionamento di uno portico nel contesto A.
156
Figura 128. Dimensionamento di un portico nel contesto B: vincolo di altezza
(H).
157
Figura 129. Esempi di strategie da adottare in caso di vincoli di altezza (H) e
profondità(D) in un contesto A.
158
Figura 130. Dimensionare un’apertura per la luce naturale.
160
Figura 131. Esempio di utilizzo di una maschera di ombreggiamento con
sovrapposta una DDC (cielo coperto) ad un’h di 0,80 m.
162
Figura 132. mrt per diverse configurazioni con albedo medio.
164
Figura 133. Fattori di vista di un individuo sotto un portico, pesati rispetto alle
superfici al sole e all’ombra alle h12.
164
Indice delle tabelle
Tabella 1. Termini usati da diversi autori per riferirsi a uno spazio di transizione
da un punto di vista energetico-ambientale. ..................................................... 18
Tabella 2. Termini usati dai diversi autori per definire spazi di transizione
"perimetrali". ..................................................................................................... 24
Tabella 3. Configurazione spaziale di spazi di transizione perimetrali esistenti.
......................................................................................................................... 56
Tabella 4. Caratteristiche termo fisiche dei materiali rilevati e simulati. .......... 114
Tabella 5. Dati di Ta, HR e Radiazione Globale rilevati e/o simulati il 1 agosto a
Milano. ............................................................................................................ 114
Tabella 6. Tipi di materiali utilizzati per il confronto di pareti........................... 134
Tabella 7. Tipi di materiali utilizzati per il confronto di pavimentazioni. ........... 134
Tabella 8. Lat. 45 N: a è la % di ombra sul pavimento in estate (FO) e b è la %
di sole sulla parete in inverno (FS) nelle diverse ore del giorno. .................... 159
Tabella 9. Fattori a e b per la determinazione della Tmrt, in diversi momenti di
una giornata estiva. ........................................................................................ 164
9
Abstract
Questa ricerca propone l’analisi, la descrizione e la valutazione delle prestazioni
ambientali di spazi di transizione in quanto elementi architettonici tradizionali,
con particolare riferimento al portico nel contesto climatico mediterraneotemperato. Essi sono spazi di interfaccia tra due condizioni differenti
(interno/esterno; pubblico/privato; edificio/città ecc.) tra le quali si pongono
come elementi di modulazione di flussi energetici e interazione sociale.
In particolare la presente ricerca analizza le potenzialità del il portico, al fine di
determinare in che modo questo spazio contribuisca al miglioramento del
benessere dell’uomo, delle condizioni termiche e luminose dell’edificio che vi si
affaccia e delle possibilità d’uso dello spazio urbano circostante.
La ricerca, in una prima parte, si focalizza sull’analisi del portico, in quanto
archetipo di una categoria di spazi transizione, coperti e perimetrali rispetto
all’edificio, studiandone l’evoluzione storica e le sue variazioni morfotipologiche. Tale approfondimento teorico, che sottolinea il valore di tale spazio
da un punto di vista culturale, sociale e ambientale è la premessa allo studio del
suo comportamento fisico.
La seconda parte della ricerca, infatti, valuta le potenzialità di controllo
ambientale di uno spazio di transizione “perimetrale” attraverso lo studio di un
modello teorico variando proporzioni, materiali e vincoli di contesti urbani.
Attraverso un metodo di analisi e valutazione per fasi, viene definita l’efficacia di
diverse configurazioni rispetto a esigenze di tipo termico (ombreggiamento
estivo, accessibilità solare invernale) e visivo-percettivo (luce naturale e visione
verso l’esterno). Vengono anche definiti i limiti entro i quali uno spazio di
transizione influisce sulla variazione del campo radiante e quindi del benessere
termico di un individuo presente nello spazio stesso.
A conclusione della ricerca i risultati ottenuti vengono tradotti in linee guida che
rappresentano uno strumento di supporto alla progettazione ambientalmente
consapevole di un portico in un contesto climatico temperato. Tale strumento
aiuta infatti a prevedere le implicazioni in termini di controllo ambientale e
integrazione formale delle scelte progettuali effettuate, in relazione al benessere
degli utenti.
10
Introduzione
Gli spazi di transizione si collocano in una condizione intermedia tra uno
spazio interno e uno esterno, ai quali si relazionano modulando e filtrando
condizioni climatiche e modalità d’uso, influenzando quindi le interazioni
sociali. E’ necessario indagare le potenzialità dello spazio di transizione in
architettura, partendo dal significato di limite che, da mera linea di chiusura
può diventare uno spazio “abitabile”, facendo dialogare sfera pubblica e
sfera privata. Tale “spessore” racchiude l’idea del riunirsi e del relazionarsi da
sempre presente nella cultura tradizionale mediterranea.
Per questo è necessario recuperare il valore degli spazi di transizione nella
città contemporanea partendo dallo studio degli archetipi, e ritrovare nella
tradizione quegli elementi che hanno permesso alle società di tutte le epoche
storiche di rispondere a bisogni climatici, sociali, funzionali ed estetici.
1.1 Il limite tra l’esterno e l’interno
"il limite non consiste nella fine di qualcosa, ma come i greci avevano già capito,
consiste invece nel punto dove qualcosa comincia ad asserire la propria presenza".
Heidegger
Indagare il concetto di limite è fondamentale per comprendere la relazione tra
l’individuo e lo spazio in cui abita.
“Le dehor est toutjour un dedan” (“l’esterno è sempre un interno”) scrive Le
Corbusier, mentre Luis Kahn usa l’analogia tra la stanza e la strada
considerando quest’ultima “una stanza di intesa, una stanza comunitaria, i cui
muri fanno parte del fuori e il cui cielo è il soffitto”
Nel suo scritto “Genius Loci”, Norberg Shultz nel dare identità ai luoghi specifica
che “dato che la qualità distintiva di ogni luogo artificiale è la “chiusura” e che in
genere il soffitto definisce il tipo di chiusura che appartiene allo spazio interno,
in mancanza di soffitto, il cielo funge da delimitazioni superiore, e lo spazio,
malgrado le delimitazioni laterali, appartiene allo spazio esterno” (Norberg
Shultz, 1979).
Così molti autori hanno analizzato questo rapporto tra l’interno e l’esterno
cercando di definirne i limiti fisici e concettuali. Limite in architettura non deve
venire confuso con il concetto di confine. Esso infatti non è un confine ma è un
elemento di separazione più o meno permeabile che racchiude in sé molti
significati dialettici quali interno/esterno, aperto/chiuso, pubblico/privato,
naturale/artificiale che non sono in contrasto tra loro ma si risolvono se lo
pensiamo come interfaccia tra due condizioni differenti di può modulare
l’interazione.
Come scrive De Carli nella rivista Interni: “l’interno non è contraddizione
dell’esterno;…chiuso apparentemente da muri fisici o diaframmi mobili che
11
rispondono anche alla necessità di proteggere l’uomo nel raccoglimento
necessario e ne definiscono un ambiente fisico persino di limitata dimensione,
già capace di essere completo, seppure come parte; esso non è contrario al “di
fuori” e non ha neppure dimensioni grandi o piccole; è una continuità che
assume aspetti e significati diversi…” (De Carli ,1967).
Così, se il l’interno è la continuazione dell’esterno, anche il pubblico è la
naturale continuazione della dimensione privata. Un significato quindi non solo
fisico ma anche sociale. L’uomo attraverso l’atto della progettazione ha quindi
da sempre definito i limiti in cui vivere condizionando lo svilupparsi delle
relazioni sociali. Questi limiti entro cui l’uomo abita e interagisce con gli altri
individui si possono identificare con la forma urbana, la quale non è altro che la
struttura fisica della città.
L’idea di relazionarsi, del riunirsi e del convivere, esiste da sempre e ha come
immagine archetipica quella della radura, il luogo in cui l’uomo comincia a
incontrarsi intorno a un fuoco (archetipo del focolare domestico). Elementi
formali quali il peristilio della domus e i colonnati sulle piazze pubbliche
interpretano architettonicamente l’idea archetipica del recingere, il che significa
materializzare entità geometriche di base: punti, linee, piani e volumi.
Riferendosi a questa operazione fondativa dell’esperienza della spazialità C.
Norberg-Schultz scrive che “la caratteristica fondamentale dei luoghi costruiti
dall’uomo è perciò la concentrazione e la recinzione. Questi sono “interni” in
senso pieno, ossia hanno la proprietà di “radunare” quanto è conosciuto, e per
adempiere a questa funzione, hanno aperture che li pongono in relazione con
l’esterno (solo un interno infatti può avere aperture)”.
Analizzando quindi gli elementi che delimitano uno spazio architettonico, si
possono riconoscere: il limite superiore, il tetto, il quale ha un ruolo
fondamentale nel definire uno spazio, poiché anche solo proiettando un’ombra
definisce un’area di pertinenza, seppure variabile, risultante dall’incidenza del
sole. Il limite inferiore, il suolo, il quale identifica dei luoghi in cui sostare o
camminare. Il limite verticale ha una duplice funzione di bordo, uno rivolto alla
città pubblica e l’altro alla sfera privata interna. Esso assume quindi un ruolo di
interfaccia in cui da una parte trovano unione la scala urbana ed edilizia, e
dall’altra si definisce formalmente la separazione tra interno ed esterno con tutti
le implicazioni climatiche e sociali che ne derivano.
Limite orizzontale e verticale dialogano tra loro e a seconda e da questo
rapporto può crearsi spazi dai connotati differenti.
Quando al limite viene associata una soglia, ecco che si rappresenta il luogo in
cui avviene una transizione spaziale (dentro/fuori) e temporale (prima/dopo).
Il termine soglia (dal latino solea, pianta del piede, suola) fa riferimento a una
lastra che unisce gli stipiti di una porta o di altri vani di accesso, ma identifica
anche il punto che segna l’atto dell’accedere in un ambito spaziale diverso.
La soglia mette in comunicazione i due ambiti, creando una connessione con
l’esterno che può essere fisica o semplicemente visiva.
12
Spazi di soglia che costruiscono dei diaframmi tra l’interno e l’esterno sono
molto ricorrenti nelle architetture del passato: il porticato di accesso al tempio
che ‘filtra’ e ‘purifica’ il passaggio dal profano al sacro; il quadriportico della
basilica paleocristiana e il nartece porticato, che ritroviamo anche nelle chiese
romaniche, vengono usati come spazi d’attesa e di preparazione per i fedeli
prima di entrare nel luogo consacrato.
Gli elementi che individuano una soglia e allo stesso tempo proteggono lo
spazio esterno del varco quindi possono di per se stessi promuovere o
orientare determinati comportamenti, oppure esprimere contenuti più complessi
rispetto all’oggettività della forma o alle necessità funzionali dell’apertura. Il loro
ruolo è funzionale, perché danno riparo a chi aspetta all’aperto, ma anche
estetico e simbolico, perché sottolineano il ruolo prioritario della porta rispetto
alla continuità indifferenziata della facciata e indicano al visitatore il punto di
accesso all’edificio. Riprendendo l’archetipo della radura la presenza di
colonnati denota la presenza di uno spazio di mediazione prima dell’ingresso
nell’edificio; si rafforza così l’idea di ingresso e di accoglienza, enfatizzando la
presenza di una soglia da un punto di vista volumetrico e percettivo. La
transizione tra interno ed esterno in questo modo può assumere la dimensione
di un vero e proprio spazio la cui permeabilità è definita dagli elementi di cui è
composta.
1.2 La necessità di spazi di transizione nella città contemporanea
La crisi degli spazi aperti nella società contemporanea ha messo in luce la
questione della loro trasformazione che vede da una parte il recupero della
tradizione dello spazio urbano “a dimensione di contatto umano” e dall’altra la
creazione degli spazi urbani cyber virtuali.
Da un lato quindi il rispetto dell’identità dei luoghi e il riconoscimento di una
risposta architettonica tradizionale adeguata al contesto climatico e culturale e
dall’altro la presenza di nuove comunità urbane che vedono il nuovo spazio
pubblico a “ombra zero”. Quest’ultimo approccio non è interessato alla
percezione sensoriale legata alla temporalità dei cicli giornalieri e stagionali
(giorno/notte; estate/inverno), mentre l’approccio identitario dei luoghi affronta
l’aspetto ambientale degli spazi urbani ma in modo ancora poco operativo.
Il funzionalismo moderno ha distinto gli spazi in interni ed esterni mentre gli
ambienti urbani tradizionali alle medie latitudini mediterranee (in cui sono da
considerare anche le stagioni intermedie), costituivano un continuum internoesterno attraverso gli spazi di transizione (logge, portici, atrii, ecc.) che
caratterizzano le morfo-tipologie urbane tradizionali (a corte e in linea).
E’ proprio con lo sviluppo della tipologia edilizia a padiglione immersa nel verde
(Le Corbusier e la Carta di Atene) che si è persa la progettazione di ambienti
urbani a scala umana, e con essi le relazioni pubbliche “di contatto”.
13
Anche l’avvento della macchina e la cultura di matrice taylorista ha portato alla
definizione della strada come un elemento tecnologico monofunzionale
dedicata solo ai trasporti.
Il passaggio dalla città del contatto alla città della mobilità e dell’informazione
non si effettua necessariamente attraverso la tabula rasa ma è possibile il
rinnovamento partendo dall’ eredità storica adottando un approccio
climaticamente sensibile.
In quest’ottica, questa ricerca intende dimostrare come gli spazi di transizione
possano diventare elementi fondamentali per la definizione della nuova qualità
urbana, modulando i flussi climatici, facendo da filtro tra la città e l’edificio, e
ridando alla strada una nuova misura. Definiti anche “architetture della soglia”,
essi sono ritenuti “capaci di farsi interpreti del senso di reciproca appartenenza
della casa e della strada, in esse si esprime un modo di abitare che
l’architettura moderna ha quasi del tutto rimosso (Consonni, 1989).
Dal punto di vista sociale gli spazi intermedi hanno un valore in quanto strategia
di mediazione e di comunicazione tra la sfera pubblica e quella privata, a
beneficio di entrambe. La città contemporanea dovrebbe riuscire, quindi, ad
articolare gli spazi di relazione e proteggere la dimensione privata che C.
Alexander vedeva come necessità primaria.
E’ la conformazione degli spazi pubblici e semi-pubblici che sostiene
l’interazione sociale e una buona progettazione è confermata dalla rispondenza
alle prestazioni che Lynch sintetizza nella “consonanza ambientale” intesa
come capacità di un sistema di rispondere alle esigenze non solo di comfort
termico ma anche psicofisiche e di vivibilità sociale.
Per creare spazi di qualità bisogna superare i limiti delle prestazioni ambientali
in senso stretto e capire quali sono gli stimoli polisensoriali che hanno effetto
sull’utente e che lo rendono quindi più capace “sentirsi bene” anche quando le
condizioni di comfort non sono perfettamente rispettate. Spesso infatti si
progettano spazi idealmente vivibili che si dimostrano però poco attrattivi.
Inoltre, oggi si cerca di progettare il comfort all’interno dell’edificio,
controllandolo dal punto di vista bioclimatico attraverso lo studio della forma e
dell’orientamento, mentre poca importanza è riconosciuta al rapporto con lo
spazio esterno. Quando vengono progettati spazi di transizione non per sola
finalità estetica, spesso sono comunque pensati tenendo conto solo dell’effetto
di raffrescamento passivo nei confronti dell’edificio, oppure al contrario, come
zone a supporto di attività all’esterno con scarsa attenzione all’influenza
sull’edificio.
La progettazione auspicata invece da questo studio, è quella che l’utilizzo degli
spazi di transizione, con consapevolezza di tutte le potenzialità, in quanto
elementi di interfaccia che si relazionano con la forma urbana alle diverse scale,
e che trova nella scala intermedia - microurbana il livello più adeguato per
studiarne gli effetti.
14
Portici, logge e altri spazi di transizione devono infatti riuscire mediare questo
dialogo tra scala urbana e dimensione privata, creando microclimi di transizione
tra interno ed esterno e incoraggiando lo svolgimento di attività relazionali.
Per questo è necessario partire dallo studio degli archetipi, ritrovare nella
tradizione quegli elementi che hanno permesso alle società di tutte le epoche
storiche di rispondere a bisogni climatici, sociali, funzionali ed estetici.
15
PARTE 1
Analisi teorica
La prima parte della ricerca si concentra sugli spazi di transizione in quanto
spazi di interfaccia tra due condizioni differenti (interno/esterno;
pubblico/privato; edificio/città) tra le quali si pongono come elementi di
modulazione di flussi energetici e interazione sociale.
La loro configurazione riveste nella cultura architettonica un ruolo cruciale nella
ricerca della qualità funzionale (utilitas), tecnica (firmitas), estetica (venustas).
Alla complessità delle tre dimensioni vitruviane si possono aggiungere i
“caratteri ambientali” che definiscono le proprietà dell’ambiente costruito,
relative in particolare alle prestazioni termiche e luminose.
Sono quindi spazi complessi per cui è necessaria una visione sistemica che
metta in relazione il sistema fisico dell’ambiente costruito e il sistema sociale
adottando un approccio trans-scalare che unisca la scala architettonica e quella
urbana.
Una classificazione degli spazi di transizione individua quelli oggetto specifico
del presente studio, ovvero quelli che si trovano in una condizione “perimetrale”
rispetto all’edificio.
Un’analisi del valore dell’ombra nel mondo evidenzia la loro importanza
trasversale in diversi paesi e sottolinea come spazi di transizione perimetrali
siano stati progettati nel corso della storia con varianti specifiche rispetto al
luogo, in risposta a diverse esigenze climatiche e culturali.
Il discorso di focalizza quindi sul contesto climatico mediterraneo-temperato in
cui l’archetipo degli spazi perimetrali è il portico di cui si analizza l’evoluzione
nel corso della storia, arrivando alla definizione di variabili morfo-tipologiche
attraverso le quali si possono individuare tutti i possibili tipi di spazi perimetrali
secondo la loro configurazione spaziale rispetto a un edificio.
Il risultato di tale analisi è la dimostrazione del valore multidimensionale
(formale, ambientale, sociale e percettivo) di uno spazio di transizione
perimetrale e del suo ruolo quindi a supporto al miglioramento della qualità
architettonico-urbana, premessa allo studio quantitativo sue prestazioni a livello
microurbano.
1
Gli spazi di transizione
Gli spazi di transizione sono da sempre parte integrante degli spazi urbani in cui
viviamo e sono presenti in tutti i tipi di edifici da quello più rappresentativo
all’abitazione privata. Essi sono presenti in modo trasversale nella storia
dell’architettura di tutto il mondo e sono principalmente portici, patii, pergolati,
logge, gallerie, e così tutti quegli spazi che si trovano tra l’interno e l’esterno
svolgendo un importante ruolo di mediazione climatica e funzionale all’interno
delle nostre città.
Tradizionalmente tutti gli spazi sono classificati come interni od esterni.
Ci sono però spazi che non possono essere definiti né chiusi né aperti, nè
esterni né interni, né pubblici né privati, e non sono progettati per ospitare una
funzione specifica. E’ quindi difficile definirli univocamente perché
rappresentano simultaneamente una condizione e il suo opposto, ma è proprio
in questa unione dialettica che risiede la loro ricchezza formale, funzionale,
sociale e ambientale. Sono infatti spazi adattabili al contesto, il che li rende
luoghi ludici o cerimoniosi, più legati alla sfera privata o a quella pubblica a
seconda del rapporto con l’edificio e lo spazio circostante.
La loro presenza in modo costante nel corso della storia è testimonianza di
come essi siano riusciti a produrre dei benefici adattandosi alle epoche storiche
e alle diverse culture.
Prima di cercare di definire gli spazi di transizione occorre analizzare la
caratteristica che li accomuna, ossia quella di creare una “transizione” tra due
condizioni differenti.
Norberg-Schultz (1971) descrive la proprietà della transizione nel suo significato
spaziale: una zona di tensione ai bordi di un centro che da una parte spinge il
centro verso l’esterno e allo stesso tempo l’esterno penetra il limite creando
un’area di transizione. Anche Lynch (1990) nella sua descrizione della città
parla dei bordi (edges) come luoghi in cui avvengono cambiamenti di carattere,
stile, funzione e atmosfera. Cullen (1971) che definisce le qualità spaziali e
visuali dell’ambiente costruito parla di margine di transizione come un
importante componente spaziale che dà struttura e sequenza alle visioni in
un’esperienza dinamica della città.
La transizione è analizzata anche da Alexander (1977) come esperienza di
passaggio che favorisce il necessario adattamento tra ambiti diversi.
Nel suo pattern “entrance transition” Alexander si riferisce a uno spazio fisico
configurato per accompagnare il passaggio da un comportamento tenuto in uno
spazio pubblico a quello che si ha in uno privato, inducendo un graduale senso
di intimità e rilassamento associato all’attitudine dello stare in un interno.
Queste definizioni cominciano dare un significato spaziale all’idea di transizione
a cui si può associare una dimensione esperienziale propria.
In termini architettonici il concetto di “spazio di transizione” si comincia a
visualizzare a partire all’ involucro che da superficie bidimensionale diventa un
elemento tridimensionale che agisce come filtro sociale, ambientale e
percettivo. Lo spazio di transizione diventa così il luogo in cui concetti
apparentemente opposti come interno ed esterno, chiuso e aperto, privato e
pubblico, legati anche alla sfera sensoriale quali caldo e freddo, luminoso e
ombreggiato, trovano un’unione dialettica.
I fattori propri degli spazi adiacenti allo spazio di transizione quali luce, calore,
suono, texture o anche caratteri immateriali quali schemi comportamentali in
esso si compenetrano e si trasformano assumendo un carattere proprio.
In tal modo lo spazio di transizione racchiude una complessità di significati e
sfumature che diversi studi hanno cercato di comprendere e analizzare.
Nella tabella 1 sono riportati i termini usati da diversi autori per identificare, in
relazioni a un’analisi di tipo energetico-ambientale, quello che in questa ricerca
è stato definito spazio di transizione.
Tabella 1. Termini usati da diversi autori per riferirsi a uno spazio di transizione da un
punto di vista energetico-ambientale.
La definizione più comune è quella che identifica lo spazio di transizione come
lo spazio della connessione tra l’ambiente interno ed quello esterno, in cui il
clima è modificato senza sistemi di controllo artificiale. (Chun et al. 2004).
Brunetti (1998) aggiunge al termine di transizione l’aggettivo microclimatica
(usato anche in questa ricerca), per sottolineare come l’ambito di indagine si
riferisca più nello specifico agli effetti micro-climatici, e li identifica come tutti
quegli spazi che, collocati tra l’interno dell’edificio e l’ambiente esterno,
esercitano un’opera di mediazione ambientale tra i due ambiti di pertinenza.
Altri studi (Potvin, 2000) definiscono gli spazi di transizione con l’accezione di
urbani poiché le tipologie analizzate sono spazi che mettono in connessione
diversi edifici e quindi ne viene evidenziato il carattere alla scala urbana.
18
Steemers (2004), invece, li chiama spazi semi-chiusi (semi-enclosed) proprio
per distinguerli da quelli aperti, evidenziando come loro caratteristica
fondamentale quella di poter esistere solo in relazione uno spazio aperto
(strade, piazze e parchi).
Spagnolo e De Dear (2003) individuano gli “spazi semi aperti“(semi-outdoor)
come ambienti che, pur rimanendo per la maggior parte esposti all’ambiente
esterno, includono strutture costruite dall’uomo che moderano l’effetto delle
condizioni esterne, come coperture che proteggono dalla radiazione o pareti
che fungono da schermi frangivento.
Nakano (2003) usando la stessa terminologia, li descrive come uno dei “layer”
che potenzialmente controllano da un punto di vista termico la condizione di un
individuo (a metà tra il “layer” dell’ambiente esterno dove non c’è alcun tipo di
controllo e quello dell’ambiente interno totalmente controllato). In tali ambienti,
considerati principalmente come chiusi da un vetro e per questo chiamati buffer
spaces, i fattori naturali esterni (principalmente luce e aria) sono quindi introdotti
selettivamente producendo un moderato controllo ambientale.
Anche Pitts (2007) identifica gli spazi di transizione come buffer spaces oltre
che elementi di connessione fisica, sottolineando il loro effetto sul comfort
dell’individuo e anche il potenziale risparmio energetico per l’edificio. I buffer
spaces quindi, pur perdendo la permeabilità fisica con l’esterno, vengono
riconosciuti in letteratura come spazi di transizione a tutti gli effetti, poiché
presentano condizioni climatiche intermedie tra l’interno e l’esterno. Queste
soluzioni sono particolarmente indagate dal punto di vista del comportamento
ambientale proprio per l’effetto serra dovuto alla presenza vetro, le cui
conseguenze possono essere positive specialmente in climi temperati freschi
(capitolo 2.2.2) se usato con consapevolezza climatica; al contrario possono
verificarsi sgradevoli effetti di surriscaldamento.
1.1 Le tipologie di spazi di transizione esistenti
Partendo dall’osservazione di spazi esistenti è possibile raggrupparli in tipologie
che li identificano da un punto di vista formale. Il tipo architettonico si definisce
infatti “per la presenza di una invariante formale che si manifesta in esempi
diversi e si situa a livello della struttura profonda della forma” (Martì Aris, 1993).
E’ quindi possibile definire le proprietà in base a cui riconoscerli e quindi
categorizzarli, al di là delle variazioni specifiche legate all’architettura nelle
diverse epoche storiche. Se gli spazi di transizione sono caratterizzati da una
transizione tra due condizioni differenti, un interno e un esterno, le proprietà
“invarianti” emergono sempre dal rapporto con un edificio e/o con lo spazio
aperto, come evidenziano diversi studi.
19
Cadima (2000) utilizza attributi spaziali per distinguere le tipologie in base al
grado di integrazione rispetto all’edificio; per cui uno spazio può essere incluso
con una forma in pianta ad “O” (corte, patio) o addossato con uno sviluppo in
pianta di tipo lineare a “L” o ad “U” (veranda, balcone).
Figura 1. Spazio “incluso” o “addossato”. (Da Cadima, 2000)
Coch (2004), nella sua tesi, utilizza delle definizioni che permettono di
individuare i diversi tipi di spazi di transizione attraverso degli attributi spaziali.
Viene quindi identificato il tipo perimetrale e centrale, il quale può essere a sua
volta chiuso o aperto, a seconda della presenza o meno di un vetro sul lato
confinante con l’esterno. In base alla combinazione di questi attributi uno spazio
ha diverse caratteristiche e un diverso impatto ambientale.
Maragno (2010) riprende gli attributi di Coch e approfondisce l’analisi sulla
veranda, uno spazio coperto tipico dell’architettura brasiliana.
Steemers (2004) riferendosi all’area climatica considera come tipologie di spazi
semi-aperti: il portico (porch), la galleria (arcade), il portico e sala ipostila
(Figura 2). Tali configurazioni sono accomunate dalla caratteristica di avere una
piano superiore come copertura che li rende spazi protetti da un punto di vista
ambientale, seppur con diversi gradi di chiusura che provocano condizioni
termiche differenti.
Figura 2. Tipologie di spazi semi-chiusi. Da sinistra: porch, arcade, portico e hypostyle hall
(Da: Steemers, 2004).
Potvin identifica la galleria (arcade) come una forma ibrida da un punto di vista
ambientale, intesa come intermedia tra un edificio e una strada che contribuisce
20
alla “diversità termica” della città, favorendo quindi una variabilità tra interno ed
esterno.
La galleria è spesso studiata come tipologia autonoma non paragonata ad altri
tipi ma sempre definita come spazio di transizione (Geist, 1983, Potvin, 1997;
Rajkovick and Kwok, 2001). Essa viene identificata da tutti gli studi come uno
spazio caratterizzato da una copertura vetrata. Così non è la tipologia
identificata da Steemers (seppure abbia la stessa forma) ma ha avuto origine in
Francia XIX con l’introduzione dell’acciaio e del vetro. Qui il vetro non è
considerato un elemento “aggiunto” (come per i buffer spaces) ma è parte
costitutiva dello spazio di transizione. Galleria è la traduzione di arcade, tradotto
dal tedesco passage, termine usato anche in francese, che deriva dal latino
passus, da cui il senso di movimento e ritmo. Geist (1983) definisce la galleria
come un “passaggio coperto vetrato che connette due o più strade costituite da
uno o due lati di negozi”. Per tutto il XIX secolo tale spazio ha spesso assunto il
nome di galleria commerciale. In questo senso, come sinonimo passaggio con
un’apertura all’inizio e una alla fine, essa può essere definita uno spazio di
transizione.
1.2 Una classificazione rispetto all’edificio
Dopo aver esaminato come diversi autori hanno categorizzato gli spazi di
transizione viene di seguito proposta una classificazione secondo cui
suddividere gli spazi in base alla caratteristica più evidente che ne definisce il
rapporto con l’edificio adiacente. A partire da questa si può poi analizzare il
rapporto con l’esterno dei tipi individuati.
Viene infatti riconosciuto l’attributo invariante che identifica un tipo, a cui viene
riferito un archetipo significativo che lo identifica.
Figura 3. Tipologie attraverso cui si possono classificare gli spazi di transizione Da sinistra, in
pianta: centrale (corte), perimetrale (portico), passante (galleria).
Riconoscibili secondo tre tipologie, in base al suo rapporto con un edificio, uno
spazio di transizione può essere:
21
- Centrale: totalmente incluso dalle pareti dell’edificio e aperto solo verso il
cielo. L’archetipo è la corte/patio;
- Perimetrale: coperto e chiuso lateralmente da una o più pareti dell’edificio,
può avere diversi gradi di apertura verso l’esterno. L’archetipo è il
portico;
- Passante: coperto e chiuso longitudinalmente dalle pareti dell’edificio,
presenta due aperture sui lati corti. L’archetipo è la galleria.
Tali spazi, che qui vediamo rappresentati in relazione a un singolo edificio,
possono essere visti anche come appartenenti a più edifici diventando una
connessione tra di essi, assumendo un significato a scala urbana.
Inoltre i tipi a volte si compenetrano, come nel caso di perimetrale e passante
Come si è già visto nel capitolo precedente a volte nella traduzione inglese
vengono identificati con lo stesso termine (arcade), se definiti da un
successione di archi. In altri casi viene usato il nome gallery (o galleria) per
identificare uno spazio perimetrale chiuso lateralmente da un vetro. Inoltre,
essendo entrambi caratterizzati da una copertura, uno spazio passante può
essere visto come un’estensione dello spazio perimetrale in un contesto
climatico in cui le strade sono molto strette e diventano esse stesse luogo di
transizione.
Inoltre si può notare il legame tra forma e funzione: uno spazio allungato e
coperto ha fin dall’antichità una funzione di tipo commerciale, proprio perché il
scambio di merci è favorito dalla protezione da sole e pioggia e dalla visibilità
verso l’esterno per attrarre persone e incentivare relazioni sociali.
Un’antica forma di galleria commerciale si può ritrovare nel Mercato di Traiano
a Roma (110 D.C.) che riunisce diverse botteghe sotto un unico tetto. Essa
presenta però delle aperture anche laterali, assumendo una caratteristica tipica
del portico. Questo esempio ci fa capire come a volte le caratteristiche dei
diversi tipi si compenetrino spesso la distinzione in tipologie non è così chiara.
Come si vedrà nel capitolo 2.3.4 nei paesi dal clima caldo-secco si trova un
antecedente della galleria commerciale, usato per proteggersi dal sole e
chiamato souk, uno spazio inizialmente voltato in pietra e in e in seguito
adattato a bazaar coperto da semplici tende.
22
Figura 4. Esempio di ibridazione del tipo perimetrale e passante nel mercato di Traiano nel 110
D.C. ed esempio di portico vetrato definito galleria
In altri casi gli spazi di transizione coesistono e diventano in un certo senso
complementari come spesso accade per il tipo centrale e perimetrale, il primo si
permette l’ingresso di luce e il secondo protegge dalla radiazione solare; così
tradizionalmente le corti sono circondate da portici, come si vede già dalle case
romane dove l’invaso centrale è circondata da un peristilium (portico lungo tutto
il perimetro), come in figura 5.
Figura 5. La domus romana in cui è visibile la combinazione di corte e portico (peristilium).
Infine, dopo aver definito il rapporto rispetto all’edificio occorre specificare il tipo
di relazione con spazio esterno che riguarda in particolare la corte (centrale) e il
portico (perimetrale) che tramite l’utilizzo di un vetro sul lato di apertura
possono così diventare, rispettivamente, un atrio e una serra (capitolo 6.1)
2
Lo spazio di transizione perimetrale
Gli spazi perimetrali sono gli spazi di transizione che meglio incarnano la
funzione dei “luoghi di filtro”, anche psicologici, tra lo spazio della casa e il
mondo esterno. Non solo elementi di mediazione simbolici come nel caso, ad
esempio, di una finestra, ma dei veri e propri spazi tridimensionali che si
collocano in una dimensione a metà tra lo spazio domestico e ciò che avviene
fuori. Tali ambienti configurano una serie di conseguenze positive: dal poter
vivere un ambiente esterno, godendo contemporaneamente della protezione
della casa, o osservare il mondo senza essere visti, o poter svolgere attività
all’aperto, riparati sotto una copertura, o semplicemente godere della luce e
dell’aria aperta.
23
Tali spazi possono essere definiti estroversi, se sono adiacenti alla parete
dell’edificio e si protendono verso lo spazio pubblico a cercarvi una completa
integrazione, oppure introversi, se affacciati verso uno spazio interno semiprivato come una corte.
Dal punto di vista climatico il fatto di trovarsi lungo il perimetro di un edificio
esprime bene la loro funzione di elemento di controllo ambientale passivo
rispetto: all’utente che si trova nello spazio, all’involucro dell’edificio e all’interno
adiacente. Quando l’involucro è schermato infatti l’edificio ha meno guadagni e
utilizza meno energia per il raffrescamento in estate. Quando anche il suolo è
ombreggiato la temperatura percepita da un individuo è minore e le condizioni
di comfort migliorano (questo argomento sarà sviluppato con maggiore
attenzione nella seconda parte).
2.1 Il valore dell’ombra nel mondo
Tabella 2. Termini usati dai diversi autori per definire spazi di transizione "perimetrali".
La caratteristica fondamentale di uno spazio di transizione perimetrale, in
quanto coperto, è quella di proiettare un’ombra, con diversi gradi di intensità a
seconda della configurazione dello spazio e del contesto in cui si trova.
Nel mondo occidentale e in particolare nei contesti climatici caldi l’ombra ha un
valore di tipo climatico. In particolare nei paesi mediterranei lo scopo è la
protezione dal sole e nelle regioni medio-orientali il valore climatico si intreccia
a quello culturale e religioso.
Nel mondo orientale l’ombra ha invece un valore simbolico, come si vede
nell’architettura tradizionale giapponese, in nome di un’estetica fondata sul
concetto di penombra, materializzata nello spazio di transizione che in
Giappone chiamano engawa.
24
Figura 6. Distribuzione degli spazi di transizione perimetrali nel mondo.
25
2.2 Il valore climatico e culturale
Per quanto riguarda l’aspetto climatico gli spazi di transizione si presentano in
primo luogo come una risposta spontanea dell’architettura alla presenza del
sole del vento e della pioggia nei differenti climi. In alcuni casi lo spazio
ombreggiato ha le dimensioni per essere uno spazio sociale, mentre in altri è
solo un’estensione della copertura che scherma la parete dell’edificio. E’ proprio
in riferimento all’aspetto sociale che il valore climatico con quello culturalereligioso, per cui nei climi caldo secchi, il grado di chiusura degli spazi di
transizione aumenta, associando alla necessità di protezione dal caldo il
bisogno di privacy imposta dalla religione islamica. Nei paesi mediterranei al
contrario sono spazi molto permeabili, poiché tradizionalmente le persone
svolgono gran parte della loro vita all’aperto e tra l’interno e l’esterno, per cui i
portici, mitigando le condizioni climatiche estive, svolgono un importante
supporto alle attività degli spazi aperti adiacenti, favorendo l’interazione sociale.
Si analizza quindi come spazi perimetrali, siano presenti in modo trasversale
nell’architettura dei contesti climatici fondamentali in cui si può dividere la
superficie terrestre (zona temperata fresca, zona temperata mediterranea, zona
caldo-secca, zona caldo umida).
2.2.1 Il clima mediterraneo temperato: il portico e la loggia
Questo tipo di clima è definito clima mediterraneo temperato poiché ne fanno
parte le zone che si affacciano sul bacino del mediterraneo, di cui in particolare
in questa ricerca si considerano le latitudini settentrionali dove il clima è
appunto temperato. In generale il clima temperato ha la temperatura del mese
più freddo compresa tra 18° e – 3°C. Esso è caratterizzato da una forte
variabilità climatica stagionale, con estati calde e umide, inverni freddi e due
stagioni intermedie miti. In questa ricerca si fa riferimento al clima temperato,
caratteristico delle latitudini settentrionali dell’area mediterranea. Tale variabilità
stagionale implica la necessità da parte degli edifici di adattarsi a stress termici
differenti, combinando strategie di raffrescamento estivo e riscaldamento
invernale.
Gli spazi ombreggiati sono una risposta a queste condizioni climatiche e sono di
diversi tipi: fissi, come nel caso di portici e logge ma si sono sviluppate anche
strutture permeabili al vento (pergole) oppure mobili (tende). Se costituiti da una
struttura in legno ricoperti da vegetazione a foglia caduca, oltre a garantire il
riparo selettivo dal sole durante l’anno, in estate incanalano il vento sfruttando i
benefici del raffrescamento naturale. Tradizionalmente l’archetipo di tali spazi è
il portico che lungo le strade o piazze è spesso integrato da tende o altri sistemi
schermanti per estendere il beneficio dato dall’ombreggiamento in un contesto
in cui tradizionalmente le persone trascorrono parte della loro vita all’aperto.
26
Figura 7. Configurazione di portici con integrazione di sistemi ombreggianti nel clima
mediterraneo temperato.
2.2.2 Il clima temperato fresco: la serra solare
Il clima temperato fresco è caratterizzato da un inverno freddo con la
temperatura del mese più fredda inferiore a 0 °C. Le estati sono calde con
temperatura media tra i 15 °C e i 20 °C e possono avere massime attorno ai
30 °C. Le zone tipiche di questo clima sono quelle dell'Europa settentrionale,
orientale e centrale. In tale clima lo sviluppo dello spazio di transizione è
relativamente recente, poiché è legato all’introduzione del vetro nel XIX secolo.
La presenza di un superficie vetrata a chiusura dei lati aperti di uno spazio di
transizione perimetrale posto sul fronte sud di un edificio ha permesso la
creazione di un volume di captazione termica. Esso non è uno spazio
tradizionale inteso come appartenente all’architettura vernacolare di tale
contesto, ma si può dire che lo sia diventato grazie all’evoluzione tecnologica.
Lo spazio di transizione vetrato è infatti ormai riconoscibile sia per il suo impatto
ambientale che estetico-compositivo negli edifici dell’Europa centro
settentrionale per questo si è deciso di includerlo in questa trattazione.
Chiamate anche buffer spaces, le serre si distinguono fondamentalmente in
addossate e incluse a seconda del loro posizionamento rispetto al volume
dell’edificio.
