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Luca Siragusa
ARCHITETTURA E ENERGIA
Negli ultimi anni l’emergenza della questione riguardante il cambiamento climatico
in atto a scala globale, causato dalle ingenti emissioni di gas serra (CO2, CH4, N2O,
HFC, ecc.) nell’atmosfera terrestre, prodotte attraverso l’impiego continuo dei combustibili fossili (petrolio, carbone, ecc.) in buona parte per il fabbisogno energetico degli
edifici, ha riaperto la riflessione sul tema del risparmio energetico nelle costruzioni,
iniziata negli anni ‘70 del secolo scorso.
Sul piano normativo italiano ed europeo tale riflessione ha portato a mettere a punto
una serie di misure finalizzate all’efficienza energetica degli edifici, puntando a ridurre il fabbisogno di energia primaria nelle costruzioni da risorse non rinnovabili di origine fossile ed a favorire, invece, un largo utilizzo efficiente in architettura delle fonti
rinnovabili di energia, quali ad esempio il sole, il vento, la geotermia e le biomasse, al
fine di creare buone condizioni di vivibilità negli ambienti interni.
Per utilizzare consapevolmente queste risorse rinnovabili è necessario conoscerle e
imparare a sfruttarle attraverso l’adozione di un sistema di dispositivi energetici che,
integrandosi nell’architettura, permettono un impiego efficiente di tali fonti disponibili localmente. Queste risorse energetiche, infatti, connotano il carattere, lo spirito
del luogo, ovverosia, il Genius Loci che “gli antichi riconobbero come quell’opposto
con cui l’uomo deve scendere a patti per acquisire la possibilità di abitare.”1
Ogni luogo è caratterizzato da una maggiore o minore disponibilità e intensità di
radiazione solare e da una diversa qualità e movimento di masse d’aria, che concorrono a definire un habitat differente, contraddistinto da un tipo di clima che può presentare condizioni avverse o favorevoli per l’insediamento di un territorio.
A tal fine ogni costruzione deve essere concepita per mitigare e regolare le sollecitazioni energetiche dell’ambiente esterno quando sono in eccesso, come il troppo fred-
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do o il troppo caldo, il troppo umido o il troppo secco, e all’occorrenza proteggersi
anche dalla pioggia e dalla forte intensità del vento.
L’obiettivo è infatti quello di realizzare uno spazio chiuso da un involucro edilizio che,
modulando gli scambi energetici con l’ambiente esterno, ricrei buone condizioni di
vivibilità al suo interno senza ricorrere, o almeno in piccola parte, al fabbisogno di
energia da fonte non rinnovabile.
In altre parole il requisito che ogni edificio deve soddisfare, è quello di permettere
all’uomo di mantenere quanto più possibile costanti i flussi energetici dispersivi del
proprio corpo all’interno dell’ambiente costruito.
Questo “concetto” energetico, rintracciabile anche alla base delle architetture sostenibili del passato preindustriale, considera l’edificio una costruzione progettata per
conformarsi in relazione alle condizioni climatiche locali.
Sotto quest’ottica l’edificio diviene un sistema regolatore dei flussi energetici dell’ambiente esterno (irraggiamento solare, moti d’aria, ecc.) attraverso la composizione
degli elementi che lo costituiscono, come la massa muraria, la copertura, le finestre,
o il portico. Quindi “ritroviamo questi elementi tanto nell’analisi della composizione
architettonica quanto in quella del sistema energetico di un edificio.”2
Questi elementi, infatti, sono sia sistemi costruttivi dell’architettura, che dispositivi
energetici progettati secondo logiche legate al clima dei luoghi, per sfruttare, quando necessario, le fonti energetiche del sole e del vento, o per proteggere dalle stesse,
quando non richieste, gli ambienti interni dell’edificio.
Tuttavia la capacità di una costruzione di sfruttare o di proteggersi dagli apporti energetici locali, può avvenire anche attraverso la connessione di elementi “filtro” alla
struttura dell’involucro. Tali elementi specializzati, collocati esternamente alle superfici delle chiusure, possono essere infatti dei “dispositivi” architettonici di schermatura
solare, di frangivento o, in alcuni casi, anche dei dispositivi impiantistici come le turbine eoliche per la produzione di energia elettrica.
