PROGETTAZIONE SOSTENIBILE Perché SOSTENIBILITÀ? PROGETTAZIONE EDILIZIA ENERGETICAMENTE RAZIONALE - Profonda conoscenza delle caratteristiche del luogo - Analisi di tutti i fattori climatici che caratterizzano l’area - Conoscenza delle variabili del microclima - Morfologia dell’area di intervento - Altitudine del sito - Presenza di rilievi - Clivometria (cioè la pendenza media del terreno rispetto all’orizzonte) - Orientamento dei pendii CULTURA COSTRUTTIVA LOCALE BIOCLIMATICA Clima temperato Clima caldo secco Clima caldo umido Clima freddo Si costruisce una dimora allo scopo di ripararsi dalle intemperie, dal sole, dalla pioggia e dalla neve, dal troppo freddo e dal troppo caldo Il clima locale è uno dei principali fattori che hanno dato origine alle numerose e differenti espressioni architettoniche che troviamo nel mondo SOLUZIONI PROGETTUALI BIOCLIMATICHE SOLUZIONI PROGETTUALI BIOCLIMATICHE IN CLIMA MEDITERRANEO Clima mediterraneo clima temperato moderatamente umido, con escursioni termiche giornaliere ed annue modeste; è caratterizzato da inverni miti ed estati secche e piuttosto calde, con una temperatura giornaliera media mensile nel mese più caldo non inferiore ai 22°C Classificazione climatica di KöppenGeiger Soluzioni progettuali bioclimatiche in clima mediterraneo: - limitazione delle vetrature (soprattutto ad ovest); - schermatura esterna delle finestrature (serrande, (serrande persiane, persiane frangisole, frangisole tende); - involucri massivi, cioè ad elevata capacità termica; - finiture fi it esterne t di colore l chiaro; hi - ventilazione all’interno degli ambienti, delle coperture e di apposite intercapedini. PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA Esigenze di carattere bioclimatico da soddisfare: - Ombreggiamento - Ventilazione - Difesa dei venti - Captazione solare - Illuminazione naturale - Protezione dalle precipitazioni - Conservazione del calore ecc. Scelta di: - Forma e orientamento dell’edificio - Criteri tipologici, funzionali e distributivi - Apparecchiatura costruttiva - Materiali da utilizzare PENDENZA E ORIENTAMENTO DEI PENDII Influenza in maniera rilevante il microclima del sito I pendii dii orientati i i a Sud S d ricevono i una maggiore i quantità i à di radiazione solare diretta che determina un aumento della temperatura media dell’aria Si definisce clivometria la pendenza media del terreno rispetto all all’orizzontale orizzontale. Si esprime in percentuale o in gradi In una carta topografica la clivometria si valuta osservando la vicinanza delle curve di livello. Determinazione della posizione reciproca degli edifici in funzione dell’inclinazione del pendio sull’orizzonte COLLOCAZIONE DELL’EDIFICIO NEL SITO Per garantire P ti un adeguato d t soleggiamento l i t dell’edificio d ll’ difi i durante d t tutto t tt il periodo i d invernale bisognerà collocarlo all’interno del lotto lasciando ampi spazi aperti anteriormente al suo fronte sud. Per riscaldare gli edifici in inverno sfruttando l’energia solare è necessario individuare le aree del sito che ricevono la maggior parte della radiazione solare tra le ore 9 e le 15 FORMA E ORIENTAMENTO DELL’EDIFICIO Nell definire N d fi i la l forma f di un edificio difi i bi bisogna sempre consentirne ti l’irraggiamento l’i i t solare diretto. Una costruzione allungata lungo l’asse Est-Ovest esporrà una maggiore superficie esterna a Sud. Radiazione solare sui lati di un edificio alle diverse latitudini ESTATE INVERNO Latitudine 36° N Latitudine 40° N Latitudine 44° N N 20 N 12 N 16 copertura 72 W 40 E 40 copertura 72 W 32 E 32 W 28 20 S 16 S 28 S N 8 N 4 N 4 copertura 32 W 20 52 S E 20 copertura 20 W 12 E 12 44 S Valori della radiazione solare incidente espressi in kWh/m² giorno W 12 40 S copertura 72 E 28 copertura 16 E 12 Altro parametro da esaminare in fase progettuale è il rapporto tra la superficie disperdente dell’involucro di un edificio e il volume da esso delimitato (S/V) è definito compattezza Maggiore è la compattezza di un edificio, minori saranno le dispersioni Il rapporto S/V diminuisce con l’aumentare del volume 8 4 1 2 1 1 2 1 1 4 4 2 2 1 2 2 2 2 4 2 4 4 8 4 Superficie 6 10 16 24 40 64 96 256 Volume 1 2 4 8 16 32 64 256 S/V 6 5 4 3 2.5 2 1.5 1 In un edificio passivo il rapporto S/V