Le serre incluse sono presenti anche in un contesto temperato mediterraneo,
poiché esse hanno solo una superficie vetrata esposta verso l’esterno e
soprattutto la copertura è opaca (o almeno schermata). In un contesto climatico
temperato fresco, invece, dove non è importante proteggersi dal sole estivo, la
serra può essere vetrata anche in copertura, assumendo un ruolo fondamentale
anche dal punto di vista sociale in quanto diventa una vera propria stanza
vivibile durante tutto l’anno. La serra in questo clima agisce sempre come
collettore di energia solare, ma essenzialmente è uno spazio che riduce le
perdite di calore dell’edificio, senza ostruire l’ingresso di luce naturale e
permettendo un più graduale passaggio tra il clima interno e quello esterno.
27
Figura 8. Esempi di serre in un clima temperato fresco.
+
Es empi
Es emoi
2.2.3 Il clima caldo umido: la veranda
Il clima caldo umido è caratteristico di paesi tropicali situati tra i 10 e il 30° di
latitudine, e in particolare golfo del Messico, India meridionale, Cina sudorientale, Brasile etc. In queste zone l’atmosfera non è nitida a causa della
nuvolosità ed elevata quantità di vapore acqueo presente. Questo impedisce
che parte della radiazione solare raggiunga la crosta terrestre e fa sì che la
quantità di radiazione solare sia inferiore rispetto ad altre località alle stesse
latitudini, caratterizzate da un clima secco. Le oscillazioni di temperatura tra
giorno e notte sono poco significative perché è limitato il re-irraggiamento
notturno verso la volta celeste. Le precipitazioni sono forti e irregolari durante
l’anno. Questi elevati livelli di umidità aumentano la sensazione termica di
calore, che può essere ridotta sfruttando gli effetti della ventilazione. In queste
condizioni l’inerzia termica non è di nessun beneficio e, pertanto, le abitazioni
sono realizzate in materiale leggero e di provenienza locale (legno per la
struttura portante e tamponamento in legno, carta o fronde incrociate).
Nei climi caldo umidi quindi, la ventilazione è un’esigenza prioritaria e questo fa
si che la casa unifamiliare risulti particolarmente adatta, consentendo lo
sfruttamento ottimale della ventilazione passante. Tra le strategie di controllo
ambientale che combinino protezione solare e ventilazione l’inserimento di
sporti orizzontali e verticali in corrispondenza delle finestre.
28
Figura 9. Tipi di coperture nell'architettura tradizionale cinese (da Kostov, 1985)
E’ molto frequente come strategia di controllo ambientale l’estensione dei tetti
per schermare senza ostacolare la ventilazione e allo stesso tempo proteggere
dalla pioggia. Se in questo modo viene creato uno spazio ombreggiato abitabile
esso prende il nome di veranda.
Figura 10. Casa con veranda e tipi di veranda nei climi caldo umidi
I paesi della zona equatoriale sono stati oggetto di colonizzazioni europee. I
portoghesi hanno quindi introdotto la veranda in Brasile, sostanzialmente un
portico molto profondo adattato alle condizioni tropicali. Gli inglesi quando
hanno colonizzato l’India per fronteggiare il clima estremo si sono ispirati alla
casa con veranda bengalese e hanno introdotto la casa bungalow anglo-indiana
che si è poi diffusa in gran parte del mondo. Gli spazi della casa sono
organizzati in modo tale che le camere siano disposte sul lato lungo del piano e
si affaccino su una veranda che diventa lo spazio di circolazione verso le
camere da letto che si trovano in fondo.
29
2.2.4 Il clima caldo secco: la mashrabiya
Il clima caldo-secco è caratteristico sempre delle zone a bassa latitudine (1530°), dove la radiazione solare incide in maniera quasi perpendicolare per gran
parte dell’anno; la radiazione deve attraversare meno massa atmosferica e la
quantità di radiazione è quindi più elevata e le temperature dell’aria in queste
zone sono alte (d’estate le medie giornaliere variano dai 40 ai 50°C). La
protezione solare ha come obiettivo quello di ridurre gli effetti dell’incidenza del
sole, per evitare il surriscaldamento sia dell’edificio, sia degli spazi dell’intorno.
Alcune delle strategie possibili sono l’inserimento di sporti orizzontali e verticali
in corrispondenza delle finestre, aperture con dimensioni ridotte e provviste di
schermature e l’utilizzo di colori chiari per le facciate, che consentono una
buona riflessione della radiazione solare.
Nella maggior parte delle zone con clima caldo secco (Nord-Africa, Medio
Oriente e India Settentrionale) le città e quindi anche gli spazi di transizione
sono progettati per rispondere sia a esigenze di tipo climatico che culturale.
Esse sono generalmente di forma molto compatta. Gli edifici hanno una sola
facciata, quella su strada. Le vie tendono a essere molto strette, per riparare i
pedoni, la strada e gli edifici stessi dalla radiazione solare diretta. Infatti, in
questo clima, le strade stesse creano ombra anche in presenza di angoli solari
elevati, rimanendo aperte verso il cielo oppure, coperte da solai o da semplici
tende come nel caso dei bazar, spazi commerciali che stimolano lo scambio e il
contatto tra le persone. In tal modo la strada diventa essa stessa spazio di
transizione a scala urbana e lo spazio coperto che si forma tra gli edifici assume
il nome particolare di souk, un ambiente termicamente confortevole. Se però
con questa strategia da una parte si beneficia di una notevole diminuzione della
temperatura, dall’altra si ha il problema di un’illuminazione inadeguata
Essi si ritrovano anche nelle regioni più calde della Spagna dove assumono il
nome di toldos.
30
Figura 11. Un tradizionale toldos a Siviglia (a sinistra) e un souk a Marakkech (a destra).
A scala edilizia, invece, spazi di transizione perimetrale sono le cosiddette
mashrabyie elementi tipici dell’architettura araba, usati sin dal medioevo in cui è
molto evidente anche il valore socio-culturale. Mashrabyia deriva dalla parola
araba che significa ”bere”, e infatti originariamente indicava il “luogo del bere”.
In questo spazio addossato all’edificio per mezzo di travi a sbalzo venivano
poste a raffreddare delle piccole brocche d’acqua per mezzo di flussi d’aria che
circolavano attraverso le aperture. Attualmente il termine è usato anche per
indicare solo la griglia di legno formata da piccole balaustre di legno, di sezione
circolare, poste a intervalli regolari a formare spesso decorazioni di tipo
geometrico, con un impatto estetico non trascurabile. Tra i paesi di lingua Araba
il paese in cui viene usata la parola mashrabiya per indicare la finestra con
grata di legno è l’Egitto, ma essa assume nome e caratteri diversi a seconda
delle tradizioni locali. E’ infatti conosciuta come takhrima (cioè bucata) nello
Yemen, in Tunisia come barmaqli, e in Algeria è associata all’architettura
turca/ottomana. In Iraq, questi sistemi sono definiti shanashil, spazi aggettanti
chiusi da schermi in legno e retti da bracci con una cornice proiettata
ombreggiante. A Jeddah, in Arabia Saudita, la mashrabiya è conosciuta come
rowshin, che nella sua forma più semplice è un telaio con un pannello privo di
intagli.
Tali dispositivi probabilmente grazie all’influenza spagnola e moresca si trovano
anche in Sud America. Inoltre si pensa che abbiano influenzato anche
l’architettura di Le Corbusier in seguito al suo viaggio in Nord Africa nel 1911.
Esso quindi ha delle peculiarità climatico/culturali che definiscono il suo
principale sviluppo nelle regioni caldo-secche in cui ha il suo nucleo anche la
religione islamica, ma può esser visto come un elemento trasversale che si
trascende cultura, religione e clima.
31
Figura 12. Esempi di mashrabyie in Arabia Saudita (a sinistra) e in Egitto (a destra).
Da un punto di vista ambientale la mashrabiya svolge contemporaneamente
diverse funzioni che riguardano il controllo del passaggio della luce, del flusso
d’aria, della riduzione della temperatura delle correnti e dell’aumento del livello
di umidità. La regolazione avviene attraverso il controllo della dimensione degli
interstizi e il diametro delle balaustre stesse che devono intercettare la
radiazione incidente e modulare la luce riducendo l’abbagliamento.
Spesso quindi nella parte superiore gli interstizi sono più ampi per consentire un
livello di illuminazione adeguato, mentre uno sbalzo al di sopra dell’apertura
scherma la radiazione solare diretta.
Inoltre la mashrabiya sfrutta le caratteristiche fisiche del legno, in grado di
assorbire o rilasciare umidità.
Il funzionamento avviene in due fasi: di notte il vento attraversa le grate della
mashrabiya lignea, cedendo al materiale la propria umidità. Di giorno invece,
quando batte il sole, il legno rilascia l’umidità immagazzinata, permettendo così
di raffrescare gli ambienti interni.
Tale configurazione non risponde solo a esigenze climatiche ma assolve anche
ad un’importante funzione sociale legata allo stile di vita imposto dalla religione
islamica alle donne che devono essere separate dagli ospiti. Gli schermi
consentono infatti una certa privacy alle persone che si trovano all’interno,
permettendo loro di vedere all’esterno senza essere viste. Quando essi
interessano un’apertura che si affaccia sulla strada gli interstizi sono di piccole
dimensioni, ad esclusione della parte al di sopra del livello dello sguardo.
Infine è da considerare anche l’impatto estetico dato da questi elementi sulle
facciate, sia per il rapporto pieno-vuoto che creano sia per la decorazione
creata dagli schermi lignei.
Altri spazi di transizione tradizionali sono il takhtabùsh (= tablinum nelle antiche
ville romane di Pompei, elemento di mediazione tra l’atrio e il peristilio), uno
spazio aperto ma coperto e rialzato per sedersi posto tra il cortile, sul quale si
apre completamente, ed il giardino, con il quale confina tramite una
32
masharabiya. Di solito, il cortile è più ampio e soleggiato del giardino, per cui
l’aria da esso tende ad allontanarsi salendo verso l’alto. Con tale moto l’aria
fresca viene richiamata dal cortile attraverso la masharabiya, creando un
piacevole flusso d’aria all’interno del takhtabùsh (logge esterne coperte
utilizzate come spazi estivi di soggiorno e sosta).
Questo tipo di spazio è presente anche nel palazzo andaluso Alhambra a
Granada.
Al piano superiore si può trovare invece una loggia chiamata maqa’ad (“il luogo
dove ci si siede”) aperta verso la corte. Essa appartiene al sistema spaziale
della corte e differisce dal takhtabùsh per posizione e per il funzionamento
climatico: è orientata a nord e in tal modo capta le brezze fresche e non viene
riscaldata dai raggi del sole. I maqa’ad sono solitamente forniti di alcune
finestre di piccole dimensioni, localizzate nella parte superiore del muro che
separa la loggia dalla via esterna; queste aperture, solitamente sottovento,
permettono la movimentazione verso l’alto dell’aria calda all’interno della loggia,
con un incremento della velocità del flusso che aumenta, per convezione,
l’evapotraspirazione della pelle degli occupati.
Questa tipologia era già presente nel periodo faraonico nelle abitazioni comuni
ed ha assunto una notevole importanza nella tradizione islamica.
Figura 13. Spazi di transizione tipici dei climi caldo secchi: il takhtabush ( a sinistra) e il maqa’ad
(a destra) in due abitazioni al Cairo
Il portico che si trova invece sempre attorno alla corte interna di palazzi o edifici
religiosi, come per esempio le moschee nei paesi islamici, è chiamato riwaq. E’
usato per permettere la circolazione sotto un passaggio coperto, soprattutto per
pratiche religiose come la circuambulazione (consiste nel girare attorno a dei
limiti di qualcosa, in questo caso di un edificio)
33
Figura 14. La moschea di Kairouan, Tunisia
Figura 15. Moschea di Altunbugha Al-Maridani, Cairo, Egitto (sinistra) e l’Alhambra in Spagna
(destra).
2.3 Il valore sensoriale: l’engawa
Nell’architettura Giapponese la flessibilità dello spazio tra l’interno e l’esterno
(engawa) produce un costante scambio con la natura (en significa passaggio
tra casa e natura) e gioca un ruolo importante nei comportamenti sociali
(Fuccello, 1996).
34
Figura 16. Engawa giapponese
E’ importante partire dal significato di spazio giapponese, i cui limiti non sono
definiti da una divisione netta tra interno ed esterno, ma una serie di dispositivi
spaziali creano un confine multiplo tra la strada e l’edificio.
Fin dall’antichità i giapponesi hanno creato dispositivi che proteggessero dal
sole sfruttando le brezze. Cercano inoltre di valorizzare un'atmosfera di mistero
che viene da un contrasto di luce e ombra, da un’estetica fondata sul concetto
di penombra, materializzata nello spazio di transizione che loro chiamano
engawa. Engawa è il termine che in Giappone usano per definire uno spazio
intermedio che separa un’abitazione dallo spazio esterno ha molteplici funzioni:
accogliere gli ospiti, connettere diverse parti della casa e proteggere le pareti
dall’inclemenza del tempo atmosferico.
La casa tradizionale giapponese ha grandi superfici costituite da pannelli di
carta che risultano molto sensibili agli agenti esterni. Non hanno praticamente
nessun isolamento termico e resistono poco all’azione diretta dell’acqua.
Pertanto lo spazio intermedio svolge un’importante azione di protezione
climatica. In inverno è usato come luogo di lavoro grazie alla radiazione solare
e disponibilità di luce naturale, mentre nelle atre stagioni si converte in uno
spazio di relax dove si può sfruttare l’ombra e la ventilazione e il contatto con la
natura circostante. La profondità varia da 90 a 180 cm e per l’umidità,
normalmente si eleva 45 cm dal suolo. (Maragno, 2010).
L’engawa ha anche un’importante funzione estetica e sensoriale esposta da
Tanizaki (2008) nel suo libro d’ombra con la sua profonda leggerezza che
conferisce all’edificio. Inoltre amplia visivamente lo spazio generalmente ridotto
delle abitazioni giapponesi. Anche se il suo uso è diminuito negli ultimi anni
dalla intensità di urbanizzazione, non viene utilizzato solo nei templi e nelle
case di architettura tradizionale, ma anche dal lavoro di molti architetti che lo
utilizzano con un aggiornamento e modifica di progettazione, anche con l'uso di
nuovi materiali.
35
3
Il portico: una strategia bioclimatica tradizionale
L’architettura bioclimatica si basa sul funzionamento passivo dell’edificio
progettato in risposta al clima, in modo tale da garantire il benessere degli
occupanti senza ricorrere a sistemi meccanici per la climatizzazione.
Il portico è un’importante strategia bioclimatica delle regioni a clima temperato
dell’area mediterranea. Qui le città sono infatti caratterizzata da una forte
integrazione tra spazi aperti e volumi costruiti chiusi che danno origine a un
tessuto urbano più o meno “poroso” capace di modificare (o almeno di
controllare) il microclima tipico dell’intorno edilizio.
La struttura urbana è infatti definita da un insieme di spazi aperti pubblici, semipubblici ed edifici uniti da un continuum di spazi di transizione nei quali da una
parte i cittadini si muovono, sostano e si relazionano. Elementi architettonici
quali logge o portici hanno così da sempre il ruolo di moderatori climatici, e
soprattutto se associati a sistemi di apertura e controllo della ventilazione,
diventano strategie passive di controllo ambientale.
Figura 17. La casa mediterranea secondo l’idea del filosofo greco Socrate
L'idea di regolare attraverso un portico l’energia proveniente dal sole si ritrova
già nella casa mediterranea ipotizzata del filosofo greco Socrate. “[..]non
è una comodità se la casa è fresca in estate e calda in inverno? Dopo aver
approvato anche questo, egli continuò: non è forse vero che nelle case esposte
a sud il sole penetra in inverno sotto il portico, mentre in estate passa sopra di
noi e sopra i tetti in modo da procurarci ombra? Se ci fa comodo che questo
avvenga, non dovrebbero le stanze esposte a sud essere più alte affinché il
sole invernale non ne sia escluso, mentre quelle sul lato nord più basse affinché
i venti freddi non possono nuocere? Detto in breve: questa dovrebbe essere
veramente la dimora più bella e più confortevole, in cui sentirsi a proprio agio in
tutte le stagioni e in cui vivere più al sicuro..[..]” 1. In accordo con le parole del
filosofo, in estate quando il sole è alto, il porticato proietta ombra impedendo
l’ingresso degli apporti termici gratuiti; in inverno, al contrario, lo stesso
porticato consente ai bassi raggi del sole di penetrare attraverso le aperture
della casa, riscaldandola e permettendo allo stesso tempo l’accumulo di calore
1
Senofonte, Memorabilia (“Ricordi a Socrate”).
36
attraverso le spesse murature e il pavimento in pietra, elementi ad elevata
inerzia termica. La forma architettonica che ne deriva è l’idea di casa
tradizionale mediterranea: una costruzione compatta a pianta trapezoidale con
il lato maggiore che si apre verso sud per una captazione più efficiente della
radiazione solare. Il lato minore orientato a nord, invece, è più ristretto per
ridurre la superficie disperdente dell’involucro.
3.1 Etimologia e definizione
Il termine portico deriva dal termine latino porticus, e si riferisce a uno spazio
colonnato, un deambulatorio coperto che consiste in un tetto sorretto da
colonne poste a intervalli regolari, posto di fronte a un edificio civile o religioso.
I dizionari della lingua italiana concordano con questa definzione, anche se
alcuni sottolineano la non univocità della funzione che può essere di riparo, di
passaggio o anche solo decorativa.
Un dizionario di architettura (Pevsner) ne dà una definizione più specifica
identificandolo come ambiente a piano terreno, con almeno un lato aperto,
ipostilo, cioè sostenuto da colonne che, se cingono uno spazio tutto intorno,
formano un peristilio. Il portico può trovarsi sulla facciata di un palazzo, per
disimpegno e ornamento o di una chiesa diventando un nartece o cingere un
cortile o una piazza (dove in grecia era detto stoà).
Tradotto correttamente in inglese come porch, occore però fare un ulteriore
chiarimento poichè è stato però definito con termini a volte impropri.
In primo luogo è necessario fare una distinzione tra le parole portico e arcata
(arcade), usate indifferentemente soprattutto nella letteratura inglese per
indicare tipi di spazi differenti. L’Oxford English Dictionary definisce arcade un
passaggio coperto, aperto su uno o due lati: un corridoio arcato o una
passeggiata formata da una successione di archi. Perciò la Ware’s Burligton
Arcade a Londra corrisponde solo parzialmente a questa definizione; non è
un’arcade ma più propriamente un passaggio interno, che nella sua lingua
d’origine viene chiamato galleria. Il termine arcade è quindi un termine più
generale per definire uno spazio di transizione formato da una successione di
archi, che spesso è però usato per riferirsi univocamente a un tipo di spazio che
in realtà è un portico o una galleria (es. shopping arcade).
Alexander per esempio usa il termine arcade per riferirsi univocamente uno
spazio porticato poiché lo definisce come situato lungo il perimetro di un
edificio.
Inoltre i portici italiani sono definiti da certi inglesi piazze; “le case- scriveva il
vescovo Burnet - sono costruite come a Padova e a Berna, e quindi si può
percorrere a piedi l’intera città coperti da piazze”. Per non parlare dell’America,
dove la piazza viene chiamata plaza, e la parola piazza indica addirittura la
veranda di una casa.
37
3.2 L’aspetto morfologico e funzionale
Il portico, elemento presente in modo ricorrente nei modelli architettonici del
passato, si può definire un elemento multifunzionale in quanto non gli si può
attribuire un uso specifico, ma una sua potenzialità è proprio la caratteristica di
adattarsi e assumere un uso a seconda del contesto urbano e dell’edificio a cui
è adiacente.
C. Alexander sottolinea la funzione positiva del portico in quanto al di là di una
funzione specifica contribuisce a migliorare il margine esterno degli edifici
creando una connessione tra di essi, rendendo l’ingresso invitante, e le strade a
misura d’uomo.
Impiegati fin dall’antichità per necessità religiose (templi), politiche (fori),
commerciali (mercati), civili come elementi di integrazione tra architettura e
giardino (per esempio nelle ville italiane rinascimentali) e come insieme di
portici delimitanti uno spazio concluso (chiostri, piazze).
Esso si può quindi ritrovare con sfumature diverse a seconda che venga
utilizzato all’interno di edifici religiosi, nelle ville isolate o lungo le strade in città,
conservando tuttavia forti analogie di base.
Esso può svolgere un ruolo di spazio dinamico o statico.
In quanto spazio dinamico funge da tessuto connettivo grazie alla sua
aggregabilità seriale. In particolare se è un portico cittadino come percorso
pedonale lungo strade o piazze mentre nell’edilizia monastica come elemento
distributore primario legato a sistemi paralleli interni all’edificio; nelle ville serve
come primo disimpegno tra le stanze ad esso laterali ed un grande salone
passante. Come spazio statico, invece, il portico ha la funzione di estendere
all’esterno, nella buona stagione, lo spazio di vita interno agli edifici. Luogo di
sosta e di conversazione e zona utile per il settore produttivo e mercantile: nelle
strade sede di attività artistiche e di scambio culturale nonché spazio espositivo
ed in origine di deposito delle mercanzie e delle materie prime necessarie alle
attività artigiane e commerciali; luogo di svago e salotto estivo nelle residenze
nobiliari o di campagna; spazio di meditazione nei chiostri conventuali.
Il portico si è quindi mostrato in molti ambiti architettonici della nostra tradizione
un elemento quasi indispensabile al completamento morfologico degli edifici.
Carlos Martì Arìs, in un suo importante saggio2, ci descrive il portico come nato
da un’esigenza profonda del “ricoprire”, del tutto complementare a quella del
“recingere” incarnata dal muro. Egli, infatti, nel tentativo di identificazione degli
archetipi (o meglio degli elementi archetipici) fondamentali dell’edificio pubblico
e dell’architettura più in generale, propone il muro e il portico (il tetto) o, in
termini di senso, l’atto del recingere e del coprire.
2
C. Martì Arìs, Il portico e il muro come elementi dell’edificio pubblico, in R. Neri - P. Viganò (a
cura di), La modernità del classico, Marsilio, Venezia 2000.
38
Esso ha infatti acquisito un importante valore formale non solo riguardo al
singolo edificio ma all’intera città. Infatti all’importante azione di controllo
climatico passivo si aggiungono qualità di compostezza e leggerezza formale:
un diaframma ritmicamente permeabile si sostituisce ad una parete continua
che in molte situazioni, all’interno di un cortile od in corrispondenza di sezioni
stradali di ridotte dimensioni risulterebbe psicologicamente opprimente e poco
invitante.
Tra i teorici che hanno affrontato specificamente la questione formale dei
porticati Camillo Sitte, che, (in L’arte di costruire la città) rileva che una delle
cause dell’effetto monotono e poco gradevole delle città moderne sia dovuto
all’insufficiente chiusura dei lati delle vie e delle piazze. Sitte si riferisce alla città
ottocentesca, ma la sua analisi può essere ancora oggi valida: «L’antico portico,
spesso magnifico per i particolari architettonici, si presenta sotto vari aspetti:
ora accompagna, senza soluzione di continuità, il tracciato di una via a perdita
d’occhio, ora contorna ininterrottamente la piazza, ora occupa almeno uno dei
suoi lati. Appunto su questa continuità riposa l’effetto d’insieme, perché essa
sola permette di dare unità alla fuga degli archi. La situazione è affatto
differente nel caso delle realizzazioni moderne [...nelle quali] si stenta a
riconoscere l’antico modello, perché l’effetto prodotto è del tutto diverso. Le
arcate sono molto più grandi e di una esecuzione più ricca che nella maggior
parte delle arcate d’una volta e tuttavia non è stato ottenuto l’effetto desiderato.
Perché? Ogni arcata è legata al proprio blocco di case e il taglio delle larghe
strade trasversali impedisce l’effetto d’insieme per ottenere una unità che
produca sicuramente un effetto piacevole, bisognerebbe mascherare lo sbocco
delle strade prolungando le arcate tutt’intorno alla piazza, altrimenti il motivo
resterà sempre incompleto».
Le condizioni essenziali per raggiungere una composizione omogenea sono
principalmente due: l’unità e la qualità del rapporto altezza-larghezza-profondità
delle campate del portico. Entrambe derivano dall’individuazione di una legge
geometrica generatrice che equilibri l’insieme architettonico e urbano,
l’esistente e il nuovo, soddisfacendo il carattere di permeabilità fisica e visiva
del portico
E’ anche difficile confrontare la forma e le dimensioni di portici appartenenti a
epoche lontane tra loro, e a diverse tipologie di edifici che ne determinano un
diverso uso.
Partendo quindi dal presupposto che la forma è legata al tipo di edificio e alle
tecniche costruttive delle diverse epoche, viene qui di seguito proposta
un’analisi dell’influenza delle variabili dimensionali che definiscono una
configurazione tradizionale: altezza, profondità, lunghezza e distanza tra le
colonne.
a. l’altezza
Bisogna prima di tutto distinguere l’altezza dell’apertura esterna (che definisce
la protezione dal clima) e l’altezza interna, che non sempre coincidono.
39
L’altezza dell’apertura dei portici esistenti nella storia può arrivare anche a 10 m
come visibile nel Partenone. L’altezza da una parte definisce la scala del portico
in rapporto alla città, e dall’altra rispetto alla dimensione umana, con la funzione
di mediare queste due scale; essa definisce anche la funzione di riparo e di
spazio per il passaggio in rapporto alla profondità e alla larghezza.
b. la profondità
La profondità indica principalmente le possibilità d’uso che può avere un
portico. Un portico ai lati di una strada o all’interno di una corte deve essere
sufficientemente largo per permettere ai pedoni di muoversi
Quello della Stoà ospita attività diverse, avendo il ruolo di spazio per riunioni o
di per il mercato, superando quindi la semplice funzione di passaggio e una cosi
ampia larghezza è corrisponde in questo caso all’impiego di una doppia fila di
sostegni verticali. Al contrario non c’è un passaggio attorno al tempio di Marte
Ultore a Roma: con 2 m di profondità ha solo funzione estetica “monumentale”
mettendo in risalto l’immagine del tempio e permettendo di camminare attorno
alla sala interna.
Figura 18. Stoà nell'agorà greca, esempio di portico in cui la profondità è doppia rispetto
all’altezza.
c. la distanza tra le colonne
La distanza tra le colonne definisce l’ampiezza del passaggio trasversale e
quindi la permeabilità del portico rispetto allo spazio aperto antistante.
d. la lunghezza
La lunghezza di un portico ne identifica un tipo di uso più dinamico o più statico.
Un portico se molto lungo diventa uno spazio per il passeggio con diversi
significati a seconda del tipo di edificio e di contesto con cui si confronta: esso
può essere monumentale (il viale romano, il peristilio di piazza san pietro a
Roma..), o più introverso (cortile di una villa, un patio, un piccolo chiostro, un
portico di una casa..)
E’ però la relazione tra questi parametri da che stabilisce le ricadute in termini
ambientali e sociali di un portico.
In particolare, il rapporto tra profondità e altezza definisce la proporzioni e
quindi le potenzialità di riparo del portico.
40
Il rapporto tra intercolumnio e sezione pilastro definisce da una parte il grado di
permeabilità visiva e fisica in senso trasversale e dall’altra ha valore formale
poiché scandisce il ritmo tra pieni e dei vuoti. Lo Spedale degli innocenti a
Firenze costituisce un esempio rilevante in questo senso poichè la distanza tra
le colonne è 10 volte il diametro delle colonne stesse. Inoltre esso è composto
di archi a tutto sesto che alleggeriscono la struttura in altezza.
Figura 19. Portico dello Spedale degli Innocenti a Firenze come esempio dell’effetto di
permebilità dato dal rapporto tra intercolumnio e sezione del pilastro.
Secondo Vitruvio un portico doveva avere la profondità uguale all’altezza delle
sue colonne, mentre un architetto del XX secolo come C. Alexander sostiene
che i portici lungo gli edifici dovrebbero essere profondi almeno 7 piedi (circa
2m), non essere troppo alti e avere una lunghezza tale da connettere più edifici.
3.3 Le origini e l’evoluzione nella storia
In questo capitolo viene presentata la storia del portico come archetipo di
spazio di mediazione analizzando la sua evoluzione in diverse tipologie edilizie
nelle varie epoche storiche dalla civiltà classica al mondo contemporaneo.
L’analisi comprende i paesi in cui si sono sviluppati i portici e quindi non solo
l’Italia ma anche altre parti dell’Europa centro occidentale come Spagna e
Francia che corrispondono a zone climatiche con un clima temperato.
3.3.1 Il mondo classico
L’antichità ci testimonia un ampio uso di portici, la cui origine è impossibile da
individuarsi con certezza.
L'esistenza di questo elemento architettonico si riscontra già nei palazzi
appartenenti alla civiltà egizia, hittita ed egea; da questi lontani prototipi si
sviluppa il tipo di portico greco-romano, che servirà poi di modello alle
costruzioni cristiane e alle architetture del Rinascimento.
Nella Grecia classica il portico si ritrova sia nello spazio privato che nello spazio
pubblico, in diverse tipologie di edifici. I Greci fin dalla cosiddetta Età
geometrica (X-VIII sec. a.C.), cominciarono a creare anelli di colonne intorno
ai megaron dei sovrani locali, come ci attesta ad esempio il sito di Lefkandi
sull’isola di Eubea; li replicarono poi fin dall’epoca arcaica nella costruzione dei
templi: lo ptèroma, spazio coperto tra la peristasi e la parete della cella, si rivelò
41
presto un luogo molto utile e l’idea del corridoio colonnato si diffuse
rapidamente.
Come zona antistante all’area sacra hanno un valore simbolico poiché il
sistema del culto era nato come una serie di sequenze che conducono
dall’esterno all’interno, dal profano al sacro. La permeabilità di portici e
colonnati scandisce questo passaggio creando un gioco di pieni e vuoti, luci e
ombre che mediano il rapporto tra l’umano e il divino.
In età ellenistica il portico si ritrova nell’agorà, piazza principale e luogo di
riunione delle città greche con edifici civili e religiosi. Edifici porticati per
eccellenza all’interno delle agorai sono le stoài, destinati a molteplici usi grazie
alla loro semplicità planimetrica. Spesso a due piani, con un porticato molto
profondo sostenuto da una doppia fila di colonne, consentiva il prolungarsi delle
attività all’aperto (es. educazione filosofica della cittadinanza da cui deriva il
termine stoicismo) anche in caso di pioggia o durante le calde ore pomeridiane.
Figura 20. Agorà con edifici porticati (stoai).
Il concetto di piazza pubblica si ritrova in seguito nel foro romano, cuore della
vita politica e degli affari, interamente racchiuso da portici. Nell’architettura
romana ritroviamo il portico anche nei teatri, anfiteatri, stadi e terme; e ancora
nei santuari e, nel periodo tardo antico, lungo i fronti delle basiliche.
Sono note anche le vie romane porticate, tra cui la grande via Flaminia.
L’abitazione privata dell’architettura romana non è altro che la sintesi data
dall’ispirazione dalla casa greca con peristilio e dalla casa etrusca con atrio. La
domus romana è un tipo di casa completamente introverso. La luce penetra
attraverso l’atrio e il peristilio, attorno a cui si articolano le stanze.
Il peristilio è il nome dato al colonnato che circonda il cortile interno.
42
Figura 21. La domus romana con il peristilio interno.
3.3.2 L’età medioevale
Durante l’età medioevale il portico si ritrova in Europa e si può notare la sua
importanza nell’origine e nella crescita delle città sia come elemento additivo
lungo le strade sia come completamento di uno spazio chiuso nei chiostri e
nelle prime piazze cittadine.
Figura 22. Chiostri medievali
In particolare all’interno dei chiostri di forma regolare come luogo di scambio e
dialogo tra i monaci. Il posizionamento lungo il perimetro quadrangolare lo
rende collegamento, riparo e corridoio tra le singole celle dei monaci. I chiostri
hanno inoltre hanno un’altra funzione comunicativa in quanto offriva uno spazio
riparato per le assemblee dei religiosi.
Nelle città, lungo le strade, il portico diventa come elemento sporgente sulla
fronte della casa destinato ad attività produttive e di commercio, il portico
(prevalentemente in legno) ha da subito attirato l’attenzione delle autorità
cittadine, che vi scorgono da un lato la valenza, puramente negativa, legata alla
invadenza del privato della sede pubblica, dall’altro invece una possibile
funzione di ordine e decoro. A seconda del prevalere di questi due
atteggiamenti contrastanti, i portici su strade o piazze sono stati combattuti o
43
favoriti: combattuti in quanto portatori di irregolarità urbanistica, restringimenti
stradali e ostacolo all’igiene; favoriti, in quanto vantaggiosi ripari contro le
intemperanze climatiche, luoghi di commistione tra sfera pubblica e privata, di
incontri e piccole attività artigianali. In particolare, il portico si consolida come il
luogo privilegiato delle attività mercantili, e come tale viene assunto come
modulo ricorrente nella progettazione delle città nuove, nell’area centrale
europea, tra XII e XIII secolo. Basti ricordare le città dell’arco alpino (Berna e
Bolzano), del Piemonte (Cuneo), della Liguria (Chiavari), del Veneto (Udine,
Pordenone), dell’Emilia-Romagna (come Bologna, a cui sarà dedicata una
trattazione più completa nel cap 3.1.6), e le città spagnole del centro-nord della
penisola.
Le dimensioni, cioè la larghezza e l’altezza dei portici, sono estremamente
variabili, condizionate dalle consuetudini costruttive e dall’uso; sotto i portici,
infatti, deve essere consentito, il passaggio di uomini a cavallo, mentre
l’ampiezza è commisurata, come minimo alla larghezza del carro.
Alla fase tardo medioevale appartengono interessanti esempi di
sperimentazioni di piazze legate alle attività mercantili.
In Francia con la creazione delle bastides (città medioevali di nuova
fondazione) la piazza porticata di impianto quadrangolare (dimensioni variabili
tra i 50 e i 65 m per ogni lato) deriva dall’impianto architettonico delle abbazie e
diventa il luogo del mercato. E’ il prototipo della piazza centrale porticata che si
diffonde in breve tempo in altre regioni ed è la base dei successivi sviluppi
rinascimentali.
Il carattere commerciale della piazza medioevale conferisce ai portici la
funzione principale di proteggere le attività del mercato, complementare alla
tettoia del mercato vero e proprio al centro della piazza. Il portico continuo che
si affaccia sullo spazio centrale deriva però dalla sommatoria delle singole
arcate davanti alle case-botteghe dei mercanti.
Figura 23. Portici medioevali in una piazza italiana e in una Bastide francese in cui si riconosce
l’appartenenza del portico alla casa-bottega
Nell’Italia centro-settentrionale tra la tra la seconda metà del 200 e la metà del
400 (XIII-XIV sec) si ha la progressiva trasformazione del porticato da tipo
44
legato alla singola abitazione a modulo ripetuto e continuo con arcate a tutto
sesto.
Nelle piazze medioevali del nord Italia il portico se non si sviluppa lungo un
fronte edificato ma è un elemento puntuale diventa una loggia: uno spazio
coperto a due o tre arcate rialzato da terra. Nel suo significato simbolico la
loggia è legata al commercio (loggia dei mercanti) ma ospita anche altre attività
pubbliche come assemblee e cerimonie civili.
Figura 24. Loggia medioevale
3.3.3 L’età rinascimentale
Durante il rinascimento il portico diventa elemento di decoro e razionalizzazione
come si può vedere in diverse piazze italiane.
A Firenze il portico rialzato dello Spedale degli Innocenti definisce una piazza
quadrata di proporzioni ideali mentre a Vigevano Ludovico il Moro fa costruire
una piazza che reinterpreta in modo esemplare l’antico foro.
Si rielaborano la loggia ed il portico nel segno di una completa
razionalizzazione modulare del progetto in generale e della facciata in
particolare, superando ogni possibile irregolarità o asimmetria: le campate si
distendono uniformemente condizionando sempre più profondamente la
caratterizzazione in senso architettonico della città e proponendo una netta
contrapposizione con la tradizione medioevale.
Portici e logge “classici” si diffondono così nell’Italia delle signorie come segno
di una nuova epoca, applicandosi a strade, piazze, chiese; verso la fine del XV
secolo in Italia troviamo i nuovi modelli di piazze uniformemente regolarizzate
dal portico su colonne, e dove i portici suggeriscono, per la prima volta, una
matrice rigorosamente unitaria di progettazione architettonica e urbana.
La piazza rinascimentale diventa oggetto di studi per definirne le proporzioni
ottimali per cui vengono usate regole matematiche ed tecniche per ottenere
effetti prospettici.
Questo tipo di piazza, in cui al tessuto edilizio si sovrappone la modularità
architettonica dei fronti porticati, con la ripetizione della campata del portico in
grado di mediare le dimensioni differenziate delle cellule edilizie retrostanti e
45
determinare un risultato complessivo rispondente alle esigenze di controllo
dell’insieme secondo le regole della prospettiva.
Si possono trovare esempi nelle piazze rinascimentali di Carpi, Imola,
Vigevano, Ascoli, solo per citarne alcune.
Figura. Portici Rinascimentali attorno alle piazze di Ascoli Piceno e Vigevano.
All’interno dei cortili di palazzi o nei chiostri ritroviamo il linguaggio classicista di
Bramante.
Figura 25. Portici all’interno di palazzi o chiostri rinascimentali, progettati da Bramante.
Il portico e la loggia sono anche elementi fondamentali dell’architettura di
Andrea Palladio, che nelle sue architetture riprende le proporzioni classiche
tanto che vengono riproposti in tutti i tipi di edifici da quello civile monumentale
alla villa privata.
Nella villa Almerico Capra moltiplica l’uso del pronao (portico) su tutte e quattro
le facciate per permettere agli abitanti di godere del paesaggio restando riparati
dal sole. In altri casi è noto l’uso della loggia palladiana che può avere un
doppio ordine come nella Basilica di Vicenza.
Secondo Palladio le dimensioni di un edificio pubblico o di una villa, dei suoi
elementi costruttivi (archi, travi, colonne) e dei suoi elementi stilistici (capitelli,
fregi, balaustre, decorazioni) potevano essere ricavati in proporzione dalle
tavole del trattato.
46
Figura 26. La Basilica di Vicenza (a sinistra) e la villa Almerico Capra di Palladio (a destra).
3.3.4 L’età moderna
Il moderno impianto della piazza centrale (o plaza major) porticata si consolida
anche in Spagna nel XV secolo, quando alle funzioni tradizionali si aggiunge
quella del luogo di spettacolo, dove si svolgono le corride. La finalità estetica
prevale nelle successive sistemazioni urbanistiche, nelle quali le arcate di pietra
sostituiscono il legno; il fronte dei portici diviene così una parete decorata, come
l’interno di un teatro, per assistere a ogni tipo di pubblica cerimonia. Nella
maggior parte delle piccole città spagnole la funzione mercantile rimane tuttavia
prevalente: il modello della piazza regolare e classicista, realizzata in forme
monumentali a Valladolid, Madrid e Toledo, conserva una pluralità di funzioni
anche se diviene prevalente quella rappresentativa, per la presenza del palazzo
municipale.
Il corrispettivo della piazza porticata in Francia è la Place Royale, facilmente
individuabile come elemento forte di una nuova progettazione urbana, che fa
dell’ordine, della simmetria e del decoro il simbolo della monarchia assoluta.
In Italia, è a Torino che all'inizio del 600 il portico diventa un elemento
urbanistico significativo della città, con la costruzione di piazza Castello ad
opera di Ascanio Vitozzi. I portici di Piazza Castello sono stati progettati in
risposta a un piano di ridisegno e “abbellimento” della città che li vedeva come
elementi uniformare e allineare le facciate dei palazzi, creando quindi una
piazza regolare che diventasse baricentro della città. Il porticato urbano assume
così un’uniformità sempre più accentuata.
