2. IL METODO
2.1 DOCUMENTO PRELIMINARE ALL’AVVIO DELLA PROGETTAZIONE
Finalità
La finalità principale è di realizzare un progetto organico e funzionale nell’area che fa parte del complesso terziario in Viale Luporini a Sant’Anna, lo scopo di questa serie d’interventi previsti nel PN7 del Regolamento Urbanistico del 2004 è di riqualificare il tessuto urbano ed ambientale di questa area. L’obiettivo del nostro intervento è quella di realizzare un edificio che ben si adatta con il contesto territoriale, e quindi con la viabilità, i caratteri naturali ma anche considerando le altre attività che si svolgono nell’area. Altro aspetto da considerare è quello di ottimizzare l’utilizzo dello spazio dell’area considerata, e quindi un corretto studio della posizione del nostro edificio all’interno del lotto, sia considerando la viabilità, le diverse attività che si svolgono, quindi creare come un percorso che va dai parcheggi all’ingresso dell’edificio, l’ingresso e le vetrine sono a Nord così da sfruttare la luce diffusa ed evitare quella diretta che crea abbagliamento, mentre i magazzini sono nella parte retrostante. Inoltre l’orientamento è definito anche per cercare un giusto compromesso dal punto di vista energetico, in quanto si presta molta attenzione anche alla sostenibilità, quindi cercare di studiare l’orientamento che permette di sfruttare l’utilizzo del Sole mediante le pensiline dei parcheggi e i pannelli fotovoltaici in copertura.
Altro obiettivo è di considerare le proposte di edilizia sostenibile, come utilizzare una forma compatta, utilizzare la vegetazione come schermatura al Sole nel periodo estivo, lo sfruttamento della ventilazione e poi come si è già dello lo sfruttamento dell’energia solare e poi l’orientamento. Importante è ottimizzare la suddivisione degli ambienti interni in modo da dimensionarli nel modo più opportuno possibile anche nel rispetto dei vincoli di legge sia di quelle antincendio che quelle per il superamento delle barriere architettoniche.
Vincoli
I vincoli che devono essere rispettati nella progettazione sono fissati dal Regolamento Urbanistico del Comune di Lucca. Dove dalla scheda normativa del PN7 nel R.U. 2004, il
volume massimo costruibile sono 10000 m3 mentre l’altezza massima dell’edificio sono 8
m10.
Altro vincolo della nostra area è fissato sempre dalla scheda normativa, che definisce le categorie di utilizzazione della nostra area, queste categorie sono B1.1, B1.2, B2.1, B2.4, B3,
B4.1, B4.2, B4.3.3, B4.3.4, B4.4, B4.5.1, B4.6, B5, B6.1, B6.2, B6.3, C4, D1. Queste categorie
sono già state definite nel capitolo 1 paragrafo 2 di questa tesi.
Dalle carte di fattibilità presenti nel Regolamento Urbanistico si vede che non ci sono vincoli dal punto di vista geologici o idrogeologici come abbiamo già definito al capitolo 1 paragrafo 6 sempre di questa tesi.
Altri vincoli sono quelli dettati dalle distanze dai confini e dalle strade, queste distanze son 5 m dai confini, mentre la distanza dalla via per San Donato sono 5 m perché la strada ha una larghezza minore di 7 m, mentre la distanza da Viale Luporini sono 10 m, perché la larghezza della strada è compresa tra 7 e 15 m.
Gli unici vincoli introdotti dal Regolamento Edilizio del Comune di Lucca per gli uffici e i negozi sono definiti all’art.66 che definisce, che uffici e negozi previsti in nuove costruzioni o ricavati nell'ambito di ristrutturazioni di locali esistenti dovranno essere dotati di adeguati servizi igienici comprendenti almeno un lavabo ed un WC.
10
Art. 4 – Altezza massima del fabbricato (H)
4.1 Per altezza massima del fabbricato si intende la misura massima del segmento verticale che congiunge il piano naturale di campagna circostante l’edificio misurata prima dell’intervento con:
- in caso di edifici con copertura piana, curva o inclinata con pendenze inferiori o uguali al 33%, l’intradosso del solaio di copertura ove lo stesso incontra il paramento verticale esterno della muratura dell’edificio. Non è valutata l’altezza delle facciate che non presentano raccolta di acque.
- in caso di edifici con copertura curva o inclinata con pendenze maggiori del 33%, con un riferimento virtuale definito dalla media tra la quota minima individuata dall’incontro dell’intradosso del solaio di copertura ove lo stesso incontra il paramento verticale esterno della muratura dell’edificio e la quota massima individuata dalla quota più alta dell’intradosso del solaio di copertura.
L’intradosso suddetto è pertanto identificato, sia in gronda che in sommità, dal piano d’imposta del solaio, oppure dal piano d’imposta dell’orditura secondaria se presente.
Qualora i servizi igienici non possano essere illuminati e aerati direttamente, su conforme parere favorevole dell'Ufficiale Sanitario i locali potranno essere illuminati anche artificialmente e ventilati automaticamente in modo idoneo.
Successivi vincoli sono poi quelli fissati dalla normativa antincendio, il D.M. 10 marzo 1998 fissa la larghezza delle vie di fuga e delle porte (che si devono aprire verso l’esterno) in base all’affollamento, considerando moduli di 60 cm e la larghezza è calcolata mediante la formula;
0,6 /50
Dove A è l’affollamento, nel nostro edificio le vie di fuga hanno una larghezza di 1,2 m. Questa normativa inoltre fissa le caratteristiche dell’accesso all’area:
• altezza libera 4 m • larghezza 3,5 m • raggio di volta 13 m • pendenza <10%
La resistenza al fuoco delle strutture deve essere:
• Strutture portanti REI11 60
• Strutture separanti REI 60
La reazione al fuoco dei materiali è di classe 1 per le scale, corridoi, disimpegni, rampe o passaggi, mentre è classe 0 per gli altri locali.
I depositi di materiali solidi combustibili possono essere ubicati ai piani fuori terra o ai piani 1º e 2º interrati. Le pareti devono essere minimo REI 60.
Nell’ottica della sicurezza contro gli incendi si deve pensare di disporre lungo le vie di fuga estintori o naspi.
