ABITA - Architettura Bioecologica e Innovazione Tecnologica per l’Ambiente
NEARLY ZERO ENERGY BUILDINGS e
la Tecnologia dell’Architettura in chiave sostenibile
Ing. Giuseppina Alcamo
Centro ABITA – Dipartimento Di Architettura DiDA
Via S. Niccolo’ 93 – Firenze
Tel. +39.055.2055529
Fax. +39.055.2055599
e-mail: [email protected]
www.centroabita/unifi.it
NEARLY ZERO ENERGY BUILDINGS
Scomposizione dell’edificio in componenti opachi e trasparenti per
studiarne le caratteristiche tecnologiche, i dettagli costruttivi, le
caratteristiche termo-fisiche, introducendo i concetti della
progettazione bioclimatica sostenibile mirata ai nearly zero-energy
buildings. Integrare quindi impianti ad energia rinnovabile.
Progettare con la luce naturale: controllo solare delle schermature.
CONSUMI ENERGETICI IN ITALIA
CONSUMI ENERGETICI IN ITALIA
CONSUMI ENERGETICI IN ITALIA
L’elevata incidenza dei consumi per riscaldamento e
raffrescamento è da attribuire alle caratteristiche dell’involucro
edilizio e allo scarso rendimento degli impianti:
i 2/3 delle nostre abitazioni sono antecedenti la legge 373/76 e
non hanno subito interventi di manutenzione straordinaria.
CONSUMI ENERGETICI IN ITALIA
¾Incremento del consumi energetici del
settore civile dovuto a fattori climatici ed alla
maggiore necessità di condizionamento
degli ambienti, quest’ultima dovuta alla
scarsa qualità degli involucri edilizi
¾ Necessità di un involucro edilizio che
limiti le dispersioni termiche e quindi
necessità di ridurre il fabbisogno
energetico sia in regime invernale che
estivo.
CONSUMI ENERGETICI IN ITALIA
¾Necessità di utilizzare fonti
energetiche disponibili in modo
adeguato
¾Crescente sensibilizzazione verso
il rispetto dell’ambiente e quindi la
tendenza all’adozione nel settore
dell’edilizia di materiali, tecnologie e
soluzioni costruttive ispirate ad uno
sviluppo sostenibile ed ecocompatibile.
DIRETTIVA EUROPEA 2002/91/CE
Ad ogni stato Europeo si chiede di recepire questa direttiva all’interno di norme
nazionali, in modo tale da garantire una maggiore sensibilità alle specificità del
clima di ciascun paese e rendere così operativa la direttiva.
DIRETTIVA EUROPEA 2010/31/UE - rifusione
Entro il 31 dicembre 2020 è previsto che tutti
gli edifici di nuova costruzione siano
«edifici a energia quasi zero».
Un «edificio a energia quasi zero» è un edificio ad
altissima prestazione energetica ….il cui
fabbisogno energetico - molto basso o quasi nullo dovrebbe essere coperto in misura molto
significativa da energia da fonti rinnovabili.
BILANCIO ENERGETICO
RISPARMIO ENERGETICO INVERNALE E COMFORT INVERNALE
La protezione dal freddo in inverno ha, prevalentemente, 2 finalità:
> ridurre o contenere le spese di riscaldamento:
> annullare o diminuire l’effetto parete fredda.
Per l’inverno i parametri sono:
- la conduttività termica λ di calcolo;
- lo spessore dell’isolante.
RISPARMIO ENERGETICO ESTIVO E
COMFORT ESTIVO
L’irraggiamento solare può raggiungere una
potenza termica di 1000 W/m2; Si può
intervenire prevalentemente sulla INERZIA
TERMICA
La conduttività λ non è più il parametro
principe di riferimento. Sono fondamentali:
> sfasamento temporale di temperatura ϕ;
> smorzamento dell’onda termica.
termica
diffusività termica a = 1/(λ / ρ c)1/2 (mq/s)
indica la velocità con la quale un materiale
tende ad accumulare o rilasciare calore.
PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA
L'architettura bioclimatica usa gli elementi naturali del sito (il sole,
il vento, l'acqua, il terreno e la vegetazione) per realizzare edifici
termicamente efficienti in grado di soddisfare i requisiti
di comfort termico, indipendentemente dall'uso di impianti di
climatizzazione.
Cosa è il
comfort
termico?
Come possiamo assicurarci
che gli edifici che
progettiamo saranno
confortevoli per gli
occupanti?
Provvedere alla
“giusta
temperatura”
per raggiungere
il confort.
La “giusta
temperatura” però
varia da persona a
persona e nel
tempo e dipende
dalla esperienza di
“confort” di
ciascuno di noi.
Cosa influisce sulla sensazione di confort:
- La temperatura
- L’umidità dell’aria
- Il movimento dell’aria
- Come ci si veste
- L’attività fisica che si svolge
Approccio specifico nell’ambito della progettazione architettonica teso a
sfruttare, nel design e nelle scelte tecnologiche di progetto, le
caratteristiche ambientali dei siti di intervento (condizioni morfologiche,
climatiche ecc. ) per il condizionamento estivo/ invernale degli edifici.
Perché scegliere un approccio bioclimatico
¾ Riduzione della spesa energetica totale
( in particolare del contributo energetico da fonti energetiche tradizionali )
¾ Riduzione dell’impatto ambientale
( in particolare riduzione delle emissioni di gas serra )
¾ Maggiore salubrità degli ambienti per gli utenti finali
( il microclima locale è il prodotto di flussi dinamici naturali; agli impianti
tradizionali è demandata una funzione di correzione secondaria )
Un progetto bioclimatico è per definizione fortemente
dipendente dalle condizioni locali del contesto di intervento
Queste costituiscono il primo e fondamentale INPUT di progetto
Prima
Primafase
fasedel
delprogetto
progetto
Analisi
Analisibioclimatica
bioclimaticadel
delsito
sito
Costruzione di un QUADRO CONOSCITIVO sistematico delle caratteristiche del
sito di intervento, funzionale alle successive fasi di elaborazione progettuale
ANALISI CLIMATICA
Latitudine e longitudine
Dati climatici della località (es. Radiazione
solare)
Condizioni locali specifiche
( es. presenza di venti dominanti invernali o brezze
estive )
ANALISI BIOCLIMATICA DEL SITO
IMPUT AMBIENTE NATURALE
Orientamento e morfologia
dell’area,
con dinamica delle ombre
Assetto della vegetazione,
con dinamica delle ombre
( tipologia di essenze, densità e posizione
rispetto all’area)
Vicinanza di eventuali
specchi d’acqua o fiumi e loro
posizione rispetto ai venti
dominanti e al sito
IMPUT AMBIENTE ANTROPICO
Forma e dimensioni delle
strutture elevate contigue, con
dinamica delle ombre nelle
diverse stagioni
Vicinanza di superfici
verticali riflettenti
( es. involucri vetrati )
Caratteristiche del suolo
( pavimentazioni assorbenti, impermeabili,
riflettenti ecc.
)
QUADRO CONOSCITIVO DELL’AMBIENTE NATURALE
¾Latitudine e dati relativi alla radiazione solare :
Parametri particolarmente rilevante nella progettazione di superfici captanti per dispositivi solari
attivi ( collettori solari termici, campi fotovoltaici, ma anche per le schermature solari ). Di norma
infatti tali superfici vengono installate con inclinazione sul piano orizzontale pari alla latitudine del
sito; le prestazioni energetiche sono proporzionali alla radiazione solare incidente.
QUADRO CONOSCITIVO DELL’AMBIENTE NATURALE
Condizioni locali specifiche ( es. presenza di venti dominanti invernali o brezze estive ) :
Tali fattori possono influenzare in modo significativo il regime termico degli edifici, aumentando le
dispersioni dell’involucro nei mesi invernali e contribuendo al raffrescamento e alla ventilazione
naturale degli ambienti nei mesi estivi.
