Tesi di Laurea Triennale

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1. INTRODUZIONE

2

2. VALUTAZIONE DEL FABBISOGNO ENERGETICO DI UN INSIEME DI LOTTI EDIFICATI

4

2.1. METODOLOGIE DI CALCOLO 2.1.1. DISPERSIONI 2.1.2. GUADAGNI GRATUITI 2.1.2.1.

2.1.2.2.

GUADAGNI INTERNI GUADAGNI SOLARI

3. ANALISI DEL FABBISOGNO TERMICO DEGLI EDIFICI

7

3.1. ANALISI DELLE DISPERSIONI 3.1.1. CONFRONTO TRA LE DISPERSIONI TERMICHE DELLE TRE TIPOLOGIE 3.2. ANALISI DEI GUADAGNI

8=3824

3.2.1. CONFRONTO TRA I GUADAGNI TERMICI DELLE TRE TIPOLOGIE

4. CONCLUSIONI E CONFRONTO TRA Lâ&#x20AC;&#x2122;ANALISI DELLE DIVERSE TIPOLOGIE EDILIZIE

12

4.1. GUADAGNI SOLARI 4.2. FABBISOGNI ENERGETICI

5. ANALISI ENERGETICA INVERNALE APPLICATA A LOTTI EDIFICATI ESISTENTI

14

5.1. GUADAGNI SOLARI 5.2. FABBISOGNI ENERGETICI

6. CONCLUSIONI EMERSE APPLICATE A LABORATORI AFFRONTATI NEL CORSO DI STUDIO

17

6.1. LABORATORIO DI PROGETTAZIONE ARCHITETTONICA 2B (Prof. Mario Panizza) 6.1.1. GUADAGNI SOLARI 6.1.2. FABBISOGNI ENERGETICI 6.2. LABORATORIO DI PROGETTAZIONE ARCHITETTONICA E URBANA 6A (Prof. Alberto Iacovoni) 6.2.1. GUADAGNI SOLARI 6.2.2. FABBISOGNI ENERGETICI

7. BIBLIOGRAFIA

28

1. INTRODUZIONE Lâ&#x20AC;&#x2122;archetipo dellâ&#x20AC;&#x2122;architettura come capanna evolutosi poi nella concezione Vitruviana classica ha perso con lo sviluppo tecnologico dellâ&#x20AC;&#x2122;era industriale molta della sua forza primitiva. Il riparo dalla forza cieca e bruta degli elementi è un concetto che ha perso rilevanza nelle teorie e nelle realizzazioni dellâ&#x20AC;&#x2122;architettura moderna. Non a caso nella concezione razionalista del Movimento Moderno è stato eliminato il modello del tetto a falde spioventi per sostituirlo con il tetto piano.

Questa sicurezza deriva dal progresso tecnologico, dalla coscienza che lâ&#x20AC;&#x2122;uomo moderno ha di questo e dei mezzi in suo possesso per difendersi dalle forze ambientali. La casa diventa la â&#x20AC;&#x153;machine Ă lâ&#x20AC;&#x2122;habiterâ&#x20AC;? di Le Corbusier: meccanismo, strumento per abitare, per realizzare spazi di qualitĂ per la vita dellâ&#x20AC;&#x2122;uomo.

Lâ&#x20AC;&#x2122;abitazione dunque diviene sempre piĂš â&#x20AC;&#x153;macchinaâ&#x20AC;? dotata di innumerevoli impianti altamente specializzati (climatizzazione, domotica, controllo del risparmio energetico, energie alternative) che compongono un organismo/meccanismo che lavora per assicurare il comfort dellâ&#x20AC;&#x2122;abitare.

Una volta affidato alla tecnologia il compito di assicurare condizioni di comfort allâ&#x20AC;&#x2122;interno dello spazio abitato, indipendentemente dalle variabili climatiche esterne (radiazione solare, umiditĂ , vento, temperatura), lâ&#x20AC;&#x2122;architettura moderna si è interessata alla gestione di una variabile particolarmente rilevante nei nuovi grandi addensamenti urbani: lo spazio.

Il modello di habitat urbano accentrato che dalla rivoluzione industriale in poi andava sempre piĂš prevalendo su quello rurale e decentrato è il modello che la societĂ moderna si è trovata ad affrontare, e che ha condotto a un ragionamento piĂš approfondito sulla forma dellâ&#x20AC;&#x2122;edificato e le sue caratteristiche fondanti quali: densitĂ , tipologia e assetti spaziali.

Nelle societĂ molto urbanizzate, la maggior parte dellâ&#x20AC;&#x2122;energia viene consumata allâ&#x20AC;&#x2122;interno della forma

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costruita e proprio lâ&#x20AC;&#x2122;energia termica per uso civile rappresenta uno dei massimi responsabili dellâ&#x20AC;&#x2122;emissione in atmosfera di gas inquinanti (per la maggior parte CO2 , NOx , SOx , in funzione alle diverse fonti di energia).

A partire dagli anni â&#x20AC;&#x2DC;70, come conseguenza della crisi energetica, e poi negli anni â&#x20AC;&#x2DC;90 e 2000, grazie alla sempre piĂš forte consapevolezza del fatto che il Pianeta Terra sta esaurendo le proprie scorte energetiche naturali e che lâ&#x20AC;&#x2122;inquinamento antropico ne sta seriamente compromettendo il delicato equilibrio, sono nati i primi dibattiti e poi la sempre piĂš grande sensibilitĂ nei confronti di questi temi che hanno portato, ai giorni nostri, al crescente utilizzo di fonti di energie rinnovabili.

