costruire l’ambiente
manuali di progettazione sostenibile
marco casini
costruire l ’ambiente
• qualità edilizia e questione energetica • processo edilizio • percorso progettuale • territorio
g l i st r u m e n t i e i m e to d i d e l l a p r o g e t ta z i o n e a m b i e n ta l e
• clima • qualità ambientale • forma e orientamento • soleggiamento • illuminazione e ventilazione naturali • involucro edilizio • materiali
• energie rinnovabili • impianti • certificazione energetica • certificazione ambientale
Edizioni Ambiente
• comfort ambientale
Marco Casini
costruire l’ambiente Gli strumenti e i metodi della progettazione ambientale
collana Manuali di progettazione sostenibile diretta da Federico M. Butera
realizzazione editoriale Edizioni Ambiente www.edizioniambiente.it direttore editoriale Marco Moro progetto grafico GrafCo3, Milano redazione e impaginazione Luigi Dodi e Alessio Scordamaglia elaborazione immagini Alessandra Papetti In copertina (da sinistra) opere di: Santiago Calatrava; Atkins; Von Gerkan, Marg & Partners; Nicholas Grimshaw, Bill Dunster architects; Jean Nouvel © copyright 2009 Edizioni Ambiente srl via Natale Battaglia 10, 20127 Milano tel. 02 45487277, fax 02 45487333 ISBN 978-88-96238-29-5
Finito di stampare nel mese di ottobre 2009 presso Genesi Gruppo Editoriale – Città di Castello (Pg) Stampato in Italia – Printed in Italy Questo libro è stampato su carta riciclata 100%
sommario Presentazione di Fabrizio Orlandi
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Prefazione di Livio de Santoli
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Introduzione
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parte prima aspetti normativi e metodologici 1. il quadro di riferimento normativo 1.1 L’edilizia sostenibile 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4
La qualità edilizia La questione energetica I cambiamenti climatici La sfida tecnologica
1.2 Il processo edilizio 1.2.1 La programmazione 1.2.2 La progettazione 1.2.3 La realizzazione
1.3 Sistemi per la valutazione della sostenibilità ambientale degli edifici
2. il percorso progettuale 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
L’approccio globale Il quadro di riferimento programmatico Il quadro di riferimento esigenziale Il quadro di riferimento prestazionale Il quadro di riferimento ambientale Le scelte progettuali La progettazione dell’efficienza energetica
19 19 23 25 28 30 32 34 35 39 43 47 47 48 49 49 52 54 55
parte seconda l’analisi del contesto 3. il territorio 3.1 3.2 3.3 3.4
L’uso del suolo L’ambito paesaggistico, storico e culturale La morfologia L’assetto vegetazionale
59 59 60 61 62
3.5 L’assetto geologico, idrologico e idrogeologico 3.6 L’inquinamento del suolo e la radioattività
4. parametri meteoclimatici 4.1 L’analisi del clima 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4
L’atmosfera terrestre Le zone climatiche I venti Il microclima
4.2 Il soleggiamento 4.2.1 La durata del giorno 4.2.2 Il percorso solare 4.2.3 La radiazione solare
4.3 L’illuminazione naturale 4.4 Le fonti energetiche rinnovabili o assimilabili
5. la qualità ambientale 5.1 Il clima acustico 5.2 Campi elettromagnetici 5.3 La qualità dell’aria ambiente
64 68 73 73 74 78 79 82 84 85 87 90 95 100 105 105 110 112
parte terza le soluzioni progettuali 6. la forma e l’orientamento degli edifici 6.1 Aspetti generali 6.2 La scelta della forma 6.3 La scelta dell’orientamento 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4
Il soleggiamento degli edifici La ventilazione naturale Il clima acustico La qualità dell’aria ambiente
7. l’involucro edilizio 7.1 Aspetti generali 7.2 Le chiusure opache 7.2.1 Comportamento termico e igrometrico 7.2.2 Isolamento termico 7.2.3 Isolamento acustico
119 119 120 123 123 130 136 138 141 141 142 145 158 178
7.3 Le chiusure verdi 7.3.1 La parete verde (green wall ) 7.3.2 La copertura a verde (green roof )
7.4 Le chiusure trasparenti 7.4.1 7.4.2 7.4.3 7.4.4 7.4.5
Posizionamento e dimensionamento delle aperture Isolamento termico Controllo della radiazione solare Isolamento acustico Pareti vetrate a doppia pelle
7.5 Sistemi solari passivi 7.5.1 7.5.2 7.5.3 7.5.4
Sistemi a guadagno diretto Sistemi a guadagno indiretto Sistemi a guadagno isolato Serre solari
7.6 Sistemi per la conduzione della luce solare
