Materiali e component

Un involucro evoluto a comportamento dinamico prevede una struttura fisica e meccanica determinata dalla combinazione di una serie di elementi tecnici che, insieme alle due pelli, concorrono nel definire la chiusura e ne permettono il funzionamento dinamico.

Si analizzano e descrivono di seguito i componenti necessari alla realizzazione di tali sistemi, evidenziando le principali tra le numerose variabili, di materiali e tecnologia, che possono intervenire nella definizione delle prestazioni complessive della chiusura.

Il livello di complessità tecnologica può variare sensibilmente in funzione delle scelte operate, rendendo notevolmente libera la progettazione del sistema costruttivo.

Parte seconda – Involucro evoluto a comportamento dinamico

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Gli elementi che compongono ogni singola famiglia di involucro svolgono, in generale, le medesime funzioni: la sostanziale differenza tra i vari sistemi è costituita dalla presenza di pelli di materiale traslucido, trasparente od opaco.

Gli elementi che compongono un involucro evoluto possono essere suddivisi in due macrocategorie:

- elementi principali, costituiti dalle due pelli, separate da una intercapedine d’aria; la natura e i materiali con i quali si compongono le stesse definisce le differenti tipologie di involucro evoluto;

- elementi complementari, costituiti da tutti quei dispositivi che svolgono funzioni specifiche all’interno dell’involucro. In alcune soluzioni hanno il compito di completare quest’ultimo per comporre configurazioni definite; in altre, invece, permettono di produrre, o incrementare, determinate prestazioni della chiusura. La loro presenza, nell’involucro, dipende dalla tipologia di soluzione adottata.

Elementi complementari

All’interno della famiglia degli elementi di completamento di un involucro evoluto a comportamento dinamico è presente una vasta serie di componenti; di questi, alcuni sono necessari per comporre fisicamente l’involucro e renderlo funzionante; altri, invece, sono discrezionali e permettono la definizione di prestazioni aggiuntive della chiusura. Gli elementi complementari possono essere classificati in:

- elementi di protezione solare e controllo dall’introspezione (fig. 4.4), assolvono la duplice funzione di regolare la quantità di energia luminosa entrante nei vani e di controllare l’introspezione dall’esterno dell’edificio verso l’interno. Si collocano, in alcune soluzioni, nell'intercapedine in modo da evitare l'azione deteriorante delle intemperie e, soprattutto, del vento. In altre, coincidono invece con la pelle esterna dell’involucro. I dispositivi applicati più comunemente sono le veneziane, caratterizzate dalla presenza di lamelle orientabili, capaci di intercettare e riflettere le radiazioni solari e di controllare il livello di illuminazione interno. Nelle condizioni invernali le veneziane funzionano anche come radiatori, grazie alla loro attitudine di assorbire le onde corte dei raggi solari trasformandole in calore da trasferire all'aria di intercapedine. La loro posizione ottimale è fissata in prossimità della facciata esterna, in modo da suddividere verticalmente l'intercapedine in due settori; uno esterno, di dimensioni ridotte e maggiormente surriscaldato dalle radiazioni solari incidenti e riflesse, e uno interno, più ampio e fresco grazie all'ombreggiatura prodotta dal sistema di protezione solare. Oltre alle veneziane, la cui economicità è sottolineata dalla

Figura 4.4 Elementi di protezione solare e controllo dell’introspezione.

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semplicità del funzionamento e dalla tipologia dei materiali costituenti, possono essere utilizzate anche tende avvolgibili, lamelle fisse o orientabili (frangisole) e pannellature in materiali diversi (alluminio, legno, pietra). La scelta della tecnologia di oscuramento più opportuna deve essere operata anche in funzione della destinazione d’uso dei locali;

- elementi per la ventilazione dell’intercapedine (fig. 4.5), costituiti dagli elementi tecnologici di completamento dell’involucro che, interrompendo la continuità delle facciate in corrispondenza del settore inferiore e superiore dell’intercapedine, consentono l’ingresso e l’uscita dell’aria tra le due pelli. La conformazione fisica e il numero degli elementi da predisporre costituiscono alcune delle variabili progettuali dalle quali dipende la portata e la velocità di ventilazione dell’intercapedine e la funzionalità dinamica degli involucri evoluti. I dispositivi per la ventilazione si distinguono in due famiglie principali: la prima è definita dai sistemi fissi, composti generalmente da griglie metalliche che inducono una permanente ventilazione dell’intercapedine1_{. La seconda famiglia è definita dai sistemi}

