CORSO DI Architettura e Composizione Architettonica III ANNO ACCADEMICO 2000-2001

Gruppo A_01_13 :

• Antonello Merella
• Paolo Sanna
• Stefano Tatti

Il percorso progettuale che è stato intrapreso, prende spunto dalle indagini economiche svolte dal gruppo A14 sulla zona di Sant'Antioco: in base ad esse si sono ottenute informazioni utili per un possibile rilancio economico della cava. La nostra attenzione si è rivolta al turismo, il quale, per poter essere sviluppato, necessita oltre che di collegamenti, strutture attrattive, di alloggi funzionali, confortevoli ed in armonia con l'ambiente nel quale sono inseriti. Nonostante il tema sulle residenze fosse già stato trattato con apprezzabili risultati dal punto di vista formale, si è voluto continuare questo discorso, affrontando uno studio sui materiali e sugli impianti, in modo da realizzare un'architettura inseribile nel territorio in modo armonioso. Si è partiti pertanto da una ricerca sulle abitazioni dal minimo impatto ambientale, che si adattino alle caratteristiche dell'ambiente circostante (vegetazione, rilievi, posizione) per ottenere il maggior vantaggio dal punto di vista energetico e luminoso, e che sfruttino lo stesso contesto per migliorare le proprie condizioni di comfort. Grazie agli studi sul sole e sul vento si è pensato di poter utilizzare queste risorse secondo gli esempi forniti dalla moderna tecnologia e dalla esperienza umana. Il risultato è quello di un organismo edilizio che ambisce ad essere energeticamente indipendente, dotata di una struttura, una forma ed impianti tecnologici tali da garantire il massimo comfort ed un alto risparmio energetico: LA CASA SOLARE.

INDICE

• Studio preliminare
  • Edifici energeticamente indipendenti
  • Stretegie di risparmio energetico
  • Sistemi solari
    • Il riscaldamento solare passivo
    • Il raffreddamento passivo
  • Controllo solare e produzione di energia
  • I pannelli solari
  • I materiali
• Proposta progettuale

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Studio preliminare: Edifici energeticamente indipendenti

Sono edifici progettati con l'intento di fornire prestazioni superiori a costi energetici inferiori ne sono sorti un po' ovunque soprattutto dalla metà degli anni '70; gli edifici "energeticamente indipendenti" sono invece ancora relegati nella sperimentazione, anche perché l'indipendenza energetica è difficile da conseguire, poco conveniente ed impossibile nel caso di edifici pubblici o comunque di utenze che siano appena più che domestiche. La bioarchitettura conta esempi anche di progettisti illustri: Botta, Nicoletti, Wright, Le Corbusier, che hanno conciliato brillantemente gli aspetti energetici ed estetici degli spazi, coperti e non, da loro progettati.

F.L.Wright - Robbie House (Chicago)
L'aggetto schermante del tetto diventa l'elemento caratterizzante dell'edificio

Manfredi Nicoletti -Biblioteca d'Alessandria d'Egitto
La "pelle" chiara esterna è una griglia che impedisce il passaggio della luce diretta nelle ore più calde

Le Corbusier - Palazzo del Governatore a Chandigar (India)
Le aperture sono arretrate per tenere fuori il sole quando è alto sull'orizzonte

Mario Botta - Cattedrale di Evry (Francia)
Le aperture sembrano scavate nell'involucro cilindrico di ridotta superficie e grande inerzia termica

Nessun grande progettista si è però cimentato nell'impresa di collocare, sull'involucro di una villetta, pannelli solari e fotovoltaici in grado di fornire energia agli impianti. I motivi di questo disinteresse si possono solo ipotizzare: problemi estetici ritenuti insolubili, scarsa rilevanza economica del progetto, aspetti tecnici privilegiati rispetto agli architettonici… quali che siano, ne deriva che l'estetica dei pochi esempi di edifici a scarso consumo ed indipendenti energeticamente è decisamente spartana, come si addice ad un oggetto di laboratorio quali ancora sono.

Villa Lord a Kennebunkport, Maine (USA)

