Progettazione dell'architettura bioclimatica

Indice degli argomenti:

Cos’è l’architettura bioclimatica
Gli ideali dell’architettura bioclimatica
I materiali da utilizzare
La componente verde nell’architettura bioclimatica
Esempi di architettura bioclimatica

La crescente necessità di edifici che offrono elevati standard di comfort termico, sia in inverno che in estate, con un utilizzo ridotto di energia non rinnovabile, è sempre più rilevante. Per raggiungere tale obiettivo, è fondamentale garantire una progettazione adeguata e precisa, che tenga conto del contesto climatico e ambientale in cui l’edificio sarà costruito. Proprio per questo, arriva in nostro aiuto l’architettura bioclimatica.

Cos’è l’architettura bioclimatica

L’architettura bioclimatica rappresenta una soluzione innovativa e sostenibile per la progettazione degli edifici. Si basa sull’ideazione e costruzione di edifici che si adattino strettamente alle condizioni atmosferiche e climatiche esterne del luogo, come la luce solare, il vento e le condizioni climatiche locali, al fine di garantire elevati livelli di comfort climatico all’interno delle abitazioni.

Nell’era attuale, in cui la sostenibilità ambientale è diventata una priorità, questo tipo di architettura si afferma come un concetto chiave per il futuro dell’edilizia, promuovendo l’uso responsabile delle risorse e la creazione di spazi armoniosi con l’ambiente circostante.

L’architettura bioclimatica comporta un cambiamento nel modo di progettare gli edifici. Si incoraggia a superare il modello costruttivo tradizionale integrando i metodi delle costruzioni tipici dell’architettura tradizionale con le tecniche e le tecnologie più moderne.

L’obiettivo è assicurare un elevato comfort termico con un minimo consumo di energia e dell’uso di sistemi di climatizzazione artificiale, quindi impiego di energia fossile.

Gli ideali dell’architettura bioclimatica

Nella progettazione bioclimatica, esiste un forte legame tra la struttura dell’edificio e i fattori ambientali, morfologici, fisici e geografici che ne influenzano le prestazioni.

Alcuni di questi fattori fondamentali includono:

la temperatura media
l’altitudine
la presenza di rilievi
l’umidità
la frequenza delle precipitazioni
i venti

Questi fattori sono fondamentali prima di procedere con la realizzazione di una struttura, sviluppando strategie attive e passive per sfruttare al massimo le fonti energetiche naturali e garantire un comfort termico ottimale durante tutto l’anno.

Le strategie attive coinvolgono l’utilizzo di soluzioni impiantistiche che catturano l’energia esterna e la trasformano in energia utilizzabile all’interno dell’edificio. Come pannelli solari per la produzione di energia elettrica o termica, sistemi di raccolta dell’acqua piovana per scopi irrigui o energetici e sistemi di ventilazione meccanica controllata per migliorare la qualità dell’aria interna.

Quelle passive sfruttano invece le caratteristiche della struttura dell’edificio per agire come accumulatori termici. Ciò comprende la progettazione della forma dell’edificio, l’orientamento rispetto al sole, l’utilizzo di materiali con buone proprietà di isolamento termico e la disposizione degli ambienti interni per massimizzare l’assorbimento, la conservazione e la distribuzione del calore.

L’utilizzo combinato di strategie attive e passive nell’architettura bioclimatica permette di ridurre la dipendenza dalle fonti di energia non rinnovabile e favorisce un utilizzo più efficiente delle risorse energetiche disponibili, realizzando edifici a basso impatto ambientale che si integrano armoniosamente nel loro ambiente circostante.

I materiali da utilizzare

La costruzione di edifici bioclimatici richiede una progettazione accurata e una scelta oculata dei materiali, con un focus sull’isolamento termico, la massimizzazione dell’illuminazione naturale e la regolazione termica.

Materiali come lana di roccia, fibra di legno, pannelli isolanti e doppi vetri vengono impiegati per ridurre le perdite energetiche e mantenere una temperatura interna stabile senza ricorrere a climatizzazione artificiale.

L’uso di ampie finestre, lucernari e l’orientamento degli edifici in base al sole riduce la dipendenza dall’illuminazione artificiale e miglia l’efficienza energetica.