Progettare quindi un’architettura in grado di realizzare buone condizioni di vivibilità
al suo interno tramite lo sfruttamento delle fonti rinnovabili di energia, richiede l’adozione dei diversi dispositivi energetici nella costruzione secondo criteri miranti
all’efficienza energetica.
Questi criteri non definiscono uno stile architettonico, né privilegiano un particolare
tipo di tecnologia costruttiva: essi definiscono quali sono le strategie che costituiscono il “concept” energetico di un edificio cioè, come direbbe in merito Le Corbusier,
quale è “la logica che ha presieduto all’enunciato del problema e che ha condotto alla
riuscita della sua realizzazione.”3
Le strategie energetiche, elaborate nella progettazione architettonica di un edificio
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energeticamente efficiente, spiegano infatti come e quando utilizzare razionalmente
le risorse rinnovabili per concepire uno spazio confinato in grado di rispondere ai bisogni dell’uomo, proteggendolo dalle sollecitazioni climatiche in eccesso del luogo.
Per realizzare questo spazio tali strategie assegnano all’involucro architettonico un
ruolo determinante: esso diviene una frontiera in grado non solo di regolare gli scambi di calore, di aria, di vapore, l’irraggiamento solare, i flussi luminosi e sonori, ma
anche di convertire la radiazione solare e le correnti d’aria in energia (termica ed elettrica), da utilizzare per il “metabolismo” dell’edificio.
Il concept energetico quindi attribuisce all’involucro edilizio prestazioni differenziate
al fine di realizzare in un dato luogo una costruzione energeticamente efficiente, volta
a soddisfare i bisogni degli utenti. Tali prestazioni sono date dalle proprietà fisiche dei
materiali impiegati con i quali sono realizzati i dispositivi, che compongono le chiusure verticali e superiori del manufatto costruito.
Con questo approccio al progetto l’energia diviene “morfogenesi” di un’architettura
sostenibile, poiché attraverso il concept energetico conduce l’atto creativo dell’architetto a generare la forma di un’architettura consona ad un determinato luogo, adeguata ad una specifica zona climatica ed in grado di soddisfare tutte le esigenze per
le quali è stata pensata.
La forma di un’architettura, intesa come insieme delle caratteristiche geometriche e
volumetriche che descrivono il manufatto costruito, diviene dunque l’unità architettonica in grado di controllare le prestazioni energetiche dell’edificio attraverso la definizione del suo involucro, concepito come sistema in grado di modulare gli scambi
energetici (calore, luce, vento, ecc.) tra l’ambiente interno e quello esterno.
In questo senso per l’architetto la concezione della forma architettonica deriva in definitiva dalla comprensione dei flussi energetici, che hanno portato a generarla; così
come la sua rappresentazione, tramite il concept energetico, si può leggere come un
diagramma di flussi energetici finalizzati a realizzare condizioni di benessere per l’uomo all’interno dell’edificio.
Con questo approccio energetico al progetto sostenibile è stato realizzato nel 2005
l’edificio che ospita l’Agenzia Federale per l’Ambiente (in tedesco Umweltbundesamt,
da cui la sigla UBA) nella città di Dessau in Germania.
Il sito scelto per la sua costruzione è un “brownfield” di 40.000 m2 vicino al centro
cittadino, occupato in passato dagli impianti per il gas della città di Dessau. Quale
sito migliore dunque per costruirvi la nuova sede dell’UBA come intervento di riqualificazione di un’area diventata quasi centrale, il cui recupero e rivitalizzazione avrebbero dato un nuovo impulso allo sviluppo urbano con caratteri di sostenibilità.
Il bando di concorso per la nuova sede dell’Agenzia Federale dell’Ambiente richiede-
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va la realizzazione di un edificio che ospitasse uffici e sale riunioni per 800 impiegati insieme a un’ingente dotazione di attrezzature di servizio, quali un auditorium per
300 posti, una mensa e un bar, un centro di informazione per i visitatori, spazi per
mostre itineranti e una grande biblioteca indirizzata alle tematiche ambientali. Oltre
agli aspetti funzionali il brief del concorso di progettazione era molto esigente e
attento anche alle tematiche ecologiche e alla sostenibilità, che assicurassero allo
stesso tempo la realizzazione di un edificio esteticamente significativo ed efficiente,
completamente accessibile da parte dei disabili e costruito nel rispetto dei parametri
di costo degli edifici terziari pubblici tedeschi.