Altri vincoli sono poi fissati dalla normativa sul superamento delle barriere architettoniche, le normative prese in considerazione sono il D.P.R.384/1978, poi abbiamo il D.P.R. 236/1989 e infine la legge 13 del 9 gennaio 1989.
Le caratteristiche che devono avere l’edificio sono l’accessibilità, sì intende la possibilità, anche per persone con ridotta o impedita capacità motoria o sensoriale, di raggiungere
11 REI = R (stabilità) attitudine di un elemento da costruzione di preservare la resistenza meccanica sotto l’azione del fuoco, E (tenuta) attitudine di un elemento da costruzione di non lasciar passare ne produrre se sottoposto all’azione del fuoco su un lato fiamme, vapori o gas caldi nel lato non sposto al fuoco, I (isolamento termico) attitudine di un certo materiale da costruzione a ridurre entro un certo limite la trasmissione del calore.
attrezzature in condizioni di adeguata sicurezza e autonomia.
Nel locale igienico, la persona in carrozzina può arrivare in prossimità del lavabo e del WC (anche senza l'accostamento laterale per la tazza WC e frontale per il lavabo).
Importante è anche l’adattabilità, sì intende la possibilità di modificare nel tempo lo spazio costruito a costi limitati allo scopo di renderlo completamente ed agevolmente fruibile anche da parte di persone con ridotta o impedita capacità motoria o sensoriale.
Questo criterio non stabilisce pertanto dei requisiti dimensionali da attuare al momento, quanto la possibilità di garantire in futuro la completa accessibilità.
Secondo la normativa gli accessi ed i percorsi orizzontali devono avere 85 cm luce netta minima, la maniglia ad un'altezza di 90 cm.
I locali igienici devono avere:
• DIMENSIONI: minimo 180 x 180 cm
• PORTE: 85 cm apertura minima apertura verso l'esterno
• WC: Posto nella parte opposta all'accesso. L'asse della tazza deve essere posto a una distanza minima di 140 cm dalla parete laterale sinistra e a una distanza minima di 40 cm dalla parete laterale destra. Lavabo: Deve essere posto preferibilmente nella parete opposta a quella cui è fissata la tazza WC lateralmente all'accesso.
• LAVABO: Deve essere posto a un'altezza di 80 cm dal pavimento e deve essere del tipo a mensola. Le tubazioni di carico e scarico dell'acqua devono essere sotto traccia per evitare ingombri sotto il lavabo. La rubinetteria deve avere il comando a leva. • SPECCHIO: Deve essere posto sopra il lavabo in una zona compresa tra 90 cm e 170
cm d'altezza.
• CORRIMANO: Il locale deve essere provvisto di un corrimano orizzontale continuo fissato lungo l'intero perimetro del locale (escluso lo spazio interessato dal lavabo e dalla porta).
Il corrimano deve essere fissato all'altezza di 80 cm dal pavimento e ad una distanza di 5 cm dalla parete. I corrimani devono essere realizzati in tubo di acciaio da un pollice, rivestito e verniciato con materiale plastico.
• CAMPANELLO ELETTRICO: Deve essere del tipo a cordone, posto in prossimità della tazza WC.
Le rampe devono avere una pendenza massima dell’8% con un pianerottolo 150x150 cm ogni 10 m, anche se la pendenza massima dipende dalla lunghezza della rampa, infatti la pendenza
massima è dell’8% se però non si superano i 2 m, mentre è del 7% fino a 5 m, sopra i 5 m è del 5% la pendenza massima. La pavimentazione deve essere anti-sdrucciolo. La larghezza minima è 1,5 m.
Gli ascensori devono avere una cabina 150x137 cm con una porta di 90 cm, ed il pianerottolo di fronte deve essere 150x150 cm. I parcheggi per i portatori di handicap devono essere 1 ogni 50 posti normali in prossimità dell’accesso dell’edificio e le dimensioni sono 500x350 cm.
Esigenze
Le esigenze che devono essere soddisfatte nel nostro intervento derivano direttamente dalle finalità da raggiungere e dai vincoli si deve cercare di soddisfare le sette classi di esigenze (sicurezza, benessere, accessibilità e fruibilità, aspetto, integrabilità, gestione e salvaguardia
dell’ambiente).12 Nella tesi abbiamo prestato particolare considerazione alla classe del
benessere in modo da realizzare un edificio confortevole, tuttavia cercando di avere un minor impatto ambientale. Per gli aspetti energetici quindi abbiamo cercato, sia con lo studio dell’involucro sia dell’impianto per minimizzare al massimo i consumi.
Nella progettazione si cerca anche di seguire le caratteristiche che deve avere un’edilizia sostenibile, quindi uno studio accurato dell’orientamento dell’edificio, della forma, aspetti che sono analizzati in seguito, si cerca di dare importanza al verde, anche mantenendo la vegetazione già presente nell’area in modo di realizzare un intervento che abbia un impatto minore, inoltre la vegetazione viene anche utilizzata per l’ombreggiamento estivo. Si è cercato di ridurre lo spazio da destinare a parcheggi anche realizzandolo su due livelli con una parte interrata, anche per poter sfruttare il lotto magari per successivi interventi. Inoltre anche la parte destinata a parcheggio si è cercata di sfruttarla in chiave energetica, infatti le pensiline dei parcheggi sono realizzate con strutture con pannelli fotovoltaici.
Oltre a questi aspetti abbiamo poi considerato le altre classi di esigenze, cercando di progettare un edificio sicuro, anche rispettando la normativa antincendio. Un edificio che sia accessibile a tutte le persone e fruibile in tutte le sue parti, nel rispetto della normativa per il superamento delle barriere architettoniche.
L’edificio dovrà essere ben dimensionato in modo da rispettare i vari vincoli e per poter svolgere le funzioni al proprio interno.
percorso logico che ci porta dall’ingresso all’area, al parcheggio e poi all’edificio.
Funzioni e AFO
Le funzioni e le attività che poi mi permettono di individuare poi gli AFO (ambiti funzionali omogenei) sono per gli spazi commerciali; l’esposizione delle merce sia all’interno del negozio che verso l’esterno mediante le vetrine, poi abbiamo come funzioni l’ingresso al negozio, la vendita della merce e poi tutte le attività di servizio tra cui il deposito della merce ed i servizi igienici13.
