3. Il progetto preliminare

3. Il progetto preliminare

3.1 Ubicazione e sistemazioni esterne

"Io avrei un’idea per migliorare la situazione dello spazio per giocare, a scuola e in paese. Si potrebbero costruire delle villette grandi, fatte apposta per far giocare i bambini in inverno, al caldo con tanto spazio a disposizione. Poi in paese si potrebbe trovare uno spazio per costruire un parco grande ma suddiviso in modo che da una parte possano andare solo i ragazzi grandi e dall’altra quelli più piccoli"(Angelo da “Il grande libro dei diritti dei bambini”)

Le parole di Angelo riassumono, con l’immediatezza che caratterizza i bambini, le qualità richieste per lo spazio aperto e in generale per lo spazio per il gioco. Le stesse esigenze, superfici ampie, suddivise in base all’età dell’utenza e la possibilità di spazi caldi per l’inverno, sono evidenziate dagli insegnanti, soprattutto della scuola elementare, dai genitori e dai bambini. (L’analisi completa è riportata in allegato A).

Nel progetto si prevede dunque un ampio giardino, suddiviso in base all’età dei ragazzi e alle diverse attività didattiche che vi si possono svolgere e una serra solare collegata agli spazi didattici, un ambiente intermedio fra esterno e interno, capace di assumere, oltre a funzioni prettamente energetiche, la conformazione di uno spazio fruibile, soprattutto in inverno quando le condizioni metereologiche e la temperatura esterna impediscono lo svolgimento delle attività ricreative all’aperto.

Il giardino rappresenta anche il filtro e il connettivo con il quartiere che, come già illustrato nel capitolo precedente, presenta disomogeneità architettoniche e sociali.

Nell’area sud ovest sono evidenti i caratteri di un quartiere popolare, grandi palazzi, circondati piuttosto da parcheggi che da giardini, ampie strade che suddividono gli isolati e lunghe file di case a schiera.

Dietro le facciate stinte dei palazzi e i muri ricoperti di scritte emerge chiaramente il degrado non solo architettonico, ma soprattutto sociale e la necessità di interventi che sia sul piano dell’edilizia che su quello culturale offrano occasioni per una riqualificazione, un’ occasione per il cambiamento.

A Nord est si ha invece un quartiere che si sta sviluppando secondo una logica diversa anche se forse non migliore. Piccole case, villette isolate, che si affacciano su microscopici giardini, una frammentazione e uno sfruttamento intensivo in un quartiere apprezzato per la tranquillità, per il rapporto con la campagna, che oggi è sicuramente difficile ritrovare.. Le strade strette non riescono a smaltire il traffico e le dotazioni di parcheggi, aree verdi, spazi comuni di qualsiasi genere sono insufficienti.

La scuola è dunque una cerniera in una realtà architettonica e sociale difficile, e la sua importanza risulta essere enorme in un momento in cui è li che i bambini e i ragazzi passano la maggior parte del tempo.

Per questo motivo il complesso scolastico è stato progettato ponendo particolare attenzione al legame col contesto, perché diventi un ambiente veramente capace di accogliere, di favorire l’incontro e lo sviluppo delle relazioni.

Simmetricamente si è voluto porre l’accento sul rapporto con l’ambiente naturale ispirandosi ai principi della bioarchitettura, dando particolare rilievo ai criteri di biocompatibilità e ecosostenibilità.

E’ stato previsto l’allargamento delle sedi stradali che circondano il lotto e la realizzazione di marciapiedi che consentano un facile accesso pedonale alla scuola.

Verso sud, in aderenza a via Romana è stata prevista la realizzazione di un parcheggio a servizio degli insegnanti e dei genitori. Il parcheggio si presenta arretrato rispetto alla sede stradale per evitare l’ingombro delle stessa in fase di manovra e quindi possibili problemi di traffico nelle ore di punta che corrispondono al momento dell’entrata e dell’uscita da scuola.

In corrispondenza dello spazio per l’educazione fisica, composto di palestra e spazi esterni aperti anche alla comunità extra scolastica è stato previsto un secondo parcheggio accessibile da Via Quercioli. Tale area, più ampia rispetto alla precedente permette la sosta nel caso di manifestazioni sportive, riunioni scolastiche, attività legate alla presenza dell’auditorio ed in generale per tutte le occasioni che comportano la permanenza più o meno lunga di numerose persone all’interno della struttura. Alberi sempreverdi separano

l’area di parcheggio dal giardino,un ampio marciapiede la collega allo spazio antistante la palestra e la biblioteca.

L’agevole collegamento dell’area con i punti di sosta dei mezzi pubblici e la presenza di percorsi pedonali e ciclabili si auspica stimoli il raggiungimento dell’istituto evitando l’uso dell’auto privata.

La composizione architettonica della scuola si fonda tra la chiara separazione fra gli spazi per l’insegnamento e quelli di servizio articolati intorno ad una strada interna che evidenzia la funzione e la vocazione urbana dell’organismo scolastico. Gli spazi per l’insegnamento, costituiti essenzialmente dalle aule tradizionali e dai laboratori, sono distinti in due blocchi, uno per la scuola elementare e uno per la scuola media che si configurano come due corpi a sviluppo perpendicolare rispetto al corridoio principale. Le funzioni della biblioteca, dei servizi amministrativi, della palestra, della mensa, dell’auditorium si affacciano sul corridoio centrale a cui si affianca un parallelo percorso esterno coperto con una pensilina. Tale strutturazione consente l’apertura di parte degli ambienti scolastici alla collettività e suggerisce uno sfruttamento di tali strutture anche nel periodo di chiusura della scuola. Dalla distribuzione degli ambienti deriva anche l’aggregazione e la sistemazione degli spazi esterni.

A sud di fronte alle aule per le attività didattiche si apre un ampio giardino, protetto dall’ambiente esterno con alberi maturi, in parte già presenti nel luogo. Gli alberi separano, isolano il giardino dalla strada, attenuano il rumore grazie alla capacità della massa vegetale di assorbire le onde sonore, il fogliame trattiene le polveri e fissa i gas nocivi riducendo così il livello di inquinamento dell’aria. Per quanto riguarda l'influenza sul microclima la vegetazione assume una notevole importanza soprattutto in relazione all’ombreggiamento dei percorsi e degli edifici e al raffrescamento estivo naturale.

Perché tali aspetti avessero un influenza positiva è stato necessario scegliere alberi con le caratteristiche adatte. Gli alberi ad alto e medio fusto proiettano ombra sul suolo o sugli edifici, in misura maggiore o minore a seconda della forma della chioma. In generale, l'effetto di ombreggiamento sul suolo è modesto per le chiome a forma fusiforme ed ovoidale, mentre è sensibile per quelle sferoidale, conica e emisferica. Bisogna tuttavia considerare che sulle pareti verticali degli edifici, l'ombreggiamento può essere rilevante in relazione alla densità degli alberi.

L'ombreggiamento provocato dagli alberi sul suolo o sulle pareti degli edifici può costituire un elemento favorevole o sfavorevole a seconda delle stagioni. In estate le alberature producono un effetto favorevole per i seguenti motivi:

a) sul suolo:

- proteggono le colture a terra da un eccessiva traspirazione; - possono creare luoghi di sosta ombreggiati.

b) Sulle pareti degli edifici:

- impediscono il surriscaldamento delle pareti opache;

- impediscono un eccessivo soleggiamento dei sistemi solari passivi.

Le alberature producono invece effetti sfavorevoli durante la stagione invernale per i seguenti motivi:

a) sul suolo:

- ostacolano l'evaporazione dell'acqua;

- impediscono lo scioglimento di eventuali croste di ghiaccio. b) Sulle pareti degli edifici:

- impediscono il guadagno termico dovuto al soleggiamento;

- mantenendo fredde le pareti si possono avere fenomeni di condensa.

Dalle precedenti considerazioni emerge l’opportunità di utilizzare alberature a foglia caduca, in tal modo vengono mantenuti gli effetti positivi e si eliminano quasi completamente gli effetti sfavorevoli durante la stagione fredda.

Per quanto riguarda la determinazione dell’entità quantitativa dell’ombra portata, nelle varie stagioni, e la sua durata, durante l’arco della giornata, la chioma del singolo albero o di un insieme di alberi può essere assimilata, con buona approssimazione, ad un solido geometrico.

In questa parte del giardino trovano spazio i giochi, le vasche di sabbia, ma la maggior parte dello spazio è lasciato libero, non strutturato per favorire l’esperienza diretta non guidata, il gioco non organizzato.