L'unica eccezione, fra gli esempi che vedremo, è la villa Lord a Kennebunkport, Maine (USA), che non è a rigore energeticamente indipendente, ma si può definire a bilancio energetico positivo. La miscela riscaldata nei pannelli solari viene fatta circolare nelle serpentine annegate nei pavimenti (in inverno) e nello scambiatore del boiler che alimenta i rubinetti dell'acqua calda. Due case autosufficienti in senso stretto sorgono in Europa, e precisamente a Berna e presso Friburgo, in Germania, località che non godono certo di un'insolazione particolarmente intensa. L'abitazione svizzera è la più "antica" : l'energia dei pannelli fotovoltaici è immagazzinata in una nutrita serie di batterie, mentre l'acqua calda dei pannelli solari è convogliata nello scambiatore di un gigantesco serbatoio da centomila litri che costituisce il nucleo dell'edificio e provvede al riscaldamento ed all'acqua calda sanitaria per tutto l'anno. Più complesso ed innovativo è l'edificio tedesco, realizzato dall'Istituto Fraunhofer per i Sistemi ad energia solare di Friburgo. Utilizza infatti vetrature TIM (Transparent Insulation Material), utilizzate anche nei pannelli solari, e pannelli fotovoltaici al silicio monocristallino. Al tramonto, una serie di imposte argentate impedisce al calore interno di fuoriuscire. L'accumulo dell'energia non è affidato a grandi masse d'acqua o a grandi accumulatori elettrochimici, come nella casa di Berna, ma allo stoccaggio di idrogeno ottenuto per elettrolisi dell'acqua, tramite l'elettricità dei pannelli fotovoltaici.

Casa Jenny a Berna

Casa Stahl (detta Solar House) - Friburgo

Studio preliminare: Stretegie di risparmio energetico

Lo scambio termo-igrometrico dell'edificio con l'esterno è sempre stato un punto critico delle tecniche costruttive, ed è stato affrontato nei modi più vari dalle varie culture. La produzione architettonica di ogni epoca storica può essere classificata in tre modelli abitativi, a seconda della relazione con l'ambiente esterno, cioè nel modello conservativo, selettivo o rigenerativo. Il primo modello, il cui archetipo è la caverna, è caratterizzato da masse murarie di grosso spessore che conferiscono all'edificio un'elevata inerzia termica, proteggendo l'interno dagli sbalzi termici stagionali; il secondo modello, che può essere detto il modello della capanna, è caratteristico della fascia tropicale, con sole, vento ed umidità, e cerca di sfruttare le masse d'aria per asportare il calore in eccesso e/o rinfrescare gli ambienti per evaporazione .

Ma purtroppo, dopo la scoperta dell'energia elettrica, tutti questi principi sono andati perduti. Per citare solo alcuni esempi italiani antichi: nella Villa di Adriano a Tivoli, i cortili e le stanze venivano orientati a seconda delle diverse esigenze termiche estive e invernali, nelle ville di Costozza in Veneto, costruite a partire del 1550, un interessantissimo sistema di raffrescamento sfrutta l'aria fredda proveniente da grandi cavità sotterranei ("covoli") situate all'interno delle colline in cui sorgono le Ville.

Spaccato di due edifici di un complesso di sei ville palladiane a Costozza (Vicenza)

Ora però tutto è cambiato. Il problema energetico ci influenza solo in modo relativo e le risorse tecnologiche costruttive sono numerose e diverse. Oggi sono i problemi legati soprattutto all'inquinamento ambientale quelli che ci costringono a ripensare il modo in cui usiamo le risorse energetiche. Basta pensare che attualmente il 22% delle emissioni di Co2 della Unione Europea è legato al settore edilizio; inferiore è la produzione di emissioni dell'intero settore industriale. Dobbiamo quindi affrontare la situazione sotto un'ottica diversa, cercando di offrire buoni livelli di comfort ambientale ma allo stesso tempo minimizzando l'uso delle risorse energetiche inquinanti e aumentando l'uso di fonti energetiche rinnovabili pulite, come l'energia solare. Condotti d'aria sotterranei per climatizzare l'aria, superfici vetrate o serre rivolte a sud per intrappolare il calore in inverno, materiali trasparenti innovativi per "selezionare" la radiazione solare ed aumentare l'uso dell'illuminazione naturale negli ambienti interni, camini solari per aumentare la ventilazione naturale, uso di pannelli fotovoltaici per produrre elettricità ed uso di pannelli solari per produrre l'acqua calda, sono solo alcune delle strategie progettuali che possono essere applicate per diminuire i nostri consumi energetici, ma soprattutto migliorare la nostra qualità di vita.

Studio preliminare: Sistemi solari

Con l'espressione "energia solare attiva" si intende in genere raggruppare tutte le applicazioni che riguardano il settore delle applicazioni termodinamiche (energia termosolare ) e il settore dell'energia fotovoltaica. L'energia termosolare ha diversi sistemi applicativi che differiscono tra di loro per il tipo di collettore impiegato, il tipo di scambiatore di calore, il modo di immagazzinamento dell'energia ecc. In ogni caso tutti i sistemi attivi, che vengono in genere utilizzati per riscaldare gli ambienti o l'acqua, hanno come principali componenti sia collettori solari sia sistemi di immagazzinamento del calore, mentre la circolazione del fluido utilizzato per lo scambio termico viene ottenuta mediante pompe o ventole. I pannelli solari impiegati nel settore edile offrono, tra gli altri vantaggi, la caratteristica di poter essere integrati con relativa facilità nella struttura dell'edificio.