L’espressione di tutte queste esigenze da parte della committenza è stata tradotta in
una serie di requisiti tecnici molto dettagliati e precisi, quali il minimo impiego di
suolo nella costruzione e la minima perturbazione dell’ecosistema; massimo ottimizzo
dell’uso delle risorse e impatti limitati sia durante la fase di demolizione degli edifici
obsoleti, sia nella fase di costruzione della nuova sede. Veniva inoltre richiesto nel
brief di massimizzare l’utilizzo delle fonti di energia rinnovabile (sole, aria e geotermia) per il funzionamento dell’edificio in modo da poter ridurre i consumi energetici
da fonte convenzionale a meno della metà di quanto consentito dalla normativa tedesca EnEv. Infine il brief imponeva l’impiego solo di materiali dotati di certificazione
ecologica e l’uso di dispositivi che permettessero una gestione efficiente del manufatto costruito durante tutto il suo ciclo di vita seguendo i principi della sostenibilità
ambientale. Vincitore del concorso per la progettazione dell’UBA è stato lo studio di
architettura Sauerbruch & Hutton di Berlino.
Nonostante alla base della progettazione fosse posto un brief così particolareggiato
e impegnativo, una sorta di griglia di vincoli da rispettare e da cui partire, la creatività degli architetti non è stata limitata, ma anzi li ha indotti a cercare delle soluzioni
originali e adatte a quel contesto locale, in modo da poter rispondere efficacemente
al complesso pacchetto di requisiti da soddisfare.
Al fine di minimizzare le dispersioni attraverso le superfici dell’involucro i progettisti
concepiscono quindi per il nuovo edificio una forma compatta a pianta lineare dall’andamento sinuoso che richiama la figura “organica” di un serpente, definendo in
questo modo un corpo di fabbrica costituito da 4 piani fuori terra adibiti ad uffici, uno
interrato per il parcheggio delle auto e da un atrio centrale che costituisce il “polmone” di ventilazione dell’edificio.
Questa configurazione del corpo di fabbrica di oltre 22.600 m2 di superficie utile, è
stata scelta con lo scopo di rendere accessibile liberamente alla collettività gran parte
dell’area destinata a parco. Infatti se la forma sinuosa della nuova sede segue i confini del lotto relazionandosi con il paesaggio naturale e con i resti del passato indu-
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Fig 1. Facciata dell’ingresso principale dell’UBA che chiude il forum vetrato (proprietà immagine Ernesto
Antonini).
Fig 2. Pianta del primo piano (a), sezione longitudinale lungo l’atrio e il forum (b), sezione della sala conferenze e del forum (c), planivolumetrico (d) (proprietà immagine Sauerbruch Matthias & Hutton Louisa).
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Fig 3. Vista interna dell’atrio con in primo piano il sistema di percorsi verticali (proprietà immagine
Ernesto Antonini).
Fig 4. Schema del concept energetico alla base del progetto (proprietà immagine Sauerbruch Matthias &
Hutton Louisa).
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striale, l’edificio come un grande serpente lungo oltre 450 m, si piega su se stesso
creando una grande corte coperta dalla quale diversi vani scala e passerelle possono
essere facilmente e visibilmente accessibili favorendo i collegamenti fra i vari piani.
Una parte di questa grande corte si chiude su se stessa definendo l’atrio centrale
vetrato dal quale si accede agli uffici dei vari dipartimenti che si affacciano anche sui
giardini esterni, in modo da sfruttare al massimo l’illuminazione naturale anche nelle
giornate più grigie. Gli uffici, disponibili in diverse superfici, hanno una profondità di
4,70 m e sono distribuiti da un corridoio centrale largo 1,60 m che corre a spina per
ogni piano lungo l’intero edificio.