ottimale dovrebbe essere inferiore a 0,6 POSIZIONE E DIMENSIONAMENTO DEGLI EDIFICI IN FUNZIONE DEI VENTI DOMINANTI Gli edifici dovranno essere progettati in modo da esporli ai venti dominanti estivi (al fine di garantirne la ventilazione naturale) e da proteggerli da quelli invernali Velocità giornaliera del vento – Media annuale (Fonte: Norma UNI 10349) Velocità giornaliera del vento – Media annuale (Fonte: Norma UNI 10349) BARRIERE FRANGIVENTO La lunghezza di un filare può essere calcolata in maniera approssimata con la formula di Bates SP = C x h x L Con: SP = superficie fi i protetta t tt [m²] [ ²] h = altezza della barriera [m] L = lunghezza della barriera [m] C = coefficiente adimensionale che varia in funzione della velocità del vento (V): C=29,7 per V=10 Km/h C=19,8 per V=15 Km/h C=14,9 per V=20 Km/h Fissata Fi t h e definita d fi it la l superficie fi i che h sii vuole proteggere, si può ricavare la lunghezza del frangivento: L = SP / (C x h) DISTRIBUZIONE DEGLI AMBIENTI INTERNI Le condizioni di comfort degli spazi interni abitati derivano dalla loro ubicazione nell’ambito dell’organismo architettonico, in relazione alle funzioni che in essi si svolgono e alle condizioni climatiche esterne. Le stanze con attività che hanno maggiore necessità di comfort sono q quelle della zona giorno che vanno disposte sui lati Sud e Sud-Est. La zona notte può L ò essere di disposta suii lati l i Est, Sud-Est o Sud-Ovest. Ad Ovest possono essere ubicati ambienti di servizio ed eventuali studi. Gli spazi p che hanno meno bisogno g di riscaldamento e di illuminazione, come ambienti di servizio, lavanderie, scale e garage vanno disposti lungo il lato Nord dell’edificio: essi serviranno da cuscinetto tra gli spazi riscaldati e il fronte Nord più freddo. COLLOCAZIONE DELLE FINESTRE p vetrate rappresentano pp uno dei Le superfici fattori che maggiormente influiscono sui consumi energetici di un edificio Il calore l disperso di in i inverno i attraverso una finestra è maggiore rispetto a quello dissipato da un muro ben isolato Ad esempio: con temp. est. = 0°C, temp. int. = 20°C, una muratura a cassa vuota dello spessore di 30 cm, costituita da due setti in laterizi forati con 10 cm di polistirolo nell’intercapedine, disperde circa 6 W/m2; una finestra con un vetro semplice disperde circa 120 W/m2 (20 volte di più) edificio per abitazioni e uffici a Freiburg im Breisgau (Germania); a sinistra: prospetto nordd a destra: prospetto sud ILLUMINAZIONE E VENTILAZIONE DEGLI SPAZI INTERNI Le dimensioni minime delle aperture per l’illuminazione e l’aerazione dei locali interni non deve essere mai inferiore a 1/8 della superficie in pianta degli ambienti a cui si riferisce Inoltre per garantire un’adeguata illuminazione degli spazi interni, la profondità di questi ti ultimi lti i non dovrebbe d bb superare due d volte lt e mezzo lla distanza di t che h intercorre i t t tra la sommità delle aperture e il pavimento h H L max = 2,5 H VENTILAZIONE NATURALE ALL’INTERNO DEGLI EDIFICI Generata da movimenti d’aria p prodotti da differenze di p pressione o di temperatura. p - Differenza di pressione Il vento genera sulle pareti esterne dei fabbricati una pressione che aumenta con la sua velocità; l ità essa è positiva iti sull lato l t colpito l it dalla d ll corrente, t negativa ti su quello ll opposto t La differenza di pressione tra i lati sopravento e sottovento contribuisce a creare una corrente dd’aria aria all all’interno interno dell dell’edificio; edificio; quest quest’ultima ultima avrà maggiore consistenza quando le aperture di ingresso sono rivolte verso una zona di alta pressione e quelle di uscita verso una di bassa pressione. Le caratteristiche del flusso d’aria che si innesca all’interno degli edifici variano in dipendenza della posizione, in pianta e in alzato, e delle dimensioni delle aperture. - Differenza di temperatura La differenza di temperatura tra due ambienti genera un moto convettivo, dovuto alla diversa densità dell’aria: quella calda, meno densa, si sposta verso l’alto richiamando aria più fresca dal basso e provocando così quello che viene comunemente indicato come “effetto-camino” SCHERMATURA DELLE APERTURE Per limitare P li it l’i l’ingresso d ll radiazione della di i solare l i