QUADRO CONOSCITIVO DELL’AMBIENTE NATURALE
¾Orientamento e morfologia dell’area, assetto della vegetazione con dinamica delle
ombre nelle diverse stagioni
La conoscenza di questi parametri consente di determinare con buona approssimazione le
potenzialità bioclimatiche di un’ area e conseguentemente valutare in modo attendibile quali
strategie specifiche saranno più idonee nella successiva fase progettuale.
QUADRO CONOSCITIVO DELL’AMBIENTE NATURALE
Localizzazione topografica ed analisi climatica
Depressione
Clima caldo umido
Inversione termica
Mezza costa
Clima temperato
Versante nord
Promontorio
Clima freddo
esposizione
Versante sud
QUADRO CONOSCITIVO DELL’AMBIENTE NATURALE
Localizzazione topografica. la ventilazione
Aria fredda
Superficie riscaldata
Aria calda
Superficie raffredata
Brezze di pendio
Brezze di litorale
QUADRO CONOSCITIVO DELL’AMBIENTE NATURALE
Utilizzo delle barriere vegetali a fini progettuali
1
3
2
QUADRO CONOSCITIVO DELL’AMBIENTE NATURALE
¾Vicinanza di eventuali specchi d’acqua o fiumi e loro posizione rispetto ai venti
dominanti e al sito
Le grandi masse d’acqua, costituiscono generalmente un elemento mitigante per il microclima locale. In
particolare nei mesi estivi, l’aria raffrescata e umidificata in corrispondenza di queste superfici può essere
convogliata all’interno degli edifici per il raffrescamento passivo delle strutture.
QUADRO CONOSCITIVO DELL’AMBIENTE ANTROPICO
¾Forma e dimensioni delle strutture elevate contigue, con dinamica delle ombre
Il quadro conoscitivo del contesto non può prescindere dalla conoscenza del contesto edificato del sito di
intervento, e deve necessariamente essere sviluppato per osservazione diretta, eventualmente con l’ausilio
di indagini fotografiche e rilevazioni in loco.
1
Andamento skyline edifici
2
2
Altezza solare invernale (21
dicembre ore 12 ) a= 21,5°
3
Altezza solare estiva (21
giugno ore 12 ) a= 67,2°
3
1
Parco urbano - Barriera
verde a protezione dai venti
dominanti – Bacino d’acqua
per mitigazione microclima
Distanza edifici= H/ tg a
Sistema del verde a foglia
caduca per soleggiamento
invernale
Distanza edifici= H/ tg a
Sistema del verde a foglia
caduca per ombreggiamento
estivo
QUADRO CONOSCITIVO DELL’AMBIENTE ANTROPICO
¾ Valutazione
dell’accessibilità al sole del sito di progetto : Si riporta sul diagramma solare
la sagoma di ostruzione da parte degli elementi contigui all’area, nelle varie stagioni. Si determina così
una gerarchia solare all’interno del sito, fondamentale per le successive fasi di progetto.
¾Valutazione dell’efficacia dei dispositivi di controllo solare previsti in sede di
progetto (ECOTECT ) Attualmente sono disponibili strumenti software in grado di costruire
automaticamente i diagrammi solare, e di simulare il percorso solare rispetto a un modello di
progetto ricostruito nell’ambito del programma.
Il moto apparente del sole può essere simulato in ogni stagione e con intervelli di tempo
personalizzabili.
QUADRO CONOSCITIVO DELL’AMBIENTE ANTROPICO
¾Vicinanza di superfici verticali riflettenti e caratteristiche del suolo
La presenza di superfici particolari può influire in modo significativo sulle condizioni di esercizio degli edifici
adiacenti.
Per superfici assorbenti si intendono superfici continue realizzate in materiali pesanti o scuri ( pietra,
asfalto ecc. ) in grado di assorbire in modo rilevante la radiazione solare e di trattenere e rilasciare
lentamente il calore accumulato. Tale caratteristica è da tenere in attenta considerazione, soprattutto per la
valutazione del regime estivo.