Inoltre, materiali a basso impatto ambientale come legno certificato, mattoni di terra cruda e cemento riciclato sono ampiamente utilizzati, riducendo l’impatto ambientale durante la costruzione e favorendo il riciclaggio al termine del ciclo di vita dell’edificio.

La componente verde nell’architettura bioclimatica

Gli edifici bioclimatici incorporano spazi verdi come giardini verticali, tetti verdi e cortili interni, che contribuiscono a migliorare la qualità dell’aria, ridurre l’inquinamento acustico, mitigare l’effetto isola di calore urbano e promuovere il benessere degli occupanti.

Le piante e la vegetazione fungono da isolanti naturali, riducendo il surriscaldamento estivo e il raffreddamento invernale. Inoltre, le superfici verdi assorbono l’acqua piovana, riducendo il carico sulle infrastrutture di drenaggio urbano e prevenendo inondazioni.

La presenza di elementi verdi crea anche un ambiente più piacevole e salutare per gli occupanti degli edifici. Studi dimostrano che l’esposizione alla natura può ridurre lo stress, migliorare la concentrazione e aumentare il benessere generale delle persone.

Esempi di architettura bioclimatica

Nel contesto dell’architettura bioclimatica, un esempio può comunicare più di mille parole, permettendo di comprendere appieno la filosofia di questo nuovo approccio sostenibile alla costruzione.

Sede di Euronews, Lione

Nel 2015, gli architetti Jakob+MacFarlane hanno realizzato un edificio unico nella zona portuale di Lione, caratterizzato da una forma cubica, quartier generale dell’emittente televisiva internazionale Euronews.

La facciata, di un vivace colore verde acido, presenta due grandi buchi, che generano un flusso d’aria che consente all’edificio di essere climatizzato in modo naturale, riducendo la necessità di utilizzare altri sistemi attivi.

Institut Universitaire Al Meary, Parigi

Nel complesso dell’Institut Universitaire Al Meary, situato presso l’Hôpital Saint-Louis a Parigi, l’ombreggiatura e la tutela della biodiversità sono i principali elementi distintivi. Curato sempre dallo studio Jakob+MacFarlane, il complesso è stato costruito sulle fondamenta di un edificio precedente degli anni Settanta, mantenendo la struttura di base.

Durante l’analisi delle piante storiche del sito risalenti ai secoli XVI e XVII, sono state individuate le tracce dei giardini di lavoro utilizzati in passato dall’ospedale. Tra le attività svolte, vi era anche l’allevamento di api che ancora oggi producono miele utilizzato in alcuni trattamenti per la pelle.

Questa scoperta ha ispirato la decisione di creare un rivestimento verde che si sviluppa lateralmente e sopra l’edificio, al fine di garantire un adeguato numero di fiori e piante rampicanti ogni anno, preservando così la continuità della produzione di miele per l’ospedale. Allo stesso tempo, questo rivestimento verde offre un’ombreggiatura naturale e una protezione per l’edificio, oltre ad un habitat per uccelli.

Energy Box, L’Aquila

L’architetto Pierluigi Bonomo ha realizzato Energy Box, un progetto di ricostruzione biocompatibile che ha consentito di rivestire un edificio in mattoni danneggiato durante il sisma del 2009, utilizzando il legno lamellare CLT. Tale rivestimento permette di ottimizzare le prestazioni termiche dell’edificio, isolandolo in tutte le sue componenti e riducendo così il problema delle dispersioni. Inoltre, i pannelli di legno sono semovibili e consentono agli occupanti di regolare l’illuminazione e la ventilazione secondo le proprie preferenze.