Inoltre, a Torino ma anche in molte città francesi, predomina la strada ampia e
dritta, fiancheggiata da portici ad arcate, sormontati da più piani di abitazione. In
Italia quindi, il portico, concepito unitariamente insieme alla struttura dell’isolato,
della strada e della piazza, diviene elemento di esportazione piemontese
(piazze di Asti e Cuneo, Piazza Vittorio Emanuele a Roma ecc.) e rimane un
elemento standardizzato che uniforma e caratterizza la città borghese.
47
Spostando l’attenzione dalla città alla campagna, e restringendo l’analisi alle
pianure del Nord Italia si nota la diffusione del portico come legato alle tipologia
edilizie rurali, le cascine, strutture produttive multifunzionali. Nel corso del XVIII
secolo si conclude il processo di formazione delle cascine dal punto di vista
architettonico, tipologico e funzionale. Il portico fa parte degli elementi
essenziali di tali edifici: sorretti da enormi capriate, essi sono il luogo di deposito
di attrezzi, di macchine agricole e carri, ma servono anche da deposito per la
paglia, per la legna, e per i foraggi.
Figura 27. Il portico legato all'edilizia rurale: la cascina lombarda.
3.3.5 Il XIX-XX secolo
Il XIX secolo vede la sistemazione statale di molte città europee di cui Parigi è
un esempio emblematico con le sue rue des rivolis e rue de colonnes.
A Torino fu Re Vittorio Emanuele I a volere i portici quando si trattò di
selezionare i criteri costruttivi della futura grande Torino, quella dei grandi viali
centrali realizzati alla maniera parigina, allora tanto in voga presso l'aristocrazia
e l'alta borghesia cittadina.
Figura 28. Portici tipici dell'architettura fascista.
Nel ‘900 con l’architettura fascista il portico è nuovamente simbolo di
monumentalità e di aulicità: ci si riferisce a parole all’antichità romana ma si
copiano di fatto, semplificandone le forme ma mantenendone dimensioni e
funzioni, i porticati rinascimentali e barocchi. Le piazze e le strade porticate
dell’Italia settentrionale – che hanno come esempi illustri piazza della Vittoria a
Brescia di Piacentini, e via Roma a Torino – rappresentano così un concreto
tentativo di mediare la nascente esperienza moderna con elementi classicisti:
48
soprattutto nelle piazze, nelle quali la funzione prevalente è spesso quella della
cerimonia pubblica dell’adunata, l’arcata viene usata per la sua astratta qualità
di “vuoto” spaziale, alla ricerca di un equilibrio metafisico tra gli spazi, le
architetture e il paesaggio.
Nell’architettura del Movimento Moderno inoltre le nuove tecniche e l'uso di
materiali più resistenti hanno permesso audaci soluzioni strutturali come si vede
nei caratteristici i portici a pilotis di Le Corbusier. Anche nella ricerca miesiana
si trovano molti riferimenti al tema del portico come elemento di identificazione
dello spazio pubblico. Da questo punto di vista il padiglione di Barcellona può
essere descritto o come una piattaforma disposta sopra un basamento il che si
chiude mediante un muro di cinta e si copre parzialmente mediante un portico.
3.4 Un caso emblematico: i portici a Bologna
Figura 29. Strade urbane con edilizia civile porticata
Il portico trova a Bologna uno sviluppo interessante da analizzare attraverso le
epoche che hanno fornito la città di 38 km di strade coperte (figura 29).
Il portico nasce nell’alto medioevo come abuso edilizio, poiché la presenza
dell’università e l’immigrazione dal contado aveva portato a un aumento della
popolazione. Per ovviare al problema della mancanza di spazio si erano
costruiti parti di edifici addossati alle case già esistenti per mezzo di travi
sporgenti rette da “sporti” in legno infissi nel muro del soffitto del piano terra,
così da ampliare gli ambienti ai piani superiori. Se gli “sporti” sono troppo
pronunciati vengono sostenuti da saettoni diagonali in legno di quercia infissi
nel muro. Gradualmente, col crescere del livello economico della città, il legno
viene sostituito dalla muratura e i puntoni di quercia da mensole in mattoni o in
pietra dette “beccatelli” (figura 30).
49
Figura 30. Le origini: sporti (a sinistra) e beccatelli (al centro e a destra).
Col tempo questi spazi diventano sempre più sporgenti fino a dover scaricare il
peso mediante colonne le quali finivano però inevitabilmente per invadere il
piano stradale.
Questo sistema di costruire è proseguito per un po’ di tempo tra il consenso
generale per l’utilità e il dissenso per l’invasione del suolo pubblico.
Si riconosce quindi fin da subito dell’utilità del portico, poiché consentiva agli
artigiani di lavorare fuori dalla bottega alla luce, in qualsiasi periodo dell’anno,
soprattutto se fabbricava oggetti ingombranti (falegname, bottaio..) o se non
aveva spazio per immagazzinare la materia prima.
Nel XII e XIII secolo la crescita economica, demografica e urbana aveva
imposto un controllo più rigoroso sui suoli pubblici.
Il Comune comincia quindi a disciplinare la costruzione dei portici attraverso
leggi puntuali. Il portico così, cambia la sua natura giuridica perdendo la sua
caratteristica originale di essere privato invadendo il suolo pubblico, e diventa,
per legge, un bene di uso pubblico che deve però occupare un suolo privato.
Infatti, pur essendo un passaggio pubblico, appartiene alla proprietà privata di
cui fa parte la casa. Uno statuto dell’ anno 1262 indica le dimensioni minime dei
portici che dovevano consentire la libera circolazione a piedi e a cavallo:
un’altezza minima di 7 piedi (2,66 m) e una profondità di almeno 3 piedi (1,14
m).
L’utilità del portico è sempre più evidente, tanto che nel 1288 con un altro
statuto si obbligano le case ad essere fornite di portico
50
Figura 31. Evoluzione del portico bolognese
In seguito dopo il Medioevo si vieta il portico in legno perché considerato
pericoloso per gli incendi e si comincia quindi a rivestire d’intonaco le travi e
sostituire le colonne lignee con la pietra.
In una prima fase di transizione veniva posto un muretto di diaframma tra la fine
del portico e la strada che corrispondeva al muro delle cantine sottostanti. In tal
modo la proprietà privata si estendeva sia sopra che sotto il portico
permettendo lo sfruttamento razionale dello spazio.
Tra il ‘300 e il ‘400 i pilastri erano in mattoni sagomati con archi con tiranti di
ferro componevano la struttura delle campate dove le colonne erano di diverse
forme (ottagonali, spiraliforme) ed ornate di capitelli.
Durante il Rinascimento vengono usati gli archi a tutto sesto e i portici
assumono proporzioni sempre più definite (come nel palazzo in Amorini-Salina
in via santo Stefano) e viene spesso usata la pietra arenaria fiorentina.
Nel ‘500 il portico monumentale si diffonde in tutta la città e viene prediletto
l’ordine tuscanico per questioni economiche e di statica (palazzo Vizzani).
Nel ‘700 è stato poi costruito il portico di San Luca (con i suoi 3.796 metri pare
essere il più lungo del mondo) in via Saragozza ed esplicita l’idea dei bolognesi
di come salire una montagna senza mai uscire allo scoperto: “l’intera città è
talmente claustrale – scriveva John Evelyn nel 1645 – che si può passare da
una casa all’altra rimanendo in strada senza essere mai esposti al sole o alla
pioggia”. Il fatto che i portici bolognesi fossero apprezzati in tutto il mondo è
testimoniato anche da un altro viaggiatore secentesco, Richard Lassels che
pensava che i portici fossero una “grande comodità per gli abitanti, che possono
percorrere a piedi l’intera città freschi e asciutti, persino in luglio e in gennaio”.
4
La configurazione spaziale del tipo perimetrale
Si è visto come il portico sia l’archetipo della tipologia di spazio perimetrale nel
contesto climatico temperato; esso si è però evoluto nel corso della storia e
grazie anche a tecnologie attuali in diverse varianti che possono riconoscersi
nella definizione di spazi di transizione perimetrali. Per comprendere ed
esaminare tali varianti nella loro configurazione spaziale, bisogna quindi
51
allargare lo sguardo considerando il portico in un’ottica però che lo mette in
relazione ad altri tipi perimetrali, i quali possono essere considerati strategie
progettuali alternative per le loro ricadute formali, sociali e ambientali.
Data la natura di interfaccia dello spazio perimetrale, è necessario definirne,
secondo un doppio livello di analisi, la configurazione spaziale a due scale
differenti, la scala urbana e la scala architettonica, analizzando in primo luogo il
rapporto con l’edificio, condizione essenziale dell’essere perimetrale. Dopo aver
analizzato la relazione con l’edificio si definisce il rapporto con lo spazio aperto
urbano, composto essenzialmente da strade e piazze, dove il ruolo del portico è
preponderante.
4.1 La scala architettonica: il rapporto con l’edificio
Partendo dal presupposto che condizione imprescindibile per l’esistenza di uno
spazio di transizione sia la relazione con un edificio, per definire un tipo di
spazio occorre quindi indagare i modi e le tecniche che hanno portato
all’instaurarsi di questa relazione, attraverso l’osservazione di edifici esistenti.
Al di là dei caratteri specifici di uno spazio, infatti, si riconoscono alcune
modalità di intervento progettuale con la finalità di creare una transizione con
l’esterno a partire da un volume costruito chiuso, con ricadute assimilabili in
termini formali-estetici, ma anche ambientali, sociali e percettivi.
Non solo il portico ma anche altri spazi quali una loggia, un balcone una
pensilina rientrano nella categoria di spazio di transizione perimetrale, e il fatto
di identificarli con una terminologia specifica significa che essi hanno un valore
architettonico consolidato.
Si è quindi cercato di capire quali sono le possibilità progettuali che hanno
portato alla formazione di alcuni tipi scomponendo l’edificio in termini
bidimensionali, analizzando e allo stesso tempo visualizzando le possibili
relazioni morfologiche in pianta e in sezione.
In seguito si è visto come le scelte effettuate portino a dei risultati formali tra cui
si possono riconoscere delle tipologie architettoniche riconosciute con un nome
più o meno univoco in architetture esistenti. Queste tipologie possono poi
essere composte fino definendo in modo più o meno incisivo l’aspetto esteriore
di un involucro associando a una forma materiali e textures, di cui vengono
proposti alcuni esempi contemporanei.
4.1.1 Le variabili morfo-tipologiche
Le relazioni interno esterno si definiscono attraverso la scomposizione dello
spazio in termini bidimensionali, analizzando quindi la posizione dello spazio in
sezione e la forma. Le variabili qui individuate secondo le categorizzazione
posizione e forma vengono qui di seguito descritte e proposte secondo una
matrice che visualizza la ricaduta formale dell’intersezione di due di esse.
52
Di ciascuna variabile vengono spiegati gli aspetti sociali e/o ambientali su cui
influisce principalmente, ripresi poi nelle trattazioni specifiche dei capitoli
successivi (dove si farà riferimento alle variabili).
Le variabili individuate hanno lo scopo di individuare delle possibilità di
progettazione rispetto al volume edilizio; solo il passo successivo è stato quello
di metterle a sistema e vedere come in alcune morfologie abbiano dei nomi
univoci come il portico in quanto tipologia consolidata, mentre altri nomi siano
più adattabili.
4.1.1.1
la posizione: il grado di chiusura e il livello
Figura 32. Variabili che identificano uno spazio di transizione perimetrale secondo la sua
posizione (in sezione).
L’analisi dello spazio perimetrale in sezione si può vedere come la posizione si
possa definire attraverso due variabili che la intendono da una parte come
grado di inclusione rispetto al volume edilizio e dall’altra come il grado di
elevazione rispetto al suolo.
a. livello
Il livello ha un’influenza sia da un punto di vista sociale che ambientale. Infatti
uno spazio situato al piano terra (o rialzato) ha alte potenzialità di sviluppo di
relazioni sociali poiché essendo a diretto contatto con lo spazio esterno, è
quindi fisicamente permeabile; se è invece collocato a un piano superiore le
relazioni sociali vengono filtrate dalla distanza, e, inoltre, mentre con l’altezza
diminuiscono le relazioni visive-uditive, dall’altra parte cresce la percezione di
dominio dello spazio sottostante. Inoltre è soprattutto attraverso lo spostamento
di livello che cresce il grado di privacy di uno spazio di transizione. In particolare
uno spazio ai piani superiori è privato se l’accesso avviene da un’abitazione
privata (come un balcone), mentre è semi-pubblico quando è all’interno di un
edificio ma comune a più utenti come un ballatoio; uno spazio invece a piano
terra può essere pubblico o semi-privato a seconda che si affacci su una corte
interna o su uno strada/piazza.
Da un punto di vista ambientale il livello ha influenza in un contesto urbano
denso, ossia in cui viene compromessa l’accessibilità solare e la luce naturale
53
al suolo, ma di questo aspetto verrà fornita una trattazione specifica nella
seconda parte.
b. grado di inclusione
Questa variabile ha un impatto sul funzionamento energetico dell’edificio e non
solo in termini di controllo solare passivo, in quanto il grado di chiusura incide
sulla compattezza (se aumenta il rapporto S/V possono aumentare le
dispersioni di calore). Uno spazio incluso, se di dimensioni ridotte, potrebbe
diventare per esempio una serra che, quando chiusa, favorisce l’accumulo
invernale se opportunamente orientata e comunque agisce come spazio
tampone riducendo le dispersioni.
Uno spazio addossato può essere costruito con una tecnologia più o meno
integrata rispetto alla struttura principale ed il grado di controllo ambientale in
questo caso dipende anche dal trattamento dei suoi margini. In particolare
assume molta importanza il limite superiore che può essere continuo o
discontinuo (per esempio costituito da lamelle) permettendo una permeabilità
agli fattori ambientali come sole e aria (cap. 6.1).
Ci possono essere anche condizioni ibride semi-incluse per raggiungere il
grado di protezione desiderato, in cui una parte è inclusa e la parte restante
aggiunta può essere mobile in base alla tipo di protezione desiderato ed a
vincoli dati dal contesto urbano.
4.1.1.2
La forma: le proporzioni e la scala
Figura 33. Variabili che identificano uno spazio di transizione perimetrale secondo la sua forma
(in prospetto).
E’ stata definita forma la relazione rispetto all’edificio in prospetto, la quale può
essere declinata secondo le variabili che ne definiscono le proporzioni e la
scala.
54
a. proporzioni
In base alle proporzioni intese come rapporto tra altezza e lunghezza, uno
spazio può essere lineare quando una dimensione è molto maggiore dell’altra
tanto da assumere una forma allungata oppure puntuale quando le sue
proporzioni approssimano quelle di un quadrato. Alle proporzioni è connesso il
tipo di funzione che può ospitare uno spazio: uno spazio lineare ha una
funzione di connessione o distribuzione mentre uno spazio puntuale suggerisce
un uso più statico come stare seduti, mangiare, svolgere attività ludiche.
b. scala
Nell’analisi rispetto alla relazione con l’edificio se esso è costituito da più di un
piano, occorre specificare se lo spazio di transizione in oggetto si relaziona con
tutto l’edificio o con solo un suo livello. Se è a scala dell’edificio significa che la
sua forma è uno spazio che coinvolge più di un piano dell’edificio, mentre se è a
scala della stanza è uno spazio che può essere ripetuto e combinato secondo
diversi schemi compositivi.
4.1.2 Le configurazioni spaziali esistenti
Mettendo a sistema le variabili individuate nei capitoli precedenti, si può
osservare tridimensionalmente che configurazioni spaziali si ottengono. Si nota
come alcuni spazi sono riconoscibili e associabili a un termine.
Così viene chiamata pensilina uno spazio addossato al piano terra, mentre uno
spazio lineare ai piani superiori può essere una balconata (un lungo balcone) o
un ballatoio a seconda della funzione. Infatti un ballatoio ha una funzione di
distribuzione ai vari appartamenti, mentre una balconata è uno spazio semiprivato a servizio di diversi appartamenti che può essere diviso da elementi
verticali per dividere le proprietà. Un balcone è invece uno spazio puntuale
appartenente a una singola unità abitativa e si differenzia da una loggia per il
fatto che quest’ultima è inclusa dalle pareti dell’edificio su tutti i lati.
A piano terra un elemento puntuale ha solitamente la funzione di riparare
l’ingresso in particolare dalla pioggia e di segnalare la presenza di un edificio o
di un’attività.
Spostando l’attenzione alla scala dell’edifico uno spazio di transizione che
secondo le sue proporzioni è lineare serve come collegamento verticale
ospitante un corpo scale e/o un ascensore, mentre nell’altro caso è solitamente
un’estensione della copertura aggettante, tipico di un edificio pubblico.
Se l’edificio ha un solo piano quest’ultimo caso diventa uno spazio lineare o
puntuale a seconda della geometria dell’edificio.
55
Tabella 3. Configurazione spaziale di spazi di transizione perimetrali esistenti.
Figura 34. Configurazioni spaziali esistenti derivanti dall'intersezione delle variabili morfotipologiche
Nell’architettura contemporanea i tipi sopra definiti vengono integrati da ulteriori
elementi “filtro”, più o meno permeabili sia da un punto di vista fisico che visivo,
come vetri e schermature.
Diversi gradi di permeabilità sono dati dalla geometria e dal materiale utilizzato
e tali layer che si interpongono tra lo spazio di transizione e l’esterno creano
effetti spaziali diversi, modificando il rapporto figura-sfondo, con conseguenze
sull’esperienza percettiva dell’utente. In particolare se progettati con una
tecnologia che permette di regolarli possono creare assetti d’involucro variabili
a seconda dell’ora del giorno e della stagione dell’anno.
56
Si può inoltre notare che tali elementi possono arrivare ad occupare l’intera
facciata creando una sorta di doppio involucro, adattabile a diverse esigenze
giornaliere e stagionali e determinando il linguaggio compositivo dell’edificio.
Tali filtri, che dovrebbero essere progettati per rispondere a requisiti di controllo
termico, luminoso, visivo, acustico, di sicurezza o privacy, spesso rischiano di
produrre effetti indesiderati in nome di un ricercato effetto estetico.
Anche pilastri, colonne (anche se non sempre con funzione strutturale) e
balaustre sono elementi spesso inseriti solo per conferire ritmo compositivo alla
facciata.
Figura 35. Esempi di architetture esistenti in cui la composizione dell’involucro è determinato
dalla presenza di spazi di transizione perimetrali.
4.2 La scala urbana: il rapporto con lo spazio aperto
Lo spazio aperto in una città è parte dello spazio urbano. Per capire in che
modo lo spazio di transizione dialoga con lo spazio aperto da un punto di vista
morfologico, occorre distinguere le due tipologie fondamentali si spazio aperto:
la strada e la piazza (Krier, 1979; Moughtin, 1992).
La diversa morfologia implica un diverso uso dello spazio: la piazza è una forma
di spazio aperto urbano centrale e più statico, mentre la strada è uno spazio
lineare e più dinamico.
Camillo Sitte in “l’arte di costruire le città” approfondisce il tema del rapporto tra
gli edifici e le piazze schematizzando gli spazi pubblici di alcune città italiane, in
57
cui ritroviamo lo spazio di transizione riconoscibile nel suo significato di
circondare e chiudere uno spazio in soluzioni più o meno continue.
Dice Sitte: “il Foro è per la città quello che è l'atrium per una singola famiglia”.
Gli spazi di transizione diventano elemento connettivo facendo interagire
morfologia urbana e tipologia edilizia.
Nel definire il rapporto con lo spazio antistante è importante analizzare il limite
verso l’esterno, quello più permeabile, solitamente definito da colonne o pilastri.
Per questo motivo i portici vengono spesso definiti colonnati (specialmente nei
testi stranieri, colonnades). La presenza di colonne creando una parziale
chiusura definiscono la permeabilità di uno spazio in modo più o meno regolare.
Sitte3 analizza l’aspetto della funzionalità e definisce i criteri estetico-morfologici
della piazza tra cui:
- Il grado di chiusura: spazio chiuso e protetto
- L’attrattività delle facciate
- La concavità e l’aspetto del pavimento
Enfatizza come maggiore requisito “il senso di chiusura”. La chiusura è uno dei
principi di organizzazione percettiva della psicologia della gestalt e in questo
senso la chiusura aiuta a percepire la piazza come unitaria.
Figura 36. Disegni di Krier che mostrano il rapporto tra l’alzato e la base dello spazio pubblico.
L’evoluzione storica dello spazio pubblico accompagna la storia delle città e ne
struttura il tessuto.
Nel leggere il rapporto morfologico con strade e piazze il portico viene visto a
scala urbana come elemento connettivo unificante comune a più edifici.
3
In city planning according to artistic principles
58
La strada
Quando ha come spazio antistante la strada ed è abbastanza lungo da essere
comune a più edifici, il portico prende spesso il nome di “strada coperta”, poiché
è come se fosse una strada parallela a quella principale, destinata solo ai
pedoni. La strada porticata è solitamente una strada commerciale, nata come
estensione delle botteghe, che permette ancora oggi di passeggiare al riparo
dal sole e dalle intemperie davanti alle vetrine dei negozi.
La strada romana è l’archetipo di riferimento delle strade. Il peristilio ha
generato la strada porticata che si ritrova in quasi tutte le città romane
importanti.
Figura 37. Strada romana porticata
Figura 38. Evoluzione del rapporto tra il portico e la strada (caso di Bologna)
Nell’epoca moderna troviamo i boulevard di Haussmann su cui si affacciano i
balconi che hanno un tipo di connessione con la strada, soprattutto visivo.
Luoghi di sosta e di contemplazione come dimostrano anche le pitture
dell’epoca.
59
Figura 39. Il balcone e il rapporto con lo spazio aperto.
La piazza
E’ l’agorà greca (da aghéiro, raccogliere, radunarsi) l’archetipo della “piazza” lo
spazio fisico che indicava il luogo dove i cittadini si radunavano per ritrovarsi
nella loro dimensione di comunità e partecipare alle scelte di governo. Nucleo
fondamentale della polis, centro della comunità, espressione di una concezione
sociale della politica che a lungo caratterizzò la civiltà greca. L’invaso è
circondato da edifici porticati (stoai) spesso realizzati su due piani con doppio
ordine di loggiati la cui disposizione inquadra prospetticamente il tempio
enfatizzandone il ruolo e definendo l’asse principale dell’impianto spaziale.
Il foro riprende la tradizione dell’agorà ma a differenza di questa gli edifici
porticati che lo delimitano sono trattati come un’unica architettura seriale che
unifica, in un organismo di scala maggiore i vari edifici tipologicamente diversi
attestati sul principale spazio urbano (la basilica, il tempio, i mercati ecc.).
Figura 40. Agorà (a sinistra) e foro (a destra) come piazze archetipiche porticate.
Dopo aver definito l’origine della piazza porticata nei due archetipi classici,
viene qui di seguito proposta una categorizzazione in base i diversi tipi di
disposizione che il portico assume nei confronti di una piazza:
60
Portico-loggia, rialzata e puntuale, con funzione di ingresso a un
monumento che può essere il palazzo del comune o un edificio
rappresentativo come una basilica o un teatro.
La loggia non è integrata con il tessuto urbano e la differenza di quota
sottolinea questo effetto
Figura 41. Piazza della Signoria Firenze e Loggia dei Lanzi
La piazza-strada chiusa da un lato con un’arcata terminale come si vede
nel portico degli Uffizi nelle chiuso da un lato verso l'Arno visibile
attraverso l’arco e delimitato dall'altra parte dalla imponente mole del
Palazzo Vecchio.
Figura 42. Piazza-strada porticata: il portico degli Uffizi.
La piazza chiusa con portico unificante su almeno tre lati.
Il portico che circonda su almeno tre lati una piazza quadrata o quadrangolare è
caratteristica delle città fondate in Europa tra XIII -XIV sec. (derivazione dalle
bastides francesi di matrice culturale cistercense).Esempi di questa tipologica
sono le places royales in Francia e le plazas Mayor in Spagna e in Italia le
piazze allungate di Vigevano e Venezia.
61
Figura 43. Plaza Mayor (Madrid) e Place Royal (Parigi).
Figura 44. Piazza Ducale di Vigevano.
Una cortina porticata viene anteposta agli edifici che circondano l’invaso allo
scopo di allineare i fronti di una cortina edilizia disomogenea. Il portico quindi ha
un aspetto unificante in cui il controllo prospettico è basato sulla ripetizione di
unità modulari coincidenti con la campata del portico lungo tutto il perimetro
della piazza. In questo modo il portico si può ritenere il modulo-base definito
secondo precisi rapporti proporzionali che può aggregarsi e moltiplicarsi in
diversi contesti a seconda delle preesistenze.
La piazza aperta definita da edifici porticati simmetrici che si ritrova ad
esempio nella piazza ss. Annunziata Firenze con portici su 3 lati e nella
Piazza del Popolo di Faenza con due portici lunghi che si fronteggiano.
Figura 45. Piazza aperta a Faenza (a sinistra) e a Firenze (a destra).
L’esedra porticata come elemento di chiusura della piazza emersa dal 600.
In tal modo si recinge lo spazio davanti alla facciata di un edificio religioso
che si vuole valorizzare come fondale.
62
Questo modello neoclassico si ritrova in Piazza San Pietro a Roma, in
Piazza di San Niccolò a Catania, in Piazza del Plebiscito a Napoli ecc.
(pianta)
Figura 46. Esedra porticata in Piazza San Pietro a Roma.
5
La dimensione sociale di uno spazio perimetrale
Le implicazioni sociali di uno spazio di transizione dipendono dal grado di
privacy e dalle modalità d’uso che una configurazione suggerisce.
Le interazioni sociali sono determinate quindi dall’attività che si svolge in uno
spazio, attività indotta dal tipo configurazione spaziale e quindi da come essa si
relazione con gli ambiti pubblico semi-pubblico privato su cui si affaccia.
Gli studi condotti da Gehl (1987), partendo dagli spazi urbani della tradizione
italiana per soffermarsi poi sull’analisi degli spazi urbani prodotti dalla cultura
scandinava e anglosassone, lo portano ad affermare che “dal punto di vista
funzionale, la struttura sociale è sorretta dall’istituzione di spazi comuni,
all’aperto e al chiuso, ai vari livelli dell’organizzazione gerarchica. La funzione
principale degli spazi d’uso comune è fornire un luogo per la vita fra gli edifici,
per le attività quotidiane non pianificate, dalle quali possono scaturire altri
momenti di vita comune, secondo i desideri degli abitanti. E’ possibile definire
una gradazione in base alla quale i diversi spazi sono più o meno pubblici e
privati”4.
L’ambito intermedio tra edificio e città, destinato generalmente ad attività di
attraversamento, ingresso, passaggio, sosta, incontro, socializzazione e vita
comune, proprio per la sua natura ibrida ha potenzialità di creare e intensificare
relazioni sociali nello spazio stesso e in quelli adiacenti.
4
Jan Gehl, Vita in città: Spazio urbano e relazioni sociali
63
5.1 Un filtro tra pubblico e privato
La condizione perimetrale degli spazi di transizione oggetto di analisi li colloca
da un punto di vista sociale tra la sfera pubblica (o semi-pubblica se all’interno
di corti) e quella privata; essi quindi in questa gerarchia spaziale in base alla
loro configurazione spaziale si pongono come un filtro sociale che favorisce
alcuni comportamenti e inibisce altri tipi di contatti.
Le modalità di progettazione e quindi di utilizzo dello spazio dipendono molto
della cultura e dall’influenza della religione sui comportamenti sociali, come
sottolinea Rapoport (1977). Mentre in alcuni contesti culturali come quello
legato alla religione islamica nel medio oriente l’ambito pubblico deve essere
nettamente (sia fisicamente che visivamente) separato da quello privato
(capitolo 2.2.4), nella società occidentale non c’è una forte demarcazione tra le
due categorie. In particolare le città del mediterraneo rappresentano il
superamento della dicotomia privato-pubblico attraverso di una categoria di
spazi ibridi quali gli spazi di transizione che creano un continuum internoesterno migliorando la qualità degli spazi adiacenti. I benefici sociali si vedono a
partire dai modelli della cultura greco-romana come l’agorà e il foro, bordati di
portici, assai utili all’attività politica, religiosa e commerciale.
Secondo Jane Jacobs (1961) la vitalità degli spazi urbani è strettamente
dipendente dall’articolazione del confine tra pubblico e privato; un confine che
deve essere chiaro e definito ma allo stesso tempo facilmente valicabile perché
possa favorirsi un contatto tra la vita pubblica e la vita privata. Il successo degli
spazi pubblici, secondo questo approccio, sarebbe legato alla tensione che si
instaurerebbe tra gli spazi privati, di relazione intima e personale, e gli spazi
pubblici accessibili a tutti, in cui è possibile stabilire delle connessioni tra sfere
diverse. Per raggiungere l’auspicata vitalità urbana, sarebbe infatti necessaria
un’alta densità di attività e una varietà di funzioni ma anche una forte
connettività facilitata dall’organizzazione fisica e dal contatto visivo.
Sintetizza Jacobs (1961): “Una città vivibile ha occhi e orecchie, finestre e porte
sulla strada e abitanti con l’abitudine di guardare all’esterno, piccoli negozi e
servizi che possono articolare la vita pubblica e servire quella privata”.
A questo proposito è quindi molto importante l’aspetto della mediazione e
dell’armonizzazione tra ambiente costruito di pertinenza privata e lo spazio
pubblico, che diventa una questione fondamentale nella strutturazione dei
tessuti insediativi.
La presenza di spazi di transizione genera una vitalità legata quindi non solo
alla loro forma fisica e al loro uso ma soprattutto al loro modo di articolare le
relazione tra gli spazi adiacenti, favorendo la comunicazione tra pubblico e
privato nella vita sociale attraverso forme di interazione e micro pratiche
quotidiane.
64
5.2 L’impatto sull’ interazione sociale
Il grado di interazione sociale generato dai diversi tipi di spazi di transizione è
dovuto principalmente alla loro configurazione spaziale, in particolare alla
distanza rispetto livello rispetto dal suolo pubblico e dal il grado di chiusura
rispetto all’esterno (le variabili rispetto alla posizione secondo le definizioni del
cap.5). I tipo di relazioni sociali dipendono in primo luogo dal grado di privacy
generato da uno spazio. Chermayeff e Alexander (1968) hanno articolato la
gerarchia urbana degli ambiti della vita pubblica e privata indentificando la
loggia come uno spazio privato mentre attribuiscono al portico (passaggio
coperto) il valore di spazio pubblico o semi-pubblico.
Il portico e la loggia sono gli spazi che incarnano rispettivamente lo spazi di
transizione con il maggiore e il minor grado di privacy, in ragione appunto della
loro configurazione che permette una diversa relazione tra le persone.
L’antropologo americano E.T. Hall (nel testo the hidden dimension) introduce la
disciplina della prossemica, definita come lo studio delle interrelazioni spaziali
tra le persone nelle loro interazioni. Nella sua teoria del campo di visione
sociale (‘social field of vision’) determina il comportamento umano e il tipo di
comunicazione negli spazi sociali. I descrittori chiave sono le distanze sociali
che permettono diversi tipi di attività umane e livelli di intimità tra le persone.
Hall definisce le seguenti distanze:
- la distanza intima (0 - 0,45 m)
- the distanza personale (0,45 – 1,30 m), per interazioni tra buoni amici;
- la distanza sociale (1,30 – 3,75 m) per le interazioni tra conoscenti;
- la distanza pubblica (> 3,75 m) per discorsi pubblici.
Gehl (1966) ha cercato di tradurre le regole dettate dalle distanze sociali in
elementi progettuali. Come egli schematizza infatti, gli elementi progettuali che
influenzano i rapporti tra le persone sono principalmente muri, dislivelli e
schermature (figura 47).
Figura 47. Elementi che favoriscono o inibiscono le relazioni: muri, dislivelli e schermature (da:
Gehl,1987)
Inserire dei filtri più o meno permeabili paralleli alla direzione dell’apertura
(come schermature) serve ad aumentare il grado di privacy di uno spazio,
soprattutto se a livello della vista.
Se la distanza che separa le persone non risulta essere su un piano orizzontale
(si pensi ad esempio a persone intente ad osservare ciò che avviene per strada
dai balconi delle loro residenze), allora ci si accorgerà che fino all'incirca al
quinto piano (13,5 m) risulta possibile relazionarsi con la strada, mentre dal
65
quinto in su lo sguardo punta alla distanza, all'orizzonte ed al cielo (figura 48).
Infatti la presenza di un dislivello di almeno un piano rispetto al suolo lo rende
uno spazio in cui si sviluppano relazioni solo tra persone che si conoscono,
dato anche il carattere privato dell’ingresso a tale spazio. Il contatto con lo città
pubblica è solamente di natura visiva/uditiva ma anche in questo senso
rimangono un importante supporto della vita sociale. Jane Jacobs affronta a
questo proposito il tema della sicurezza dello spazio pubblico, individuando
nella sorveglianza naturale una risposta migliore per la vitalità urbana rispetto
alle tecnologie di sorveglianza artificiale. “L’occhio sulla strada”, infatti, reso
possibile dalla presenza di queste interfacce pubblico/privato che provocano
una sorta di animazione naturale, garantisce una costante visibilità dei
fenomeni che avvengono nello spazio pubblico circostante incrementando
quindi la vitalità delle strade e delle piazze.
Figura 48. Diverso tipo di contatto sociale al variare della posizione in altezza
Alexander (1977) sottolineando l’importanza sociale legata alla presenza di
spazi di transizione, aggiunge dei suggerimenti progettuali riguardo la
configurazione che dovrebbero avere per essere adeguati a ospitare attività e
relazioni sociali. Uno spazio lungo i bordi di un edificio, per essere utilizzato,
deve essere (figura 49): abbastanza grande ospitare due o tre persone sedute
comodamente attorno a un tavolo, quindi profondo almeno sei piedi (180 cm); in
parte incluso dalle pareti dell’edificio e quindi non totalmente costruito con una
struttura a sbalzo; esposto verso sud (o comunque verso il sole) e per metà
aperto verso l’esterno con un bilanciamento tra vuoto e pieno che può essere
ottenuto anche attraverso l’uso di colonne e balaustre.
66
Figura 49. Le caratteristiche di uno spazio di transizione secondo C. Alexander (1977).
5.3 Le potenzialità di uno spazio “a livello basamentale”
Gli spazi di transizione situati a livello del suolo fanno parte della categoria di
spazi a livello basamentale, e secondo diversi autori (Gehl e Alexander)
valorizzano il margine di uno spazio urbano, incentivando le relazioni e le
attività. Essi sono ingressi, portici, verande, spazi ibridi in cui le persone
possono sostare o che possono attraversare beneficiando di un passaggio
graduale tra ambiti con grado di privacy differente.
Figura 50. Tipi di trattamento di un margine che vanno dalla totale integrazione permeabilità
fisica a una permeabilità solo visiva (studi di T.G. Lòpez).
Gehl li definisce anche “bordi morbidi” (soft edges), purchè abbiano la
dimensione minima e un microclima confortevole per essere vissuti, senza
essere troppo ampi in modo da non ridurre l’interazione sociale con le persone
all’esterno. Rispetto a spazi che si trovano ai piani superiori, lo spazio
basamentale ha un valore sociale in quanto determina l’effetto confine (edgeeffect), cioè la predisposizione delle persone a sostare ai margini di uno spazio.
Alexander (1977) sottolinea l’importanza di questi spazi di margine, la cui
configurazione incide sulla sua vitalità (“if the edge fails, then the space never
becomes lively”).
67
Figura 51. Esempio di piazza in cui la presenza dei portici induce l'effetto confine
Uno spazio intermedio come un portico, o un ingresso coperto ha un forte ruolo
sociale, con una precisa influenza sulle tipologie di contatti di vicinato,
favorendo l’instaurazione di quelle che vengono definite “relazioni di soglia”.
Inoltre un portico, trovandosi a quella che Gehl definisce “eye level scale” (scala
dell’occhio umano o scala umana) ha la potenzialità di ridimensionare uno
spazio urbano di grandi dimensioni come una piazza o una strada riportandola
in un certo senso “a misura d’uomo”. La scala umana può essere quindi definita
una delle qualità percettive dello spazio. Questa percezione è accentuata se il
portico non è molto alto, come suggerisce Alexander.
Tale effetto di scala non è dato però solo dalle dimensioni ma anche dalla
texture e all’articolazione degli elementi che generano un ritmo accordandosi
alle proporzioni umane e anche alla velocità alla quale l’uomo cammina.
Un altro aspetto positivo dato dalla presenza dei portici è relativo agli stimoli
derivanti dalla diversità spaziale che essi creano e dall’accessibilità visiva: le
persone sono infatti portate ad attraversare gli spazi dove trovano una varietà di
stimoli visivi.
Uno spazio urbano in cui sono presenti spazi di transizione sarà quindi uno
spazio vitale, poiché è la presenza stessa delle persone il primo motore capace
di attrarne delle altre, dal momento che “qualcosa succede perché qualcosa
succede perché qualcosa succede” (Gehl, 1996).
6
La dimensione del controllo ambientale di uno spazio perimetrale
In quanto sistemi di regolazione ambientale gli spazi di transizione hanno un
potenziale che può essere analizzato in particolare da un punto di vista termico
e luminoso. La transizione intesa come selezione e modulazione di fattori
climatici esterni diventa sinonimo di controllo climatico.
In particolare gli spazi di transizione possono rientrare tra le strategie di
controllo solare passivo, facenti parte dell’involucro edilizio e accentuandone la
funzione di filtro moderatore di flussi energetici.
L’involucro è quindi l’elemento che controlla e modifica il clima per le attività
immediatamente adiacenti ad esso, facendo entrare o meno la radiazione
solare, moderando la ventilazione, proteggendo dalla pioggia.
Il termine filtro è usato per trasmettere l’idea di elemento selettivo nel punto di
separazione tra l’interno e l’esterno. Questo filtro può essere costituito da una
serie di layer o spazi con diverse funzioni di controllo delle condizioni ambientali
68
esterne. Per meglio spiegare questo concetto analizziamo l’edificio nel suo
rapporto con l’esterno, distinguendo in sezione le “climate responsive zones”
(Hyde, R. 2000).
Figura 52. Zone in cui è possibile suddividere un edificio nel suo rapporto con il contesto
ambientale (Ridisegnato da Hyde, 2000).
Ciascuno di queste zone ha un impatto sulla radiazione solare, la pioggia, il
movimento dell’aria, la luce e il suono.
La “zona ambientale” è l’area microclimatica esterna da cui l’edificio trae
vantaggio dei flussi di energia esterni (provenienti soprattutto dal sole) mentre,
all’opposto, la zona attiva è quella non influenzata dagli effetti dell’involucro e
quindi deve essere condizionata mediante sistemi attivi.
La linea di chiusura separa fisicamente l’interno dall’esterno attraverso diversi
gradi di permeabilità a seconda del rapporto opaco/trasparente.
La “zona filtro” è adiacente alla linea di chiusura e corrisponde allo spazio di
transizione microclimatico “perimetrale” così come è stato fin ora definito,
offrendo protezione e in un certo senso estendendo quella che viene definita
“zona passiva” dell’edificio.
