DOTTORATO DI RICERCA IN PROGETTAZIONE AMBIENTALE
XXV Ciclo: Novembre 2009 - Ottobre 2012
"Sapienza" Università di Roma
Dipartimento PDTA
BENCHMARKING DELLE TECNOLOGIE ECOSOSTENIBILI
TRADIZIONALI NEL COMPENDIO STORICO DELL’ARCHITETTURA
ISLAMICA PER UNA METODOLOGIA DI TRASFERIMENTO SU
FABBRICHE CONTEMPORANEE
Dottorando: Valentina Romano
Tutor: Prof. Arch. Giampaolo Imbrighi
Co-Tutor: Hassan Osanloo
Coordinatore: Prof. Arch. Eliana Cangelli
Abstract
Inquadramento scientifico e risultati
“Benchmarking delle tecnologie ecosostenibili tradizionali nel compendio storico
dell’architettura islamica per una metodologia di trasferimento su fabbriche
contemporanee” è il titolo della ricerca svolta in Iran, in Italia, in Cina e in Belgio.
Obiettivo principale della ricerca effettuata è stata da un lato, la descrizione e
valutazione dei sistemi passivi tradizionali utilizzati nelle costruzioni del passato, con
particolare riferimento alle costruzioni presenti sul territorio oggi iraniano, in un’ottica di
una loro possibile riconversione e riutilizzazione attraverso le modalità offerte dalle
tecnologie moderne e del loro inserimento sin dalla fase della progettazione di nuovi
edifici e, dall’altro, la descrizione e valutazione dei sistemi di costruzione utilizzati nel
contemporaneo.
La metodologia di valutazione scelta è stata quella del “benchmarking” , ritenuta la più
idonea per lo scopo prefissato e della quale, come ulteriore obiettivo di ricerca, si sono
intese verificare le potenzialità applicative.
I risultati più importanti conseguiti dalla tesi sono due: l’applicazione diretta del
“benchmarking” confronto/raffronto nell’esecuzione di un progetto architettonico che
ne enfatizzi l’utilizzo e l’elaborazione di un metodo semplificato del sistema costruttivo
“ideale” proposto, a partire dalla sperimentazione effettuata con l’uso della
progettazione integrata di architettura, struttura ed impianti, per lo sviluppo in altro
suolo.
Per quanto riguarda il primo punto, la ricerca ha prodotto la validazione di una
realizzazione architettonica che sfrutta i sistemi passivi per la progettazione di un
“Energy Building” di alte dimensioni. Il sistema descritto è suscettibile di essere
trasferito e utilizzato in diversi contesti. Il progetto tiene conto delle normative vigenti in
Europa in materia energetica e delle linee di indirizzo future come delineate dal
Programma 2020 dell’Unione Europea.
Il secondo risultato è rappresentato dalla elaborazione di un metodo di progettazione
che permetta la riproducibilità del progetto. Il metodo consiste nell’identificazione delle
caratteristiche ambientali del luogo e nell’inserimento delle stesse nel progetto
architettonico. L’utilizzo delle tecnologie passive riequilibra l’impatto sul contesto
ambientale in cui l’edificio si inserisce e trasmette energia e stabilità. Letto in una ottica
più ampia di distribuzione e diffusione di potenzialità sia progettuali che ambientali, il
progetto si pone come elemento cardine di uno sviluppo futuro che potrebbe
coinvolgere più situazioni urbane e metropolitane sia del panorama europeo che
mondiale, sviluppando così una maggiore coesione e collaborazione tra paesi.
Un ulteriore obiettivo di questa parte dello studio ha riguardato la verifica della linea di
ricerca prospettata: l’edificio viene, infatti, spiegato in ogni sua componente meccanica,
tecnologica e di recupero energetico. Questa ricerca necessita, però, di ulteriori
approfondimenti per essere immediatamente operativa.
Abstract e struttura della tesi.
Lo studio realizzato è suddiviso in 3 fasi storiche: il passato, il contemporaneo, la
prospettiva con la presentazione di un progetto esempio di costruzione eco-compatibile.
