Sfruttamento dei venti
Sfruttamento dell’energia solare Obbiettivi da perseguire con l’edificio bioclimatico di progetto:
ORIENTAMENTO
esempio di disposizione e orientamento di edifici residenziali in rapporto alla provenienza e alla inclinazione della radiazione solare nonché del possibile reciproco ombreggiamento
- riduzione dei consumi energetici rispetto a un edificio tradizionale - uso di risorse rinnovabili per il raggiungimento del comfort interno - sfruttamento ottimale del sito di progetto a fini energetici - valenza estetica oltre che energetica delle soluzioni progettuali - scelta di componenti impiantistici capaci di sfruttare con alto rendimento le tecnologie e le scelte progettuali bioclimatiche
esempio di disposizione e orientamento dei locali in un edificio residenziale bioclimatico. I locali di servizio (in blu) sono disposti tutti sul lato nord; gli ambienti giorno e le camere (in giallo) si trovano a sud tabella dei fattori di corrrezione per la determinazione del rendimento dei pannelli fotovoltaici in base a orientamento e inclinazione (fonte Phébus)
La scelta dell’orientamento dell’edificio è funzione del percorso solare, dell’orografia del sito, della presenza di eventuali ostacoli al soleggiamento. Una volumetria semplice e compatta contribuisce a ridurre dispersioni termiche. Le principali superfici captanti la radiazione solare devono essere rivolte a sud, sud-ovest mentre i restanti fronti devono avere un numero limitato di aperture poste in modo da garantire la ventilazione naturale. La distanza tra gli edifici e la piantumazione di vegetazione ad alto fusto deve evitare possibili ombreggiamenti reciproci nelle ore di sole in particolare in inverno. La disposizione dei locali in un singolo edificio deve tener conto delle ore di utilizzo da parte degli utenti e delle richieste di illuminazione
LA DOPPIA PELLE LA VENTILAZIONE NATURALE
Aree a bassa pressione
fonte: Arketipo n 5\06
sezione d’esempio di edificio con aperture disposte per facilitare la circolazione naturale dell’aria
AZIONE DELLA VEGETAZIONE
REALIZZAZIONI
Piantumazione a 6m dall’edificio
Piantumazione a 1,5m dall’edificio
Soluzioni progettuali sulle quali indirizzare il lavoro progettuale:
schema esemplificativo per il calcolo dell’altezza del sole Beat Kämpfen, edificio “Sunny Woods”, Zurigo, Svizzera: sezione d’esempio in cui si notano i solai a sbalzo lungo la parete sud per proteggere le superfici vetrate dalla radiazione diretta estiva ed evitare fenomeni di abbagliamento
Il principale problema energetico per un edificio bioclimatico sito nella pianura padano-veneta così come in gran parte dellee zone climatiche della penisola italiana, è rappresentato dai consumi per il reffrescamento estivo. Per evitare fenomeni di surriscaldamento nei mesi estivi risulta indispensabile schermare l’edificio dalla radiazione diretta. Tra le diverse opportunità progettuali per far fronte al problema si opta per schermature solari esterne all’involucro edilizio in modo da evitare possiili ponti termici. Saranno predilette schermature integrate direttamente alla struttura dell’edificio che possano fornire qualità estetica. serra
SERRE ABITABILI pannelli fotovoltaici
estate
schema esemplificativo di funzionamento di una serra abitabile
serre in facciata di un edifico del quartiere residenziale Gneiss Moss, Salisburgo
inverno
esempio di edificio residenziale che utilizza serre solari: nei mesi estivi viene chiusa la parete di vetro che divide le serre dall’interno e le piante fanno ombra Nelle giornate invernali soleggiate la parete interna viene aperta e l’aria riscaldata nelle serre entra negli ambienti
Le serre abitabili svolgono la funzione di “spazio cuscinetto” a protezione degli sbalzi termici durante i mesi invernali. L’eventuale surriscaldamento estivo puo essere controllato attraverso adeguate aperture poste in sommità o grazie a schermature fisiche, spesso svolte dalle piante ospitate all’interno delle serre. Malgrado le oggettive difficoltà di controllo, le serre costituiscono una soluzione gradita all’utenza per la sensazione di dilatazione dello spazio inteno e di continuità con l’esterno in termini di visibilità e illuminazione