estate in t t nelle ll zone esposte t a sud, d sii possono usare opportuni elementi di ombreggiamento, come i frangisole fissi orizzontali o gli alberi caducifoglie. Questi sistemi hanno la caratteristica di non ostacolano l’ingresso della radiazione solare in inverno, che può quindi concorrere al riscaldamento gli ambienti. SISTEMI DI SCHERMATURA DELLE APERTURE Devono permettere D tt l protezione la t i d i raggii solari dai l i neii periodi i di caldi ldi e consentire ti l’illuminazione e l’aerazione degli ambienti interni Caratteristiche di funzionamento: possono essere fissi o mobili Mobili: manovrati manualmente o tramite comandi meccanizzati elettrificati, elettrificati eventualmente anche automatizzati Fissi: hanno maggiore durabilità, minore necessità di manutenzione,, e non vanno incontro a interruzione del funzionamento per difetti o guasti meccanici; di contro hanno una minore adattabilità nei confronti delle variazioni di soleggiamento e ciò non consente una completa protezione soleggiamento, solare in tutti i periodi stagionali ed in tutte le ore della giornata Caratteristiche morfologiche: possono essere distinti in aggetti o schermi, continui o discontinui (lamelle o griglie), a giacitura orizzontale, i l verticale i l o inclinata, i li ortogonali li o paralleli ll li alla ll facciata. Per il dimensionamento delle schermature orizzontali si fa riferimento ai diagrammi solari attraverso i quali si ricavano gli angoli di incidenza dei raggi solari (α) sulle finestre alle diverse ore e nei diversi p periodi dell’anno La sporgenza della schermatura rispetto all’apertura da proteggere è ricavabile mediante formule empiriche basate su parametri quali la latitudine del sito e l’altezza solare (angolo di incidenza) L = h/F oppure L = h/tg α dove: L = lunghezza dell’aggetto (m); h = altezza della finestra (m); F = coefficiente adimensionale funzione della latitudine, ricavabile dalla tabella a fianco; α = angolo di inclinazione dei raggi solari nell’ora considerata. RICORSO A FONTI ENERGETICHE NATURALI RINNOVABILI SISTEMI DI RISCALDAMENTO NATURALI Un edificio riceve calore dalla radiazione solare che incide sull sull’involucro involucro I sistemi naturali di riscaldamento basano il loro funzionamento sull’effetto serra SISTEMI SOLARI PASSIVI FINESTRE SOLARI Un primo dimensionamento della superficie vetrata esposta a sud da impiegare in edifici passivi a guadagno solare diretto può essere eseguito in funzione della temperatura esterna media invernale e della latitudine del sito. La quantità di superficie fi i vetrata t t cosìì ricavata i t consentirà ti à la l captazione t i dell’energia d ll’ i solare l sufficiente ffi i t a mantenere gli ambienti interni ad una temperatura compresa tra i 18 °C e i 21 °C durante la maggior parte del periodo invernale. L’irraggiamento solare che colpisce la superficie vetrata viene in parte riflesso, in parte assorbito, in parte trasmesso dal vetro stesso. 100% 100% 80% 8% 70% 80% 8% 12% 12% 10% vetro singolo vetro doppio fattore di riflessione (ρ) = rapporto fra energia riflessa ed energia incidente fattore di assorbimento (α) = rapporto fra energia assorbita ed energia incidente fattore di trasmissione (τ) = rapporto fra energia trasmessa ed energia incidente ρ+α+τ =1 Una parte dell’energia incidente è assorbita dal vetro che la emette da entrambe le facce; per convenzione si assume che 1/3 di tale energia venga irradiata verso l’i t l’interno. E entrante = E trasmessa + 1/3 E assorbita E entrante = τ E incidente + 0,33 α E incidente = (τ + 0,33 α ) E incidente Il termine ( τ + 0,33 α), equivalente al rapporto fra la quantità di energia effettivamente entrante nell’ambiente e q quella incidente si definisce fattore solare (σ) di un vetro più grande è questo valore, maggiore sarà l’energia termica entrante entrante. La dispersione termica verso l’esterno non si verifica soltanto attraverso il vetro,, ma anche attraverso il telaio dei serramenti. Il legno ha una discreta resistenza termica, l’alluminio ha generalmente una conduttanza superiore a quella delle superfici vetrate. Æ Profili a taglio termico SISTEMI SOLARI ATTIVI Si ricorre a tecnologie in grado di produrre energia (termica o elettrica) IMPIANTI FOTOVOLTAICI Cella in silicio monocristallino