L’altra parte della grande corte invece si apre con la trasparenza delle facciate vetrate verso l’esterno definendo il forum dell’UBA, spazio di ingresso all’edificio di forma
semicircolare che connette le aree ad uso pubblico, quali la libreria, il centro informazioni e l’auditorium, con la zona degli uffici. Quest’area si presta anche come spazio per mostre temporanee ed è punteggiata insieme all’atrio centrale da isole verdi,
formando un vero e proprio parco, continuazione di quello esterno. Questo giardino
d’inverno attraverso l’ossigeno e l’evaporazione prodotta dalle piante migliora il comfort interno e rende più piacevole l’ambiente di lavoro.
Per ragioni di economia, di flessibilità d’uso e di geometria dell’edificio, il corpo del
serpente è una costruzione a telaio in cemento armato con solai di 26 cm e una griglia strutturale scandita da pilastri posti ad una distanza interasse di 5,5 m. I solai in
cemento armato degli uffici non sono stati rivestiti da un controsoffitto, ma lasciati a
vista per poter essere sfruttati come masse d’accumulo di calore. Per assolvere alla
stessa funzione parte delle pareti divisorie all’interno è stata costruita in argilla. Nei
corridoi invece i solai sono chiusi da un controsoffitto in pannelli di gesso perforato.
La copertura piana del “serpente” è inerbita sopra uno spesso sistema d’isolamento a
secco costituito da lana minerale e da un impermeabilizzante bituminoso. In alcune
parti del tetto piano sono stati installati anche delle batterie di collettori solari termici, che contribuiscono circa per l’80% alla climatizzazione dei locali dell’edificio.
Per l’atrio e il forum è stata adottata invece una copertura interamente vetrata a shed
realizzata con una struttura primaria e secondaria in acciaio che, piegandosi ripetutamente, ne determina l’inclinazione prevalentemente verso nord e verso sud delle
falde. Le superfici vetrate inclinate verso sud hanno consentito di sfruttare la captazione dell’energia solare per la produzione di energia elettrica, integrando all’interno
dei pannelli vetrati celle fotovoltaiche che fungono allo stesso tempo anche da dispositivo frangisole. I moduli fotovoltaici, coprendo una superficie di 228 m2, realizzano una potenza di circa 32 kWp.
Le facciate del lungo serpentone, invece, sono prefabbricate con un’ossatura portan-
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te interamente in legno e rivestite all’esterno da parapetti costituiti da fasce continue
realizzate con listelli in legno di larice non trattato. A queste fasce si alternano in verticale lastre di vetro colorato che danno una certa espressività all’edificio, alleggerendone l’impatto visivo. Le lastre di vetro sfumano la superficie della facciata in 33
diverse tonalità di colore, ottenute applicando sulla superficie della faccia interna del
vetro una lacca colorata.
In risposta ai requisiti di isolamento termico e acustico, le finestre della facciata esterna sono costituite da un vetrocamera montato in un profilo di legno in larice laccato.
Per migliorare la capacità isolante è stata anteposta al vetrocamera e distanziata
verso l’esterno una terza lastra vetrata. L’intercapedine così venutasi a formare, ha
consentito di alloggiarvi una veneziana a lamelle orizzontali che funge sia da frangisole che da riflettore della luce incidente verso il soffitto degli uffici. In questo modo
è stato possibile sfruttare l’illuminazione naturale negli ambienti di lavoro senza
incorrere in fenomeni di abbagliamento.
Alla base di tutte le scelte architettoniche dell’UBA vi è la messa a punto di un rigoroso concept energetico che costituisce il vero “motore” del progetto in grado di combinare sinergicamente dispositivi architettonici e impiantistici e di integrarli nel
manufatto costruito. Ne deriva la realizzazione di un edificio energeticamente efficiente e funzionale e, allo stesso tempo, dotato di una sua espressività e qualità architettonica da risultare vincente al confronto con non poche delle “derive formaliste”
del fare architettura oggi. Al fine di soddisfare tutte le esigenze della committenza il
concept energetico sviluppato dai progettisti mira ad unire diverse strategie:
- minimizzare le dispersioni di calore attraverso l’involucro: 1a) adottando una forma
compatta dell’edificio e utilizzando l’atrio come cuscinetto termico; 1b) impiegando
un elevato isolamento termico.
