CAPITOLO 2: IL DOCUMENTO PRELIMINARE ALL’AVVIO DELLA PROGETTAZIONE (Dpp)

CAPITOLO 2: IL DOCUMENTO PRELIMINARE ALL’AVVIO

DELLA PROGETTAZIONE (Dpp)

2.1 OBIETTIVI

L’intervento nell’area oggetto di studio di questa tesi si inserisce in un programma di recupero di ben più ampie dimensioni, che riguarda cioè l’intero insediamento di Calambrone. Dopo anni di abbandono determinato dalla inutilizzazione delle Colonie marine, la necessità di vedere risorgere il Calambrone, vincendo lo stato di profondo degrado ambientale e sociale che lo caratterizza, è ormai improrogabile: occorre salvare e dar vita a tre chilometri di costa dalle grandi potenzialità ambientali e logistiche (pineta, dune, mare, vicinanza con Pisa e Livorno).

E’ questo l’obiettivo principale che viene espresso dagli strumenti urbanistici vigenti del Comune di Pisa. Già dal 1999 (ad un anno dall’approvazione definitiva del vigente Piano Strutturale), l’Amministrazione Comunale ha avviato il procedimento della variante attualmente in via di definizione, nella quale il tema del Calambrone è quello più rilevante.

Tra gli obiettivi strategici che tale variante parziale al Piano Strutturale intende perseguire nella zona di interesse vi sono:

-“il recupero di una specifica identità locale per il litorale pisano, anche da

porre in relazione con altri strumenti di programmazione già in atto, mediante la creazione di specifiche opportunità che favoriscano l’insediamento di residenti stabili, l’aumento della mixité funzionale, l’inserimento di nuove funzioni ed attività attraverso la prioritaria riconversione funzionale ed il

recupero architettonico degli spazi e del patrimonio edilizio esistente a Calambrone”;

-“l’aumento complessivo degli standard per spazi pubblici ed attrezzature di

interesse generale nel litorale pisano nonché il miglioramento degli standard qualitativi dei nuovi insediamenti anche attraverso l’utilizzo di fonti di energia rinnovabile e di tecniche e materiali riferibili alla bio-edilizia”. (Estratto da

“VARIANTE PARZIALE AL PIANO STRUTTURALE FINALIZZATA ALLO SVILUPPO TERRITORIALE E AL CONSOLIDAMENTO E RIORGANIZZAZIONE FUNZIONALE DELLE UTOE N. 17, 36 ,39 ,40. (Titolo II, Capo II, L.R. 3 gennaio 2005, n. 1) Relazione generale Giugno 2005”)

2.2 SCELTA DELLA DESTINAZIONE D’USO

Il consistente patrimonio edilizio presente a Calambrone, costituito da fabbricati di interesse storico e appunto vincolati come quello della Colonia FIE, ha posto il problema del riuso e della riqualificazione e della scelta dell’idonea destinazione d’uso.

Uno degli obiettivi principali che hanno indotto a intervenire nell’intero insediamento di Calambrone è quello di evitare che questo tratto di litorale diventi un luogo di seconde case, o di attività ricettive legate al solo sfruttamento estivo per non commettere gli errori che hanno portato al pessimo stato di manutenzione del resto del litorale Pisano, e al perenne stato di deserto invernale. Infatti uno sfruttamento intensivo, legato solo alla permanenza estiva sarebbe assai poco equilibrato anche dal punto di vista

ambientale, e non risolverebbe il problema del degrado fuori stagione. Non è pensabile che un tratto di costa così esteso e col nostro clima, pur dotandolo idealmente di tutti i servizi possibili e immaginabili, possa diventare, anche se attrezzato con strutture ricettive di qualità, un polo di attrazione capace di vivere tutto l’anno. Il ricettivo da solo non sarebbe sufficiente. La condizione di partenza è quella di pensare destinazioni assolutamente adatte, durevoli nel tempo, e soprattutto destinazioni che trovino attuazione senza forzature, che in qualche modo corrispondano a vere necessità e alle aspettative delle persone.

Anche l’area di interesse della tesi presenta queste problematiche e queste condizioni. Alla luce di tutte queste considerazioni, la destinazione d’uso scelta è quella residenziale per quanto riguarda il corpo nord, accompagnata dalla creazione di un centro culturale e museale per esposizioni, che completa il sistema dei servizi, nel corpo sud. Poiché le colonie, vincolate dalla SBAAAS, insistono all’interno della perimetrazione del Parco di Migliarino, San Rossore e Massaciuccoli e alle normative di questo sono assoggettate, l’intervento prevede la salvaguardia della pineta.

La pineta caratterizza l’intero insediamento di Calambrone ed è costituita essenzialmente da pini marittimi intercalati da querce, lecci, e tutto il sistema arbustivo della macchia mediterranea. Proprio i pini marittimi sono assai delicati e risentono molto dell’azione del salmastro, che sollevato dal vento trasporta anche particelle inquinanti che danneggiano la traspirazione dei pini stessi. Infatti il fronte boschivo, dove non è protetto da dune o edifici, è in

costante arretramento. Mentre rispetto al mare dietro le dune e dietro le colonie, le vegetazione è in buone condizioni e in fase di ricrescita, ad Est del Viale del Tirreno, dove il vento superati i tetti delle Colonie si fa sentire vigoroso ritornando basso, le piante che ogni anno muoiono per prime sono i pini marittimi, di conseguenza anche il resto della vegetazione muore lasciando scoperte aree sempre più vaste. Il R.U. attuale ha previsto una serie di aree a verde pubblico sparse, su terreni per lo più già di proprietà pubblica.

Il lotto della colonia FIE comprende una consistente porzione di pineta, che sarà un elemento di primaria importanza all’interno del progetto di recupero.

2.3 VINCOLI

Il progetto dell’intervento dovrà essere redatto nel rispetto della normativa vigente in materia di lavori pubblici ed in particolare delle seguenti leggi - Legge 11 Febbraio 1994, n° 109, e successive modifiche ed integrazioni; - Regolamento di attuazione della legge sopraccitata approvato con il D.P.R. 21 Dicembre 1999, n° 554 e successive modificazioni.

Si dovrà inoltre tenere conto di tutte le disposizioni legislative e regolamentari vigenti in materia urbanistica, di igiene, sicurezza, abbattimento delle barriere architettoniche, nonché sul dimensionamento delle strutture e dell’impiantistica, etc. che a titolo esemplificativo e non esaustivo, vengono di seguito elencate:

- Piano Regolatore del Comune di Pisa con relative Norme Tecniche di Attuazione;

- Regolamento Edilizio del Comune di Pisa; - Regolamento Urbanistico del Comune di Pisa;

- D.M. 16 Gennaio 1996 “Norme tecniche relative ai criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni e dei carichi e sovraccarichi”;

- D.M. LL. PP. 14 Giugno 1989, n° 236 “Prescrizioni tecniche necessarie a garantire l'accessibilità, l'adattabilità e la visitabilità degli edifici privati e di edilizia residenziale pubblica e sovvenzionata e agevolata, ai fini del superamento e dell'eliminazione delle barriere architettoniche”;

-D.P.R. 24 Luglio 1996, n°503 “Norme per l'eliminazione delle barriere architettoniche negli edifici pubblici”.

-Legge 9 gennaio 1991, n°10 “Norme per l’adattamento del Piano Energetico Nazionale in materia di uso dell’energia, di risparmio energetico e di sviluppo di font rinnovabili”

-D.P.R. 26 Agosto 1993, n°412 “Regolamento recante norme per la progettazione, l’installazione, l’esercizio e la manutenzione degli impianti termici degli edifici al fine del contenimento dei consumi di energia , in attuazione dell’art. 4, comma 4, della legge del 9 gennaio 1991, n°10”.

-Direttiva 2002/91/CE del parlamento europeo e del consiglio del 16 Dicembre 2002 sul rendimento energetico nell’edilizia

-DL 19 Agosto 2005, n°192 “Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell’edilizia”

-UNI 10349 Aprile 1994 “ Riscaldamento e raffrescamento degli edifici-Dati climatici”

-UNI 10351 Marzo 1994 “Materiali da costruzione-Conduttività termica e permeabilità al vapore”

-UNI 10375 Giugno 1995 “Metodo di calcolo della temperatura interna estiva degli ambienti”

2.4 ESIGENZE DA SODDISFARE

L’intervento riguarda il recupero del corpo nord della Colonia, con la realizzazione di un complesso residenziale, e il recupero dei corpi sud da destinare ad area culturale polfunzionale. All’interno dovranno potersi attuare tutte le attività necessarie al regolare svolgimento della vita quotidiana, per quanto riguarda i residenti, e la regolare fruizione di tutti gli spazi pubblici. Il nuovo complesso dovrà comprendere sostanzialmente i seguenti nuclei e spazi funzionali:

• unità residenziali di vario tipo. Ogni residenza può ospitare un nucleo familiare di 4 persone min.