La definizione di “zona passiva” era già stata sviluppata (Baker e Steemers,
1996) per indicare la parte perimetrale dell’edificio naturalmente illuminata,
ventilata e che può trarre vantaggio dai guadagni solari invernali. L’obiettivo per
ridurre il consumo energetico degli edifici, garantendo benessere agli occupanti
è massimizzare la presenza di queste zone riducendo la presenza di quelle
“non-passive” (che necessitano sistemi di condizionamento attivi).
69
Figura 53. Profondità della “zona passiva” (Baker and Steemers, 2000).
Una semplice regola per dimensionare le zone passive secondo il metodo LT 5 è
considerarle profonde 6m (o due volte l’altezza del soffitto) dalla facciata.
Ulteriori ricerche (Ratti et al. 2007) sui parametri morfologici che influenzano il
consumo energetico degli edifici, individuano nel rapporto tra “zone passive” e
“non passive” un indicatore più efficace del rapporto superficie/volume. Esso è
definito comunque come potenziale poiché la maggior parte degli edifici
utilizzano sistemi artificiali per condizionare o illuminare le zone passive,
specialmente nei casi in cui l’involucro è eccessivamente vetrato senza
elementi schermanti e quindi esposto al surriscaldamento estivo e alle perdite di
calore durante l’inverno. La presenza di uno spazio di mediazione nel contesto
climatico temperato estende la zona passiva verso l’esterno e aumenta il
potenziale di controllo solare passivo offrendo uno spazio vivibile semi aperto,
influendo positivamente sul consumo dell’edificio nonché sul benessere psicofisico degli occupanti. Esso deve essere però opportunamente progettato
rispetto al contesto e all’orientamento dell’edificio, in modo da permettere
l’accessibilità solare in inverno e ostruire il passaggio della radiazione in estate.
L’obiettivo di una progettazione climaticamente consapevole è quindi quello di
minimizzare i guadagni estivi e massimizzare quelli invernali, fornendo la
massima disponibilità di luce diffusa durante tutto l’anno. Infatti la luce solare
diretta aumenta i guadagni e la possibilità di abbagliamento, mentre la
radiazione diffusa permette di illuminare naturalmente senza il calore del
soleggiamento diretto. Inoltre proteggere dalla pioggia permettendo la
ventilazione è un ulteriore obiettivo. Uno spazio di transizione correttamente
progettato può quindi potenzialmente assolvere a questi requisiti, talvolta
attraverso un compromesso rispetto a dei vincoli esterni dati.
Inoltre, in quanto sistema passivo di controllo ambientale, stimola l’adattamento
degli occupanti che, non esposti a sistemi di condizionamento, interagiscono
con l’edificio in modo attivo (es. aprendo o chiudendo le finestre), regolando il
loro comportamento in base alla sensazione termica e all’uso.
5
Il metodo LT (Lighting, Thermal) è stato sviluppato da Nick Baker e Koen Steemers, The
Martin Centre for Architectural and Urban Studies, University of Cambridge.
70
Il progetto di uno spazio di transizione dal punto di vista ambientale deve quindi
essere pensato come parte integrante dell’involucro che può potenziarne gli
effetti sull’interno.
6.1 Il controllo termico
Dal punto di vista del controllo termico uno spazio di transizione può essere
visto come un’estensione spaziale della schermatura orizzontale, di cui il portico
viene considerato l’archetipo. In una zona climatica temperata deve essere
dimensionato per un duplice effetto: ombreggiare nella stagione estiva e non
ostruire l’accesso solare in quella invernale.
Come una schermatura il portico è quindi un elemento di controllo del sistema
solare passivo a guadagno diretto (la superficie trasparente) per l’utilizzo
dell’energia solare.
Figura 54. Funzionamento giorno notte
Per garantire un corretto funzionamento del portico in relazione all’edificio è
opportuno bilanciare la presenza di isolamento e massa termica.
L’isolamento è necessario per ridurre le dispersioni in inverno e ridurre il flusso
termico estivo. Una superficie esposta all’esterno è soggetta simultaneamente
agli scambi radiativi (a onda corta e onda lunga) e convettivi. In particolare se la
superficie esposta è di colore scuro assorbe molta radiazione che si trasforma
in calore. La velocità con cui questo calore viene rilasciato dipende dalla
capacità termica del materiale e quindi dalla sua massa termica. Essa dovrebbe
essere tale da permettere di assorbire il calore durante il giorno e rilasciarlo
durante la notte. La parete dell’edificio quindi se non protetta dalla radiazione
solare si riscalda e trasmette il calore all’interno. La strategia di protezione
attraverso un portico deve essere accompagnata da un’attenzione alla
composizione del muro esterno e delle superfici interne colpite dalla radiazione
attraverso le superfici trasparenti.
Dal punto di vista termico è opportuno fare una distinzione tra gli spazi inclusi e
addossati. Se uno spazio è incluso come un portico o una loggia, o addossato
come un balcone o una pensilina il comportamento energetico è differente,
come fa notare Givoni: nel primo caso la superficie di interscambio tra ambienti
71
interni ed esterni aumenta, mentre nel secondo rimane inalterata, così che la
loggia, rispetto al balcone, genera una situazione di più accentuato livellamento
termico tra interno ed esterno. Bisogna notare che un elemento addossato è
soggetto a fenomeni trasferimento del calore attraverso le superfici esposte alla
radiazione. E’ quindi importante considerare il tipo di materiale utilizzato e in
particolare la sua inerzia termica, se è una lastra piana. E’ possibile in questo
caso comporre tale elemento con diversi layer, inserendo uno strato di
ventilazione per impedire l’accumulo del calore in estate. Se invece l’elemento
che costituisce la copertura è discontinuo è opportuno dimensionare le lamelle
considerando le diverse esigenze stagionali.
Figura 55. Se lo spazio di transizione è addossato, la coperture diverse producono diversi
effetti.
La serra solare
Se lo spazio di transizione viene chiuso attraverso un vetro, esso prende il
nome di buffer space, il quale ha un significato prevalentemente di controllo
termico e si concretizza in una doppia pelle vetrata o una serra.
Una importante suddivisione di questi spazi di transizione vetrati è stata
proposta da Givoni:
- enclosed space: essendo interni sono circondati dalle pareti dell’edificio su
tutti i lati;
- semi-enclosed space: sono spazi circondati per uno o due lati dalle pareti
dell’edificio;
- attached space: esterni all’involucro dell’edificio
Figura 56. Spazio di transizione vetrato può diventare una doppia pelle o una serra transizione
addossato o incluso
Esso non è altro che la trasformazione dello spazio di transizione in un sistema
a guadagno diretto. La chiusura del lato che confina con l’esterno attraverso un
72
vetro se da una parte aumenta le potenzialità di guadagno solare invernale (se
la superficie è orientata più o meno a sud), dall’altra richiede un attento
controllo del surriscaldamento estivo, prevedendo quindi la possibilità di
ventilazione e schermatura esterna.
Figura 57. Schema di funzionamento di una serra
Una serra funziona sfruttando quello che viene chiamato “effetto serra”, il
fenomeno secondo il quale una parte dell’energia proveniente dalla radiazione
solare viene intrappolata all’interno di uno spazio confinato, poichè il vetro è
trasparente al visibile ma “opaco” alla radiazione infrarossa.
Ciò che distingue i tipi di serra è il tipo di separazione con l’ambiente interno e
quidi possiamo distinguere la serra:
- a guadagno diretto: la superficie di separazione con l’ambiente interno è
regolabile e può essere totalmente rimossa attraverso un sistema di
serramenti mobili
- a scambio convettivo: la connessione con l’edificio avviene attraverso un
muro con delle aperture regolabili collocate in alto e in basso. Lo
scambio di calore avviene quindi per convezione sfruttando i movimenti
dei flussi d’aria.
- A scambio radiante: il calore si trasmette per irraggiamento e la superficie
di separazione è una parete di accumulo non isolata.
6.2 Il controllo luminoso e visivo
Infatti la luce entra in uno spazio, si riflette sui muri, differenzia le facce di un solido a seconda
di come le illumina o se le lascia in ombra; la luce entra dove non c'è materia, entra tra gli spazi
che la struttura lascia aperti, quindi la “la struttura è creatrice di luce”.
L. Kahn
Una buona illuminazione dipende da una distribuzione appropriata della luce
più che dalla quantità. Gli spazi di transizione perimetrali se considerati come
elementi di modulazione luminosa vengono definiti spazi di luce intermedi6,
6
Classificazione presente in: Daylighting in architecture, a European reference book, 1993
73
distinti dagli spazi luminosi interni (nel capitolo 1 definiti “spazi di transizione
centrali”).
Figura 58. Radiazione solare e luce naturale
Una buona illuminazione dipende da una distribuzione appropriata della luce
più che dalla quantità. Gli spazi di transizione perimetrali se considerati come
elementi di modulazione luminosa vengono definiti spazi di luce intermedi7,
distinti dagli spazi luminosi interni (nel capitolo 1 definiti “spazi di transizione
centrali”).
In generale, entrambe queste tipologie di spazi di transizione possono essere
classificate come componenti di conduzione della luce, ossia spazi progettati
per condurre e distribuire la luce naturale dall’esterno all’interno dell’edificio. La
loro capacità di condurre la luce dipende in gran parte dalle caratteristiche
geometriche dello spazio di conduzione.
Gli spazi luminosi intermedi in particolare sono quindi spazi situati sul perimetro
di un edificio, ossia tutti quelli descritti in base alle variabili tipo morfologiche
(capitolo 4.1.1). Tutti questi spazi, in base alla distinzione fatta dal punto di
vista termico (capitolo 6.1) se chiusi da un vetro sul lato confinante con l’esterno
esterno possono diventare delle serre solari. Questa distinzione, da un punto di
vista luminoso, però, ha particolare influenza se il vetro ha caratteristiche
ottiche particolari (traslucidi, selettivi, colorati) e modifica quindi la capacita di
diffusione della luce all’interno. Inoltre la presenza di elementi di controllo
(come vetri schermature) può modulare e talvolta incrementare l’ingresso della
luce naturale. Bisogna innanzitutto considerare la loro posizione rispetto al
componente di passaggio, la loro mobilità e la possibile regolazione da parte
degli utenti, oltre che le loro proprietà ottiche tra cui trasparenza e capacità di
diffusione e riflessione della luce incidente.
Infatti il tipo di finitura delle superfici che delimitano gli spazi (tra cui quindi
anche gli schermi esterni) è importante poiché determina la riflessione
luminosa. Differenti finiture superficiali (colore) causano diversi comportamenti
rispetto alla riflessione che può essere: speculare, diffusa o mista. Quasi tutte le
superfici opache riflettono la luce in modo diffuso determinando una
distribuzione uniforme della luce. Le superfici con riflessione speculare (specchi
7
Classificazione presente in: Daylighting in architecture, a European reference book, 1993
74
o superfici molto lucide), invece, possono essere sfruttate per riflettere la
radiazione diretta verso direzioni appropriate per illuminare senza causare
abbagliamento.
Figura 59. Spazi di luce intermedi
La presenza di uno spazio di luce intermedio è positivo poiché blocca la
radiazione solare diretta (anche se sono in alcuni momenti dell’anno) ma in tal
modo riduce anche la quantità di luce naturale all’interno (legata alla quantità i
radiazione diffusa) che può essere in un certo senso bilanciata da dalle
riflessioni e influenza la vista del vista del cielo, fattore importante dal punto di
vista della percezione e del contatto con l’esterno. Sfruttare le potenzialità di
tale spazio in termini di geometria e finiture superficiali significa creare una
miglior uniformità della luce all’interno riducendo il rischio di abbagliamento.
Riuscire a bilanciare l’effetto dell’ombreggiamento con la presenza di luce
naturale sufficiente e ben distribuita, evitando il più possibile il rischio di
abbagliamento significa adottare alcune strategie che sfruttano le proprietà
delle superfici di riflettere la radiazione solare (a onda corta).
L’abbagliamento, considerato infatti un parametro di comfort visivo, è l’effetto
sgradevole causato dall’eccessivo contrasto di luminanze nel campo visivo.
Esso è fondamentalmente di due tipi: diretto quando è prodotto dalla radiazione
solare diretta e indiretto quando è avviene per riflessione di una superficie
lucida.
In area climatica temperata specialmente nelle latitudini più a sud la radiazione
solare diretta è molto intensa quindi la riflessione della radiazione potrebbe
essere un problema
Figura 60. Strategie riferite al posizionamento della finestra rispetto alla radiazione in estateinverno per la protezione da abbagliamento
La figura 60 mostra come una prima strategia riguarda il posizionamento del
vetro. Infatti, in latitudini con elevato soleggiamento, usare una parete
75
interamente vetrata per cercare di bilanciare la riduzione della luce naturale non
è una buona scelta. Infatti la radiazione incidente diretta schermata dal portico
potrebbe essere riflessa all’interno causando abbagliamento indiretto all’interno
del campo visivo. E’ quindi preferibile che la finestra sia rialzata da terra (non
più di 1,20 m per non limitare la visione) e la parte superiore non riceverà
comunque luce dal cielo ma potrebbe contribuire all’ingresso della radiazione
riflessa dal soffitto dello spazio di transizione (se chiaro).
Per contrastare invece l’abbagliamento diretto causato dalla radiazione solare
invernale (desiderabile per i guadagni termici) è possibile utilizzare una tenda
interna, considerando sempre il fatto che colori molto chiari possono enfatizzare
l’effetto di abbagliamento.
E’ importante considerare anche lo spazio esterno immediatamente adiacente,
in particolare il terreno, superficie riflettente (in base al tipo di finitura) e quindi
fonte di illuminamento interno. Infatti la presenza di uno spazio di transizione
ombreggia ma non ostacola la riflessione (diffusa) dal terreno e quindi essa può
essere un vantaggio per l’interno se in accordo con l’apertura.
Il light shelf
Figura 61. Lo spazio di luce intermedio come light shelf
In particolare una strategia per ottenere valori desiderati di illuminazione
naturale o di penetrazione della luce in profondità cercando di bilanciare il
conflitto con la necessità di ombreggiamento estivo e guadagno invernale è
progettare il limite orizzontale dello spazio di transizione come un light shelf
(mensola di luce) in modo da far riflettere la radiazione solare verso il soffitto e
diffonderla in modo uniforme nell’ambiente. La mensola orizzontale è situata un
po’ più in basso del soffitto e in tal modo la finestra viene separata in due parti
con due funzioni: una a livello dell’occhio per la visione verso l’esterno (circa
due terzi dell’altezza totale del vetro) e l’altra in alto, estesa orizzontalmente,
per massimizzare la penetrazione della luce naturale. Più il soffitto è alto più
sono efficaci. Sono adatte a climi con elevato soleggiamento come il clima
temperato nelle regioni mediterranee. Inoltre un vetro con alta trasmissione
76
luminosa è consigliabile nella parte alta, mentre un vetro a bassa trasmissione
o schermature in quella inferiore per controllare l’abbagliamento. In tal modo si
migliora non solo la distribuzione della luce ma si incrementa anche la
profondità della zona illuminata. La finestra al di sopra del light shelf può essere
inoltre schermata da lamelle per prevenire l’eccesso di luce oppure può essere
utilizzato un ulteriore piano all’interno.
Esistono diversi tipi di light shelf (solo esterno, interno, combinato) ma perchè
svolga una funzione schermante (e quindi sia in qualche modo assimilabile a
uno spazio di transizione) e non solo quella illuminante, deve essere situato
almeno in parte all’esterno. La profondità minima esterna è quindi determinata
dalle esigenze di ombreggiamento, almeno a sud dove la schermatura
orizzontale è efficace, mentre negli altri orientamenti prevale il
dimensionamento in funzione della luce naturale.
Il dimensionamento dipende dalla latitudine e dall’orientamento. La profondità
cresce con il crescere della latitudine per orientamenti est ed ovest.
Figura 62. Light-shelf nei diversi orientamenti
Per orientamenti compresi tra i + o – 20° rispetto al sud il light shelf esterno
dovrebbe avere una profondità compresa tra 1,25 - 1,5 volte l’altezza della
finestra a nastro sovrastante, oltre i 20° a est e ovest dovrebbe essere esteso a
1,5 - 2 volte. Inoltre a est e ovest occorre prevedere delle schermature sopra la
mensola per i bassi raggi solari estivi.
Se l’orientamento della stanza è esattamente sud in prima approssimazione la
profondità del light shelf interno può essere uguale alla finestra sovrastante. A
basse latitudini (sud mediterraneo) la profondità del light shelf si può estendere
in modo da bloccare sempre la radiazione diretta nella finestra soprastante; a
latitudini più alte o in orientamenti a est e ovest può essere necessario adottare
un sistema di ombreggiamento poiché i raggi solari potrebbero penetrare senza
essere riflessi.
La penetrazione della luce a sud con un light shelf è di circa 2 volte l’altezza
della finestra, mentre in assenza solo 1,5 volte.
77
Figura 63. Strategie di applicazione di un light-shelf
Anche l’inclinazione della superficie del light-shelf può influire: se si inclina
verso il basso aumenta la protezione solare e diminuisce la riflessione della
luce, mentre al contrario, inclinato verso l’alto aumenta il contributo
dell’illuminazione naturale (figura 63). La posizione orizzontale è, tuttavia, un
buon compromesso per l’illuminazione ma questi accorgimenti potrebbero
essere utili in caso di altre esigenze.
Se la mensola interna ostruisce troppo si possono adottare dei sistemi di
controllo quali mensole più piccole interne o lamelle riflettenti fisse o mobili.
Inoltre anche il davanzale della finestra può essere inclinato per compensare la
riduzione della visuale.
Oltre alla geometria è importante la finitura della superficie di incidenza.
E’ necessario che la superficie superiore sia di colore molto chiaro (bianco) o
lucida. Inoltre la parte interna può essere costituta solo da un materiale molto
sottile come un film metallico riflettente.
Bisogna inoltre considerare che la quantità di luce riflessa varia nel corso
dell’anno, rispetto all’incidenza della radiazione diretta. Per esempio, in clima
temperato la mensola se orientata a sud può generare un’illuminazione non
uniforme durante il corso dell’anno. Di conseguenza, progettare la parte esterna
del light shelf di colore più chiaro (0,80 riflessione) e quella interna con un
coefficiente di riflessione medio (0,5) può bilanciare la quantità di luce riflessa
dall’area colpita dalla radiazione diretta estiva (angoli solari elevati) con quella
colpita dalla radiazione invernale (bassi angoli solari).
La superficie inferiore della mensola può invece compensare l’area più scura
dovuta all’ombreggiamento, però è preferibile avere un fattore di riflessione
medio soprattutto nell’area vicina alla finestra per evitare abbagliamento.
Se correttamente progettati, quindi, il light shelf presenta molti vantaggi rispetto
a una semplice schermatura
78
6.3 Il controllo del movimento dell’aria
Figura 64. Effetto della presenza di un elemento aggettante sul movimento dell’aria (rielaborato
da: Lechner, 2001)
La presenza di uno spazio di transizione, ha un impatto positivo sulla
ventilazione di un ambiente interno e il suo effetto può essere assimilato a
quello di un aggetto orizzontale (figura 64).
La ventilazione interna dipende dalla differenza di pressione che si instaura fra
due parti dell’edificio: in modo naturale, il flusso d’aria si sposta dalla zona a
maggior pressione (area sopravento) verso quella in depressione (area
sottovento). L’aggetto “cattura” e incanala attraverso un’apertura una certa
quantità d’aria che fluirebbe altrimenti al di fuori dell’involucro, aumentando così
la corrente in ingresso. Un aggetto discontinuo costituito da lamelle o la
presenza di uno stacco di almeno 15 cm permette alla pressione positiva al di
sopra dell’elemento di influenzare la direzione del movimento dell’aria. Inoltre il
posizionamento dell’aggetto più in alto rispetto alla finestra (almeno 30 cm)
direziona il flusso d’aria in basso verso gli occupanti.
7
La dimensione percettiva dello spazio semi-aperto
Il progetto fisico di uno spazio di transizione può influire sulla dimensione
immateriale dello spazio stesso (vivibilità, comfort) e produrre interazioni umane
(emotive, culturali, comportamentali, simboliche). Parlare di comfort negli spazi
di transizione significa tenere in considerazione tale aspetto multidimensionale.
Infatti questa particolare condizione tra l’interno e l’esterno ha influenza sul
“comportamento adattivo” di una persona e quindi non si potrà valutare il
comfort con lo stesso approccio usato per uno spazio completamente chiuso o
aperto ma è importante tenere in considerazione aspetti legati alla sfera
percettiva.
79
7.1 La percezione polisensoriale
La percezione si definisce come una risposta sensoriale influenzata
dall’apprendimento e l’esperienza precedente, che, quindi, ha una certa
intenzionalità. Le risposte sensoriali possono essere di due tipi, una fissa
(sensazione) e l’altra variabile (percezione), per cui la percezione presuppone
un grado superiore di coscienza da parte dell’individuo. (Serra,1995).
Il processo percettivo ha una grande importanza nel rapporto tra l’uomo e il suo
ambiente. Quando si parla di ambiente è necessario considerare che esso non
si riferisce solo allo spazio fisico ma comprende anche la dimensione
immateriale (“ambiance”), il che implica un rapporto sensibile dell’utente che
abbia esperienza di uno spazio attraverso un processo percettivo che coinvolge
tutti i sensi in funzione della sua sensibilità sociale e culturale. Per comprendere
questo processo sinestetico è necessario adottare un approccio
multidisciplinare che coinvolga le dimensioni fisiche, sensibili, sociali.
Interpretare l’ambiente architettonico in questo senso è basilare per studiare il
comfort in senso olistico, che è in definitiva il riscontro di come noi percepiamo
l’architettura: come un’esperienza e non come somma di esperienze parziali,
secondo un’ottica di “gestalt”. L’atto percettivo è quindi un atto di integrazione di
sintesi di stimoli e si chiama sinestesia l’effetto di associazione di stimoli
differenti che possono produrre modificazioni nelle conseguenze a livello
sensoriale di tali stimoli.
La configurazioni spaziali dei tessuti urbani (strade, piazze ma anche spazi di
transizione) e i materiali che li costituiscono modellano le forze ambientali
(calore, luce, suono, odori, aria, tattilità) che influiscono sulla percezione e sui
comportamenti individuali e collettivi, contribuendo a determinare i caratteri
specifici degli ambienti urbani che danno senso e identità ai luoghi.
E’ importante quindi dal punto di vista della percezione la relazione che esiste
tra gli elementi dell’ambiente che può essere di armonia o di contrasto.
In particolare il contrasto, il ritmo e l’enfasi che generano una varietà
architettonica chiamata anche “diversità spaziale” (Steemers, 2004) ottenibile in
un edificio o in uno spazio urbano anche attraverso la progettazione spazi di
transizione. La varietà che si ottiene produce un effetto estetico-percettivo
piacevole.
Se uno spazio riesce ad essere attrattivo superando quindi i limiti delle
prestazioni ambientali in senso stretto si può cominciare a parlare di
piacevolezza derivante da una percezione polisensoriale (visiva, termica,
sonora, ma anche olfattiva/qualità dell’aria e tattile), un processo complesso di
tipo cognitivo e culturale che ha una base strutturale derivante dagli stimoli
ambientali.
Heschong (1979) in ‘Thermal Delight in Architecture’ definisce il piacere come
uno dei livelli di interazione con l’ambiente, che deriva da un senso di
apprezzamento estetico che può essere molto ben prodotto da sensazioni
80
tecnicamente ritenute non confortevoli come forte caldo, freddo o contrasti
luminosi.
Figura 65. L’effetto estetico-percettivo dato dai portici, visibile nelle architettura di L.Kahn.
7.2 Il comfort ambientale negli spazi semi-aperti
Si definisce comfort ambientale quella particolare condizione di benessere
determinata, in funzione delle percezioni sensoriali di un individuo inserito in un
ambiente, da temperatura, umidità dell'aria e livello di rumorosità e luminosità
rilevati all'interno dell'ambiente. Il raggiungimento del comfort può essere
considerate una delle fondamentali aspirazioni dell’architettura da secoli. In
particolare, il benessere termoigrometrico (o comfort termico) è definito
dall'American Society of Heating Ventilation and Air-conditioning Engineers
(ASHRAE) come quel particolare stato della mente che esprime soddisfazione
con l'ambiente circostante.
Una definizione più razionale relaziona il comfort al bilancio tra i guadagni e le
perdite di energia e definisce lo stato di comfort come soddisfatto quando i
flussi di calore scambiati tra l’individuo e l’esterno sono in equilibrio (Fanger
1970). Un limite a questa definizione di “comfort” è proprio la ricerca dell’
“equilibrio” che implica l’assenza di stimoli come un fattore positivo.
L’assenza di discomfort è quindi un “prodotto” che può essere prescritto, ma
omette il potenziale “piacere” derivante dalla percezione di alcuni gradi di
stimolo e contrasto, come visto nel capitolo precedente.
In particolare per le finalità di questo studio, occorre capire cosa significhi
valutare il comfort in uno spazio semi-aperto rispetto agli spazi chiusi o aperti.
Da una parte, le caratteristiche di uno spazio semi-aperto lo avvicinano di più
alla condizione di uno spazio aperto, in quanto esposto all’influenza dei fattori
climatici esterni, anche se, per certi versi, il grado di chiusura dato dalle
superfici che lo delimitano, lo avvicinano alle condizioni radianti di uno spazio
interno.
81
I fattori più importanti che incidono sulla valutazione del comfort negli spazi di
transizione e lo distinguono dagli altri tipi di spazi che sono:
- la variabilità temporale delle condizioni termiche (compresenza di aree al
sole e all’ombra; temperatura dell’aria), per cui non è possibile ragionare
in termini stazionari;
- il tempo di permanenza delle persone nello spazio variabile a seconda
dell’attività svolta che è pur sempre breve e dinamica (per quanto
l’attività possa essere stazionaria).
- l’effetto sinestetico dato dalla presenza di stimoli sensoriali diversi (cap.
7.1). Questo effetto può essere positivo in quanto l’essere umano ha
necessità di ricevere degli stimoli mutevoli, fatto che molte volte viene
tralasciato a favore di una progettazione di ambienti teoricamente
“perfetti” ma molto statici. A questo si aggiunge la questione
dell’adattamento degli individui che si vedrà in seguito.
Questi fattori spiegano la difficile valutazione del comfort attraverso dei modelli
di calcolo basati su condizioni stazionarie, il che implica che il corpo dovrebbe
aver trovato un equilibrio con l’ambiente esterno.
Uno studio (Hoppe, 2002) dimostra come il corpo sia in inverno che in estate
abbia bisogno di tempo per raggiungere dei livelli di stabilità.
Una sensazione termica di discomfort si registra quando le persone passano da
uno spazio condizionato meccanicamente da uno spazio aperto soleggiato.
Questo fatto richiama l’attenzione alla questione della stazionarietà o non
stazionarietà dei modelli nel valutare il comfort termico all’esterno. Grazie a un
modello non stazionario Hoppe ha valutato la sensazione termica dell’uomo
includendo il calore immagazzinato dal corpo, restituendo informazioni sulla
temperatura interna e a livello epidermico. E’ stato dimostrato che il tempo che
necessita il corpo per regolare le proprie condizioni termiche è maggiore in
inverno rispetto all’estate. Si può quindi supporre che una valutazione in regime
stazionario possa essere un’approssimazione accettabile in estate mentre in
inverno sia necessario un approccio dinamico.
In seguito altre ricerche hanno dimostrano l’effetto positivo di questo spazio
sulle persone presenti nello spazio aperto e chiuso a esso adiacenti, in quanto
smorzano la differenza di temperatura tra l’interno e l’esterno (Chun et al.,
2004).
Potvin (2000) esaminando la potenzialità di uno spazio di transizione per chi lo
attraversa, sottolinea che esso determina la percezione di environmental
transitions (transizioni ambientali). Esso rende infatti graduale il passaggio tra
spazi con condizioni termiche differenti, provocando un progressivo
adattamento del corpo, specialmente quando la direzione del movimento è dallo
spazio più a quello meno confortevole.
82
Dalle ricerche presenti in letteratura emerge sempre il fatto che gli indici di
comfort standard esistenti (ideati per l’interno e a volte adattati all’esterno) non
siano appropriati per valutare le condizioni di comfort in tali spazi.
7.3 Gli approcci al comfort termico
Il comfort termico è una condizione soggettiva di soddisfazione dell’ambiente
circostante che si cerca di oggettivare attraverso degli indici quantitativi. La
sensazione di comfort deriva da parametri ambientali e fattori soggettivi
dell’utente. Si può vedere come il comfort possa essere sia oggettivo che
soggettivo senza che questo concetto implichi contraddizioni.
Infatti esistono fondamentalmente 3 approcci per la valutazione del comfort
termico (fisico, fisiologico e psicologico) che possono essere visti come livelli di
valutazione che comprendono aspetti oggettivi e soggettivi. I primi due approcci
sono quelli più facilmente quantificabili e comprendono come parametri
oggettivi quelli climatici e di termoregolazione del corpo. Ci sono poi una serie
di parametri soggettivi da considerare e che possiamo classificare in diversi
gruppi a seconda che si tratti di: condizioni fisiologiche (età, sesso, tasso
metabolico, isolamento dei vestiti), e condizioni psicologiche (esperienza,
tempo trascorso, aspettative). Gli indici di comfort sono legati all’aspetto fisicofisiologico e si calcolano risolvendo equazioni di bilancio termico in regime
stazionario. Le indagini sul campo, tuttavia, hanno rivelato che un approccio
puramente fisiologico è inadeguato al fine di caratterizzare le condizioni di
comfort termico all’ esterno, mentre la questione dell’adattamento diventa
sempre più importante.
La valutazione dell’aspetto psicologico deriva da una percezione polisensoriale
come visto nel cap.7.1. Ciò significa che gli indici esistenti possono essere
considerati una base quantitativa per avere un’idea della tendenza del
comportamento di uno spazio che deve essere integrata.
7.3.1 L’importanza dell’adattamento
Le teorie che considerano le capacità di adattamento di un individuo (Baker,
1996, Nikolopoulou and Steemers, 2003), contrastano con l’equazione del
bilancio termico che lo vede un essere passivo rispetto agli stimoli esterni. Gli
individui, infatti, interagiscono con l’ambiente circostante in diversi modi
mostrando delle tolleranze per condizioni climatiche considerate inaccettabili in
simulazioni in laboratorio. Questo avviene se hanno delle opportunità adattive
(Baker, 1996). Avere opportunità adattive significa avere possibilità di scelta, in
particolare modificando il proprio vestiario, attività o la propria posizione in un
ambiente. Per esempio in estate la possibilità di muoversi verso uno spazio
ombreggiato, o anche solo la visione di esso che ne anticipa la percezione di
83
“fresco” è una forma di “gestalt” termica che associa la percezione
multisensoriale a meccanismi di regolazione termica metabolici e
comportamentali. Quindi anche la sola percezione di avere questa possibilità è
sufficiente per incrementare la tolleranza a range di temperatura più ampi.
Questo effetto di consapevolezza delle possibilità di miglioramento delle
condizioni di comfort viene definita da Nikoloupolou e Steemers (2003) come
“perceived control” (controllo percepito), il parametro più significativi dal punto di
vista dell’influenza psicologica.
Steemers aggiunge che per poter percepire le opportunità adattive in un
contesto deve esserci sufficiente “diversità” ambientale e spaziale. Nello
specifico la diversità ambientale è data dalla presenza di diverse condizioni
microclimatiche (temperatura e movimento dell’aria), mentre la diversità
spaziale emerge da caratteristiche morfologiche quali il grado di chiusura di uno
spazio, le proporzioni, l’orientamento e la posizione nel contesto. La presenza
di spazi di transizione contribuiscono ad aumentare questa diversità, e in tal
modo gli individui vedono incrementate le possibilità di scelta per il
soddisfacimento dei propri bisogni. Spazi complessi con diverse caratteristiche
stimolano l’esperienza polisensoriale che induce l’uso e l’interazione sociale
oltre aumentando così anche la qualità urbana. La diversità ambientale
esaminata in presenza di diversi spazi di transizione, è definita come una
qualità essenziale per la vita umana che deve quindi essere perseguita in tutti
contesti urbani da progettare o riconfigurare (Sinou et al, 2003).
Anche se questo fenomeno non può essere chiaramente monitorato e
quantificabile, la percezione del confort termico in relazione all’effetto
psicologico è argomento attuale di studio e discussione.
Il peso dell’adattamento secondo Nikoloupolou (ricerca RUROS) può arrivare a
influenzare la percezione del comfort anche fino al 50%.
Esiste infatti una discrepanza notevole tra il calcolo di indici di comfort standard
e la risposta del comfort percepito (attraversi un indice empirico chiamato ASV,
Actual Sensation Vote).
Si può quindi concludere che il contribuito dell’adattamento è sempre più
accettato come un importante supplemento alla teoria del bilancio termico e si
stanno studiando nuovi indici che riflettano questo cambiamento.
84
PARTE 2
La valutazione del controllo ambientale del portico
La seconda parte della ricerca intende indagare l’aspetto di controllo ambientale
che uno spazio di transizione perimetrale offre. In questa parte di studio lo
spazio analizzato è chiamato portico, facendo comunque riferimento alle
variabili morfo-tipologiche che ne individuano le varianti nella configurazione
spaziale. Vengono quindi indagate le potenzialità di controllo ambientale di un
portico attraverso un metodo di analisi e di valutazione che integra l’aspetto
termico e luminoso-visivo, per poter bilanciare i diversi requisiti in relazione alle
esigenze di uno specifico progetto.
A conclusione delle analisi effettuate vengono fornite delle linee guida di
supporto alla progettazione che aiutino un progettista nella scelta di una
configurazione in termini geometrici e materici rispetto a vincoli esterni dati.
8
La valutazione microclimatica: un approccio transcalare
La valutazione del potenziale di controllo ambientale di un portico si inserisce
nell’ambito della progettazione ambientale, ossia la trasformazione controllata
dell’ambiente alle diverse scale dall’edificio alla città.
Per comprendere e studiare gli effetti risultanti dall’interazione tra edifici e
superfici urbane con le variabili climatiche è necessario adottare un approccio
trans-scalare che vede alla microscala, l’intersezione tra scala architettonica e
urbana, di cui gli spazi di transizione rappresentano proprio l’interfaccia. Essi,
infatti, in quanto elementi di controllo climatico dell’interno e dell’esterno,
mediano questo rapporto scalare e diventano quindi spazi in cui avviene una
vera e propria trasformazione climatica, assumendo così l’accezione di “spazi di
transizione microclimatica”. Avere potenzialità di mitigazione a livello microurbano significa quindi poter controllare gli effetti delle variabili climatiche nello
specifico intorno di un individuo, e agire quindi sulle sue condizioni di “comfort”.
8.1 L’ambito di analisi: la scala micro-urbana
Per valutare uno spazio di transizione dal punto di vista ambientale il livello a
cui porsi è quello intermedio tra la scala urbana e la scala edilizia. Tale livello
non è però definito metricamente attraverso una scala univoca ma può essere
determinato sulla base delle mutue interazioni che si generano tra la macro e la
micro sfera in uno specifico contesto.
La scala microurbana rappresenta quindi il punto di contatto tra la sfera privata
del microclima interno all’edificio e la sfera pubblica del microclima esterno.
Per analizzare gli spazi di transizione alla scala micro-urbana è necessario
quindi adottare un approccio transcalare considerando parametri legati alla
progettazione urbana quali orientamento e sezione dello spazio urbano (si tratti
86
di una strada o di una piazza) e altri legati all’edificio quali forma e rapporto
opaco/trasparente dell’involucro. Elementi dello spazio esterno adiacente e
dell’edificio si intersecano e interagiscono con i fattori climatici, caratterizzando
dal punto di vista microclimatico lo spazio di transizione in quel particolare
contesto.
La qualità ambientale risultante da tale analisi non deriverà in ogni caso solo dal
rispetto dalla valutazione quantitativa degli aspetti citati, ma esistono altre
variabili che influenzano il benessere dell’utente a questa scala. Tra queste gli
aspetti legati alla percezione e il comfort psicologico (capitolo 7) che devono
essere in qualche modo “sommati” ai fattori misurabili.
Figura 66. Lo spazio di transizione e la scala microurbana
8.2 Il portico: una strategia di mitigazione microclimatica
Il microclima urbano è il risultato della complessa interazione tra variabili
climatiche (principalmente sole e vento) e i fattori morfologici e materici delle
superfici urbane.
E’ dimostrato in molti studi che la forma urbana influenza il microclima (Givoni,
1989), il ha quindi effetti sul consumo energetico degli edifici (Santamouris,
2001) e sul benessere degli individui (Ali Toudert, 2005).
In particolare l’accessibilità solare e la permeabilità al vento sono influenzate
dalla geometria e dall’orientamento del layout urbano. In climi temperati sono
richieste sia protezione solare estiva che accessibilità solare invernale: si
richiede così sia chiusura che apertura al cielo e questa esigenza
apparentemente contrastante può essere risolta grazie a una corretta
progettazione degli edifici e degli spazi tra di essi. In particolare, secondo gli
studi più rilevanti, la geometria e l’orientamento sono i parametri che hanno
maggiore influenza nella progettazione microclimatica (Todhunter 1990,
Yoshida 1990 J. Arnfield and G. Mills, 1994). Questi parametri infatti
influenzano direttamente i movimenti dell’aria a livello stradale, l’accessibilità
solare e quindi il microclima (Arnfield and Mills, 1994- Nakamura and Oke,
1988).
87
Gli effetti prodotto dall’ombreggiamento degli spazi di transizione sono
percepibili alle diverse scale:
- Riduzione del consumo energetico degli edifici (a scala edilizia)
- Riduzione della temperatura dell’aria con conseguente impatto sull’isola di
calore urbana (a scala urbana).
- Benessere degli individui (a scala microurbana ed edilizia)
La riduzione della radiazione solare diretta attraverso l’ombreggiamento si
conferma uno dei metodi più efficaci per ridurre il calore negli spazi urbani. Tale
effetto può essere ottenuto sia attraverso la geometria degli edifici e degli spazi
aperti tra di essi o attraverso elementi ombreggianti artificiali come
schermature, aggetti, pensiline ecc. o naturali come alberature.
Oggetto di questa ricerca è il portico inteso elemento di controllo solare con
diversi gradi di integrazione all’edificio (incluso o addossato) e allo spazio
aperto. In particolare le valutazioni di questo studio si focalizzano sugli effetti
prodotti dal portico sul benessere degli individui da un punto di vista sia termico
che luminoso-visivo.
A livello microurbano i parametri di scambio termico risultano difficili da simulare
poiché i valori dipendono da diversi fenomeni fisici dovuti all’incidenza e agli
scambi energetici tra la radiazione solare e l’ambiente costruito quali:
conduzione, convezione e irraggiamento (diverse lunghezze d’onda).
Uno dei primi studi (Pearlmutter et al. 1999), che si sono concentrati sull’analisi
dell’effetto della geometria stradale sui flussi radiativi e sui guadagni termici di
un individuo, ha confermato il vantaggio dell’ombreggiamento sulla riduzione
del calore assorbito da un individuo rispetto a uno completamente esposto alla
radiazione solare.
Inoltre, come già sottolineato nella prima parte (capitolo 7.3.1), la presenza di
spazi ombreggiati in uno spazio urbano crea differenze non solo di temperatura
(tra il centro e i bordi della strada) ma crea diversità ambientale (Steemers,
2004) e influenza l’adattamento comportamentale allo stress termico
(Nikolopolou et al., 2001).