Criteri bioclimatici utilizzati in sistemi costruttivi primitivi

Esiste quindi la possibilità di creare delle vere e proprie facciate energeticamente attive, senza rinunciare alla qualità stilistica e architettonica dell'edificio e contemporaneamente realizzando un manufatto con un ridotto impatto ambientale in termini di emissioni inquinanti.

Sistema solare passivo a guadagno indiretto

Con l'espressione "energia solare passiva" si intende in genere raggruppare tutte le applicazioni in cui l'energia solare viene utilizzata senza alcun ausilio motorizzato e in cui la distribuzione del calore prodotto avviene grazie ai fenomeni naturali della conduzione, della convezione e dell'irraggiamento, anzichè mediante l'utilizzazione di pompe o ventole. Nella gestione di un edificio o di un'abitazione, le strategie solari passive, con diverse varianti, possono essere sostanzialmente impiegate per raggiungere tre obbiettivi principali:

1) Per il riscaldamento di un edificio, soprattutto nei climi freddi, attraverso l'accumulo, la distribuzione e la conservazione dell'energia termica solare.

2) Per il raffrescamento naturale di un edificio, grazie alla ventilazione naturale, alla schermatura e all'espulsione del calore indesiderato verso dissipatori di calore ambientali ( aria, cielo, terra,acqua ). Le principali tecniche impiegate in questo caso prevedono soprattutto l'utilizzo di condotte d'aria interrate, di camini solari, di una buona massa termica, della ventilazione indotta, di protezioni dall'irraggiamento diretto e di sistemi per la deumidificazione o per l'evaporazione dell'acqua.

3) L'altro importante contributo passivo che si può ottenere dall'energia solare riguarda l'illuminazione diurna di un edificio, sfruttando sia la luce solare diretta sia quella diffusa dalla volta celeste.

Studio preliminare: Sistemi solari - Il riscaldamento solare passivo

Nella stagione fredda, l'energia solare può dare un contributo significativo al fabbisogno energetico degli edifici. A tal fine vengono utilizzati i seguenti meccanismi:

1) la captazione solare, in cui l'energia solare captata viene trasformata in calore;

2) l'accumulo termico, in cui il calore captato durante il giorno viene accumulato per un uso successivo;

3) la distribuzione del calore, in cui il calore captato/accumulato viene indirizzato alle parti dell'edificio che è necessario riscaldare;

4) conservazione del calore, in cui il calore è mantenuto nell'edificio il più a lungo possibile.

I sistemi solari passivi si dividono in diretti, indiretti ed isolati. Il sistema diretto, quello più comune, presenta ampie vetrate esposte a sud, aperte direttamente sull'ambiente interno, che dispone di sufficienti masse di accumulo termico. I principali sistemi indiretti sono: il muro termico, il muro di Trombe e le serre. Nel muro termico l'accumulo è costituito dalla parete di consistente massa termica esposta a sud e prevede una superficie vetrata esterna per ridurre le dispersioni termiche. Il calore captato viene trasmesso per conduzione, con un certo ritardo, attraverso la parete e quindi ceduto (per convezione ed irraggiamento ) all'ambiente interno. Gli elementi di accumulo, a calore sensibile, comunemente adottati, sono costituiti da pareti e/o solai aventi una adeguata capacità termica, nonchè in alcuni casi anche accumuli ad acqua, a sassi e nel terreno. Oltre al trasferimento del calore per conduzione come nel muro termico, il muro Trombe consente anche quello per termocircolazione naturale dalla captazione all'ambiente retrostante attraverso delle aperture poste nella parte bassa ed in quella alta della parete. La serra è costituita da una chiusura vetrata sulla facciata sud avente una massa di accumulo nella parete di separazione o comunque all'interno della serra stessa. La serra viene usata per il preriscaldamento dell'aria di rinnovo. L'uso di isolamenti mobili durante il periodo notturno aumenta in tutti i sistemi citati il rendimento energetico. Nei sistemi isolati la superficie di captazione è separata dall'accumulo termico, il trasferimento del calore fra i due elementi avviene per termocircolazione naturale o anche direttamente, sempre per termocircolazione, dalla captazione allo spazio abitato.
Un esempio di sistema isolato è costituito dal sistema Barra-Costantini che si può schematizzare in un collettore solare montato sulla facciata sud dell'edificio. L'aria riscaldata dal collettore viene convogliata in condotti posti nel soffitto che riscaldano la struttura. Si viene quindi a determinare una termocircolazione naturale (loop convettivo) con conseguente trasferimento del calore dalla captazione (collettore) all'accumulo (soffitto) e all'ambiente interno. Talvolta i diversi sistemi possono integrarsi tra loro per ottimizzare la copertura del fabbisogno energetico nel corso della giornata.

Muro termico: schema di funzionamento estate-inverno.

Muro Trombe: schema di funzionamento estate-inverno.