• spazi per il tempo libero fuori dall’ambiente destinato alle residenze, che si individuano nell’ampio parco.

Funzioni/attività

Le attività (funzioni in ambito edilizio sono espresse tramite un verbo attivo ed un sostantivo misurabile, vengono individuate per definire il campo di intervento della progettazione (e della programmazione). L’individuazione delle attività sta alla base dell’analisi funzionale che divide le funzioni in:

· Primarie: necessarie e richieste (principali);

· Primari complementari: non prescritte ma ugualmente richieste (prestazioni attese);

· Secondarie: non necessarie, né richieste.

L’insieme di attività è poi suddiviso in sottoinsiemi di attività tra di loro compatibili che costituiscono le Unità Ambientali (U.A.). Dalle Unità Ambientali si passa poi alla determinazione delle Unità Spaziali (U.S.) che costituiscono un’introduzione del concetto di dimensionamento degli spazi relativo agli insiemi di funzioni compatibili. Il passo successivo consiste nel riunire a sua volta le U.S. tra di loro compatibili per la determinazione degli ASO (Ambiti Spaziali Omogenei) che consentono l’ulteriore inserimento di requisiti dimensionali e tecnologici. Di seguito si riporta l’analisi funzionale relativa agli edifici oggetto della progettazione della tesi di laurea. Vengono presentati tutti gli AFO che costituiscono l’intervento e per ciascun AFO viene indicata una prefigurazione degli Ambiti Spaziali Omogenei da esso ricavabili e trattati successivamente negli elaborati preliminari del progetto.

AFO1: Residenza

Le attività fondamentali che definiscono la funzione residenziale sono le seguenti:

- Comunicare con l’esterno (Entrare ed uscire dall’alloggio, prendere e riporre oggetti, comunicare con il telefono)

- Cucinare (conservare cibi, lavare cibi, preparare cibi, cuocere cibi,lavare piatti e stoviglie, riporre temporaneamente rifiuti solidi)

- Desinare (consumare pasti)

- Rilassarsi (rilassarsi in poltrona, assistere allatrasmissine di programmi televisivi, ascoltare musica)

- Intrattenere ospiti

- Stare all’aperto (rilassarsi all’aperto, coltivare piante e fiori) - Riposare (dormire, vestirsi e svestirsi, accudire neonati)

- Curare l’igiene personale (lavarsi e asciugarsi completamente o parzialmente, soddisfare bisogni fisiologici)

- Svolgere lavori domestici (lavare e stendere biancheria, stirare, cucire) - Studiare ( leggere, studiare, scrivere)

- Giocare

- Svolgere operazioni di pulizia e manutenzione dell’alloggio

Tutte queste attività si traducono in ambiti spaziali omogenei da destinare al dimensionamento:

ASO 1.1: spazio per la preparazione e consumazione dei cibi ASO 1.2: spazio per il riposo completo

ASO 1.3: spazio per rilassarsi e parlare con le persone ASO 1.4: spazi di servizio e mobilità

AFO2: Attività culturali e ricreative

Il progetto di recupero della Colonia marina prevede anche l’inserimento di spazi da destinare ad attività culturali, a completamento di quello che sarà il nuovo centro urbano del Calambrone. Nel corpo sud di questo edificio trovano posto una serie di spazi pubblici ed un’area espositiva. Questa AFO comprende:

ASO 2.1 spazio esterno pedonale ASO 2.2 ampio spazio di ingresso

ASO 2.3 area per esposizioni ed eventi culturali ASO 2.4 area per i servizi

ASO 2.5 area per la ristorazione ASO 2.6 area per locali commerciali ASO 2.7 spazio per incontri e conferenze

AFO3: Area urbana

E’ possibile individuare in questa AFO i seguenti Ambiti Spaziali Omogenei: ASO 3.1: Spazi collettivi di incontro e di socializzazione

ASO 3.2: Spazi di mobilità pedonale ASO 3.3: Aree verdi attrezzate

Le suddette zone dovranno avere una loro autonomia funzionale pur essendo inserite in un unico disegno distributivo. Al fianco di queste esigenze trovano implicitamente la loro esistenza le normali esigenze classificate dalla norma UNI 8289 che sono di seguito riportate.

Fruibilità

Per fruibilità si intende “l’insieme delle condizioni relative all’attitudine del sistema edilizio ad essere adeguatamente usato dagli utenti nello svolgimento delle attività” ( UNI 8289:1981 ) e si può esplicare attraverso: - eliminazione delle barriere architettoniche: eventuali dispositivi architettonici, quali rampe, ascensori ed altro, dovranno essere integrati in modo naturale, fruibili da chiunque, evitando che il loro uso risulti discriminante per chi le utilizza.

- accessibilità (solo di tipo pedonale) all’area edificata da parte dei residenti e

degli utenti che necessitano di accedere all’area espositiva;

- accessibilità (di tipo meccanico e pedonale) all’area sistemata a parcheggio

-attrezzabilità: attitudine a presentare opportune caratteristiche di funzionalità,

di facilità d’uso, di manovrabilità.

comprensibilità delle manovre: attitudine a presentare comandi e manovre

facilmente comprensibili, sia direttamente sia attraverso istruzioni

-Aggregabilità e componibilità

-Praticabilità -Coordinamento

-Flessibilità e modularità

Nella pratica progettuale il ricorso all’ utilizzazione diretta dei dati antropometrici viene effettuato sempre più frequentemente. La fruibilità degli spazi trova riferimento progettuale e verifica nella conoscenza dettagliata dei dati antropometrici riguardanti sia le dimensioni fisiche statisticamente rilevanti (pari a circa il 95% della popolazione), sia le misure di ingombro e di accesso relative alla esplicazione di movimenti ed attività usuali come: camminare, sedersi, lavorare, dormire.

Integrabilità

Per integrabilità si intende “l’insieme delle condizioni relative all’attitudine delle unità e degli elementi del sistema edilizio a connettersi funzionalmente tra loro” ( UNI 8289:1981 ).

L’edificio dovrà essere caratterizzato dalla coesistenza di spazi sia interni che esterni, finalizzati ciascuno alla propria specifica funzione, e, al tempo stesso, suscettibili di essere posti in relazione gli uni con gli altri.

Le soluzioni progettate dovranno essere flessibili a variazioni dell’organizzazione funzionale; le linee guida, che il progettista deve seguire, riguardano principalmente la suddivisione dell’edificio in blocchi funzionali distinti, la prevalenza orizzontale rispetto a quella verticale, la massima flessibilità dell’organizzazione interna, la realizzazione di corpi di fabbrica a

profondità ridotta, al fine di favorire la visibilità e l’aerazione naturale ed infine l’introduzione di locali tecnici progettati in modo adeguato ad accogliere possibili futuri adeguamenti impiantistici.

Aspetto

Per aspetto si intende “l’insieme delle condizioni relative alla fruizione percettiva del sistema edilizio da parte degli utenti” ( UNI 8289:1981).

Le soluzioni progettuali devono tenere conto dell’aspetto estetico dell’ambiente e degli arredi dei nuovi spazi ipotizzati; da un lato si verificano problemi di orientamento funzionale e di facilitazione dell’attività dell’utente, dall’altro problemi più soggettivi di pregnanza formale o di bellezza, su cui intervengono specifici processi psicologici di identificazione da parte degli utenti nei confronti dei diversi locali in cui si trovano. L’illuminazione, la colorazione e l’acustica hanno particolare rilievo nella progettazione, come pure la dimensione, la topologia e la geometria: inutile o addirittura dannoso il ricorso a forme troppo complesse, importante è il coordinamento dell’immagine, che superando il singolo elemento di arredo, ha la funzione di far cogliere l’armoniosità dell’insieme dei sistemi arredativi.

Benessere

Per benessere si intende “l’insieme delle condizioni relative a stati del sistema edilizio adeguati alla vita, alla salute ed allo svolgimento delle attività degli utenti” ( UNI 8289:1981 ).