SFRUTTAMENTO DELLE BREZZE ESTIVE - utilizzo delle sponde di cava per incanalare flussi d’aria - utilizzo di camini solari combinati alle sopracitate tecnologie solari passive -disposizione di aperture e ambienti tale da sfruttare la ventilazione naturale - piantumazione di vegetazione ad alto fusto per deviare e accelerare il flusso delle brezze estive - uso di vegetazione per bloccare i venti dominanti invernali - utilizzo delle brezze generate dall’acqua di cava come contributo al raffrescamento estivo
PANNELLI RADIANTI
Aree ad alta pressione
- raffrescamento estivo - orientamento idoneo a sfruttare al meglio gli apporti solari invernali e la massa termica dello specchio d’acqua di cava - integrazione tecnologica esteticamente gradevole delle componenti bioclimatiche
SFRUTTAMENTO DEGLI APPORTI SOLARI - utilizzo di tecnologie solari attive: pannelli termosolari e fotovoltaici - utilizzo di tecnologie solari passive: orientamento; superfici vetrate; serre abitabili; schermature esterne - utilizzo della massa termica offerta dall’acqua di cava per mitigare la temperatura esterna e
POMPA DI CALORE
Effetto sulla ventilazione interna di diverse configurazioni in pianta delle finestre, rispetto al vento dominante
Problematiche da affrontare nel progetto dell’edificio bioclimatico nell’area di cava di Istrana:
SCHERMATURE SOLARI
Componenti tecnologici e impiantistici
Piantumazione a 3m dall’edificio
influenza di una siepe di media grandezza analisi dei moti d’aria in pianta
Effetto combinato di alberi ad alto fusto e siepi
influenza di alberi ad alto fusto analisi dei moti d’aria in alzato
Una corretta piantumazione contribuisce a formare aree ad alta e bassa pressione nell’intorno dell’edificio e migliora il funzionamento dei sistemi solari passivi nel controllo naturale del carico solare sull’involucro edilizio. La collocazione di alberi decidui a medio e alto fusto sui lati sud e ovest protegge l’edificio dall’insolazione estiva consentendo la captazione sloare nei mesi invernali. Siepi e alberi sempreverdi collocati sul lato nord fungono da barriera ai venti freddi invernali. La scelta della vegetazione e la sua collocazione terranno conto, in primo luogo, della possibilità di mitigare il microclima locale nel deviare le brezze estive in correnti d’aria fresca incidenti sull’edificio. L’approcio terrà in debito conto pure la capacità dello specchio d’acqua di cava di fungere da accumulatore termico e di generare correnti d’aria che possono contribuire al raffrescamento estivo dell’edificio o mitigare le basse temperature locali invernali.
CAMINI SOLARI
esempio di complesso residenziale progettato con camini solari integrati nell’edificio
schemi esemplificativi di sistemi a effetto camino
Il camino solare favorisce il ricambio dell’aria ambiente grazie ad aperture realizzate nella parte alta di esso e la contemporanea immissione di aria fresca da aprture prossime al pavimento Il funzionamento del sistema può essre compromesso dalla insufficiente differenza di temperatura tra aria in ingresso e aria in uscita. Per ovviare al problema si può ricorrere a un sistema che riscaldi ulteriormente l’aria uscente a ridosso del punto di estrazione. La funzione può essere svolta da uno spazio colletore vetrato (es. serra)
SISTEMI SOLARI ATTIVI: IMPIANTI FOTOVOLTAICI E TERMOSOLARI
pannello fotovoltaico lucernario
aria viziata lucernario
aria fresca esterna
aria fresca esterna
Schneidr+SchumacherSede generale della Braun a Kronberg, Germania L’atrio coperto di accesso all’edificio funge da ambiente filtro semiesterno. I solai costituiscono la prima fonte di acumulo e restituzione termica, in opposizioe alla smaterializzazione delle chiusure verticali. Il raffrescamento è ottenuto mediante sistema radiante a soffitto, costituito da serpentine annegate sotto soletta in circa 2 cm di intonaco. Solo gli uffici più interni sono dotati, oltre che di soffitti radianti, anche di areazione meccanizzata a dislocamento con plenum e diffusori posti nel pavimento galleggiante che ospita le reti elettriche e di trasporto dati. L’areazione meccanizzata è controllata da sensori, risulta però al contempo escludibile per personalizzare le condiziono di vita dei singoli ambienti. HLT - Henning Larsen Tegnestue A/S, Opera House a Copenaghen, Danimarca
