Progettazione bioclimaticain ambito urbano

Michele Lepore

Progettazione bioclimaticain ambito urbano

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ISBN 978-88-7999-646-4

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I edizione: gennaio 2004

indice

PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA IN AMBITO URBANO

Gli insediamenti bioclimatici ...............................................................7Gli edifici orientati ..................................................................... 7Lo spazio pubblico ................................................................... 18Lo spazio pubblico orientato .................................................... 19

Clima urbano ......................................................................................25Il fenomeno dell’isola dei calore ..............................................27Modificazioni climatiche indotte dalle aree urbane ................. 37Le fonti di riscaldamento urbano .............................................39Isola di calore urbana e dimensione della città ........................39

Effetto canyon e microclima urbano ..................................................41Il clima dei canyon urbani ........................................................ 41La distribuzine della temperatura nei canyon urbani ...............42Il flusso d’aria nel canyon urbano ............................................51Flusso lungo il canyon..............................................................56Flusso inclinato all’asse del canyon ......................................... 57Effetti della densità urbana e dell’altezza del costruito sullaventilazione della città ..............................................................58Impatti climatici dell’orientamento e dell’ampiezza delle strade....................................................................................................59L’impatto combinato dell’orientamento e dell’ampiezza dellestrade sulla ventilazione urbana ...............................................62Ventilazione e ambiente costruito ............................................65L’impatto del fenomeno del riscaldamento urbano notturno sulcomfort umano e sull’uso dell’energia .....................................68La radiazione solare nelle aree urbane .....................................69

Soleggiamento ed assetto del costruito ...............................................71Forma del costruito................................................................... 71L’involucro solare (solar envelope) ..........................................73L’accesso al sole .......................................................................75I tipi di strada............................................................................ 76

Strategie energetiche per gli edifici urbani .........................................77Il progetto del sito ....................................................................78L’organizzazione urbanistica per ottimizzare le condizionimicroclimatiche ........................................................................81La forma dell’edificio ...............................................................86La scelta di un edificio conservativo (chiuso) o selettivo (aper-to) .............................................................................................86Orientamento dell’edificio e progetto delle aperture ...............92Organizzazioine funzionale degli spazi interni (zone termiche)95

Strategie di conservazione dell’energia ..............................................96Isolamento termico degli elementi estreni opachi...................................................................................................96Aperture ....................................................................................99

Strategie di riscaldamento passivo ...................................................100Strategia di riscaldamento ......................................................101

Strategie di raffrescamento passivo ..................................................105Il controllo del surriscaldamento ............................................106Capacità termica .....................................................................108

Raffrescamento naturale ................................................................... 114Strategie di ventilazione ......................................................... 114

Strategie di illuminazione naturale ...................................................121Linee guida .............................................................................121Bibiliografia ...........................................................................126

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Gli insediamenti bioclimatici

Gran parte delle ricerche sull’orientamento solare dell’architetturarazionalista, ma anche quella sui sistemi solari passivi e sull’architettu-ra bioclimatica appartengono alla posizione autoassertiva e per esse contasoprattutto l’oggetto edilizio intorno al quale rimane uno spazio urba-no residuale; si trovano poi molti progetti nei quali lo spazio urbanodiviene protagonista e residuali diventano gli edifici che con le lorofacciate determinano l’architettura. L’orientamento degli edifici è dun-que determinato dalla rete di strade e piazze della città ma elude le inte-razioni con l’ambiente (sole, clima, ecc.). Oggi, grazie alla molteplicitàdi tipologie sviluppate per i diversi orientamenti dalla progettazionebioclimatica e dalle conoscenze acquisite sulla climatizzazione natura-le dello spazio urbano aperto, è possibile individuare soluzioni che pre-diligano l’integrazione tra orientamento basato sullo spazio urbano eorientamento riferito all’ambiente climatico. In tal senso possiamo in-dividuare tre fasi del percorso evolutivo:— quella degli edifici orientati verso il sole ma indifferenti allo spazio

urbano;— quella dello spazio urbano verso il quale si orientano gli edifici

indifferentemente dal sole;— quella infine dello spazio urbano orientato verso il sole nel quale gli

edifici integrano orientamento solare e urbano.