Per gli uffici invece le funzioni sono; la zona di accesso, gli ambiti lavorativi che dipendono da ciò che effettivamente sarà svolto all’interno di questi uffici cioè in base alla destinazione che avranno, tuttavia funzioni che ci saranno comunque sono quella di segreteria ed attività di servizio14.
Le funzioni invece cui dovrà rispondere l’ambiente esterno saranno di favorire l’accesso al lotto, permette la sosta delle auto, creare un ambiente piacevole con spazi verdi e favorire l’accesso all’edificio anche per chi ha delle disabilità, mediante la realizzazione di rampe. Inoltre si deve cercare di realizzare una parte da destinare alle attività di servizio, come accessi secondari, favorire il carico e lo scarico delle merci.
13 Pagina B 179 de Il nuovissimo manuale dell’architetto, Zevi B., Mancosu Editore, 2003
2.2 IL PROGETTO
Principi generali e oggetto della progettazione
L’oggetto della progettazione è la realizzazione di un edificio destinato a negozi e uffici. Nel nostro intervento i principi generali che ci guidano nella progettazione sono il rispetto dei vari requisiti che riguardano il benessere, quindi andare a realizzare un edificio che sia per prima cosa molto confortevole in cui è piacevole stare, trovare quindi il giusto orientamento del nostro edificio in modo da massimizzare lo sfruttamento dell’energia solare. Importante è anche progettare il nostro edificio in modo sostenibile, quindi cercare di ridurre al minimo l’impatto sull’ambiente e realizzare un edificio sì integra con l’ambiente circostante. L’edificio deve essere tuttavia sicuro, quindi si rispettano le norme tecniche e i requisiti introdotti dalla normativa antincendio.
Altri principi generali che abbiamo seguito nella progettazione sono di realizzare un edificio che sia accessibile e quindi utilizzabile da chiunque anche dai disabili, quindi rispettare le norme sul superamento delle barriere architettoniche. Inoltre altra linea guida nella progettazione è di cercare di sfruttare la superficie del lotto al meglio, quindi per questo si è realizzato il parcheggio su due livelli, con una parte interrata, ed inoltre si lascia un ampia area a verde, che ipoteticamente può essere utilizzata in seguito, in successive progettazioni. La progettazione inoltre è anche influenzata dalla suddivisione degli spazi interni in base alle esigenze da soddisfare quindi si devono individuare le funzioni e poi si va ad individuare gli spazi da destinare ad essi quindi si passa dagli AFO agli ASO e quindi alla preconfigurazione planimetrica con cui si realizza il progetto.
Accessibilità all’area e rapporti con il contesto e articolazione degli spazi esterni
L’accessibilità all’area si divide in accessi pedonali e per le auto, inoltre si va ad individuare un accesso di servizio per servire i magazzini degli spazi commerciali.
Figura 28: Accessibilità all’area
Figura 29: Ingresso delle auto all’area
Accesso per le auto Accesso di servizio Accesso pedonale Accesso pedonale Viabilità principale Viabilità secondaria
Gli accessi sono tutti lungo Viale Luporini che rappresenta la viabilità principale, oltre l’altro accesso pedonale che collega l’area alla futura stazione che è prevista in quell’area del PN7, si evita invece di realizzare accessi sulla via di San Donato, in quanto è una strada molto stretta e potrebbe creare dei problemi per la viabilità stessa. Lungo i percorsi pedonali per superare i vari dislivelli abbiamo realizzato delle rampe al 5% nel rispetto anche dei limiti per i disabili. Nella progettazione degli accessi e dei percorsi si è tenuto conto anche dei limiti dovuti alle norme antincendio.
Le vie all’interno del lotto hanno una larghezza di 6 m, per superare i dislivelli abbiamo delle rampe con una pendenza del 9%, inoltre abbiamo lasciato uno spazio destinato per la curvatura dei mezzi dei Vigili del Fuoco ed il raggio minimo è 13 m. Mentre la rampa dei parcheggi sotterranei ha una pendenza dell’11%.
Lo spazio esterno come abbiamo già detto è stato progettato per cercare di trovare la soluzione migliore dai vari punti di vista sia energetico per sfruttare al meglio l’energia solare, poi lo spazio esterno è articolato in modo da realizzare diversi spazi, quindi abbiamo l’accesso, poi la zona destinata a parcheggio, poi abbiamo la zona destinata a verde, e poi l’area dove si trova l’edificio. Abbiamo cercato di non sfruttare tutta la superficie in modo che l’area può, anche ipoteticamente essere utilizzata in seguito per nuove progettazioni. Inoltre nell’area dove si trovava una macchia di ontani, si è cercato di mantenere alcuni alberi per sfruttarli per l’ombreggiamento estivo.
Figura 31: Schema planivolumetrico dell'intervento
Articolazione degli spazi interni ed individuazione degli ASO
La progettazione inoltre è fortemente influenzata anche dalla suddivisione degli spazi interni, in modo da trovare la soluzione che mi permette di sfruttare il maggior spazio possibile per le attività che si devono svolgere all’interno dell’edificio e di ridurre al minimo lo spazio da destinare a collegamenti e servizi. L’edificio ha una forma a pettine, dove nella parte del lato lungo si trovano i magazzini ed i collegamenti. Inoltre la progettazione degli spazi interni è fortemente vincolata dalle norme sul superamento delle barriere architettoniche e la normativa antincendio.
Si passa quindi a definire le piante, dagli AFO si passa agli ASO (ambiti spaziali omogenei) e si mettono in confronto gli ASO con le matrici delle relazioni;
ambienti in modo da trovare la giusta disposizione degli spazi all’interno dell’edificio, i valori vanno da due (correlazione alta) a zero ( non c’è correlazione).