- minimizzare le perdite di calore attraverso la ventilazione: 2a) sigillando ermeticamente l’edificio; 2b) recuperando il calore dall’aria viziata in uscita; 2c) pre-riscaldando l’aria in inverno attraverso uno scambiatore di calore geotermico;
- ottimizzare in estate la protezione termica: 3a) pre-raffreddando l’aria fresca attraverso lo scambiatore di calore geotermico; 3b) adottando esternamente dispositivi di
protezione solare nelle finestre a triplo vetro; 3c) montando un efficiente sistema di
ombreggiamento interno alla copertura vetrata dell’atrio; 3d) raffreddando di notte
con l’aria fresca le masse termiche della struttura primaria dell’edificio;
- massimizzare l’utilizzo dell’energia solare: 4a) progettando una protezione solare
flessibile per gli uffici che permetta allo stesso tempo al sole in inverno, quando è più
basso all’orizzonte, di entrare nelle stanze; 4b) sfruttando l’energia solare attraverso
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collettori solari termici per il raffrescamento estivo; 4c) impiegando pannelli fotovoltaici per la produzione di energia elettrica;
- mitigare le condizioni climatiche interne dell’edificio attraverso l’impiego dell’atrio:
5a) consentendo negli uffici con affaccio interno verso l’atrio la ventilazione per convezione naturale attraverso le finestre o attraverso elementi architettonici che, presenti lungo il corridoio e interrompendo la continuità degli uffici interni, convogliano
l’aria viziata in eccesso verso l’atrio; 5b) permettendo anche per gli uffici con affaccio
esterno, attraverso gli stessi elementi architettonici, la ventilazione dell’aria esausta
verso l’atrio;
- ottimizzare l’uso della luce naturale: 6a) attraverso una larghezza del lungo serpentone relativamente limitata (11,8 m); 6b) ottimizzando le proporzioni delle superfici
vetrate delle finestre in relazione all’intera facciata: circa 35% del fronte esterno e
60% di quello interno; 6c) utilizzando superfici per direzionare e riflettere la luce
naturale al fine di ridurre i consumi di energia elettrica per illuminazione;
- ricorrere a provvedimenti ecologici ulteriori quali: 7a) il ricorso al metano estratto da
una vecchia discarica di rifiuti urbani per contribuire in parte al riscaldamento dell’edificio; 7b) impiegando materiali riciclati, ecologici e biodegradabili e materiali da
costruzione riutilizzabili; 7c) realizzando per il lungo serpente una copertura inerbita.
L’attuazione di queste strategie che definiscono il concept energetico dell’UBA, ha
determinato e generato interamente il disegno dell’edificio consentendo di raggiungere risultati efficienti dal punto di vista del fabbisogno di energia. Infatti i consumi
energetici medi per il riscaldamento si aggirano intorno a 29,3 kWh/m2 all’anno,
circa la metà del valore consentito dalla normativa tedesca EnEv attualmente in vigore.
L’adozione del concept energetico nel progetto apporta quindi un valore aggiunto
all’edificio realizzato, perché è finalizzato a migliorare la qualità degli ambienti confinati, puntando allo stesso tempo ad ottenere elevate efficienze energetiche.
Con questo approccio alla progettazione preliminare gli architetti Sauerbruch &
Hutton hanno mostrato come il problema climatico, più che mai attuale, possa essere affrontato in architettura con successo, attraverso un impiego appropriato di
design e tecnologia, che può venir letto, forse a ragione, come l’ultima lezione del
Werkbund tedesco. Infatti secondo questi architetti arte e tecnica sono importanti
ugualmente in un’opera di architettura: un edificio sostenibile si deve valutare in tonnellate di CO2 non immesse in atmosfera e in chilowatt di energia rinnovabile utilizzata; allo stesso tempo deve creare un ambiente di qualità, che assicuri il benessere
dell’utente e sappia generare emozioni attraverso i mezzi propri dell’architettura.
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Note
1
NORBERG SCHULZ C., Genius Loci, Electa, Milano 2003, p. 11.
2
CORNOLDI A., LOS S., Energia e habitat, Franco Muzzio, Padova 1980, p. 11.
3
LE CORBUSIER, Verso un’architettura, Longanesi & C., Milano 1994, pp. 85-86.
Bibliografia
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CORNOLDI A., LOS S., Energia e Habitat, Franco Muzzio, Padova 1980.
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LE CORBUSIER, Verso un’architettura, Longanesi & C., Milano 1994.
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