La serra: due esempi in cui si ha un sistema senza e con accumulo in parete

Sistema Barra-Costantini: schema di funzionamento estate-inverno

Studio preliminare: Sistemi solari - Il raffreddamento passivo

Camini a vento su una casa egiziana
Di frequente contengono tappeti o carbonella umidi
per rinfrescare ulteriormente il vento che vi entra

L'importanza del raffrescamento passivo è motivata dal fatto che il fabbisogno di raffreddamento degli edifici è aumentato rapidamente negli ultimi anni, creando importanti problemi ambientali, economici, di salute e soprattutto di consumi elettrici. La ventilazione naturale agisce sul benessere attraverso due meccanismi, uno indiretto e l'altro diretto: il primo influenza il bilancio termico dell'edificio, il secondo quello dell'individuo (consentendo di incrementare gli scambi convettivi tra uomo e ambiente con conseguenze positive sul benessere termico). Il termine "ventilazione" viene usato per definire tre diverse funzioni: l'approvvigionamento di aria fresca, la rimozione del calore da un ambiente attraverso il ricambio dell'aria e il raffreddamento fisiologico. La ventilazione naturale dà luogo a raffreddamento tramite le correnti d'aria generate da fenomeni naturali come l'azione del vento e l'effetto camino. È necessario precisare che sia l'azione del vento che l'effetto camino influenzano la ventilazione degli edifici; in particolare, la prima viene molto influenzata dalle condizioni anemologiche del luogo, mentre il secondo dall'altezza degli ambienti o degli elementi dedicati (torri del vento, camini solari, intercapedini ventilate, ecc.).

Le torri del vento iraniane sono elementi autonomi integrati nell'edificio con la funzione di generare un movimento d'aria al loro interno e costituiscono una indicazione efficace per il raffreddamento degli edifici in climi caldi aridi. Nel suo funzionamento notturno la torre si raffredda poichè la sua massa muraria cede calore all'aria (in essa contenuta) che si riscalda. Si genera quindi, un moto ascensionale dell'aria che, richiamata da aperture poste alla base dell'edificio, favorisce il raffreddamento dell'edificio e soprattutto della torre stessa che funge da accumulo di freddo. Di giorno, l'aria calda esterna, venendo a contatto con la massa muraria della torre, si raffredda ed aumentando di conseguenza la sua densità, scende verso il basso, entrando nell'edificio e provocandone il raffreddamento. Tale meccanismo di funzionamento, accelerato dall'azione del vento, ha presentato interessanti soluzioni in climi caldi pervenendo a soddisfacenti risultati di integrazione architettonica. Il raffreddamento evaporativo sfrutta l'abbassamento di temperatura dell'aria che si verifica a seguito dell'evaporazione dell'acqua. Tale evaporazione diminuisce all'aumentare dell'umidità relativa dell'aria, fino ad annullarsi per alti valori (condizioni di saturazione) di quest'ultima. Tale possibilità di raffreddamento, che veniva anche utilizzata nelle torri del vento iraniane, può avere varie possibilità di applicazione, sia negli ambienti interni, sia in quelli esterni. Tali torri, di forma conica ed alte trenta metri, hanno nelle sommità degli spruzzatori d'acqua che, a seguito dell'evaporazione, raffreddano l'aria presente nella parte alta della torre che aumentando di conseguenza la sua densità scende verso il basso raffreddando l'aria del sottostante spazio esterno.

Arch. Mester de Parajd:
edifici del complesso del tribunale di Niamey (Nigeria)
Nello schema, spaccato del doppio muro ventilato esterno

EXPO' 2000 di Siviglia: torri evaporative

Studio preliminare: Controllo solare e produzione di energia

La flessibilità tecnologica delle facciate può essere considerata anche come la capacità di soddisfare il comfort ambientale in modo dinamico rispetto alla variazione delle sollecitazioni ambientali o delle esigenze individuali di comfort. Le sollecitazioni ambientali caratterizzate, per esempio, dalla temperatura e dall'irraggiamento solare variano durante l'arco dell'anno e della stessa giornata. Durante i periodi caldi è importante agevolare la trasmissione della luce solare attraverso la parte trasparente della facciata, ponendo attenzione a non produrre effetti di abbagliamento, e limitare la penetrazione di energia. In un ambiente protetto da superfici vetrate, i corpi colpiti dall'irraggiamento solare aumentano la loro temperatura e in funzione di questa riemettono a loro volta energia trasformata in calore sotto forma di radiazioni infrarosse. Durante i periodi freddi è invece necessario limitare le dispersioni di calore e agevolare la trasmissione della luce solare e dell'energia all'interno degli spazi. Se quindi l'aumento della temperatura nei periodi freddi dell'anno costituisce un apporto gratuito di energia, nei periodi caldi crea situazioni di discomfort termico e rende necessario dimensionare impianti di condizionamento per elevati carichi termici con un aumento dei costi di gestione dell'edificio. La necessità, da un punto di vista economico e soprattutto ambientale, di un uso razionale dell'energia e di un maggiore risparmio energetico ha influenzato la ricerca sui materiali, i componenti e i sistemi di facciata e ha introdotto nuovi materiali e modelli di funzionamento della facciata, capaci di variare il modo di rispondere alle sollecitazioni ambientali nel tempo . Inoltre, la rivendicazione da parte dei fruitori di un controllo individuale delle condizioni di comfort e della percezione dello spazio esterno sono due esigenze che hanno indotto il progettista a compiere delle scelte tecniche in grado di favorire la personalizzazione del controllo delle condizioni ambientali. La concezione dell'edificio come elemento attivo nel mediare gli effetti delle radiazioni solari e della ventilazione per contribuire al suo riscaldamento e al raffrescamento ha comportato un nuovo atteggiamento nel progetto dei sistemi di involucro, non più concepito come barriera tra l'interno e l'esterno, ma come elemento mediatore di flussi energetici. In quest'ottica si collocano i sistemi di retrofit fotovoltaico che devono quindi assicurare i seguenti requisiti:

1) garantire un rendimento energetico elevato;
2) rendere il calore dei raggi solari in energia utilizzabile per il riscaldamento;
3) soddisfare pienamente la funzione della protezione contro le intemperie;
4) assicurare automaticamente l'ombra quando richiesta.

Per quanto riguarda il rendimento energetico, questo dipende esclusivamente dall'orientazione della facciata o del tetto fotovoltaico e dalle caratteristiche della cella utilizzata. Assicurare automaticamente l'ombra quando richiesto è una funzione ormai sperimentata, a monte delle esperienze acquisite dai sistemi di schermatura tradizionali, e presenta l'applicazione di meccanismi a comando elettrico che mantengono l'inclinazione ideale dei moduli e favoriscono la penetrazione dell'illuminazione naturale all'interno dei locali. Un interessante sistema in via di sperimentazione unisce i vantaggi della produzione di energia elettrica con quelli di un collettore solare per la produzione di energia termica.

Per assicurarsi un buon rendimento degli impianti solari la cosa più importante non è il tempo, ma come sono inclinati i pannelli.L'inclinazione del pannello solare è determinata dalla stagione: l'incidenza del sole infatti varia sensibilmente dall'estate all'inverno.

Se il sistema solare è utilizzato tutto l'anno, per ottimizzare la captazione dei raggi
solari, i pannelli devono essere inclinati di 45° o posti a un'inclinazione uguale alla latitudine

Se invece il sistema solare è in funzione prevalentemente durante i mesi estivi,
conviene adottare un'inclinazione minore, con un angolo di 30°.

Quando l'impianto solare ha la funzione di integrare l'apporto energetico dell'impianto
di riscaldamento nei mesi invernali, l'inclinazione ottimale è invece intorno ai 60°.

Anche se il cielo è coperto, i pannelli solari sono in grado di captare la luce diffusa e le radiazioni provenienti dalla volta celeste: in questo modo riescono comunque a riscaldare l'acqua, che tuttavia raramente supera i 35-40°C.

Questi pannelli sono realizzati con un'intercapedine sulla parete interna attraverso la quale viene fatta circolare, come fluido refrigerante, l'aria dell'ambiente o l'acqua, recuperando in questo modo l'energia termica dovuta al surriscaldamento dei pannelli. Mantenendo i pannelli ventilati, e abbassandone la temperatura, si migliora tra l'altro il fattore di conversione elettrica della radiazione solare e l'aria calda che si ottiene può essere utilizzata per il riscaldamento. Al di là di questa nuova componentistica, che permette comunque l'acquisizione dei dati per un promettente miglioramento dell'efficienza di tali sistemi, è interessante notare come le tecnologie a nostra disposizione possano condurre oggi a soluzioni validissime sia dal punto di vista tecnico, sia da quello economico. Soltanto, comunque, attraverso l'integrazione dei sistemi fotovoltaici con tutti gli altri sistemi già acquisiti dell'architettura solare passiva e dei materiali innovativi sarà possibile rendere concorrenziali le energie rinnovabili ai combustibili fossili tradizionali.

Studio preliminare: I pannelli solari

I pannelli solari possono essere raggruppati in alcune tipologie principali. Le differenze (di tecnologie costruttive, di materiali impiegati, di costo, ecc) fra i vari pannelli servono a dare le risposte più appropriate alle differenti esigenze degli utenti e alle diverse possibili condizioni di installazione e di impiego. Di seguito abbiamo svolto una breve trattazione delle tipologie costruttive dei pannelli solari.