Nel giardino troveranno posto alberi sempreverdi, ma anche alberi da frutto, olivi cespugli fiori e piante aromatiche, per favorire nei bambini e nei ragazzi il rapporto con la natura, per consentire loro di osservare i suoi colori e le sue forme, i suoi profumi e la sua diversità. Come suggerito da diversi insegnanti nell’area saranno inserite aiole che ricostruiscono diversi ambienti naturali caratteristici del territorio: la macchia mediterranea, il bosco di castagni, gli agrumi.

Il percorso longitudinale, in parte interno alla struttura in parte costituito da una pensilina divide il giardino in due aree,una rivolta a est e l’altra a ovest.

L’area rivolta a ovest dove si affacciano gli spazi amministrativi, la grande parete vetrata della mensa e della biblioteca è caratterizzata dalla presenza di uno specchio d’acqua, parte di un sistema di fitodepurazione.

L’acqua è un bene assai prezioso ed è importante educare all’uso razionale di questa risorsa. Da qui l’idea di inserire all’interno del polo scolastico un sistema di recupero delle acque piovane, sia per sensibilizzare gli utenti e gli abitanti del quartiere sia per ragioni di carattere economico. L’acqua piovana che cade sulla copertura e sulle aree pavimentate viene trattenuta, filtrata e raccolta in una cisterna, dove in diverse fasi viene depurata e utilizzata negli sciacquoni dei water, per irrigare le aree verdi, e per alimentare il bacino a pelo libero che ha funzioni sia ecologiche che didattiche.

Intorno allo specchio d’acqua si crea un ecosistema naturale favorevole all’insediamento della vegetazione e della fauna locale. La presenza dell’acqua è all’origine di una vegetazione rigogliosa che attrae gli insetti e gli uccelli che se ne cibano, ma che contribuisce anche all’instaurarsi di un microclima più sano e piacevole soprattutto in estate.

Per quanto concerne la scelta delle essenze vegetali si utilizzeranno diversi tipi di arbusti funzionali alla fitodepurazione, ponendo però attenzione anche all’aspetto cromatico, alla variabilità delle specie nelle diverse stagioni.

Il bacino infatti si trova di fronte alla mensa, un luogo frequentato da tutti gli utenti della scuola per tutto l’anno in un momento della giornata caratterizzato dal relax, momento in cui l’attenzione dei bambini non è occupata da nessuna attività e sono dunque più liberi di osservare l’esterno e poterne cogliere la bellezza ma anche la variazione con le stagioni L’area a est ospita i campi sportivi all’aperto, è delimitata da un lato dalla pensilina, dall’altro da un sistema di grigliati in legno ricoperti di specie rampicanti che separano l’area, sia fisicamente che visivamente dall’orto retrostante. E’ prevista la realizzazione di un campo per pallavolo e di uno per la pallacanestro. Le aree pavimentate tuttavia si prestano ad un uso polivalente a discrezione degli insegnanti.

L’orto accessibile solo agli utenti della scuola e solo sotto la guida dell’insegnante presenta una superficie tale da poter essere utilizzato contemporaneamente sia dalla scuola elementare che dalla scuola media. Ogni classe potrà trovare un piccolo spazio per le proprie coltivazioni, per le proprie osservazioni botaniche.

La parte nord dello spazio verde circonda la palestra ed è destinata alle attività sportive all’aperto, potranno essere collocati in quest’area i percorsi attrezzati, la pedana per il salto in lungo, le corsie per la corsa di velocità.

In corrispondenza all’ingresso della palestra e della biblioteca, in adiacenza a Via Anacarsi Nardi è prevista la realizzazione di una piazza che si configura come punto di arrivo o di inizio del percorso longitudinale e che, efficacemente collegata al parcheggio, rappresenta il fulcro degli spazi aperti alla comunità extrascolastica.

3.2 Spazi relativi all’unità pedagogica

Lo spazio per l’unità pedagogica rappresenta, soprattutto nella scuola elementare il fulcro della vita scolastica. I bambini passano infatti in aula la maggior parte del loro tempo. Per la scuola elementare è prevista la realizzazione di aule che presentano un’area pari circa a 50 mq. La disposizione in linea delle aule consente, attraverso l’adozione di pareti mobili la flessibilità degli spazi, lo svolgimento di attività per classi parallele o comuni all’intero ciclo. La suddivisione degli ambienti attraverso pannelli scorrevoli che consentano comunque elevati livelli di isolamento acustico risponde alla richiesta di adattabilità propria dell’organismo scolastico ma risulta essere un requisito positivo e apprezzabile anche nell’ ottica di una possibile trasformazione futura dell’edificio.

Oltre agli aspetti funzionali dello spazio relativo all’unità pedagogica è stata posta notevole attenzione all’aspetto percettivo, al fine di creare uno spazio che consenta agli alunni una lunga permanenza in condizioni di benessere.

Partendo da esperienze personali ma anche da indagine conoscitive svolte presso scuole elementari è emersa la necessità da parte degli alunni di stabilire un forte contatto con l’esterno. La giornata è scandita dai ritmi del sole e il tempo dall’alternarsi delle stagioni, i bambini hanno ancora poca esperienza del mondo ma una grande curiosità ed è importante guidarli all’osservazione del mondo naturale, dell’alternarsi delle stagioni,del variare della luce nelle ore del giorno.

Da qui l’esigenza di favorire un rapporto visivo intenso e costante con l’esterno, che si concretizza aprendo la parete sud delle aule con grandi superfici finestrate che consentono la vista sul giardino. Le pareti vetrate apribili permettono di regolare le condizioni termoigrometriche interne e schermature mobili moderano opportunamente l’ingresso della luce naturale. In corrispondenza di tale parete si prevede la realizzazione di una serra solare, una superficie vetrata continua che individua lo spazio compreso tra l’affaccio

delle aule e il giardino con la funzione di migliorare il comportamento termico dell’edificio e di realizzare uno spazio fruibile e accogliente soprattutto in alcuni periodi dell’anno. La serra rivolta a sud è uno strumento tecnologico utile per riscaldare sfruttando passivamente la radiazione solare ma rappresenta anche un ambiente estremamente interessante e con un proprio valore architettonico. Le aule al piano terra, destinate al primo ciclo saranno a diretto contatto con tale spazio attraverso porte-finestre, ciò consente uno sgravio degli ambienti interni per lo svolgimento di alcune funzioni. La serra può essere utilizzata per i momenti ricreativi nel periodo invernale, per ospitare attività di gruppo, per consentire lo svolgimento di mostre, feste ecc..

La possibile apertura dei moduli vetrati e la prevista schermatura della superficie esterna consentono di evitare i rischi di surriscaldamento estivo.

Nell’organizzazione delle aule della scuola media vengono essenzialmente ripresi i principi già esposti per la scuola elementare. Le aule sono aggregate a gruppi di tre per consentire lo sviluppo di attività comuni con l’intera sezione. Si mantiene anche nella scuola media la scelta di creare a sud uno spazio filtro attraverso la realizzazione di una serra. In questo caso però le aule presentano solo un rapporto visivo con tale spazio che non risulta direttamente accessibile dall’aula ma è collegato attraverso corridoi agli spazi comuni. L’ambiente quindi perde la connotazione di espansione dell’aula che aveva nella scuola elementare e assume in maniera più marcata l’aspetto di uno spazio comune, nel quale potrebbero essere realizzati anche alcuni laboratori temporanei come quello di osservazioni scientifiche o disegno artistico. Gli spazi per l’unità pedagogica saranno dotati di tutte le attrezzature necessarie allo svolgimento delle materie di programma. In particolare si sottolinea l’importanza di prevedere nell’aula la predisposizione degli impianti necessari all’uso di strumenti quali proiettore, televisore, lavagna luminosa che risultano oggi ampiamente usati nella didattica.

3.3 Spazi per l’insegnamento specializzato e le attività parascolastiche

Occorre innanzi tutto operare una distinzione fra la scuola media e la scuola elementare. La normativa vigente non prevede la realizzazione nella scuola elementare di aule specialistiche, ma indica come spazio per lo svolgimento di attività complementari alla didattica lo spazio interciclo. L’interciclo si configura come una sorta di ampliamento dell’aula che la rende capace di ospitare per esempio il lavoro di gruppo. Come già più

volte sottolineato tali indicazioni si scontrano con le disposizioni didattiche, modificate dall’ultima riforma in materia ma già precedentemente con l’introduzione dei nuovi programmi ministeriali. Dal 1975 la scuola elementare ha subito profonde trasformazioni. Basti ricordare l’introduzione di quattro insegnanti in luogo della figura dell’unica maestra, la parificazione delle materie integrative con quelle curricolari, l’obbligatorietà della lingua, dell’educazione motoria, del laboratorio teatrale che hanno bisogno di spazi adeguati e attrezzature specializzate. Nelle scuole attuali, dove non è stato possibile allestire spazi di adeguate dimensioni si procede allo svolgimento di tali materie dividendo le classi in più gruppi e alternandosi, ciò crea comprensibili problemi di gestione da parte degli insegnanti. Per questo motivo nella scuola in esame lo spazio per le attività specialistiche è stato sovradimensionato rispetto agli standard riportati in normativa, ed eliminando la distinzione fra attività didattiche e complementari si è scelto in luogo della presenza degli spazi interciclo di creare all’interno della scuola elementare laboratori analoghi a quelli della scuola media.

