I L DIAGRAMMA DI GIVONI
Il diagramma di Givoni è un abaco psicrometrico che indica i campi di variazione delle condizioni di comfort termico al variare delle condizioni di temperatura e umidità. I punti inseriti nel grafico sono le coppie temperatura-umidità medie mensili che definiscono le condizioni termo-igrometriche rappresentative per Pisa.
La zona di comfort può essere ampliata utilizzando tecniche di ventilazione naturale o artificiale, sistemi di raffrescamento passivi che utilizzano la massa termica dell'edificio per smorzare le variazioni giornaliere della temperatura e per accumulare frigorie nelle ore notturne (trasferimenti connettivi per ventilazione notturna naturale o forzata).
Il sito in esame è caratterizzato da inverni abbastanza miti e si necessita solo di alzare la temperatura per rientrare nella zona di comfort; il periodo estivo è caratterizzato da una forte umidità che obbliga oltre al controllo della radiazione solare lo sfruttamento della ventilazione per rientrare nelle zone di comfort.
Fig. 107– Il diagramma di Givoni
L A VEGETAZIONE
In corrispondenza della nuova viabilità che corre a ovest del complesso sono state previste delle fasce alberate sia con lo scopo di mimetizzare le vetture vi transitano agli utenti delle aree immediatamente adiacenti (Area Didattica e di Rappresentanza), sia per ridurre al minimo la trasmissione negli ambienti interni dei rumori provenienti dai veicoli nel passaggio, sia per ridurre l’apporto energetico e illuminotecnico della radiazione solare diretta nel periodo estivo.
La presenza di essenze vegetali in prossimità di queste aree inciderà sulle interazioni energetiche tra questo e l’ambiente esterno, principalmente in quattro modi:
1. parziale intercettamento della radiazione solare e quindi riduzione del flusso incidente sulle superfici esterne dell’edificio; la percentuale di ostruzione ai raggi solari dipende dalla specie vegetale, dall’età della pianta, dal suo posizionamento, dal periodo dell’anno (una specie decidua intercetta d’inverno comunque il 20-50% della radiazione solare), per questi motivi sono stati scelti alberi a foglia caduca come efficace strumento per raggiungere le ottimali condizioni di benessere termico e visivo-illuminotecnico.
2. processo di evapotraspirazione: le foglie colpite dai raggi solari cedono acqua sottraendo calore all’aria circostante che si raffredda; il livello di frigorie generate in tal modo può essere notevole (si calcola che un albero con folta chioma abbia, in un clima caldo-secco, un effetto rinfrescante paragonabile a quello di cinque impianti di aria condizionata da finestra), ma si disperde rapidamente nell’ambiente circostante a meno che l’area verde sia sufficientemente estesa, nel qual caso l’abbassamento di temperatura può essere marcato (fino a 6-7
0
C);
3. alterazione della velocità dell’aria: nella zona sottovento si crea una
turbolenza, con una riduzione della velocità del vento legata alla permeabilità
(rapporto tra la superficie dei vuoti e quella della sezione intercettata dal vento)
degli elementi frangivento; la riduzione massima delle infiltrazioni in edifici posti
dietro barriere vegetali si ha quando la distanza tra le piante ed il manufatto è
pari a 1-2 volte l’altezza delle piante stesse; la presenza di vaste aree alberate
può ridurre la velocità dei flussi d’aria fino al 50%; questa minore intensità del
vento è certamente benefica nelle condizioni invernali, in quanto riduce le
infiltrazioni d’aria negli ambienti interni; d’estate può invece rappresentare un elemento limitativo nei casi in cui si voglia raffreddare l’edificio con la ventilazione naturale (un posizionamento accorto delle piante può invece favorire i flussi d’aria estivi creando un effetto Venturi);
4. infine vanno valutate le modifiche degli scambi radioattivi ad onde lunghe tra le superfici degli edifici e l’ambiente esterno. Anche in questo caso si è in presenza di fattori positivi, determinati dal fatto che l’edificio "vede" le superfici degli alberi a temperature inferiori rispetto al terreno soleggiato, e di elementi negativi legati al minore scambio nell’infrarosso con il cielo di pareti e tetto, parzialmente coperti da alberature.