Particolare attenzione dovrà essere rivolta alla gestione della qualità ambientale degli spazi interni delle residenze caratterizzati da livelli adeguati di:

- temperatura e umidità relativa dell’aria degli ambienti (comfort termo-igrometrico);

- purezza dell’aria; - radioattività;

- non emissione di sostanze nocive; - elettrosmog;

- non rumorosità;

- illuminazione (comfort visivo).

La condizione di comfort termico è definita come lo stato psicofisico, in cui il soggetto esprime soddisfazione nei riguardi del microclima oppure come la condizione, in cui il soggetto non avverte né sensazione di freddo né caldo (neutralità termica). I parametri fondamentali che influenzano il comfort termico delle persone, si possono raggruppare in tre categorie: parametri fisici (temperatura ambiente, temperatura media radiante, umidità relativa, pressione atmosferica), parametri organici (età, sesso, stato di salute), parametri esterni (attività svolte, abbigliamento indossato). In particolar modo il comfort sarà raggiunto con la soddisfazione di livelli prestazionali relativi a: Benessere termico

- Isolamento termico: attitudine ad assicurare un’opportuna resistenza al passaggio di calore, in funzione delle condizioni climatiche.

- Ventilazione: possibilità di ottenere ricambio d’aria per via naturale o meccanica.

- Riscaldamento o condizionamento. Attitudine a fornire una temperatura ottimale allo svolgimento delle attività.

Benessere luminoso e visivo:

- Controllo del flusso luminoso: attitudine a consentire ingresso di energia luminosa.

- Illuminazione naturale o artificiale

- Regolarità dell’illuminazione, qualità dei colori. Benessere acustico:

-Isolamento acustico: attitudine a fornire un’adeguata resistenza al passaggio dei rumori

-Controllo del rumore prodotto: attitudine a non produrre eccessivo rumore.

Gestione

Per gestione si intende “l’insieme delle condizioni relative all’economia di esercizio del sistema edilizio” ( UNI 8289:1981 ).

Si dovrà porre attenzione a possibili soluzioni che prevedano la conservazione ed il risparmio dell’energia nonché l’uso di sistemi intelligenti di gestione dell’energia. Si può optare ad una riduzione dei costi di gestione mediante un investimento iniziale leggermente più consistente per la

realizzazione di un edificio a basso consumo energetico in considerazione delle più recenti normative in materia di uso razionale dell’energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia.

Importanti anche i requisiti di:

- Riparabilità: attitudine a ripristinare l’integrità, la funzionalità e l’efficienza di

tutti gli elementi guasti

- Facilità di intervento: possibilità di eseguire interventi di ispezione e manutenzione in modo agevole

- Manutenzione: possibilità di eseguire adeguatamente e facilmente le operazioni di manutenzione, mantenendo le prestazioni richieste sia prima che dopo tali interventi

- Pulizia: attitudine a consentire la rimozione di sporcizia e di tutte le altre sostanze indesiderate.

Sicurezza

Per sicurezza si intende “l’insieme delle condizioni relative all’incolumità degli utenti, nonché alla difesa e prevenzione di danni in dipendenza da fattori accidentali, nell’esercizio del sistema edilizio” ( UNI 8289:1981 ).

Dovranno essere attuate le norme vigenti in modo da garantire la sicurezza intrinseca dell’edificio e nell’uso di ogni sua parte.

Salvaguardia dell’ambiente

Per salvaguardia dell’ambiente si intende “l’insieme delle condizioni relative al mantenimento e miglioramento degli stati dei sovrasistemi di cui il sistema edilizio fa parte” ( UNI 8289:1981).

Nella progettazione si dovrà cercare di incentivare:

- una sistemazione a verde e creazione di spazi verdi, anche sui tetti, per il miglioramento del microclima;

- l’ecobiocompatibilità: uso di materiali da costruzione basati su materie prime naturali e locali, minime distanze di trasporto, uso di prodotti riciclabili e realizzati con processi poco o addirittura non inquinanti.

2.5 ASPETTI BIOCLIMATICI NELLA PROGETTAZIONE

CRITERI GENERALI

Per architettura bioclimatica si intende l'architettura finalizzata al raggiungimento del comfort ambientale interno. Essa minimizza i consumi energetici necessari per la climatizzazione (riscaldamento, condizionamento estivo ed illuminazione diurna) e limita, di conseguenza, l'inquinamento dell'ambiente. L'architettura bioclimatica si può intendere, quindi, come un complesso di soluzioni progettuali che consentono di assicurare all'interno di un edificio il mantenimento di condizioni di comfort ambientale, inteso come soddisfacimento dei requisiti di controllo del microclima interno degli edifici, dell’ illuminazione naturale degli stessi, limitando al minimo l'intervento degli impianti che comportano consumi energetici da fonti convenzionali.

Tale architettura affida in modo prevalente alla struttura, alla conformazione

fisica dell'edificio, al suo orientamento ed al contesto climatico in cui viene

realizzato, il compito di captare o rinviare le radiazioni solari e di sfruttare il microclima locale, ad esempio i venti prevalenti, per ottenere il comfort ambientale.

Tra le tecnologie energetiche basate su fonti nuove e rinnovabili, molte hanno un rilievo applicativo nell'architettura bioclimatica ed essa stessa finisce con il costituire una delle principali risorse nel settore. Tale sviluppo rappresenta quindi una prospettiva assai attraente per il risparmio energetico e la

riduzione dell'inquinamento ambientale se si pensa che, ad esempio, in Europa l'energia consumata negli edifici per il riscaldamento, la climatizzazione, l'illuminazione e le funzioni tecnologiche e di servizio copre circa il 40% del consumo di energia primaria. In considerazione della rilevante incidenza che questo settore assume, si presenta di particolare importanza la diffusione dell'architettura bioclimatica attraverso l'impiego di idonee tecnologie ed opportuni criteri di progettazione per le nuove costruzioni e per il recupero energetico di quelle esistenti. Per quanto riguarda quest'ultimo aspetto si può considerare che in Italia nel settore residenziale, dei 18 milioni di alloggi esistenti, almeno 4 milioni e mezzo hanno consumi energetici per il riscaldamento più elevati rispetto alla norma; di questi, almeno 2 milioni presentano reali possibilità di interventi di recupero per una sostanziale riduzione dei consumi energetici.

I principi di progettazione bioclimatica non sono un fatto nuovo: essi, infatti, sono stati applicati nel passato in molti esempi di architettura nei quali sia la posizione reciproca degli edifici, sia le caratteristiche costruttive e la scelta dei materiali erano tali da rendere il microclima interno soddisfacente, senza l'intervento degli impianti. Con l'avvento della rivoluzione industriale iniziò la diffusione degli impianti per la climatizzazione artificiale degli ambienti, anche in relazione alla accresciuta disponibilità delle fonti di energia a basso costo (carbone, petrolio, gas, elettricità, ecc.). In tal modo ebbe inizio l'epoca dello "spreco", che portò ad ignorare qualsiasi intervento che conducesse alla limitazione dei consumi energetici, delegando agli impianti la risoluzione dei

problemi legati al comfort ambientale. L'edificio ideale era raffigurato come una sorta di prodotto, la cui forma poteva rimanere indifferente rispetto alle condizioni locali, e poteva rispondere a stimoli di tipo formale e/o funzionale.

L'avvento della crisi energetica ha reso necessario il controllo dei consumi, imponendo ai progettisti l'introduzione di materiali e tecnologie per la conservazione energetica (riduzione delle dispersioni termiche, controllo delle infiltrazioni d'aria ecc .) e l'uso di fonti rinnovabili (sistemi solari attivi e passivi). La crisi energetica ha così dato luogo ad un ampio lavoro di ricerca e sperimentazione che ha portato, nello scorso decennio, alla realizzazione di una serie consistente di edifici bioclimatici in tutto il mondo.

I criteri di progettazione bioclimatica riguardano quindi:

- il contenimento dei consumi energetici degli edifici, prevalentemente ottenibili attraverso la conservazione dell'energia (isolamento e inerzia termica, controllo dei fenomeni di condensazione, dei ponti termici e delle infiltrazioni/ricambi dell'aria);

- il riscaldamento solare passivo (con sistemi diretti, indiretti ed isolati); - il raffreddamento passivo (protezione dall'irraggiamento solare, inerzia termica, adozione di sistemi naturali di raffreddamento per ventilazione, irraggiamento notturno ed evaporazione);

- l'illuminazione naturale (adeguata posizione e dimensionamento delle superfici trasparenti, adozione di sistemi di riflessione e/o canalizzazione della luce ed elementi olografico ottici);

- l'uso dei convertitori fotovoltaici (integrazione di elementi fotovoltaici nell'involucro esterno degli edifici).