8. i materiali 8.1 8.2 8.3 8.4
La scelta dei materiali Classificazione e proprietà dei materiali edilizi Il ruolo dell’informazione tecnica Sostenibilità dei materiali e dei prodotti edilizi 8.4.1 Life Cycle Assessment (LCA) 8.4.2 Fattori di scelta 8.4.3 Il caso del legno
8.5 Prodotti edilizi e qualità dell’aria indoor 8.6 Materiali riciclati e recupero dei rifiuti edilizi 8.6.1 Materiali e prodotti riciclati per l’edilizia 8.6.2 La demolizione selettiva e il recupero dei rifiuti edilizi
8.7 La certificazione dei prodotti da costruzione 8.7.1 La marcatura CE 8.7.2 La certificazione ambientale
9. gli impianti tecnici 9.1 I sistemi impiantistici 9.1.1 Dotazioni impiantistiche minime 9.1.2 L’efficienza energetica degli impianti 9.1.3 La riduzione degli impatti ambientali
9.2 Il controllo del comfort ambientale 9.2.1 Il benessere termoigrometrico 9.2.2 La qualità dell’aria indoor (IAQ) 9.2.3 Il controllo della ventilazione
9.3 Gli impianti da fonti energetiche rinnovabili
189 189 190 193 197 209 217 229 234 236 236 238 240 240 241 245 245 248 256 260 261 264 265 270 271 273 276 279 279 284 287 287 289 291 308 310 310 315 322 327
9.3.1 9.3.2 9.3.3 9.3.4
Gli impianti fotovoltaici Gli impianti solari termici L’integrazione architettonica nell’involucro Le fonti energetiche assimilate alle rinnovabili
9.4 Approvvigionamento idrico e uso razionale dell’acqua 9.4.1 Misure di risparmio idrico all’interno degli edifici 9.4.2 Sistemi di recupero dell’acqua piovana 9.4.3 Sistemi per il riutilizzo delle acque grigie
appendici A1. Studio del soleggiamento di un edificio A.1.1 Soleggiamento libero A.1.2 Soleggiamento vincolato
A2. Dimensionamento dei sistemi schermanti delle superfici vetrate A.2.1 Diagramma di mascheramento per tettoia orizzontale finita A.2.2 Diagramma di mascheramento per setto verticale di altezza finita
A3. Illuminazione naturale: calcolo del fattore medio di luce diurna A4. Comportamento termico di una chiusura opaca A.4.1 Calcolo della trasmittanza termica di una parete perimetrale verticale A.4.2 Calcolo del flusso termico A.4.3 Calcolo del profilo delle temperature A.4.4 Calcolo dello strato isolante necessario per una riqualificazione energetica
A5. Verifica dell’assenza di condensazioni nelle pareti opache mediante diagramma di Glaser A6. Unità di misura e tavole di conversione A7 Normativa nazionale in materia di edilizia e urbanistica A.7.1 Leggi, regolamenti e altri atti A.7.2 Norme UNI, EN e ISO per la progettazione
329 333 338 342 348 349 349 352 353 355 355 357 360 362 365 367 372 374 375 375 376 377 380 382 382 385
Indice analitico
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Riferimenti bibliografici
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presentazione di Fabrizio Orlandi *
In una prospettiva di eco-sostenibilità degli interventi, che attiene alle strutture relazionali dell’uomo con il suo intorno fisico-spaziale considerato nelle sue componenti materiali e immateriali, si profila una “condizione umana come progetto” dalla quale emergono, a livello teorico e metodologico, principi, canoni e parametri di riferimento da adottare nella prassi tecnico-operativa affatto diversi dal passato, che modificano il processo di analisi/interpretazione del rapporto tra opera e ambiente, tra progetto e luogo, rivolgendo un’attenzione particolare alle condizioni di contesto, valutandone aspetti, caratteri e fattori distintivi che, se da un lato ampliano il patrimonio di conoscenze dell’architetto, dall’altro comportano una nuova sensibilità e responsabilità nell’azione trasformativa a livello edilizio e urbano. Ne discende una rinnovata attenzione alle nuove possibilità offerte dai sistemi tecnologici e dai procedimenti normativi più confacenti al soddisfacimento dei valori umani e delle legittime richieste di una migliore qualità dello spazio costruito. Gli studi attorno a tali questioni non possono prescindere dal valutare sia l’influenza e la portata degli aspetti energetico-ambientali, sia l’affinamento di strumenti, principi e soluzioni intese a migliorare complessivamente le prestazioni ambientali, in senso lato, dei singoli edifici e degli assetti fisici al fine di ridurre le interferenze ambientali, i consumi e le emissioni nocive, lo spreco indiscriminato