Lâ&#x20AC;&#x2122;input a tutto questo è stato il fatto che lâ&#x20AC;&#x2122;architettura e lâ&#x20AC;&#x2122;urbanistica moderna hanno fornito soluzioni spaziali ai problemi delle cittĂ fondamentalmente basate sullâ&#x20AC;&#x2122;utilizzo di fonti energetiche non rinnovabili per il riscaldamento, lâ&#x20AC;&#x2122;illuminazione, i trasporti, e questo ha fatto sorgere la domanda spontanea: che cosa succederebbe se nel piĂš prossimo domani queste fonti esauribili venissero a mancare del tutto? Senza energia termica per il riscaldamento invernale, in una casa situata alle medie/alte latitudini, si può anche morire di freddo.

Nasce cosĂŹ il sempre piĂš crescente utilizzo delle fonti energetiche rinnovabili dette anche alternative rispetto a quelle tradizionali dei combustibili fossili: energia solare, energia eolica, energia idroelettrica, energia delle maree. Tra queste, certamente lâ&#x20AC;&#x2122;energia solare è la piĂš disponibile sul nostro territorio e quindi la piĂš adatta per soddisfare il fabbisogno energetico degli edifici.

Questa relazione si pone come obiettivo proprio lâ&#x20AC;&#x2122;analisi delle relazioni esistenti tra morfologia dellâ&#x20AC;&#x2122;edificato (densitĂ , tipologia e assetti spaziali) e dunque la morfologia urbana risultante e il fabbisogno energetico per il riscaldamento invernale e il raffrescamento estivo alle medie latitudini, con il fine di fornire delle strategie progettuali di risparmio energetico volte a comprimere i consumi e le emissioni nocive.

Ho scelto questo tema perchĂŠ nel corso dei tre anni di studio

è cresciuta in me la consapevolezza nei confronti della tematica tematica ambientale e lâ&#x20AC;&#x2122;interesse ad approfondire le tematiche riguardanti le strategie di ottimizzazione del fabbisogno energetico basate soprattutto sullâ&#x20AC;&#x2122;utilizzo di ciò che la natura ci dĂ e, in particolare, sullâ&#x20AC;&#x2122;energia solare.

A questo scopo è utile capire come sfruttare al massimo i guadagni energetici gratuiti dati dallâ&#x20AC;&#x2122;irraggiamento e, di conseguenza, capire quali possono essere i parametri su cui basarsi in fase di progettazione.

2. VALUTAZIONE DEL FABBISOGNO ENERGETICO DI UN INSIEME DI LOTTI EDIFICATI Lâ&#x20AC;&#x2122;analisi trattata nella relazione si basa sullo studio effettuato da Lidia Diappi, Stefano Maliverno e Giovanbattista Mosa (SostenibilitĂ Urbana: Dai principi ai metodi di analisi â&#x20AC;&#x201C; Forma urbana, energia e ambiente, a cura di L. Diappi, Torino, 2000, Cap. 4).

Lo studio è stato condotto con il fine di confrontare tra loro i differenti fabbisogni energetici globali dovuti al riscaldamento invernale per uso civile di lotti con caratteristiche morfologiche differenti, sia al livello edilizio che urbanistico. Lo scopo è di verificare lâ&#x20AC;&#x2122;efficacia di alcune soluzioni progettuali rispetto ad altre, tutte oggi comunemente praticate, rispettando il principio della minimizzazione del fabbisogno energetico. In particolare, la riduzione del suddetto fabbisogno energetico per riscaldamento a uso civile può avvenire con la diminuzione delle dispersioni e/o con lâ&#x20AC;&#x2122;incremento dei guadagni energetici naturali.

Per lo studio sono state prese in considerazione tre tipologie edilizie: â&#x20AC;˘ Edifici a torre; â&#x20AC;˘ Edifici a corte; â&#x20AC;˘ Edifici in linea.

Per quanto riguarda i guadagni interni sono stati considerati gli apporti gratuiti di energia dovuti alla presenza di persone e macchine o elettrodomestici che producono calore, mentre per i guadagni esterni sono stati considerati gli apporti

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naturali di energia solare ricevuti sia tramite le pareti esterne opache che trasparenti. Lâ&#x20AC;&#x2122;obiettivo dello studio consiste nellâ&#x20AC;&#x2122;individuazione di morfologie del costruito che massimizzino i guadagni esterni e minimizzino il fabbisogno termico invernale. Le variabili urbanistiche analizzate riguardano la densitĂ territoriale, le dimensioni dellâ&#x20AC;&#x2122;edificio tipo, la posizione reciproca degli edifici, la loro distanza e lâ&#x20AC;&#x2122;orientamento.

In sintesi, il fabbisogno energetico di un edificio è il risultato della differenza tra le dispersioni e i guadagni, dove a questâ&#x20AC;&#x2122;ultimo fattore viene applicato un coefficiente correttivo che consente di ridurne il valore considerando solamente la parte effettivamente utilizzabile (viene eliminata la parte in eccesso che porterebbe a un surriscaldamento dellâ&#x20AC;&#x2122;aria).

Applicando questo bilancio a ognuno degli edifici presi in considerazione nel periodo del riscaldamento e poi estendendolo al lotto si può giungere a unâ&#x20AC;&#x2122;indicazione del fabbisogno energetico di una serie di lotti edificati secondo differenti sistemi edilizi e urbanistici e quindi ricavare delle linee guida utili alla progettazione che possano rendere minimo il suddetto fabbisogno.

Il metodo utilizzato viene definito C.E.N. poichĂŠ è stato sviluppato dal Comitato Europeo per la Normazione e rappresenta la base per il calcolo del fabbisogno energetico per riscaldamento. Ipotesi fondamentale è quella di mantenere costante la temperatura interna nelle 24 ore, il metodo è poi strutturato nelle seguenti fasi: â&#x20AC;˘ calcolo delle dispersioni verso lâ&#x20AC;&#x2122;esterno; â&#x20AC;˘ calcolo dei guadagni interni e dei guadagni solari; â&#x20AC;˘ calcolo del fabbisogno netto di energia della zona tramite la differenza tra dispersioni e guadagni.