Nella scuola trovano spazio un’aula per le attività artistiche, una per il laboratorio di informatica, un’aula per il gioco di gruppo e in generale per attività destinate ai bambini più piccoli e un’aula per il laboratorio di scienze. Tali dotazioni appaiono poi particolarmente importanti all’interno di una scuola a tempo pieno per facilitare lo svolgimento di materie meno impegnative durante il pomeriggio.

Per quanto riguarda la scuola media invece, la normativa prevedeva una maggior attenzione agli spazi per le attività di laboratorio, si è cercato dunque di attenersi alle indicazioni riportate. E’ prevista la realizzazione di un’aula per il disegno tecnico e artistico, una per l’educazione musicale, per il laboratorio informatico ed un aula per le osservazioni scientifiche. Nelle aule destinate all’educazione artistica saranno collocati arredi adeguati alle attività previste: superfici di lavoro ampie e mobili da poter essere facilmente trasportate, armadi o scaffali per il deposito dei materiali e per l’esposizione dei lavori realizzati, la vicinanza di servizi igienici renderà più semplice la pulizia degli strumenti al termine delle attività. Le aule sono disposte in modo da ricevere senza ostruzioni la luce da nord, l’ampiezza delle finestre consente di ottenere livelli di illuminazione elevati, tende e avvolgibili consentono di regolare l’afflusso di luce naturale. Le aule per le osservazioni scientifiche assumono nelle due scuole caratteristiche molto diverse. Nella scuola elementare il rapporto con la scienza, il laboratorio scientifico si configura essenzialmente come un laboratorio per l’osservazione del mondo naturale. Per

questo motivo sarà collocato al piano terra e facilmente collegato con l’area del giardino che ospita il bacino di fitodepurazione, dove la presenza dell’ acqua permette un lo sviluppo di un ecosistema più ricco. Nella scuola media l’approccio con il mondo scientifico appare più intenso. Sono frequenti esperienze laboratoriali, dimostrazioni pratiche delle materie studiate, legate alla botanica ma anche alla chimica e alla fisica. Il laboratorio sarà dotato di banconi e sgabelli ma anche di piani attrezzati con lavabo, adduzioni per il gas e per l’energia elettrica. Il laboratorio informatico sarà provvisto di computer in numero sufficiente da permettere il lavoro individuale.

Nella scuola media è presente inoltre un’aula per l’educazione musicale, nella quale saranno presenti strumenti musicali e supporti per l’ascolto della musica, sarà adeguatamente studiata per garantire un qualità acustica elevata.

Nella scuola elementare una delle aule specialistiche sarà dedicata al gioco, una sorta di ludoteca. Il contatto con i bambini della scuola elementare ha infatti messo in evidenza l’importanza di questo strumento come mezzo di apprendimento, soprattutto per i bambini del primo ciclo che, con la nuova riforma scolastica possono frequentare la prima classe già all’età di cinque anni. In tutti i laboratori come nelle altre parti della scuola sono previste finestre scorrevoli, che non creano ingombro all’interno dell’aula e evitano possibili situazioni di pericolo legate alla presenza di spigoli. Stesso risultato si ottiene sotto il profilo egli impianti scegliendo come sistema di riscaldamento i pannelli radianti a pavimento, essendo incorporati nel massetto non richiedono corpi scaldanti all’interno dell’aula. Dunque lo spazio risulta totalmente fruibile e esente da pericoli.

3.4 Spazio per la mensa

Lo spazio mensa risulta comune alle due scuole, quella elementare è a tempo pieno quindi tutti i giorni si svolgono attività pomeridiane, mentre la scuola media prevede uno o più rientri settimanali che verranno suddivisi in modo tale da garantire uno sfruttamento omogeneo e razionale di tale spazio.

Il refettorio è separato dagli spazi didattici attraverso un lungo corridoio per evitare che il pranzo, consumato in più turni , disturbi le attività delle classi che restano in aula. Inoltre in questo modo si sottolinea la diversità dei momenti e si consente un distacco dalle attività scolastiche. Lo spazio mensa prevede la presenza di un’ ampia cucina accessibile anche da un ingresso diverso da quello dalla scuola, con annessi servizi per il personale e dispensa,

lo spazio del refettorio per la consumazione dei cibi e bagni con numerosi lavabi per consentire la pulizia degli allievi prima e dopo i pasti.

Per il refettorio si è previsto un ambiente ampio ma suddivisibile attraverso pareti scorrevoli. Ciò risponde alla necessità di evitare la confusione e il disagio che si creerebbe in una stanza con la presenza contemporanea di centinaia di bambini ma permette anche lo svolgimento di attività diverse da quelle del pranzo ed essenzialmente un facile sfruttamento nei periodi di chiusura della scuola come spazio a se stante o in collegamento alla biblioteca, all’auditorio, alla palestra. Le pareti vetrate che individuano l’area semicircolare del refettorio sono costituite da un doppio involucro di vetro ventilato, concepito per ottimizzare il guadagno solare passivo. Lo strato più interno è un doppio vetro seguito da 30 cm di intercapedine che lo separano dallo strato più esterno, costituito da un vetro singolo sostenuto da una leggera struttura di angolari in acciaio. La ventilazione naturale è garantita da una fascia di pannelli apribili posti verso il basso, mentre per evitare fenomeni di surriscaldamento estivo un sistema di frangisole orientabili è collocato all’esterno della parete vetrata.

3.5 Spazio per le attività integrative: la biblioteca e l’auditorium

Come precisato in precedenza, secondo la normativa la biblioteca nella scuola elementare, dovrebbe essere riservata all’uso esclusivo degli insegnanti. Questa prescrizione sembra essere del tutto superata dalle impostazioni progettuali degli ultimi anni.

Nel progetto si è prevista la realizzazione della biblioteca a servizio di tutto l’istituto: gli insegnanti i bambini della scuola elementare e i ragazzi della scuola media.

Come altre parti dell’edificio anche la biblioteca si presta ad uno sfruttamento extrascolastico prevedendo ad esempio il trasferimento del settore dedicato ai bambini della biblioteca comunale presso tale struttura. Anche lo spazio della biblioteca è lasciato sgombro da pareti. L’individuazione delle aree per la lettura, la consultazione e il lavoro di gruppo è realizzata attraverso gli arredi. Essenzialmente la biblioteca è costituita da uno spazio destinato ai cataloghi e alle bibliografie arredato con classificatori e tavoli per la consultazione, posti per la consultazione individuale e di gruppo di testi, scaffali per libri in modo da essere facilmente accessibili. L’indipendenza della biblioteca dalla scuola ha reso necessaria la predisposizione di spazi adeguati per il personale addetto.

Il locale è collocato al primo piano in corrispondenza dello spazio per la mensa, prevede tuttavia uno spazio esterno costituito da un ampia terrazza che copre gli spazi amministrativi.

Gli spazi relativi alla comunicazione e all’informazione si configurano nella scuola come un vero e proprio auditorio. L’ampiezza dell’istituto rende infatti tale soluzione più plausibile rispetto alla scelta dell’aggregazione di più aree destinate normalmente ad altre attività didattiche. Inoltre nel territorio poche strutture presentano spazi con le caratteristiche necessarie per riunioni, spettacoli teatrali o musicali. Tale ambiente non deve essere visto quindi solo in collegamento all’istituto ma anche a servizio di tutte le scuole che attualmente si appoggiano a strutture parrocchiali o private.

L’auditorio consente l’autonomia funzionale e acustica dagli altri spazi della scuola, è accessibile da un gruppo scala autonomo rispetto a quello dell’istituto, possiede un gruppo di servizi igienici indipendenti. Attraverso la terrazza realizzata in corrispondenza agli spazi amministrativi l’auditorio si collega alla biblioteca, tale soluzione sottolinea anche l’affinità didattica dei due spazi.

3.5.Spazio per lo sport

Spazio per lo sport è costituito da una palestra comune alle due scuole e da spazi all’aperto:campo per il gioco della pallavolo e della pallacanestro, percorsi attrezzati e spazi per la possibile installazione di pedane per il salto in lungo e il salto in alto.

