Università degli studi “Mediterranea” di Reggio Calabria - Facoltà di Architettura
Corso di laurea in SCBAA
Problematiche energetiche e di sostenibilità:
sistemi per il guadagno di energia
11 novembre 2009
Corso di Tecnologie per il progetto sostenibile
Docente: Arch. A. Giordano
a.a. 2009-10
Architettura e sostenibilità
L’architettura deve confrontarsi con il mondo
naturale e questo confronto implica una
lettura dell’edificio che ne supera i confini di
oggetto a sé stante e lo dissolve nel
paesaggio che lo circonda:
-
2
Interazione tra edificio e luce,
luce clima,
clima aria,
aria
acqua,
acqua suolo,
suolo ambiente urbanizzato e
ambiente vegetale.
vegetale
Corso di TECNOLOGIE PER IL PROGETTO SOSTENIBILE
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Casa sulla cascata (F.L. Wright)
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Corso di TECNOLOGIE PER IL PROGETTO SOSTENIBILE
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Casa sulla cascata (F.L. Wright)
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Corso di TECNOLOGIE PER IL PROGETTO SOSTENIBILE
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Il rapporto edificio/ambiente –il “sistema” edificio e il “sistema” ambiente
Il rapporto edificio/ambiente riguarda la complessità delle interazioni tra
oggetto edilizio e ambiente (nel caso specifico, contesto e clima)
Considerare tale rapporto nella progettazione significa considerare il
rapporto dell’edificio con il clima e il contesto di intervento
La costruzione viene considerata come un organismo “vivente” (non
una barriera ma un filtro) e le sue forme integrate con il sistema
ambientale in cui è collocata.
L’edificio viene considerato un sistema:
un insieme di parti interconnesse e finalizzate;
il cui fine è raggiungere il miglior livello di
comfort e di risparmio energetico globale.
L’edificio interagisce attraverso uno
scambio energetico (calore) con l’ambiente
esterno
obiettivo
Raggiungere elevati livelli di
qualità
ambientale utilizzando
fonti energetiche
Corso
di
TECNOLOGIE
PER
IL
PROGETTO
SOSTENIBILE
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rinnovabili
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Il microclima
È il clima alla scala più piccola, quello
caratteristico dell’intorno costruito e l’unico che
può essere influenzato dall’intervento umano e
in qualche modo controllato al fine di creare
condizioni di benessere termoigrometrico
all’interno, o all’esterno, di un edificio.
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Il rapporto edificio/ambiente – Le componenti biofisiche e microclimatiche del contesto di
intervento: ricadute prestazionali sull’edificio
l'analisi dei dati climatici della zona:
- andamento delle temperature;
- umidità relativa;
- velocità media del vento;
- radiazione solare.
Le ricadute prestazionali sull’edificio
Miglioramento delle condizioni di:
BENESSERE
- microclimatico (comfort estivo/invernale,
controllo della ventilazione naturale)
Le caratteristiche specifiche del
sito:
•ombre proiettate dagli edifici
circostanti;
•tipo di vegetazione;
•vicinanza ad un bacino o ad un corso
d'acqua;
•caratteristiche della superfici intorno
all'edificio (asfalto, manto erboso, …).
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- visivo (controllo illuminazione naturale:
flusso luminoso e trasparenza)
-Acustico
SALVAGUARDIA DELL’AMBIENTE
- Risparmio energetico e ritenzione del
calore
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Clima e microclima
Siamo portati a pensare il clima come una
condizione uniforme distribuita su una vasta
regione.
A livello del suolo esistono però, l’uno accanto
all’altro, molteplici microclimi che variano
notevolmente con differenze di quota d pochi
metri e all’interno di un Kmq.
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Clima e microclima
Le deviazioni del clima hanno un ruolo
importante nell’utilizzazione architettonica el
suolo:
In primo luogo nella scelta del sito si
dovrebbero prendere in considerazione le
località sfavorevoli;
In secondo luogo, un sito meno favorevole
può essere migliorato con frangivento e
superfici circostanti che inducono una
reazione vantaggiosa gli effetti della
temperatura e della radiazione.
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MEDIE CLIMATICHE
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Diener & Diener – Novartis Campus a Basilea
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La radiazione solare
La radiazione emessa dal sole è di tipo
elettromagnetico ed ha natura sia ondulatoria
sia particellare (fotoni). La distribuzione
dell’intensità di radiazione solare è funzione
della lunghezza d’onda:
-radiazione ultravioletta (λ<0,4μ);
-radiazione luminosa 0,4≤ λ≤0,75μ
-radiazione infrarossa λ>0,75μ
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La radiazione solare
Nel percorso di attraversamento dell’atmosfera fino
alla superficie terrestre, subisce modifiche
distribuendosi in diverse componenti:
-
-
-
-
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Riflessa all’esterno dell’atmosfera;
Assorbita dalle particelle di vapore acqueo sospese
nell’atmosfera;
Diffusa dalle particelle di vapore acqueo sospese
nell’atmosfera;
Diretta,
Diretta ossia la quota che raggiunge la superficie
terrestre;
Riflessa dal suolo e dalle superfici circostanti.