8.2.1 La radiazione solare
Il contributo principale di un portico come sistema passivo di controllo solare è
la protezione dalla radiazione diretta incidente, considerata la principale causa
di surriscaldamento estivo e quindi di discomfort. Rispetto a sistemi di
schermatura (come aggetti e brise-soleil) che hanno la sola funzione di ridurre il
carico termico dell’involucro, l’ombra generata da un portico crea anche uno
spazio vivibile, aperto verso l’esterno ma protetto dagli effetti indesiderati della
radiazione.
Per valutare i benefici che tale spazio offre da un punto di vista termico e
luminoso, è opportuno esaminare l’effetto rispetto alle componenti della
radiazione che comprendono: la radiazione a onda corta (quella che chiamiamo
88
radiazione solare) che comprende la banda del visibile (= 0,4-0,76 μm) e
quella del vicino infrarosso (= 0,76-2,5 μm) che si traduce nelle componenti
diretta, diffusa e riflessa e la radiazione a onda lunga (chiamata anche
radiazione infrarossa), la componente ri-emessa sotto forma di calore (= 4 a
100 μm) sia dal cielo che dai corpi circostanti (superfici urbane verticali e
orizzontali). E’ importante capire in che modo tali componenti incidano a livello
microurbano, con quali effetti sul benessere (termico e visivo) dell’individuo, al
fine di capire quali strategie adottare per controllarle.
La radiazione diretta è legata alla posizione del sole nel cielo e quindi a fattori
quali latitudine e momento dell’anno e ora del giorno. L’intensità è dovuta
all’angolo di incidenza ed è tanto maggiore quanto più il raggio è perpendicolare
al piano. La radiazione diffusa dipende dalle condizioni del cielo, quando è
limpido corrisponde a circa il 15% della radiazione globale, mentre quando è
coperto al 100% (Olgyay, 1957). L’incidenza dipende da quanto la superficie di
riferimento vede il cielo (semi sfera superiore) e quindi sarà massima quando la
superficie è orizzontale senza ostruzioni.
La radiazione riflessa per superfici opache è uguale in tutte le direzioni e
dipende dal coefficiente di riflessione (albedo), determinato principalmente dal
colore. La radiazione riemessa (nel lontano infrarosso) non è visibile ma è
percepita sotto forma di calore.
La morfologia di uno spazio riesce quindi a controllare l’effetto della radiazione
incidente, mentre i materiali agiscono secondariamente, in modo indiretto,
modificando i flussi radiativi riflessi e rimessi.
Inoltre l’effetto della riduzione a onde corte (di cui una parte nello spettro del
visbile), determina anche una riduzione della luce naturale nell’ambiente che
può essere però in parte compensata dalle riflessioni in base al colore delle
superfici.
8.2.2 Il movimento dell’aria
Il vento è uno dei fattori climatici che influenzano maggiormente le condizioni di
benessere in uno spazio aperto ed il cui effetto è tra i più difficili da prevedere
con precisione, specialmente quando le superfici urbane presentano morfologie
complesse e sono necessari calcoli fluidodinamici CFD (“Computational Fluid
Dynamics”). Infatti persino lievi cambiamenti nella configurazione dello spazio o
della zona circostante può modificare la struttura del vento nello spazio.
Esistono però alcuni effetti già studiati che definiscono l’impatto del vento in
semplici configurazioni, rispetto all’orientamento stradale e della densità edilizia.
I dati più importanti sono la velocità media e la direzione del vento durante il
periodo in cui viene occupato lo spazio.
Se l’orientamento della sezione stradale è parallelo alla direzione del vento la
velocità aumenta rispetto agli edifici perpendicolari al vento.
89
Un portico (se addossato all’edificio e quindi il suo limite superiore è esposto
all’esterno) quando il vento soffia in direzione perpendicolare all’edificio può
fungere da frangivento deviandone il flusso d’aria.
Normalmente il caratteristiche del vento in un canyon urbano dipendono dal
vento al livello della copertura degli edifici (Nakamura and Oke, 1988;
Santamouris et al., 1999). E’ stato dimostrato inoltre che la correlazione tra
flusso di vento a livello del tetto e all’interno del canyon urbano è più marcata
per alte velocità del vento.
Il contesto climatico di riferimento per questo studio si considera come
caratterizzato da condizioni di calma di vento (secondo la scala di Beufort), per
cui non vengono effettuati calcoli fluidodinamici, ma si considera solo un flusso
convettivo calcolato attraverso un coefficiente di scambio convettivo (hc) per il
calcolo delle temperature superficiali. La variazione della velocità dell’aria (m/s)
viene invece inserita nel calcolo degli indici di comfort per capire in che misura
influenzi la sensazione di comfort di un individuo.
8.3 Le variabili geometriche
La geometria è il parametro che ha maggiore impatto sul controllo della
radiazione solare sia da un punto di vista sia termico che luminoso.
8.3.1 Le proporzioni
Figura 67. Le variabili dimensionali che identificano una porzione di spazio urbano
Numerosi studi hanno analizzato l’impatto della morfologia urbana in relazione
all’accessibilità solare sulle superfici (orizzontali e verticali) che costituiscono
l’invaso di uno spazio aperto urbano.
La valutazione dell’effetto della radiazione solare diretta in una determinata
configurazione urbana viene definita in termini di rapporti dimensionali tra :
l’altezza degli edifici (H), la distanza tra di essi (W) e la lunghezza (L) dello
spazio. Il rapporto tra questi parametri definisce le proporzioni dello spazio, in
cui se la lunghezza è molto maggiore delle altre due dimensioni non viene
considerata. Oke (1980), ha introdotto il concetto di canyon urbano, un profilo
verticale rettangolare semplificato di infinita lunghezza, utile per descrivere in
90
termini semplificati la struttura base di uno spazio aperto urbano (trascurando
così aspetti irrilevanti per l’influenza dei fattori climatici).
Tale modello è quindi definito attraverso le sue proporzioni: il rapporto tra
altezza e larghezza della strada (H/W) unito all’orientamento sono i parametri
che maggiormente influenzano il microclima.
Figura 68. Distribuzione schematica della radiazione solare incidente in configurazioni urbane
con diversi H/W : a) H/W=0, b) H/W=1, c) H/W>1 (rielaborazione da: Givoni, 1988).
In un’area aperta, la maggior parte della radiazione solare incidente viene
riflessa e in parte ri-emessa, dopo essere stata assorbita, come radiazione a
onda lunga verso il cielo. In un canyon urbano di media densità (H/W=1), parte
della radiazione riflessa colpisce altri edifici o il terreno e viene assorbita a
livello del suolo. Quando il canyon urbano è molto profondo, infine,
l’assorbimento avviene a un livello più alto rispetto alla strada e quindi, di
conseguenza, la radiazione riscalda in misura minore l’aria a livello del suolo.
Diminuendo il rapporto H/W si permette l’accessibilità solare invernale,
aumentandolo si incentivano le multi riflessioni a onda corta tra superfici urbane
(Nunez and Oke, 1977). Se da una parte le riflessioni permettono un aumento
della luce diffusa, dall’altra parte se la sezione stradale è profonda ma la
radiazione in estate riesce a raggiungere il suolo, parte del calore intrappolato
non viene re-irradiato verso il cielo e provoca surriscaldamento.
Ad ogni modo in un contesto urbano alle latitudini temperate un aspetto
primario da valutare è l’accessibilità solare in termini di guadagni solari invernali
e disponibilità di luce naturale durante tutto l’anno.
La necessità di protezione solare in estate e il bisogno di accesso solare in
inverno implicano, rispettivamente, compattezza e apertura verso il cielo. Oke
sostiene che esista una “zona di compatibilità” che assicura il compromesso tra
le contrastanti necessità stagionali. Secondo l’autore in una latitudine di 45°N
H/W=0,6 è il valore massimo per mantenere la superficie di una parete verticale
orientata a sud irradiata per i suoi due terzi durante il solstizio invernale. Più in
generale, per medie latitudini comprese tra 35 e 55°N, rapporti proporzionali nel
range tra 0,4 – 0,6 risultano in irradianza sul pavimento, pareti e individuo
rispettivamente pari a 58 - 75%, 42 - 55% and 27 - 36% del totale annuo.
91
Studi più recenti (Ali-Toudert and Mayer, 2005) confermano che canyon stradali
poco profondi e ampi (H/W ≤ 0,5) sono appropriati per i climi che necessitano
accesso solare durante il corso dell’anno.
Per verificare l’accessibilità solare bisogna sempre considerare le proporzioni in
relazione all’orientamento e valutare l’impatto della radiazione sulle superfici
orizzontali, verticali e quindi sull’individuo.
Arnfield (1990) l’influenza delle proporzioni (da 0,25 a 4) e dell’orientamento (NS; E-O) sull’irradiazione delle superfici urbane. La variazione H/W è
maggiormente responsabile della quantità di radiazione sul pavimento mentre
l’orientamento influenza la radiazione ricevuta dalle pareti. Inoltre l’impatto
dell’orientamento è più significativo in estate rispetto all’inverno.
Il controllo solare stagionale è più semplice per le pareti degli edifici orientate
verso sud (quindi strade disposte secondo l’asse E-O) poiché la loro
inclinazione verticale le definisce già predisposte a ricevere minore energia
solare in estate ed la massiva irradianza solare in inverno, poiché quasi
perpendicolari ai raggi solari.
Per l’individuo, l’orientamento influenza molto l’irradiazione. Per latitudini
elevate la posizione solare è bassa in inverno e crea un forte ostacolo. Quindi la
radiazione è ridotta in particolare per orientamenti E-O.
Figura 69. Studio che ha dimostrato l'influenza sul pavimento e le pareti e un individuo in uno
spazio urbano al variare di latitudine e orientamento e proporzioni (H/W=0.25, 0.5, 1, 2, 3, 4).
(Da: Arnfield, 1990)
In un clima come quello mediterraneo-temperato quindi creare degli spazi
intermedi ombreggiati senza ridurre la sezione stradale risulta la strategia
migliore per rendere uno spazio urbano confortevole durante la stagione estiva.
Nella modellizzazione del profilo del canyon urbano (H/W) classico si
aggiungono quindi le proporzioni (H/D) dello spazio di transizione se questo è
92
lineare (di lunghezza semi-infinita come la strada antistante).. Se invece lo
spazio è puntuale (come una loggia o un balcone) definito anche da limiti
verticali laterali, si identifica secondo il rapporto (H/D/L).
Risultati sperimentali dimostrano come l’uso di portici (A. Toudert, 2005) o altri
spazi di transizione lineari sia una strategia efficace per mitigare lo stress
termico a livello stradale specie in canyon stradali poco profondi. Essi infatti
riducono: la radiazione diretta e quella a onde lunghe emessa dalle superfici
intorno, in particolare dal terreno, sulla superficie corporea di un individuo.
Inoltre questa configurazione dell’edificio “auto-ombreggiante” riesce anche a
ridurre il carico termico negli spazi interni.
E’ stato evidenziato inoltre come la Tmrt dia una sintesi corretta dei flussi
radiativi che incidono su un individuo, mentre la temperatura dell’aria sia un
fattore secondario nell’influenzare il comfort termico, poiché essa non cambia in
modo significativo con il variare della geometria urbana (Ali-Toudert, F. –
Mayer, H. 2006a).
Figura 70. Configurazione di strade con portici (sopra) e distribuzione spaziale e temporale
dell’indice di comfort termico PET in canyon urbani con portici in sezioni stradali orientati E-W e
N-S in un giorno tipico estivo in una latitudine di 32°N (clima caldo secco). (Da: Ali-Toudert,
2005).
8.3.2 Il fattore di vista del cielo
Il fattore di vista del cielo (SVF, Sky View Factor) è in un certo senso
complementare al rapporto dimensionale tra superfici urbane (H/W-H/D), poiché
rappresenta l’area visibile del cielo. E’ un parametro adimensionale, compreso
93
tra 0 e1 (Oke, 1988), ed è usato per determinare gli scambi radiativi tra le
superfici e il cielo.
Molti studi hanno dimostrato che il raffrescamento notturno del tessuto urbano è
direttamente relazionato allo SVF, quindi ai rapporti dimensionali tra superfici
(Oke 1981, Arnfield 1990b, Eliasson 1993, Mills 1997). Quando la radiazione
solare non è più presente, quindi di sera e di notte, l’energia accumulate dalle
superfici urbane (facciate e pavimentazioni) viene rilasciata sotto forma di
radiazione a onda lunga provocando un innalzamento di temperatura nel cayon
urbano, che genera quello che viene chiamato effetto di isola di calore urbana.
In generale, quando lo SVF è basso il canyon si riscalda di più perché il calore
rimane “intrappolato”, mentre se lo spazio è più aperto il raffrescamento
notturno avviene più velocemente. Il riscaldamento delle superfici avviene poi in
funzione delle caratteristiche dei materiali che costituiscono gli spazi urbani
(cap.9.2)
Un basso valore di SVF, però, può essere dovuto anche ad altri fattori, quali la
presenza elementi ombreggianti quali di spazi di transizione o strade strette che
non permettono alla radiazione diretta di raggiungere il suolo e quindi si
riscaldano meno.
Se lo SVF della superficie orizzontale è elevato le temperature superficiali della
strada rimangono 0,5-1°C più basse rispetto alle facciate di notte (Santamouris
et al. 1999).
Uno SVF ridotto ha effetto anche sulla radiazione solare a onda corta poiché
incentiva le riflessioni multiple tra superfici che incrementano l’assorbimento
della radiazione. Dall’altra parte, però, tali riflessioni (specialmente se le
superfici sono di colore chiaro) aumentano la quantità di luce naturale.
Infine, se fin ora abbiamo parlato dello SVF riferendoci a delle superfici, esso
può essere anche riferito a un punto nello spazio, come il baricentro di un
individuo; in tal caso esso è un fattore importante che entra in gioco nella
valutazione degli scambi radianti tra la persona e il cielo. In termini di radiazione
a onda corta, esso rappresenta il fattore per cui viene pesata la radiazione
diffusa incidente, mentre rappresenta la porzione di angolare di vista del cielo
che scambia radiazione a onda lunga in funzione della differenza di
temperatura tra la superficie corporea e la volta celeste.
8.4 I fattori termo-fisici
I materiali esposti alla radiazione convertono la radiazione solare in calore, che
in parte si accumula e in parte viene riemessa in funzione delle loro
caratteristiche termo-fisiche. Quando si usano materiali non appropriati il calore
riemesso aumenta la temperatura ambiente sia di giorno che di notte e questo
fenomeno produce effetti negativi di surriscaldamento sia a livello urbano (isola
di calore) che a livello microurbano provocando discomfort termico per l’uomo.
94
Uno spazio ombreggiato permetterà di mantenere temperature superficiali
vicine a quelle dell’aria, mentre uno soleggiato raggiungerà temperature anche
doppie. In uno spazio semi-confinato l’individuo è circondato per almeno 3 lati
da superfici (copertura, pavimentazione, parete) la cui temperatura determina il
flusso di calore riemesso a onda lunga, una parte importante dei guadagni
termici, secondi solo a quelli dovuti alla radiazione diretta.
8.4.1 L’albedo e l’emissività
Albedo e emissività sono caratteristiche fondamentali per definire le prestazioni
termiche dei materiali che costituiscono la finitura superficiale di una
configurazione urbana.
L’albedo () è dato dal rapporto tra radiazione incidente riflessa e radiazione
totale, e rappresenta quindi la quantità di radiazione (diretta e diffusa) che viene
riflessa da una superficie in presenza di radiazione solare. E’ quindi definito
anche come il coefficiente di riflessione di un materiale; dipende dal colore e
dalla rugosità, e si attiva per lunghezze d’onda nella banda compresa tra 0,28 e
2,8 nm, che comprende il 98% della irradianza solare (Santamouris, ).
Ha un valore compreso tra 0 e 1 che corrispondono rispettivamente a una
superficie molto scura (come l’asfalto nuovo che riflette l’ 1% di radiazione) e
molto chiara (come la neve fresca il 90%).
Per le superfici opache, la porzione di radiazione che non viene riflessa, viene
assorbita viene poi ri-emessa sotto forma di radiazione a onde lunghe (calore),
in funzione dell’emissività del materiale.
I materiali con alto albedo sono quindi consigliati da numerose ricerche per
raffrescare le superfici esposte al sole. Mentre a livello urbano questo effetto è
significativo, poiché inoltre è stato dimostrato che l’uso estensivo di materiali
con un albedo alto possono ridurre il picco diurno delle temperature di circa 2°C
(Santamouris, 2008), a livello microurbano rispetto a un individuo però la
radiazione riflessa può avere effetti indesiderati in termini energetici (carico
termico) e di luminanze.
L’emissività () è definita come il rapporto tra la radiazione emessa dalla
superficie e la radiazione emessa da un corpo nero alla stessa temperatura. In
altre parole, rappresenta la velocità con cui un materiale di emette energia
termica convertita dalla radiazione a onde corte. In pratica tanto minore sarà
l’albedo, tanto maggiore sarà la radiazione assorbita.
La combinazione di albedo ed emissività permette di classificare i materiali
urbani in freddi e caldi.
I materiali freddi possiedono emissività e albedo elevati. Dal momento che la
maggior parte dei materiali usati in edilizia hanno emissività prossima allo 0,9
95
ciò che li rende “freddi” è l’albedo, il quale ha un valore tanto maggiore quanto
più una superficie è liscia e di colore chiaro, come ad esempio il marmo. Al
contrario una pietra come il porfido, rugosa di colore scuro, è un materiale
caldo. In regioni a clima mediterraneo bisogna sottolineare che se l’albedo è
molto basso, la radiazione riflessa potrebbe colpire le persone presenti nello
spazio con effetti di discomfort sia termico che visivo (abbagliamento).
L’uso di materiali freddi è preferibile soprattutto in estate poiché contribuiscono
ad abbassare la temperatura superficiale, in modo che si mantenga anche
durante il giorno su valori prossimi a quelli dell’aria.
Figura 71. Materiali caldi e freddi
8.4.2 La capacità termica
La capacità termica indica la capacità di un materiale di accumulare calore in
relazione alla sua massa. E’ quindi il prodotto della densità () per il calore
specifico (cp). A parità di calore specifico, maggiore è la densità, maggiore è la
quantità di calore che occorre per innalzare di 1°C la temperatura dell’unità di
volume del materiale.
Varia molto a seconda del materiale e va da 4180 kJ/kgK dell’acqua a 1000
J/kgK del calcestruzzo a 1.250 J/kgK della roccia. Mediamente tutti i materiali
edili di densità compresa tra 1500 e 2000 kg/m 3 hanno un calore specifico che
corrisponde a un quarto di quello dell’acqua.
Se consideriamo solo le differenze di capacità termica dei vari materiali, a parità
di albedo, si può concludere che il legno sia il materiale con le prestazioni
termiche peggiori, mentre il laterizio e la pietra sono più freschi (Dessì, 2008).
8.4.3 Diffusività termica
La diffusività termica, definita dal rapporto tra conducibilità termica e capacità
termica = /*cp, è il rapporto tra il calore trasmesso per conduzione e il
calore accumulato per unità di volume ed è espresso in m2/s. Quindi un
materiale con un’elevata conducibilità termica o una bassa capacità termica
avrà un’elevata diffusività termica. In altre parole, la diffusività rappresenta la
96
velocità con cui il calore si propaga per conduzione attraverso un corpo,
trasmettendo quindi una variazione di temperatura
Se il valore è alto significa che il calore si propaga velocemente (si estingue
rapidamente dalla superficie) mentre un basso valore significa che il calore è
prevalentemente accumulato nel materiale.
Per i materiali edilizi si passa da =0,13*10-6m2/s per il legno a =1,2 *10-6m2/s
per il marmo.
E’ un parametro importante poiché la temperatura delle superfici è determinata
dal bilancio energetico complessivo che tiene conto degli scambi radiativi ma
anche convettivi e conduttivi.
Figura 72. Grafico con gli effetti delle proprietà termofisiche dei materiali.
Valori elevati di densità anche se associate a conducibilità elevate che
permettono il passaggio del calore rendono il granito e il marmo molto simili e
con le prestazioni migliori. Durante il giorno le temperature superficiali salgono
molto oltre la temperatura dell’aria (circa 10°C) mentre durante la notte
scendono anche di 4-5°C.
8.5 I modelli di funzionamento
Le pavimentazioni e le facciate degli edifici sono i limiti orizzontali e verticali di
che costituiscono le superfici degli spazi urbani ad altezza uomo. Se è presente
anche un limite orizzontale ombreggiante, come nel caso di uno spazio di
transizione, è possibile prevedere il comportamento termico e radiativo di
configurazioni micro urbane definite in termini di materiali e di apertura o
chiusura verso il cielo. In particolare è utile per questo studio prendere in esame
i tipi di influenza che una copertura può avere sulla pavimentazione di uno
spazio.
97
La pavimentazione, infatti, è l’elemento che influenza maggiormente le
prestazioni ambientali di una configurazione specialmente in estate quando
viene colpita perpendicolarmente dalla radiazione solare nelle ore centrali della
giornata.
Figura 73. Schemi che mostrano il funzionamento di un'area ombreggiata di giorno e di notte (a
sinistra) e un'area schermata solo di giorno (a destra)
Si possono individuare due tipi di configurazioni:
- area ombreggiata durante il giorno e aperta verso il cielo la notte (in figura
73, a destra). La temperatura dovrebbe aumentare il meno possibile
durante il giorno e diminuire di notte grazie alla ventilazione e
all’irraggiamento. Le caratteristiche raccomandate sono elevata
emissività e capacità termica e albedo medio. Quindi i materiali
consigliati sono il calcestruzzo; ceramica; ghiaia; pietra.
- area ombreggiata durante il giorno e schermata durante la notte (figura
72, a sinistra). Le temperature dovrebbero aumentare il meno possibile
durante il giorno raffrescandosi sia di giorno che di notte per ventilazione
e/o umidificazione. Le caratteristiche raccomandate sono l’uso di
pavimentazioni raffrescate: porosità - elevata capacità termica combinata
con raffrescamento notturno - albedo medio. La strategia di base è
ridurre la radiazione solare assorbita e aumentare l’emissività.
9
Il metodo di analisi e valutazione
La progettazione della forma urbana è un aspetto chiave nella metodologia di
progettazione bioclimatica (Oke 1988; Ali-Toudert and Bensalem 2001). Il
metodo qui proposto si inserisce in questo contesto e si focalizza sulla
valutazione integrata delle potenzialità di controllo di diverse configurazioni di
spazi di transizione rispetto ai diversi effetti di tipo termico e luminoso del
principale fattore climatico: la radiazione solare. Viene infatti considerato
l’effetto integrato di radiazione diretta, diffusa e riflessa (a onda corta) e
riemessa nel lontano infrarosso.
98
Oggetto dello studio è quindi, in una prima fase, la valutazione delle capacità di
controllo della radiazione diretta attraverso la geometria, a cui viene aggiunto, in
una seconda fase, l’effetto dei materiali legato ad effetti indiretti (radiazione
riflessa ed riemessa all’IR), il tutto, nell’ultima fase, analizzato per i suoi effetti
sulla sensazione termica dell’individuo.
Le variabili e i fattori che descrivono il comportamento di uno spazio di
transizione rispetto alla radiazione solare a livello microclimatico sono:
variabili spazio-temporali: latitudine e orientamento;
variabili geometriche: proporzioni (altezza/profondità) e fattore di vista del
cielo (SVF);
fattori termo-fisici: coefficiente di riflessione delle superfici (albedo),
emissività e capacità termica;
Una volta definite le variabili il metodo consiste nell’individuazione di fasi di
valutazione (in ordine sequenziale e di complessità) alle quali vengono
associate strumenti per eseguire l’analisi (modelli semplificati o software di
simulazione più complessi).
Le prime due fasi comprendono entrambe valutazioni solari e luminose
evidenziando l’importanza della valutazione integrata considerata l’inscindibile
natura di radiazione diretta e diffusa.
La prima fase prevede la valutazione del controllo attraverso la geometria della
radiazione solare diretta e diffusa.
Viene quindi analizzato l’effetto della radiazione solare incidente considerando
esigenze di accessibilità solare invernale, di ombreggiamento estivo e di
disponibilità di luce naturale all’interno dell’edificio adiacente il portico.
La seconda fase intende valutare l’effetto dei materiali, variando in particolare il
coefficiente di riflessione solare e valutando il conseguente effetto, da una parte
in termini di temperature superficiali (riemissione IR), e dall’altro in termini di
modifica della luminosità degli ambienti interni dovuta alla multi riflessione della
luce. In questa fase viene proposto l’uso di uno strumento di simulazione termoradiativa, Solene Microclimat, il quale effettua il bilancio termico e radiativo alla
scala microurbana, permettendo di visualizzare i risultati su un modello
tridimensionale nelle loro variazioni spaziali e temporali. Per usare questo tipo
di software è richiesta una competenza specifica (in particolare perché non ha
ancora un’interfaccia grafica). Un’alternativa utile per valutare la temperatura
superficiale è la misurazione effettuate sul campo attraverso strumenti di rilievo
della radiazione IR come una termocamera (si veda l’Allegato B).
La terza fase valuta infine la variazione del campo radiante di uno spazio con
riferimento a un individuo e considerando quindi l’effetto combinato di geometria
e materiali attraverso il parametro che influenza maggiormente il comfort
termico, la Temperatura Media Radiante (Tmrt). La Tmrt rappresenta l’aspetto
più critico da valutare, in particolare negli spazi semi aperti dove è l’individuo è
all’ombra ma subisce anche l’influenza indiretta della radiazione solare dovuta
alle superfici circostanti esposte al sole.
99
Infine, dopo aver analizzato l’effetto dei flussi energetici sull’individuo nello
spazio, è possibile calcolare indici di comfort basati su equazioni di bilancio
termico, solitamente usati per gli spazi aperti (PET, BT). Tali indici non devono
essere assunti come valori assoluti ma solo come valori di tendenza
comportamento termico di uno spazio in relazione a un individuo con un
determinato metabolismo e vestiario, potendo variare la velocità del vento.
L’analisi del “comfort” o, per meglio dire, della sensazione termica dell’individuo
costituisce il punto di arrivo (almeno per questa ricerca) del metodo proposto,
intesa come sintesi dell’analisi quantitativa del comportamento ambientale di
uno spazio di transizione perimetrale. Consapevoli però che l’analisi ha
considerato solo un approccio fisico-fisiologico, tale metodo potrebbe essere
implementato aggiungendo valutazioni di tipo qualitativo che considerino la
componente psicologico-percettiva, la quale può arrivare a influenzare la
percezione del comfort anche fino al 50% (Nikoloupolou, 2001-2004).
Figura 74. Schema che descrive in modo sintetico il metodo di analisi e valutazione attraverso
le variabili, gli strumenti utilizzati in ciascuna fase.
9.1 La valutazione dell’effetto della geometria - la prima fase
In una prima fase vengono presi in esame strumenti grafici e programmi
semplificati per la valutazione dell’effetto della geometria che controlla gli effetti
della radiazione incidente, le cui componenti diretta e diffusa hanno un effetto
complementare che deve essere valutato quindi in modo integrato. Questa fase
rappresenta in un certo senso quella più importante da cui dipendono poi gli
effetti secondari della fase successiva. Per cui è importante una prima
valutazione e visualizzazione integrata degli effetti della radiazione dal punto di
vista termico e visivo, in modo da poter effettuare un predimensionamento di
uno spazio di transizione in un dato contesto urbano.
100
Figura 75. Valutazione integrata che si sintetizza le valutazioni della prima fase del metodo
(Elaborazione dell’autore utilizzando Heliodon2).
9.1.1 Il controllo della radiazione diretta
La valutazione del controllo della radiazione diretta deve comprendere diverse
scale di analisi, da quella urbana fino a quella microurbana.
Come già detto, la necessità di protezione solare in estate e il bisogno di
accesso solare in inverno implicano, rispettivamente, compattezza e apertura
verso il cielo. Oke sostiene che esista una “zona di compatibilità” che assicura il
compromesso tra le contrastanti necessità stagionali. Secondo l’autore in una
latitudine di 45°N H/W=0,6 è il valore massimo per mantenere la superficie di
una parete verticale orientata a sud irradiata per i suoi due terzi durante il
solstizio invernale. Più in generale, per medie latitudini comprese tra 35 e 55°N,
rapporti proporzionali nel range tra 0,4 – 0,6 risultano in irradianza sul
pavimento, pareti e individuo rispettivamente pari a 58 - 75%, 42 - 55% and 27 36% del totale annuo.
Studi più recenti (Ali-Toudert and Mayer,2005) confermano che canyon stradali
poco profondi e ampi (H/W ≤ 0,5) sono appropriati per i climi che necessitano
accesso solare durante il corso dell’anno.
Il controllo della radiazione diretta effettuato da un portico può essere attraverso
degli indici, calcolati in base alla % di ombreggiamento in inverno e in estate
rispettivamente rispetto alla parete del portico e al pavimento, che possiamo
chiamare di FO (fattore di ombreggiamento) e FS (fattore solare). Si possono
individuare per tutte le ore del giorno per tutte le ore dell’anno, utilizzando:
101
- maschere delle ostruzioni solari rispetto al suolo (estate) e rispetto al
baricentro della parete (inverno);
- software di modellazione 3d in cui si può vedere l’andamento giornaliero di
sole e ombra;
- software
come
Heliodon2
in
cui
è
possibile
visualizzare
tridimensionalmente il modello e visualizzare i valori relativi alle ore di
sole (h) e alla dell’irradianza sulle diverse superfici (kWh/m 2).
9.1.2 ll controllo della radiazione diffusa
La radiazione diffusa rappresenta la sorgente primaria di luce naturale, intesa
come proveniente dalla volta celeste.
Littlefair (2001) sottolinea l’importanza dell’avere un livello adeguato di luce
naturale in un ambiente interno, che deve essere verificato specialmente
quando il contesto urbano è molto denso. Nei suoi studi identifica dei valori
angolari limite per gli elementi ostruenti, oltre i quali si percepisce una riduzione
di luce naturale all’interno. Per latitudini tipiche di un clima temperato l’angolo di
ostruzione massimo va dai 25° (50-55° N) ai 35° (40-45°N).
Uno spazio di transizione adiacente un ambiente interno ha l’effetto di ridurre la
quantità di luce naturale in modo diverso a seconda della sua configurazione,
sia esso composto da un elemento fisso opaco o da lamelle, oppure combinato
con l’aggiunta di elementi verticali. Rispetto a un elemento di schermatura che
ha la sola funzione di ridurre il carico termico sull’edificio, lo spazio di tranzione
ha una profondità maggiore. Per questo motivo, è molto importante valutare la
riduzione di luce naturale che provoca all’interno.
Bisogna d’altra parte considerare anche l’effetto positivo che può avere
sull’interno. Infatti, se dimensionato in modo da non ridurre al di sotto di un
livello accettaibile la quantità di luce, può migliorarne la distribuzione
nell’ambiente, riducendo quindi la possibiità di abbagliamento dovuto a
eccessivi contrasti di luminanze (questo effetto è dovuto anche alla presenza
dei materiali che sarà oggetto di valutazione nel cap. 9.2.5).
Figura 76. Le componenti della luce naturale che determinano il FLD (CC+IC)
102
Il parametro comunemente usato per valutare la quantità di luce naturale in un
ambiente è il FDL (espresso anche con il simbolo "η"), definito come il rapporto
espresso in percentuale tra l’illuminamento dell’ambiente, Ei, e l’illuminamento
Eo che si ha nelle stesse condizioni di tempo e spazio, su una superficie
orizzontale esterna che riceve luce dall’intera volta celeste, senza irraggiamento
solare diretto.
E’ pertanto una grandezza che consente di valutare le condizioni di luce
all’interno dell’ambiente non in termini assoluti, ma in relazione alle condizioni di
illuminazione presenti all’esterno.
Il cielo, in quanto sorgente di luce, può avere diverse distribuzioni di luminanze
che hanno una estrema variabilità spaziale e temporale.
Per questo motivo si fa riferimento a delle condizioni standard sintetizzate da
modelli di “cieli di riferimento”. Il modello di cielo di riferimento utilizzato più
frequentemente è quello che fa riferimento alle “condizioni peggiori”, il
cosiddetto cielo coperto CIE.
Il Fattore di Luce diurna totale è il risultato della somma di da tre contributi di
illuminazione:
FLD= CC+CRE+CRI
Dove:
Componente cielo, CC (Componente del Cielo): quantità di luce che dal
cielo, considerato a luminanza costante, arriva direttamente nel punto
considerato, attraverso l’apertura della finestra.
Componente di riflessione esterna, CRE (Componente Riflessa Esterna):
quantità di luce che arriva dopo aver subito riflessioni causate da
superfici esterne (alberi, edifici vicini, ecc.).
Componente di riflessione interna, CRI (Componente Riflessa Interna):
quantità di luce che arriva dopo aver subito riflessioni dovute alle
superfici interne (pavimento, pareti, soffitto).
La presenza di un elemento schermante orizzontale continuo riduce la quantità
di luce e il rischio di abbagliamento creando un gradiente più soffuso nella
stanza (a sinistra). La presenza di un light shelf migliora ulteriormente la
distribuzione della luce nell’ambiente (capitolo 6.2).
103
Figura 77. Presenza di un elemento orizzontale e andamento qualitativo delle curve che
indicano la modifica del livello di luce diurna nella stanza. (Da: Tips for Daylighting with
windows, J. O’Connor, LBNL)
La normativa italiana (D.M. del 5 luglio 1975) impone che tutti i locali di
abitazione debbano avere un FLDm di almeno il 2% e ampiezza delle finestre di
almeno 1/8 della superficie di pavimento.
La norma UNI 10840/2007 suggerisce un metodo per il calcolo del un
FLDmedio (ηm) che deve essere calcolato per ogni apertura:
A=area della finestra
τ =fattore di trasmissione del vetro della finestra (vetro semplice=0,90, vetro
doppio=0,80);
ε = “fattore finestra”, frazione di volta celeste “vista” dal baricentro della finestra;
ψ =fattore di riduzione del fattore finestra della finestra (secondo un grafico
dato);
Stot = superficie totale delle pareti dell’ambiente (compresi soffitto e pavimento)
ρm =fattore di riflessione medio ponderato delle superfici dell’ambiente
Esso è in grado di descrivere le prestazioni luminose dell’involucro edilizio le
quali non dipendono dal livello di illuminamento esterno, ma solo dalle relazioni
geometriche tra punto considerato all’interno dell’ambiente e volta celeste (più
la componente riflessa).
La formula proposta dalla normativa è però semplificata. Infatti fornisce un
valore medio approssimativo poichè considera le luminanze uniformemente
distribuite sulla volta celeste (cielo uniforme) ed è semplificata, specialmente
nel considerare i fattori di riflessione (oggetto del prossimo capitolo) che
possono essere trascurati in una prima fase del calcolo.
Essa comprende però i fattori geometrici fondamentali che concorrono a
determinare la quantità di luce in una stanza.
Per valutare l’effetto sull’interno l’altro fattore importante sono le dimensioni e la
posizione delle aperture. Solitamente la dimensione delle finestre viene definita
come percentuale rispetto alla dimensione del muro in cui sono inserite (WWR,
ossia Window-to-Wall Ratio).
104
La dimensione della finestra deve per prima cosa garantire il rispetto della
normativa, secondo il requisito del regolamento d’igiene, RAI, per cui la
“superficie finestrata apribile non deve essere inferiore a 1/8 della superficie del
pavimento” (il rapporto cambia a seconda del comune di riferimento). Esso è
però legato più ai requisiti di illuminazione della stanza, mentre per quanto
riguarda la luce su un piano di lavoro è utile basarsi sul FLD.
Il protocollo LEED del Green Building Council Italia conferisce invece il credito
di illuminazione naturale per tutte le nuove costruzioni e ristrutturazioni se si
«raggiunge un valore FLD pari o superiore al 2% in almeno il 75% di tutti gli
spazi occupati in modo continuativo».
In questa prima fase di valutazione per confrontare diverse geometrie di spazi
di transizione si considera quindi solo il contributo della radiazione diffusa,
responsabile della Componente del Cielo del FLD (come se tutti i coefficienti di
riflessione fossero 0) a cui in seguito, attraverso dei calcoli precisi di
multiriflessioni, si può aggiungere la parte riflessa (IRC+ERC). In tal modo si
può avere un’idea dell’incidenza di una geometria.
Qui di seguito vengono illustrati gli strumenti che possono essere utilizzati per
calcolare la CC del FLD:
- la maschera delle ostruzioni generata rispetto all’altezza di un piano di
lavoro di h=0,80 m, con sovrapposta una “daylight dot chart”8 (DDC).
- il software Heliodon29, ultizzando la proiezione ortogonale, basata
sull’analogia di Nusselt per cui il valore di SVF calcolato dal software è
assimilabile alla Componente del Cielo del FLD .
In entrambi i casi la distribuzione di luminanze della volta celeste è quella del
cielo coperto standard CIE (in cui la luminanza allo zenit è tre volte maggiore di
quella all’orizzonte), come si può ben notare nella rappresentazione grafica
della DDC, in cui ogni punto rappresenta lo 0,1 % della dell’illuminazione
interna rispetto a quella esterna.
Se invece di usare questo tipo di cielo, si utilizza il Cielo Uniforme in cui i punti
sono distribuiti equamente nello spazio si può valutare la quantità di cielo non
ostruita, indipendentemente dalla posizione della finestra. Si ottiene quindi
quello che si può chiamare Fattore di Vista (o Sky Factor in Heliodon), il quale,
se calcolato all’altezza di visione di una persona in piedi (h=1,50) può essere un
fattore importante per la valutazione della percezione di uno spazio, influenzata
positivamente tanto maggiore è il contatto con un ambiente “naturale” esterno.
8
9
Fuller Moore, 1991
Per la relativa documentazione si vedano i riferimenti in Bibliografia.
105
Figura 78. Esempio di calcolo della CC su un piano (h=0,80) rispetto a un punto A sulla limite
della stanza (Elaborazione con Heliodon2 e con la DDC).
Figura 79. Esempio di calcolo del FV Heliodon su un piano (h=1,50 m) rispetto a un punto A sul
limite della stanza (Elaborazione con Heliodon2).
9.2 La valutazione dell’effetto dei materiali – la seconda fase
L’effetto dei materiali è costituito dalle proprietà caratteristiche della finitura
superficiale (albedo) di un elemento e dalle proprietà termiche dovute alla
composizione dello stesso (densità, calore specifico e conducibilità). Esse
hanno effetti sulle prestazioni termiche e luminose di uno spazio che vengono
valutate nei capitoli successivi. In particolare le prestazioni luminose vengono
analizzate nell’interno dove un individuo ha necessità di avere luce naturale in
quantità adeguate e ben distribuita; mentre nello spazio di transizione viene
simulata la temperatura superficiale degli elementi che costituiscono lo spazio
intermedio in modo da stabilire l’effetto di raffrescamento radiante dovuto
all’ombreggiamento. Mentre la luce naturale viene valutata utilizzando modelli di
cielo standard validi per tutte le ore del giorno (seppur attraverso un processo
complesso per valutare le inter-riflessioni), la temperatura superficiale deve
essere valutata nel corso di una giornata. Ciò significa deve essere utilizzato un
software che effettui la simulazione in regime dinamico, mentre in alternativa è
possibile effettuare un rilievo microclimatico con strumenti di misurazione
(Allegato B).
106
9.2.1 La simulazione termo-radiativa con solene-microclimat
Solene-microclimat è uno strumento di simulazione del microclima urbano
sviluppato al CERMA10, un laboratorio di ricerca della scuola di architettura di
Nantes.