La palestra si colloca nella parte nord del sito, al termine del sistema di percorsi che si diramano dall’atrio di ingresso. E’ collegata con la scuola attraverso una pensilina coperta, lungo la quale si affacciano i campi per il gioco all’aperto.

In corrispondenza dell’ingresso principale della palestra si ha una piazza che connette lo spazio della scuola con quello esterno del quartiere e che comunica chiaramente la volontà di un uso condiviso degli spazi scolastici. Le dimensioni dell’impianto che ospita un campo regolamentare di pallacanestro, la presenza di tribune e dei servizi per gli spettatori, la disposizione di un parcheggio dedicato proprio agli impianti sportivi rende la struttura capace di accogliere anche eventi sportivi di media importanza.

Sul tetto della palestra saranno istallati i collettori solari per l’acqua calda sanitaria e per alimentare l’impianto di riscaldamento a pannelli radianti. All’interno dell’edificio sarà

dunque collocato anche il locale tecnico che dovrà accogliere il serbatoio di accumulo e gli elementi complementari di tale impianto.

3.6. Scelta dei materiali e aspetti tecnici dell’edificio

Il progetto è il risultato della volontà di conciliare esigenze economiche e ambientali.

Lo schema strutturale è impostato su un modulo di 7 m, la sua ripetitività mira a semplificarne la realizzazione e a consentire un’ipotetica realizzazione in più fasi. La struttura portante è in cemento armato. Il calcestruzzo deve avere come legante un cemento derivato da lavorazioni che non utilizzino sostanze estranee, scarti industriali o quant’altro di dubbia ecologicità. Esso deve essere inoltre confezionato senza additivi, preferendo nel caso si vogliano ottenere particolari prestazioni, di curare il dosaggio, la granulometria degli inerti ed il rapporto acqua/cemento. E’ comunque da escludere l’impiego di additivi fluidificanti, ritardanti, antigelo di cui non sia dichiarata e comprovata l’origine naturale e la loro innocuità. I solai sono in laterocemento, travetti perfabbricati e laterizi completati con armatura integrativa e getto di cls in opera. Dovrà essere evitato l’uso di materiali di alleggerimento di sintesi petrolchimica o che comunque possano emettere sostanze nocive nei confronti dell’uomo e dell’ambiente in qualsiasi condizione(produzione, messa in opera,esercizio, demolizione, incendio).

Le pareti perimetrali sono costituite da muratura multistrato, composta da un rivestimento con mattoni facciavista, uno strato di isolamento termico e un paramento interno in mattoni forati. Il rivestimento esterno in laterizio richiede spese di manutenzione sensibilmente minori rispetto ad altri tipi di finitura garantisce prestazioni elevate anche grazie al continuo sviluppo e innovazione nelle tecnologie produttive di tale materiale, improntate al rispetto dell’ambiente e alla sostenibilità del processo costruttivo.

I materiali da impiegare per l’isolamento termico dovranno garantire un coefficiente di conduttività termica costante nel tempo. Si consigliano materiali quali sughero, fibra di cellulosa, perlite espansa, vermiculite espansa, pomice naturale per i quali tuttavia prima della messa in opera dovranno essere eseguite indagini per la definizione del loro livello di radioattività naturale.

Le pareti divisorie interne saranno prefabbricate, realizzate con pannelli in gesso cartonato fissati alla struttura portante metallica costituita da profilati in acciaio zincato. Le pareti laterali delle aule saranno realizzate con strutture mobili, così come espressamente

indicata anche nella normativa scolastica del 1975. Tali pareti sono essenzialmente costituite da telai metallici e pannelli leggeri di finitura montati a incastro. Il contatto verticale fra gli elementi é garantito da nastri magnetici. Sono necessarie per lo scorrimento guide a soffitto e a pavimento. Il contatto a pavimento e alla guida, si ottiene con profili telescopici dotati di guarnizioni in gomma che garantiscono buone prestazioni sotto il profilo dell’isolamento acustico. La distinzione interna degli spazi è accentuata dall’uso dei colori diversi: toni caldi e vivaci di giallo e arancio caratterizzano gli spazi ricreativi, nelle aule saranno invece utilizzate le sfumature del blu, colore più riposante. La composizione dei materiali per la tinteggiature devono derivare da sostanze minerali, vegetali, animali, con l’esclusione di elementi artificiali e di sintesi petrolchimica. Saranno impiegati dunque colori ad acqua, a colla, a olio, latte di calce e tempere.

Verso sud la serra solare concepita per ottimizzare il guadagno solare passivo sarà realizzata come un involucro continuo in vetro, montato su profili in acciaio zingato in parte apribile. Esternamente saranno previste sistemi di schermatura mobile per evitare il surriscaldamento estivo.

Le pareti esterne dell’atrio e del corpo che ospita la mensa e la biblioteca sono realizzate come un doppio involucro di vetro ventilato. Non si ha in questi ambienti uno spazio filtro come nel caso della serra, il guadagno solare è di tipo diretto, dunque la schermatura esterna diventa ancora più importante. Verranno impiegati sistemi di frangisole a lame orizzontali. Le palette di forma ellissoidale sono costruite per presso piegatura da un unico foglio di lamiera in alluminio, con anima interna di irrigidimento sempre in alluminio estruso. Le testate di chiusura presentano un incastro per formare un corpo unico. I telai sono realizzati in profilati di alluminio anodizzato estruso con sezioni speciali e dimensioni variabili a seconda delle necessità. Non avendo a disposizione davanzali i frangisole sono impostati su mensole opportunamente dimensionate e composte da un braccio in alluminio anodizzato e da una piastra di attacco provvista di fori per essere tassellata contro le opere murarie. La rotazione delle palette sul proprio asse geometrico viene effettuata a mezzo di un comando elettrico.

Per quanto riguarda le coperture per l’auditorio e per gli spazi amministrativi si prevede una copertura piana accessibile.

Gli spazi didattici presentano invece una copertura inclinata realizzata con pannelli sandwich, che individua una sorta di sottotetto compreso fra il solaio e detta copertura che costituisce uno spazio-cuscinetto finalizzato ad un miglior comportamento termico

dell’edificio. In corrispondenza della copertura della palestra saranno collocati collettori solari che producono acqua calda per l’uso sanitario e per il riscaldamento.

E’ dunque evidente come nella scelta delle soluzioni tecniche e di materiali il progetto abbia prestato attenzione al rispetto delle problematiche ecologiche riferite sia alla salute umana (assenza di sostanze tossico-nocive) che alla salvaguardia dell'ambiente (consumi energetici, smaltimento rifiuti, corretto uso delle risorse). Anche sul piano formale la struttura propone una corretta comunicazione in tal senso: linee sobrie e capaci di porsi in continuità con una tradizione locale opportunamente attualizzata.

3.7 Aspetti impiantistici.

Quando a metà degli anni settanta la crisi energetica mise in evidenza la natura finita della fonte di energia fossile, architetti e pianificatori non avevano alcun mezzo per reagirvi. Per troppo tempo l'energia era stata disponibile in quantità illimitate e ad un prezzo ragionevole; cosicché non si era prestata alcuna attenzione alla riduzione del consumo. Al momento questo generò un senso di grande insicurezza, si riconobbe in ciò l'occasione di reinterpretare la funzione primaria dei nuovi edifici, per offrire all'umanità protezione e comfort.

Attualmente, a due decenni di distanza, vi sono edifici notevoli con un concetto architettonico ambizioso che interpretano in chiave totalmente innovativa l'energia naturale, utilizzandola in modo intenso per raffreddamento, ventilazione, illuminazione e per generare elettricità; edifici in cui l'energia solare, eolica, divenendo un fattore che imprime forma, raggiunge efficacia anche dal punto di vista estetico. In particolare negli ultimi quindici anni la progettazione di edifici scolastici ha costituito il campo di sperimentazione di nuove tipologie e tecnologie per il risparmio energetico.

Attualmente il consumo della metà dell'energia in Europa è impiegato per la gestione degli insediamenti umani.

Per sopperire a questo fabbisogno di energia vengono spese ingenti quantità di combustibile fossile non rinnovabile, una risorsa che non sarà più disponibile per le generazioni future. I processi impiegati nella conversione dei combustibili in energia, inoltre causano emissioni che hanno un effetto dannoso sull'ambiente.