di risorse. Il contributo di Marco Casini si colloca precisamente all’interno di questo quadro problematico ed è riconducibile in linea generale all’area del progetto ambientale. Sviluppa in modo particolarmente approfondito i temi dell’eco-efficienza energetica connessa ai temi della sostenibilità in architettura, nel più ampio processo di adeguamento delle strutture edilizie esistenti, nella progettazione dei nuovi assetti, forme e modelli insediativi, cui con urgenza crescente la società contemporanea deve far fronte. Nella trattazione trovano spazio anche i temi dei processi di certificazione e dell’uso appropriato di elementi e sistemi innovativi, delle fonti energetiche rinnovabili, delle loro possibilità di integrazione architettonica. Un contributo di ricerca che indaga la natura del sistema ambientale come risultante delle dinamiche interne ai fenomeni naturali e ne trae indicazioni utili al progetto attraverso un impiego consapevole delle tecnologie, dei materiali e dei sistemi costruttivi, per garantire la qualità
* Professore Ordinario di Tecnologia dell’Architettura – Direttore del Dipartimento ITACA, Industrial design, Tecnologie dell’Architettura e Cultura dell’Ambiente – Sapienza, Università di Roma
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delle trasformazioni nella valutazione delle diverse opzioni progettuali e tecniche che, attraverso l’innovazione, perseguono il soddisfacimento del comfort individuale e la qualità abitativa. In questo contesto problematico, complesso e ineludibile, il volume di Marco Casini, una sorta di manuale sviluppato con competenze specifiche rigorose, costituisce un contributo particolarmente significativo, condotto nell’ambito delle attività di ricerca della Sezione Cultura Tecnologica del Dipartimento ITACA, e ciò è per me, in qualità di Direttore, motivo di particolare soddisfazione. di Fabrizio Orlandi
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presentazione
prefazione di Livio de Santoli *
La sostenibilità è un concetto molto ampio: solitamente essa è definita come quel processo che cerca di minimizzare l’impatto dell’azione dell’uomo sull’ambiente, cercando di assecondare le esigenze attuali senza compromettere quelle delle generazioni future. Ma nel settore edilizio per “sostenibilità” si può intendere anche la strategia che tenta di ricomporre la discrasia esistente tra la cultura della progettazione e quella della realizzazione per mezzo della innovazione tecnologica e dei suoi strumenti. In più, oltre alla progettazione e alla realizzazione di un edificio, occorre considerare anche la sua gestione. I tempi attuali sembrano però reclamare il superamento del concetto di sostenibilità. I metodi per la mitigazione e l’adattamento ai cambiamenti climatici, la riduzione complessiva del carico ambientale da parte delle attività antropiche, i comportamenti nei confronti della biodiversità devono essere affrontati sulla base di una suggestione diversa. Infatti, risulta eccessivamente negativa e quindi inaccettabile quella metodologia per la quale l’uomo pone rimedio ai danni da lui stesso provocati unicamente sulla base della definizione di “limite” al di sotto del quale la sua azione possa essere considerata “sostenibile”. Il superamento del concetto di “limite” si effettua con il passaggio dalla prescrizione alla prestazione, che implica un processo in cui una nuova forma di conoscenza tecnico-scientifica si radica in una visione complessiva e integrata, impostata sulle regole della qualità e del ciclo di vita. Più che di sostenibilità cosi intesa, bisognerebbe cominciare a parlare, in ogni espressione dell’azione dell’uomo, di una progettazione, una realizzazione e una gestione consapevole. Cosi, ad esempio, una progettazione consapevole di un edificio dovrebbe poter risolvere l’eventuale divario tra la concezione formale e quella funzionale sulla base di un approccio integrale, in grado di garantire la qualità del risultato anche sotto il profilo prestazionale e ambientale. Si tenga presente che, come noto, l’aspetto gestionale di un edificio incide in modo marcato sull’impatto che esso ha sull’ambiente e quindi sui costi (diretti e indiretti). La progettazione deve quindi oggi affrontare la complessità del processo edilizio attraverso una visione globale delle azioni e dei singoli elementi che costituiscono l’edificio, considerando le interazioni tra i vari elementi come una possibilità di gestione multipla. In questo contesto assume particolare importanza il legame esistente tra