PANNELLI SOLARI VETRATI

I pannelli solari vetrati sono quelli classici composti dal pannello vero e proprio e da un serbatoio di accumulo dell'acqua: insieme costituiscono un sistema solare completo. L'assorbitore di calore inserito nel pannello è termicamente isolato dalla temperatura dell'aria esterna, tramite un vetro temperato, sopra, e uno strato di isolante sotto (scocca posteriore). In questo modo si sfrutta al meglio l'effetto selettivo del vetro all'infrarosso che permette di raggiungere la massima temperatura e la maggiore efficienza. Il vetro è trasparente alla luce del sole che entra, ma è opaco ai raggi infrarossi che vengono trattenuti all'interno. I raggi del sole, che raggiungono la parte interna del pannello, lo scaldano ed il calore viene trattenuto all'interno. In virtù di tali caratteristiche, questi pannelli sono in condizioni di produrre acqua calda in tutti i mesi dell'anno. Ciascun produttore di pannelli solari propone vari modelli che si diversificano fra loro sul piano tecnico, economico ed impiantistico, offrendo agli acquirenti un'ampia possibilità di scelta. E' pertanto difficile fare una catalogazione che evidenzi con precisione le caratteristiche di ciascuna marca e di ciascun modello.
E' possibile suddividere i pannelli solari vetrati in tre categorie:

1. pannelli a superficie selettiva
In questi pannelli l'assorbitore di calore, di colore nero, è stato trattato con un prodotto selettivo all'infrarosso, che trattiene il calore del sole e riduce la riflessione, potenziando le analoghe azioni del vetro soprastante. Questa tecnologia permette di ottenere dai pannelli un maggior rendimento. I pannelli a superficie selettiva hanno un buon rendimento anche durante i mesi invernali e la loro installazione è consigliata quando si prevede di utilizzarli tutto l'anno.

2. pannelli non selettivi
In questo tipo di pannelli la superficie dell'assorbitore di calore non viene trattata, ma viene ugualmente verniciata in nero, per meglio trattenere i raggi solari. Il loro rendimento è inferiore di circa il 10% a quello dei pannelli trattati con prodotti selettivi. Anche il costo è inferiore. L'impiego di questa tipologia di pannelli è particolarmente indicato per le seconde case, utilizzate nei mesi estivi, e per le zone con abbondante insolazione.

3. pannelli con serbatoio integrato
Nei pannelli con serbatoio integrato l'assorbitore di calore ed il serbatoio di accumulo si confondono in un unico oggetto e l'energia solare giunge direttamente a scaldare l'acqua accumulata. Per effetto del principio che l'acqua calda tende a salire e quella fredda a scendere, si viene a creare all'interno del serbatoio un moto cosiddetto convettivo che distribuisce il calore captato a tutta la massa d'acqua.

PANNELLI SOLARI SOTTOVUOTO

La tecnologia dei pannelli solari sottovuoto è più sofisticata di quelli vetrati. Ovviamente sono molto più costosi, ma sono in grado di fornire prestazioni assai elevate. I pannelli sottovuoto, oltre ad essere costruiti con tutti gli accorgimenti tecnici atti a trattenere il calore, descritti per i pannelli a superficie selettiva, sono, appunto sottovuoto. Essi si presentano come tubi di vetro, contenenti all'interno un elemento assorbitore di calore, al cui interno la pressione dell'aria è ridottissima, così da impedire la cessione del calore da parte dell'assorbitore. A questo scopo, in fase di assemblaggio, l'aria tra assorbitore e vetro di copertura viene aspirata e l'involucro deve assicurare una tenuta perfetta e che rimanga tale nel tempo. I pannelli solari sottovuoto hanno un ottimo rendimento in tutti i mesi dell'anno e sono particolarmente adatti ad essere installati negli edifici residenziali ubicati nelle zone ad insolazione medio-bassa, anche in condizioni climatiche rigide.

PANNELLI SOLARI SCOPERTI

I pannelli solari scoperti sono adatti per gli utilizzi nella stagione estiva: riscaldamento di piscine scoperte, acqua calda per le docce negli stabilimenti balneari, nei campeggi, negli alberghi stagionali, ecc. I pannelli solari scoperti sono privi di vetro e l'acqua passa direttamente all'interno dei tubi del pannello, dove viene riscaldata dai raggi solari ed è pronta per essere usata. Il limite di questi pannelli è che, non essendo coibentati, funzionano con una temperatura ambiente di almeno 20°C (al di sotto il bilancio tra energia accumulata ed energia dispersa è sfavorevole), e la temperatura massima dell'acqua non supera i 40°C. Proprio per questo motivo il loro impiego è ideale per le utenze stagionali. Il loro costo è notevolmente più basso dei pannelli vetrati Il materiale usato per costruire i pannelli scoperti può essere PVC, Neoprene o Polipropilene. Quest'ultimo materiale consente di realizzare pannelli capaci di sopportare una pressione dell'acqua fino a 6 atmosfere.

RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO

L' abbinamento dell' impianto a pannelli solari con gli impianti a parete e a pavimento, e' l'ideale perche' sono impianti che possono funzionare a partire da temperature comprese tra i 25° e i 30° dell' acqua in mandata. In questo modo si puo' sfruttare l' impianto solare anche nei mesi piu' freddi quando il sole non riesce a scaldare l' acqua per gli usi sanitari, abbreviando cosi' i tempi di ammortamento. Le esperienze effettuate nel nord Europa confermano che l' abbinamento tra un impianto a pannelli solari e un impianto misto parete-pavimento, consentono di coprire il 60% del fabbisogno dell' edificio. Secondo i criteri della bioarchitettura, l'impianto aparete viene considerata il sistema ideale. Infatti e' il sistema che presenta la maggiore quota di calore ceduto per irraggiamento (circa il 90%). Presentando una temperatura omogenea lungo l' asse verticale della parete non si creano moti convettivi. La temperatura ideale risulta compresa tra i 17° e i 20° perche' i muri sono caldi. Questo e' molto importante per tutti coloro che soffrono di allergie alle polveri. Uno dei punti di forza di questo impianto e' la bassissima inerzia termica. L' impianto viene realizzato soprattutto sulle pareti perimetrali dell' edificio, per realizzare la barriera termica verso l' esterno. Tale funzione e' molto efficace soprattutto nel raffrescamento estivo, ottenuto facendo circolare acqua a bassa temperature nelle serpentine annegate nella muratura e che grazie alla grande superficie radiante si riesce a stabilire il microclima piu' naturale in pochi minuti.

Studio preliminare: I materiali

Secondo gli studiosi, l'edilizia tradizionale è almeno in parte responsabile dell'inquinamento atmosferico, del consumo di energia e della produzione dei rifiuti. Una soluzione moderna ed efficace a questi problemi è rappresentata dalla bioedilizia, che segue le tendenze attuali di salvaguardia dei valori ambientali. La bioedilizia dedica grande attenzione all'ambiente, con l'uso di sostanze naturali, facilmente degradabili o riciclabili, il progetto di sistemi e impianti ad alta efficienza, basso consumo, minimo effetto inquinante. Essa offre una vastissima gamma di materiali, vernici, rivestimenti, tessuti che sono già proficuamente utilizzati nei progetti edili più avanzati e che possono aiutarci a rendere la nostra casa più sana e confortevole. Il costo di queste tecniche è paragonabile a quello dei sistemi tradizionali, investire in bioedilizia si traduce in un duplice vantaggio: economico e qualitativo. Solo per fare un esempio, un buon isolamento termico e un impianto progettato con la giusta attenzione ai consumi consentono, in breve tempo, di ammortizzare il costo iniziale con il risparmio di energia ottenuto. Oppure la scelta di un tendaggio trattato opportunamente o di un mobile rifinito con vernici adatte contribuiscono ad evitare allergie che si possono avere con l'uso di complementi trattati chimicamente. Quindi un'architettura avanzata rispetta l'ambiente naturale, ma cura anche la qualità degli interni della casa: oltre all'estetica e alla funzionalità, essa studia le soluzioni che offrono benessere alle persone che vi abitano. Oggi esistono impianti che controllano le condizioni del clima interno, sistemi che aiutano a evitare la presenza di campi elettromagnetici, di agenti patogeni o contaminanti. Tutto ciò grazie alle moderne tecnologie. Bioedilizia vuol dire scienza dell'habitat a misura d'uomo, un concetto diverso dell'abitare, che considera la casa come qualcosa che cresce nel rispetto dell'uomo e dell'ambiente in armonia con tutto il resto della natura. La Bioedilizia ha come scopo primario la creazione di uno spazio che sia veramente un rifugio per l'uomo e non un qualcosa a lui estraneo se non addirittura ostile. Progettare biocompatibilmente significa quindi, e soprattutto, integrare l'organismo edilizio con l'ambiente nel quale è inserito utilizzando materiali non inquinanti e riciclabili, impianti a basso consumo energetico e, per quanto possibile, cercando di sfruttare le risorse naturali del posto. Ma come si identifica un materiale ecologico e sostenibile dall'ambiente ? In estrema sintesi la sostenibilità di un materiale si definisce in relazione alla riduzione ai minimi termini del suo impatto ambientale riferito all'intero ciclo della sua vita. In alte parole, un materiale è tanto più sostenibile quanto minore è l'energia, da un lato, e la produzione di rifiuti, dall'altro, necessarie per l'estrazione delle materie prime di cui è fatto, per i cicli intermedi di lavorazione,per l'imballaggio, il trasporto e la distribuzione, per l'applicazione, l'uso e il consumo e per l'eventuale riutilizzo o riciclo, ed infine per la sua dismissione o smaltimento finale. La sostenibilità di un materiale va volutato quindi "dalla culla alla tomba" attraverso un'attenta analisi della sua 'biografia'. La complessità e la grande articolazione del settore produttivo rendono particolarmente arduo il compito di valutare la qualità ecologica dei materiali edili e la stesura quindi di corretti "ecobilanci". E' stato tracciato uno schematico elenco di malteriali "consigliabili" per la realizzazione di edifici che rispondano a requisiti di bioecologicità. Occorre poi accompagnare i materiali individuati con indicazioni sulla scelta corretta e sui criteri di applicazione.