Come evidenziato nel Dpp, nel progetto in esame si è posto come obiettivo il contenimento dei consumi energetici e l’integrazione dell’edificio con sistemi che sfruttano l’energia

naturale. In particolare sono state scelte tecnologie che utilizzano come fonte rinnovabile la potenza termica del sole. Le tecnologie di sfruttamento della radiazione solare possono essere suddivise in sistemi passivi e sistemi attivi. I sistemi passivi raggruppano tutte le applicazioni in cui l’energia solare viene utilizzata direttamente senza essere trasformata e in cui la distribuzione avviene grazie ai fenomeni naturali della conduzione, convezione e irraggiamento. I sistemi attivi indicano invece le tecnologie che riguardano le applicazioni termodinamiche e il settore dell’energia fotovoltaica. Nell’istituto scolastico oggetto di tesi, si prevede la costruzione in aderenza agli spazi didattici di una serra solare addossata, quindi una soluzione passiva, e nel contempo l’installazione di collettori solari , una soluzione attiva, per il riscaldamento dell’edificio e dell’acqua ad uso sanitario. Tali scelte assumono un importanza maggiore se lette in relazione all’ambiente scolastico nel quale si adottano: sviluppare nuove filosofie progettuali in maniera tale da incrementare la consapevolezza che il sole è fonte di calore e di luce e rendere visibili tali idee con esempi realizzati sono le premessa per il consenso e dunque per l'applicabilità dell'energia solare da parte del grande pubblico, svolgono quindi un ruolo educativo.

Gli edifici e gli spazi urbani aperti dovrebbero essere progettati in modo tale che una quantità minima di energia basti loro per l’illuminazione, per l'acqua calda, per scopi di riscaldamento, refrigerazione, ventilazione e generazione dell'elettricità dalla luce naturale. Ogni progetto e in particolare quelli che rivolgono attenzioni specifiche all’integrazione con l’ambiente si basano su uno studio preliminare della specifica situazione locale, della vegetazione esistente e del tessuto edificato, i fattori climatici e topografici.

Tuttavia l’attenzione al problema ambientale e la sensibilità agli aspetti climatici non hanno significato la mancanza di attenzione verso gli altri aspetti, distributivo estetico, tecnico, non meno importanti del progetto.

"La progettazione è un processo articolato che coinvolge una pluralità di subsistemi: il subsistema tecnologico costruttivo, il subsistema ambientale climatico, il subsistema dell'organizzazione distributiva, il subsistema figurativo della articolazione formale" (S. Los e J. Cook, introduzione a V. Olgyay Progettare con il clima).

3.7.1 Lo sviluppo normativo in Italia e in Europa

I legislatori europei e italiani hanno voluto render vincolanti una serie di obiettivi elaborando norme che mirano al risparmio energetico. Il primo provvedimento legislativo in tale direzione risale al 1976 con la legge 373 che imponeva un limite inferiore al grado di isolamento dell’edificio. Successivamente venne elaborata la prima legge quadro in materia di risparmio energetico, la legge n. 308/82 con i successivi decreti applicativi del 1983 e del 1986. Questa legge mirava alla riqualificazione energetica dell'edificio attraverso interventi di coibentazione dell'involucro edilizio e attraverso l'utilizzo di fonti energetiche alternative.

Un passo importante si compie con la legge 10/91, riguardante le "Norme per l’attuazione del Piano Energetico Nazionale in materia di uso razionale dell’energia, risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia". La norma promuove soluzioni tecnologiche in grado di migliorare i processi di trasformazione dell'energia, di ridurne i consumi e di migliorare le condizioni di compatibilità ambientale, a parità di servizio reso e di qualità della vita.

Come prescritto nel D.P.R. 412 del 16 agosto 1993, all'art. 5 comma 15, "per gli edifici di proprietà pubblica o adibiti ad uso pubblico è infatti fatto obbligo, ai sensi del comma 7 dell'art. 26 della Legge n°10 del 9 gennaio 1991, soddisfare il fabbisogno energetico favorendo il ricorso a fonti rinnovabili di energia o assimilate, salvo impedimenti di natura tecnica od economica". Secondo la Legge 10/91, all'art. 1 comma 3, "sono considerate fonti rinnovabili di energia o assimilate: il sole, il vento, 1'energia idraulica, le risorse geotermiche, le maree, il moto ondoso e la trasformazione dei rifiuti organici ed inorganici o di prodotti vegetali. Oltre a definire il raggio d'azione dei contributi, che possono andare da un minimo del 20% ad un massimo del 40% per una serie di interventi di riqualificazione energetica quali una maggiore coibentazione dell'edificio (che consenta un risparmio energetico non inferiore al 20%), la norma introduce anche la certificazione energetica dell'edificio (articolo n. 30), un documento prodotto da soggetti preposti, che mira alla qualificazione del sistema edificio- impianto.

II risparmio energetico diventa quindi un obiettivo da perseguire non solo con 1'imposizione di norme vincolanti, ma attraverso un meccanismo che renda la qualificazione energetica conveniente in un'economia di mercato. Considerando che l' aumento del rendimento energetico nell’edilizia occupa un posto di rilievo nel complesso delle misure e degli interventi necessari per conformarsi al protocollo di Kyoto perchè

1'energia impiegata nel settore residenziale e terziario, composto per la maggior parte di edifici, rappresenta oltre il 40% del consumo finale di energia della Comunità, è stata adottata il 16 Dicembre del 2001 la Direttiva Europea 2002 /91/CE relativa rendimento energetico in edilizia.

L'obiettivo della Direttiva è promuovere il miglioramento del rendimento energetico degli edifici della Comunità, tenendo conto delle condizioni locali e climatiche esterne, nonchè delle prescrizioni per quanto riguarda il clima degli ambienti interni e 1' efficacia sotto il profilo dei costi.

Particolare attenzione è dedicata agli edifici aperti al pubblico, infatti essi "dovrebbero assumere un approccio esemplare nei confronti dell'ambiente e dell'energia assoggettandosi alla certificazione energetica ad intervalli regolari. I relativi dati sulle prestazioni energetiche andrebbero resi pubblici affiggendo gli attestati in luogo visibile. Potrebbero inoltre essere affisse le temperature ufficialmente riscontrate, onde scoraggiare 1' uso scorretto degli impianti di riscaldamento, condizionamento e ventilazione. Ciò dovrebbe contribuire ad evitare gli sprechi di energia e a mantenere condizioni climatiche interne confortevoli (comfort termico) in funzione della temperatura esterna."

All'art. 5 prevede per gli edifici di nuova costruzione, la cui metratura utile totale supera i 1000 m2, l'impiego di sistemi alternativi quali:

- sistemi di fornitura energetica decentrati basati su energie rinnovabili; - cogenerazione;

- sistemi di riscaldamento e climatizzazione a distanza (complesso di edifici o condomini), se disponibili;

- pompe di calore, sotto determinate condizioni.

Tale direttiva è stata recepita in Italia con il Decreto legislativo n.192 del 19 Agosto 2005 che stabilisce i criteri , le condizioni e le modalità per migliorare le prestazioni energetiche degli edifici al fine di favorire lo sviluppo, la valorizzazione e l’integrazione delle fonti rinnovabili e la diversificazione energetica, contribuire a conseguire gli obiettivi nazionali di limitazione delle emissioni di gas a effetto serra, promuovere la competitività dei comparti più avanzati attraverso lo sviluppo tecnologico.

Il decreto disciplina:

- l’applicazione di requisiti minimi in materia di prestazioni energetiche degli edifici; sono riportati i valori limite per il fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione invernale per mq di superficie utile, i valori limite della trasmittanza termica delle strutture verticali e orizzontali,opache e trasparenti;

- i criteri generali per la certificazione energetica degli edifici.

La convenienza nell' applicazione di sistemi energetici alternativi deve prendere in considerazione la fattibilità tecnica, ambientale ed economica, secondo criteri unificati per il calcolo del rapporto costi/benefici, che tengano conto dei fattori climatici ma anche delle condizioni medie del mercato.

L'obiettivo principale è quindi quello di raccordare in fase progettuale 1'aspetto strettamente architettonico con quello impiantistico.

Una nuova cultura della progettazione edilizia dovrà impedire che la definizione degli impianti avvenga quando 1'edificio è già completamente progettato: difficoltà di carattere strutturale e distributivo potrebbero infatti impedire di mettere in pratica la soluzione impiantistica ottimale per la particolare destinazione d’uso e località climatica.

Da qui l’importanza di indicare le scelte impiantistiche già nella fase di progetto preliminare.

3.7.2 Il solare passivo

Nell’istituto scolastico si propone la realizzazione di una serra bioclimatica contigua alle aule didattiche. La scelta è scaturita da un’analisi e un confronto delle diverse tipologie di sfruttamento passivo dell’energia solare. Di seguito verranno sinteticamente illustrati i principi del solare passivo e successivamente confrontate le diverse tipologie di sfruttamento per mettere in luce i fattori che hanno guidato la scelta progettuale.