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2.1. METODOLOGIE DI CALCOLO 2.1.1. DISPERSIONI Le perdite energetiche degli edifici sono ricondotte a due cause principali: la trasmissione del calore attraverso lâ&#x20AC;&#x2122;involucro opaco e trasparente e le perdite per convezione dovute ai ricambi dâ&#x20AC;&#x2122;aria; la somma di queste ci dĂ le perdite totali dellâ&#x20AC;&#x2122;edificio.

Per quanto riguarda le perdite attraverso lâ&#x20AC;&#x2122;involucro esterno dellâ&#x20AC;&#x2122;edificio queste dipendono anche dal rapporto tra la superficie totale dellâ&#x20AC;&#x2122;involucro e il suo volume oltre che, naturalmente, dalle tecnologie e dai materiali scelti. Tale rapporto ci dĂ un indice denominato coefficiente di forma.

Risulta che per ridurre le dispersioni unitarie, e di conseguenza quelle totali, di un dato volume si deve cercare di rendere minimo il rapporto superficie/volume.

Calcolando il suddetto rapporto per differenti forme (parallelepipedi) di edifici a parità di volume, risulterà che il cubo è la forma che minimizza maggiormente tale rapporto e dunque è la piÚ efficiente.

Questo volume viene definito cubo termico e rappresenta una forma modello e soprattutto una prima indicazione progettuale utile per minimizzare le dispersioni energetiche degli edifici a paritĂ di sistema costruttivo.

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2.1.2. GUADAGNI GRATUITI 2.1.2.1. GUADAGNI INTERNI Si definisce tale la somma di tutte le quantitĂ di calore generate dallâ&#x20AC;&#x2122;ambiente, escluso il calore prodotto dagli impianti di riscaldamento, e cioè il calore metabolico prodotto dagli occupanti, dal funzionamento delle apparecchiature elettriche, dalle lampade e dal funzionamento della cucina.

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2.1.2.2. GUADAGNI SOLARI Il metodo utilizzato per calcolare i guadagni solari nei differenti aggregati urbani edificati ha richiesto una fase iniziale di stima delle diverse condizioni di esposizione e di ombreggiamento delle varie facciate e coperture. Poi, con lâ&#x20AC;&#x2122;ausilio di un software sono stati disegnati i vari modelli tridimensionali di lotti ed edifici e sono stati analizzati gli effetti di ombreggiamento e lâ&#x20AC;&#x2122;energia solare ricevuta sulle varie pareti e al livello del terreno. Successivamente, inserendo i dati climatici della zona di Milano (radiazione diretta, globale, diffusa, temperatura, umiditĂ , insolazione, velocitĂ del vento, periodo di riscaldamento, latitudine del luogo, albedo del terreno e degli edifici) attraverso il programma è stato effettuato il calcolo dellâ&#x20AC;&#x2122;energia incidente su ogni superficie del modello cosĂŹ da ottenere una stima dei guadagni solari nel periodo considerato.

3. ANALISI DEL FABBISOGNO TERMICO DEGLI EDIFICI Sono state cosĂŹ definite le ipotesi e le metodologie di calcolo, dunque, ora verranno definite le caratteristiche e le tipologie degli edifici e il loro assemblaggio nei lotti.

Come detto in precedenza, sono state selezionate come oggetto di studio tre tipologie edilizie: edificio a torre, a corte e in linea. La tipologia a torre si è ipotizzata a pianta quadrata e con altezze minime del doppio del lato di base.

La tipologia a corte insiste su un lotto quadrato e presenta una parte costruita che circonda un cortile interno anchâ&#x20AC;&#x2122;esso quadrato, il cui lato interno è almeno pari allâ&#x20AC;&#x2122;altezza dellâ&#x20AC;&#x2122;edificio, per consentire il soleggiamento a tutti i piani. In ultimo, la tipologia in linea è caratterizzata da pianta rettangolare e presenta un rapporto tra le lunghezze dei due lati almeno pari a tre.

Si è ipotizzato di dover edificare su una superficie di quattro ettari, con densità da 100 a 800 ab/ha, quindi con un insediamento di popolazione da 400 a 3200 individui e per un totale edificato compreso tra 40.000 e 320.000 m3. Ogni '*( )FBSTU 5PXFS /FX :PSL 'PTUFS BOE 1BSUOFST "SDIEBJMZ

,8I BOOP

Ogni densitĂ di insediamento sarĂ ottenuta con ciascuna delle tre tipologie edilizie, variando per uno stesso edificio sia il numero dei piani sia le dimensioni di base.

Attraverso queste analisi sarĂ possibile ottenere i seguenti risultati: â&#x20AC;˘ data una tipologia edilizia e una densitĂ si troveranno le dimensioni degli edifici con dispersioni minime; â&#x20AC;˘ a paritĂ di densitĂ abitativa si identificherĂ la tipologia edilizia con le dispersioni minime.

Attraverso questi risultati sarĂ quindi possibile sintetizzare alcune linee guida sul rapporto che lega forma e dimensione dellâ&#x20AC;&#x2122;edificio e dispersione dello stesso. Ă&#x2C6; stata ipotizzata una localizzazione dellâ&#x20AC;&#x2122;insediamento vicina alla cittĂ di Milano, infatti sono stati utilizzati i parametri climatici propri della cittĂ (gradi giorno 2404, durata riscaldamento 183 g, temperatura esterna -5 °C, 122 slm, ore giornaliere 24). Sia le dispersioni che i guadagni solari sono stati calcolati per tutto il periodo di riscaldamento.

Di seguito verranno analizzati, nellâ&#x20AC;&#x2122;ordine, prima le dispersioni poi i guadagni e, infine, i fabbisogni.

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3.1. ANALISI DELLE DISPERSIONI Lâ&#x20AC;&#x2122;obiettivo di questa analisi consiste nel valutare gli effetti di forma e disposizione dellâ&#x20AC;&#x2122;edificato a paritĂ di volume, e quindi di abitanti insediabili, utilizzando differenti tipologie edilizie e dimensioni degli edifici. Lâ&#x20AC;&#x2122;analisi è stata condotta per lotti con densitĂ intermedie (300, 400, 500 ab/ha).

