PROGETTAZIONE SOSTENIBILEPROGETTAZIONE SOSTENIBILE

Perché SOSTENIBILITÀ?

PROGETTAZIONE EDILIZIA ENERGETICAMENTE RAZIONALE

- Profonda conoscenza delle caratteristiche del luogo

- Analisi di tutti i fattori climatici che caratterizzano l’area

- Conoscenza delle variabili del microclima- Conoscenza delle variabili del microclima

- Morfologia dell’area di intervento

- Altitudine del sito

- Presenza di rilievi

- Clivometria (cioè la pendenza media del terreno rispetto all’orizzonte)

- Orientamento dei pendii

CULTURA COSTRUTTIVA LOCALE BIOCLIMATICA

Clima temperato Clima caldo secco Clima caldo umido Clima freddo

Si costruisce una dimora allo scopo di ripararsi dalle intemperie, dal sole, dallapioggia e dalla neve, dal troppo freddo e dal troppo caldo

Il clima locale è uno dei principali fattori che hanno dato origine alle numerose edifferenti espressioni architettoniche che troviamo nel mondodifferenti espressioni architettoniche che troviamo nel mondo

SOLUZIONI PROGETTUALI BIOCLIMATICHE

SOLUZIONI PROGETTUALI BIOCLIMATICHE IN CLIMA MEDITERRANEO

Clima mediterraneo ClassificazioneClima mediterraneoclima temperato moderatamente umido, con escursioni termiche

Classificazione climatica di Köppen-Geiger

giornaliere ed annue modeste; è caratterizzato da inverni miti ed estati secche e piuttosto calde, con una temperatura giornaliera media mensile nel mese più caldo

Soluzioni progettuali bioclimatiche in clima mediterraneo:

non inferiore ai 22°C

Soluzioni progettuali bioclimatiche in clima mediterraneo:

- limitazione delle vetrature (soprattutto ad ovest);

schermatura esterna delle finestrature (serrande persiane frangisole tende);- schermatura esterna delle finestrature (serrande, persiane, frangisole, tende);

- involucri massivi, cioè ad elevata capacità termica;

fi it t di l hi- finiture esterne di colore chiaro;

- ventilazione all’interno degli ambienti, delle coperture e di apposite intercapedini.

PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA

Esigenze di carattere bioclimatico da soddisfare:

- OmbreggiamentoVentilazione

Scelta di:- Ventilazione- Difesa dei venti- Captazione solare

Illuminazione naturale

- Forma e orientamento dell’edificio- Criteri tipologici, funzionali e distributivi- Apparecchiatura costruttiva

- Illuminazione naturale- Protezione dalle precipitazioni- Conservazione del calore

- Materiali da utilizzare

ecc.

PENDENZA E ORIENTAMENTO DEI PENDII

Influenza in maniera rilevante il microclima del sito

I dii i i S d i i i à diI pendii orientati a Sud ricevono una maggiore quantità di radiazione solare diretta che determina un aumento della

temperatura media dell’aria

Si definisce clivometria la pendenza media del terreno rispetto all’orizzontale Si esprime in percentuale o in gradirispetto all orizzontale. Si esprime in percentuale o in gradi

In una carta topografica la clivometria si valuta osservando laIn una carta topografica la clivometria si valuta osservando la vicinanza delle curve di livello.

Determinazione della posizione reciproca degli edifici in funzione dell’inclinazione del pendio sull’orizzonte

COLLOCAZIONE DELL’EDIFICIO NEL SITO

P ti d t l i t d ll’ difi i d t t tt il i dPer garantire un adeguato soleggiamento dell’edificio durante tutto il periodo invernale bisognerà collocarlo all’interno del lotto lasciando ampi spazi aperti

anteriormente al suo fronte sud.

Per riscaldare gli edifici in inverno sfruttando l’energia solare è necessario individuare le aree del sito che ricevono la maggior parte della radiazione solare tra le ore 9 e le 15

FORMA E ORIENTAMENTO DELL’EDIFICIO

N l d fi i l f di difi i bi ti l’i i tNel definire la forma di un edificio bisogna sempre consentirne l’irraggiamento solare diretto. Una costruzione allungata lungo l’asse Est-Ovest esporrà una

maggiore superficie esterna a Sud.