E’ necessario considerare che il termine "passivo" non sta a indicare un sistema che "subisce passivamente gli stimoli esterni", ma piuttosto evidenzia la capacità dello stesso sistema di interagire con il clima locale, grazie alle sue qualità intrinseche, e senza demandare il controllo del microclima interno ai soli impianti meccanici.

A tale proposito, è opportuno premettere che nella prassi edilizia moderna il compito di regolare le condizioni microclimatiche interne a prevalentemente affidato agli impianti di climatizzazione e, più precisamente, agli impianti di riscaldamento per il benessere invernale e agli impianti di condizionamento per il raffrescamento estivo.

di apporti termici presente in un edificio; vi sono infatti altre fonti di calore che con-tribuiscono a definire il bilancio energetico, identificabili, principalmente, con apporti gratuiti di origine solare. I sistemi solari passivi possono essere quindi considerati, in prima istanza, accorgimenti progettuali studiati per sfruttare al meglio gli apporti energetici gratuiti, attraverso le caratteristiche e la disposizione delle superfici vetrate.

Il sistema solare passivo funziona generalmente sfruttando l'energia termica disponibile e lo scambio dei flussi termici avviene attraverso mezzi naturali quali la convezione, la conduzione e l'irraggiamento. Il guadagno solare ottenuto applicando dei sistemi solari passivi è la differenza tra la quantità di energia solare utile che entra nell'edificio e le dispersioni di calore dello stesso.

Il fenomeno per cui una parte dell'energia solare radiante viene intrappolata all'interno di uno spazio confinato parzialmente o totalmente da superfici trasparenti viene comunemente indicato come l'effetto serra . Questo fenomeno viene attribuito alla proprietà del vetro e di altri materiali trasparenti di essere trasparenti alla radiazione a onda corta e opachi alla radiazione infrarossa a onda lunga. In realtà questo è vero solo in parte. Il principale motivo del verificarsi dell'effetto serra è dovuto infatti al fatto che in uno spazio confinato viene impedito lo scambio termico convettivo con l'aria esterna, convezione attraverso la quale gli oggetti colpiti dalla radiazione solare cedono calore all'atmosfera.

La capacità di uno spazio confinato di produrre in misura maggiore o minore l'effet to serra dipende da diversi fattori. Per capire il ruolo di questi fattori è utile chiarire la dinamica del fenomeno, per maggior chiarezza schematicamente diviso in 3 momenti. Bisogna premettere che la radiazione solare è composta da vibrazioni elettromagnetiche di diverse lunghezze d'onda che vanno dall'infrarosso all'ultravioletto, la radiazione visibile costituisce soltanto una frazione della radiazione solare, pertanto quando parleremo di radiazione solare sarà ovvio che non ci staremo riferendo alla radiazione visibile, cioè la luce, ma all'intero spettro solare misurato sulla superficie terrestre.

1. Quando la radiazione solare colpisce la superficie trasparente :

- una parte di questa viene riflessa, dipende dal materiale e dall'angolo di inci-denza dei raggi;

- una parte assorbita e ri-emessa in parte verso l'esterno e in parte verso l’interno dipende dal materiale e dal suo spessore;

La frazione utile in questa fase è quella che attraversa la superficie. In questo senso sono avvantaggiati materiali molto trasparenti con superficie esterna non riflettente. 2. La parte di radiazione che attraversa l'involucro vetrato attraversa l'aria racchiusa

da questa venendo in parte assorbita dall'aria stessa che di conseguenza si scalda. La maggior parte della radiazione attraversa la massa d'aria interna e colpisce oggetti opachi dal quali viene:

-in parte riflessa, o verso l'esterno, oppure verso altri oggetti opachi interni alla serra (questa frazione dipende principalmente dal colore e dalla levigatezza della superficie opaca colpita). La radiazione riflessa verso l'esterno che colpisce la superficie trasparente dell'involucro viene nuovamente riflessa da quest'ultima verso l'interno nella sua componente infrarossa;

- in parte assorbita e riemessa parzialmente verso l'interno della serra producendo un ulteriore riscaldamento della massa d'aria.

In questa fase la frazione utile è rappresentata principalmente dalla radiazione assorbita dai materiali degli oggetti presenti. Per questo sono avvantaggiati materiali di colore scuro e superficie esposta opaca .

3. La porzione di radiazione che viene riemessa dal materiali opachi è costituita esclusivamente da radiazione non visibile a onde lunghe e balsa frequenza, cioè radiazione termica. Questa radiazione quando colpisce l'involucro trasparente della serra viene:

- in parte riflessa verso l'interno della serra, tornando a colpire e scaldare aria e oggetti contenuti;

- in parte assorbita dall'involucro trasparente stesso e riemessa parzialmente verso l'esterno e parzialmente verso l'interno (dipende dal materiale e dal suo spessore) In quest'ultima fase la frazione importante è quella che viene riflessa verso l'interno. Per ottenere la massimizzazione di questa frazione è opportuno disporre di materiali trasparenti capaci di ridurre al minimo l’assorbimento della radiazione.

I principali aspetti che concorrono a definire il progetto di un sistema passivo sono: - la raccolta della radiazione solare;

- l'accumulo e il rilascio dell'energia solare; - la luce naturale e il confort visivo.

Raccolta della radiazione solare

E' importante massimizzare l'accesso della radiazione solare nell'edificio durante la stagione del riscaldamento, ottimizzando l'esposizione in relazione al sito per evitare un'eccessiva azione di schermo da parte degli edifici vicini o degli alberi. E' pure necessario tener conto del microclima, sfruttando piantagioni e la morfologia del suolo per proteggere l'edificio dal clima e quindi ridurne le dispersioni di calore. La forma stessa dell'edificio è utilizzata per esaltare questi effetti.

In generale, nella stagione del riscaldamento, la quantità maggiore di energia solare è raccolta da una superficie inclinata rivolta a sud.

La fig. 1 mostra che in inverno, su una superficie verticale rivolta a sud, cade la maggiore quantità di energia solare.

Al contrario, in estate maggiore energia cade su una superficie verticale rivolta ad est oppure ovest. Ciò ha l'effetto di ridurre i problemi del surriscaldamento per una superficie vetrata rivolta a sud.

Grande influenza sull’efficienza del sistema è esercitata dai materiali utilizzati per le chiusure trasparenti che devono garantire un’elevata trasmissione solare, dispersioni contenute, massima resistenza agli agenti atmosferici, economicità e facilità di messa in opera. Le principali caratteristiche fisiche dei materiali per l’involucro trasparente sono riportate in tabella

Fig.1: previsioni del Piano Regolatore Generale

MATERIALE

P

eso kg/mq

C

osto indicativo

€/mq Fattore solare% Tramittanzaw/m q°c Coefficiente di dilatazione termica

lineare

10

-°c

R

esistenza agli

uva Resistenza agli urti Resistenza all

’abrasione

Cristallo float da 4 mm 10 13 87 5.8 9 eterna scarsa elevata

Cristallo temprato da 4 mm

10 15 87 5.8 9 eterna elevata elevata

Cristallo bassoemissivo da 4 mm

10 73 81 3.8 9 eterna scarsa elevata

Vetrocamera( 4+12+4) 20 25 76 2.6 9 eterna scarsa elevata

Policarbonato compatto 4mm 4,8 37-70 80 5.8 65 10-20 anni elevata scarsa Policarbonato alveolare 4mm 1 6 70 3.9 65 Circa 10 anni elevata scarsa

II parametro che definisce la capacità di un materiale di trasmettere la radiazione all'interno è il valore g detto fattore so/are che esprime in percentuale la quantità di energia solare che penetra considerando la radiazione che attraversa direttamente il vetro e l'energia trasmessa per conduzione e convezione verso l'interno.

Perchè l'effetto serra abbia la massima efficacia è necessario contenere la dispersioni verso l'esterno del calore intrappolato dentro la serra. Evidentemente l'obiettivo di ridurre le dispersioni contrasta con il requisito precedente teso a massimizzare la trasmissione dell'energia all'interno. In linea di massima un materiale in grado di trasmettere molta energia dall'esterno all'interno, tende a trasmetterne molta anche dall'interno verso l'esterno. Fortunatamente le forme con cui l'energia entra non sono identiche a quelle con cui tende a uscire. Se l'energia entrante è prevalentemente sotto forma di radiazione solare, l'energia uscente tende ad assumere fondamentalmente due forme: quella radiativa nel campo dell'infrarosso, e la forma convettiva e conduttiva, ovvero attraverso il trasferimento di energia dall'aria al vetro e dalla superficie interna del vetro verso quella esterna.

II parametro che definisce la capacità di un elemento di involucro di far passare il calore è il valore k detto trasmittanza che esprime la quantità di calore che in un'ora passa dall'aria di un ambiente a quella dell'ambiente attiguo attraverso un metro quadrato di superficie (si esprime in W/m2°C oppure in Cal/m2h °C).