Le caratteristiche generali delle tre tipologie edilizie e i valori dei vari parametri sono: 1. volumetria massima di circa 30.000 m3; 2. valori di β (rapporto tra i lati della base) = 3 e 5 per edifici a torre β = 1 (base quadrata); per edifici a corte β = 2 (rapporto lato esterno su lato interno); per edifici in linea β = 3-5; 3. dimensioni in pianta (m): per edifici a torre 10*10, 15*15, 20*20;

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,8I BOOP

per edifici a corte 36*18, 40*20, 44*22, 48*24 (dimensione esterna di base*dimensione corte); per edifici in linea 10*30, 15*45, 10*50, 15*75; 4. rapporti tra altezza dellâ&#x20AC;&#x2122;edificio e dimensioni di base: per edifici a torre da 1.5 a 4; per edifici in linea da 1 a 3.4.

3.1.1. CONFRONTO TRA LE DISPERSIONI TERMICHE DELLE TIPOLOGIE

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Di seguito verranno analizzati i lotti con densitĂ di 300 ab/ha edificati nelle tre differenti tipologie: a torre (dimensioni di base m 20*20), a corte (m 48*24), in linea (m 15*75).

Nel grafico 1 sono state confrontate le curve di dispersione degli edifici piĂš efficienti di ciascuna tipologia in funzione dellâ&#x20AC;&#x2122;altezza. Si può notare come al variare delle altezze le minime dispersioni si ottengono per gli edifici in linea, mentre quelli a corte risultano i meno efficienti e le dispersioni diminuiscono significativamente allâ&#x20AC;&#x2122;aumentare dellâ&#x20AC;&#x2122;altezza e per gli edifici e torre, allo stesso modo, la diminuzione di dispersione è proporzionale allâ&#x20AC;&#x2122;aumentare dellâ&#x20AC;&#x2122;altezza anche se tale diminuzione non è eccessivamente significativa.

Nel grafico 2 invece sono state confrontate le curve di dispersione delle tre tipologie edilizie in funzione del volume di ciascun edificio. Coerentemente con quanto affermato nel grafico 1 si può vedere che lâ&#x20AC;&#x2122;edificio a linea mostra di possedere i valori piĂš bassi delle dispersioni per volumi superiori ai 2000 m3 compresi, invece per volumi inferiori risulta piĂš efficiente la tipologia a torre, mentre lâ&#x20AC;&#x2122;edifico e corte risulta come prima il meno efficiente energeticamente.

Osservando i grafici e quanto detto in merito si può concludere che per quanto riguarda le dispersioni, gli edifici piÚ efficienti e dunque meno dispersivi, sono quelli appartenenti alla tipologia in linea con altezze superiori ai 20 m e/o volume superiore ai 2000 m3.

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,8I

Ora verrĂ analizzata lâ&#x20AC;&#x2122;efficienza di ogni singolo lotto rispetto alle modalitĂ di captazione solare, principalmente in funzione del parametro della densitĂ fondiaria da cui deriva il rapporto L/H, dove L è la distanza tra gli edifici e H lâ&#x20AC;&#x2122;altezza del fabbricato. I lotti studiati hanno densitĂ fra 1 e 8 m3/m2, con edifici di differente tipologia e dimensione.

Prima di passare al confronto tra le diverse tipologie edilizie sarĂ utile fare alcune considerazioni su lotti edificati con tipologia in linea di cui varia il volume totale dellâ&#x20AC;&#x2122;edificato e il volume di ogni singolo edificio, costruiti su lotti di dimensioni differenti con esposizione su asse nord/sud.

In particolare nel grafico 3, che evidenzia i guadagni energetici solari dellâ&#x20AC;&#x2122;intero lotto per quattro varianti edilizie (Lotto 10*30*21 con vol. tot. 4000 m3 e vol. edificato. 3600 m3, Lotto 10*30*30 con vol. tot. 4000 m3 e vol. ed. 9000 m3, Lotto 15*45*18 con vol. tot. 4000 m3 e vol. ed. 12150 m3, Lotto 15*45*42 con vol. tot. 4000 m3 e vol. ed. 28350 m3) si può notare che, allâ&#x20AC;&#x2122;aumentare della densitĂ , i guadagni solari tendono ad aumentare fortemente, questo perchĂŠ tali guadagni dipendono dalla superficie libera esposta e quindi allâ&#x20AC;&#x2122;aumentare della densitĂ aumenta il volume degli edifici e, di conseguenza, la loro superficie totale.

Tuttavia, aumentando troppo la densitĂ aumenterĂ anche lâ&#x20AC;&#x2122;ombreggiamento reciproco tra gli edifici riducendo cosĂŹ la superficie esposta allâ&#x20AC;&#x2122;irraggiamento e, di conseguenza, i guadagni solari.

Unâ&#x20AC;&#x2122; altra considerazione che emerge dal grafico 3 è che gli edifici piĂš piccoli guadagnano piĂš dei grandi, questo perchĂŠ a paritĂ di volume costruito se il lotto è composto da piccoli edifici, la cui superficie esterna è maggiore rispetto al loro piccolo volume, aumenta la capacitĂ di captazione solare. Si verifica quindi un fenomeno inverso rispetto a quanto visto per le dispersioni.

Va detto anche che lâ&#x20AC;&#x2122;analisi è stata svolta per lotti ed edifici orientati lungo lâ&#x20AC;&#x2122;asse nord/sud, ma se gli stessi fossero stati orientati lungo lâ&#x20AC;&#x2122;asse est/ovest, avvicinandosi quindi allâ&#x20AC;&#x2122;asse eliotermico, ci sarebbe stato un miglioramento dei

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3.2. ANALISI DEI GUADAGNI

EFOTJUÂ&#x; ND NR

(3"'*$0 $POGSPOUP USB J HVBEBHOJ TPMBSJ EJ FEJĹťDJ JO MJOFB B UPSSF F B DPSUF

guadagni stimato di circa il 5-7%, poichĂŠ la superficie captante rivolta a sud sarebbe stata maggiore.