Gli edifici orientati

Edifici orientati e spazio urbano come vuoto tra gli edifici, l’asse

eliotermico e l’asse equisolare, sistemi solari passivi e progettazione

bioclimatica

L’interesse prevalente degli architetti dei razionalisti, come di moltiprogettisti di sistemi solari passivi e bioclimatici si è focalizzato sulletipologie edilizie che compongono il tessuto urbano, disposte secondouna griglia il cui orientamento è stato oggetto di molte discussioni. In

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Capitolo I

questo contesto la rete stradale è considerata solo come tessuto connet-tivo tra zone con diverse destinazioni d’uso, uno spazio residuale tra gliedifici. Ancor oggi i Piani Regolatori propongono interventi sia nuovisia di riqualificazione secondo questi principi.

Le prime teorie sull’orientamento degli edifici basate su principiscientifici risalgono al primo decennio del ‘900 quando Rey, Barde ePidoux hanno teorizzato il principio dell’Asse eliotermico, basato sullaunità eliotermica, definita dal prodotto della durata dell’insolazione edella temperatura ambiente. Ne è derivata una disposizione degli edifi-ci secondo un asse nord-sud ruotato di 19 gradi verso est, in modo daequiparare i valori termici delle due facciate principali.

Gran parte dei progetti dei sistemi insediativi del primo razionali-smo sono guidati dalle teorie che mettono in relazione tipologia edili-zia, densità abitativa e orientamento. Le tecniche ed i metodi di proget-tazione sviluppati in questo ambito sono, dettati non da ragioni energe-tiche ma sociali, essendo il problema igienico dominante in quegli annidi urbanizzazione accelerata delle città industriali. Uno dei primi pro-getti basati su queste teorie è la “citè industrilelle” di Tony Garnier allaquale seguirono molti altri progetti di nuovi insediamenti organizzatisulla base della geometria solare che confermano l’organizzazione de-gli edifici secondo l’asse eliotermico. Questa concezione costituisce labase dei teoremi di Heiligental e Gropius quando analizzano l’organiz-zazione dello spazio abitato ponendo in relazione orientamento, altezzae distanza fra gli edifici e cercano un modello matematico per esprime-re tali relazioni.

Figura 1. L’asse eliotermico a sinistra e l’asse equisolare a destra

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Insediamenti bioclimatici

Gropius (1930) studia sistematicamente l’occupazione del suolo infunzione del soleggiamento e conclude che gli edifici alti 10-12 pianiconsentono densità maggiori degli edifici medi e unifamiliari. Gli studicomparativi sono condotti sulla base di due condizioni: entrambe i frontidevono essere soleggiati per almeno due ore in corrispondenza del sol-stizio d’inverno; la distanza fra i blocchi orientati nord-sud deve essere1.5 volte l’altezza, 2.5 volte nel caso di orientamento est-ovest. In que-sti risultati è già leggibile una prima definizione della tipologia alta ecompatta, a conservazione di energia, con due affacci sui fronti est eovest.

Anche nelle ricerche di Klein (1936) sull’abitazione si possono tro-vare molti progetti sviluppati in funzione della geometria solare; un suodisegno che mostra le ombre portate da un gruppo di edifici in varie oredel giorno e nelle diverse stagioni, rimanda alle analisi più recenti disimulazione al calcolatore, per definire le sagome entro le quali deverestare il volume degli edifici progettati per rispettare il “diritto al sole”.

Nell’ambito della cultura del Movimento Moderno, intorno agli anni’30, Le Corbusier teorizza l’abbandono della “rue corridor”. La città-giardino verticale, la Ville Radieuse, come era accaduto per le GardenCities, si confronta con l’immobile urbano tradizionale. Mentre questoimpone un orientamento legato alla rete stradale, la strada divenuta si-nuosa per velocità del traffico, con snodi attrezzati agli incroci e nelleimmissioni, consente di orientare gli edifici esclusivamente in funzione

Figura 2. Gropius (1931): studi sul soleggiamento degli edifici in funzione dell’altezza

degli edifici e della densità edilizia.

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Capitolo I

del sole in modo da fornire a tutti gli abitanti un equivalente numero diore di sole.

Il sistema di spazi urbani pubblici, anch’esso dissociato dalla reteviaria, si dissolve e diviene uno spazio urbano alberato, salubre e ossi-genato.