Lo strumento di lavoro è la descrizione dei sistemi e delle metodologie di costruzione dei
periodi considerati, il loro raffronto, l’individuazione nell’antico delle tecniche migliori e
delle potenzialità tecnologiche del moderno fino alla presentazione di un caso concreto
che rappresenta la sintesi tra vecchio e nuovo, tra la tradizione e il futuro, con una
attenzione particolare all’impatto ambientale ed all’efficienza energetica. L’obiettivo è
quella di individuare, dopo una analisi dettagliata di ogni fattore esterno (clima,
posizione geografica, composizione del terreno, ecc) ed interno (materiali, distribuzione
interna, rapporto tra edificio e natura ecc.. ) della costruzione, le linee guida di una
“progettazione intelligente” capace di coniugare passato, presente e futuro per
soddisfare le nuove esigenze dell’uomo, per una migliore qualità della vita e
dell’ambiente naturale ed urbano, utilizzando le soluzioni e le possibilità offerte dalle
nuove tecnologie.
Ogni periodo viene analizzato sotto il profilo storico, sociale, religioso, ambientale ed
urbanistico poiché tutti questi elementi hanno profondamente influito sulla
progettazione e sulla costruzione sia nel passato che nel presente sia di edifici
residenziali privati sia di grandi edifici pubblici.
Si può addirittura affermare che l’analisi della progettazione architettonica rappresenta
l’immagine visiva e, in alcuni casi, ancora tangibile, dei mutamenti e dello sviluppo di un
popolo: la base di partenza e di arrivo delle civiltà orientali ed occidentali, i punti di
contatto, le influenze reciproche, le differenze sociali e religiose, l’inclinazione
economica, ciò che si è definitivamente perduto e ciò che si cerca di recuperare.
Dalla costruzione della propria casa, elemento primario dei bisogni dell’uomo, si passa
alla realizzazione di nuclei abitativi più estesi, poi di nuclei comuni privati o di uso
pubblico, destinati a soddisfare esigenze amministrative, politiche, sociali e religiose fino
a giungere alla progettazione di città intere o, anche solo, di elementi che la
rappresentano, la trasformano, la rendono riconoscibile al mondo, con l’obiettivo di
“pensare” all’uomo ed al contesto urbano ed ambientale.
La prima fase analizza il “costruito” passato, è uno studio sul tessuto urbano, sui
materiali e sulle tecnologie bio compatibili utilizzate nella costruzione di edifici storici
presenti sul territorio oggi iraniano, fortemente influenzato dalla religione islamica.
L’analisi evidenzia come a seguito dello sviluppo demografico, politico ed economico del
territorio siano andate dimenticate, o addirittura perse, la tipologia stessa di costruzione
e le tecniche tradizionali utilizzate nel territorio, sostituite dalla costruzione di edifici alti
a scarsissima se non nulla sostenibilità ambientale. E’ emerso così che per privilegiare il
potenziale ruolo chiave dell’edificio alto con riferimento alle richieste di una crescente
popolazione, si è attuato uno sviluppo incontrollato del territorio che ha danneggiato
aree importanti sia sotto il profilo dell’architettura che dell’ambiente. Ma si è anche
visto che oggi è possibile, attraverso tecniche di ristrutturazione e ammodernamento
tecnologico, restituire alla città edifici nuovamente compatibili e, in alcuni casi, anche
autosufficienti.
La seconda fase analizza il “costruito” contemporaneo, si colloca in una dimensione
temporale che va dagli anni 50 ai prossimi 10 anni ed investe da una parte, le fasi dello
sviluppo urbano incontrollato e, dall’altra, i primi esempi di architettura eco –
compatibile.