orientabili, capaci di predisporre una ventilazione variabile dell’intercapedine in funzione di requisiti puntualmente richiesti all’involucro. L'impiego della ventilazione variabile, se da un lato consente un incremento delle prestazioni della chiusura (in particolare della capacità isolante nei mesi invernali) rispetto ad una ventilazione permanente, dall’altro comporta però l'applicazione di elementi caratterizzati da un elevato livello di complessità tecnologica; ciò è dovuto alla presenza di opportuni rinvii meccanici, comandati manualmente o elettricamente, che permettono l’apertura e la chiusura dell’intercapedine. In alcune soluzioni di involucro gli elementi per la ventilazione dell’intercapedine possono anche non essere presenti; ad esempio, nelle facciate che utilizzano elementi orientabili (lamelle o infissi) oppure nelle chiusure che predispongono direttamente delle interruzioni nel tamponamento della pelle esterna, con semplici distanziamenti;

- sistemi per la ventilazione meccanica dell’intercapedine (fig. 4.6), in condizioni climatiche caratterizzate da elevate temperature estive, può risultare necessario l'inserimento di sistemi per la ventilazione meccanica dell'intercapedine. Si tratta di ventilatori che svolgono la primaria funzione di aumentare la velocità e la quantità di aria in uscita dall'intercapedine.

1 _{Nonostante l’involucro risulti costantemente ventilato durante l’anno solare, la portata della} ventilazione di un involucro dotato di griglie fisse varia in funzione delle stagioni, ovvero dell’intensità dei raggi solari e quindi dell’effetto camino generato nell’intercapedine.

Figura 4.6 Sistema per la ventilazione meccanica.

Figura 4.5 Elementi per la ventilazione dell’intercapedine, edificio dell’area fieristica di Hannover, progetto di Thomas Herzog, Monaco di Baviera.

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Generalmente vengono posizionati in corrispondenza della parte alta del vano compreso tra le due pelli, in prossimità delle griglie di uscita, in modo da estrarre e dirigere l'aria calda verso l'esterno o verso appositi terminali impiantistici. I sistemi per la ventilazione meccanica dell’intercapedine vengono necessariamente utilizzati anche nelle doppie pelli che assolvono, in una configurazione con direzione di ventilazione interna, la funzione di controllo del ricambio di aria dei vani.

- sistemi di compartimentazione dell’intercapedine e di ausilio ai flussi di ventilazione (fig. 4.7), vengono definiti tali tutti quei dispositivi che hanno la funzione di suddividere fisicamente l'intercapedine in più unità separate, identificando diverse tipologie di involucro, e di contribuire, attraverso la loro conformazione geometrica, al corretto movimento dei flussi di aria contenuti tra le due facciate. Si tratta di profili metallici le cui caratteristiche, fisiche e meccaniche, dipendono oltre che dalle dimensioni delle intercapedini anche dalle funzioni supplementari che vengono loro deputate; per queste ultime, si possono citare, ad esempio, la resistenza alla propagazione di fiamme e fumo in caso di incendio, la raccolta dell'acqua di condensa che si può formare nell’intercapedine, il contenimento di elementi meccanici e impiantistici (veneziane e loro sistemi di automazione, elementi per la ventilazione meccanica dell'intercapedine, tubazioni, terminali elettrici) e l'inclusione delle griglie di ventilazione;

- sistemi per il collegamento diretto dei vani con l’intercapedine e con l’esterno (fig. 4.8), costituiti da aperture dirette (ad anta, scorrevole, a battente) applicate nelle facciate dell'involucro. Le loro caratteristiche dimensionali e tecnologiche dipendono dal ruolo ad essi attribuito in relazione al funzionamento complessivo della chiusura (ventilazione naturale dei vani interni, affaccio verso l’esterno, ingresso all'intercapedine per lo svolgimento delle operazioni di manutenzione). Generalmente si applicano in facciata interna, ma possono essere inseriti anche nella facciata esterna per esigenze di carattere manutentivo e/o normativo; quest’ultima necessità si manifesta, ad esempio, nelle soluzioni in cui risulta obbligatorio predisporre un collegamento diretto dei vani con l'esterno per attivare un ricambio naturale di aria non proveniente dall’intercapedine. - sistemi per la fruizione dello spazio tra le pelli (fig. 4.9), atti alla fruizione

dello spazio tra le pelli sono costituiti da passerelle poste nell'intercapedine a livello di ogni piano dell'edificio. Oltre ad assumere la funzione primaria di accesso nell'intercapedine per le operazioni di manutenzione, essi si

Figura 4.7 Sistema di compartimentazione

dell’intercapedine

Figura 4.8 Sistema per il collegamento diretto dei vani con l’intercapedine, edificio residenziale, Rafael Moneo, Barcellona.