Un aspetto fondamentale da prendere in considerazione nella scelta del materiale è la resistenza agli agenti atmosferici e meccanici. Fatta eccezione per la grandine, il vetro è un materiale praticamente inerte a qualunque agente atmosferico a differenza delle materie plastiche. Le sue caratteristiche tendono a rimanere inalterate nel tempo. Nei materiali plastici, l’assorbimento della radiazione ultravioletta modifica progressivamente la loro struttura molecolare. La principale conseguenza di un’ intensa e prolungata esposizione alla radiazione solare è l'ingiallimento con conseguente anti-esteticità e diminuzione della trasmissione solare. Un secondario effetto dell'esposizione agli ultravioletti a l'infragilimento, il materiale tende a perdere elasticità e a fratturarsi quando sottoposto a tensioni. In riferimento alle azioni meccaniche mentre la maggior parte dei tipi di vetro presenta una scarsa resistenza agli urti, le materie plastiche rispondono in maniera migliore a tale tipo di sollecitazione.

Infine è necessario sottolineare l’importanza di un confronto fra i materiali in termini economici, a parità di prestazioni le scelte saranno orientate verso quelli che presentano un più basso costo globale da valutare in relazione ai costi d'acquisto, di installazione e manutenzione e alla resistenza nel tempo.

Anche gli infissi delle finestre giocano un ruolo importante nella dispersione del calore. Quelli di legno e di PVC hanno le migliori proprietà termiche. Gli infissi di alluminio sono confrontabili solo se dotati di barriera termica, anche in relazione ai problemi di condensazione.

Per controllare il guadagno solare è necessario ricorrere a sistemi di mitigazione, anche se il loro utilizzo durante la stagione del riscaldamento sarà in contrasto con la necessità di evitare ombreggiamenti. Potranno aversi schermi solari fissi, mobili oppure usare adeguatamente la vegetazione.

Accumulo e rilascio dell'energia solare

La climatizzazione di un ambiente si misura con delle condizioni ambientali esterne non stazionarie. Una delle dinamiche fondamentali con la quale deve misurarsi un sistema solare, oltre all'andamento climatico stagionale con ciclo annuale, è il ciclo giornaliero. La radiazione solare presenta, nella giornata media, un andamento sim-metrico rispetto alle ore 12 solari. L'andamento termico dell'aria esterna invece pre-senta generalmente una curva simile a quella della radiazione ma sfasata di qualche ora.

Lo sfasamento è dovuto all'inerzia termica della superficie terrestre e dell'atmosfera. Anche all'interno di uno spazio con involucro trasparente l'andamento della temperatura dell'aria segue un andamento simile a quello dell'aria esterna raggiungendo però, temperature molto più elevate durante le ore di sole e conservando più a lungo una temperatura elevata anche dopo il termine del periodo di irraggiamento. Questo grazie al fatto the non vi è scambio d'aria fra l'interno e l'esterno. In questo modo il riscaldamento dell'aria ottenuto nelle ore soleggiate di una giornata tardo invernale può essere sfruttato dopo il tramonto del sole.

Per ottenere una migliore distribuzione del calore della serra nell'arco delle 24 ore è opportuno aumentarne l'inerzia, ovverosia utilizzare delle masse di accumulo in grado di assorbire l'energia termica quando questa è più intensa per cederla poi gradualmente per irraggiamento o convezione. In questo modo è possibile ottenere un'attenuazione e uno sfasamento dell'onda termica.

Lo scopo delle masse termiche è dunque fondamentalmente quello di immagazzinare l'energia captata dalla serra e renderla disponibile per il suo utilizzo nelle ore di massimo bisogno. Una buona massa di accumulo termico dovrebbe essere quindi in grado di assorbire la maggior quantità possibile di energia durante le ore maggiormente soleggiate e di restituirla gradualmente con circa 6/10 ore di ritardo.

Perchè siano efficaci le masse termiche è necessario progettare adeguatamente la posizione e la costituzione materia.

Le diverse posizioni dell’accumulo identificano, insieme a altre caratteristiche le principali tipologie di sistemi passivi e saranno in seguito illustrate.

Relativamente ai materiali la capacità di accumulare calore è legata principalmente a due caratteristiche fisiche :

- il calore specifico (definito come la quantità di calore che un chilogrammo del materiale riesce a trattenere quando la sua temperatura viene elevata di 1°C);

- il peso specifico.

II prodotto di questi due fattori definisce la capacità termica espressa in Wh/mc °C. Ulteriori due caratteristiche fisiche sono determinanti nel definire la bontà di un mate-riale come accumulatore passivo sono:

- la conduttività (definita come quantità di calore che in 1 ora attraversa il materiale di spessore di 1 m per una superficie di 1 mq quando tra le due facce opposte esiste una differenza di temperatura di 1°C);

- l’ assorbenza della superficie (definita come il rapporto tra la radiazione assorbita da una superficie e l'energia totale incidente su quella superficie).

I materiali migliori sono evidentemente quelli che associano elevati valori di calore specifico e peso specifico. Questi materiali sono in grado di accumulare molta energia in poco spazio.

Anche la conduttività ha però un ruolo importante: un buon conduttore è in grado di sfruttare appieno la propria capacità termica trasferendo il calore superficiale alle parti interne della massa. Al contrario un materiale isolante non è in grado di trasferire il calore dalla superficie irraggiata dal sole verso le parti interne o la superficie in ombra ed è quindi poco efficace.

Tuttavia anche una eccessiva conduttività è negativa perchè quando il materiale si trova a una temperatura superiore a quella degli oggetti circostanti, cedendo a essi la propria energia in un tempo troppo rapido, compromette la funzione di sfasamento dell'onda

termica fondamentale per un buon funzionamento dei sistemi passivi. In tabella vengono riportati i valori della capacità termica e della conduttività in funzione del calore e del peso specifico per i più comuni materiali da costruzione

Materiale Calore specifico Wh/Kg °K Peso specifico Kg/mc Capacità termica Wh/mc °k Conduttività W /m Calcestruzzo 0,222 2400 533 1,29 Mattoni 0,233 2000 466 0,80 Legname 0,633 450 298 0,10 Poliuretano espanso 0,444 24 11 0,10 Acciaio 0,139 7800 1084 52 Vetro 0,208 2500 520 1 marmo 0,221 2700 597 3,37 Acqua 1,160 1000 1160 0,60

L'assorbenza di un materiale dipende dalla natura della sua superficie ed è inversa-mente proporzionale alla quantit à di energia che questa superficie riflette.

Tale caratteristica è fondamentalmente legata al colore e alla scabrosit à della superficie. Come è intuibile le superfici ruvide con colori scuri sono quelle che garanti-scono il migliore assorbimento dell'energia.

Tipo di materiale e superficie Assorbenza indicativa%

Superfici verniciate di nero 90

Mattoni rossi 75

Calcestruzzo 70

Superfici intonacate tinteggiate grigie 75

Superfici intonacate tinteggiate gialle 45

Superfici intonacate tinteggiate bianche 35

Marmo chiaro non lucidato 45

Metalli lucidi 5

Tabella 2: Caratteristiche fisiche dei diversi materiali

La massa efficace per l'accumulo è generalmente minore della massa totale e dipende fortemente dalla frequenza con la quale l'accumulo è caricato e poi scaricato. Il gradiente di temperatura attraverso il materiale dell'accumulo si riduce con la distanza dalla superficie riscaldata, ossia il materiale partecipa sempre meno all'accumulo. Per l'usuale ritmo di carica e scarica, 24 ore, questo spessore per i più comuni materiali da costruzione varia tra 6 e 12 cm. Non serve quindi costruire pareti e solai con spessori pieni superiori a 8-16 cm, quando il calore viene fornito su un solo lato.

La luce naturale e il confort visivo

Nel progetto di un edificio solare passivo le superfici vetrate devono essere concepite come una sorgente sia di calore che di luce, quindi i concetti base dell'edilizia tradizionale per la determinazione delle dimensioni e della posizione delle finestre possono non essere più adeguati. Potenzialmente l'illuminazione naturale offre anche una notevole opportunità di risparmio energetico, in quanto riduce la dipendenza dai consumi energetici per la produzione di luce artificiale. Il problema principale nell'illuminazione naturale è il confort visivo: troppa luce può dare problemi di abbagliamento e di contrasto e troppo poca porta a ricorrere alla luce artificiale.

La distribuzione della luce che penetra dall’esterno all'interno dei locali dipende dalle dimensioni, dalla forma dalla riflettanza delle pareti. Poiché la quantità di luce naturale dipende principalmente dalla località e dall'ora del giorno, il livello interno di illuminazione è espresso come una percentuale dell'illuminamento esterno su una superficie orizzontale con orizzonte non ostruito: questo valore è chiamato "fattore di luce diurna".