Si passa a determinare la forma della pianta;
Stesso ragionamento viene fatto per il primo piano, quindi si passa a determinare la matrice delle relazioni;
Figura 35: Matrice delle relazioni primo piano
Si passa a determinare la forma della pianta;
con una serie di rendering15;
Figura 37: Rendering parcheggio coperto con pensiline fotovoltaiche
Figura 38: Rendering prospetto sud
Figura 39: Rendering ingresso di sevizio
Figura 41: Rendering prospetto ovest
Figura 43: Rendering ingresso edificio
Come si può notare da questi rendering, il tamponamento esterno è realizzato da una serie di pannelli. Le dimensioni sono 90x120 cm, cioè quelle del pannello Aquapanel della Knauf. Questa soluzione mi permette di creare una modularità dei prospetti dell’edificio che mi determina anche la posizione degli infissi, in modo da realizzare un edificio semplice ma ben controllato.
Questa soluzione è migliore anche dal punto di vista della gestione dei tamponamenti stessi, nel caso di rottura di un pannello si cambia direttamente, evitando di fare interventi importanti.
Nel nostro intervento si è cercato di prendere in considerazione gli aspetti dello sviluppo sostenibile, che trova la sua definizione in:
lo Sviluppo sostenibile è uno sviluppo che garantisce i bisogni delle generazioni attuali senza
compromettere la possibilità che le generazioni future riescano a soddisfare i propri.16
Una successiva definizione di sviluppo sostenibile, in cui è inclusa invece una visione più globale, è stata fornita, nel 1991, dalla World Conservation Union, UN Environment Programme and World Wide Fund for Nature, che lo identifica come “un miglioramento della
qualità della vita, senza eccedere la capacità di carico degli ecosistemi di supporto, dai quali essa dipende”.
Nello stesso anno Hermann Daly ricondusse lo sviluppo sostenibile a tre condizioni generali; da cui alla figura 47.
Figura 44: Condizioni generali dello sviluppo sostenibile secondo Hermann Daly
Il rapporto Brundtland ha ispirato alcune importanti conferenze delle Nazioni Unite, documenti di programmazione economica e legislazioni nazionali ed internazionali. Per
16
La prima definizione in ordine temporale è stata quella contenuta nel rapporto Brundtland (dal nome della presidente della Commissione, la norvegese Gro Harlem Brundtland) del 1987 e poi ripresa dalla Commissione mondiale sull'ambiente e lo sviluppo dell'ONU (World Commission on Environment and Development, WCED)
favorire lo sviluppo sostenibile sono in atto molteplici attività ricollegabili sia alle politiche ambientali dei singoli Stati e delle organizzazioni sovranazionali sia a specifiche attività collegate ai vari settori dell'ambiente naturale.
Riportiamo in seguito la cronologia dello sviluppo sostenibile:
1972
• Conferenza di Stoccolma
• Nasce l’UNEP (United Nations Environmental Programme) il programma dell’O.N.U. concernente le problematiche ambientali con l’obiettivo di coordinare le politiche ambientali globali delle diverse agenzie dell’O.N.U. prevedendo sia azioni di monitoraggio ambientale che di prevenzione e tutela rispetto ai rischi ecologici
1987
• Rapporto Brundtland
1992
Conferenza di Rio- I principali documenti approvati durante la conferenza sono stati (v. I vertici per ambiente e sviluppo):
• Convenzione quadro sul cambiamento climatico (UNFCCC – United Nations Framework Convention on Climate Change)
• Convenzione sulla biodiversità • Dichiarazione di Rio
• Dichiarazione sulle foreste
• Agenda 2117
1997
• L'Unione Europea ad Amsterdam approva l'integrazione del Trattato dell'Unione innovando profondamente l'approccio alle politiche ambientali sino allora perseguite. Tra gli obiettivi si dà rilievo alla "promozione di uno sviluppo armonioso, equilibrato
17 Agenda 21: è un programma delle Nazioni Unite dedicato allo sviluppo sostenibile, consiste in una
pianificazione completa delle azioni da intraprendere, a livello mondiale, nazionale e locale dalle organizzazioni delle Nazioni Unite, dai governi e dalle amministrazioni in ogni area in cui la presenza umana ha impatti sull'ambiente.
La cifra 21 che fa da attributo alla parola Agenda si riferisce al XXI secolo, in quanto temi prioritari di questo programma sono le emergenze climatico- ambientali e socio-economiche che l'inizio del Terzo Millennio pone inderogabilmente dinnanzi all'intera Umanità.
il miglioramento di quest’ultimo".
• Durante la COP 3 dell’UNFCCC è adottato il Protocollo di Kyoto, così chiamato in onore della località che ospita la conferenza. Il Protocollo ha come obiettivo una
riduzione delle emissioni di CO2 almeno il 5,2% rispetto ai livelli del 1990 da ottenere
tra il 2008 e il 2010, e per entrare in vigore dovrà essere sottoscritto da non meno di 55 Paesi rappresentanti almeno il 55% delle emissioni globali.
2007
• A marzo è presentato il quarto rapporto dell’IPCC, l'Intergovernmental Panel on Climate Change, la più importante commissione di studio delle Nazioni Unite sul surriscaldamento globale, presentata nei primi giorni di febbraio a Parigi. Nello studio si legge che il riscaldamento del clima sulla Terra durerà per oltre un millennio. I ricercatori internazionali che hanno partecipato all’analisi ritengono con una probabilità del 90% che il riscaldamento climatico sia dovuto alle emissioni antropiche di gas serra.
• A settembre si tiene a Roma la prima Conferenza nazionale sui Cambiamenti Climatici: al termine dei lavori vengono presentate 13 azioni concrete per l'adattamento sostenibile al global warming.
L'accordo sul clima raggiunto nella Conferenza mondiale tenutasi a Kyoto alla fine del 1997 prevedeva che l'Europa, per l'anno 2010, abbatta dell'8% le proprie emissioni di gas-serra, e conseguentemente i consumi di energia, rispetto ai livelli del 1990. Il programma proposto dall'Italia, che si attribuiva un abbattimento del 7%, era articolato in due fasi: la prima, che si è conclusa nel 2000, è stata caratterizzata da interventi più leggeri e ha consentito di raggiungere i livelli del 1990; la seconda, più radicale, conseguirà nel decennio 2000-2010 la riduzione del 7%.
La prima fase che ha comportato, rispetto allo scenario tendenziale, un abbattimento di 16 milioni di tonnellate equivalenti di anidride carbonica, in un solo triennio, è stata attuata solo tramite strategie gestionali e non strutturali: la riduzione dei consumi energetici basata solo su interventi legati al traffico e alla riqualificazione energetica degli edifici.