LE TECNOLOGIE

Le strategie d'intervento per sfruttare al meglio le caratteristiche climatiche regionali si differenziano ovviamente a seconda della zona in cui si opera. Anche se in genere si usa distinguere quattro zone climatiche principali, il clima locale deve sempre essere considerato come un fenomeno complesso perché una strategia che consideri un solo aspetto può portare a dei buoni risultati per un verso, ma risultare negativa per un altro. Per ogni fascia climatica e ogni situazione esistono opportune tecniche e opportune strategie che devono essere però concepite nel loro insieme e che comunque non devono escludere la possibilità - o la necessità - di essere integrate con i sistemi tradizionali di controllo dell'ambiente interno. L'energia solare può essere utilizzata in modo attivo o in modo passivo e per questo si vuole distinguere fra energia solare attiva ed energia solare passiva.

Con l'espressione energia solare attiva si intende in genere raggruppare tutte le applicazioni che riguardano il settore delle applicazioni termodinamiche (energia termosolare) e il settore dell'energia fotovoltaica.

L'energia termosolare ha diversi sistemi applicativi che differiscono tra loro per il tipo di collettore impiegato, il tipo di scambiatore di calore, il modo di immagazzinamento dell'energia ecc. In ogni caso tutti i sistemi attivi, che vengono in genere utilizzati per riscaldare gli ambienti o l'acqua, hanno come

principali componenti sia collettori solari sia sistemi di immagazzinamento del calore, mentre la circolazione del fluido utilizzato per lo scambio termico viene ottenuta mediante pompe o ventole.

Un collettore solare posto sulla superficie di copertura di un edificio costituisce uno dei sistemi più frequentemente impiegati per la captazione solare di tipo attivo, associato ad un distributore di calore attraverso circuiti integrati nella struttura stessa e deputati alla circolazione del fluido di accumulo. Il collettore piano detto comunemente pannello solare, svolge il ruolo specifico di captazione dell’energia sia attraverso la radiazione solare diretta che quella diffusa. Una lastra singola o doppia di vetro o di altro materiale trasparente alle radiazioni costituisce un primo strato esposto al sole dietro al quale una serie di condotti o passaggi sono destinati a convogliare il fluido termoconvettore verso l’esterno, mentre una o più piastre di metallo corrugate o lisce funzionano da assorbitori. Infine uno strato di isolamento riduce le dispersioni termiche dalle zone posteriori e laterali del collettore, il tutto racchiuso in un contenitore che protegge l’intero complesso dalla polvere e dall’umidità.

La superficie trasparente concentra la radiazione solare verso il collettore, trasmettendola all’interno dell’intercapedine dove, per effetto serra, riscalda per contatto la piastra che riscalda a sua volta il fluido termoconvettore. Una serie di condotti, ventole e membrane, azionate da un motore direzionano l’ingresso del fluido termoconvettore a temperature basse verso il collettore dove viene riscaldato e quindi lo inviano verso apparecchi di erogazione dell’impianto di riscaldamento domestico.

I pannelli solari impiegati nel settore edile offrono, tra gli altri vantaggi, la caratteristica di poter essere integrati con relativa facilità nella struttura dell'edificio. Esiste quindi la possibilità di creare delle vere e proprie facciate energeticamente attive, senza rinunciare alla qualità stilistica e architettonica dell'edificio e contemporaneamente realizzando un manufatto con un ridotto impatto ambientale in termini di emissioni inquinanti.

Con l'espressione energia solare passiva si intende in genere raggruppare tutte le applicazioni in cui l'energia solare viene utilizzata senza alcun ausilio motorizzato e in cui la distribuzione del calore prodotto avviene grazie ai fenomeni naturali della conduzione, della convezione e dell'irraggiamento, anziché mediante l'utilizzazione di pompe o ventole. Nella gestione di un edificio o di un'abitazione, le strategie solari passive, con diverse varianti, possono essere sostanzialmente impiegate per raggiungere tre obiettivi principali:

1) per il riscaldamento di un edificio, soprattutto nei climi freddi, attraverso l'accumulo, la distribuzione e la conservazione dell'energia termica solare. Al fine di raggiungere questo scopo, le principali tecniche passive prevedono l'impiego di muri termoaccumulatori, di un ottimo isolamento, di una notevole massa termica, di sistemi di preriscaldamento dell'aria, di superfici vetrate esposte a Sud, di vere e proprie serre addossate all'edificio e altri accorgimenti ancora.

2) per il raffrescamento naturale di un edificio, grazie alla ventilazione naturale, alla schermatura e all'espulsione del calore indesiderato verso dissipatori di calore ambientali (aria, cielo, terra, acqua). Le principali tecniche impiegate in questo caso prevedono soprattutto l'utilizzo di condotte d'aria interrate, di camini solari, di una buona massa termica, della ventilazione indotta, di protezioni dall'irraggiamento diretto e di sistemi per la deumidificazione o per l'evaporazione dell'acqua.

3) L'altro importante contributo passivo che si può ottenere dall'energia solare riguarda l'illuminazione diurna di un edificio, sfruttando sia la luce solare diretta sia quella diffusa dalla volta celeste. Per incrementare la luminosità e favorire la penetrazione della luce naturale all'interno degli edifici sono molto importanti l'illuminazione zenitale, le condotte di luce, la capacità di diffusione luminosa dei materiali e i meccanismi per l'inseguimento solare.

Il riscaldamento solare passivo

Nella stagione fredda, l'energia solare può dare un contributo significativo al fabbisogno energetico degli edifici. A tal fine vengono utilizzati i seguenti meccanismi:

- la captazione solare, in cui l'energia solare captata viene trasformata in calore;

- l'accumulo termico, in cui il calore captato durante il giorno viene accumulato per un uso successivo;

- la distribuzione del calore, in cui il calore captato/accumulato viene indirizzato alle parti dell'edificio che è necessario riscaldare;

- conservazione del calore, in cui il calore è mantenuto nell'edificio il più a lungo possibile.

I sistemi solari passivi di questo tipo si dividono in diretti, indiretti ed isolati. Il sistema diretto, più comune, presenta ampie vetrate esposte a sud, aperte direttamente sull'ambiente interno, che dispone di sufficienti masse di accumulo termico.

I principali sistemi indiretti sono: il muro termico, il muro di Trombe e le

serre.

Nel muro termico l'accumulo è costituito dalla parete di consistente massa termica esposta a sud e prevede una superficie vetrata esterna per ridurre le dispersioni termiche. Il calore captato viene trasmesso per conduzione, con un certo ritardo, attraverso la parete e quindi ceduto (per convezione ed irraggiamento) all'ambiente interno. Gli elementi di accumulo, a calore sensibile,comunemente adottati, sono costituiti da pareti e/o solai aventi una adeguata capacità termica, nonché in alcuni casi anche accumuli ad acqua, a sassi e nel terreno.

schema funzionamento estate-inverno

Oltre al trasferimento del calore per conduzione come nel muro termico, il muro Trombe consente anche quello per termocircolazione naturale dalla captazione all'ambiente retrostante attraverso delle aperture poste nella parte bassa ed in quella alta della parete.