Quanto detto per gli edifici in linea vale anche per le altre due tipologie, anche con dati quantitativamente differenti si posso ricavare qualitativamente le stesse conclusioni.

3.2.1. CONFRONTO TRA I GUADAGNI TERMICI DELLE TRE TIPOLOGIE Confrontando tra loro le tre tipologie in relazione ai guadagni termici (Grafico 4) si può vedere come i lotti edificati secondo la tipologia a torre possiedono unâ&#x20AC;&#x2122;efficienza migliore nella captazione solare, dovuta alla loro ampia superficie laterale, rispetto a lotti edificati a paritĂ di densitĂ con edifici in linea. Questo permette agli edifici a torre di ricevere il 23% in piĂš di energia solare rispetto agli edifici in linea.

I lotti edificati invece con edifici a corte risultano i peggiori per quanto riguarda la captazione solare poichĂŠ anche avendo unâ&#x20AC;&#x2122;estesa superficie laterale parte di questa risulta inutilizzabile a causa di fenomeni di auto-ombreggiamento che portano a picchi di deficit prestazionale pari anche al 42% rispetto alle altre due tipologie.

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4.1 GUADAGNI SOLARI Si è visto che la discriminante fondamentale per i guadagni solari degli edifici è la quantitĂ di superficie laterale esposta alla captazione solare, infatti maggiore sarĂ tale superficie e maggiore sarĂ il guadagno solare dellâ&#x20AC;&#x2122;edificio considerato.

Questa caratteristica dipende strettamente dalla densitĂ fondiaria del lotto, cioè lâ&#x20AC;&#x2122;indice che stabilisce il rapporto tra il volume dellâ&#x20AC;&#x2122;edificato e la superficie fondiaria del lotto, poichĂŠ piĂš alta sarĂ la densitĂ e minore sarĂ la distanza che intercorre tra i diversi edifici che compongono il lotto con il conseguente aumento di ombre portate dagli edifici contigui che condurrĂ a una diminuzione di superficie laterale esposta e quindi a un calo del guadagno solare diretto di energia termica.

Confrontando le tre tipologie esaminate, si può dire che gli edifici a torre hanno i guadagni solari piÚ alti possedendo una superficie laterale maggiore rispetto alla tipologia a linea, che risulta essere la seconda per guadagni, nello specifico per gli edifici a torre la superficie laterale risulta essere il 90% della superficie totale mentre per quelli a linea il 60%. La tipologia a corte invece si classifica come terza

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A questo punto si possono riassumere i piĂš importanti risultati emersi nel corso dellâ&#x20AC;&#x2122;analisi svolta per quanto riguarda il comportamento energetico invernale della serie di lotti edificati con ognuna delle tre tipologie considerate: a torre, a corte, in linea.

Di seguito verranno sintetizzati tali risultati prima per quanto riguarda lâ&#x20AC;&#x2122;analisi dei guadagni solari e poi per quanto riguarda i fabbisogni energetici. Il risultato emerso per quanto riguarda le dispersioni è giĂ stato evidenziato in precedenza (Paragrafo 3.1.1), in ogni caso il fabbisogno energetico dipende da queste quindi, analizzando il fabbisogno, si possono anche trarre conclusioni riguardanti le dispersioni.

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4. CONCLUSIONI E CONFRONTO TRA Lâ&#x20AC;&#x2122;ANALISI DELLE DIVERSE TIPOLOGIE EDILIZIE

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perchĂŠ, nonostante possegga una superficie laterale mediamente ampia, il fenomeno di auto-ombreggiamento delle parti interne della corte impedisce lâ&#x20AC;&#x2122;utilizzo dellâ&#x20AC;&#x2122;intero potenziale di captazione solare.

Concludendo si può affermare che per quanto riguarda i guadagni solari valgono le seguenti indicazioni progettuali: 1. i lotti formati da edifici piccoli (volumi di massimo 5-6.000 m3) garantiscono una migliore ricezione solare per via di una piĂš ampia superficie laterale esposta (in generale questa scelta comporta un miglioramento dellâ&#x20AC;&#x2122;efficienza di captazione solare che varia dal 25% per edifici a torre ed a corte al 40% per gli edifici in linea rispetto agli stessi volumetricamente piĂš grandi); 2. le alte densitĂ comportano un peggioramento dellâ&#x20AC;&#x2122;efficienza nella ricezione solare per quanto detto in precedenza, la densitĂ ideale si attesta attorno ai 3/4 m3/m2 (in un intervallo compreso tra 1 e 8 m3/m2 lâ&#x20AC;&#x2122;efficienza risulta avere un deficit del 6/13% per edifici a torre (Grafico 5) e del 10/13% per edifici in linea (Grafico 7) mentre per gli edifici a corte (Grafico 6) è del 3/8% ma in un intervallo piĂš piccolo da 1 a 6 m3/m2); 3. la tipologia piĂš efficiente nella ricezione dellâ&#x20AC;&#x2122;energia solare tra le tre analizzate risulta essere la tipologia a torre per i motivi sopra detti (risulta avere, a paritĂ di densitĂ edificativa, unâ&#x20AC;&#x2122;efficienza migliore del 42% max. rispetto agli edifici a corte e del 23% max. rispetto agli edifici in linea).

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4.2. FABBISOGNI ENERGETICI

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Passiamo ora ad analizzare le tre tipologie per quanto riguarda il fabbisogno energetico: il grafico 8 si può affermare che i fabbisogni minori si hanno negli edifici in linea orientati lungo lâ&#x20AC;&#x2122;asse est/ovest e di grande volume.