* Ordinario di Fisica Tecnica ambientale – Direttore del Centro Interdipartimentale Territorio Edilizia Restauro Architettura CITERA – Sapienza, Università di Roma
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il sistema costituito dall’involucro edilizio e i sistemi impiantistici, atti a soddisfare il fabbisogno di energia dell’edificio. Ogni scelta adottata in uno dei due sistemi incide significativamente sulla progettazione e sul dimensionamento dell’altro; inoltre, entrambi contribuiscono contemporaneamente, attraverso la produzione, l’uso e la dismissione dei componenti di cui sono costituiti, e attraverso il fabbisogno di energia primaria che ne deriva, al bilancio ambientale complessivo dell’edificio. Il lavoro di Marco Casini affronta queste problematiche affermando l’importanza del rapporto tra contesto ambientale e progetto di architettura; il tema della sostenibilità edilizia viene svolto percorrendo l’intero processo edilizio, descrivendo gli strumenti attraverso i quali esso viene affrontato, proponendo la logica della valutazione del comportamento ambientale lungo l’intero ciclo di vita dell’edificio (life cycle thinking). Il volume, elaborato nell’ottica della promozione di un’edilizia sostenibile, si inquadra nell’ambito degli accordi internazionali sulla riduzione delle emissioni di CO2, della normativa sull’efficienza energetica e sul risparmio energetico, degli strumenti per la valutazione degli impatti ambientali, delle norme ISO 14000 sulla gestione ambientale e della direttiva comunitaria sui prodotti da costruzione 89/106/CEE. Inoltre, il volume si propone come strumento aggiornato indirizzato anche ai funzionari e ai tecnici delle PP.AA. chiamati a svolgere, oggi più che nel passato, un ruolo di promozione e controllo della qualità del prodotto edilizio. di Livio de Santoli
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prefazione
introduzione Progetta sempre una cosa considerandola nel suo più grande contesto, una sedia in una stanza, una stanza in una casa, una casa nell’ambiente, l’ambiente nel progetto di una città. Eero Saarinen
Il dibattito culturale che si è sviluppato negli ultimi due decenni in Europa e nel mondo è stato fortemente caratterizzato dalle interazioni, anche conflittuali, tra due distinti ambiti di ricerca. Il primo è quello riconducibile all’area ambientale e in particolare ai temi della sostenibilità dello sviluppo, della conservazione della biodiversità, della tutela del paesaggio, del risparmio delle risorse, della riduzione dell’effetto serra. Il secondo è quello che fa capo all’area tecnologica che indaga sulle prestazioni dei materiali, sulle potenzialità delle soluzioni impiantistiche, sulle modalità di sfruttamento delle fonti energetiche rinnovabili e spinge verso l’innovazione e il soddisfacimento del comfort individuale. Le interazioni tra questi due diversi ambiti di ricerca, l’uno legato a un’esigenza di tutela e valorizzazione del patrimonio ambientale e della condizione umana, l’altro sostenuto da una forte spinta anche economica all’innovazione, hanno investito direttamente il tema della progettazione edilizia, e in particolare il rapporto tra organismo edilizio e contesto ambientale. Il risultato di questo rapporto interattivo è l’acquisizione nel mondo culturale, politico e sociale della necessità imprescindibile di un profondo dialogo tra la questione della sostenibilità edilizia e delle sue implicazioni nel processo edilizio e la questione del ruolo dell’innovazione tecnologica quale strumento fondamentale per realizzare i nuovi obiettivi di qualità edilizia, intesa nel suo più ampio e nuovo significato di qualità funzionale-spaziale, tecnica, tecnologica, ambientale, operativa, manutentiva e utile. È in questo contesto culturale che si inserisce l’approccio metodologico alla progettazione ambientale illustrato in questo volume. Il percorso progettuale delineato è infatti dilatato fino a comprendere entrambe le problematiche: ambientale e tecnologica. Il risultato finale, il progetto, è