L'importanza strategica assunta dal contenimento dei consumi energetici degli edifici deriva dalla rilevanza quantitativa del problema: se l'attività edilizia, dall'estrazione delle materie prime alla fine della vita degli edifici, è responsabile globalmente di circa il 40% delle
emissioni inquinanti nell'atmosfera e del 42% dei consumi mondiali di energia, la fase della vita di esercizio dell'edificio assorbe almeno il 70% di questo consumo e provoca in pari misura l'inquinamento, che a esso è correlato.
Operatori delle costruzioni e utenti dovranno quindi aspettarsi a breve prescrizioni o tassazioni penalizzanti i consumi o, più ottimisticamente, incentivi e detassazioni per premiare le soluzioni energeticamente più attente, purché non a scapito della qualità interna.
"Trasparente, con minimo impegno di materia, tecnologicamente avanzata, ad alta qualità
abitativa ed ecocompatibile": secondo questi slogan viene ipotizzata l'abitazione del futuro;
non si tratta di caratteristiche contraddittorie (poca massa equivale a elevate dispersioni) ma di risultati ottenibili mediante una progettazione supportata da conoscenze scientifiche relative all'uso corretto delle proprietà dei materiali e delle potenzialità ambientali.
Per ottimizzare il bilancio energetico tra l'energia cosiddetta "incorporata" nei prodotti da costruzione (ovvero l'energia consumata per acquisire la materia prima, per produrre i manufatti, per trasportarli e metterli in opera) e l'energia risparmiata durante l'uso sono necessarie banche dati e software di gestione molto complessi non ancora messi a punto dalla ricerca mondiale.
Si può però iniziare a operare in via intuitiva: lo sviluppo dell'involucro a proposito dei venti e al soleggiamento, la posizione delle aperture, l'inserimento di elementi frangisole, l'inserimento di torri del vento per raffrescare e di serre per captare l'irraggiamento solare può migliorare il bilancio energetico rendendo attivo il comportamento dell'edificio in relazione all'ambiente.
Se è pur vero che man mano che intervengono nuove richieste normative o nuove indicazioni dal mercato la produzione e le documentazioni tecniche, si aggiornano per fornire agli operatori delle costruzioni soluzioni adeguate e opportunità di controllo, è sempre al progettista che spetta il compito di decidere, al di sopra di un eventuale condizionamento. Le costruzioni hanno sempre agito come regolatori dei flussi energetici da e verso l'ambiente esterno, tanto che molti architetti hanno descritto l'involucro dell'edificio come una "terza
pelle" che aiuta l'involucro biologico e il vestiario, rispettivamente prima e seconda pelle
dell'uomo, nella loro azione di controllo delle condizioni ambientali.
Definire il ruolo dell'architettura in questi termini comporta una profonda revisione dei parametri di giudizio perché aggiunge ai canoni estetici e poetici e ai criteri socio-economici anche la valutazione dell'efficienza nel controllare gli scambi di energia e materia tra l'interno (ambiente confinato) e lo spazio esterno.
cui ci hanno abituato 50 anni di sprechi energetici e richiede una modifica dei comportamenti che incontra una certa resistenza da parte degli stessi utenti. Dal secondo dopoguerra le condizioni ambientali (luminose, termo-igrometriche e di qualità dell'aria) negli edifici sono andate infatti modificandosi costantemente grazie all'introduzione di nuove norme igienico sanitarie e alla diffusione degli impianti tecnici.
Proprio ricorrendo agli impianti tecnici è stato possibile ottenere ambienti interni con condizioni artificiosamente stabili praticamente senza alcuna variazione giornaliera o stagionale.
La valutazione del comfort ambientale si è quindi profondamente modificata e condizioni termiche o luminose interne che qualche decennio or sono erano considerate "buone" sono ora valutate come "insufficienti" o "del tutto inadeguate".
In questi anni l'attenzione suscitata dai crescenti problemi ecologici ha modificalo, almeno parzialmente, queste considerazioni e la qualità bioecologica degli ambienti è diventata un elemento di importanza crescente.
Nell’architettura bioclimatica le scelte progettuali relative alla forma, all'orientamento, alle
tecniche costruttive e all'organizzazione degli ambienti interni sono gli ingredienti attraverso i quali sono possibile realizzare le condizioni desiderate in rapporto alle condizioni esterne. Accettare questo fatto significa accettare l'idea che esistono dei limiti ambientali oggettivi che vincolano il progetto e ammettere quindi che non è mai possibile operare scelte progettuali libere da ogni vincolo ma anzi che le specifiche condizioni locali (clima, intorno, orientamento, ecc.) contribuiscono a definire le potenzialità e le modalità di edificazione locali.
Maggiore è il grado di variabilità delle condizioni interne accettato dagli utenti, più facilmente queste condizioni potranno essere raggiunte ricorrendo alle sole fonti di energia rinnovabile localmente disponibili e quindi più facilmente potranno essere applicati i metodi naturali di controllo ambientale.
Questa relazione non è comunque di tipo lineare e per avere effetti consistenti è sufficiente permettere variazioni giornaliere e stagionali relativamente contenute. Uguali condizioni termiche sono valutate in maniera diversa se sono ottenute per via naturale (per esempio ventilazione naturale) o artificiale.
18 Il termine bioclimatico deriva dalla bioclimatologia una disciplina nata agli inizio del secolo per spiegare la distribuzione delle diverse specie vegetali sul nostro pianeta. La bioclimatologia studia cioè le relazioni che intercorrono tra condizioni climatiche e vita.
Le decisioni che hanno maggiore influenza sul comportamento energetico dell'edificio sono infatti quelle prese all'inizio del processo progettuale che si riferiscono alla localizzazione, all'orientamento e alla forma dell'edificio. Non bisogna, infatti, credere che i problemi energetici siano risolvibili con soluzioni applicate a ipotesi progettuali già definite, né che tali problemi possano essere sempre risolti inserendo componenti ambientali high-tech che tendano a correggere una soluzione progettuale iniziale poco favorevole.