Il modello permette di integrare la valutazione di aspetti solari, luminosi e
termici, attraverso una modellazione realistica dei fenomeni microclimatici in
ambiente urbano. Infatti, grazie alla creazione di un modello di cielo, si possono
valutare l’incidenza solare nelle sue componenti diretta e diffusa e l’energia
solare assorbita in seguito alle multi-riflessioni tra superfici (Miguet, 2000). In
seguito a recenti aggiornamenti (Bouyer 2009, Malys 2012), lo strumento
permette oggi di simulare l’influenza di diverse configurazioni urbane alla
microscala, valutando le temperature superficiali e il consumo energetico degli
edifici.
Il funzionamento di Solene è basato sul bilancio termo-radiativo delle superfici
urbane.
A differenza di altri software di simulazione esso considera la scala
microurbana, permettendo di effettuare valutazioni sul singolo edificio ma
tenendo presente anche il contesto, potendo osservare i risultati su modello
tridimensionale e visualizzarli nelle loro variazioni spaziali e temporali.
La griglia di simulazione tridimensionale calcola:
- la radiazione solare e i relativi flussi diretti e diffuse incidenti sulle superfici
della configurazione considerata e le inter-riflessioni solari;
- il bilancio globale infrarosso;
Il risultato finale sono i flussi termici e le temperature superficiali durante il
periodo simulato (secondo time-step definiti).
Le variabili climatiche sono quindi distribuite su una griglia tridimensionale.
E’ basato su una descrizione realistica della struttura microurbana usando un
modello geometrico tridimensionale le cui facce hanno proprietà termiche e
radiative assegnate.
9.2.1.1
Il calcolo dei flussi solari diretti e diffusi
L’energia solare diretta su una superficie è calcolata in funzione dell’altezza
solare (h) secondo la formula di Perrin de Brinchambault ponderata per l’angolo
di incidenza dei raggi solari sulla superficie (Miguet, 2000):
10
Centre de Recherche
d'Architecture de Nantes).
Méthodologique
d'Architecture
107
(Ecole
National
Supérieure
Il flusso solare diffuso corrisponde alla radiazione solare diffusa dalla volta
celeste. Essa è rappresentata sotto forma di una cupola geodetica di raggio
infinito che può essere più o meno discretizzata. Il flusso è quindi ripartito sulla
totalità della volta celeste in funzione della nuvolosità del cielo (figura 80).
Solene permette di utilizzare diversi tipi di cielo normalizzati (standard CIE) o di
calcolare le luminanze secondo la formula di Perez et al. (1993) che utilizza due
parametri per definire il grado di nuvolosità del cielo: il grado di limpidezza del
() e di luminosità ().
Figura 80. Rappresentazione della volta celeste (a sinistra), dstribuzione delle luminanze per
una latitudine di 40° alle ore 14 con un cielo chiaro CIE (in mezzo) e con un cielo coperto chiaro
= 1 ; = 0; 35 (a destra) (in seguito a: Bouyer, 2009)
9.2.1.2
Il calcolo delle inter-riflessioni
La radiazione solare incidente colpisce le superfici esposte mentre le superfici
non direttamente esposte ricevono energia attraverso un processo di
riflessione, in base al loro coefficiente di riflessione e alla loro posizione. Solene
calcola i trasferimenti di energia tra superfici utilizzando il metodo basato
sull’algoritmo chiamato radiosity, che considera tutte le riflessioni totalmente
diffuse e isotrope. Esso è basato sulle seguenti ipotesi (Miguet, 2000):
- nessuna radiazione riflessa verso la volta celeste;
- le caratteristiche radiative e la quantità di energia ricevuta ed emessa
sono uniformi per l’elemento considerato; ciò necessita di una
discretizzazione della scena studiata;
- tutte le superfici non trasparenti sono considerate opache e lambertiane11
Per la determinazione della radiosità è necessario valutare la relazione
geometrica tra le superfici che si traduce nel calcolo dei fattori di forma, Fij,
(adimensionali, compresi tra 0 e 1), secondo la relazione:
11
Esse riflettono la luce incidente in maniera identica in tutte le direzioni.
108
dove Ai e Aj sono le aree dei patch i e j, r2 è la loro distanza. i e j sono i
rispettivi angoli tra la normale dell’elemento e la linea che collega le due parti,
come mostrato in figura 81.
Ciascun “patch” della configurazione considerata scambia una quantità di
energia con gli altri punti della scena in misura proporzionale alla loro distanza
e al loro orientamento. Il processo quindi consiste nel “redistribuire” in modo
iterativo la radiazione riflessa da ogni “patch” a tutti quelli che sono visibili.
Figura 81. Definizione geometrica del Fattore di Forma (a sinistra) e bilancio radiativo di un
“patch” di superficie i (a destra), (Miguet, 2000).
La radiosità Bi (fig. 81) di un elemento è uguale all’emissione proveniente dalla
superficie stessa aumentata della parte riflessa dovuta all’irradiazione.
Gli elementi della scena simulata si comportano quindi come recettori e come
emettitori secondari di energia radiativa che viene così redistribuita all’infinito.
La visualizzazione dei fattori di forma dà informazioni utili riguardo le aree in cui
questi scambi avvengono con maggiore intensità.
Una procedura indipendente è utilizzata per calcolare il fattore di forma tra i
patch della geometria discretizzata e la volta celeste che prende il nome di
fattore di vista del cielo (SVF). Esso è calcolato come la somma dei fattori di
vista dei patch che costituiscono la volta celeste “visti” da un elemento,
normalizzato per l’angolo solido dell’emisfero (2π).
Il metodo di radiosity è usato per valutare due fenomeni:
- le inter-riflessioni solari sulle superfici considerate in base al loro
coefficiente di riflessione solare (o albedo, α);
- gli scambi radiativi all’infrarosso che possono essere considerati come un
processo di inter-riflessione dovuto alla differenza di temperatura delle
superfici (Ts) e alle loro emissività () secondo la legge di StefanBoltzmann. In questo caso tutte le superfici sono considerate emettitrici
primarie.
109
9.2.1.3
Il bilancio energetico di una superficie
Al fine di calcolare le temperature superficiali che determinano gli scambi
radiativi all’infrarosso Solene effettua il bilancio termico per ciascuna geometria
discretizzata, utilizzando un modello nodale di “parete” o “suolo” a seconda del
tipo di elemento considerato. Tale simulazione viene effettuata in regime
dinamico, per tenere in considerazione la capacità termica dei materiali che
costituiscono le superfici urbane. Di conseguenza, rispetto ai calcoli solari che
possono essere eseguiti in modo indipendente per una determinata ora del
giorno, il bilancio all’infrarosso necessita la considerazione di un intervallo di
tempo corrispondente alle ore totali della simulazione completa.
Considerato il carattere iterativo del bilancio termico, non è possibile prendere
in considerazione tutte le inter-riflessioni infrarosse come nel caso della
radiazione solare a onda corta. Esso si limita quindi a una sola riflessione,
sufficiente se si considera che le emissività delle superfici urbane sono
generalmente pari a 0,9.
Il bilancio completo all’infrarosso è costituito da diversi passaggi. All’inizio la
radiazione proveniente dal cielo è ripartita tra tutte le superfici che vengono
considerate nel processo di riflessione. Le iterazioni vengono poi eseguite tra i
bilanci termici di superfici e il bilancio radiativo, fino a quando le temperature
superficiali non convergono.
Per effettuare il bilancio termico di una superficie occorre definire capire come
si trasmette il calore all’interno dei vari strati, attraverso una modellizzazione
semplificata.
I componenti edilizi e urbani (in particolare parete, suolo) sono definiti
attraverso un modello termico nodale che permette di determinare la
temperatura superficiale effettuando un bilancio energetico in regime dinamico.
I modelli sono costituiti da resistenze e capacità termiche secondo un’analogia
elettrica.
110
Figura 82. Modello nodale di parete (a sinistra) e di suolo (a destra).
Il modello di una parete esterna è costituito da una resistenza (R) e due
capacità termiche, una interna (Ci) e una esterna (Ce).
La resistenza termica è calcolata come:
dove Rj è la resistenza termica dello strato j (m2K/W)
I profili di temperatura sono ipotizzati lineari in ciascuno strato della parete. A
partire da questa ipotesi le capacità termiche C (J/m2K) sono calcolate secondo
la seguente equazione:
dove j è la massa volumica (kg/m3) e cj è la capacità termica volumica (J/kgK)
e ej è lo spessore della dello strato j.
Bj si definisce per ciascuno strato secondo la seguente relazione:
Il suolo, definito secondo lo stesso schema della parete, è un modello monodimensionale a quattro nodi, secondo la schematizzazione in figura 82.
La differenza fondamentale sta nel fatto che le caratteristiche termiche
superficiali degli strati superficiali (Ci, Ce e R) sono definiti a seconda del tipo
di materiale che li costituisce, mentre le caratteristiche dello strato più profondo
(Cs e Rs) sono costanti. Infatti la temperatura alla profondità di riferimento T ,
111
supposta costante nel corso della giornata, è calcolata in funzione del giorno
dell’anno secondo l’equazione (Guyot, 1999):
dove z è la profondità (m), zd è la profondità d’ammortamento, t è il numero di
giorni dell’anno (0-365), t0 il giorno dell’anno corrispondente al minimo di onda
termica sulla superficie, sono le oscillazioni (=2π/365), Tm è la temperatura
media annuale (°C), At è la semiampiezza annuale dell’onda termica sulla
superficie, αs è la diffusività termica del suolo αs= (sol/sol*Csol )* 86400 (m2/j)
Il calcolo del bilancio energetico viene fatto in un periodo (uno o più giorni)
scelto in step orari (time-step). A ogni time-step il flusso solare netto (assorbito)
è calcolato tenendo in considerazione le inter-riflessioni.
Un metodo iterativo è applicato per determinare le temperature superficiali,
attraverso il bilancio termico tra i diversi flussi scambiati sullo strato superficiale
degli “elementi” della scena: il flusso convettivo, i flussi radiativi tra le superfici e
tra le superfici e il cielo e il flusso conduttivo.
I flussi radiativi (Rnet) derivano dal calcolo dei flussi solari e infrarossi. Il flusso di
calore latente (LE) non è considerato in questo studio.
Il flusso convettivo (H) è stimato a partire dalla temperatura dell’aria (Ta) (dato
meteo) e da un coefficiente di scambio convettivo superficiale (hc) calcolato in
funzione della velocità dell’aria.
L’equazione di bilancio termo-radiativo al nodo 1 corrisponde al bilancio di
flusso superficiale che rappresenta l’equilibrio tra i flussi interni (flusso
trasmesso per conduzione e flusso accumulato) e i flussi microclimatici esterni
(flusso convettivo, radiativo e latente).
9.2.2 La simulazione della luce naturale in un ambiente interno
In particolare gli spazi di transizione beneficiano molto di questo processo di
inter-riflessione. Infatti le superfici che non ricevono radiazione incidente grazie
al loro fattore di forma possono portare luce indiretta all’interno.
La valutazione dell’effetto dei materiali permette di capire come la presenza di
uno spazio di transizione possa influire sulla distribuzione della luce naturale
nell’ambiente interno, e migliorare l'uniformità.
112
Figura 83. Esempio di visualizzazione dei fattori di forma
L’uniformità è un parametro introdotto dalla normativa italiana, ed espresso
come il rapporto tra il FLD puntuale minimo e il FLD puntuale massimo:
U = ηmin / ηmax
dove:
ηmin= fattore di luce diurna minimo all’interno dell’ambiente
ηmax = fattore di luce diurna massimo all’interno dell’ambiente
Esso sempre secondo la UNI 10840:2007 dovrebbe garantire rapporti maggiori
di 0,16.
Un ulteriore parametro che è necessario controllare è l’abbagliamento che si
verifica quando la luminanza della sorgente luminosa è maggiore della
luminanza media del luogo in cui si trova l’osservatore, ovvero la quantità di
luce proveniente da una sorgente concentrata o diffusa supera la media
dell’illuminamento del luogo dove si riceve la luce. La presenza di
abbagliamento provoca in generale una situazione di discomfort. Per valutarlo
di utilizza l’indice DGI (Daylight Glare Index), definito sempre dalla norma UNI
10840:2000, ma esso non sarà oggetto di calcolo in questa ricerca. Si può però
dire che, in generale, la presenza di spazi ombreggianti antistanti una stanza
(nel caso anche uniti a vetri che attenuino la trasmissione luminosa) attenuando
la luminosità e rendendo più uniforme la luce, riducono i rischio di contrasto tra
luminanze.
9.2.3 Confronto tra simulazioni e rilievi sul campo
Le temperature superficiali in Solene microclimat vengono stimate a partire
dalla soluzione di un’equazione di bilancio termico (come visto nel capitolo
9.2.1.3)
In questo capitolo viene effettuato un confronto tra le Tse (°C) simulate con
Solene e le stesse rilevate con una termocamera a IR (utilizzata anche
nell’allegato A, in cui è descritto il metodo di rilievo microclimatico con tale
strumento).
L’obiettivo è quello di confrontare i dati rilevati con i risultati ottenuti con il
software, simulando le medesime condizioni, per verificare l’attendibilità dello
strumento.
Viene quindi proposto un modello di pavimento costituito da una superficie
orizzontale in parte schermata dalle h8 alle h16 (ora solare corrispondente al
113
periodo di rilievo) in modo da verificare l’andamento delle Tse al sole e
all’ombra durante il corso di una giornata calda estiva, in un contesto climatico
temperato.
Si descrivono qui di seguito i dati di input utilizzati per la simulazione.
I parametri fisici della geometria modellata:
- modello 3d discretizzato costituito da un pavimento esposto sia al sole che
all’ombra durante tutta la giornata.
- caratteristiche solari (albedo, emissività) e fisiche dei materiali (capacità
termica, conduttività e massa volumica).
Tabella 4. Caratteristiche termo fisiche dei materiali rilevati e simulati.
I parametri geografici:
- Latitudine 45°N
- giorno e ora della simulazione 01 agosto dalle 00 alle 23.
I parametri climatici:
- Ta (°C) e HR (%), dati della stazione meteo Arpa (via Juvara, Milano)
- Il flusso radiativo a onda lunga proveniente dal cielo è così calcolato,
secondo la formula di Monteith (1993) e quindi inserito nel file climatico:
- Il coefficiente di scambio convettivo, hc=10 (v≈1), calcolato secondo la
formula (Jurges, 1977):
Tabella 5. Dati di Ta, HR e Radiazione Globale rilevati e/o simulati il 1 agosto a Milano.
114
Figura 84. Confronto di Tse (rilevate e simulate) di asfalto e porfido al sole e all’ombra, Ta e
Radiazione Globale.
In figura 84 si nota come i materiali all’ombra seguano l’andamento della Ta, la
quale presenta una differenza trascurabile tra il rilievo sul campo e dalla
stazione meteo (usata come dato di input per la simulazione).
I materiali al sole seguono invece l’andamento della radiazione solare (Rad
Glo), e il fatto che la Tse simulata sia in entrambi i casi maggiore di quella
rilevata è dovuto principalmente alla radiazione solare che nelle simulazioni è
circa 100 W/mq superiore nelle ore centrali della giornata. L’asfalto, materiale
scuro con elevata capacità termica, è il materiale con il comportamento
peggiore confermando le aspettative sia nel rilievo che nella simulazione:
mantiene infatti una Tse elevata anche nel tardo pomeriggio a causa della
riemissione all’IR della radiazione assorbita. Il porfido, ha invece temperatura
più bassa a causa del maggiore albedo che riduce la radiazione solare
assorbita.
I risultati ottenuti possono quindi confermare la validità delle simulazioni che,
seppur con un margine di errore, forniscono valori che ricalcano l’andamento
della Temperatura Superficiale e sono quindi utili per i successivi confronti tra
diverse configurazioni i il portico.
9.3 La valutazione del benessere termico (la terza fase)
Le temperature superficiali ottenuta dal bilancio termo-radiativo sono quindi il
punto di partenza per poi determinare il benessere di un individuo.
Infatti diversi studi dimostrano che la Ta da sola è inadeguata come indicatore
delle condizioni termiche di un individuo (Ali Toudert, 2005) a livello
microurbano, poiché intervegono gli effetti diretti e indiretti della radiazione
solare che generano un campo radiante. Attraverso la determinazione dei flussi
solari e termici che incidono sull’individuo sintetizzati nella la Tmrt si ha una
prima idea della sensazione termica in uno spazio semi aperto, di cui si può
115
apprezzare la differenza rispetto alla Ta nei diversi momenti della giornata.
Inoltre si può confrontare l’influenza di diversi spazi urbani attraverso indici
universalmente utilizzati come il PET o il BT.
9.3.1 Il controllo del campo radiante
Una persona in ambiente urbano esposta al sole è soggetta ad uno scambio di
flussi radianti ad onda corta (radiazione solare) e ad onda lunga (radiazione
termica) che dipende dalla geometria dello spazio e dalle caratteristiche dei
materiali, in particolare dal loro albedo (che dipende dal colore e dalla texture).
L’effetto combinato di questi fattori determina infatti la formazione di un campo
radiante diverso per ogni configurazione di spazio di transizione analizzato.
9.3.2 Il calcolo della temperatura media radiante
Un fattore critico che concorre a determinare il comfort all’esterno è la
Temperatura media radiante (Tmrt) la quale rappresenta la somma dei flussi
radiativi a onda corta e a onda lunga assorbiti da un individuo. Essa, secondo
numerosi studi, è una variabile chiave nel valutare la sensazione termica
all’esterno indipendentemente dall’indice di comfort utilizzato (Mayer and Höppe
1987, Jendritzky et al. 1990, Mayer 1993, Spagnolo and De Dear 2003).
Può essere quindi considerata come una prima valutazione dell’effetto
combinato dei flussi solari (onda corta o SW) e termici (onda lunga o LW)
rispetto a un individuo localizzato in un punto dello spazio, come sintesi dei
flussi energetici esterni che incidono sul il bilancio termico di un individuo. La
Tmrt è, per definizione, la temperatura uniforme di un di un immaginario
ambiente nero (emettitore ideale) in cui un individuo scambierebbe la stessa
quantità di calore radiante dell’attuale ambiente non uniforme (ASHRAE, 2001).
Occorre però fare subito una distinzione rispetto al calcolo della Tmrt in uno
spazio semi aperto. Mentre per l’interno, infatti, la Tmrt rappresenta il valore
della temperatura delle superfici pesato rispetto alla posizione dell’individuo
nella stanza (solo radiazione LW scambiata), in uno spazio di transizione (come
per uno spazio esterno), il calcolo è decisamente più complesso, poiché
intervengono anche i flussi radiativi a onda corta. Inoltre, spesso, per uno
spazio interno la Tmrt è assunta uguale alla temperatura dell’aria (Ta). Questa
approssimazione non può rappresentare la realtà all’esterno. Infatti se un
individuo è esposto a condizioni soleggiate la Tmrt può superare anche di 30 °C
la Ta, e anche per condizioni ombreggiate la Tmrt può superarla di diversi gradi
per effetto delle componenti diffusa e riflessa della radiazione solare
(Pearlmutter, 1999, Ali Toudert, 2005) pur essendo comunque evidente il
vantaggio di proteggere l’individuo dall’esposizione al guadagno solare diretto.
116
Figura 85. Flussi a diversa lunghezza d'onda (SW+LW) che determinano la Tmrt in uno spazio
di transizione.
Figura 86. Fattori di vista per i quali devono essere pesati i flusi solari e infrarossi che si
possono calcolare attraverso il metodo proposto da Fanger (1970).
La mancanza di strumenti semplici e affidabili per determinare la Tmrt è quindi
una delle maggiori difficoltà per condurre complete analisi del comfort negli
spazi esterni.
La Tmrt all’esterno può essere calcolata in due modi:
- in modo empirico, attraverso il rilievo sul campo, misurando con un
globotermometro la Tg (temperatura del globo) e quindi calcolando la Tmrt
usando la formula data dalla ISO standard 7726. Esso pur essendo un
metodo impiegato in numerose ricerche, presenta dei limiti ed è il valore che
si ottiene non sempre è attendibile, in quanto sono necessari circa 20 minuti
per raggiungere l’equilibrio termico e come è noto, la temperatura e la
velocità dell’aria possono variare in modo rapido all’esterno.
-
in modo analitico con la seguente formula (Fanger, 1972):
in cui le superfici circostanti sono divise in n superfici isoterme.
117
Se l’individuo è esposto alla radiazione diretta Tmrt diventa T*mrt secondo la
seguente formula (Jendritzky et al. 1990):
Le componenti radiative che intervengono sono:
- Ei (W/m2), la radiazione a onda lunga emessa dalle superfici circostanti e
dal cielo che si ottiene: Ei = σB εi T4i dove σ è la costante di Stefan–
Boltzmann (σ=5.67*10-8 W/m2K4), e T è la temperatura superficiale;
Anche il cielo è considerato una “superficie” di cui viene determinata la
temperatura attraverso una formula: Tcielo=0,0552 * Ta1,5;
- Di (W/m2), la radiazione a onda corta diffusa e diffusa riflessa (dal terreno e
dalle superfici circostanti);
- ak, il fattore di assorbimento del corpo irradiato (dipende dal vestiario);
- εp, l’emissività del corpo umano (0,97);
- I, la radiazione solare diretta;
- fp, il fattore di proiezione in funzione di altezza solare ed esprime la
porzione di superficie corporea esposta alla radiazione diretta (Jendritzky et
al. 1990);
- Fi, i fattori (o angoli) di vista delle superfici rispetto all’individuo.
I calcolo degli Fi tra l’individuo e le superfici circostanti è forse l’aspetto più
problematico, ma anche di fondamentale importanza poiché definisce la
frazione di energia radiante che incide sull’individuo considerando la sua
posizione rispetto a una superficie.
Esiste un metodo semplificato (Jendritzky et al. 1990, Pickup and de Dear
1999) che si basa sulla divisione dell’ambiente da cui provengono i flussi
radiativi in due emisferi (rispetto al baricentro di un individuo in piedi), uno
superiore e uno inferiore, rappresentati rispettivamente dal cielo e dal terreno,
di cui ciascuno pesa Fi=0,5. Esso è però un’approssimazione utile per spazi
aperti senza significative ostruzioni. Questo metodo è utilizzato da alcuni
software, tra cui Rayman, che per l’oggetto di analisi di questo studio risulta
limitante. Rayman rimane comunque uno strumento utile poiché la Tmrt può
essere inserita come parametro di input per il calcolo successivo di un indice di
comfort termico come il PET (cap. 9.3.3). Esistono software più precisi
(SOLWEIG) che richiedono, però, la modellazione di un DEM (Digital Elevation
Model).
Per il caso di uno spazio porticato, in cui sono presenti superfici “ostruenti”,
geometricamente semplici, che devono però essere valutate in modo preciso,
può essere utilizzo di un metodo analitico introdotto da Fanger (1970) che
permette di determinare il fattore di vista tra una persona e una superficie
orizzontale o verticale rettangolare posta ad una distanza da essa. Sulla base di
118
questo, Cannistraro (1992) ha formulato degli algoritmi di interpolazione che
permettono di eseguire manualmente il calcolo.
In questo modo si può determinare il fattore di vista di ogni singola superficie
“vista” da un individuo, e quindi, calcolare anche il fattore di vista del cielo per
differenza, considerando che la somma di tutti i fattori deve essere uguale a 1.
9.3.3 Il calcolo di indici di comfort termico
Mentre il comfort termico in uno spazio interno è ben documentato (Fanger,
1970), sono attualmente in discussione metodi ed indici proposti capaci di
descrivere le sensazioni termiche vissute in ambienti aperti e semi-aperti,
distinte in percezioni di benessere, di disagio o di stress termico e gli opportuni
range di definizione. Bisognerebbe più propriamente parlare di comfort
polisensoriale (capitolo 7) ma ci si concentra sulla valutazione del comfort
termico in quanto lo stimolo termico risulta essere più importante degli altri.
Esiste inoltre la necessità di strumenti analisi e di valutazione condivisi, dati i
molteplici usi in differenti ambiti e discipline. Attualmente l’adozione di indici
ambientali pensati per ambienti confinati, con limiti evidenti facilmente
riconoscibili, convive con l’assunzione di modifiche in grado di considerare gli
apporti delle componenti di radiazione solare cui sono sottoposti oggetti e
persone in ambiente esterno.
La valutazione del comfort termico si interfaccia con una serie di problemi
metodologici, tra cui la determinazione della Tmrt menzionata sopra, la
mancanza di indici creati per l’esterno, la difficoltà di interpretazione rispetto alla
reale sensazione delle persone.
Inoltre bisogna considerare che le differenze tra interno ed esterno (si veda
anche capitolo 7.2). In particolare, mentre in un tipico spazio interno Tmrt è
uguale a Taria, il movimento dell’aria è debole e le attività sono soprattutto
sedentarie, all’esterno possono esserci diverse condizioni di Tmrt nello spazio e
nel tempo, maggiori velocità del vento e diversi livelli di stimolazione
ambientale.
Un indice di comfort termico è un parametro che combina diversi fattori (Ta, RH,
v, flussi di radiazione, etc) in un’unica variabile che somma i loro effetti
simultanei alla reazione fisiologica del corpo (Givoni 1976, ASHRAE 2001a).
Bisogna ricordare che gli indici di comfort si basano su un regime stazionario,
valutando le condizioni che si avrebbero dopo l’acclimatamento, cioè dopo che
il corpo ha trovato un equilibrio con l’ambiente esterno, che in estate è più breve
rispetto all’inverno.
Vengono qui di seguito presentati due indici basati entrambi sull’equazione di
bilancio energetico del corpo umano che sono il PET il Bilancio Termico (BT),
entrambi misurati facendo riferimento al baricentro di una persona in Europa (h
1,1m da terra).
119
Il Bilancio Termico
Il Bilancio Termico (BT) è basato sugli scambi termici sull’organismo e il suo
intorno e misura l’equilibrio. Il valore nullo corrisponde alla neutralità, che
significa che le perdite di energia bilanciano i guadagni; il corpo non ha né un
deficit né un surplus di energia e si trova quindi in condizione di bilancio
termico. Una persona raggiunta a mezzogiorno da radiazione solare diretta, il
bilancio potrebbe avere un bilancio termico superiore a 150 w/m 2 e ciò significa
che per arrivare alla neutralità dovrebbe espellerne altrettanti.
Una scala di valori indica come stimare i valori di bilancio termico (figura 87).
Ovviamente più ci si allontana dal valore zero più ci si allontana dalle condizioni
di comfort. Il meccanismo utilizzato dall’organismo per regolare la temperatura
interna rispondono all’equazione di bilancio termico:
La formula del Bilancio Termico contiene le forme di calore prodotte e cedute e
gli scambi tra uomo e ambiente in termini di:
BT = M + Kabs + Labs - (CV + EV + TR)
dove:
- M è il calore prodotto per attività metabolica;
- Kabs e Labs sono rispettivamente la radiazione solare e la radiazione
termica assorbita
- Cv sono gli scambi convettivi con l’aria;
- EV sono le perdite per sudorazione;
- TR è la radiazione termica emessa
La componente Kabs + Labs comprende gli scambi per radiazione diretta,
riflessa, diffusa e ad onda lunga (con le superfici e con la volta celeste) gli
scambi radianti che sono quelli che concorrono a determinare la Tmrt.
Negli scambi per convezione (Cv) interviene la velocità e la temperatura
dell’aria.
Attraverso questo indice si possono confrontare direttamente l’incidenza dei
flussi termici sull’individuo.
Tutti questi flussi e quindi il BT si possono calcolare con il foglio di calcolo
semplificato COMFA+ 12.
12
Originariamente ideato da Brown e Gillespie (Brownn, 1986; Brown, 1995) e implementato da
A.Angelotti e V. Dessì (Politecnico di Milano).
120
Figura 87. Condizioni di comfort calcolate con l'indice di Bilancio Termico (o Budget).
Il PET
Il PET (Physiological Equivalent Temperature o Temperatura Fisiologica
Equivalente) è basato sull’equazione di bilancio termico13 più alcuni parametri
del modello a due nodi14 di Gagge (1971). Attualmente è l’indice più adottato
per l’analisi degli spazi esterni.
E’ definito come “la temperatura alla quale, in un tipico ambiente interno (senza
radiazione solare e vento), rimane soddisfatto il bilancio termico del corpo (con
un livello metabolico dato da attività leggera, 80 W da aggiungere al
metabolismo basale, e con una resistenza termica del vestiario pari a 0,9 clo),
con le temperature del corpo e della pelle uguali a quelle che si avrebbero nelle
condizioni da valutare” (Hoppe e Mayer, 1993). Questo indice valuta le
sensazioni termiche percepite nell’ambiente esterno in riferimento alle
esperienze avute in ambienti confinati dove si considera Tmrt uguale alla Ta.
Nel bilancio termico del PET come i flussi solari (espressi nel BT come Kabs e
Labs) sono sintetizzati nella Tmrt ed espressi in °C. La Tmrt è infatti il
componente che ha maggior peso nella determinazione del risultato, ottenuto
combinandola con la Ta, Vp e Varia.
Il PET definisce un range di comfort termico che è stato dimostrato non essere
uguale per tutti i climi.
In Italia si può considerare un range di comfort tra 18 e 28°C.
Si può calcolare utilizzando il software gratuito Rayman.
13
Basato sul modello MEMI (Hoppe e Mayer, 1987)
I modelli a due nodi considerano lo scambio di calore tra l’interno del corpo e la pelle e tra la
pelle e l’ambiente esterno.
14
121
Figura 88. Classi di stress termico (considerando un tasso metabolico di 80 W e una resistenza
del vestiario di 0,9 clo) modificate (in seguito a: Matzarakis e Mayer, 1996)
Entrambi i gli indici, ma in particolare il PET, espresso in °C, ha il vantaggio di
correlare la Tmrt ad altri fattori tra cui in particolare la Ta.
Inoltre gli indici di comfort termico hanno il vantaggio di includere la velocità del
vento osservando come varia la sensazione termica (anche se viene
considerata sempre una calma di vento in questo contesto climatico).
E’ quindi possibile fare riferimento agli indici come metodi analitici, pur
riconoscendone i limiti e quindi adottarli per valutare in modo relativo un
ambiente termico, cioè per effettuare confronti tra configurazioni, assumendo il
risultato come valore di tendenza.
10 Il modello di studio
Il modello di riferimento è situato ad una latitudine di 45°N, in cui le condizioni
climatiche della città di Milano sono state scelte come riferimento, in quanto
ritenute esemplificative del contesto climatico mediterraneo-temperato.
L’oggetto delle valutazioni sarà qui di seguito chiamato portico in quanto
archetipo rappresentativo di una configurazione spaziale perimetrale (come
visto nella parte 1). L’asse su cui è orientato il modello è quello E-O, quello cioè
per cui il portico è considerato efficace per la latitudine considerata, rispetto alla
protezione solare nel corso di una giornata estiva.
Le valutazioni da un punto di vista termico considerano come riferimenti estivo il
21 giugno e invernale il 21 dicembre (dei quali si considera sempre l’ora solare),
mentre da un punto di vista visivo si considera il cielo coperto standard CIE per
la luce naturale e uniforme per la vista.
122
10.1 Descrizione e limiti di applicabilità del modello
La complessità delle valutazioni sta nel considerare il livello micro-urbano come
intersezione tra la scala architettonica e urbana per cui è importante seguire la
sequenza delle analisi indicate nel metodo.
Le valutazioni infatti considerano in primo luogo la scala urbana comparando
diversi tipi di sezioni stradali (in termini di H/W) rispetto all’accessibilità solare.
Rispetto all’edificio il portico quindi viene analizzato nella sua configurazione
spaziale tridimensionale, riprendendo le variabili morfo-tipologiche (definite nel
capitolo 4.1).
Rispetto alla forma (vista frontale), il portico è considerato a scala della stanza,
e ciò significa che la sua altezza (3m) è relativa a un piano di un edificio mentre
rispetto alla proporzioni occorre fare una riflessione riguardo il significato dei
termini puntuale e lineare da un punto di vista ambientale.
Da un punto di vista di analisi ambientale infatti le proporzioni definiscono la
capacità di controllo della radiazione incidente.
La geometria di uno spazio è quindi responsabile di quello che possiamo
chiamare “effetto d’angolo” dovuto all’incidenza della radiazione durante il corso
della giornata: le diverse posizioni che il sole assume durante la giornata
creano all’interno di uno stesso spazio delle aree con diversi gradi di
ombreggiamento, in base anche alla stagione dell’anno.
Si prenda come riferimento un edificio orientato a sud in cui il portico controlla
l’incidenza della radiazione solare diretta durante il corso della giornata (o
meglio in modo simmetrico rispetto al mezzogiorno dalle ore 8 alle ore 16).
L’effetto è più significativo d’estate poiché riduce progressivamente l’area di
spazio ombreggiato, specialmente nelle ore pomeridiane in cui è più
desiderabile proteggersi dal sole, mentre d’inverno, al contrario, le angolazioni
laterali aumentano l’accessibilità.
Figura 89. Figura 89. Effetto dell’ombreggiamento nel corso della giornata (h 8-16) il 21 giugno
(a sinistra) e il 21 dicembre (a destra) rispetto a uno spazio di transizione lineare.
123
Figura 90. Effetto dell’ombreggiamento nel corso della giornata (h 8-16) il 21 giugno (a sinistra)
e il 21 dicembre (a destra) rispetto a uno spazio di transizione puntuale.
Considerando il 21 giugno come giornata estiva di riferimento possiamo quindi
osservare come “l’effetto d’angolo” permetta di definire i limiti di controllo
ambientale di uno spazio in base al suo comportamento rispetto alla radiazione
solare diretta incidente. Osservando la sovrapposizione delle ombre in figura 90
si può notare come uno spazio di transizione puntuale sia inefficiente dal punto
di vista dell’ombreggiamento (se non esclusivamente alle ore 12 quanto il sole è
frontale).
Se infatti l’obiettivo per cui si progetta uno spazio transizione è quello di creare
uno spazio confortevole per la sosta in ombra in estate, bisogna assumere che
un’area di pavimento sia ombreggiata in modo uniforme durante tutta la
giornata (o almeno le ore centrali) .
Una configurazione puntuale potrà quindi raggiungere tale obiettivo solo se si
aggiungono pareti laterali. Questo accorgimento produce un ombreggiamento in
estate, ma al contrario, in inverno limita l’accesso solare, per cui tali pareti
dovranno essere totalmente removibili o costituite da lamelle regolabili. Per
quanto riguarda uno spazio lineare è invece sufficientemente dimensionare la
lunghezza che deve poter garantire un’area ombreggiata in modo uniforme
durante tutto il corso della giornata (considerando un intervallo orario dalle 8
alle 16). L’influenza dell’effetto d’angolo ovviamente decresce all’aumentare
della lunghezza, in particolare considerando anche l’effetto dei materiali (e
quindi il fattore di vista di spazi al sole e all’ombra). Per questo motivo in queste
valutazioni uno spazio H=3m si ipotizza di lunghezza L=50m se lineare (in
quanto modello teorico) e di L=5m pari alla larghezza dello spazio interno e con
elementi laterali di dimensioni di pari alla profondità dello spazio.
Fatte queste considerazioni uno spazio lineare o puntuale vengono considerati
separatamente o meno a seconda del tipo di valutazione come vedremo nei
capitoli seguenti.
124
Figura 91. Effetto della radiazione giornaliera in uno spazio dimensionato come lineare il 21
giugno (Elaborazione con il software Heliodon2).
Rispetto alla posizione il portico analizzato rispetto al livello si trova al piano
terra, anche se nella fase 1, dal punto di vista del controllo solare potrebbe
essere anche a un piano superiore cambiando il livello del suolo considerato.
Rispetto al grado di inclusione esso può essere incluso o addossato a seconda
del trattamento dei suoi limiti geometrici:
- Il limite superiore (orizzontale) e i limiti laterali (verticali) definiscono il
rapporto con il cielo e quindi grado di protezione e visione. In particolare, per
la valutazione dell’aspetto luminoso/visivo viene variata anche la tecnologia
utilizzata, venendo quindi definiti:
continui se costituiti da una elementi opachi e, se il portico è
addossato, possono essere removibili; se invece il portico è incluso
sono parte integranti del volume dell’edificio (modificandone la
compattezza).
discontinui, se costituiti da lamelle regolabili, per cui lo spazio può
essere solo addossato.
Questa distinzione è considerata solo per la valutazione dell’aspetto termico
invece si considera solo come se fosse incluso, poiché viene tralasciato l’effetto
del trasferimento della calore per conduzione attraverso la copertura (mai
colpita dalla radiazione), che svolge solo la funzione ombreggiante.
-
il limite verticale che confina con l’interno è costituito dalla parete
dell’edificio, elemento fisico di separazione tra l’interno e l’esterno.
L’apertura è posizionata sul piano verticale ad un’altezza di 0,80 m da terra
(la stessa altezza del piano di lavoro) e ha una dimensione di 5m x 1,5 m (L
x H) che costituisce il 50% della parete. Non viene considerata la presenza
di un vetro, ossia il coefficiente di trasmissione luminosa tL è uguale a 1.
Dal punto di vista termico il limite verticale è caratterizzato secondo il
modello nodale di parete (capitolo 9.2.1.3). Nelle analisi quindi il termine
“parete” si riferisce a questo limite.
125
-
Il limite inferiore è rappresentato dalla superficie a contatto con il terreno per
quanto riguarda gli scambi termici, considerato secondo il modello nodale di
suolo (descritto nel cap. 9.2.13).
Nelle analisi quando si usa il termine “pavimento” ci si riferisce a questo
limite.
WWR=50%
Figura 92. Modello con riferimento in cui il portico è lineare e puntuale e dimensioni
10.2 L’effetto della geometria (fase 1)
Le variazioni della geometria dal punto di vista solare vengono analizzate in uno
spazio lineare, considerandolo quindi in sezione secondo le sue proporzioni
H/D.
126
Figura 93. Schema del campo di radiazione/ombreggiamento di un portico al variare della
sezione dello spazio aperto antistante il 21 giu e il 21 dic .
In base al controllo di radiazione solare diretta nell’orientamento E_O a scala
urbana è necessario valutare l’accessibilità invernale per si possono delineare
due situazioni, una di maggiore apertura, ossia dove H<W, e una invece
rappresentativa quindi di un contesto urbano più denso in cui H>W.
In particolare da questa prima analisi si possono identificare due casi limite
rispetto al 21 dicembre alle h 12:
- il contesto A : H/W 0,4 completa accessibilità solare invernale
- il contesto B : H/W > 0,4, limitato accesso solare invernale
Nel caso B quindi il contesto non permette al portico di ricevere guadagni
invernali e può avere semplicemente la funzione di ombreggiamento estivo
mentre i guadagni invernali sono totalmente compromessi.
A scala edilizia, si considera quindi l’efficacia di un portico (considerando il
contesto A), come se non ci fossero ostruzioni all’accessibilità solare, per
valutare l’influenza delle proporzioni (H/D) del solo portico durante il giorno.
Vengono quindi calcolati due coefficienti: uno che individua la percentuale di
parete al sole in inverno, chiamato Fattore Solare (FS) e l’altro che individua la
percentuale di ombra sul pavimento in estate, chiamata Fattore
Ombreggiamento (FO). Rispetto all’orientamento E-O in estate le ore 12 sono il
momento di maggior incidenza solare ma, come si può vedere in figura 94,
sono anche l’orario in cui FO è minimo, per cui si possono considerare il
momento più critico di una giornata estiva.