schema funzionamento estate-inverno

Il nome deriva dal ricercatore francese che ha per primo sviluppato e fatto conoscere questa soluzione. La superficie trasparente, al solito situata sulla facciata Sud, è separata dall’ambiente interno da una parete massiccia, di solito in cemento con la faccia esterna di colore scuro, con funzione di assorbitore e di accumulo. Una intercapedine d’aria, di 10-15 cm di spessore, separa la superficie trasparente dal muro. Il muro presenta una doppia fila di aperture, in alto e in basso, che collegano l’intercapedine e l’ambiente. Il funzionamento nei periodi freddi: durante le ore diurne la radiazione solare attraversa la superficie trasparente ed incide sulla faccia scura della parete, che la assorbe. Il calore così ottenuto causa un innalzamento della temperatura dello strato superficiale del muro, e viene quindi in parte ceduto all’aria nell’intercapedine per convezione e alla superficie trasparente per irraggiamento, in parte trasmesso per conduzione verso l’interno del muro. Il calore ricevuto dall’aria ne provoca un innalzamento di temperatura, con conseguente diminuzione di densità e innesco di un moto convettivo ascensionale, che si traduce nell’ingresso nell’ambiente di una portata d’aria

calda attraverso le bocchette superiore, mentre una equivalente portata di aria fredda passa dall’ambiente all’intercapedine attraverso le bocchette inferiori (termocircolazione). Il risultato netto è, ovviamente, un trasferimento netto di calore all’ambiente. Nelle ore notturne il raffreddamento della superficie trasparente crea un moto convettivo verso il basso (termocircolazione inversa). Questo fenomeno deve essere impedito, perché condurrebbe ad una perdita netta di calore per l’ambiente, mediante la chiusura delle bocchette, ottenuta con saracinesche o valvole di vario tipo. Scegliendo opportunamente materiali e dimensioni, si può facilmente ottenere che il ritardo sia di alcune ore, così che l’andamento della temperatura della faccia interna del muro, quella direttamente affacciata sull’ambiente, raggiunga i valori massimi nelle ore serali - notturne. In questo modo la riduzione fino alla scomparsa dell’apporto di calore per termocircolazione può essere compensata dall’apporto “adduttivo” tra faccia interna del muro e ambiente. Nei periodi caldi il sistema funzionerebbe allo stesso modo, con evidenti conseguenze negative per il comfort. Questo si può evitare schermando opportunamente la superficie trasparente dalla radiazione solare, quanto meno da quella diretta. Va comunque notato come, a latitudini come le nostre, la posizione del sole nei mesi estivi porta ad un doppio effetto: bassi valori di radiazione su superfici verticali, e angoli di incidenza molto elevati, con conseguenti riduzioni del valore del coefficiente di trasmissione del vetro, così che la quantità di radiazione che giunge alla parete è molto più piccola di quella tipica dei mesi invernali. Se si predispone

la possibilità di aprire la superficie trasparente verso l’esterno in corrispondenza della sommità, il muro di Trombe può essere usato per innescare un “effetto camino” che porti all’espulsione naturale dell’aria nell’intercapedine, con conseguente richiamo di aria fresca dall’ambiente attraverso le bocchette inferiori. Questo produce una ventilazione forzata naturale, che può contribuire sensibilmente al comfort estivo, specie se l’aria viene richiamata da parti ove si trovi a temperature basse (locali interrati, parti esterne in ombra, ecc.). Anche in questo caso proiezioni mobili di vario tipo possono contribuire a limitare le perdite di calore dalle superfici trasparenti nelle ore notturne e nelle giornate con bassa insolazione.

La serra addossata è costituita da una chiusura vetrata sulla facciata sud dell’edificio avente una massa di accumulo nella parete di separazione o comunque all'interno della serra stessa. La copertura può essere vetrata od opaca a seconda delle latitudini e delle esigenze termiche. Essendo riscaldata direttamente dai raggi del sole, la serra funziona come un sistema a guadagno diretto e lo spazio adiacente alla serra riceve calore dal muro termoaccumulatore usualmente in muratura oppure ad acqua. La radiazione solare viene assorbita dal muro termoaccumulatore, viene convertita in calore e una parte di questo viene trasferita all’edificio. Aprendo delle prese d’aria o delle finestre nel muro, l’aria calda della serra può essere fatta circolare durante il giorno negli spazi adiacenti Le serre addossate riducono fondamentalmente sia le perdite di calore per trasmissione che quelle per ventilazione. L’aria esterna necessaria per ventilare gli ambienti viene

preriscaldata dal sole e reimmessa all’interno ad una temperatura più alta, riducendo la necessità d’uso dei convenzionali sistemi di riscaldamento. Naturalmente la tenuta all’aria degli ambienti deve essere elevata in modo da non consentire perdite per infiltrazioni.

L'uso di isolamenti mobili durante il periodo notturno aumenta in tutti i sistemi citati il rendimento energetico.

Nei sistemi isolati la superficie di captazione è separata dall'accumulo termico, il trasferimento del calore fra i due elementi avviene per termocircolazione naturale o anche direttamente, sempre per termocircolazione, dalla captazione allo spazio abitato.

Un esempio di sistema isolato è costituito dal sistema Barra-Costantini che si può schematizzare in un collettore solare montato sulla facciata sud dell'edificio.

schema funzionamento estate-inverno

Il sistema detto Barra-Costantini consiste in un camino solare, diversi condotti di percorrenza dell’aria calda e fredda e alcune aperture nell’ambiente da riscaldare, situate sul soffitto e nelle zone basse delle pareti a sud. Il camino solare è costituito da uno strato di vetro sulla parete a sud, un’intercapedine d’aria, una lastra metallica scura che funziona da assorbitore e una seconda intercapedine d’aria sul fronte del muro di contatto con l’ambiente interno, ben isolato. Durante le giornate invernali l'aria che lambisce entrambe le facce dell’assorbitore metallico (collettore) si riscalda e quindi per convezione sale verso il condotto posto nel soffitto dove trasmette il calore al sistema di accumulo, situato nella copertura. Durante la notte, attraverso le aperture del soffitto, l’aria penetra all’interno e raffreddandosi scende incanalandosi nelle aperture inferiori del muro sud, da dove viene convogliata nel camino solare e quindi riscaldata dall’assorbitore, riprendendo così il ciclo. Si viene quindi a determinare una termocircolazione naturale (loop convettivo) con conseguente trasferimento del calore dalla captazione (collettore) all'accumulo (soffitto) e all'ambiente interno.

Il raffrescamento passivo

L'importanza del raffrescamento passivo è motivata dal fatto che il fabbisogno di raffreddamento degli edifici è aumentato rapidamente negli ultimi anni, creando importanti problemi ambientali, economici, di salute e soprattutto di consumi elettrici.

La ventilazione naturale agisce sul benessere attraverso due meccanismi, uno indiretto e l'altro diretto: il primo influenza il bilancio termico dell'edificio, il secondo quello dell'individuo (consentendo di incrementare gli scambi convettivi tra uomo e ambiente con conseguenze positive sul benessere termico). Il termine "ventilazione" viene usato per definire tre diverse funzioni: l'approvvigionamento di aria fresca, la rimozione del calore da un ambiente attraverso il ricambio dell'aria e il raffreddamento fisiologico. La ventilazione naturale dà luogo a reffreddamento tramite le correnti d'aria, generate da fenomeni naturali come l'azione del vento e l'effetto camino.

È necessario precisare che sia l'azione del vento che l'effetto camino influenzano la ventilazione degli edifici; in particolare, la prima viene molto

influenzata dalle condizioni anemologiche del luogo, mentre il secondo dall'altezza degli ambienti o degli elementi dedicati (torri del vento, camini solari, intercapedini ventilate, ecc.).

Le torri del vento sono elementi autonomi integrati nell'edificio con la funzione

di generare un movimento d'aria al loro interno e costituiscono una indicazione efficace per il raffreddamento degli edifici in climi caldi aridi. Nel suo funzionamento notturno la torre si raffredda poiché la sua massa muraria cede calore all'aria (in essa contenuta) che si riscalda. Si genera quindi, un moto ascensionale dell'aria che, richiamata da aperture poste alla base dell'edificio, favorisce il raffreddamento dell'edificio e soprattutto della torre stessa che funge da accumulo di freddo. Di giorno, l'aria calda esterna, venendo a contatto con la massa muraria della torre, si raffredda ed aumentando di conseguenza la sua densità, scende verso il basso, entrando

nell'edificio e provocandone il raffreddamento. Tale meccanismo di funzionamento, accelerato dall'azione del vento, ha

presentato interessanti soluzioni in climi caldi pervenendo a soddisfacenti risultati di integrazione architettonica.

Il raffreddamento evaporativo sfrutta l'abbassamento di temperatura

dell'aria che si verifica a seguito dell'evaporazione dell'acqua. Tale evaporazione diminuisce all'aumentare dell'umidità relativa dell'aria, fino ad annullarsi per alti valori (condizioni di saturazione) di quest'ultima. Tale possibilità di raffreddamento, che veniva anche utilizzata nelle torri del vento iraniane, può avere varie possibilità di applicazione, sia negli ambienti interni, sia in quelli esterni. Tali torri, di forma conica ed alte trenta metri, hanno nelle sommità degli spruzzatori d'acqua che, a seguito dell'evaporazione, raffreddano l'aria presente nella parte alta della torre che aumentando di conseguenza la sua densità scende verso il basso raffreddando l'aria del sottostante spazio esterno.