Cella in silicio policristallino Effetto fotovoltaico = conversione della radiazione solare in energia elettrica in virtù delle particolari proprietà possedute da alcuni semiconduttori, in particolare il silicio. Moduli in silicio monocristallino (rendimento pari a circa il 15%) Moduli M d li in i silicio ili i policristallino li i t lli (rendimento ( di t compreso tra l’11 e il 14%) Moduli in silicio amorfo - a film sottile (rendimento del 5-7%); gli atomi di silicio sono deposti chimicamente in strati di spessore pari a pochi micron su una superficie di supporto - vetro, vetro metallo o materiale plastico - Per quanto riguarda il tipo di installazione, gli impianti fotovoltaici possono essere: connessi alla rete elettrica (grid-connected) o isolati (stand–alone). Il fabbisogno di energia elettrica di un edificio monofamiliare può essere coperto da un impianto fotovoltaico di potenza compresa tra 1,5 e 3 kW Per avere un rendimento ottimale in eserci io è necessario che i mod esercizio moduli li fotovoltaici ricevano la maggiore quantità possibile di irraggiamento solare l - orientamento verso l’esposizione Sud - inclinazione (angolo di tilt) compresa f i 20° e i 30° rispetto fra i tt all’orizzontale ll’ i t l I componenti fotovoltaici possono essere posti in opera: per applicazione indipendente per sovrapposizione per integrazione IMPIANTI SOLARI TERMICI Gli impianti i i ti solari l i termici t i i convertono t l’energia l’ i solare l in i energia i termica. t i Vengono V utilizzati per il riscaldamento e per la produzione di acqua calda sanitaria. Un impianto solare termico è normalmente costituito da: - un collettore o pannello solare - uno scambiatore di calore - un serbatoio di accumulo - un circuito distributivo - un fluido termovettore La circolazione può avvenire in maniera naturale oppure può essere forzata I pannelli solari termici producono acqua a temperatura massima prossima ai 50°C Æ acqua calda sanitaria Æ acqua calda per impianti di riscaldamento a pannelli radianti (T=38-40°C) Installazione - Orientamento ottimale Æ Sud pieno (con una tolleranza pari a ± 30°) - Inclinazione rispetto all’orizzontale (angolo di tilt) = Latitudine del sito Dimensionamento di un impianto solare termico per la produzione di acqua calda sanitaria i i a 45°C ° per edifici d f residenziali d l Æ in funzione del consumo giornaliero (in media circa 70-80 l/giorno a persona) Dimensionamento di massima della superficie di progetto dei pannelli solari, in condizioni ottimali di installazione Æ Valori della tabella sottostante (fonte ENEA) Per tenere conto di condizioni di i i non ottimali, i li il valore l ottenuto deve d essere diviso di i per un coefficiente, ricavato dalla tabella sottostante, in funzione dell’angolo di orientamento e dell’angolo di tilt del pannello SISTEMA DI RACCOLTA DELLE ACQUE PIOVANE Impianto di recupero delle acque piovane: raccolta raccolta, trattamento e successiva utilizzazione per l’alimentazione degli scarichi sanitari e/o delle lavatrici, nonché per l’irrigazione di eventuali aree a verde circostanti all’edificio L’acqua piovana che cade sulla copertura dell’edificio deve essere convogliata attraverso i pluviali e filtrata prima di essere accumulata in una cisterna. Può essere raccolta anche l’acqua piovana che cade sulle zone pavimentate esterne all’edificio; in questo caso, soprattutto se questi spazi q p sono interessati dal passaggio o dalla sosta di autoveicoli, è opportuno prevedere una ulteriore fase di depurazione (filtro disoleatore) prima della immissione in cisterna. Dimensionamento di un serbatoio di accumulo delle acque piovane Il volume del serbatoio, espresso in litri, può essere determinato con la formula: Vs = C · Vcap dove: C = (numero massimo di giorni non piovosi consecutivi in un anno) / 365 Vcap= volume [litri] di acqua captabile dall’impianto in un anno; si ricava con la formula: Vcap = ef · Cd · P · S essendo: ef = efficacia del filtro Cd = coefficiente di deflusso del tetto P = precipitazione media annua [mm/anno] S = superficie captante del tetto [m2] I valori l i del d l coefficiente ffi i Cd possono essere ricavati i i dalla d ll sottostante tabella: b ll BIBLIOGRAFIA G. Sciuto, Modelli progettuali per la sostenibilità edilizia