Un interessante modello per comprendere le relazioni che legano l'edifico e il suo intorno, è quello di considerarlo come un componente di un ecosistema naturale che mantiene complesse relazioni energetiche con l'ambiente circostante. Durante i trasferimenti e le trasformazioni di energia una quota viene dispersa e la rimanente tende a incrementare lo stato energetico dell'edificio.
Ogni edificio scambia energia con l'ambiente esterno prevalentemente attraverso il proprio involucro. Gli scambi energetici avvengono attraverso le pareti opache e le superfici vetrate dell'involucro e per movimenti di masse d'aria tra l'interno e l'esterno. L'equilibrio che si ottiene tra l'energia fornita all'edificio (metabolismo interno, impianto di condizionamento) o captata (radiazione solare) e quella persa dall'edificio stesso, in relazione alla sua capacità di accumulo, determina Io stato energetico interno. La temperatura di equilibrio risultante da questo bilancio d’input e output determina, in maniera approssimata, le condizioni di comfort per gli occupanti.
Secondo le condizioni climatiche e del tipo di attività svolta, si possono avere periodi di tempo nei quali si ha necessità di ricevere energia e altri in cui si ha necessità di dissiparla. Obiettivo di un progetto energeticamente attento è quello di ottimizzare i sistemi naturali di controllo per regolare contemporaneamente i guadagni energetici naturali e le perdite dell'edificio attraverso il suo involucro e i ricambi d'aria. Ciò permette di migliorare il comportamento alle diverse condizioni ambientali con il minimo consumo di energie non rinnovabili.
Le partizioni interne permettono di ottenere una naturale zonizzazione termica e permettono l'accumulo di energia nelle masse sottoposte a irraggiamento. Questa energia viene restituita nel tempo diminuendo le oscillazioni termiche.
termo-fisiche; per i materiali edilizi tradizionali il valore della capacità termica19 è in sostanza proporzionale al peso specifico.
La necessità di affrontare sia problemi di riscaldamento invernale sia di raffrescamento estivo e le condizioni climatiche nelle mezze stagioni quando si possono presentare situazioni di freddo e caldo in rapida successione, richiedono sistemi più complessi, adattabili e a comportamento variabile. Prevalgono in questi climi i sistemi flessibili e gli spazi di mediazione che sono utilizzati in maniera discontinua nell'arco dell'anno (portico, patio, atrio, ecc.).
Quando l'obiettivo principale è di evitare al massimo le perdite, è importante che la forma generale dell'edificio sia compatta ovvero che vi sia poca superficie di contatto tra esterno e interno: nel nostro progetto com’è poi analizzato in modo approfondito in seguito, si è cercato di realizzare un edificio che abbia una forma compatta, in cui il rapporto S/V è basso e nel nostro caso è di 0,51.
Spesso per migliorare le condizioni interne degli edifici, si cerca di favorire la permeabilità (sia in ingresso, sia in uscita) a determinate forme di energia. Le tecniche più utilizzate sono, quelle di captazione della radiazione solare oppure le tecniche di ventilazione, dissipazione notturna del calore, ecc.
Per mantenere costanti nel tempo le condizioni energetiche all'interno dell’edificio, riducendo le oscillazioni termiche e sfasando nel tempo i contributi termici provenienti dall'ambiente esterno, si deve intervenire sull’involucro dell’edificio, oppure sugli impianti, in modo da ridurre le dispersioni ed aumentare l’inerzia termica.
L'uso prevalente delle fonti energetiche rinnovabili in edilizia, in particolare in Italia, si riferisce al contributo per il riscaldamento ambientale o dell’acqua sanitaria ottenuta utilizzando sistemi solari di tipo prevalentemente passivo nel primo caso e attivo nel
secondo20 oppure l’energia solare, come nel nostro caso, utilizzata per la produzione di
energia elettrica mediante l’utilizzo di pannelli fotovoltaici.
La progettazione di sistemi passivi spinti può però produrre un eccessivo guadagno termico con il rischio di surriscaldamento ambientale nel periodo estivo, nelle mezze stagioni e,
19 La capacità termica di un materiale si ottiene moltiplicando la massa per il calore specifico.
20 Un sistema di captazione si dice passivo quando non richiede un apporto energetico esterno per il proprio funzionamento. I sistemi attivi, come per esempio i pannelli solari per il riscaldamento dell'acqua sanitaria, utilizzano invece dei componenti che richiedono un apporto energetico esterno per funzionare (pompe di circolazione, ecc.). Esistono anche dei sistemi cosiddetti ibridi in cui il funzionamento naturale/passivo viene migliorato utilizzando dei componenti attivi (aspiratori, ventilatori, ecc.).
occasionalmente anche in inverno. Questo fatto può accadere abbastanza facilmente quando vi siano condizioni climatiche molto differenti in inverno e in estate; in questi casi è necessario valutare con grande attenzione il comportamento dell'edificio sia nelle stagioni fredde sia in quelle calde per controllare i rischi di disagio estivo. Il risparmio energetico invernale può, infatti, essere rapidamente annullato da una richiesta di condizionamento estivo eccessivo.
Le soluzioni sperimentali possono, infatti, essere metabolizzate e riproposte dai progettisti mantenendo inalterati gli schemi e le logiche di funzionamento. Nei paesi dell'area mediterranea e in generale nelle situazioni urbane la maggiore complessità del clima e dell'intorno rende difficile definire soluzioni "tipo" semplici e riproducibili; la maggiore varietà climatica richiede, infatti, soluzioni specifiche per ogni determinato luogo e attività che deve essere valutate caso per caso.
Nei paesi del Mediterraneo diviene particolarmente importante valutare anche il comportamento estivo degli edifici in quanto i rischi di sovra-riscaldamento possono essere molto elevati.
La valutazione dell'illuminazione naturale è altrettanto critica poiché le condizioni dell’illuminazione variano completamente in presenza o in assenza di radiazione solare diretta. Questo problema è poco significativo nell'Europa centrale e settentrionale dove il grado di copertura del cielo è abbastanza elevato, ma assume una particolare rilevanza nei territori soleggiati.
Forma dell’edificio
La forma dell’edificio deve essere influenzata dalle caratteristiche climatiche del luogo in cui sarà realizzato.