Radiazione solare sui lati di un edificio alle diverse latitudini

Latitudine

N N N

40° NLatitudineLatitudine

36° N 44° N

copertura

20

ESTATE E copertura

12

W E copertura

16

W E

N N N

W72 4040

S20

ESTATE 72 3232

S16

W72 2828

S28

WW

8N

S

4N

S

4N

S

copertura32 2020

W E copertura20 1212

W E copertura16 1212

W EINVERNO

S52

S44

S40

Valori della radiazione solare incidente espressi in kWh/m² giorno

Altro parametro da esaminare in fase progettuale è il rapporto tra la superficiedisperdente dell’involucro di un edificio e il volume da esso delimitato (S/V) èdefinito compattezza

Maggiore è la compattezza di un edificio, minori saranno le dispersioni

Il rapporto S/V diminuisce con l’aumentare del volume

24

2 24 4

8

2

411

1 2 2 4

Superficie

1 1

2 2

1 2 2 2 2 4

8

4

6 10 16 24 40 64 96 256

Volume 1 2 4 8 16 32 64 256

S / V 6 5 4 3 2.5 2 1.5 1

In un edificio passivo il rapporto S/V ottimale dovrebbe essere inferiore a 0,6

POSIZIONE E DIMENSIONAMENTO DEGLI EDIFICI IN FUNZIONE DEI VENTI DOMINANTI

Gli edifici dovranno essere progettati in modo da esporli ai venti dominanti estivi (al fine di garantirne la ventilazione naturale) e da proteggerli da quelli invernali

Velocità giornaliera del vento – Media annuale(Fonte: Norma UNI 10349)

Velocità giornaliera del vento – Media annuale(Fonte: Norma UNI 10349)

BARRIERE FRANGIVENTO

La lunghezza di un filare può essereLa lunghezza di un filare può essere calcolata in maniera approssimata con la formula di Bates

SP = C x h x L

Con:SP fi i t tt [ ²]SP = superficie protetta [m²]h = altezza della barriera [m]L = lunghezza della barriera [m]C = coefficiente adimensionale che varia in funzione della velocità del vento (V):

C=29,7 per V=10 Km/hC=19,8 per V=15 Km/hC=14,9 per V=20 Km/h

Fi t h d fi it l fi i h iFissata h e definita la superficie che si vuole proteggere, si può ricavare la lunghezza del frangivento:

L = SP / (C x h)

Le condizioni di comfort degli spazi interni abitati derivano dalla loro ubicazione

DISTRIBUZIONE DEGLI AMBIENTI INTERNI

Le condizioni di comfort degli spazi interni abitati derivano dalla loro ubicazione nell’ambito dell’organismo architettonico, in relazione alle funzioni che in essi si svolgono e alle condizioni climatiche esterne.

Le stanze con attività che hanno maggiore necessità di comfort sono quelle della zona qgiorno che vanno disposte sui lati Sud e Sud-Est.

L ò di i l iLa zona notte può essere disposta sui lati Est, Sud-Est o Sud-Ovest.

Ad Ovest possono essere ubicati ambienti diAd Ovest possono essere ubicati ambienti di servizio ed eventuali studi.

Gli spazi che hanno meno bisogno di p griscaldamento e di illuminazione, come ambienti di servizio, lavanderie, scale e garage vanno disposti lungo il lato Nordgarage vanno disposti lungo il lato Norddell’edificio: essi serviranno da cuscinetto tra gli spazi riscaldati e il fronte Nord più freddo.

