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68773-Lezione-12-Progettazione ambientale sostenibile

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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
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