Le superfici riflettenti invece esercitano la loro influenza non solo incrementando il carico termico sulle
superfici adiacenti ma anche alterando le condizioni di illuminazione. In particolare è da valutare il rischio di
abbagliamento.
La permeabilità delle superfici è invece un fattore significativo in funzione del regime di smaltimento delle
acque meteoriche. Un eccessiva impermeabilizzazione aumenta lo scorrimento superficiale con
conseguente aumento del rischio di allagamenti, mentre una pavimentazione permeabile non
opportunamente controllata favorisce la dispersione di volumi d’acqua significativi che potrebbero invece
essere riusati nell’ambito dell’edificio come acque bianche non sanitarie. L’analisi dello stato di fatto delle
pavimentazioni in termini di analisi della permeabilità è quindi necessaria per la ridefinizione di un corretto
assetto nella successiva fase di progetto.
QUADRO CONOSCITIVO DELL’AMBIENTE ANTROPICO
Caratteristiche del suolo
R ough
Asphalt
‘W arm ’
m aterials
surface
‘W arm ’
m aterials
P ave stone
C oncrete
Stone
S m ooth
‘C old’
m aterials
surface
Light colored
m aterials
M osaic
M arble
‘C old’
m aterials
Light colored
m aterials
D ark colored
m aterials
D ark colored
m aterials
Materiali da pavimentazione caldi e freddi
60
55
No 60
A s p h a lt
(B l a c k)
Temperature (°C)
50
No 51
C o n c re te
(B l a c k)
45
40
No 49
C o n c re te
(W h ite )
35
No 27
M a rb le
(W h ite )
30
25
A ir
T e m p e ra t u re
20
0 9 :0 0
1 0 :0 0
1 1 :0 0
1 2 :0 0
1 3 :0 0
1 4 :0 0
1 5 :0 0
1 6 :0 0
1 7 :0 0
1 8 :0 0
T im e
Valori di temperature superficiali in estate-giorno ad Atene
INDIVIDUAZIONE DEI CRITERI GUIDA
L’edificio
1
Lo schema planimetrico di aggregazione tra
gli edifici deve favorire il massimo livello di
soleggiamento e protezione dai venti
dominanti invernali
2
L’edificio deve essere orientato secondo
l’asse elio-termico
3
Si devono privilegiare forme compatte e poco
disperdenti (controllo del rapporto S/V)
4
E’ necessaria la verifica del rapporto tra la
distanza degli edifici e l’altezza dei fronti in
modo da garantire il DIRITTO AL SOLE a tutti
i piani degli alloggi
5
La tipologia dell’edificio deve garantire le
stesse potenzialità termico/energetiche per
ogni alloggio. Si privilegiano edifici a schiera
e in linea.
6
La distribuzione interna degli alloggi deve
privilegiare il posizionamento dei corpi scale,
servizi e bagni verso il fronte Nord e spazi
giorno sul fronte Sud
7
Utilizzo di sistemi passivi per il controllo
termico e per una corretta ventilazione
(massa termica, serre e spazi solari, camino
solare, tetto verde, etc..)
8
Introduzione di sistemi di ombreggiamento
per il controllo dell’irraggiamento estivo
(vegetazione, schermi fissi od orientabili)
9
Utilizzo di sistemi attivi per la riduzione del
consumo energetico ( collettori solari e
fotovoltaico)
10
Il sistema delle aperture deve garantire un
ottimo livello di illuminazione naturale
all’interno di ogni alloggio
11
Ogni edificio deve essere costruito utilizzando
materiali eco-compatibili e con ottime
prestazioni termiche
12
Si richiede una verifica energetica preliminare
per ogni tipologia di edificio utilizzata.
essenzialmente per il consumo invernale con
l’indicazione dei valori di trasmittanza dei
pacchetti tecnologici utilizzati per le chiusure
orizzontali e verticali, nonché per i
componenti finestrati
13
E’ necessario provvedere a sistemi di raccolta
delle acque piovane e alla riduzione dei
consumi d’acqua