EXPO' 2000 di Siviglia: torri evaporative

L’illuminazione naturale

Per quel che riguarda l'Illuminazione naturale, nuove tecniche sono particolarmente utilizzate nella progettazione di ambienti che hanno un uso prevalentemente diurno, come uffici, scuole, edifici commerciali, industriali e ospedali, per i quali l'entità di consumi energetici derivanti dall'illuminazione artificiale ne rende più evidenti i vantaggi economici. Le moderne tecniche di daylighting vengono applicate negli edifici di abitazioni essenzialmente per ragioni estetiche e di benessere. Le caratteristiche principali che rendono preferibile la luce naturale a quella artificiale sono il suo rendimento nella percezione del colore e le variazioni nel tempo di colore, contrasto e luminanza (brillanza luminosa) di ogni superficie, caratteristiche che non possono essere simulate da nessun tipo di sorgente artificiale. Inoltre il flusso solare incidente, ad esempio in un m² di finestra, è dell'ordine di alcune decine di migliaia di lumen, quanto basterebbe, se opportunamente distribuito, ad illuminare varie decine di metri quadrati di superficie di lavoro (i livelli di illuminazione richiesti sul piano di lavoro vanno da un minimo di 100 lumen /m² per le aree di servizio ad un massimo di 1.500 lumen/m² per le attività di alta precisione). Il flusso luminoso all'interno dell'edificio varierà a seconda del posto in cui si trova l'edificio stesso, l'ora del giorno, il periodo dell'anno, le condizioni climatiche del luogo, da come l'edificio è circondato nelle immediate vicinanze (presenza di ostruzioni naturali o artificiali) e dall'indice di riflessione delle superfici interne ed esterne. Per ottenere buoni livelli di comfort visivo (ambienti in cui la ricezione dei messaggi visivi non è

disturbata), è necessario assicurare buoni livelli di comfort luminoso all'interno degli spazi ed evitare assolutamente il cosiddetto fenomeno di abbagliamento, situazione creata dalla presenza nel campo visivo di superfici o punti con luminanza molto superiore a quella a cui l'occhio è abituato.

2.6 IL CASO DI STUDIO: LA COLONIA MARINA FIGLI DEGLI ITALIANI ALL’ESTERO

La specifica situazione locale, la vegetazione esistente ed il tessuto edificato, i fattori climatici e topografici e la vasta gamma di forme di energie disponibili ed ecologicamente sostenibili devono essere tutti analizzati e valutati come il substrato di riferimento per ogni singolo progetto. Le risorse naturali disponibili in un certo luogo, sole, vento e calore geotermico potrebbero essere utilizzate per la climatizzazione degli edifici. Infatti un organismo edilizio entra in relazione con i seguenti fattori:

-dati climatici (angolo di deviazione del sole, irraggiamento stagionale, temperatura atmosferica, direzione e forza del vento, quantità di precipitazioni ecc.);

- grado di esposizione, aspetto degli spazi aperti e superficie del terreno; -sito, geometria, dimensione degli edifici circostanti, formazioni topografiche, aree con acqua e vegetazione.

INQUADRAMENTO CLIMATICO

I dati climatici relativi al luogo oggetto dell’intervento (Calambrone) sono stati ricavati dalla Norma UNI 10349 “Riscaldamento e raffrescamento degli edifici

– Dati climatici” e in particolare è stata utilizzata, come località di riferimento,

la città di Pisa, essendo il capoluogo di provincia più vicino in linea d’aria e sullo stesso versante geografico.

Sono date le seguenti definizioni:

energia radiante: energia emessa, trasportata o ricevuta in forma di onde

elettromagnetiche.

Irradianza: rapporto tra energia radiante per unità di tempo che incide su una

superficie e l’area della medesima superficie.

Irradiazione: rapporto tra l’energia radiante che incide su una superficie e

l’area della medesima superficie.

Latitudine della località di riferimento (Pisa):

LONGITUDINE _{10° 24'}

LATITUDINE _{43° 42'}

ALTITUDINE 4m

La latitudine di riferimento considerata è di 44° N.

Dati climatici

I dati utili allo studio del sito, oggettodella presente indagine, sono:

- Valori medi mensili della temperatura media giornaliera dell’aria esterna Θ (°C);

-Valori di irradiazione solare giornaliera media mensile sul piano orizzontale nelle componenti diretta Hbh e diffusa Hdh (MJ/m2) per ogni mese dell’anno ;

- Valori di irradiazione solare giornaliera media mensile H (MJ/m2) per

ogni mese dell’anno su superfici verticali orientate a Sud-Ovest, Est, Ovest, Nord-Est.

Le superfici verticali dei fabbricati in oggetto maggiormente esposte sono rivolte a Sud-Ovest e Nord-Est.

MESE Θ (°C) Hbh MJ/m2 Hdh MJ/m2 H Sud-Ovest MJ/m2 H Est Ovest MJ/m2 H Nord-Est MJ/m2 gennaio 6,7 2,7 2,6 7,2 4,2 2 febbraio 7,7 4,6 3,7 9,3 6,3 3,4 marzo 10,6 7,1 5,2 11 8,9 5,5 aprile 13,6 11,1 6,7 12,8 12,2 8,7 maggio 17,2 14,8 7,5 13,4 14,7 11,7 giugno 21,1 16,5 7,9 13,4 15,7 13,2 luglio 23,5 19,1 6,9 14,8 17 13,7 agosto 23,5 15,6 6,4 14,8 15 10,9 settembre 20,9 11,3 5,3 14,1 12 7,4 ottobre 16,3 7,2 4 12,3 8,6 4,4 novembre 11,7 3,2 2,9 7,9 4,8 2,4 dicembre 7,8 2,4 2,3 6,7 3,8 1,8

(Sono evidenziati i valori massimi)

- Irradianza solare estiva massima It (W/m2) incidente su superfici verticali di

orientamento Sud-Ovest e Nord-Est e su superficie orizzontale in funzione delle ore del giorno e della latitudine;

-Irradianza solare estiva massima It (W/m2) trasmessa arraverso una

superficie di vetro semplice di orientamento Sud-Ovest e Nord-Est e orizzontale in funzione delle ore del giorno e della latitudine;

LATITUDINE 44° N

ORA Itm NE

(W/m2) (W/mIt SO 2) orizzontale It Ivetro NE ISO vetro orizzontale Ivetro

5 96 7 19 84 6 11 6 500 48 188 434 39 124 7 601 79 377 512 64 295 8 549 103 554 450 83 463 9 420 121 706 306 96 606 10 254 140 822 156 114 716 11 150 232 895 122 146 785 12 145 406 920 115 283 808 13 143 549 895 116 430 765 14 134 639 822 109 526 716 15 121 665 706 98 556 606 16 103 620 554 83 520 463 17 79 499 377 64 414 295 18 48 300 188 39 240 124 19 7 38 19 6 28 11

(Sono evidenziati i valori massimi)

Si riportano i seguenti dati relativi alle superfici esposte a Nord-Est e Sud-Ovest ed alla superficie orizzontale:

-Valori dell’angolo di incidenza dell’irradianza solare massima estiva in funzione delle ore del giorno e della latitudine;

-Valori dell’altezza solare ed azimutale in funzione delle ore del giorno e della latitudine.

LATITUDINE 44° N

ORA NE SO orizzontale altitudine azimut

5 19,9° 90° 65,3 4,7 115,6 6 32,4° 90° 75,3 14,8 105,8 7 45,3° 90° 64,7 25,3 98,1 8 58,1° 90° 53,9 36,1 85,8 9 70,8° 90° 43,3 46,7 73,7 10 83,1° 90° 33,5 56,5 57,4 11 90° 90° 25,7 64,3 33,7 12 90° 90° 22,5 67,5 0 13 90° 90° 25,7 14 90° 83,1° 33,5 15 90° 70,8° 43,3 16 90° 56,1° 53,9 17 90° 45,3° 64,7 18 90° 32,4° 75,3 19 90° 19,9° 85,4

(Sono evidenziati i valori massimi)

La temperatura media annuale risulta intorno ai 15° C; i mesi più caldi sono luglio e agosto con una temperatura media di 23,5° C, mentre il mese più freddo con una temperatura media diurna di 6,7°C è gennaio.

La superficie verticale esposta a NE risulta essere molto critica nel periodo estivo nelle ore pomeridiane.

Le piogge

La distribuzione mensile delle piogge è di tipo mediterraneo, con il verificarsi del valore massimo autunnale nei mesi di ottobre e novembre e il valore minimo estivo nel mese di luglio.

Nel seguente diagramma vengono riportati i valori medi mensili di temperatura e di altezza di pioggia rilevati dalla stazione di San Rossore, ritenuta la più vicina a Calambrone sia geograficamente che a livello di condizioni climatiche.