COLLOCAZIONE DELLE FINESTRELe superfici vetrate rappresentano uno dei p ppfattori che maggiormente influiscono sui consumi energetici di un edificio

Il l di i iIl calore disperso in inverno attraverso una finestra è maggiore rispetto a quello dissipato da un muro ben isolato

Ad esempio: con temp. est. = 0°C, temp. int. = 20°C, una muratura a cassa vuota dello spessore di 30 cm, costituita da due setti in laterizi

2forati con 10 cm di polistirolo nell’intercapedine, disperde circa 6 W/m2; una finestra con un vetro semplice disperde circa 120 W/m2 (20 volte di più)

edificio per abitazioni e uffici a Freiburg imFreiburg im Breisgau (Germania);a sinistra: prospetto

dnorda destra: prospetto sud

ILLUMINAZIONE E VENTILAZIONE DEGLI SPAZI INTERNI

Le dimensioni minime delle aperture per l’illuminazione e l’aerazione dei localiinterni non deve essere mai inferiore a 1/8 della superficie in pianta degli ambienti acui si riferiscecui si riferisce

Inoltre per garantire un’adeguata illuminazione degli spazi interni, la profondità diti lti i d bb d lt l di t h i t tquesti ultimi non dovrebbe superare due volte e mezzo la distanza che intercorre tra

la sommità delle aperture e il pavimento

hH

L max = 2,5 H

VENTILAZIONE NATURALE ALL’INTERNO DEGLI EDIFICI

Generata da movimenti d’aria prodotti da differenze di pressione o di temperatura.p p p

- Differenza di pressioneIl vento genera sulle pareti esterne dei fabbricati una pressione che aumenta con la

l ità è iti l l t l it d ll t ti ll tsua velocità; essa è positiva sul lato colpito dalla corrente, negativa su quello opposto

La differenza di pressione tra i lati sopravento e sottovento contribuisce a creare una corrente d’aria all’interno dell’edificio; quest’ultima avrà maggiore consistenzacorrente d aria all interno dell edificio; quest ultima avrà maggiore consistenza quando le aperture di ingresso sono rivolte verso una zona di alta pressione e quelle di uscita verso una di bassa pressione.

Le caratteristiche del flusso d’aria che si innesca all’interno degli edifici variano in dipendenza della posizione, in pianta e in alzato, e delle dimensioni delle aperture.

- Differenza di temperaturaLa differenza di temperatura tra due ambienti genera un moto convettivo, dovuto alla diversa densità dell’aria: quella calda, meno densa, si sposta verso l’alto richiamando aria più fresca dal basso e provocando così quello che viene comunemente indicato come “effetto-camino”

SCHERMATURA DELLE APERTURE

P li it l’i d ll di i l i t t ll t d iPer limitare l’ingresso della radiazione solare in estate nelle zone esposte a sud, sipossono usare opportuni elementi di ombreggiamento, come i frangisole fissiorizzontali o gli alberi caducifoglie.

Questi sistemi hanno la caratteristica di non ostacolano l’ingresso della radiazionesolare in inverno, che può quindi concorrere al riscaldamento gli ambienti.

SISTEMI DI SCHERMATURA DELLE APERTURE

D tt l t i d i i l i i i di ldi tiDevono permettere la protezione dai raggi solari nei periodi caldi e consentirel’illuminazione e l’aerazione degli ambienti interni

Caratteristiche di funzionamento: possono essere fissi o mobili

Mobili: manovrati manualmente o tramite comandimeccanizzati elettrificati eventualmente anche automatizzatimeccanizzati elettrificati, eventualmente anche automatizzati

Fissi: hanno maggiore durabilità, minore necessità dimanutenzione, e non vanno incontro a interruzione del,funzionamento per difetti o guasti meccanici; di contro hannouna minore adattabilità nei confronti delle variazioni disoleggiamento e ciò non consente una completa protezionesoleggiamento, e ciò non consente una completa protezionesolare in tutti i periodi stagionali ed in tutte le ore della giornata

Caratteristiche morfologiche: possono essere distinti in aggettio schermi, continui o discontinui (lamelle o griglie), a giacitura

i l i l i li li ll li llorizzontale, verticale o inclinata, ortogonali o paralleli allafacciata.