5/03/2013

Architettura bioclimatica: progettazione ed efficienza energetica

Lo studio dell’ambiente e la necessità di utilizzare i materiali e le risorse naturali disponibili sul luogo sono stati degli strumenti fondamentali per garantire il benessere delle persone e il risparmio energetico. In ciascuna area climatica sono stati sviluppati degli accorgimenti progettuali mirati a questo fine che, nel corso dei secoli, sono diventati elementi consolidati nel sapere dei progettisti. Ecco che è stato, così, definito il concetto di architettura bioclimatica.

a cura di Elena Lucchi – Politecnico di Milano

Indice:

Cos’è la bioclimatica
I principi dell’architettura bioclimatica
Il posizionamento dell’edificio
Direzione e intensità del vento
La forma e il colore dell’edificio
Isolamento termico per incrementare le prestazioni
L’importanza della componente verde nell’architettura bioclimatica

Nell’epoca della crisi petrolifera, i principi dell’architettura naturale sono stati codificati all’interno di una nuova disciplina progettuale, la progettazione bioclimatica, che nasce dall’utilizzo consapevole e rispettoso del clima per migliorare le condizioni di benessere e di vita dell’uomo.Il termine è legato alle parole greche bios e klimia che significano rispettivamente vita e clima.

Cos’è la bioclimatica

La bioclimatica indica la disciplina che studia i principi, le tecniche, i metodi e i criteri per garantire ottime condizioni di vivibilità in relazione alle caratteristiche climatiche del luogo.

Recentemente, i criteri di ottimizzazione delle risorse naturali sono stati ripresi e reinterpretati per dare vita alla “bioclimatica di nuova generazione”, una disciplina che unisce l’impiego di misure passive con materiali e tecnologie innovative.La progettazione di un organismo architettonico con criteri passivi implica l’ottimizzazione delle risorse ambientali.

I principi dell’architettura bioclimatica

Le variabili progettuali dell’architettura bioclimatica riguardano:

- - posizione dell’edificio rispetto al sole
  - orientamento dei locali rispetto agli assi cardinali;
  - posizione dell’edificio rispetto alla direzione dei venti prevalenti;
  - forma dell’edificio;
  - colori utilizzati;
  - tipologia di involucro edilizio;
  - presenza di verde;
  - presenza di acqua.

Le prestazioni energetiche dell’edificio sono influenzate dalla posizione, dall’orientamento e dalla forma che interagiscono direttamente con le componenti ambientali del luogo, legate alla ventilazione, alla radiazione solare, alla temperatura, all’umidità relativa e alla presenza di vegetazione.

Il posizionamento dell’edificio

Il posizionamento dell’edificio nel lotto dovrebbe permettere di ottimizzare le forzanti ambientali, in particolare l’azione del sole e del vento. Per poter sfruttare la componente termica e luminosa dell’energia solare è necessario dare uguale accesso al sole ai diversi ambienti interni.

Nel corso della storia dell’architettura sono stati numerosi gli studi sull’orientamento ottimale dell’edificio, tra i quali si possono citare l’asse eliotermico (asse di orientamento verticale che riceve la stessa energia sulle due facce durante l’anno) e l’asse equi-solare (asse orientato verso nord est-sud ovest).

Per garantire il massimo irraggiamento delle facciate esposte a sud anche durante il solstizio invernale è opportuno distanziare le costruzioni. Secondo i principi dell’architettura bioclimatica la scelta della posizione migliore nelle zone pianeggianti può essere fatta utilizzando un diagramma che descrive i percorsi solari proiettando la volta celeste su un piano orizzontale, per una determinata latitudine.

Nelle zone montane i versanti esposti a sud sono più favoriti dalla radiazione solare, mentre quelli a nord ricevono la radiazione con una intensità molto bassa. L’architettura bioclimatica suggerisce anche gli orientamenti ottimali dei locali per garantire il benessere microclimatico.

Gli ambienti che richiedono un riscaldamento continuo dovrebbero essere localizzati sui fronti meridionali, quelli da raffrescare sui lati settentrionali e gli altri possono essere esposti a est e a ovest.

Direzione e intensità del vento

Un secondo elemento da considerare nell’architettura bioclimatica riguarda la direzione e l’intensità del vento che, colpendo l’edificio provocano una sovrappressione sul lato sopravento (che incontra il vento) e una depressione su quello sottovento (lato da cui il vento si allontana).

Nelle zone calde è utile sfruttare il potere raffrescante della componente di ventilazione, incanalando con opportuni meccanismi il vento all’interno dell’edificio.

Molto usati in questo senso sono la presenza di filari d’alberi, l’altezza differenziata delle finestre e la presenza di camini di ventilazione. Al contrario, nelle zone fredde è opportuno posizionare l’edificio in condizioni di “ombra di vento”, ovvero di assenza di vento. In questo caso possono essere anche utilizzate delle barriere murali o vegetali per schermarne l’ingresso.