visto come punto di equilibrio fra esigenze collettive ed esigenze individuali, in una dialettica sempre aperta tra contesto ambientale e organismo edilizio in cui l’involucro, elemento centrale di mediazione tra i diversi interessi in gioco, appare come risposta tecnologica dinamica alla domanda ambientale sempre più esigente, in grado di assumere il triplice ruolo di diffusore di qualità urbana, erogatore di comfort, produttore di energia. In Europa, in linea con le strategie comunitarie incentrate sulla promozione di uno sviluppo sostenibile, il quadro normativo della progettazione e della realizzazione degli organismi edilizi ha subito, nel corso degli ultimi anni, una profonda evoluzione. In particolare, nel 2004 la Comunità Europea ha definito il concetto di
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“edilizia sostenibile” promuovendo, all’interno del processo edilizio, un approccio metodologico, detto life cycle thinking, che considera l’intero ciclo di vita dell’edificio, “from cradle to cradle”, con l’obiettivo di ridurne l’impatto ambientale complessivo. Tale tipo di approccio comporta l’introduzione sistematica, già in fase di programmazione e progettazione, di considerazioni di ordine “funzionale, economico, ambientale e qualitativo” che tengano conto e del contesto ambientale con cui l’intervento interagisce e delle modalità di costruzione, di gestione e manutenzione dell’organismo edilizio, fino alla sua dismissione. Questa nuova cultura della progettazione, che richiede necessariamente una cultura tecnologica della realizzazione, comporta un processo edilizio molto più allargato in cui tutti i soggetti interessati (committenti, finanziatori, tecnici, costruttori, produttori di materiali, autorità competenti ecc.) concorrono alla costruzione di un ambiente edificato che risulti: gradevole, durevole, funzionale, accessibile, comodo e sano; efficiente per quanto riguarda il consumo di risorse naturali ed energetiche; rispettoso dell’ambiente circostante e della cultura locale; competitivo in termini di costi di gestione e di manutenzione. Nel nuovo scenario definito dalla Comunità Europea, obiettivo del volume è dunque quello di ricostruire le origini, i contenuti e le finalità dell’edilizia sostenibile, delineando un “approccio globale” alle problematiche in gioco, attraverso il quale il processo edilizio viene analizzato in tutti i suoi aspetti: programmatici, normativi, ambientali, architettonici, economici e sociali. L’analisi del contesto ambientale con cui dovrà interagire l’intervento edilizio durante il suo intero ciclo di vita, la lettura del quadro di riferimento programmatico in cui l’intervento è inserito, lo studio della tipologia, della forma e dell’orientamento dell’edificio, l’analisi del ciclo di vita dei materiali e delle soluzioni impiantistiche, sono tutti presupposti indispensabili per poter compiere scelte progettuali, e quindi scelte di adeguate soluzioni tecnologiche, tese al raggiungimento di precisi obiettivi di compatibilità ambientale, di qualità architettonica e funzionale, di efficienza energetica e di economicità. Il testo si propone, quindi, di fornire un metodo di lavoro per affrontare in modo corretto la programmazione, la progettazione e la realizzazione di un intervento edilizio sostenibile, tenendo conto delle esigenze espresse o implicite di tutti gli attori coinvolti, nel rispetto del miglior rapporto fra i benefici e i costi globali di costruzione, manutenzione e gestione. Il volume è suddiviso in tre parti. La prima, aspetti normativi e metodologici, è a sua volta divisa in due capitoli: il quadro di riferimento normativo e il percorso progettuale. Il primo capitolo ha come obiettivo l’inquadramento delle attuali problematiche di natura estetica, energetica, climatica e tecnologica, mostrando come queste abbiano creato le condizioni per lo sviluppo di una progettazione edilizia globale. Attraverso la lettura del quadro normativo che regola i lavori pubblici in Italia, viene illustrato l’intero processo edilizio con la finalità esplicita di dimostrare come le diverse fasi della programmazione, progettazione e realizzazione di un organismo edilizio siano in realtà momenti di un unico approccio metodologico al tema dell’edilizia sostenibile.