Stazione di S. Rossore - periodo 1960-1984: diagramma

0 20 40 60 80 100 120 140

GEN FEB MAR APR _MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC

P(mm) 0 10 20 30 40 50 60 70 T (°C)

Precip medie mensili (mm) Temper. medie mesili (°C)

Zona climatica e gradi giorno

Dal D.P.R. 412/93 risulta che il comune di Pisa ha 1694 gradi-giorno, quindi rientra nella zona climatica D (comuni che presentano un numero di gradi giorno compresi tra 1400 e non superiore a 2100).

Il regime dei venti

Il vento è caratterizzato da tre parametri: la velocità, la direzione e la frequenza. I valori medi annuali delle velocità del vento medie giornaliere e la

direzione prevalete per i capoluoghi di provincia italiani per ogni mese dell’anno sono riportati nella norma UNI 10349.

Calambrone rientra nella zona di vento 2, la velocità media annuale è di 3,5 m/s e la direzione prevalente il Nord. Inoltre, l’analisi dei dati finora registrati nel comune di Pisa evidenzia una presenza di venti dominanti provenienti da est.

Geometria dell’edificio

La geometria è lo strumento che consente di leggere e costruire lo spazio. L’adattamento della geometria dell’edificio al funzionamento energetico, perseguito in funzione del comfort ambientale e del risparmio, può essere studiato in modo sistematico vedendo come le variabili incidono sulle prestazioni energetiche. Per contenere il consumo di energia occorre tendere a ridurre le dispersioni termiche e sfruttare al meglio l’apporto di calore dalla radiazione solare. Fra le tante variabili in gioco, quella che ha un peso maggiore è la compattezza dell’edificio. La forma più corretta di un edificio è quella parallelepipeda.

Il corpo nord della colonia presenta una forma ottimale, compatta e parallelepipeda. La copertura è piana, le facciate sono lisce, con aperture regolari e prive di parti sporgenti. La facciata est presenta una superficie aggettante che costituisce la copertura del portico.

Calcolo del rapporto superficie/volume: Le dimensioni principali sono:

a=12.4 m b=96 m h=9 m

S =2 + 2 + 2 = 0.40 V a b h

Quanto minore è la superficie di inviluppo rispetto al volume compreso, tanto è maggiore la compattezza; tale valore possiamo ritenerlo basso, quindi ciò comporta una minore superficie disperdente per unità di spazio utilizzabile.

ORIENTAMENTO ED ESPOSIZIONE

L’irraggiamento solare

Il sole è una stella ed è sede di reazioni termonucleari a catena. Nella reazione di fusione, durante la quale l’idrogeno si combina per formare elio, avviene nel nucleo una conversione di massa in energia. Nel nucleo incandescente si produce così una temperatura stimata tra 16 e 40 milioni di gradi; attraverso una serie di processi radiativi e convettivi avviene il trasferimento del calore alla superficie dove avviene l’irraggiamento verso lo spazio. La temperatura della superficie si porta allora ad un valore di circa 5780 K, tale da fare insorgere un equilibrio tra l’energia che la superficie stessa riceve dal nucleo e quella che emette verso gli spazi siderali. Il sole si comporta allora come un corpo nero che, alla temperatura di 5780 K, irradia energia nello spazio. Quasi il 99% della radiazione solare ha lunghezza d’onda compresa tra 0.15 e 4 µm e il massimo di intensità si ha a circa 0.5 µm; la parte compresa tra 0.4 e 0.74 µm occupa la zona visibile dello spettro mentre a sinistra ed a destra di tale fascia si trovano rispettivamente le zone dell’ultravioletto e dell’infrarosso. La quantità media di energia solare che incide ortogonalmente, nell’unità di tempo, su una superficie unitaria posta al di fuori dell’atmosfera, prende il nome di costante solare ed assume il valore medio di 1353 W/m2. L’intensità dell’irraggiamento solare si attenua nel passaggio attraverso l’atmosfera: una parte di radiazione viene riflessa verso lo spazio, una parte è diffusa in tutte le direzioni dalle molecole dei gas

atmosferici e dal vapore acqueo, una parte viene assorbita dalle molecole dell’atmosfera e da queste riemessa come radiazione infrarossa. L’assorbimento e la diffusione atmosferica hanno l’effetto di ridurre l’intensità della radiazione su tutte le lunghezze d’onda; un’ulteriore riduzione si ha poi in corrispondenza delle lunghezze d’onda caratteristiche dei diversi gas e vapori presenti nell’atmosfera. La parte di irraggiamento che raggiunge direttamente il suolo costituisce la radiazione diretta mentre la parte rimanente costituisce la radiazione diffusa. A queste va infine aggiunta la

radiazione riflessa o albedo, che rappresenta la percentuale di radiazione

diretta e diffusa che viene riflessa dal suolo o dalle superfici circostanti sulla superficie considerata.

Distribuzione della radiazione solare nel passaggio attraverso l’atmosfera

La posizione del sole

Per un osservatore che dalla Terra osservi il cielo, il percorso del Sole sulla volta celeste assume la forma di un arco che varia sia durante il corso dell’anno che con la latitudine del luogo. Durante il corso dell’anno la durata delle ore di luce ed il percorso del sole subiscono delle modifiche al variare delle stagioni. La durata di luce è massima al solstizio d’estate (21 giugno) giorno in cui, alle ore 12, il sole raggiunge il punto più alto nel cielo nel corso di tutto l’anno; il caso opposto si verifica al solstizio d’inverno (21 dicembre) mentre ai due equinozi di primavera (21 marzo) e di autunno (21 settembre) l’altezza del sole alle 12 è intermedia tra la massima e la minima e le durate del giorno e della notte sono esattamente pari a 12 ore in tutto il globo. La posizione del sole rispetto ad un punto sulla terra è determinata dall’angolo di altezza solare α e dall’angolo azimutale γ. Il primo è l’angolo verticale che la direzione collimata al sole forma con il piano orizzontale; il secondo è l’angolo orizzontale tra il piano verticale passante per il sole e la direzione del sud, ed è positivo verso est e negativo verso ovest.

Angolo di altezza solare ed angolo azimutale.

Questi due angoli dipendono a loro volta dalla declinazione δ, dalla latitudine e dall’angolo orario ω. La declinazione è l’angolo formato dalla direzione del sole con il piano dell’equatore; essa varia durante l’anno da un valore massimo di -23°27’ in inverno ad un valore di 23°27’ in estate. La latitudine è l’angolo formato dalla congiungente il punto di osservazione con il centro della terra e il piano dell’equatore. Essa assume valore 0° all’orizzonte a 90° al polo. L’angolo orario è l’angolo formato dal piano meridiano passante per il sole con il meridiano di riferimento ed assume valori compresi tra -180° e 180° variando di 15° ogni ora.

Definite queste grandezze, l’altezza α del sole alle 12 in un punto di latitudine può essere ricavata, ai solstizi ed agli equinozi, dalla seguente figura:

Angolo di altezza solare alle ore 12, per una località posta ad una latitudine, ai solstizi ed agli equinozi.

La posizione del sole in ogni istante dell’anno può essere invece ottenuta relazioni trigonometriche. Esse consentono di calcolare la posizione del sole conoscendo la latitudine (che caratterizza spazialmente il punto di osservazione), la declinazione (che dipende dal giorno e dal mese in cui si effettua l’osservazione) e l’angolo orario (che dipende dall’ora in cui si effettua l’osservazione).

I valori dell’altezza solare e dell’azimut in qualsiasi periodo dell’anno possono essere facilmente conosciuti utilizzando i diagrammi dei percorsi solari. Questi sono diagrammi, tracciati per ogni latitudine, in cui sono riportati l’altezza solare e l’azimut nei vari periodi dell’anno. Possono essere in coordinate polari o in coordinate cartesiane. Nei primi l’osservatore è posizionato al centro del diagramma in cui una successione di circonferenze concentriche rappresentano le varie altezze solari. Dal punto centrale partono poi una serie di raggi identificati da 0° a 360°. Su questa base sono poi tracciate le traiettorie solari al ventunesimo giorno di ogni mese.

I diagrammi in coordinate cartesiane danno invece una proiezione verticale del percorso solare così come sarebbe visto da un osservatore posto sulla terra. Sull’asse orizzontale si possono leggere gli azimut mentre su quello verticale le altezze solari. Anche in questo caso le traiettorie solari sono tracciate al ventunesimo giorno di ogni mese.