Figura 4.9 Sistema per la fruizione dello spazio tra le pelli Uffici amministrativi, Barkow Leibinger Architekten, Ditzingen.

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aggiungono alla superficie dei vani che affacciano all’involucro in qualità di luoghi accessori utilizzabili per funzioni sussidiarie. Nelle soluzioni di involucro in cui un’unica intercapedine si sviluppa lungo più piani del fabbricato questi sistemi vengono realizzati con griglie metalliche per non interrompere il movimento dei flussi dell'aria di ventilazione;

- sistemi per l’automazione (fig. 4.10), a questa categoria appartengono tutti quei dispositivi, meccanici ed elettrici, che hanno la funzione di permettere la movimentazione, manuale o automatica, degli elementi a configurazione variabile descritti ai punti precedenti. Il livello di autonomia, nella scelta di adozione o meno di questi sistemi, è funzionale alla complessità tecnologica dell'involucro. Involucri particolarmente articolati richiedono la presenza di tali sistemi per coordinare tutti gli elementi che compongono la chiusura; le massime prestazioni si ottengono, infatti, quando tutti gli elementi a configurazione variabile sono disposti e orientati in modo coerente rispetto alle condizioni climatiche esterne.

La pelle esterna, fissata in modo da comporre una superficie continua secondo una delle soluzioni precedentemente elencate, deve poi essere ancorata ad una struttura portante, costituita direttamente dal telaio dell’edificio oppure da un sistema di supporto indipendente. In quest’ultimo caso, in funzione dello schema strutturale che regge la facciata, si possono individuare diverse tipologie di struttura portante: Il sistema di supporto è fissato ad un reticolo di montanti e traversi metallici (acciaio o alluminio) che svolge la funzione di sostenere il peso della facciata stessa e di resistere alle sollecitazioni dovute al vento. Il telaio può essere indipendente dalla struttura portante dell’edificio, trasmettendo direttamente al terreno i carichi, oppure può essere ad essa collegato con soluzioni statiche diverse. All’ossatura del fabbricato può, infatti, essere assegnata la funzione di controventamento e irrigidimento attraverso opportune connessioni, ancorate generalmente ad ogni livello di interpiano.

Queste soluzioni utilizzano, per sorreggere il peso delle lastre in vetro, sistemi di telai realizzati con funi in acciaio (normale o inox); si tratta di strutture leggere, caratterizzate da un ridotto rapporto tra peso proprio (funi) e peso portato (vetro). Il loro principio statico si fonda sull’esclusiva generazione di sforzi di trazione a cui vengono sottoposte le funi.

Figura 4.10 Sistemi per l’automazione Caltrans District 7 Headquarters, progetto di Morphosis, Los Angeles.

La struttura portante

Struttura portante a telaio

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Ad un ridotto peso della struttura portante corrisponde, pertanto, un’elevata resistenza, realizzando sistemi elastici in grado di sopportare sia i carichi prodotti dal peso delle lastre che le tensioni generate dalla spinta orizzontale del vento e dalle deformazioni del vetro (dovute agli sbalzi termici).

Le tensostrutture, dette anche “travi di funi”, possono essere collocate secondo direzioni verticali od orizzontali. Nel primo caso vengono fissate ad elementi portanti orizzontali, quali solette di interpiano o travi appositamente disposte; nel secondo invece, vengono collegate ad elementi portanti verticali, indipendenti o costituenti la struttura portante dell’edificio.

Nei sistemi trasparente su trasparente (vedi paragrafo 4.1.4) la struttura portante e/o, nel caso, quella di controventamento viene realizzata con sottili montanti in vetro stratificato che, appesi verticalmente ad un supporto sovrastante (trave o soletta) e posizionati perpendicolarmente al piano della superficie esterna dell’involucro, assolvono alla funzione statica di sostegno delle lastre; queste ultime vengono poi appese ai montanti in vetro attraverso connessioni puntuali.

Le caratteristiche fisiche e meccaniche del tamponamento delle due facciate dipendono sia dal tipo di vetro utilizzato che dalla tecnologia adottata per il fissaggio delle lastre al supporto portante.