La forma e il colore dell’edificio

La forma compatta, caratterizzata cioè da un basso rapporto tra la superficie disperdente e il volume racchiuso dall’involucro, limita le dispersioni termiche dell’edificio.

Molti studi hanno dimostrato che, rispetto a forme articolate, è possibile ottenere risparmi energetici del 20-30% e migliorare le condizioni di comfort termico, acustico, visivo e olfattivo degli ambienti interni, senza comportare costi aggiuntivi.

Il colore ha un ruolo centrale nella progettazione dell’architettura bioclimatica: le tonalità scure esposte a sud possono superare anche di 20-40°C le temperature medie radianti raggiunte dai colori chiari.

I colori scuri, infatti, assorbono e riemettono una grande quantità di radiazione solare (visibile ed energetica), provocando un aumento della temperatura superficiale dei corpi e il surriscaldamento delle zone d’aria più prossime. Al contrario, le tonalità chiare riflettono grandi quantità di radiazione solare, evitando guadagni solari incontrollati.

L’involucro edilizio è uno strumento essenziale per impedire i guadagni termici indesiderati, favorire la dispersione del calore interno nella stagione estiva e, durante tutto l’anno ottimizzare l’impiego della luce naturale.

Isolamento termico per incrementare le prestazioni

Per aumentare le prestazioni termiche delle pareti opache e per rispettare i limiti imposti dalla legislazione nazionale è necessario prevedere buone prestazioni di isolamento termico delle pareti che separano gli ambienti posti a livelli omogenei.Analogamente, per avere adeguate condizioni di comfort estivo (o nei climi caldi) è opportuno progettare pareti con una elevata inerzia termica, una grandezza che indica la capacità che ha un materiale di ritardare la trasmissione del calore e di immagazzinare energia termica.

L’accumulo di energia nella massa dell’edificio consente anche di spostare i picchi di domanda dell’impianto di climatizzazione nelle ore in cui l’uso degli ambienti è limitato. Nei climi freddi, la massa termica contribuisce a immagazzinare il calore proveniente dalla radiazione solare durante la giornata e a mitigare le condizioni serali e notturne.

La progettazione dell’involucro trasparente deve essere pensata in funzione dell’area climatica di riferimento.

Nelle zone a clima freddo devono essere inserite finestrature principalmente sui lati sud e ovest per sfruttare il guadagno solare mentre nei climi temperati le superfici vetrate devono essere inserite a sud, est e ovest ed è opportuno prevedere idonei sistemi di schermatura.

Infine, nei climi caldi e secchi le superfici vetrate devono avere piccole dimensioni e devono essere poste in posizione alta a est e nord per evitare la radiazione riflessa dal suolo mentre nei climi caldi e umidi prevale l’esigenza di una buona ventilazione e pertanto sono preferibili finestre a nord e sud che permettono di sfruttare la ventilazione incrociata.

L’importanza della componente verde nell’architettura bioclimatica

La presenza di vegetazione è fondamentale per l’architettura bioclimatica in quanto garantisce la sostenibilità ambientale assorbendo l’anidride carbonica e liberando ossigeno, produce vapore, regola l’evaporazione dell’acqua piovana, filtra le polveri inquinanti, scherma la radiazione solare e riduce l’effetto isola di calore facendo abbassare la temperatura del suolo e dell’aria.Il verde può essere utilizzato per ombreggiare, per canalizzare il vento, per abbattere l’inquinamento acustico e per migliorare la salubrità dell’aria.

Infine, l’acqua rappresenta una risorsa importantissima da risparmiare, da recuperare e da sfruttare nella progettazione dell’architettura bioclimatica.

In quest’ultimo caso si ha la mitigazione termica degli ambienti interni, in quanto l’aumento dell’umidità relativa presupporne la diminuzione della temperatura.

Per questa ragione è sempre stata sfruttata all’interno di patii, giardini ed atri di climi caldi come elemento di raffrescamento passivo.

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L’importanza dell’architettura bioclimatica nella progettazione degli edifici