Considerando che le infiltrazioni d’aria per un edificio medio rappresentano il 25- 35% del carico termico invernale e che un buon posizionamento degli elementi frangivento può dimezzare le infiltrazioni d’aria, il risparmio energetico massimo ottenibile è dell’ordine del 10-20%.
Fig. 108– Influenza della vegetazione sulla ventilazione naturale
L A SCELTA DELLA FINESTRATURA
Particolare importanza ha rivestito la scelta dell’elemento vitreo in particolare per quelle finestrature esposte a sud: essa è condizionata dalla necessità di avere una schermatura a determinati tipi di radiazione solare in funzione dell’attività che si svolge all’interno dei vari edifici.
Ad esempio per l’edificio C che ospita la zona di elaborazione dati e quindi con funzione di ufficio aperto ma provvisto di vari separatori per i moduli interni, sono state utilizzate finestrature con vetro doppio ordinario (opaco ai raggi ultravioletti) per migliorare la qualità della radiazione filtrata e ridurre i costi. Inoltre vetri di tipo riflettente avrebbero potuto creare problemi di abbagliamento agli animali che si trovassero in prossimità di questi.
Vetri con lamelle integrate sono stati utilizzati in particolare per le grandi aperture del laboratorio sul lato nord (necessarie per il trasferimento di campioni di sperimentazione di tipo grande e medio all’esterno) e su quelle dell’ area di Rappresentanza e quella Didattica che vede direttamente soleggiati rispettivamente la sala conferenze e la zona di lettura.
Per ridurre le perdite per convezione è stato opportuno rientrare la finestra rispetto alla facciata esterna del muro e scelto per i telai il legno sia per le caratteristiche di ottimo isolante (esso sarà convenientemente trattato con oli e vernici non sintetiche), sia per la scelta di indirizzare il recupero verso un architettura di tipo tradizionale per il rispetto delle tradizioni rurali del luogo in cui è inserito il complesso.
I MATERIALI NATURALI
Per quanto riguarda la scelta dei materiali, dove si è proceduto alla ricostruzione delle chiusure verticali esterne è stata scelta una muratura in laterizio tipo Porothon sia per i blocchi portanti di dimensioni (30x22,5x25), che per le tramezzature interne costituite da mattoni forati di dimensioni(50x22,5x8).
Il tipo di laterizio scelto è un prodotto ad elevata biocompatibilità in quanto creato
unicamente con impasti di argille naturali e farina di legno totalmente priva di additivi
chimici. La farina di legno viene addizionata all'impasto di argilla cruda nelle fasi
iniziali della lavorazione per garantire un' uniforme miscelazione. Durante la cottura
la farina di legno subisce il processo di combustione totale che lascia all' interno del laterizio cotto un'infinità di microcavità vuote contenenti solo aria.
La micro-porosità del laterizio inoltre garantisce un sano e naturale benessere abitativo, migliora l'isolamento termico e riduce il consumo energetico, con conseguente risparmio sulle spese di riscaldamento.
La pavimentazione esterna è in terreno naturale stabilizzato.
Essa consente di ottenere un manufatto che esteriormente assume l'aspetto della terra battuta, ma che presenta ottime caratteristiche di stabilità interna, portanza e resistenza agli agenti atmosferici. L'azione del composto si esplica eliminando le sostane organiche attive, aumentando le forze di coesione intergranulare.
Fig. 109- Il sistema di pavimentazione in terra battuta stabilizzata
La scelta delle nuove coperture dei fabbricati E ed F è caduta sul tipo tradizionale
in legno con rivestimento in coppi ed embrici, come per gli altri fabbricati dove è
stato mantenuta la copertura originaria. Le strutture sono tradizionali in legno con
travi e travicelli, ma è sembrato opportuno, per migliorare il comfort degli occupanti,
utilizzare un tipo di edificazione che sfrutti la naturale ventilazione quale il tetto
ventilato.