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introduzione
Il secondo capitolo illustra il percorso progettuale spiegando come la progettazione globale sia necessariamente il risultato di un atteggiamento comportamentale del progettista attento al quadro normativo, alle esigenze della committenza e dell’utenza, alla domanda prestazionale, al contesto ambientale. La seconda parte, l’analisi del contesto, è suddivisa in tre capitoli. Il primo è specificatamente dedicato all’analisi del territorio e mostra come questa si sviluppi attraverso indagini mirate all’uso del suolo, al paesaggio e alle preesistenze storico-culturali, alla morfologia, all’assetto geologico, idrologico e idrogeologico, ai fenomeni di inquinamento del suolo. Per ciascuno di questi aspetti il testo puntualizza gli obiettivi dell’analisi e ne evidenzia le ricadute sul percorso progettuale. Il secondo capitolo affronta il tema specifico dei parametri meteoclimatici nell’ottica di dimostrare le interazioni che si sviluppano tra parametri ambientali e involucro edilizio. Con la stessa ottica vengono poi sviluppati i temi particolari del soleggiamento, dell’illuminazione naturale, delle fonti energetiche rinnovabili sottolineando, per ciascun argomento, quali debbano essere le scelte progettuali per ottimizzare le risorse naturali e ridurre gli impatti. Infine, la seconda parte sviluppa il tema della qualità ambientale sotto i diversi aspetti del clima acustico, dei campi elettromagnetici e della qualità dell’aria. La terza parte è interamente dedicata alla progettazione dell’organismo edilizio sotto lo specifico aspetto dell’offerta di soluzioni tecnologiche idonee a soddisfare le esigenze dell’utenza in presenza di predeterminate condizioni ambientali. L’obiettivo è il confronto tra gli input dell’analisi del contesto e le potenzialità offerte dall’innovazione tecnologica per l’elaborazione di un progetto corrispondente ai requisiti di edilizia sostenibile. Per i diversi elementi che costituiscono il sistema tecnologico dell’organismo edilizio (chiusure opache, chiusure trasparenti, impianti), il testo fornisce anche repertori di soluzioni tecniche alternative, con criteri di valutazione qualitativa, funzionale ed economica, al fine di consentire una scelta ottimale in relazione al contesto in cui dovrà essere realizzato l’intervento. Il percorso progettuale dell’edificio viene, così, profondamente analizzato a partire dalla scelta della forma e dell’orientamento, strettamente legati alle caratteristiche del contesto, fino alla definizione dell’involucro, dimostrando come quest’ultimo possa interagire perfettamente con i parametri ambientali del sito e come le diverse soluzioni tecnologiche disponibili sul mercato possano diventare efficaci strumenti di progettazione di un’edilizia sostenibile. La terza parte offre un’ampia descrizione dei materiali e delle soluzioni impiantistiche, sempre nell’ottica di evidenziare come l’adozione di materiali non appropriati o di soluzioni impiantistiche poco attente possa disturbare il delicato equilibrio tra organismo edilizio e contesto ambientale, il cui mantenimento rappresenta l’obiettivo primario dell’edilizia sostenibile.
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