Figura 94. Effetto di diversi H/D in termini di F.O in estate e F.S. in inverno dalle ore 8 alle ore
16 in uno spazio lineare.
Le ore mattutine e pomeridiane forniscono un ombreggiamento che aumenta in
modo simmetrico rispetto al mezzogiorno (ora solare) incrementando la
profondità dell’area ombreggiata (visibile quindi in sezione) del pavimento.
127
Queste considerazioni sono valide in uno spazio lineare stante le considerazioni
relative all’effetto d’angolo (capitolo 10.1) e in uno spazio puntuale in cui gli
schermi laterali devono avere un assetto variabile (mobili, a lamelle orientabili..)
per non ridurre il FS in inverno.
Per visualizzare l’effetto della combinazione di diverse sezioni stradali (H1/W) e
proporzioni del portico (H/D) si veda l’Allegato A.
Per quanto riguarda la riduzione della luce diffusa e quindi della luce naturale
all’interno basandosi sul solo effetto geometrico, la valutazione deve essere
valida per tutto il corso dell’anno (condizioni d cielo coperto), per cui è
necessario analizzare separatamente uno spazio puntuale e lineare.
Per il confronto utilizziamo l’indicatore Componente del Cielo (CC), ossia il
rapporto tra illuminamento esterno ed interno su un piano di lavoro (h=0,80).
lo SVF in condizioni di cielo coperto.
Figura 95. Componente del cielo (CC) per diverse configurazioni su un piano di lavoro (h=0,80).
Un portico lineare con H/D=1 rispetto a un RC riduce la percentuale di CC in
media del 78%, ha lo stesso spazio puntuale la riduce dell’86%, poiché le pareti
laterali diminuiscono l’angolo di vista del cielo ai lati. La condizione peggiore è
comunque determinata dall’aumento della profondità, definita dal rapporto
H/D=0,5 di cui è stato riportato solo il caso lineare poiché la riduzione arriva già
al 96% del RC. In particolare le condizioni peggiori si hanno nella seconda metà
della stanza (3-6m) in cui, nel RC la CC è in media del 3,4%, in H/D=1_Lineare
è dell’1%, in H/D=1_Puntuale è di 0,7 %, mentre nel caso di H/D=0,5 scende a
0,5%. Sempre nel caso di massima profondità considerata la CCm rispetto al
piano di lavoro è pari a 0,8%, mentre nel caso H/D=1_Lineare la CCm è di 2,4
% che di riduce a 1,5% nel caso H/D=1_puntuale.
Quindi se si considera il solo effetto della geometria, i valori della CC, come
detto in precedenza, corrispondono al FLD, assumendo in questa prima fase
che tutti i coefficienti di riflessione delle superfici siano pari a circa 0.
Tali valori sono comunque riportati solo a scopo comparativo poiché dovrebero
128
comunque essere ridotti rispetto al coefficiente di trasmissione luminosa del
vetro (almeno di un 10-15%) e incrementati della percentuale relativa alla
componente riflessa che si vedrà nella fase successiva.
A conclusione di questa prima fase di analisi viene riportato nel grafico
sottostante l’effetto integrato delle diverse valutazioni, a scopo di visualizzare
l’andamento dei diversi indicatori al variare delle proporzioni del portico. FO e
FS sono considerati rispetto alle h12, il CC è considerato sulla parete (D=0m,
h=0,80). Inoltre è stato aggiunto il Fattore di Vista (FV) sempre sulla parete ma
ad altezza della vista di una persona (h=1,50). Il grafico è riferito al solo caso
lineare in un contesto in cui il portico non subisce l’influenza delle ostruzioni
interne (H/W 0,4).
Figura 96. Effetto integrato delle diverse proporzioni (caso di portico lineare).
Ci troviamo quindi di fronte a dei casi limite che non bilanciano i diversi requisiti:
- Se la profondità è doppia rispetto all’altezza (H/D=0,5): se l’altezza H=3 la
profondità dello spazio ombreggiato sarà pari a 4,8 m, ma solo i 0,60 m
della parete riceveranno guadagni solari in inverno. Tale porzione è
quella che però non contribuisce all’illuminamento interno (poiché si
trova al di sotto del piano di lavoro). Tale configurazione è svantaggiosa
anche nel contesto di tipo A, a meno che non venga realizzata almeno in
parte con elementi mobili che in ogni caso quando è necessario
ombreggiare ostruiranno l’ingresso di luce naturale. Per cui in questo
caso il requisito di luce naturale interno dovrebbe essere minimo (es.
spazio di distribuzione).
- se l’altezza è doppia rispetto alla profondità (H/D=2): se H=3, lo spazio
ombreggiato sarà 0,6 m, utile quindi alla sola schermatura dell’involucro
come un aggetto; anche se H=6m (con uno spazio interno fosse a
doppia altezza) l’ombra sarebbe comunque ridotta pari cioè a 1,2 m,
profondità in cui è difficile svolgere attività situate. Tale configurazione è
comunque consigliata se il contesto urbano è molto denso (caso B) in cui
la presenza di uno sporto ha il vantaggio di ridurre il carico da
129
raffrescamento dell’edificio e proteggere dalla pioggia e dal sole i
passanti.
- L’altezza è pari alla profondità (H/D=1): questo è il caso più bilanciato con
il FO che eguaglia il FS ed entrambi sono maggiori del 50%, per cui se
H=3 l’ombreggiamento è di 1,80m, lasciando la parete libera della stessa
dimensione, di cui la parte utile ai guadagni solari corrisponde alla
porzione vetrata (1,80-0,80=1m).
Gli altri casi possono comunque essere definiti per interpolazione delle diverse
configurazioni.
10.3 L’effetto dei materiali (fase 2)
Fatte le analisi precedenti in questa fase si cerca di capire come l’effetto dei
materiali possa incrementare o diminuire l’effetto raggiunto con la geometria, il
quale rimane in ogni caso preponderante.
10.3.1 Il FLD e l’Uniformità nello spazio interno
Le valutazioni sono state effettuate in un contesto di tipo A, per valutare l’effetto
dei materiali dovuto solo alla presenza del portico.
Rispetto ai casi precedenti, viene considerato solo il caso ritenuto significativo,
cioè quello bilanciato rispetto ai requisiti, H/D=1, tenendo presente che, per
proporzioni superiori, i risultati producono un FLD maggiore, a scapito però
dell’uniformità. Dal punto di vista dell’illuminazione di un ambiente interno
l’obiettivo primario è comuneque quello di garantire un FLD medio al di sopra
della soglia minima per l’attività specifica.
Il modello viene considerato con l’aggiunta dell’effetto delle inter-riflessioni
usando il software Solene (capitolo 9.2.1.2). Vengono quindi aggiunte due
configurazioni, una puntuale discontinua e una lineare discontinua, cioè
costituite da lamelle nei loro limiti orizzontali e verticali laterali (solo in quella
puntuale).
Lo spazio interno è caratterizzato da coefficienti di riflessione considerati
standard (0,2 pavimento, 0,5 pareti, 0,8 soffitto).
130
Figura 97. Combinazioni di coefficienti di riflessione superficiale analizzate.
Il portico viene invece simulato considerando quattro possibili casi che
rappresentano combinazioni d coefficienti di riflessione sul soffitto e sul
pavimento (ed eventualmente, sulle pareti laterali).
Figura 98. Componente del cielo, CC + Componente riflessa interna ed esterna IC (CRI e
CRE)= FLD
Figura 99. Casi analizzati e distribuzione del FLD su un piano (h 0,80) nei due casi in cui il
coefficienti di riflessioni sono medi o alti.
I casi 2 e 3 hanno valori compresi tra i casi 1 e 4, per cui i valori possono
essere ricavati dall’interpolazione degli estremi.
In figura 99 i casi analizzati sono riportati secondo un ordine che va da quello
con un FLD minore a quello con il FLD maggiore, ossi da quello puntuale
continuo a quello lineare discontinuo.
131
Figura 100. FLD a 0, 3 e 6 m all’interno della stanza, FLDm e Uniformità.
E’ interessante notare l’incremento dovuto alle riflessioni nelle parti più profonde
della stanza (che erano ovviamente le più critiche). Si può vedere come in
seguito alle riflessioni risultano le zone che beneficiano maggiormente di tale
effetto.
Esaminando le componenti CC e CI separatamente si può notare qual è il
contributo al FLDm e nei diversi punti della stanza nelle diverse configurazioni.
Nelle configurazioni puntuale e lineare continuo i contributi % di CC e IC
rispetto al totale DF sono:
- media: 48% CC e 52% CI (caso 1) e 34% e 66% (caso 4)
- punto medio (3m): 40% CC e 60% IC (caso1) e 28% e 72% IC (caso4)
- punto in fondo (6m): 23% CC e 77% CI (caso1) e 18% e 82% (caso 4)
In particolare se puntuale a 6m si arriva ad un DFm di 1,7% (caso1) e di 2%
(caso4). Se lineare si raggiunge il 2,3% (caso1) e il 2,8% caso4).
Nel caso puntuale e lineare discontinuo
- media: 39% CC e 61% IC (caso1); 29%CC e 71%IC (caso 4)
- punto medio della stanza (3m): 38% CC(caso1) e 62% IC (caso 4)
- punto più profondo (6m): 17% CC (caso 1) e 83% IC (caso4)
In entrambi i casi nel punto più profondo si ha un FLD che arriva circa al 3%.
Si ricorda che questi valori devono sempre essere ridotti di circa il 10-15%
considerando la presenza di un vetro.
Come si può vedere in figura 100 le configurazioni discontinue sono le più
vantaggiose dal punto di vista del FLDm. Al contrario hanno un’uniformità più
bassa. Rispetto al RC in cui U è del 7%, nel caso continuo (sia puntuale che
lineare) U è intorno al 14-15%, raggiungendo il 16% (valore norma UNI) solo in
quello puntuale (caso1).
132
Le configurazioni discontinue raggiungono un’U circa del 9% se puntuali,
mentre se lineari arrivano al 10%.
10.3.2 La temperatura delle superfici
Figura 101. Modello di studio con individuati i punti al sole e all'ombra di riferimento (a sinistra)
e la visualizzazione dello SVF (a destra).
Per capire l’influenza dei materiali in una configurazione selezionata rispetto al
loro comportamento termico, è importante confrontare la temperatura
superficiale (Tse) di una superficie orizzontale o verticale esposta al sole o
all’ombra (sotto il portico).
In questo caso il portico è lineare i punti di riferimento sono presi al centro di
ogni superficie. Le simulazioni considerano come riferimento solo l’estate (il 21
giugno), per valutare l’effetto dell’ombreggiamento.
Ci sono due superfici di cui viene considerata l’influenza: la parete dell’edificio e
il pavimento.
La pavimentazione è l’elemento tecnologico che maggiormente influenza le
prestazioni ambientali di un contesto urbano e la parete viene generalmente
progettata e valutata per il suo comportamento energetico in relazione alle
conseguenze sull’interno. Inoltre la parete in presenza di un portico è
considerata sempre all’ombra, mentre per la pavimentazione l’area ombreggiata
dipende dalle proporzioni del portico (cap. 10.2). Fatte queste premesse si
effettua comunque una valutazione anche riguardo l’elemento verticale
d’involucro dell’edificio, poiché, seppure in maniera molto minore, ha un effetto
in quanto contribuisce a determinare il campo radiante.
A tale scopo vengono confrontate due tipi di parete, dal comportamento
inerziale differente: una “massiva” (tipo A) e l’altra “leggera” (tipo B) (tabella 6).
Le pavimentazioni simulate invece sono in pietra (granito, marmo e calcare), in
legno e in asfalto (tabella 7).
Per ogni materiale testato sia per la parete che per la pavimentazione si
considerano tre possibili valori di albedo 0.2-0.5-0.8, per capire l’influenza del
del colore della finitura superficiale e quindi del coefficiente di riflessione. Inoltre
133
albedi diversi per uno stesso materiale possono essere dovuti al tempo (anche
anni) di esposizione della superficie agli agenti atmosferici.
La simulazione dell’effetto del materiale in una parete è considerato in
combinazione a una pavimentazione in granito di colore medio (albedo 0,5). La
simulazione della Tse per le diverse pavimentazione è stata effettuata in
combinazione a una parete A (con albedo=0,5), la più utilizzata nel contesto
climatico di riferimento (anche perché efficace per l’interno, data la massa
termica), considerando che la parete in estate nelle configurazioni analizzate
non ricevendo mai radiazione diretta (ma solo radiazione diffusa e diffusa
riflessa) ha un’influenza irrilevante sulla Tse della pavimentazione.
Tabella 6. Tipi di materiali utilizzati per il confronto di pareti.
Tabella 7. Tipi di materiali utilizzati per il confronto di pavimentazioni.
In generale la temperatura delle superfici all’ombra segue l’andamento della
temperatura dell’aria mentre quelle esposte al sole quello della radiazione
solare. Infatti se al sole il picco di temperatura lo si ha alle ore 12
(indifferentemente dall’ albedo), all’ombra lo si ha alle ore 15 (in corrispondenza
della max Ta). Inoltre la Tse all’ombra nelle ore serali in cui non c’è più
radiazione solare può superare quella di una superficie esposta
precedentemente esposta al sole; questo si spiega considerando gli scambi
radiativi tra le superfici che se hanno una limitata apertura verso il cielo si
raffreddano più lentamente. L’ombreggiamento generato da una copertura fissa
come in questo caso significa infatti un basso SVF per le superfici che limita lo
scambio IR con il cielo.
Analizzando la temperatura superficiale delle pareti sia al sole che all’ombra nei
due diversi casi, si nota come nelle ore centrali della giornata essa sia sempre
maggiore nella parete di tipo B, differenza che diminuisce sempre di più fino ad
annullarsi in assenza di radiazione nelle ore serali e ad invertirsi nella notte.
134
Questo è dovuto alle caratteristiche termiche del legno e in particolare la
diffusività bassa è sintomo della scarsa capacità dell’onda termica di estinguersi
dalla superficie (che rimane quindi calda durante il giorno). Dopo le h18
entrambi le pareti (indifferentemente dall’albedo) che erano state esposte al
sole raggiungono temperature minori quella in ombra (anche se di circa 1°C).
Figura 102. Andamento Tse parete massiva/leggera al sole/ombra con diversi albedi a=0,2 (a
sinistra), a=0,5 (al centro) e a=0,8 (a destra)
Se si esamina il comportamento delle le pareti nel corso della giornata (dalle 8
alle 16) con diversi albedi per differenza rispetto alla Ta si nota che:
- se il colore della parete è scuro (a=0,2) entrambe le tipologie (A e B)
superano la Ta con un max alle 12 in cui la parete B è di 4,4 °C
maggiore di Ta (28,7°C) mentre la parete A di 2,3°C;
- se il colore è medio (a=0,5) le Tse seguono la Ta e solo il tipo B supera la
Ta alle h15;
- se la parete è di colore molto chiaro (a=0,8) la curva tende ad appiattirsi
sono entrambe minori di Ta, ma la parete con il comportamento migliore
è sempre quella massiva.
Figura 103. Tse -Ta per le pareti A e B all’ombra il 21 giugno (9h-21h), e alle h15 con diversi
albedi.
Considerando tutti gli albedi la Tse delle pareti raggiunge il valore massimo in
tutti casi alle h 15, momento in cui, se di colore scuro, la parete leggera
raggiunge i 34°C, mentre quella massiva 32°C (in questo caso uguale a Ta).
Solo con albedo 0,5 si nota che i due materiali hanno una tendenza opposta, ed
esaminando un albedo medio si nota la miglior prestazione della parete
massiva che tende a non superare mai la Ta.
135
E’ stato inoltre considerato l’effetto di entrambe le tipologie di pareti sulla
pavimentazione e questo ha prodotto una variazione di temperatura trascurabile
(inferiore a 0,5°C), prevedibile data l’assenza di radiazione diretta nella
configurazione.
La pavimentazione è stata considerata per il suo effetto sia al sole che
all’ombra, poiché il suolo del portico potrebbe non essere totalmente
ombreggiato, e comunque confina da un lato verso uno spazio aperto (al sole).
Per questo motivo vengono simulati diversi tipi di materiali per pavimentazioni.
Figura 104. Confronto materiali pavimentazione Sole-Ombra con lo stesso valore di Albedo
(A=0,5). durante il 21 giugno.
Prima di tutto si considera l’influenza dell’albedo, simulando i diversi materiali
come se avessero tutti lo stesso colore e texture superficiale (a=0,5).
Considerando quindi solo le proprietà termofisiche dei materiali (conducibilità e
capacità termica) emerge che nelle ore centrali della giornata il materiale con le
prestazioni peggiori è il legno (come visto per la parete anche se qui l’elemento
tecnologico è diverso, ma lo strato superficiale ha comunque maggiore
influenza); gli altri materiali sembrerebbero raggiungere uguali temperature
(compreso l’asfalto) ed ecco ribadita l’influenza del coefficiente di riflessione. I
benefici di una pavimentazione legno si vedono nel tardo pomeriggio-sera,
poiché si raffresca più velocemente, in particolare se era stato esposto al sole.
Considerando invece i materiali con i loro albedi caratteristici si nota l’impatto
significativo del colore superficiale, che provoca Tse diverse per i vari materiali.
L’innalzamento della temperatura è dovuto all’effetto combinato SVF e proprietà
termofisiche dei materiali. L’albedo di una superficie all’ombra ha, durante il
corso della giornata un’influenza minore rispetto a una superficie al sole, proprio
perché essa riceve solo radiazione diffusa. Da questo si può dedurre la relativa
136
influenza dell’albedo sulla conseguente ri-emissione LW da parte delle superfici
all’ombra, per quanto possano essere scure o con bassa diffusività.
La temperatura superficiale all’ombra subisce infatti una riduzione dell’ordine di
max 2-3°C a seconda del materiale passando da un albedo di 0,2 a 0,8 alle h12
(picco di radiazione solare), e rispetto a questo picco orario la differenza si
riduce sempre di più. Mentre lo stesso confronto rispetto a superfici esposta al
sole porta ad una riduzione anche di 30°C. Il materiale che si riscalda di più è
quindi l’asfalto mentre quello più fresco è il marmo.
Figura 105. Confronto materiali pavimentazione con i loro albedi caratteristici
Vengono quindi presi in considerazione solo il granito ed il legno con diverse
finiture al sole e all’ombra.
Figura 106. Tse granito (a sinistra) e legno (a destra) con albedo 0,5 alle h12.
Per il granito la massima differenza tra sole e ombra viene raggiunta alle h 12.
La Tse raggiunge i 66 °C al sole se la superficie è di colore scuro, mentre è di
32°C in meno se la stessa è di colore chiaro. Se la pavimentazione scura è
all’ombra avrà 37°C in meno rispetto alla stessa al sole. Alle ore 15 si ha invece
la più alta Tse all’ombra di che arriva a 31°C se albedo è 0,2.
137
Figura 107. Granito con diversi albedi (A=0,2; A=0,5, A=0,8)
Figura 108. Legno con diversi albedi (A=0,2; A=0,5, A=0,8)
Figura 109. Tse-Ta pavimentazione legno-pietra all'ombra (a sinistra) e al sole (a destra).
E’ interessante notare la differenza Tse-Ta per superfici all’ombra e al sole, in
modo da capire come cambiano le prestazioni nei diversi momenti della
giornata (figura 109).
138
La differenza alle 12 rispetto alla Ta è al massimo di 2°C all’ombra mentre è di
anche 40° superiore alla Ta al sole (legno scuro).
Considerando solo la Tse quindi durante il giorno (in presenza di radiazione
solare) sia per la porzione di spazio al sole che all’ombra il materiale migliore è
la pietra, mentre per le ore serali è leggermente migliore il legno.
Per quanto riguarda la differenza di albedo, è opportuno dire che l’effetto di
raffrescamento superficiale cresce all’aumentare del coefficiente di riflessione,
incrementando anche l’effetto luminoso. La parte di radiazione riflessa però
viene restituita all’ambiente anche in termini di carico termico su un individuo
(cap. 10.4) e inoltre anche bisogna sempre considerare il rischio di
abbagliamento che potrebbe essere determinato da materiali molto chiari e
lucidi (riflessione di tipo speculare). A livello microclimatico quindi non sempre
aumentare l’albedo è una scelta appropriata, come si vedrà nel capitolo
successivo in cui si considerato l’effetto integrato di porzioni al sole e all’ombra
rispetto alla posizione di un individuo nello spazio.
10.4 L’effetto del campo radiante sull’individuo (fase 3)
Una volta determinata l’evoluzione della temperatura superfiiciale (Tse) delle
diverse aree (al sole e all’ombra) che compongono configurazione, si può
determinare la variazione del campo radiante rispetto a un individuo posizionato
sotto il portico il 21 giugno.
Vengono considerati il flusso radiativo a onda lunga (LW) determinato in base
alla Tse e quello a onda corta (SW) dovuto alla radiazione diretta, diffusa e
riflessa e sintetizzati attraverso il calcolo della Tmrt, confrontabile con la Ta (che
da sola ha poca importanza) e trasformabile in un indice di comfort.
I flussi energetici a onda lunga (LW) e onda corta (SW) vengono considerati per
il loro effetto su un individuo e quindi trasformati rispettivamente in Labs e Kabs,
effettuando una pesatura in base al fattore di vista (Fi) delle superfici e ai
coefficienti di assorbimento che per i flussi a LW viene considerato pari al
coefficiente di emissività (0,97), mentre il contributo della SW dipende molto dal
colore del vestiario, (in questi calcoli è assunto un colore medio 0,5), per cui
potrebbe diminuire indossando vestiti chiari.
Le configurazioni analizzate sono le seguenti:
- un caso di riferimento (RC) esposto al sole in cui la parete di un edificio e
la pavimentazione adiacente formano un “diedro” (H=6m).
- portico lineare: H/D=1 (H=D=3m) e H/D=0,5 (H= 3m; D=6m)
- portico puntuale: (H/D=1)/L=0,2 (H=D=3 L=5m)
Il contesto urbano di tipo A (spazio aperto) in cui W=16 m e un contesto di tipo
B in un canyon stradale dove H1/W=2 (W=3m e H1= 6m).
Per un’analisi completa si considera come pavimento non solo la proiezione del
soffitto del portico (profondità D) ma anche un suo prolungamento verso lo
spazio esterno.
139
Nel contesto A l’ampiezza dello spazio aperto antistante è pari al max GVF
(Ground View Factor, uno dei Fi introdotti nel capitolo 9.3.2) calcolato per una
persona situata a situato a 1,50 m da una parete e il cui baricentro è ad 1 m di
altezza da terra (GVF=0,33); sempre nel contesto A la configurazione con le
pareti laterali (L=5m) lo riduce (GVF=0,28). Nel contesto B, la presenza di un
edificio a una distanza dal portico pari a W=3m, ne determina una riduzione
(GVF=0,30). Viene poi determinata la pesatura del totale rispetto al fattore di
vista della parte al sole (GVFs) e della parte all’ombra (GVFo); le percentuali
così ottenute variano al variare della configurazione e dell’ora del giorno. Infatti
secondo quanto visto nel capitolo 10.2: alle ore 9 e 15 l’ombra coincide con la
quasi totalità del suolo del portico, mentre quando non c’è più radiazione diretta,
in particolare alle 18, si fa riferimento alla mappatura della radiazione IR (Tse
superficiali), che definisce i limiti dell’area al sole e all’ombra; dalle h20 la Tse è
distribuita in modo uniforme.
Figura 110. Configurazioni: RC, H/D=1, H/D=0,5, (GVF=0,33) con riferimento di S/O alle h 12.
Figura 111. Configurazioni: H/D=1 H/ L=0,6 e H/D=1 H1/W con riferimento di S/O alle h 12.
In generale per tutte le configurazioni l’influenza di Kabs è massima alle ore 12
data la maggiore incidenza dei raggi solari con un piano orizzontale e cresce
con il l’aumentare dell’albedo (radiazione riflessa), mentre la Labs è massima
alle ore15 poiché dipende dalla temperatura superficiale e al crescere
dell’albedo diminuisce (infatti la Tse dipende dal coefficiente di assorbimento: 1albedo). L’influenza di Labs cresce inoltre con il grado di chiusura dello spazio e
assume una rilevanza sempre maggiore sul campo radiante nel pomeriggiosera, quando la radiazione diretta diminuisce e la riemissione a onda lunga è
prevalente (in misura maggiore se il materiale ha molta inerzia termica). Si
osservi per prima cosa quello che accade nello spazio ombreggiato considerato
bilanciato rispetto al controllo solare (il caso H/D=1) rispetto al RC alle ore 12.
Considerando un albedo medio delle superfici, nel RC un individuo assorbe
circa il 68% dell’enegia totale assorbita come LW e il restante 32% come SW,
mentre con H/D=1 l’81% come LW e il 18% come SW.
140
Figura 112. Configurazione di un portico rispetto un caso di riferimento, con il diverso peso delle
superfici al sole e all'ombra alle ore 12 del 21/06.
Il grado di chiusura dello spazio determina quindi un aumento del contributo di
Labs, il cui valore assoluto diminuisce passando da 463W/m2 a 427 W/m2
anche se in questo caso non in modo così significativa poichè l’individuo “vede”
una parte significativa di pavimento al sole nell’ora considerata (GVFo < GVFs);
dall’altro lato il carico termico dovuto alla radiazione solare si dimezza
passando da 210 a 95 W/m2 (di cui la 100 W/m2 dovuti al controllo della
radiazione diretta) ma non si annulla perché rimane la radiazione diffusa e
diffusa riflessa (dovute allo SVF e all’albedo).
Figura 113. Flussi radiativi assorbiti a onda corta (Kabs) e a onda lunga (Labs) per diverse
configurazioni con albedo medio.
Nella figura 113 si può notare come, nelle diverse configurazioni, diminuiscano i
contributi di Kabs e Labs, rimanendo l’ultimo sempre preponderante rispetto al
totale.
Aumentando il grado di chiusura, assume sempre più importanza la radiazione
a onda lunga proveniente dal terreno (in parte al sole) e quindi in particolare se
141
D>H o nel contesto B, si ha un Labs molto simile, il quale avendo un’influenza
preponderante sul totale assorbito, porta a un valore simile di Tmrt.
Viene ora comparato il comportamento delle diverse configurazioni aventi un
albedo medio (A=0,5) rispetto alla radiazione solare e termica totale assorbita
dalla persona.
Il parametro chiave che determina l’andamento della sensazione termica è la
Tmrt (°C), determinata dalla somma dei flussi (Kabs+Labs) appena analizzati.
E’ interessante valutare l’andamento nel corso della giornata la Tmt rispetto alla
Ta, partendo dall’analisi delle diverse configurazioni sempre a parità di albedo
(A=0,5).
Durante il giorno in presenza di un portico l’andamento della Tmrt supera la Ta
anche di diversi gradi mentre quando il sole tramonta diventa uguale alla Ta, e
diminuendo di qualche grado di notte.
Il picco di differenza Tmrt-Ta si verifica tra le 12 e le 15 (ora solare), in cui lo
scarto è di 10°C con H/D=1, il che è comunque un risultato positivo, rispetto al
RC in cui differenza è di 25°C. Raddoppiando la profondità del portico, tale
differenza decresce notevolmente e arriva a 2,5°C.
Si può quindi riassumere per le diverse configurazioni la variazione rispetto alla
temperatura dell’aria con un albedo medio.
Figura 114. Andamento della Tmrt nel corso della giornata (ora solare) per diverse
configurazioni
Valori di Tmrt rispetto alla temperatura dell’aria:
giorno :
RC : Ta + 15 / 20
portico:
H/D=1 : Ta + 5 / 10°C
142
(H/D=1) H1/W=2 : Ta +3 / 6°C
(H/D=1)/L :Ta +3 / 9°C
H/D=0,5 Ta -1 / 2 °C
tardo pomeriggio-sera:
RC= Ta -4 °C
portico : Ta -6 °C (tutti i casi)
notte:
Ta -10°C
Nei range individuati di giorno, i valori massimi di Tmrt si registrano alle h 12
mentre quelli minimi al mattino e al pomeriggio (ora solare).
Si verifica ora l’effetto dell’incremento o diminuzione di albedo (A=0,2 e A=0,8)
In tutte le configurazioni analizzate, rispetto a un A=0,5, la Tmrt aumenta, se il
colore è più chiaro, o diminuisce, se più scuro, di 3°C alle h12 e di 2°C alle h15.
Al contrari, dopo le h18 le superfici chiare (A0,8) presentano un beneficio sullo
lo stress termico anche se all’ombra tale vantaggio non è così evidente come in
la e infatti materiali chiari o scuri provocano differenze di Tse di circa 1°C,
proprio perché la presenza del portico non ha permesso alla radiazione diretta
di essere assorbita dalla superficie.
Nelle ore centrali della giornata l’incremento dello stress termico è dovuto
soprattutto in particolare all’aumento della radiazione solare riflessa (SW
riflessa) dal pavimento adiacente al sole, che in tutti i casi passando da chiaro a
scuro riduce del 25% il suo valore.
Infatti, nonostante si sia verificato (capitolo 10.3.2) come un alto coefficiente di
riflessione provochi una diminuzione della Tse (che numerosi studi hanno
confermato ridurre la Ta di circa 2°, Santamouris, 2001), a livello microurbano,
tale riduzione non è sufficiente da bilanciare l’incremento dei carichi radianti su
un individuo. Infatti l’aumentare dell’albedo, incrementa il carico di radiazione
riflessa sull’individuo, che, anche se all’ombra può avvertire un incremento dello
stress termico dovuto alle superfici adiacenti.
Per questo motivo, la temperatura dell’aria sebbene possa avere una relativa
influenza, non è considerata un parametro significativo per la valutazione del
comfort termico.
143
Figura 115. H/D=1 e H/D=0,5: Andamento della Tmrt durante la giornata con diversi albedi
Figura 116. Variazione del BT al variare dell'albedo, della configurazione e della velocità del
vento alle h12.
A conclusione delle analisi effettuate viene riportato il cacolo di un indice di
bilancio termico (BT) attraverso il foglio di calcolo COMFA+, il cui valore è
determinato principalmente dalla variazione del campo radiante (e quindi dal
valore della Tmrt già calcolata). Tale indice ha il vantaggio esprimere in
aggiunta il contributo dato della velocità del vento, a parità di fattori personali e
temperatura dell’aria.
Dalle analisi l’ora più critica è risultata quella centrale della giornata (h12), per
cui si può osservare (figura 116) come cambi la sensazione di comfort nel
momento di massimo stress termico. Il vestiario è considerato quello standard
di un uomo in estate in città (polo e pantaloni lunghi) e l’attività è di tipo statico
144
(tasso di attività metabolica 90 W/mq). La figura 116 mostra come all’aumentare
grado di chiusura dello spazio e al diminuire dell’albedo della configurazione,
diminuisca la sensazione di stress termico, confermando l’andamento della
Tmrt. La sensazione termica è riconducibile a un range di comfort (secondo
l’equazione di bilancio termico) raggiunto da tutte le configurazioni con un
albedo medio-scuro, considerando una velocità del vento uguale a 1 m/s. Si
ricorda che quest’ultima valutazione (capitolo 9.3.3) ha il solo scopo di fornire
valori di tendenza al variare della velocità dell’aria, a completamento
dell’indagine basata sull’ approccio fisico-fisiologico. Il fatto che alcune
configurazioni come H/D=1 possano risultare al di fuori del range di comfort
“standard” non è infatti necessariamente un fatto negativo. Infatti, come si è
visto (capitolo 7.3), anche la presenza di stimoli ambientali che provochino il
superamento dei limiti di “neutralità termica” può essere un fattore gradevole.
Inoltre le “opportunità adattive” generate dalla presenza di uno spazio d
transizione non sono legate a proporzioni specifiche, ma al contrario, una
diversità morfologica che permetta la creazione di nicchie microclimatiche con
diversi gradi di ombreggiamento è un elemento che arricchisce la sensazione di
benessere polisensoriale di un individuo.
145
11 Linee guida per la progettazione di un portico
Le analisi effettuate si traducono in uno strumento di supporto alla
progettazione ambientalmente consapevole di un portico in un contesto
climatico temperato.
In una prima parte, le linee guida sono indicazioni progettuali riferite alla
latitudine 45°N con riferimento all’orientamento lungo l’asse E-O. Sono quindi
indicazioni che considerano l’integrazione dei requisiti di ombreggiamento
estivo, accessibilità solare invernale e luce naturale e li traducono in strategie
progettuali sotto forma di configurazioni schematiche e/o “regole”. Queste
proposte sono utilizzabili da un architetto che si appresti a progettare per la
prima volta un portico di questo tipo e che non abbia a disposizione strumenti
complessi di analisi e valutazione.
La seconda parte riguarda la definizione di procedure di analisi e valutazione di
un portico non necessariamente limitate alla latitudine e all’orientamento
considerati nella prima parte. Queste indicazioni possono essere applicate in un
progetto specifico di nuova costruzione o di possibile retrofit d’involucro (quindi
partendo da una valutazione dell’esistente) con i reali vincoli presenti a scala
urbana, edilizia e tecnologica (materiali).
Le indicazioni riportate nella seconda parte possono essere seguite da un
progettista che vuole effettuare analisi più dettagliate, effettuando anche
confronti tra soluzioni progettuali alternative.
In entrambi i casi il presupposto è che l’obiettivo principale per cui si progetta un
portico sia quello di garantire uno spazio aperto ombreggiato, strategia
fondamentale per controllare sia i carichi solari sull’edificio che gli effetti a scala
microurbana e quindi legati al comfort dell’individuo. Tale obiettivo deve essere
raggiunto considerando le attività svolte nel portico e negli ambienti adiacenti,
quindi in base ai requisiti che deve avere in termini di ombreggiamento /
accessibilità solare e luce naturale.
11.1 Indicazioni per il progetto
Le indicazioni di progetto si non si riferiscono a un’attività specifica ma
considerano che la mitigazione delle condizioni ambientali favorisce l’uso e la
vivibilità anche dello spazio aperto e interno adiacente, a vantaggio di entrambi.
L’ombreggiamento nel portico è inteso come obiettivo primario. Questo significa
avere uno spazio ombreggiato con una profondità tale da permettere la sosta e
la socializzazione (almeno 1,80 m). Ciò non è facilmente realizzabile per
orientamenti diversi dal sud (con variazioni di +o-15°) se non con profondità del
portico che non possono trovare un equilibrio con le altre esigenze.
146
Se l’orientamento è molto diverso dal sud è comunque consigliabile progettare
uno sporto di dimensioni ridotte che abbia la funzione di redirezionare la luce
verso l’interno (light shelf), se l’altezza dell’ambiente interno lo consente
(maggiore di 3 m). Per orientamenti est e ovest lo sporto dovrebbe avere una
profondità compresa tra 1,5 - 2 volte l’altezza della finestra a nastro sovrastante
e prevedere delle schermature per la stessa (per ulteriori precisazioni si veda il
capitolo 6.3).
Fatta questa precisazione, le indicazioni che seguono valgono per una
latitudine di 45°N e un orientamento E-O di portico o una sua variante (come
descritto nel capitolo 4).
Bisogna innanzitutto considerare se l’edificio è a uno o più piani, e quindi il tipo
di uso al piano terra (residenziale, commerciale), il tipo di spazio antistante
(strada piazza) e le attività che vi si svolgono, per capire quanto sia importante
l’integrazione tra le attività interne ed esterne. Infatti alcune soluzioni progettuali
potrebbero influire sul grado di privacy e il tipo di interazione sociale.
Definita la porzione di spazio su cui intervenire (nuova costruzione o rispetto
all’esistente) bisogna considerare che:
- il progetto del portico può modificare la compattezza (S/V) dell’edificio;
- la profondità deve essere considerata anche in rapporto a quella dello
spazio interno adiacente;
- la soluzione utilizzata per il limite superiore del portico (es. copertura con
un elemento continuo o discontinuo) ha un’influenza rispetto all’utilizzo
dei piani superiori dell’edificio.
Figura 117. Possibili configurazioni rispetto ai piani superiori dell’edificio (da sinistra: incluso,
addossato, semi incluso).
In generale, rispetto alla radiazione solare occorre:
- controllare la radiazione diretta in estate in modo cercare di avere un Fattore
di Ombreggiamento (FO) in estate sul pavimento del portico alle h12 pari al
Fattore Solare (FS) sulla parete in inverno. Entrambi i fattori dovrebbero
essere per quanto possibile superiori al 50%. Questo si può ottenere
cercando di mantenere le proporzioni del portico H/D intorno a 1
(bilanciamento dei requisiti) con una variazione tra 1,3 e 0,7.
La copertura, se è continua, può essere sfruttata come solaio del piano
superiore sia esso un ambiente interno o un balcone/loggia. Avere una parte
discontinua ha il vantaggio di permettere il pasaggio dell’aria e non
consentire il formarsi di una “tasca” di aria calda al di sotto del portico.
- controllare la radiazione solare riflessa dal punto di vista termico
intervenendo sulla parte inferiore (vicina al pavimento) con l’inserimento di
147
muretti, balaustre che possano anche eventualmente fungere da seduta sul
lato confinante con lo spazio aperto. Questo è utile in particolare se il
pavimento al sole ha un albedo alto, poiché in tal modo si limita
l’abbagliamento e il carico solare riflesso. Tali barriere devono avere
un’altezza (almeno nella parte opaca di max 0,80 m) tale da non limitare
troppo l’accesso solare invernale e la riflessione luminosa verso il soffitto del
portico. Possono essere posizionate anche solo in alcuni punti dove si
svolge un’attività situata per non ostruire il passaggio trasversale.
Un’alternativa possibile a questa è una barriera vegetale a foglia caduca che
permette un comportamento selettivo della radiazione. Questi elementi
servono eventualmente anche come schermi al vento.
- controllare la radiazione riflessa dal punto di vista luminoso nella parte
superiore del portico: occorre ricordare che sopra la linea della visione (pari
circa a 1,50 m) la radiazione riflessa non provoca abbagliamento diretto. Si
possono quindi utilizzare lamelle riflettenti o se necessario un light-shelf che
la direzioni verso l’interno, aumentandone la quantità nelle zone più
profonde e migliorandone l’uniformità.
Generalmente l’uso di lamelle riflettenti è positivo anche se in alcuni rari casi
potrebbe creare dismogeneità delle aree illuminate accentuando la
luminanza delle are più vicine all’apertura rischiando quindi di provocare
abbagliamento. Quindi se la copertura del portico è interamente realizzata
con elementi discontinui è preferibile usare un materiale non
eccessivamente riflettente degli stessi per evitare il rischio.
- controllare la radiazione a onda lunga attraverso le finiture di
pavimentazione utilizzando materiali con elevata inerzia termica (pietra, cls)
che mantengono una temperatura simile a quella dell’aria all’ombra. Al sole,
invece, è possibile utilizzare anche materiali con diffusività bassa come il
legno, poiché si raffredda più velocemente una volta cessato l’irraggiamento
solare (tardo pomeriggio – sera). Il tipo di materiale ha comunque minore
influenza sulle prestazioni ambientali rispetto al colore di finitura, in
particolare in un’area ombreggiata.
La scelta del coefficiente di riflessione dei materiali deve sempre
considerare che materiali più chiari aumentano la distribuzione energetica,
mentre colori più scuri trasformano localmente l’energia solare assorbita in
calore. Inoltre anche i le superfici urbane (in particolare la pavimentazione)
adiacenti al portico influenzano le condizioni di comfort termico e luminose
nel portico stesso. La scelta dei materiali deve quindi anche considerare le
attività svolte nel portico e all’esterno.