Ci si sofferma sul raffronto tra la realtà contemporanea occidentale ed asiatica e tra essa
e il passato medio-orientale. Si approfondisce la possibilità di recuperare ed utilizzare in
chiave moderna i sistemi costruttivi che sembravano perduti al fine della riproposizione
di soluzioni “naturali” ed “ecocompatibili” in grado di far ritrovare un più equilibrato
rapporto con la natura e l’ambiente, capaci di generare una migliore qualità della vita. In
questa parte della ricerca viene inserito lo studio di fattibilità di riqualificazione di edifici
esistenti al fine di renderli sostenibili e vengono descritte le caratteristiche dei numerosi
materiali utilizzabili.
Ci si sofferma, poi, ampiamente, sulle linee guida dettate dall’Unione Europea in materia
di risparmio energetico, considerato questo una delle priorità dell’azione di governo di
tutti i paesi UE, in considerazione dei consumi crescenti uniti ad una non illimitata
disponibilità di risorse energetiche.
La terza fase, denominata prospettiva, basata sullo strumento del benchmarking, pone a
confronto/raffronto le “eccellenze” esistenti nel campo della progettazione
architettonica. Ciò consente di individuare gli elementi cardine di una progettazione
intelligente e moderna, di evidenziare le potenzialità ancora non del tutto sfruttate, di
comprendere gli orientamenti e le tendenze future. Accanto al genio creativo ed al
design, una differenza sostanziale sarà data dai fattori ricerca ed innovazione,
identificativi di una architettura di prospettiva. Questa parte della ricerca presenta,
inoltre, una analisi ed un confronto sulle nuove tecnologie di produzione di energia da
fonti rinnovabili allo scopo di individuare la configurazione più vantaggiosa in termini di
applicabilità nella progettazione di un edificio alto.
L’analisi viene effettuata tramite grafici che descrivono le prestazioni tra contemporaneo
e passato, così da identificare anche visivamente, in modo immediato, quali sono gli
elementi da migliorare. Le fasi di indagine riguardano: l’architettura, la tecnologia, i
materiali.
Gli edifici scelti per il confronto sono gli edifici storici che si sviluppano in pianta e gli
edifici contemporanei che si sviluppano in altezza. Questo per sottolineare come il
costruito rispecchi i mutamenti delle esigenze di vita delle persone.
Lo studio si sofferma anche sulla multi-funzionalità che si può ottenere grazie ad uno
sviluppo del fabbricato in altezza: come conciliare la funzione abitativa con quella del
lavoro e dei servizi. Una ulteriore analisi riveste il rapporto con l’ambiente circostante in
modo da non aggredirlo ma anzi, da coinvolgere ed integrare. Lo studio si pone, infatti,
anche l’obiettivo di ricercare un più intenso legame tra ambiente e nuova costruzione.
Il progetto che viene presentato è la sintesi della risposta che la progettazione
architettonica può offrire alle nuove esigenze dell’uomo e della natura, attraverso
l’utilizzo delle migliori tecniche e metodologie analizzate.
Le linee guida per la progettazione sostenibile, individuate nella tesi, permettono di
operare un trasferimento tecnologico dal passato alla prospettiva, sia nel campo della
progettazione che della tecnologia. Un modello esportabile che funga da stimolo alla
cooperazione tra territori per assicurare crescita, sostenere la coesione territoriale e
contribuire attivamente alla protezione dell'ambiente in una logica di sviluppo
sostenibile.
L’architettura islamica: indagine delle tecnologie di origine tradizionale
L’architettura dei paesi islamici, quali quelle regionaliste e vernacolari, può avere
una notevole importanza nella discussione s u ll’architettura e tecnologia
contemporanea, sotto molteplici punti di vista. Il modello antico dimostra
un’ottimizzazione massima tra le necessità di comfort dell’abitare e l’uso delle risorse
originarie che si esplica attraverso l’uso di materiali e tecniche di edificazione e di
energia, rispetto a limiti climatici spesso estremi.
L’architettura di Hassan Fathy risulta più economica, anche se più ardita, ma con un
pieno controllo dell’identità locale. Le forme architettoniche semplici presentano
un’architettura inclusa nel contesto. Questa si basa sull’uso di risorse limitate,
ottimizzando al massimo le conoscenze dirette del sito e le strategie tecnologiche del
passato. Lo studio dell’ottimizzazione del comfort nei paesi in via di sviluppo potrebbe
permettere una futura progettazione meno invasiva nei paesi industrialmente più
avanzati.