Nota quindi la latitudine della località di riferimento, si può conoscere la descrizione del moto apparente del sole nella volta celeste, mediante la costruzione del diagramma solare polare o cilindrico.

Per quanto riguarda la zona di Calambrone utilizziamo una carta con latitudine 44°: quest'ultima determina sul diagramma una fascia di possibili posizioni del sole, delimitata dalle tracce corrispondenti ai due solstizi d'inverno e d'estate. Ogni mese, caratterizzato da una declinazione media, è rappresentato sul diagramma mediante archi simmetrici rispetto all'asse nord-sud che si spostano verso nord a mano a mano che si va dal solstizio d'inverno verso quello d'estate e viceversa.

Diagramma dei percorsi solari in coordinate polari (.=44°)

L’uso più frequente che si fa del diagramma del sole è nel calcolo delle ore di luce e dell’ombreggiatura nell’edificio di interesse. Una volta ottenuto il diagramma solare in coordinate polari, si puù riportare lo stesso diagramma in coordinate cartesiane, gli angoli zenitali in ascissa e in ordinata gli azimutali.

diagramma solare cilindrico

In questo modo si è in grado di valutare le ore di soleggiamento a nostra disposizione e vediamo quali oggetti circostanti e in quali ore del giorno essi coprono il sole, impedendoci di sfruttare la sua energia a nostro favore.

Oltre ai percorsi del sole sul diagramma sono definite le ore di sole e l’asse eliotemico.

L’asse eliotermico si ottiene riportando i valori dell’indice eliotermico su un diagramma polare orientato.

indice eliotermico Ie = d * Tm

d =soleggiamento in ore di sole

Tm =temperatura media in un dato periodo

E’ la direzione secondo la quale si verificano rispettivamente a NNE e SSO il minimo e il massimo valore dell’indice eliotermico. Un orientamento dell’edificio prossimo a quello dell’asse eliotermico garantisce il massimo apporto di luce e calore durante l’anno.

L’edificio oggetto di studio di questa tesi presenta la seguente situazione:

Orientamento della Colonia

La colonia presenta una forma allungata, che si sviluppa lungo gli assi nord-ovest e sud-est. La sua posizione è prossima all’asse eliotermico. Ciò comporta che entrambi i lati lunghi della colonia rimangono insolati tutto l’anno per più di quattro ore il giorno, ma la presenza di schermi vegetali permette di limitare l’insolazione diretta delle pareti.

I CARATTERI DEL TERRITORIO

a - Aspetti geologici e geomorfologici

La porzione di territorio in corrispondenza della frazione Calambrone, all’estremità SO del territorio comunale è inserita nell’U.T.O.E. 40 del P.S. confinante con aree appartenenti al Parco Regionale. L’area, di forma all’incirca rettangolare è delimitata a ovest dal Viale del Tirreno, a sud dal confine comunale (corrispondente al canale scolmatore) a nord dall’edificato della frazione Tirrenia ed ad est dal limite amministrativo del Parco Regionale che all’incirca coincide con il tracciato della vecchia linea ferroviaria dimessa Pisa-Livorno. Il comparto di Calambrone ha un’estensione di circa 60 ha. Da un punto morfologico l’area risulta leggermente ondulata con assi paralleli alla linea di costa, e riflette l’impianto costiero delle dune sabbiose (tomboli e cotoni) intercalati alle lame. Il comparto è ad una quota media di circa 2.5 m s.l.m. con deboli variazioni laterali.

I litotipi affioranti sono principalmente depositi sabbiosi dei lidi e dune litoranee (Olocene). Alla terminazione meridionale, in fregio al canale scolmatore, affiorano sedimenti interdunali costituiti da limi e sabbie limose, talvolta con depositi superficiali costituiti da argille organiche e torbe (Olocene).

Litotipi argillosi e limosi

Questi terreni sono costituiti da limi ed argille di colore bruno-giallastro. La componente limosa è generalmente preponderante su quella argillosa. La Rp del penetrometro statico varia generalmente tra 9 e 15 kg/cmq. La coesione è

compresa tra 0,4 e 0,7 kg/cmq, mentre il coefficiente di compressibilità volumetrica mv assume valori tra 0,021 e 0,034 cmq/kg con valori medi intorno a 0,25 cmq/t in base a prove edometriche effettuate su campioni indisturbati prelevati negli orizzonti argillosi e limo-argillosi. Questi terreni superficiali sono generalmente preconsolidati. Presentano inoltre valori generalmente elevati dell’indice di consistenza e valori del peso di volume compresi tra 1,7 e 1,9 kg/cmq.

Litotipi limosi-limoso sabbiosi

Si tratta di terreni prevalentemente limosi di colore nocciola con intercalazioni argillose e talvolta sabbiose. Di conseguenza i parametri geotecnici di questi terreni sono variabili in relazione al tenore di limo, argilla o sabbia. In via indicativa, per quanto riguarda la frazione limo-argillosa è stato riscontrato che la Rp del penetrometro statico varia generalmente intorno a valori compresi tra 11 e 20 kg/cmq. La coesione varia tra 0.40 e 0.85 kg/cmq, mentre il coefficiente di compressibilità volumetrica mv è compreso tra 12 e25 cmq/t. L’angolo di attrito interno si mantiene attorno a valori generalmente bassi.

b - Aspetti geotecnici

La caratterizzazione geotecnica dei terreni dell’area è stata ricavata da 7 prove penetrometriche statiche e dinamiche pesanti. La situazione stratigrafica del terreno appare regolare e omogenea. Le sezioni geologiche regolari hanno evidenziato una successione di litotipi

granulari (sabbiosi limosi e sabbiosi) continui in tutte le prove eseguite, con leggere variazioni da prova a prova.

La successione stratigrafica è la seguente:

Successione stratigrafica tipo: STRATO I

0,00 – 1,80m Sabbie limose (angolo di attrito interno medio φ=31°) STRATO II

1,80 – 9,9m Sabbie (angolo di attrito interno medio φ=38°)

E’ stata segnalata presenza di acqua ad una profondità media di -0.90 m dal p.c.

c – Aspetti idrogeologici e vulnerabilità degli acquiferi

Il complesso dunale costiero: Verso Ovest (lungo la costa) il dominio argilloso dominante nella parte centrale del territorio comunale è completamente sostituito da litotipi sabbiosi che formano il complesso delle dune costiere parallele alla costa e la cuspide deltizia dell’Arno. La permeabilità di questi litotipi, affioranti in superficie e continui per svariate decine di metri nel sottosuolo risulta medio elevata. In questo complesso sabbioso la prima risorsa vulnerabile è direttamente la falda freatica che si trova a quote prossime alla superficie e localmente in continuità idraulica verticale con le falde confinate sottostanti. L’elevato grado di permeabilità delle fascia costiera, la presenza della falda prossima al piano campagna ed il crescente fenomeno di ingressione del cuneo salino rendono la zona costiera molto

vulnerabile e fragile. Per definire la permeabilità dei litotipi, ai sensi del P.T.C., sono state distinte le seguenti 5 Classi di permeabilità:

Classe 1- permeabilità molto bassa: sedimenti a permeabilità primaria molto bassa con coefficiente di permeabilità K= 10-8 –10-9 m/sec; comprendente i depositi prevalentemente argillosi e le torbe palustri.

Classe 2- permeabilità bassa: sedimenti con permeabilità primaria bassa con valori di 10-4<K<10-5 m/sec. Rientrano in questa classe i depositi alluvionali prevalentemente limosi che affiorano nell’intera zona costiera in corrispondenza dalle lame e nelle aree di colmata più esterne dell’Arno; tali sedimenti risultano generalmente privi di falda freatica.

Classe 3- permeabilità media: sedimenti con permeabilità primaria media. Comprende i sedimenti alluvionali limo sabbiosi che si estendono nelle aree di colmata prossimali al corso del fiume Arno; tali sedimenti possono essere sede di falde idriche discontinue (freatiche) che però generalmente non assumono il valore di prima risorsa vulnerabile.

Classe 4- permeabilità elevata: sedimenti a permeabilità primaria elevata. In tale classe rientrano i paleoalvei, le dune costiere e le aree di affioramento di sedimenti prevalentemente sabbiosi. In queste aree la falda freatica risulta presente e prossima al p.c., come testimoniato dai numerosi pozzi censiti. Classe 5- permeabilità molto elevata, terreni a permeabilità primaria molto elevata comprendente le aree di golena e di pertinenza fluviale (golene) oltre ad i laghi di cava.