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SOLE
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R.Piano, Espansione Morgan Library
SOLE
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Corso di
TECNOLOGIE
PER
Jourda
Perraudin, Accademia Mont
CenisIL PROGETTO SOSTENIBILE
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SOLE
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La ventilazione naturale
I “motori” principali che inducono il movimento naturale
dell’aria sono:
•
La spinta prodotta dalla differenza tra la massa inerziale
dell’atmosfera e quella della crosta terrestre, nel
movimento di rotazione della terra attorno al suo asse
(forza di Coriolis);
•
La forza generata dalla differenza di densità e quindi di
pressione che si viene a creare tra masse d’aria diverse
per effetto dello scambio termico tra le masse stesse e
quelle – solide, liquide o gassose – a esse confinanti; le
masse d’aria meno dense e, quindi, più leggere, tendono
a salire e vengono sostituite da masse d’aria più dense
e, quindi, più pesanti.
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La ventilazione naturale
La forza generata dalla differenza di densita’ e di
pressione dell’aria da’ origine a moti di tipo circolare
con componenti verticali (ascensionale e
discensionale) e orizzontale (in quota e, di direzione
opposta, al suolo).
Tale componente orizzontale del movimento d’aria è
detto VENTO ed è caratterizzato da direzione e
velocità che variano per effetto dei seguenti fattori:
Î Rugosità del terreno;
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Î
Presenza di barriere vegetali;
Î
Presenza di ostacoli solidi.
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VENTO
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La ventilazione naturale
I movimenti d’aria desiderabili dovrebbero
essere sfruttati per il raffrescamento nei
periodi caldi e come sollievo dalla pressione
di vapore nei periodi di alta umidità assoluta.
I movimenti d’aria dovrebbero invece essere
bloccati ed evitati durante la stagione fredda.
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A livello microclimatico, la
corrugazione del terreno e la
morfolofia e disposizione
dell’ambiente urbano hanno
influenza sui venti locali,
modificandone il flusso, la velocità e
la direzione.
ARIA
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Acqua
Avendo un calore specifico più alto di quello del
suolo è, rispetto ad esso, normalmente più
calda d’inverno e più fredda d’estate (e
usualmente più fredda durante il giorno e più
calda durante la notte).
Conseguentemente, la presenza o la vicinanza
di corpi d’acqua modera le variazioni di
temperatura, attenuando le minime invernali e
le massime estive.
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Acqua
L’uso di specchi d’acqua è legato alla capacità
che ha l’acqua (anche di specchi poco
profondi) di mantenere la temperatura
superficiale inferiore a quella dell’aria e degli
altri “materiali” ed alla sua bassa riflettanza
che non supera il 3% nelle ore di massima
radiazione quando il sole è alto sull’orizzonte.
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Acqua
In funzione dello spessore, uno specchio d’acqua
può assorbire fino all’80% della radiazione
senza aumentare sensibilmente la temperatura
superficiale perché la superficie si raffresca per
evaporazione e il calore viene accumulato nella
massa termica e dissipato di notte.
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Acqua
Il raffrescamento può essere incrementato con
l’utilizzo di zampilli (con fori di 1 cm) o meglio
ugelli per getti nebulizzanti (fori nell’ordine di
mm) che aumentano di circa 100 volte la
superficie di contatto aria/acqua quindi la
potenza di raffrescamento.
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Proprietà:
Se irraggiata, tende a riscaldarsi più
lentamente del terreno, ma rilascia
più lentamente il calore accumulato.
ACQUA
Fenomeni:
-Attenuazione delle escursioni
termiche dell’aria sovrastante la
massa d’acqua rispetto a quella del
terreno (ha come effetto la
mitigazione termica);
-Sfasamento temporale delle
dinamiche di scambio termico tra
acqua e atmosfera, e tra terreno e
atmosfera (provoca differenza di
temperatura)
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La vegetazione
Il manto naturale del terreno tende a moderare
le variazioni di temperatura ed a stabilizzare
le condizioni grazie alle proprietà riflettenti
delle proprie superfici.
La vegetazione ed i manti erbosi fanno
diminuire la temperatura assorbendo parte
della radiazione solare incidente e raffrescano
per evaporazione.
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La vegetazione
Si è sperimentato che la
temperatura sopra le
superfici erbose nelle
giornate estive di sole è
inferiore da 5,6 a 7,8°C
rispetto a quella del terreno
spoglio;
E’ stato osservato che la
temperatura sotto un albero
a mezzogiorno è di quasi
3°C più bassa di quella
dell’ambiente circostante.
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La vegetazione
Una copertura vegetale
può essere considerata
morfologicamente come
una combinazione di
coperture multiple nelle
quali le lame siano le
foglie; gli strati più bassi
risultano ombreggiati da
quelli soprastanti che sono
inoltre raffrescati anche dal
processo di
evapotraspirazione.
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La vegetazione
Nei contesti a clima mediterraneo la vegetazione
più appropriata è quella a foglia caduca sia
nella tipologia 3d (alberi) che 2d (pergole)
perché in grado di erogare una prestazione
variabile a livello stagionale (estate/inverno).
La trasmissività della radiazione in estate per la
vegetazione a foglia caduca varia da quasi 0 al
10% mentre in inverno è nell’intervallo 50-80%.
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Proprietà:
-Capacità e conduttanza termica minori
di quelle delle superfici non vegetate;
-La radiazione solare è assorbita
principalmente dalle foglie, per cui è
molto ridotta la componente riflessa;
-Filtraggio della radiazione solare diretta
in funzione della copertura delle foglie;
-Capacità di filtraggio delle polveri e
degli inquinanti dell’aria;
-Capacità di assorbimento dell’energia
cinetica del vento, con modifica dei
relativi campi di velocità e pressione, più
graduale rispetto alle barriere solide.
VERDE
Effetto schermante
della vegetazione 1 Ombreggiamento
2 Riflessione
3 Convezione
4 Evapotraspirazione e
processi fotosintetici.
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