Viene affrontato dapprima il tema della città legato alla urbanistica, al clima ed alla
progettazione in termini di edilizia ecosostenibile e, successivamente, si evidenziano le
problematiche della città nel nostro tempo con riferimento al problema del
sostentamento energetico e dell’inquinamento ambientale.
Quello che è accaduto nel contemporaneo e sta ancora accadendo dimostra l’aver
dimenticato che l’architettura non può prescindere dallo studio dei sistemi costruttivi
antichi che riguardano, tra l’altro, la climatizzazione, la ventilazione, il raffrescamento
naturale, l’accumulo del calore e l’impiego di materiali non artificiali ed ecocompatibili, e
dall’interpretarli nella realizzazione delle costruzioni dei nostri tempi mediante l’uso di
nuove e moderne tecnologie.
Metodologia di trasferimento delle tecniche tradizionali su fabbriche contemporanee
L’architettura contemporanea occidentale sta facendo indubbi progressi in ambito
tecnologico e funzionale, costruendo una nuova immagine di architettura
ecosostenibile, attenta al contempo al rispetto dell’ambiente circostante ed al risparmio
energetico. Attraverso lo strumento del benchmarking, viene operato un confronto tra
architettura, tecnologie e materiali al fine di determinare l’impatto dell’edificio
nell’ambiente circostante. L’importanza del trasferimento tecnologico mira a dimostrare
come nel passato l’architettura sia nata al solo scopo di migliorare la qualità della vita
dell’uomo, senza alcuna attenzione all’impatto ambientale. Attraverso immagini e
grafici, sarà dimostrato, indicando anche delle linee guida, quali sono le tecniche che
possono essere recuperate e quali migliorate. Successivamente viene illustrato uno
studio di fattibilità di una nuova progettazione sul territorio iraniano nella città di
Teheran che usa le tecniche antiche applicate alla nuova costruzione di edifici alti.
Contestualizzazione del processo di trasferimento in ambito europeo
Lo studio di dettaglio, effettuato al fine di individuare le linee guida per la progettazione
di un edificio alto, ripetibile in termini di tecnologia applicata alla costruzione, non può
trascendere dall’analisi e dalla verifica di tali applicazioni nel contesto europeo. Dopo
una serie di incontri, workshop e convegni presso la Commissione Europea, è stato
possibile sintetizzare gli studi di dettaglio effettuati dal Joint Research Centre Institute
for Energy sui consumi di energia elettrica ed efficienza energetica nell’ Unione Europea
per contestualizzare la situazione attuale in cui viviamo: quella europea, per verificare
quali sono le prospettive a cui si punta nei prossimi dieci anni. Ciò consente la
elaborazione di un progetto reale con prospettive ben precise.
La ricerca ha evidenziato le problematiche relative ai consumi di energia ed elettricità ed
ha proposto un piano d’azione per il 2020. Lo studio evidenzia le criticità della situazione
attuale, soprattutto nella costruzione di edifici adibiti a servizi, così da realizzare
un’architettura di prospettiva, che aiuti a mantenere il livello energetico basso e non
danneggi l’ambiente.
Molto forte è l’attenzione della Commissione Europea sulla politica del risparmio
energetico. Gli obiettivi proposti per il 2020 sono: la riduzione dei gas serra del 20%; la
riduzione del consumo energetico del 20% e l’utilizzo del 20% di energie rinnovabili.
Inoltre, viene ricordato lo studio del “Programma Green Building” della Commissione
Europea che mira al miglioramento dell'efficienza energetica e all'introduzione di fonti
energetiche rinnovabili negli edifici non residenziali. Gli edifici vengono classificati per
anno, tipo di struttura, dimensioni dell’area e mq costruiti, fabbisogno energetico prima
e dopo l’intervento e percentuale di risparmio.