Nei climi estremi la forma tende a divenire compatta per una maggiore difesa dalle condizioni ambientali non favorevoli. Alle latitudini dell’Italia centrale invece, la forma più indicata è quella a parallelepipedo, che consente di controllare la dispersione termica invernale e gli apporti di calore in estate, permettendo un adeguato sfruttamento della radiazione solare nei mesi freddi.
Nel nostro progetto si è cercato di dare una certa importanza a questo aspetto, quindi cercare quella forma che mi permette di avere un rapporto S/V il più basso possibile. Tuttavia la forma non può essere vincolata solo da quest’aspetto ma anche da altri fattori come ad
deve cercare la forma che più si adatta al lotto e alla viabilità sia interna che esterna al lotto. La forma che è stata pensata è a pettine con tre corpi rettangolari (dove si svolgono le varie attività), questi sono collegati dai parallelepipedi (dove si hanno i collegamenti).
I tre corpi tuttavia non sono dei parallelepipedi perfetti ma hanno il lato all’interno della corte leggermente inclinato per aprire gli ambienti interni più verso l’esterno e favorire in questo modo l’ingresso della luce naturale. Il valore del rapporto S/V è 0,51; quindi abbiamo una forma abbastanza compatta (vedi figura 44).
Spazio destinato alle attività Spazio destinato alle attività Spazio destinato alle attività Spazio destinato alle attività Collegamenti Verticali Collegamenti Verticali
Figura 45: Preconfigurazione planimetrica dell’edificio
Orientamento dell’edificio
Gli edifici sono in rapporto costante con il Sole e l’esposizione alle radiazioni solari ha effetti diretti sul consumo di energia e sul comfort interno. Per questa ragione è fondamentale orientare in maniera corretta l’edificio, in modo da sfruttare al massimo la radiazione solare nel periodo invernale e garantire condizioni di comfort all’interno degli ambienti minimizzando il ricorso agli impianti termici.
Per valutare l’intensità di calore riguardante un fronte di un edificio, si definisce il valore elio termico come prodotto delle ore di Sole di insolazione di una facciata per la relativa temperatura media dell’aria.
Alle nostre latitudini i valori sono21:
• N 390 • N-E 480 • N-O 703
21
Valori tratti da Lezioni di Architettura Tecnica II, di Pier Luigi Maffei, Pisa, Editrice Universitaria Felici, 1989; pag. 62-63
• E 796
• O 1048
• S-E 1129
• S-O 1352
• S 1438
Figura 46: Asse eliotermico
L’asse eliotermico fu proposto nel 1920 da Rey e Pidoux per Parigi, è l’asse di simmetria del diagramma che per la particolarità della forma si chiama cardioide. Tale asse è inclinato di 18° Est rispetto all’asse Nord-Sud, quindi:
• la posizione dell’asse eliotermico può influenzare la progettazione
• gli edifici che fronteggiano una via orientata secondo l’asse elio termico ricevono uguale quantità di calore sui fronti paralleli
Anche la disposizione degli spazi interni all’edificio è molto importante ed è per questo che abbiamo cercato di dare ai vari locali la giusta disposizione considerando comunque altri aspetti. L’orientamento utilizzato è Est-Ovest, ciò allo scopo di cercare di sfruttare al meglio l’energia solare ponendo il lato lungo esposto a Sud, mentre lo spazio da destinare alle vetrine è a Nord in modo da avere illuminazione diffusa; abbiamo dunque cercato di evitare nel limite di esporre le vetrine degli spazi commerciali ad Ovest in quanto sono critiche durante il periodo estivo per l’elevato irraggiamento durante le ore pomeridiane.
N
Figura 47: Orientamento edificio
Altro aspetto importante da prendere in considerazione è il rapporto tra pieni e vuoti, infatti la forma geometrica e l’estensione delle superfici vetrate regolano il flusso dell’energia solare e di luce che penetra all’interno dell’edificio. Per questa ragione, alle latitudini dell’Italia centrale è consigliabile concentrare le superfici vetrate a Sud oppure verso Est, mentre il lato a Nord, che costituisce un elemento di dispersione termica, deve essere ben coibentato e avere minori aperture. Le superfici vetrate devono consentire di massimizzare l’illuminazione naturale, evitando al tempo stesso il surriscaldamento dell’edificio durante la stagione estiva; per questo un ruolo importante rivestono le schermature.
Vegetazione e schermature
Le schermature solari esterne e regolabili hanno la funzione di modulare l’ingresso dei raggi solari nell’abitazione a seconda del periodo dell’anno in cui ci troviamo.
In generale devono:
1. permettere l’ingresso della radiazione solare in inverno;
2. bloccare l’ingresso della radiazione solare in estate per evitare surriscaldamenti.
La vegetazione può essere utilizzata in bioedilizia come elemento di regolazione microclimatica, in quanto è in grado di modificare il livello di radiazione solare incidente, facendo variare così la temperatura dell’aria, delle superfici e dell’edificio.
La vegetazione può divenire quindi parte integrante del progetto in quanto si può utilizzare per il riscaldamento e il raffrescamento naturale: alberi sempreverdi collocati a Nord dell’edificio lo proteggeranno dai venti invernali e vegetazione a foglie caduche sul lato opposto, a Sud, questo garantirà l’ombra d’estate, lasciando filtrare i raggi solari nelle altre stagioni.
Nel nostro progetto abbiamo proprio sfruttato questa caratteristica della vegetazione per schermare i fronti esposti a Sud e a Ovest cioè quelli maggiormente colpiti dal soleggiamento, per fare ciò abbiamo quindi sfruttato gli alberi già presenti nel lotto. Gli alberi presenti nel lotto sono ontani(come abbiamo già descritto al paragrafo 1.4.2), quindi alberi a foglia caduca, che si prestano bene a questo compito in quanto d’estate crea ombra con la chioma mentre d’inverno gli cadono le foglie e favorisce il passaggio dei raggi solari. Quindi questo oltre ad essere un intervento molto utile è pure un intervento in linea con la nostra idea di edilizia sostenibile.