Nel campo visivo di un osservatore una sorgente di luce intensa, come la vista diretta del sole o del cielo da una finestra, ma anche un oggetto fortemente illuminato, nel può causare abbagliamento. Per evitare questo fenomeno è importante ridurre la luminosità proveniente dalla finestra ed aumentarla in prossimità della stessa attraverso l’impiego di infissi e pareti finestrate in colori chiari e come pure bordi smussati per ridurre il contrasto; finestre laterali e lucernai per innalzare il livello di illuminamento dietro la finestra; persiane riflettenti per ridurre la vista del cielo, ma nello stesso tempo per riflettere la luce solare sul soffitto; modifiche alla riflettanza delle pareti e del soffitto della stanza.

3.7.4 Confronto tra i sistemi che usano il solare passivo

I sistemi di riscaldamento solare passivo possono essere classificati in tre principali gruppi 1. guadagno diretto

2. guadagno isolato 3. guadagno indiretto

sulla base dei seguenti tre fattori:

- le caratteristiche dell'apertura per la raccolta della radiazione solare; - l'interazione tra radiazione solare e accumulo termico;

- il sistema di rilascio dell'energia nello spazio riscaldato.

- Guadagno diretto

Il sistema a guadagno diretto è il più semplice ed è costituito da un edificio ben isolato con ampie finestre rivolte a sud. Le finestre permettono la trasmissione della radiazione solare invernale, incidente con bassa angolazione. In estate l'elevata altezza del sole riduce l'insolazione trasmessa, mentre un aggetto può anche escluderla completamente. L'edificio necessita di una massa termica per accumulare il calore durante il giorno e riemmetterlo durante la notte. Questa massa termica è generalmente costituita da pareti in muratura isolate esternamente e/o da un pavimento massivo con isolamento perimetrale o nell'estradosso. La radiazione solare colpisce direttamente la massa termica e l'energia viene accumulata, riducendo così le fluttuazioni di temperatura dell'aria interna.

· Requisiti:

I requisiti base di un sistema a guadagno diretto sono:

- un'ampia superficie vetrata rivolta a sud e in comunicazione diretta con lo spazio abitato; Fig.3: Sistema a guadagno diretto

- una massa termica esposta nel soffitto e/o nel pavimento e/o nelle pareti con area e capacità termica opportunamente dimensionate e posizionate per l'esposizione alla radiazione solare e per l'accumulo;

- isolamento della massa termica dalle condizioni climatiche esterne.

Oltre questi requisiti base, esiste una serie di varianti che consente varie alternative all'interno dei sistemi a guadagno diretto. Le varianti più comuni riguardano la scelta e il posizionamento dei materiali della massa termica. L'accumulo primario può avere varie configurazioni: a pavimento o come massa libera all'interno del locale, a soffitto o come parete interna o esterna.

I materiali utilizzati per la massa termica possono variare dal cemento ai mattoni all'acqua e/o altri liquidi, scelti singolarmente o in varie combinazioni.

· Vantaggi:

- il guadagno diretto è il più semplice sistema di riscaldamento solare e quindi il più facile da realizzare. In molti casi lo si ottiene semplicemente ridistribuendo le finestre;

- l'ampia superficie vetrata non consente soltanto l'ingresso di un'elevata quantità di radiazione solare per il riscaldamento, ma permette di ottenere un elevato standard di illuminazione naturale assieme ad un migliore rapporto visuale con l'esterno;

- il sistema può essere considerato uno dei metodi meno dispendiosi per il riscaldamento solare degli ambienti.

· Difetti:

- grandi aree vetrate possono produrre abbagliamento;

- la radiazione ultravioletta contenuta nella radiazione solare può degradare materiali presenti all’interno dell’ambiente;

- per raggiungere un elevato risparmio energetico sono necessarie ampie superfici vetrate e quindi grandi masse termiche per attenuare le variazioni di temperatura: queste masse possono essere costose, soprattutto se non hanno funzioni strutturali;

- anche con una massa termica adeguata si possono avere fluttuazioni della temperatura diurna intorno ai 10°K;

- l'isolamento notturno dell'apertura solare è sicuramente necessario per i climi più freddi e questo può risultare costoso e difficoltoso.

L’uso di questo sistema appare non adatto all’impiego nella scuola.

L'ampia superficie vetrata richiesta dagli edifici a guadagno diretto può produrre variazioni di temperatura intollerabili all'interno del locale abitato. Anche disponendo di un

sufficiente accumulo termico, la presenza dei bambini e degli arredi rende "poco visibile" la superficie captante. Nonostante il possibile impiego di pannelli isolanti durante la notte la dispersione dovuta alla superficie vetrata comporta consistenti perdite di calore durante in inverno che generano condizioni sfavorevoli nelle prime ore di permanenza dei bambini nelle aule. Inoltre l’ampiezza delle finestre consente l’ingresso di una notevole quantità di luce che può provocare fenomeni di abbagliamento.

- Guadagno indiretto

Nel sistema solare passivo a guadagno indiretto la radiazione solare colpisce una massa termica collocata tra il sole e lo spazio abitato. L'energia solare as sorbita dalla massa viene convertita in calore e trasmessa all'ambiente da riscaldare. La soluzione a guadagno indi-retto prevede, quindi, che la radiazione solare non penetri direttamente nell'ambiente ma che venga intercettata da una parete opaca, posta tra la superficie vetrata e l'ambiente stesso.

Il calore, trasmesso per conduzione attraverso il muro di accumulo, è poi distribuito all’altro spazio interno per irraggiamento, oppure per convezione naturale, qualora si pratichino nella massa termica opportune aperture. Nel primo caso si ha un sistema denominato massivo, il secondo è conosciuto come muro-Trombe così denominato dal nome del progettista Felix Trombe. Quest'ultima ipotesi manifesta la sua efficacia durante il giorno e nelle prime ore della sera, quando cioè il volume d'aria racchiuso tra il vetro e il muro d'accumulo si riscalda per effetto della radiazione solare raggiungendo temperature elevate. L'aria riscaldata tende quindi a salire, attraverso le aperture praticate all'estremità superiore della parete d'accumulo, immettendosi nell'ambiente e inducendo l'aria più fredda a entrare nell 'intercapedine attraverso le bocchette inferiori.

Durante la notte, quando l'aria racchiusa nell'intercapedine si è ormai raffreddata, il calore viene trasmesso all'ambiente per irraggiamento o per conduzione naturale, grazie alla capa-cità di ritardo termico della parete d'accumulo. Il ritardo e lo smorzamento dell'onda di temperatura, durante questo trasferimento, dipendono dal materiale scelto per l'accumulo (il tempo di ritardo è ad esempio di circa 18 minuti per ogni centimetro di cemento).

Le aperture dovrebbero essere controllate a mezzo di serrande per impedire la circolazione inversa durante la notte.

Per raggiungere l'efficienza ottimale di questi sistemi è necessario ridurre in inverno le perdite di calore verso il cielo di notte o durante una giornata con cielo coperto: questo si può ottenere mediante una serranda esterna isolante o aumentando la resistenza termica della vetrata (vetri doppi o riflettenti il calore), oppure applicando uno strato selettivo sulla superficie del muro, che sia caratterizzato da un elevato assorbimento della radiazione solare e da una bassa emissività della radiazione termica.

In estate può essere impedito il riscaldamento della massa d'accumulo tramite aggetti, isolamenti mobili o mediante aperture di aerazione in comunicazione con l'esterno. Per certi climi il muro Trombe può essere usato in estate come camino solare: in questo modo il movimento continuo dell'aria sottrae calore all'edificio, richiamando aria più fredda, ad esempio dal lato nord, per la ventilazione. E’ opportuno rilevare che la tecnologia muro-Trombe presenta, accanto a buone rese energetiche, costi piuttosto elevati; considerevoli sono anche i limiti posti dalla sua manutenzione.

· Requisiti

Gli elementi richiesti dai sistemi con muro Trombe e massivo sono: - un'ampia superficie vetrata rivolta a sud;

- una massa termica di accumulo posta immediatamente al suo interno. · Vantaggi:

- L’ingresso indiretto del calore non genera problemi di abbagliamento e degradazione ultravioletta dei materiali interni;

- le fluttuazioni di temperatura nello spazio abitato sono più basse rispetto a quelle di un sistema a guadagno diretto;

- il ritardo nel tempo tra assorbimento dell'energia solare e rilascio nell'ambiente dell'energia termica può essere utile per integrare disponibilità energetica e modelli occupazionali;