Il fabbisogno energetico è un bilancio tra guadagni (+) e dispersioni (-) dove solitamente le dispersioni hanno un peso 4/5 volte maggiore rispetto ai guadagni gratuiti (solari + interni) e, infatti, il loro rapporto si attesta attorno allo 0,2 (20%).

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Secondo una stima, un lotto che rispetti i criteri progettuali sopra elencati potrebbe fornire risparmi energetici invernali per il riscaldamento degli ambienti interni del 25/30% rispetto a un altro lotto che invece contraddice o non rispetta affatto questi tre punti.

5. ANALISI ENERGETICA INVERNALE APPLICATA A LOTTI EDIFICATI ESISTENTI Lo studio finora effettuato ha consentito di compiere valutazioni modellistiche su lotti morfologicamente omogenei, ma nella cittĂ reale gli edifici sono assemblati in modo irregolare ed è dunque impossibile unâ&#x20AC;&#x2122;analisi dei fabbisogni energetici reali basata su questo approccio.

5

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Concludendo si può affermare che per quanto riguarda i fabbisogni energetici valgono le seguenti indicazioni progettuali: 1. lotti formati da edifici piuttosto grandi (sopra i 10.000 m3) poichĂŠ meno disperdenti visto che tendono a minimizzare il rapporto superficie esterna/volume (i risparmi rispetto agli edifici piccoli di 3-4.000 m3 si attestano sul 25/35% per lotti con edifici a torre, sul 15/20% per lotti con edifici a corte, sul 20/25% per lotti con edifici in linea, in generale il risparmio aumenta del 1/2% se gli edifici sono orientati lungo lâ&#x20AC;&#x2122;asse est/ovest rispetto allâ&#x20AC;&#x2122;asse nord/sud); 2. le medio-basse densitĂ (come prima attorno ai 3/4 m3/m2) sono ideali per consentire risparmi energetici invernali (questi si attestano, rispetto alle soluzioni progettuali con alte densitĂ , sul 3/4 % per lotti edificati con edifici a torre o in linea e al 2/3 % per lotti edificati con edifici a corte); 3. la tipologia ottimale per minimizzare il fabbisogno energetico, e quindi le dispersioni tra le tre analizzate risulta essere la tipologia composta da edifici in linea con orientamento est/ovest (il grado di efficienza si attesta mediamente sul 2% rispetto gli edifici a torre e sul 7% rispetto gli edifici a corte).

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Tuttavia è possibile individuare dei lotti relativamente omogenei e con caratteristiche simili a quelli studiati che fungeranno da prototipo per condurre un’analisi dal punto di vista dell’efficienza energetica. È stata quindi applicata la stessa metodologia vista nell’analisi precedente per alcune aree edificate all’interno del Comune di Milano con l’obiettivo di valutare la morfologia urbana (densità fondiaria, distanze tra gli edifici, disposizione e forma dei singoli edifici) e la sua influenza sulle prestazioni termiche invernali, operando su due scale: • scala edilizia: esaminando il coefficiente di forma degli edifici (rapporto superficie/volume); • scala urbana: assumendo valori reali della densità fondiaria, delle distanze inter-edificio e l’orientamento prevalente degli edifici e quindi i guadagni solari gratuiti.

Sono state scelte tredici aree edificate isolandole dal contesto così da poter effettuare un’analisi simile a quella effettuata in precedenza.

Di fianco e di seguito sono rappresentati i sei lotti con prestazioni migliori dei tredici realmente esistenti a Milano su cui è stato verificato lo studio (studio effettuato da Lidia Diappi, Stefano Maliverno e Giovanbattista Mosa nel testo Sostenibilità Urbana: Dai principi ai metodi di analisi – Forma urbana, energia e ambiente, a cura di L. Diappi, Torino, 2000, Cap. 4): • L1 - p.zza Caradia/via Antonini • L2 - via Lattanzio/via Tertulliano • T1 - via Castelbarco/via Giambologna • T2 - via Candiani • C1 - via Settembrini • C2 - via Morosini I lotti reali scelti per lo studio sono stati ricondotti alle tipologie individuate dai lotti virtuali in funzione della tipologia edilizia (torre, corte, linea) e della densità fondiaria reale. Nel grafico 9 è stato rappresentato ogni lotto sia per quanto riguarda i guadagni che per quanto riguarda il fabbisogno energetico, infatti vengono visualizzate sei curve, tre per i guadagni e tre per i fabbisogni.

Dal grafico si può notare che l’andamento delle curve è molto simile ai corrispondenti grafici ottenuti con i lotti

virtuali, questo può dunque significare che le considerazioni fatte in precedenza per i lotti virtuali possono essere ritenute valide anche per i lotti realmente edificati.

5.1. GUADAGNI SOLARI Viste le considerazioni sopra fatte possiamo dire che anche in questo caso (come già rilevato per i lotti virtuali) i lotti più efficaci dal punto di vista della captazione di energia solare sono quelli costituiti da edifici a torre a bassa volumetria edilizia (< 5-6.000 m3) e con densità del costruito non elevate (4/5 m3/m2) che possiamo identificare con i lotti T1 e T2. A questi seguono i lotti costituiti da edifici a linea e, in ultimo, quelli costituiti da edifici a corte.

5

5.2. FABBISOGNI ENERGETICI Per quanto riguarda i fabbisogni energetici il discorso si ribalta perché i lotti più efficienti sono quelli formati da edifici in linea (L1, L2) e un lotto con tipologia a torre (T1), in generale si può vedere come i fabbisogni crescano proporzionalmente alla densità.

Riassumendo quindi, le soluzioni migliori (come già rilevato per i lotti virtuali) si ottengono con assetti formati da edifici in linea (possibilmente orientati lungo l’asse est/ovest) con medio-alte volumetrie (> 10.000 m3) e medio-basse densità (4/5 m3/m2).

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In conclusione, è doveroso precisare che nessun progetto può rispettare sia i tre criteri imposti per i guadagni solari che i tre imposti per i fabbisogni energetici perché come visto questi in parte discordano tra loro.