Figura 48: Sistemazione esterna dell’edificio
Abbiamo inoltre verificato che gli alberi siano in grado di fare ombra sull’edificio considerando l’altezza dell’albero che è di circa 9 m, e l’inclinazione dei raggi solari valutati con le carte solari (capitolo 1 paragrafo 4).
La ventilazione naturale è molto importante in estate per garantire e mantenere il comfort termico in tutti i locali dell’edificio, minimizzando l’utilizzo di impianti di condizionamento, in quanto la ventilazione asporta il calore entrante migliorando le condizioni di benessere. Le aperture realizzate per attuare la ventilazione devono essere perpendicolari alla direzione
del vento22. In questo contesto è necessario considerare l’importante ruolo dei camini23
(sistemi di tiraggio naturale) che contribuiscono alla ventilazione naturale sfruttando la tendenza che ha l’aria calda, di salire verso l’alto.
La ventilazione naturale è sfruttata nella copertura dove si hanno risparmi del 38% rispetto alla stessa copertura senza ventilazione, dato valutato mediante un algoritmo di calcolo messo a punto dal gruppo di Fisica Tecnica Ambientale del Dipartimento di Energetica dell’Università di Pisa, che verrà evidenziato di seguito.
Sistemi solari
Per rendere il nostro intervento ancora più qualificato dal punto di vista energetico si è pensato di sfruttare anche l’energia solare mediante l’utilizzo di pannelli fotovoltaici (un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico che sfrutta l'energia solare per produrre energia elettrica). I principali componenti di un impianto fotovoltaico a isola sono generalmente:
• Campo fotovoltaico, deputato a raccogliere energia mediante moduli fotovoltaici disposti opportunamente a favore del sole;
• Regolatore di carica, deputato a stabilizzare l'energia raccolta e a gestirla all'interno del sistema;
• Batteria di accumulo, deputata a conservare l'energia raccolta in presenza di irraggiamento solare per permetterne un utilizzo differito da parte dei carichi elettrici. • Inverter, deputato a convertire la tensione continua (DC) in uscita dal pannello
(solitamente 12 o 24 volt) in una tensione alternata più alta (solitamente 110 o 220 volt)
Il regolatore di carica ha tra le sue funzionalità più tipiche quelle di:
22 www.architoscana.org/manuale_bio/manuale-pdf/005_SISTEMI_PER_RAFFRESCAME.PDF
23 L'effetto camino consiste nella differenza di pressione che si può creare tra i livelli di un'abitazione, fenomeno fisico simile a quello che si verifica in un vero camino. In una casa su più piani, l'aria calda, più leggera di quella fredda, risale verso i livelli più alti, creandovi una pressione superiore a quella atmosferica.
• distacco del campo fotovoltaico dalla batteria in caso di tensione inferiore a quello utile a quest'ultima, come ad esempio dopo il tramonto;
• distacco del campo fotovoltaico dalla batteria in caso di ricarica totale di quest'ultima; • distacco dei carichi elettrici dalla batteria in caso di scarica profonda di quest'ultima
(batteria ormai esaurita).
Questi impianti possono immettere nella rete di produzione elettrica nazionale, l’energia prodotta in esubero, e questo rappresenta un gran vantaggio in quanto l’energia può essere venduta.
Questo tipo di impianti, grazie alle incentivazioni stabilite dai paesi ratificanti il Protocollo di
Kyōto, e concretizzatesi in Italia con il cosiddetto “Conto Energia”24, hanno avuto un aumento
esponenziale di applicazioni.
La potenza nominale di un impianto fotovoltaico si misura con la somma dei valori di potenza nominale di ciascun modulo fotovoltaico di cui è composto il suo campo, e l'unità di misura più usata è il chilowatt di picco (simbolo: kWp).
La superficie occupata da un impianto fotovoltaico è in genere poco maggiore rispetto a quella occupata dai soli moduli fotovoltaici, che richiedono, con le odierne tecnologie, circa 8
m²/kWp25 ai quali vanno aggiunte eventuali superfici occupate dai coni d'ombra prodotte dai
moduli stessi, quando disposti in modo non complanare.
Negli impianti su terreno o tetto piano, è prassi comune distribuire geometricamente il campo su più file, opportunamente sollevate singolarmente verso il sole, in modo da massimizzare l'irraggiamento captato dai moduli. Queste file vengono stabilite per esigenze geometriche del sito di installazione e possono o meno corrispondere alle stringhe, ovvero serie, elettriche stabilite invece per esigenze elettriche del sistema.
In entrambe le configurazioni di impianto, ad isola o connesso, l'unico componente disposto in esterni è il campo fotovoltaico, mentre regolatore, inverter e batteria sono tipicamente disposti in locali tecnici predisposti.
La prassi vuole che gli impianti fotovoltaici siano suddivisi per dimensione in 3 grandi famiglie, con un occhio di riguardo soprattutto a quelli connessi alla rete:
• Piccoli impianti: con potenza nominale inferiore a 20 kWp;
• Medi impianti: con potenza nominale compresa tra 20 kWp e 50 kWp;
24 Conto energia è il nome comune assunto dal programma europeo di incentivazione in conto esercizio della produzione di elettricità da fonte solare mediante impianti fotovoltaici permanentemente connessi alla rete elettrica
Questa classificazione è stata in parte dettata dalla stessa normativa italiana del “Conto Energia”, tuttavia il "Nuovo conto energia" del Febbraio 2007 definisce tre nuove tariffe incentivanti: da 1 a 3 kWp, da 3 a 20 kWp e oltre i 20 kWp.
L’utilizzo di pannelli fotovoltaici nel nostro progetto tuttavia è solo una proposta progettuale, infatti questo aspetto non è stato approfondito né dal punto di vista economico né da quello energetico, saranno necessari da questo aspetto studi più approfonditi. Si può tuttavia dire che
la superficie dei pannelli è 1085 m2, con un produzione elettrica di 136 kWp, in condizioni
ottimali.
Figura 49: Un impianto fotovoltaico standard connesso alla rete è costituito dai componenti evidenziati nello schema adiacente.
I pannelli fotovoltaici oltre che sul tetto si usano anche come copertura delle pensiline dei parcheggi ed hanno la seguente forma come si trovano spesso negli Autogrill lungo le autostrade;
Figura 50: Pensilina fotovoltaica