Bisogna arrivare agli anni ’40, quando Hilbeseimer, in Germania,Vinaccia, Diatollevi e Marescotti in Italia, cercano una risposta artico-lata in grado di correlare orientamento e tipologia edilizia, densità abi-tativa e tessuto urbano. Vinaccia denuncia apertamente la scarsa atten-dibilità della unità eliotermica e mette a punto una nuova proposta:l’orientamento equisolare. Questa ha per scopo la perequazione del so-leggiamento sulle quattro facciate: l’inclinazione dell’asse principale èassunta uguale all’azimut in corrispondenza del sorgere del sole al sol-

Figura 3. Klain (1936): studi sul soleggiamento degli edifici.

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Insediamenti bioclimatici

stizio estivo (tale azimut è allineanto con quello del tramonto al solsti-zio invernale).

Diotallevi e Marescotti sulla base di analisi del soleggiamento ela-borate con semplici tecniche grafiche identificano le qualità positivedell’orientamento che rivolge verso sud gli appartamenti e formulanouna risposta articolata, correlando l’orientamento alla tipologia edili-zia. per edifici a doppio affaccio l’orientamento ottimale segue l’assenord-sud, per edifici a singolo affaccio l’asse ottimale è approssimati-vamente est-ovest. In quest’ultimo caso a nord vengono localizzati ilocali di servizio. Una lieve inclinazione dell’asse consentirà poi unsoleggiamento anche se poco rilevante della parete nord. Diotallevi eMarescotti negano qualsiasi validità all’asse eliotermico, lo giudicanoparticolarmente infelice per la parete ovest.

Anche L. Hilberseimer mette in relazione tipologia e orientamentoper codificare dettagliatamente i due orientamenti. Nel caso di affaccioad est e ad ovest gli alloggi funzionano a doppio corpo: la profondità èallora elevata, e i vani servizi sono interni. Nel caso di affaccio a nord ea sud gli alloggi funzionano a corpo semplice: la profondità risulta ri-dotta e a nord si trovano i servizi, la scala e’ quasi completamente ester-na.

Figura 4. Studi sul soleggiamento degli edifici con il metodo Mattioni

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Capitolo I

I sistemi solari passivi

I sistemi passivi rappresentano uno dei contributi più interessanti aiproblemi posti dalla crisi energetica degli anni ‘70. Con questo termine,coniato solo nel 1976, si identifica una vera e propria corrente culturaleche vede collaborare architetti, ingegneri e fisici. L’idea di sfruttare ne1modo più ingegnoso la casa considerata come collettore solare ha pro-

Figura 6. Solar Village, Tombazis & Associates Architect, Atene, Grecia, 1978-1989

Figura 5. Erskine, città sub–artica di Svapavara

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Insediamenti bioclimatici

Figura 7. Olgyay (1962) studio di tipologie edilizie in differenti regioni climatiche

dotto molti sistemi di climatizzazione naturale assai efficienti. L’edifi-cio però, rimane ancora il protagonista principale e gli insediamenticostruiti usando questi sistemi si differenziano da quelli del razionali-smo solamente il per il diverso orientamento degli assi principali. Si

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Capitolo I

ragiona sempre in termini di edifici correttamente localizzati e orientatisenza affrontare il problema dello spazio urbano nel suo insieme.

La progettazione bioclimatica

La diffusione dei sistemi solari passivi in molte diverse aree climati-che ne dimostra i limiti di applicabilità nelle aree troppo calde e in quel-le molto fredde. Per le prime si affrontano problemi di raffrescamentopassivo (l’aggettivo solare scompare dato che in queste aree il sole di-venta uno svantaggio da evitare)’ per le altre si torna a scoprire i van-taggi della coibentazione magari accoppiata a collettori e impianti diriscaldamento in sistemi ibridi.

Si scopre comunque l’importanza del clima locale nel determinare ilprogetto. Le tecniche di progettazione si arricchiscono di un diagram-ma bioclimatico sviluppato da Olgyay e Givoni e di molti altri strumen-ti da usare nell’analisi climatica del sito, di analisi economiche che con-sentono di ottimizzare, riferendolo alle caratteristiche del clima localeil rapporto tra applicazione delle tecnologie di captazione e di conser-vazione nel progetto dell’edificio.

Questa posizione che tende a superare le precedenti finalizzate soloal risparmio di energia tradizionale, implica molte interessanti conse-guenze. L’importanza del sito, il coinvolgimento dell’intero edificio e ilriferimento biologico, collegano questa posizione con le discussioni che

Figura 8. R. Ranier(1962) Puchenau Garden City, Linz, Austria.