Ma si deve trovare un equilibrio progettuale che consenta di compensare le mancanze da un lato e dall’altro. È importante anche ripetere che le dispersioni hanno un peso maggiore nel bilancio finale del fabbisogno energetico (fabbisogno energetico = guadagni - dispersioni) quindi è sempre bene che queste vengano minimizzate avendo la precedenza sui guadagni solari che, se eccessivi, possono essere contrastati con adeguate schermature solari.

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In precedenza (Paragrafo 4) sono stati riassunti i piĂš importanti risultati emersi nel corso dellâ&#x20AC;&#x2122;analisi svolta per quanto riguarda il comportamento energetico invernale della serie di lotti edificati con ognuna delle tre tipologie considerate.

In ultimo (Paragrafo 5) lâ&#x20AC;&#x2122;analisi svolta è stata applicata con la stessa metodologia ad alcune aree edificate allâ&#x20AC;&#x2122;interno del comune di Milano.

I risultati ottenuti e le considerazioni avvinte dallo studio verranno ora applicate a due laboratori di progettazione affrontati nel corso dei tre anni: Laboratorio di progettazione architettonica 2B con il Prof. Mario Panizza e Laboratorio di progettazione architettonica e urbana 6A con i Professori Alberto Iacovoni, Adolfo F. L. Baratta e Fabrizio Finucci.

Nellâ&#x20AC;&#x2122;ordine andremo ora ad introdurre i due progetti per poi procedere alla lettura specifica ed alla verifica secondo i parametri progettuali dello sudio.

Nel Laboratorio di progettazione architettonica 2B è stata affrontata la progettazione di un complesso polifunzionale sito a Roma in Via della Vasca Navale in un lotto di circa 7130 m2 posto allâ&#x20AC;&#x2122;interno dellâ&#x20AC;&#x2122;area dellâ&#x20AC;&#x2122;Istituto di Istruzione Superiore Statale Cine-tv Roberto Rossellini. Il lotto è confinante anche con le strutture del dipartimento di Matematica e Fisica e del dipartimento di Ingegneria dellâ&#x20AC;&#x2122;UniversitĂ degli Studi Roma Tre. Il progetto si inserisce nella piĂš ampia opera di riqualificazione effettuata dallâ&#x20AC;&#x2122;UniversitĂ degli Studi Roma Tre dagli anni della sua fondazione nellâ&#x20AC;&#x2122;area del quartiere San Paolo incastonato nellâ&#x20AC;&#x2122;ansa del Tevere che va dallâ&#x20AC;&#x2122;inizio di Via G. Marconi a Ponte G. Marconi.

Il polo multifunzionale, che serve sia gli studenti dellâ&#x20AC;&#x2122;universitĂ che il pubblico, è composto da: â&#x20AC;˘ 1335 m2 biblioteca con 350 posti e capienza 200.000 volumi; â&#x20AC;˘ 470 m2 bar e ristorante; â&#x20AC;˘ 360 m2 emeroteca e aree consultazione; â&#x20AC;˘ 305 m2 alula multimediale con 50 posti; â&#x20AC;˘ 285 m2 auditorium con 200 posti; â&#x20AC;˘ 100 m2 uffici logistici; â&#x20AC;˘ 55 m2 bookshop; â&#x20AC;˘ 37 m2 magazzino con capienza 20.000 volumi.

Il tutto è collocato in due edifici separati disposti su due livelli e collegati per mezzo di un ponte. Lâ&#x20AC;&#x2122;edificio a nord ospita al piano terra le funzioni di auditorium, con annesso foyer, ed area bar, al piano superiore si trova lâ&#x20AC;&#x2122;aula multimediale. Nellâ&#x20AC;&#x2122;edificio a sud si trovano al piano terra biblioteca, bar/ristorante, bookshop e magazzino, mentre al piano superiore troviamo un secondo livello di biblioteca, lâ&#x20AC;&#x2122;emeroteca con lâ&#x20AC;&#x2122;area consultazione e gli uffici per il personale.

Tipologicamente lâ&#x20AC;&#x2122;edificio a nord può essere considerato a blocco mentre quello a sud in linea, entrambi hanno unâ&#x20AC;&#x2122;esposizione ottimale poichĂŠ il lotto è esposto a sud senza ostacoli interposti tra esso ed il sole e gli edifici si trovano disposti lungo lâ&#x20AC;&#x2122;asse est/ovest.

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Nel corso del Laboratorio di progettazione architettonica e urbana 6A è stata affrontata la progettazione di un edificio multifunzione situato in un lotto di circa 1860 m2 a Roma, in zona Ostiense, affacciato su Via dei magazzini generali e Via Giuseppe Acerbi. Il lotto confina con una ex scuola ormai in abbandono ed una chiesa con annesso edificio ecclesiastico.

Lâ&#x20AC;&#x2122;edificio comprende: â&#x20AC;˘ 2000 m2 di residenze composte da 25 alloggi di 40 m2 destinati a studenti universitari e 20 alloggi di 55 m2 destinati al pubblico; â&#x20AC;˘ 1000 m2 di struttura ricettiva composta da 40 stanze da 25 m2; â&#x20AC;˘ 1000 m2 di distributivo; â&#x20AC;˘ 500 m2 di spazi di lavoro; â&#x20AC;˘ 400 m2 di palestra; â&#x20AC;˘ 300 m2 di bar/ristorante; â&#x20AC;˘ 150 m2 di servizi comuni; â&#x20AC;˘ 150 m2 di sala conferenze.

Le funzioni principali della residenza e dellâ&#x20AC;&#x2122;albergo sono poste in due edifici distinti, nellâ&#x20AC;&#x2122;edificio a nord troviamo le residenze ed al piano terra la palestra, nellâ&#x20AC;&#x2122;edificio a sud troviamo lâ&#x20AC;&#x2122;albergo ed allâ&#x20AC;&#x2122;ultimo piano la sala conferenze mentre al piano terra il bar/ristorante. Per quanto riguarda i servizi comuni e gli spazi di lavoro questi sono posti nella struttura centrale che unisce e mette in comunicazione i due edifici cosĂŹ da essere comune ad i due edifici.