Tecnologie tradizionali nel contemporaneo – linee guida alla progettazione ecosostenibile
Il processo di trasferimento tecnologico in un ambito, città o paese, è focalizzato nei
settori dell’Architettura, dell’Ingegneria e delle Costruzioni (AEC). Questa prospettiva fa
sì che, attraverso un processo di studio e di sviluppo, si possano selezionare e catalogare
le effettive potenzialità di un edificio e protenderlo verso un livello più avanzato. Questo
modo di operare nella prospettiva permette da un lato, di sviluppare un processo
tecnologico avanzato in divenire, mantenendo però dall’altro lato, i piedi ben fermi nel
presente, cercando di rendere credibili e fattibili gli sviluppi della tecnologia moderna.
Il benchmarking, come detto, è lo strumento usato per la misurazione delle prestazioni
di base e le proiezioni future attraverso una prospettiva ed un confronto ad ampio
raggio nel campo dell’ architettura, delle tecnologie e dei materiali.
Il confronto sarà tra il design dell’edificio e la sua innovazione: la sfida sarà la capacità di
realizzare una forma che da sola riesca a garantire già di per se un intervento sostenibile.
Gli elementi su cui lavorare saranno:
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l’uso dello spazio e le performance interne ed esterne: ogni ambiente deve
essere autosufficiente e garantire una armonia generale dell’edificio, deve
esserci una costante relazione tra esterno ed interno;
la distribuzione dello spazio: questa deve permettere al fruitore un rapporto
ottimale tra comfort e vivibilità;
la localizzazione dell’edificio: la disposizione e la corretta identificazione
nell’ambito urbano;
la dimensione in pianta dell’edificio: l’edificio deve potersi muovere, la sua
sagoma deve essere uno studio basato sulle condizioni climatiche, non deve
risultare estraneo, deve nascere da un occupazione relativamente piccola per poi
protendersi verso l’alto, in modo da occupare uno spazio aereo e non di base;
il numero dei piani e la complessità di esecuzione: l’edificio non deve avere piani
ma spazi combinati che devono assolvere a flussi e funzioni precise, ognuno deve
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essere funzionale al superiore e all’inferiore in modo da creare anche con
l’esterno una spirale dinamica che genera e raccoglie energia;
ed infine le persone: chi realmente anima l’edificio ne deve far parte, si deve
sentire protetto ma anche dare il suo apporto.
Caso di studio: L’edificio alto come soluzione ecosostenibile per la produzione di energia
Dopo aver più volte sottolineato l’importanza della progettazione architettonica
combinata alla struttura e agli impianti, si verifica la fattibilità di una operazione
integrata di tutti gli elementi che compongono un progetto. Il progetto proposto è la
sintesi della tesi, ripercorre attraverso le sue immagini evocative e le sue descrizioni
tecniche quanto sostenuto sino ad ora. Vengono così verificate le potenzialità del
trasferimento tecnologico dalle tecniche antiche, dei principi di raffrescamento e
ventilazione, di disposizione e organizzazione degli spazi, la relazione tra interno ed
esterno, il ruolo della schermatura solare, il rapporto tra i materiali utilizzati e la loro
reperibilità, l’adattamento e la relazione con il contesto.
Trattandosi però, a differenza della tradizione antica, di un edificio alto vi è la necessità
di confrontarlo con il contesto mondiale contemporaneo e soprattutto con le necessità,
ben chiare nei protocolli europei, di ottenere risultati in termini di risparmio energetico
e di utilizzo delle energie rinnovabili.
La Torre viene, quindi, trasferita dall’antico al contemporaneo, ai sensi delle le linee
guida proposte, allo scopo di diventare un esempio ripetibile. Per il suo sviluppo e la
progettazione sono state utilizzate le nuove tecnologie applicate all’architettura, come
descritte. Il concept design, è stato realizzato dallo studio A&U Engineering, leader del
progetto il Prof. Giampaolo Imbrighi con la partecipazione dell’Arch. Teresa Crescenzi e
dell’Arch. Valentina Romano per l’architettura, dello Studio Cimino srl per la parte
impiantistica e dello studio Coding srl per la parte strutturale, in occasione della Taiwan
Tower Competition.