La differenza di temperatura tra un materiale chiaro (A,08) e uno scuro (A=0,2)
esposti al sole supera anche i 30°C (valori rilevati alle h12 di una giornata calda
estiva a Milano) e quindi l’incremento della sensazione termica dovuto
all’aumento di radiazione IR è significativo. La differenza di temperatura per i
medesimi materiali all’ombra non supera generalmente i 3°C. Considerando
148
che la parte di radiazione non assorbita viene riflessa nell’ambiente
aumentando sia il carico solare e che la possibilità di abbagliamento è possibile
utilizzare una pavimentazione medio-chiara per i suoi effetti nel tardo
pomeriggio (dal momento che non si ha altro modo per controllare il carico
termico). Al di sotto del portico, invece anche un materiale medio scuro può
essere è adeguato, salvo gli effetti di riflessione della luce naturale.
E’ quindi possibile definire delle strategie di intervento a scala micro-urbana
(effetti del portico sulle condizioni di comfort dell’individuo) che devono
comunque considerare gli effetti legati al contesto urbano (ampiezza dello
spazio aperto, W) e all’edificio con cui il portico entra in relazione (in termini di
morfologia e materiali).
Figura 118. Accessibilità solare e contesti di riferimento (A e B).
Per una latitudine di 45°N:
21 dicembre h 12 - altezza solare =21°
Ci si può quindi trovare di fronte a due situazioni:
- contesto A: H1/W tg H1/W 0,4
- contesto B: H1/W > tg H1/W > 0,4
In particolare se il contesto è di tipo A (influenza del contesto urbano poco
significativo) le possibilità di azione sono maggiori e i limiti di altezza o
profondità dipendono dall’edificio in cui si trova il portico, mentre se il contesto è
di tipo B, i vincoli a scala urbana costituiscono un ulteriore limite alle possibilità
di intervento.
Indicazioni riferite a un contesto A
Figura 119. Contesto A: H1/W 0,4
-
il portico può diventare una serra solare (capitolo 6.1) aggiungendo un vetro
in combinazione a delle schermature regolabili in estate/inverno. Per il
149
funzionamento della serra si rimanda alle indicazioni presenti in letteratura15
-
il portico se lineare subisce l’effetto d’angolo (come definito nel capitolo 10)
la cui influenza diminuisce all’aumentare della lunghezza. Esistono due
porzioni del portico alle sue estremità (l) che risultano non uniformemente
ombreggiate dalle 8 alle 16. In estate ognuna di esse vale l = 1,3 H. Quindi
nel caso di un portico di H=3m, in cui si voglia avere una porzione centrale
di pavimento ombreggiato di 3 m, la lunghezza totale del portico dovrebbe
essere uguale ad almeno L= ((1,3*3)*2) + 3 = 10,8 m, intesa come
dimensione minima per controllare gli effetti della sola radiazione diretta.
Essa dovrebbe infatti essere ampliabile per risentire meno dell’effetto alle
superfici confinanti al sole (che dipendono dal fattore di vista di un
individuo).
-
il portico se puntuale (ossia di lunghezza ridotta) deve avere degli elementi
verticali laterali, removibili per consentire l’accesso solare invernale, e
discontinui per incentivare le riflessioni luminose.
-
L’apertura prospiciente il portico è preferibile che sia sviluppata in
orizzontale (meglio se di larghezza il più possibile uguale alla parete della
stanza interna) e occupare indicativamente il 50% della parete (nel rispetto
dei RAI), tenendo presente che le parti di finestra che in inverno ricevono
luce naturale ma non radiazione diretta sono fonti di illuminazione naturale
ma anche di significative dispersioni termiche. Con riferimento alla parete
sul piano verticale, la finestra, deve occupare la porzione che include la
linea di visione (h 1,50 m) e possibilmente la parte al di sopra del piano di
lavoro (0,80 m). La parte sottostante il piano di lavoro potrebbe contribuire
solo all’illuminazione indiretta. Se la finestra “vede” una porzione elevata
(cioè se anche le parti più profonde della stanza hanno un fattore di vista del
cielo diverso da 0) di volta celeste cielo non è necessario rende trasparente
la parte inferiore della parete.
Il soffitto interno, se chiaro e rastremato verso la finestra, incentiva l’ingresso
della luce. E’ consigliabile inoltre prevedere all’interno delle tende e
veneziane avvolgibili per contrastare l’abbagliamento quando è presente la
radiazione diretta.
15
Mazria, E. (1979). Passive solar energy book .- J.C. McCullagh, The Solar Greenhouse
Book, Rodale Press, Emmaus, Pennsylvania 1978, - Zappone, C., Scudo, G., & Grosso, M.
(2009). La serra solare. Sistemi editoriali,
150
Figura 120. Strategie in caso di vincoli edilizi: a. Altezza, H (a sinistra) e b. Profondità, D (a
destra) in un contesto A.
Se si hanno dei vincoli a scala edilizia :
a) Se vi è un vincolo di altezza (H) come in figura 120 (a sinistra), per non
penalizzare troppo i guadagni invernali, è possibile realizzare il portico
aggiungendo una schermatura discontinua che consenta la penetrazione
solare invernale ma non quella estiva. La profondità della copertura
dovrebbe essere almeno uguale alla parte di pavimento che rimarrebbe al
sole (circa 1,20 m se H=3). In questo modo si può raggiungere la un fattore
di ombreggiamento e soleggiamento adeguato (FO 70% e FS=50%).
Occorre comunque ricordare che, se da un lato la parte discontinua riduce il
contributo della luce naturale, le lamelle possono accentuare il contributo
della radiazione riflessa. In questo caso il limite di profondità è determinato
dalla quantità di luce naturale disponibile all’interno (legata alla profondità
della stanza); non è comunque consigliabile superare D=2H.
b) Se vi è un vincolo della profondità (D) come in figura 120 (a destra), per
garantire un adeguato fattore di ombreggiamento è necessario aumentare
l’altezza interna del portico (ed eventualmente della stanza adiacente) e
inserire una schermature verticale preferibilmente a lamelle (meglio se con
alto albedo), parallela al piano dell’apertura che non ostruisca i guadagni
invernali e la vista verso l’esterno (h 1,50).
Indicazioni riferite a un contesto B (H1/W> 0,4):
Se l’accessibilità solare è ridotta o compromessa si possono riconoscere
almeno 3 condizioni intermedie (figura 121) per cui si individuano altrettante
strategie di intervento. La “parte ostruita” (h) a cui si fa riferimento è misurata
sul limite edificabile (ossia la distanza W da H1).
151
Figura 121. Strategie di intervento con diversi livelli di ostruzione solare invernale.
Con riferimento al contesto B sono stati individuati i casi:
Figura 122. Caso a: h 1 m da terra.
a) la parte ostruita corrisponde ad h 1 m (da terra).
In questo caso, è possibile realizzare un dislivello rispetto al suolo,
attraverso un basamento a gradoni (e/o eventualmente una rampa nel
rispetto delle barriere architettoniche) dove potersi anche sedere con nel
caso l’aggiunta di una balaustra. In tal modo si crea anche una distanza
rispetto alla superficie al sole di cui si risente meno del calore emesso all’IR.
Figura 123. Caso b: h=altezza max piano terra.
b) la parte ostruita corrisponde all’altezza massima del piano terra: (h =3-4m)
In questo caso, può essere efficace inserire una copertura discontinua che
152
permetta di sfruttare i guadagni invernali incidenti sulla parte superiore di
parete. La porzione di parete dipende dalla profondità del portico ed è pari a
D*0,4 per cui se D è circa 3 m, h corrisponde al 30% della parete (FS).
Per ottenere una schermatura più efficace senza incrementare la profondità
è possibile aggiungere alle lamelle superiori una protezione con lamelle
orizzontali poste sul piano verticale (figura 123). Per una uniforme
distribuzione della luce è preferibile che le lamelle siano di colore chiaro
(A,08) per incentivare la riflessione.
Figura 124. Contesto B: h> altezza max piano terra
c) la parte ostruita supera l’altezza massima del piano terra ( h > 4m)
L’ostruzione solare invernale è completa quindi in questo caso inserire una
copertura discontinua risulterebbe inutile. Volendo realizzare un portico è
preferibile farlo di profondità ridotta e massimizzare il contributo della luce
naturale, progettando un light-shelf (capitolo 6.2) per redirezionare la luce
verso l’interno. A tale scopo è opportuno incrementare l’altezza
dell’ambiente interno (maggiore di 3 m, per il corretto funzionamento del
light-shelf). Nella figura 124 lo si vede rappresentato come elemento
orizzontale, ma a seconda del contesto esso può essere anche inclinato, e
possono essere inserite delle lamelle riflettenti a seconda dell’effetto
specifico che si vuole ottenere (capitolo 6.2).
In questo caso tutte le finiture superficiali devono essere per quanto
possibile chiare, per aumentare la luce all’interno; per schermare
parzialmente le riflessioni estive, è possibile realizzare un muretto-seduta al
limite dello spazio all’ombra.
Le diverse strategie illustrate possono sono usate solamente a titolo di esempio
e possono essere integrate tra loro. Occorre comunque prestare attenzione,
perché le diverse soluzioni possono essere contrastanti e creare effetti
indesiderati sul comfort dell’utente.
Per verificare le prestazioni delle soluzioni progettate in uno specifico contesto
si possono seguire la procedure indicate nel capitolo successivo.
153
11.2 Le procedure analitiche per il dimensionamento del portico
Le indicazioni progettuali del capitolo precedente sono regole generali non
permettono di affrontare nel dettaglio un caso reale
Di seguito vengono descritte le procedure di analisi e valutazione integrata che
rispettano le fasi del metodo di valutazione integrata presentate nel capitolo 9.
Tali procedure possono essere adottate quando si vuole progettare un portico o
un altro tipo di spazio di transizione perimetrale, in una qualsiasi latitudine (in
particolare in un clima mediterraneo temperato quindi con latitudine compresa
tra i 40-50 °N).
Ogni fase prevede l’utilizzo di strumenti specifici in relazione alla fase di analisi
e del suo livello di complessità. Questi strumenti si dividono in:
- semplici formule o procedure grafiche 2d;
- strumenti semplificati;
- software più complessi
Tutte le procedure descritte si riferiscono a un orientamento sud (o est-ovest se
considerato l’asse stradale di riferimento), in quanto è quello rispetto al quale un
portico è considerato efficace. Tali procedure sono però valide anche per altri
orientamenti, cambiando i valori degli angoli di riferimento (21 dic e 21 giu h 12)
con i VSA (Vertical Solar Angle) corrispondenti, ossia l’angolo che la radiazione
forma con la normale alla superficie considerata.
11.2.1 Dimensionare ombreggiamento e soleggiamento (fase 1)
1) Valutare il rapporto con il contesto
Il rapporto H1/W determina l’angolo di ostruzione dovuto a un edificio
antistante. Tale rapporto equivale al valore della tangente dell’angolo di
massima ostruzione alle h 12.
Bisogna quindi per prima cosa confrontare tale angolo (arctgH1/W) con l’angolo
di altezza solare del 21 dicembre alle ore 12 () che può essere ricavato per
qualunque latitudine secondo la relazione (90-LAT) - 23.30° (angolo di
declinazione solare).
Bisogna poi valutare che esso sia minore dell’angolo solare estivo del 21
giugno alle ore 12 () ricavabile applicando la relazione (90-LAT) + 23.30°. Se
H1/W>tg occorre verificare la funzione del portico come sistema di protezione.
Per una latitudine di 45°N: tg=0,4 tg=2,5
Ci si può quindi trovare di fronte a due situazioni (definite anche nel capitolo
11.1):
154
- contesto A: H1/W tg
(H1/W 0,4)
- contesto B: H1/W > tg (H1/W > 0,4)
Ciò significa che nel caso di un edificio ostruente di altezza H1=6m la distanza
deve essere W≥15m.
Figura 125. Individuazione delle dimensioni da considerare per progettare un portico.
Se il contesto è di tipo B: H1-(tg/W) è l’altezza da terra dell’ombra che viene
prodotta sulla facciata opposta.
Tale contesto definisce anche i limiti dell’altezza H riferita all’apertura del portico
che per avere accesso solare diretto deve essere: H ≥ H1. In caso contrario si
possono adottare alcune strategie viste nel capitolo 11.1.
2) Dimensionare il portico:
Rispetto alla facciata dell’edificio in cui si vuole inserire un portico si deve
considerare se vi siano dei vincoli e quali siano, e rispetto a questi effettuare il
dimensionamento, considerando sempre il contesto (se di tipo A o di tipo B)
2.1) Dimensionare la lunghezza (L)
Figura 126. Determinazione in prospetto della lunghezza di un portico lineare in cui l’effetto
d’angolo non è significativo
155
Determinazione della lunghezza (L) di un portico:
L = k + 2*l
(eq.1)
dove:
- k è la porzione di spazio che si vuole avere sempre in ombra.
- l = H / tg , ossia la porzione di pavimento che non sarà sempre
ombreggiata in cui è il VSA dell’ora in cui il sole è visibile rispetto al piano
di riferimento (rispetto al sud i VSA di riferimento sono alle h 8 e h16)
- Se L H / tg il portico non è di tipo lineare in quanto non esiste una
porzione uniforme ombreggiata durante il giorno (dalle 8 alle 16). Il
portico dovrà quindi essere dotato di pareti laterali, preferibilmente
removibili o orientabili, per non compromettere l’accesso solare invernale
(configurazione puntuale).
- Se L > H / tg il portico è di tipo lineare e la lunghezza (L) dello dello
spazio è quindi ottenibile attraverso la formula (eq.1).
Per una latitudine di 45°N si può approssimare in prima battuta l=H. e
quindi se H=3m, L dovrà essere maggiore di 6m per ombreggiare dalle 8
alle 16 (ora solare). Prima delle 8 e dopo le 16 in estate il sole è talmente
basso per cui la sua influenza può essere considerata trascurabile.
2.2)
Dimensionare l’altezza (H) e la profondità (D):
Figura 127. Dimensionamento di uno portico nel contesto A.
156
Figura 128. Dimensionamento di un portico nel contesto B: vincolo di altezza (H).
Relazioni che legano la geometria del portico in sezione e la radiazione
diretta (rif. figure 127 e 128):
contesto A e B D = d + x
(eq.1)
dove d = H/tg
contesto A H = h + y
contesto B H = h + y + ht
-
-
-
dove h = tg*D
dove y=tg*W (se H=H1)
(eq.2)
(eq.3)
h e ht sono le parti che non contribuiscono ai
guadagni solari.
d è la parte che non è ombreggiata d’estate
x è la profondità di pavimento ombreggiata in
estate
y è l’altezza di parete irradiata in inverno
è l’altezza solare il 21 giugno alle ore 12
è l’altezza solare il 21 dicembre alle ore 12
H1 è l’altezza dell’edificio antistante il portico
W è l’ampiezza dello spazio aperto
Per avere un equilibrio rispetto a estate e inverno x e y devono essere il più
possibile simili tra loro.
- Se il vincolo è l’altezza (H)
Il limite di altezza (H) può essere determinato:
- dal contesto di tipo B : H deve essere maggiore di H1 (figura 128)
- da vincoli edilizi non modificabili.
Si ricava la profondità d, e quindi D (eq. 1).e quindi si verifica h (eq. 2).
Se nel contesto B, si ricava y (eq.3) e l’altezza da terra ht= H - (y+H)
Se h>H/2, significa che l’ombreggiamento estivo sarà preponderante a scapito
dei guadagni invernali.
157
- Se il vincolo è la profondità (D)
Si ricava h, quindi H (eq.2) , e si verifica d (eq.1)
Se d>D/2 significa che l’ombreggiamento è preponderante rispetto ai guadagni
invernali
In ogni caso, si possono inserire ulteriori elementi per migliorare la protezione
solare come indicato in figura 129 (e come descritto nel capitolo 11.1) ed
effettuare di nuovo le verifiche.
Figura 129. Esempi di strategie da adottare in caso di vincoli di altezza (H) e profondità(D) in un
contesto A.
La figura 129 mostra come non potendo aumentare la profondità ma
necessitando di un’altezza maggiore (dovuta all’altezza interna o per utilizzare
la copertura dell’edificio come sporto) si possa aggiungere un elemento
schermante fisso o mobile in modo tale da garantire il controllo solare richiesto.
Se, al contrario, il parametro fisso è l’altezza, si può aumentare la profondità
allo stesso modo con degli elementi fissi inclinati o mobili.
Se non ho vincoli di altezza e profondità, si può stabilire liberamente il valore di
x e y e di conseguenza determinare gli altri valori, utilizzando le formule fornite
precedentemente. E’ anche possibile determinare graficamente l’area formata
da x e y e tracciare gli angoli e (figura 127).
Si può utilizzare la medesima costruzione se devo valutare un portico esistente
(orientato a sud) ricavando prima l’angolo di massima ostruzione (arctan H1/W)
verificando il mese a cui si riferisce alle h 12 (es. con una carta dei percorsi
solari della latitudine considerata).
Se il contesto è di tipo A (H1/W0,4) e la latitudine è 45°N si può utilizzare la
tabella sottostante per determinare x (21 giu) e y (21 dic) dato un portico di
proporzioni H/D (valori intermedi possono essere ricavati per interpolazione
dalla tabella 8).
158
Tabella 8. Lat. 45 N: a è la % di ombra sul pavimento in estate (FO) e b è la % di sole sulla
parete in inverno (FS) nelle diverse ore del giorno.
D=x/a dove x=a*D
H=y/b dove y=b*H
Strumenti semplificati per valutare/verificare una soluzione:
- maschere solari: carte polari delle ostruzioni con sovrapposizione dei
percorsi solari della latitudine considerata;
- software di modellazione 3d con visualizzazione delle ombre in un
momento specifico (Sketchup) e sovrapposizione delle ombre durante un
periodo (Ecotect);
- software di calcolo e visualizzazione (attraverso una scala di colori) delle
ore di sole (h) e dell’energia solare ricevuta da una superficie (kWh/m 2)
durante un periodo selezionato (Heliodon 2).
11.2.2 Dimensionare l’illuminazione naturale (fase 1-2)
Dimensionare l’illuminazione naturale significa progettare una o più aperture
nella parete (sempre protetta in estate dalla presenza del portico). L’esigenza di
luce naturale deve essere quindi bilanciata con il requisito di guadagno solare
invernale, considerando che le porzioni di parete vetrate per l’illuminazione che
non consentono l’ingresso della radiazione diretta in inverno sono fonti di
dispersioni termiche. Occorre ricordare che i due requisiti possono essere
soddisfatti attraverso il corretto dimensionamento dell’apertura e l’utilizzo di
superfici trasparenti con proprietà ottiche ed energetiche adeguate (fattore di
guadagno solare g, e di trasmissione luminosa tL, non considerati da questo
studio).
Per prima cosa si definisce la profondità della stanza che se non vincolata può
essere ipotizzata non superiore a 2H.
La larghezza dell’apertura deve corrispondere il più possibile a quella dello
spazio interno, per consentire una maggiore uniformità.
Il posizionamento di un’apertura nel piano del vetro deve comprendere la linea
della visione (h=1,50) .
159
Figura 130. Dimensionare un’apertura per la luce naturale.
Relazioni che riguardano il posizionamento di un’apertura (rif. figura 130)
h=tg*D
h1= ((H-z) / Dtot) / D
dove:
- h è la porzione che non contribuisce ai guadagni solari (angolo )
- h1 è la porzione che non contribuisce alla vista del cielo dal punto più profondo
della stanza
- Dtot = D + Dint
- z è l’altezza del piano di lavoro (0,80m)
Il filo superiore della parete:
- Se il contesto è di tipo A può quindi ipotizzare come distanza della finestra
dalla copertura il valore minore tra h e h1.
- Se il contesto è di tipo B è preferibile che l’apertura arrivi quanto più vicina al
soffitto per beneficiare delle riflessioni dal soffitto del portico.
Il limite inferiore:
- Se il contesto è di tipo A significa che la radiazione invernale incide su tutta
la parete e, se trasparente, permette l’accumulo di radiazione nel pavimento
(se di colore scuro) o la riflessione luminosa (se di colore chiaro).
- Se il contesto è di tipo B e la parte ostruita di parete è non dà alcun
contributo in termini di guadagni solari.
In entrambi i casi, in clima mediterraneo-temperato, è preferibile che la parte
inferiore di parete sia opaca poiché potrebbe essere solo causa di
abbagliamento indiretto dovuto alle riflessioni dal pavimento del portico in
estate (specie se chiaro) e nelle stagioni intermedie. Se si hanno esigenze
di avere una porta finestra allora la finitura superficiale della pavimentazione
del portico è preferibile che sia di un colore medio.
In base a queste semplici regole è possibile effettuare un predimensionamento
della posizione della finestra in sezione. Queste operazioni devono essere fatte
160
ovviamente nel rispetto dei requisiti dei rapporti aero-illuminanti (RAI) della
località scelta.
Posizionata la finestra da ogni punto della stanza è possibile identificare degli
angoli che rappresentano:
- la parte ostruita dal portico e la parte ostruita dall’edificio antistante.
Entrambe le superfici contribuiscono all’illuminamento indiretto (in
seguito alla riflessione) in quanto aumentano la CRE (componente di
riflessione esterna) e migliorano l’uniformità. In particolare la parte
ostruita dal portico riduce la vista della porzione più luminosa della volta
celeste (allo zenit è tre volte più luminosa rispetto all’orizzonte se il cielo
è cielo coperto) ma è la superficie che maggiormente contribuisce alla
riflessione nell’interno.
A parità di angoli di ostruzione, l’edificio
antistante ha, al contrario, un effetto minore in termini di riduzione di luce
naturale.
- la parte libera del cielo corrispondente all’angolo determina il contributo
diretto del cielo CC (Componente del Cielo), ossia la luce diffusa
incidente nel punto analizzato (condizioni di cielo coperto).
L’angolo , all’interno del quale si vede il cielo, si può determinare graficamente
su un piano di lavoro, congiungendo il punto interno e lo spigolo del portico e lo
stesso punto con l’estremità dell’edificio antistante.
I punti in cui =0 non ricevono luce diretta e se corrispondono a zone più vicine
alla finestra significa che lo spazio sarà scarsamente illuminato ed è
consigliabile prevedere una copertura discontinua o un light shelf per migliorare
la distribuzione della luce.
I punti per i quali >0 ricevono una quantità di luce che dipende dalla porzione
di volta celeste visibile, il cui contributo diminuisce più ci si avvicina
all’orizzonte.
Strumenti semplificati per la verifica
Gli strumenti semplificati permettono di verificare solo la CC del FLD.
- maschera delle ostruzioni disegnata per un punto (generalmente sul piano di
lavoro, h 0,80) sovrapposta alla carta dei punti dell’illuminamento del tipo di
cielo considerato DDT (Daylight Dot Chart)16 in cui ogni punto rappresenta lo
0,1% dell’illuminamento del cielo. Sommando i punti si può quindi
determinare il valore dalla componente CC (%) del FLD in un punto del
piano (figura 131).
16
F. Moore, 1991
161
Figura 131. Esempio di utilizzo di una maschera di ombreggiamento con sovrapposta una DDC
(cielo coperto) ad un’h di 0,80 m.
- software (Heliodon 2) per visualizzare il valore puntuale e la distribuzione
areale su un piano della CC (utilizzando la modalità: proiezione
ortografica).
Per determinare la percentuale corrispondente al Fattore di Vista (%) all’altezza
della vista (h 1,50)
- calcolare il fattore (lo stesso usato dalla normativa italiana per il FLD)
utilizzando la formula:
-
dove ε=0,5 è il valore massimo per finestre verticali prive di ostruzioni
(quindi in assenza di portico).
- software (Heliodon 2) per visualizzare il valore puntuale e la
distribuzione areale su un piano del FV (utilizzando la modalità:
proiezione equivalente).
Strumenti complessi
Per effettuare un calcolo preciso dell’effetto dei materiali (IRC+ERC del FLD) è
necessario considerare utilizzare un software più complesso (Solene, Radiance
ecc.) che utilizzi un metodo (es. algoritmo radiosity) per il calcolo dei fattori di
forma che considerino la posizione reciproca delle superfici.
A risultato di tali simulazioni si ottiene in ogni punto il FLD (%) come somma di
CC, ERC e IRC. Il FLDm deve confrontato con il valore previsto dalla normativa
rispetto all’attività svolta; è possibile quindi determinare e l’uniformità (%) in una
stanza come rapporto tra FLDmin e FLDmax.
162
11.2.3 Dimensionare il campo radiante (fase 3)
Per dimensionare il campo radiante è necessario calcolare le temperature
superficiali (Tse) dei limiti verticali e orizzontali che costituiscono il portico, in
particolare della pavimentazione esposta al sole, all’ombra, sia del portico dello
spazio aperto adiacente.
Le Tse (°C) possono essere ottenute attraverso:
- un software di simulazione dinamica (es. Solene Microclimat), capitolo 9.2.1)
- strumenti di rilievo sul campo come un pirometro ottico o termocamera (più
costosa ma più precisa), vedi Allegato A.
L’ Albedo:
- rilevato attraverso un piranometro (come rapporto tra la radiazione netta
incidente e radiazione riflessa);
- osservando il colore del materiale e consultando tabelle esistenti.
Dati climatici quali Ta (°C) e HR (%) e Radiazione Globale (W/m2):
- ottenuti tramite un file meteo di un anno tipo (es. in formato .epw17) della
località scelta o riferiti alla stazione metereologica più vicina (per Milano
stazioni Arpa);
- rilevati con un termoigrometro sul campo e un radiometro.
Le temperature superficiali (in particolare quelle della pavimentazione) sono
importanti ai fini della determinazione della Temperatura Media Radiante
(Tmrt), parametro chiave per la determinazione del comfort termico.
La Tmrt può essere ottenuta:
a) partendo dai risultati ottenuti nel capitolo 10.4 per avere dei valori di
tendenza.
La deviazione rispetto alla temperatura dell’aria è un parametro significativo per
determinare la Tmrt di una configurazione
In generale si possono riassumere le variazioni rispetto al giorno, e alla notte
nel diversi casi.
Approssimativamente la Tmrt può essere calcolata come:
Tmrt = Ta + a +/- b
dove:
a è Tmrt-Ta
b è uguale a 0 se l’albedo è 0,5
b è l’incremento o la diminuzione di stress termico dovuta all’utilizzo di una
pavimentazione più chiara A08 (+) o più scura A08 (-).
17
scaricabile come Weather Data da: U.S. Department of Energy website
163
Figura 132. mrt per diverse configurazioni con albedo medio.
Tabella 9. Fattori a e b per la determinazione della Tmrt, in diversi momenti di una
giornata estiva.
b) utilizzando le formule contenute nel foglio di calcolo COMFA+, nel
seguente modo:
- si effettua il calcolo dei fattori di vista rispetto a un individuo
posizionato nello spazio.
Figura 133. Fattori di vista di un individuo sotto un portico, pesati rispetto alle superfici al sole e
all’ombra alle h12.
Le temperature sono importanti rispetto alla pesatura per i fattori di vista,
con particolare attenzione alla pavimentazione dove la pesatura deve
essere fatta considerando le superfici al sole e all’ombra.
164
Si può quindi procedere calcolando il GVF (Ground View Factor) di tutto il
pavimento visibile e poi, per sottrazione calcolare il GVF al sole (se la
persona si trova all’ombra):
GVFs = GVFtot – GVFo
Se GVFs > GVFo è presumibile un maggiore stress termico.
GVFo e GVFs cambiano a tutte le ore del giorno, al variare porzione di
portico in ombra/sole.
A questo punto è possibile determinare la Tse media del pavimento,
facendo una media pesata rispetto ai fattori di vista del pavimento.
- Si inseriscono i dati in COMFA+ e ricavare i flussi Kabs e Labs e
applicando la formula (che deriva da quella più estesa descritta nel
cap.9.3.1) si calcola la Tmrt:
dove:
L*abs = p *Ei
K*abs = ak* Di
- Kabs è la somma dei flussi solari a onda corta (SW)
- Labs è la somma dei flussi termici a onda lunga (LW)
- Di è la somma dei flussi solari diffusi e diffusi riflessi per il fattore di vista del cielo
rispetto al baricentro di una persona
- ak è il coefficiente di riflessione della persona, dipende dal vestiario
- Ei è la somma dei flussi termici emessi dalle superfici compreso il cielo per il loro
fattore di vista rispetto al baricentro di una persona
- p è l’emissività della persona (0,9)
- è la costante di Stefan-Boltzmann
E’ possibile calcolare la Tmrt anche partendo dalle valutazioni effettuate
Lo stesso COMFA+ permette di determinare il bilancio termico di un individuo,
che svolge una determinata attività (ha quindi un certo tasso metabolico) e un
determinato vestiario, al variare della velocità del vento (v).
Per calcolare invece un indice di comfort termico come il PET, è sufficiente
inserire in Rayman la Tmrt calcolata (rilevata) insieme a Ta e HR. Anche in
questo caso è possibile apprezzarne la variazione rispetto alla velocità del
vento.
165
Conclusioni
La tesi è stata sviluppata nell’alveo delle ricerche riferite all’approccio
bioclimatico inteso come insieme di strumenti e tecniche che cercano di dare
risposta alle esigenze di benessere polisensoriale di un individuo nella
dimensione transdisciplinare della progettazione microurbana.
In particolare la presente ricerca ha indagato le potenzialità di un tipo di spazio
di transizione presente nella tradizione mediterranea, il portico, al fine di
determinare in che modo questo spazio contribuisca al miglioramento del
benessere dell’uomo, delle condizioni termiche e luminose dell’edificio che vi si
affaccia e delle possibilità d’uso dello spazio urbano circostante.
La tesi è sviluppata in due parti, una di tipo più qualitativo, e una più di tipo
quantitativo e ha dimostrato il valore del portico (in quanto archetipo degli spazi
di transizione di tipo perimetrale) come sistema di controllo climatico che ha
favorito le interazioni sociali nelle città in un’area climatica mediterraneatemperata.
Attraverso la messa a sistema di variabili morfo-tipologiche sono state
individuate delle configurazioni di spazi di transizione perimetrali che possono
avere ricadute di tipo sociale e ambientale differenti e specifiche per ogni
tipologia.
L’analisi delle caratteristiche ambientali (luce, calore, ecc.) e dei modi d’uso che
lo spazio-portico permette o favorisce, sottolinea l’importanza di questi spazi di
mediazione sui comportamenti e sulla percezione del comfort in quanto:
- moderano le condizioni climatiche nello stesso portico e all’interno
dell’edificio adiacente, riducendo il ricorso a impianti di climatizzazione,
potenziando quindi la “zona passiva” dell’edificio (Baker and Steemers,
2000) e migliorando la distribuzione della luce all’interno;
- smorzano il gradiente termico tra interno ed esterno, provocando quindi un
progressivo adattamento del corpo nel passaggio tra spazi con condizioni
termiche differenti;
- permettono di realizzare una continuità tra edifici e spazi aperti differenti,
favorendo l’integrazione di attività e la circolazione dei cittadini al riparo da
sole e pioggia;
- favoriscono la creazione di ambienti con livelli di privacy differente, e
stimolano l’interazione sociale all’interno di spazi aperti urbani
ridimensionando l’ampiezza degli spazi riportandoli così a “misura d’uomo” e
determinando il cosiddetto “effetto confine” (Gehl 1987), ovvero la
predisposizione delle persone a sostare ai margini di uno spazio;
- caratterizzano da un punto di vista formale edifici e spazi urbani creando
diversità spaziale e ambientale (Steemers, 2004), arricchendo quindi
l’esperienza sensoriale dell’architettura. La diversità ottenuta grazie alla
presenza di spazi di transizione progettati lungo i margini degli edifici come
portici, logge ecc., fornisce infatti opportunità adattive che permettono agli
occupanti di entrare in sintonia con lo spazio circostante e prendere attivo
166
controllo del loro ambiente, specialmente attraverso la sensazione di
controllo percepito (Nikolopolu, 2001).
Queste considerazioni permettono di considerare gli spazi di transizione
perimetrali come elementi strategici sia in caso di retrofit sia in caso di nuova
progettazione, sebbene privi di un uso specifico (Coch, 2004).
Nella seconda parte, a queste analisi qualitative è seguita un’analisi ambientale
di tipo quantitativo che ha indagato le potenzialità di controllo ambientale di un
portico e ha prodotto uno strumento di supporto alla progettazione che permette
di effettuare valutazioni ambientali integrate e trovare un compromesso tra i
requisiti di un uno specifico progetto di uno spazio confinato e i vincoli di un
contesto urbano.
A tale scopo è stato definito un metodo di analisi e valutazione che tiene in
considerazione i diversi effetti di tipo termico e luminoso dovuti alla radiazione
solare. Il metodo di aiuto proposto è strutturato per interagire con il progettista
durante l’intero processo di definizione. I diversi strumenti di complessità
adeguata al tipo di analisi associati al metodo, sono utilizzati in diverse fasi.
Strumenti semplificati (come Heliodon2) e software di simulazione dinamica più
complessi (Solene microclimat) hanno permesso di effettuare delle valutazioni
su un modello di studio variando: geometria, materiali e vincoli di contesti
urbani, determinando dei range di variazione degli effetti legati al benessere
dell’individuo in un portico.
Le analisi hanno permesso di mettere in relazione contesti urbani diversi e
relativa accessibilità solare invernale. Per i diversi tipi di contesto si possono
definire configurazioni di “portici”, intese come strategie progettuali (in termini di
morfologia e materiali) che permettano di controllare gli effetti della radiazione
solare, fornendo nel contempo indicazioni per valutare ombreggiamento estivo,
accesso solare invernale, distribuzione della luce naturale e visione nello spazio
interno adiacente il portico.
La sintesi degli effetti diretti e indiretti della radiazione solare ha portato infine
alla determinazione dell’influenza di un portico sulla variazione del campo
radiante, con la definizione dei limiti (in termini di geometria e materiali) entro i
quali la presenza di uno spazio più o meno ombreggiato influisce sulla
Temperatura Media Radiante, parametro chiave per la determinazione del
comfort di un individuo. Riguardo l’effetto dei materiali, in particolare,
nonostante sia noto l’effetto di un alto coefficiente di riflessione sulla
diminuzione della Temperatura Superficiale Esterna se e quindi sulla Ta, si
evidenzia come, a livello microurbano, tale riduzione non sia sufficiente da
bilanciare l’incremento dei carichi radianti su un individuo. Infatti aumentare
l’albedo, in particolare in una superficie al sole adiacente al portico, incrementa
il carico di radiazione riflessa sull’individuo, che, anche se all’ombra, può
avvertire un incremento dello stress termico. D’altra parte, tale effetto deve
essere bilanciato con le esigenze di illuminazione della stanza che si affaccia
167
sul portico: infatti la luce naturale all’interno è incentivata dalle riflessioni
provenienti da pavimentazioni chiare.
A conclusione della ricerca sono state formulate delle linee guida che
rappresentano uno strumento di supporto alla progettazione ambientalmente
consapevole di un portico in un contesto climatico-temperato. Le linee guida
sono divise in indicazioni più generali, corredate da schemi progettuali, e
procedure analitiche o grafiche per il dimensionamento di un portico
considerando i vincoli di uno specifico contesto.
Uno degli aspetti problematici della ricerca ha riguardato la valutazione della
sensazione termica dell’individuo in uno spazio semi-aperto, di cui la Tmrt
rappresenta il parametro chiave ma anche l’aspetto più critico da valutare. Per
questo motivo sono stati individuati dei valori di tendenza, intesi come
variazione rispetto alla temperatura dell’aria in diverse configurazioni.
Sviluppi futuri della ricerca potrebbero riguardare l’implementazione nel metodo
di analisi di fattori diversi, più qualitativi, legati alla percezione dello spazio
(sfera psicologica, di cui è stata fornita una base teorica nella prima parte).
L’effetto dell’adattamento sul comfort termico dell’individuo è una questione
ancora poco indagata ed è oggetto di ampio dibattito scientifico. Sarebbe
interessante esaminare questo aspetto (anche se in modo empirico),
specialmente in riferimento a un ambito mediterraneo temperato dove gli spazi
di transizione hanno una grande tradizione a supporto delle attività sociali.
168
Allegato A
Simulazioni effettuate con Heliodon2 variando le proporzioni (H1/W e H/D)
169
Allegato B
Analisi ambientale di un porticato all’interno di una corte a Milano
Si tratta del cortile interno dell’edificio sud del Politecnico di Milano, la cui forma
è stata semplificata con un rettangolo per la modellizzazione le cui dimensioni
sono 22,5 x 31,3 m.
latitudine: 45.4° N
longitudine 9.3°E
orientamento: N-S
proporzioni portici H/D= 1,6
(H=5,10 m D=3,20)
L> 40 m
Il giorno scelto per la valutazione delle condizioni di comfort è stato il 1 agosto
con rilievi effettuati ogni ora durante tutto il giorno (dalle ore 8 alle ore 20, ora
locale)
METODO DI RILIEVO
Pianta con individuazione dei materiali
Si individua una porzione tridimensionale P, presa al centro perché la più
uniforme (non subisce l’effetto d’angolo) costituita da limiti orizzontali e verticali:
a= parete verticale, muro in laterizio intonacato bianco
b1= pavimentazione del portico in granito
b2= pavimentazione esterna al portico in calcestruzzo di colore dal bianco al
grigio
I portici si trovano sul lato est e ovest del cortile con le stesse proporzioni e
materiali ombreggiati quindi rispettivamente la mattina (fino alle ore 14) e il
pomeriggio.
1) ANALISI DELLE OMBRE
L’analisi delle ombre è stata preliminarmente effettuata per evidenziare le aree
sottoposte a irraggiamento nelle diverse ore del giorno attraverso un modello 3d
(Sketchup). Percentuale di ombreggiamento nei diversi momenti della giornata
Vista del lato ovest della corte (portico orientato a EST)
Lato ovest ore 8-10-12
Vista del lato est della corte (portico orientato a OVEST)
h 14-15-16
h17-18-19
171
1) ANALISI DEI MATERIALI
2) ANALISI TERMOGRAFICA
Dati rilevati e relativi strumenti utilizzati:
- Tse (°C), temperature superficiali esterne (termocamera IR)18.
- Ta (°C), HR (%) , temperatura dell’aria rilevata con un termoigrometro
- v (m/s), velocità del vento misurata con un anemometro
- Radiazione globale (W/m2), dato della stazione meteo
I dati rilevati sono stati confrontati con i dati climatici della stazione Arpa di via
Juvara a Milano (la più vicina).
E’ stata rilevata la temperatura superficiale dei portici sul lato est e ovest del
cortile. Sui lati nord e sud è stata rilevata la temperatura superficiale in assenza
di portici
Tabella dati rilevati il 1 agosto
18
FLIR T640bx, FLIR Systems Inc., Meer, Belgium.
172
Restituzione delle temperature superficiali (°C) ottenute con immagine
termografica portico lato ovest (orientato a est) alle h12-13-14
h 12 :
Tse parete (a) = 34,7°C
h13
T parete= 33,1°C
h 14
T parete= 32°C
T pav ombra (b)= 35 °C
T pav ombra= 35,7 °C
T pav ombra= 35°C
173
Tpav sole (b1)= 57 °C
Tpav sole= 46
Tpav sole= 42,8°C
Grafici che riportano l’andamento della Tse e Ta nella porzione P rilevata (punti a, b1 e b2) nei
quattro orientamenti.
174
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