Il complesso, disposto su nove livelli, è identificabile planimetricamente con una forma ad â&#x20AC;&#x153;Sâ&#x20AC;? ma riconducibile ad un edificio in linea tenendo però conto del fenomeno di auto-ombreggiamento nel corso della verifica. Lâ&#x20AC;&#x2122;esposizione dellâ&#x20AC;&#x2122;edificio è ottima trovandosi lungo lâ&#x20AC;&#x2122;asse est/ovest.

Di seguito verranno esposti nel dettaglio i due progetti e confrontati con le indicazioni progettuali emerse dallo studio, lâ&#x20AC;&#x2122; applicazione servirĂ a verificare che i parametri emersi alla fine dello studio siano stati o meno rispettati e quindi a capire come agire eventualmente per migliorare i progetti esaminati.

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6.1.1. GUADAGNI SOLARI 1. lâ&#x20AC;&#x2122;edificio a sud ha un volume totale di 15.400 m3, lâ&#x20AC;&#x2122;edificio a nord di 8.750 m3. Lâ&#x20AC;&#x2122;indicazione progettuale emersa dallo studio consiglia volumetrie di massimo 5-6.000 m3, risulta quindi che entrambi gli edifici hanno una ricezione solare elevata. Per contrastare lâ&#x20AC;&#x2122;eccessiva solarizzazione sono state progettate schermature adeguate.

2. la densitĂ fondiaria del lotto si attesta sui 3,4 m3/m2 ed è in linea con lâ&#x20AC;&#x2122;indicazione progettuale che individua come densitĂ ideale un valore attorno ai 3/4 m3/m2.

3. il lotto è composto da un edificio in linea (sud) e un edificio a blocco (nord), ma la tipologia piÚ prestazionale individuata nello studio risulta essere la tipologia a torre.

Tuttavia, date la posizione, lâ&#x20AC;&#x2122;esposizione degli edifici (asse est/ovest con nessun ostacolo tra essi ed il sole), le loro caratteristiche tecnologiche (ampie facciate vetrate opportunamente schermate) e per via della grande volumetria gli edifici non risentono di deficit di solarizzazione.

6.1.2. FABBISOGNI ENERGETICI 1. lâ&#x20AC;&#x2122;indicazione progettuale per quanto riguarda i fabbisogni energetici consiglia una volumetria sopra i 10.000 m3, quindi lâ&#x20AC;&#x2122;edificio a nord è piĂš disperdente mentre lâ&#x20AC;&#x2122;edificio a sud rientra nel parametro.

2. di nuovo la densità fondiaria consigliata è di 3/4 m3/m2, il lotto ha densità di circa 3,4 m3/m2.

3. la tipologia edilizia che da indicazione risulta migliore per minimizzare le dispersioni è la tipologia in linea con orientamento est/ovest, dunque lâ&#x20AC;&#x2122;edificio a sud rientra nel parametro consigliato mentre quello a nord ha una dispersione maggiore che viene compensata da unâ&#x20AC;&#x2122;ottima captazione solare.

Si può concludere che lâ&#x20AC;&#x2122;edificio a sud ha unâ&#x20AC;&#x2122;ottima efficienza nel contenimento delle dispersioni e solarizzazione ottimale, mentre quello a nord è piĂš disperdente ma può compensare questa mancanza con unâ&#x20AC;&#x2122;ottima captazione solare.

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6.2.1. GUADAGNI SOLARI 1. lâ&#x20AC;&#x2122;edificio ha un volume totale di 28.950 m3, lâ&#x20AC;&#x2122;indicazione progettuale emersa dallo studio consiglia volumetrie di massimo 5-6.000 m3 quindi risulta che lâ&#x20AC;&#x2122;edificio ha una ricezione solare elevata. Per contrastare lâ&#x20AC;&#x2122;elevato irraggiamento sono state progettate schermature solari adeguate.

2. la densitĂ fondiaria del lotto è di circa 15 m3/m2 contro i 3/4 m3/m2 consigliati, e questo è dovuto al fatto che lâ&#x20AC;&#x2122;edificio concentra un gran numero di funzioni in un lotto piccolo.

3. il lotto è composto da un edificio che si può riportare alla tipologia a linea ma la tipologia consigliata è la tipologia a torre, tuttavia dai dati è visibile come lâ&#x20AC;&#x2122;edificio non risenta di nessun deficit di solarizzazione.

6.2.2. FABBISOGNI ENERGETICI 1. lâ&#x20AC;&#x2122;edificio ha un volume totale di 28.950 m3, lâ&#x20AC;&#x2122;indicazione progettuale per quanto riguarda i fabbisogni energetici consiglia una volumetria sopra i 10.000 m3 quindi lâ&#x20AC;&#x2122;edificio rispetta il parametro.

2. la densitĂ fondiaria del lotto è di circa 15 m3/m2 contro i 3/4 m3/m2 consigliati, e questo è dovuto al fatto che lâ&#x20AC;&#x2122;edificio concentra un gran numero di funzioni in un lotto piccolo.

3. la tipologia edilizia che da indicazione risulta migliore per minimizzare le dispersioni è la tipologia in linea con orientamento est/ovest quindi lâ&#x20AC;&#x2122;edificio rispetta questo parametro.

Da questa verifica si può concludere che per quanto riguarda i guadagni solari il progetto non rispetta gli standard fissati dalle indicazioni progettuali, e che risente di un irraggiamento eccessivo, che viene contrastato da schermature solari adeguate, mentre riguardo i fabbisogni energetici si può vedere come lâ&#x20AC;&#x2122;edificio rispetti in gran parte le indicazioni evinte dallo studio, dunque si può affermare che ha dispersioni minime.

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