La sintesi del processo tra architettura e tecnologia è stata attuata mediante l’utilizzo
delle tecnologie individuate dal rapporto dell’agenzia Internazionale per l’Energia
“Cities, Towns and Renewable Energy”, sulle tecnologie potenzialmente applicabili agli
edifici alti.
Nell’intento di creare una integrazione con un contesto dalla forte connotazione
naturalistica, la Torre è dotata di un involucro cucito su misura in metallico
opportunamente traforato, che appare come “chiazze di sole che filtrano attraverso il
fogliame”. L’involucro lascia intravedere in modo particolarmente suggestivo il volume
sottostante della Torre ed ha differenti funzioni: strutturale, estetica e di conferire un
appropriato sistema di schermatura del sole durante il periodo estivo, con un
conseguente notevole risparmio energetico. L’edificio si modella secondo le
caratteristiche climatiche del luogo in cui si inserisce e si compone di un corpo che tiene
conto, in senso planimetrico e altimetrico, delle condizioni ottimali per l’illuminazione
naturale. Riscaldamento, raffrescamento e ricambio dell’aria sono realizzati attraverso
l’uso di dispositivi tecno‐morfologici, applicati anche all’involucro. Per il
condizionamento (HVAC) viene usato il sistema BMS che regola l’utilizzo dell’energia
prodotta grazie all’utilizzo di collettori solari, con una capacità termica pari a 300KW,
l’uso dell’energia prodotta dal sistema geotermico con una capacità di 150KW, l’utilizzo
delle pompe di calore.
Il risparmio di energia elettrica viene operato tramite un sistema di pannelli solari
fotovoltaici (PV) con una capacità pari a 300kw e tramite un sistema eolico a doppia
turbina verticale ed orizzontale con capacità 150 KW. Il sistema BMS gestisce, oltre il
condizionamento, il raffrescamento e la ventilazione, anche la regolazione dell’impianto
idrosanitario (utilizzo di collettori solari termici 150KW), delle turbine eoliche, degli
ascensori, del sistema di allarme, dell’accumulo delle acque, del filtraggio e della
sterilizzazione, nonché del sistema elettrico (sensori di movimento, di luce naturale, luce
indiretta uso di luci led). Questo consente di creare un equilibrio ottimale in termini di
consumi e riciclo dell’energia termica.
Conclusioni
I contributi offerti dalla tesi alle problematiche individuate nella prima parte della ricerca
rappresentano un parziale punto di arrivo, ma ancor più possono essere una base di
partenza per lo sviluppo di soluzioni più generali e affidabili. Inoltre, anche a prescindere
da eventuali miglioramenti, dato il quadro di riferimento sia tecnologico che normativo
in costante evoluzione, le soluzioni progettuali individuate, per rimanere operative,
avranno bisogno di continuo monitoraggio, controllo e aggiornamento, anche con
riferimento ai cambiamenti climatici e sociali. La progettazione non può quindi
trascendere dall’essere parte di un organizzazione progettuale che consideri tutti i
diversi fattori che possono andare ad incidere sul progetto finale. Il lavoro compiuto va
quindi inteso come una sola sperimentazione a cui dovrà seguire una fase di verifica e
validazione, non possibile in questa sede. Inoltre, il sistema potrebbe essere trasferito in
altri siti progettuali che presentano complessità maggiori di quelli analizzati.
I casi studio hanno dimostrato come sia possibile realizzare delle soluzioni ad impatto
ambientale limitato sul territorio. Le linee guida individuate sono il motore di questa
ricerca al fine di garantire la efficienza energetica del progetto. Esse rappresentano il
fulcro della progettazione dell’edificio alto proposto, inteso quale esperimento di sintesi
tra presente e prospettiva. Una sintesi necessaria per la definizione di un cambiamento
globale del territorio che vede nelle costruzioni alte l’alternativa allo sviluppo in
orizzontale di interi agglomerati urbani.