Poppen Prehal, caa unifamiliare Öhling, Austria
3XNielsen, casa per vacanze, Kolding, Danimarca
NORMATIVA DI RIFERIMENTO
edificio del quartier Vauba, Germania
L‘inserimento nell’edificio di impianti fotovoltaici e termosolari non deve avere solo finalità esclusivamente energetiche. In fase progettuale si cercherà un elevato livello di integrazione funzionale degli impianti con altri elementi tecnologici dell’edificio. Gli impianti solari possono raggiungere una gradevole integrazione estetica fino a sostituire componenti più tradizionali assolvendo le loro funzioni. Realizzazioni nel cento-nord Europa dimostrano che tutto ciò è possibile, fatti gli opportuni adattamenti alle nostre zone climatiche
Quartiere di Centocelle Vecchia, Roma: esempio di recupero dell’esistente con attenzione in fase di pianificazione urbanistica e progettazione architettonica per le energie rinnovabili e le loro possibilità di integrazione. Facciate e coperture integrate con pannelli solari e corridoi bioclimatici per lo sfruttamento dei venti nel raffrescamento estivo degli edifici, sono i principali punti del progetto di intervento
Feilden Clegg Bradley Architects, sede centrale del National Trust a Swindon, Gran Bretagna L?edificio concretizza le più attuali ricerche sulla relazione tra illuminazione naturale, ventilazione, accumulo termico, schermatura solare: l’aria entra nell’edificio da aperture collocate lungo il perimetro e dai cortili interni e viene espulsa da aperture poste a nord, in copertura. Le aperture d’espulsione dell’aria viziata sono state integrate con dei ventilatori per funzionare correttamente indipendentemente dalla presenza e dalla direzione del vento. L’illuminazione naturale degli ambienti è garantita da lucernari ricavati nelle falde rivolte a nord della copertura e protetti dalla radiazione solare diretta grazie all’integrazione di pannelli fotovoltaici in parte a sbalzo sui lucernari
STUDIO DELLA FORMA: RESISTENZA AI VENTI
Short & Associates, Biblioteca Universitaria a Coventry, Gran Bretagna
La bibilioteca si presenta con una forma compatta (un quadrato di circa 40 m), articolata su quattro livelli. Il primetro del blocco è segnato da una serie di torri di ventilazione che, con i quattro pozzi di luce posti lungo le diagonali più uno centrale, permettono la venilazione naturale dell’edificio e limitano l’apertura di finestre sui fronti. I pozzi angolari hanno la funzione di immissione e controllo della temperatura dell’aria mentre il pozzo centrale e le torri perimetrali fungono da camino di espulsione.
Legenda schema di immissione aria: 1)ingresso di aria fresca 2)riscaldamento a pavimento 3)batterie di riscaldamento 4)pozzi di luce per ventilazione e illuminazione naturale 5)batterie di riscaldamento 6)plenum aria fresca 7)vuoto ventilato 8)schermature traslucide girevoli 9)griglie di ventilazione controllate da sistema computerizzato 10)copertura isolata
Istrana : contesto di progetto: I laghi di cava contribuiscono alla formazione di brezze locali
fonte: A. Logora, “Architettura e bioclimatico: La rappresentazione dell’enegia nel progetto”
Sopra: Zone di depressione ventosa dovute alla presenza di un edificio: Un edificio investito da un flusso d’aria crea un’area di depressione le cui dimensioni sono legate direttamente alla forma e all’orientamento dell’edificio stesso.
A destra: Brezze di mare o lago Di giorno la terra si scalda di più rispetto all'acqua; l'aria che è a contatto con il suolo diviene rapidamente più calda rispetto all'aria che giace sul mare. Si innesca quindi un ampio movimento nel quale l'aria sulla terra sale, richiamando aria dal mare. Di sera accade il contrario: l'acqua, che durante il giorno ha accolto il calore del sole anche in profondità, agisce da "serbatoio di calore" ed è più calda della terra; sarà ora l'aria sovrastante il mare a salire, richiamando aria più fredda dalla terra.
fonte: Arketipo n 5\06