Per il dimensionamento delle schermatureorizzontali si fa riferimento ai diagrammi solariattraverso i quali si ricavano gli angoli di incidenzadei raggi solari (α) sulle finestre alle diverse ore enei diversi periodi dell’annop

La sporgenza della schermatura rispetto all’aperturada proteggere è ricavabile mediante formuleda proteggere è ricavabile mediante formuleempiriche basate su parametri quali la latitudine delsito e l’altezza solare (angolo di incidenza)

L = h/F oppure L = h/tg α

dove:

L = lunghezza dell’aggetto (m);

h = altezza della finestra (m);

F = coefficiente adimensionale funzione dellalatitudine, ricavabile dalla tabella a fianco;

α = angolo di inclinazione dei raggi solari nell’oraconsiderata.

RICORSO A FONTI ENERGETICHE NATURALI RINNOVABILI

SISTEMI DI RISCALDAMENTO NATURALI

Un edificio riceve calore dalla radiazione solare che incide sull’involucroUn edificio riceve calore dalla radiazione solare che incide sull involucro

I sistemi naturali di riscaldamento basano il loro funzionamento sull’effetto serra

SISTEMI SOLARI PASSIVI

FINESTRE SOLARI

Un primo dimensionamento della superficie vetrata esposta a sud da impiegare inUn primo dimensionamento della superficie vetrata esposta a sud da impiegare in edifici passivi a guadagno solare diretto può essere eseguito in funzione della temperatura esterna media invernale e della latitudine del sito. La quantità di

fi i t t ì i t ti à l t i d ll’ i l ffi i tsuperficie vetrata così ricavata consentirà la captazione dell’energia solare sufficiente a mantenere gli ambienti interni ad una temperatura compresa tra i 18 °C e i 21 °C durante la maggior parte del periodo invernale.

L’irraggiamento solare che colpisce la superficie vetrata viene in parte riflesso, in parte assorbito, in parte trasmesso dal vetro stesso.

100% 100%

80%

8%

8%

12%

80%12%

70%

10%

vetro singolo vetro doppio

fattore di riflessione (ρ) = rapporto fra energia riflessa ed energia incidentefattore di assorbimento (α) = rapporto fra energia assorbita ed energia incidentefattore di assorbimento (α) rapporto fra energia assorbita ed energia incidentefattore di trasmissione (τ) = rapporto fra energia trasmessa ed energia incidente

ρ + α + τ = 1

Una parte dell’energia incidente è assorbita dal vetro che la emette da entrambe le facce; per convenzione si assume che 1/3 di tale energia venga irradiata verso l’i tl’interno.

E entrante = E trasmessa + 1/3 E assorbitaE entrante = τ E incidente + 0,33 α E incidente = (τ + 0,33 α ) E incidente

Il termine ( τ + 0,33 α), equivalente al rapporto fra la quantità di energia effettivamente entrante nell’ambiente e quella incidente qsi definisce fattore solare (σ) di un vetro

più grande è questo valore, maggiore sarà l’energia termica entrantetermica entrante.

La dispersione termica verso l’esterno non siverifica soltanto attraverso il vetro, ma anche,attraverso il telaio dei serramenti.

Il legno ha una discreta resistenza termica,Il legno ha una discreta resistenza termica,l’alluminio ha generalmente una conduttanzasuperiore a quella delle superfici vetrate.

Profili a taglio termico

SISTEMI SOLARI ATTIVI

Si ricorre a tecnologie in grado di produrre energia (termica o elettrica)Si ricorre a tecnologie in grado di produrre energia (termica o elettrica)

IMPIANTI FOTOVOLTAICI

Effetto fotovoltaico = conversione della radiazione solare in energia elettrica in virtù delle particolarisolare in energia elettrica in virtù delle particolari proprietà possedute da alcuni semiconduttori, in particolare il silicio.

Cella in silicio Cella in silicio Moduli in silicio monocristallino (rendimento pari a circa il 15%)

M d li i ili i li i t lli ( di t

monocristallino policristallino

Moduli in silicio policristallino (rendimento compreso tra l’11 e il 14%)

Moduli in silicio amorfo - a film sottile -Moduli in silicio amorfo a film sottile(rendimento del 5-7%); gli atomi di silicio sono deposti chimicamente in strati di spessore pari a pochi micron su una superficie di supporto vetropochi micron su una superficie di supporto - vetro, metallo o materiale plastico -

Per quanto riguarda il tipo di installazione, gli impianti fotovoltaici possono essere: connessi alla rete elettrica (grid-connected) o isolati (stand–alone).