Questo sistema di edificazione del tetto serve a migliorare la sicurezza, la traspirazione, l’isolamento e la ventilazione dell’edificio e permette di ottenere un notevole risparmio energetico e di manutenzione.
Nel tetto in legno ventilato viene inserita una camera d’aria che ne agevola la ventilazione sia del suddetto che del sottotetto e grazie ad una sua corretta circolazione in entrata e in uscita impedisce la formazione di umidità limitando l’effetto condensa che porta ad un migliorare isolamento riducendo infine anche i costi di manutenzione dell’edificio.
Nelle ore calde l’aria fresca che arriva dalla linea di gronda si riscalda nell'intercapedine per effetto dell'irraggiamento, diventa più leggera e fuoriesce dal colmo, sottraendo il calore accumulato dal materiale di copertura. In inverno la circolazione d’aria farà in modo che il materiale isolante rimanga asciutto evitando in questo modo la creazione di condense e garantendo la durata nel tempo degli elementi costruttivi del tetto.
Fig. 110 - La struttura del tetto ventilato
La copertura del nuovo fabbricato dell’officina e del rimessaggio dei mezzi agricoli
presenta una copertura in legno lamellare. Il legno è stato scelto non solo per le sue
qualità estetico - formali che richiamano la memoria del luogo, ma oltre che per le
sue prestazioni in caso di incendio (il legno perde progressivamente le proprie capacità statiche) soprattutto per le prestazioni energetiche e qualitative che ne contraddistinguono la condotta durante l’intero ciclo di produzione. Il legno può essere lavorato senza spreco di materiale. Infatti gli eventuali scarti possono essere utilizzati per il compostaggio oltre ad essere interamente biodegradabili.
Caratteristica di questo sistema inoltre è la possibilità di prevedere, come fase della manutenzione, la sostituibilità di alcuni elementi senza compromettere l’equilibrio dell’organismo edilizio. Viceversa il trattamento delle superfici esterne con materiali ad alto costo ambientale (vernici derivate dal petrolio) possono portare ad emissioni ed al rilascio di sostanze dannose per l’uomo.
Il controllo dell’emissione di inquinanti in fase di esercizio e di protezione degli spazi interni dall’inquinamento elettromagnetico sono altre due prestazioni energetiche del legno.
La corretta progettazione degli elementi permette di prevedere la possibilità che l’edificio in legno venga completamente smontato alla fine della sua esistenza, quando cioè cessa di essere utile, rendendo invece utili le sue parti: i differenti componenti possono essere facilmente separati e avviati al riuso o allo smaltimento.
Il legno può essere lavorato ed usato nuovamente, può essere utilizzato per altri prodotti di derivazione legnosa, può essere compostato o nella peggiore delle ipotesi, può essere bruciato producendo calore senza che ciò comporti emissione di sostanze dannose nell’ambiente.
Fig. 111 - La struttura in legno lamellare
L’isolamento è stato previsto in pannelli di fibra di legno, un tipo di isolante bioecologico facilmente reperibile e a costi ridotti, con ottime caratteristiche di isolamento un isolante termico e acustico. I pannelli in fibra di legno vengono prodotti mediante un processo di lavorazione che sfalda gli scarti della lavorazione del legname e la pasta lignea risultante viene incollata tramite uno speciale procedimento che utilizza le resine naturali proprie del legno che conferiscono una notevole idrorepellenza. Inoltre la struttura aperta delle lastre in fibra di legno consente il passaggio del vapore acqueo e quindi favorisce la traspirabilità delle strutture garantendo una naturale regolazione dell'umidità e un salutare comfort all'interno degli edifici. I pannelli possiedono elevate proprietà di accumulo termico favorendo una temperatura interna costante. Il legno inoltre e' reciclabile e può essere decomposto facilmente. Un'altra caratteristica e' la proprietà di abbattimento acustico e di assorbimento grazie alla struttura aperta e alla elevata densità.