Il fabbisogno di energia elettrica di un edificio monofamiliare può essereedificio monofamiliare può essere coperto da un impianto fotovoltaico di potenza compresa tra 1,5 e 3 kW

Per avere un rendimento ottimale in eserci io è necessario che i mod liesercizio è necessario che i moduli fotovoltaici ricevano la maggiore quantità possibile di irraggiamento

lsolare

- orientamento verso l’esposizione Sud

- inclinazione (angolo di tilt) compresa f i 20° i 30° i tt ll’ i t lfra i 20° e i 30° rispetto all’orizzontale

I componenti fotovoltaici possono essere posti in opera:per applicazione indipendenteper sovrapposizioneper integrazione

IMPIANTI SOLARI TERMICI

Gli i i ti l i t i i t l’ i l i i t i VGli impianti solari termici convertono l’energia solare in energia termica. Vengono utilizzati per il riscaldamento e per la produzione di acqua calda sanitaria.

Un impianto solare termico è normalmente costituito da:- un collettore o pannello solare - uno scambiatore di calore- un serbatoio di accumulo - un circuito distributivo- un fluido termovettore

La circolazione può avvenire in maniera naturale oppure può essere forzata

I pannelli solari termici producono acqua a temperatura massima prossima ai 50°C

acqua calda sanitariaacqua calda per impianti di riscaldamento a pannelli radianti (T=38-40°C)

InstallazioneInstallazione

- Orientamento ottimale Sud pieno (con una tolleranza pari a ± 30°)

- Inclinazione rispetto all’orizzontale (angolo di tilt) = Latitudine del sito

Dimensionamento di un impianto solare termico per la produzione di acqua calda i i ° d f d lsanitaria a 45°C per edifici residenziali

in funzione del consumo giornaliero (in media circa 70-80 l/giorno a persona)

Dimensionamento di massima della superficie di progetto dei pannelli solari, in condizioni ottimali di installazione Valori della tabella sottostante (fonte ENEA)

di di i i i li il l d di iPer tenere conto di condizioni non ottimali, il valore ottenuto deve essere diviso per un coefficiente, ricavato dalla tabella sottostante, in funzione dell’angolo di orientamento e dell’angolo di tilt del pannello

SISTEMA DI RACCOLTA DELLE ACQUE PIOVANE

Impianto di recupero delle acque piovane: raccolta trattamento e successivaImpianto di recupero delle acque piovane: raccolta, trattamento e successiva utilizzazione per l’alimentazione degli scarichi sanitari e/o delle lavatrici, nonché per l’irrigazione di eventuali aree a verde circostanti all’edificio

L’acqua piovana che cade sulla copertura dell’edificio deve essere convogliata attraverso i pluviali e filtrata prima di essere accumulata in una cisterna. Può essere raccolta anche l’acqua piovana che cade sulle zone pavimentate esterne all’edificio; in questo caso, soprattutto se questi spazi sono interessati dal q ppassaggio o dalla sosta di autoveicoli, è opportuno prevedere una ulteriore fase di depurazione (filtro disoleatore) primadepurazione (filtro disoleatore) prima della immissione in cisterna.

Dimensionamento di un serbatoio di accumulo delle acque piovaneIl volume del serbatoio, espresso in litri, può essere determinato con la formula:Vs = C · Vcap

dove:C = (numero massimo di giorni non piovosi consecutivi in un anno) / 365C = (numero massimo di giorni non piovosi consecutivi in un anno) / 365Vcap= volume [litri] di acqua captabile dall’impianto in un anno; si ricava con la formula:Vcap = ef · Cd · P · Sessendo:ef = efficacia del filtroC = coefficiente di deflusso del tettoCd = coefficiente di deflusso del tettoP = precipitazione media annua [mm/anno]S = superficie captante del tetto [m2]I l i d l ffi i C i i d ll b llI valori del coefficiente Cd possono essere ricavati dalla sottostante tabella:

BIBLIOGRAFIA

G. Sciuto, Modelli progettuali per la sostenibilità edilizia