L’ INQUINAMENTO NATURALE ( IL RADON )
Un'architettura che operi nell'ottica di uno sviluppo sostenibile, ovvero "che si faccia carico di soddisfare le esigenze del presente senza compromettere le capacità delle future generazioni di soddisfare le loro proprie esigenze, non può ignorare gli aspetti di nocività verso l'ambiente e le persone che, conseguenze o no della civilizzazione e dello sviluppo, costituiscono una minaccia costante per l'uomo del domani.
A riguardo di questo tipo di problemi sono stati analizzati gli aspetti inquinanti che hanno a che fare in particolar modo con gli edifici, ovvero l'inquinamento atmosferico, elettromagnetico e la radioattività naturale (il radon).
Le prime due categorie di problemi non pongono particolare preoccupazione in quanto ci troviamo all’interno della “zona di transizione” della riserva naturale del Parco di Migliarino e di conseguenza lontano da particolari fonti di inquinamento atmosferico ed elettromagnetico; oltretutto l’area è circondata da ampie distese di campi e il traffico degli autoveicoli non è di interesse particolarmente rilevante.
Viene posta l’attenzione invece sulle emissioni di radioattività naturale, delle quali il radon è la più importante.
Si tratta di un gas radioattivo incolore estremamente volatile, prodotto
costantemente da certe rocce della crosta terrestre, in particolare da lave, tufi,
pozzolane e graniti, ovvero rocce di origine vulcanica, ma in quantità minori se ne riscontrano tracce anche in rocce sedimentarie come marmi, marne e flysh. Di conseguenza il radon è presente anche in determinati materiali costruttivi di origine minerale e lapidea, come i cementi pozzolanici e le sabbie.
L'invasività del radon è dovuta alla sua alta capacità di diffusione nell'aria dal suolo, nonché alla sua solubilità in acqua, cosicché può essere trasportato anche a grandi distanze dal luogo di formazione e può essere presente nelle falde acquifere.
I locali dell'edificio che pertanto risultano particolarmente sottoposti al rischio sono quelli situati ai piani bassi, ove ci siano canali di trasporto sottostanti ad alta permeabilità. Il solaio dell’area di Rappresentanza, interamente ricostruito, presenta un vespaio areato con elementi a igloo, non soltanto per allontanare l’umidità, ma anche per non avere concentrazioni pericolose di radon nei piani più bassi. Questi elementi si presentano come"cupole" in plastica rigenerata di dimensioni in pianta di cm 58x58 e di altezza pari a 26 cm, che mutualmente e velocemente collegate compongono una struttura autoportante, poggiante sui pilastrini che si formano ad un interasse di cm 56 e con un intercapedine sottostante libera.
Fig. 112 – Gli elementi a igloo del solaio della sala conferenze
I L RISPARMIO DELLA RISORSA IDRICA
Per ridurre il consumo della risorsa idrica si è optato per il riutilizzo delle acque
meteoriche e delle grigie provenienti dagli scarichi dei lavabi e delle docce,
(fabbricato di servizio I adibito a mensa e spogliatoio). L’utilizzo potrà essere
impiegato per l’annaffiatura delle aree a verde, ma anche come possibile
alimentazione della rete antincendio. L’acqua per almeno il 70% viene captata e
filtrata a garantire le caratteristiche igieniche che la rendano atta agli usi compatibili suddetti.
Per stoccare e riutilizzare le acque piovane possono essere previste vasche monoblocco interrate per recupero acque meteoriche, composte da una vasca monolitica cilindrica in calcestruzzo armato ad alta resistenza, per assicurare una assenza totale di perdite e di infiltrazioni nel terreno e da tutte le apparecchiature necessarie, inserite in un contenitore apposito posizionato sopra la vasca stessa.
I serbatoi delle vasche monoblocco vengono dimensionati sfruttandone la massima capacità di raccolta permettendo lo sfioro dell'acqua in eccesso. Un regolatore a galleggiante controlla il livello minimo dell‘acqua presente.
Fig. 113 – Lo schema di funzionamento del serbatoio di accumulo
Fig. 114 – Il sistema di irrigazione e raccolta acque meteoriche