• I materiali per fondazioni e opere strutturali
  • IL CEMENTO
    In bioedilizia si consiglia di ridurre ai minimi termini l'uso di questo materiale per le sue specifiche caratteristiche fisico tecniche: mantiene a lungo l'umidità, ha scarsa traspirabilità, elevata conducibilità ed è inoltre facilmente aggredibile dagli agenti atmosferici, richiede quindi complesse opere di isolamento termoacustico e l'utilizzo di additivi chimici specifici di forte impatto ambientale. Il calcestruzzo armato, d'altro canto, è sia per motivi normativi che pratici la soluzione più consigliata per realizzare fondazioni e alcuni elementi strutturali: cordoli ,banchinaggi, ecc.. In bioedilizia si consiglia quindi l'utilizzo di cemento puro, in cui sia certificata l'assenza di radioattività e la non addittivazione in fase di produzione con materie seconde spesso provenienti da scarti di altre lavorazioni industriali o in fase di confezionamento del calcestruzzo con prodotti chimici di sintesi. Questi requisiti si trovano più facilmente nel cemento bianco che è quindi da preferire
  • IL FERRO
    Anche per l'altra componente del calcestruzzo armato, il ferro, esistono motivi per consigliare un uso molto limitato. La forte presenza di componenti metalliche in un edificio, soprattutto se in forma reticolare, ha infatti due potenziali effetti negativi: effetto Faraday, ovvero squilibrio fino all'annullamento del campo elettromagnetico naturale proveniente dal suolo e dal cosmo ed effetto antenna nei confronti del sempre più massiccio inquinamento elettromagnetico artificiale presente oggi nelle aree urbanizzate e prodotto da linee ad alta tensione, trasmettitori radio e tv, installazioni radar, ponti radio, satelliti, ecc. In bioedilizia si consiglia quindi che l'acciaio tondo ad aderenza migliorata sia ad alta resistenza per limitarne la quantità o meglio ancora realizzato in acciaio inox che, per la sua particolare microstruttura, ha valori particolarmente bassi di permeabilità magnetica e consente quindi di eliminare le azioni di disturbo al campo elettromagnetico naturale proprie degli elementi metallici in particolare se reticolari
• I materiali per le murature e opere strutturali
  • L'ARGILLA
    Per i motivi addotti parlando di cemento e ferro si deduce che le murature portanti siano la soluzione tendenzialmente preferita per gli edifici fino a tre piani. D'altra parte, per diversi motivi, sono ecologicamente poco consigliabili edifici molto sviluppati in altezza. Dal punto di vista bioecologico la preferenza nella scelta di elementi per muratura deve andare all'argilla materiale presente nel nostro ambiente in quantità consistenti in modo molto diffuso. I manufatti in argilla sono dotati di grandi capacità di traspirazione e di isolamento acustico; l'argilla costituisce, per le sue caratteristiche di assorbenza e di inerzia termica, un ottimo volano termoigrometrico in grado di creare un clima abitativo ideale: se correttamente dimensionato, accumula e irraggia nuovamente il calore radiante prodotto all'interno delle abitazioni e tende ad equilibrare l'umidità relativa dell'aria interna. Queste caratteristiche sono maggiormente presenti nell'argilla cruda e cioè nel materiale semplicemente essiccato e non cotto in fornace a temperature molto alte, per murature ovviamente non portanti.Il laterizio è invece indicato, anche in zona sismica, per le murature portanti che dovranno essere, per ottimizzare le loro proprietà, monolitiche e di forte spessore. L'argilla per essere biologicamente compatibile non deve essere addittivata con materie seconde, come invece spesso avviene, e, in caso di porizzazione finalizzata ai miglioramento delle prestazioni termocoibenti dei laterizio, i materiali aggiunti all'argilla dovranno essere di origine vegetale o minerale come nel caso della polvere di legno, della perlite o di prodotti di scarto della produzione agricola come la pula di riso, mentre si dovranno escludere i materiali derivati dalla sintesi petrolchimica come il polistirolo, materiale privo di sostenibilità ambientale
• I materiali per le finiture superficiali
  • LA CALCE E IL METALLO
    Anche la calce appartiene ai gruppo dei materiali 'base' della bioedilizia. Possiede infatti ottime qualità biologiche, diffusa reperibilità, basso contenuto energetico in fase produttiva. Viene usata come legante per malte e intonaci e come componente per pitture. In entrambi i casi garantisce alle murature trattate ottime doti di traspirabilità. La calce eminentemente idraulica (silicato di calcio, silicato bicalcico), quando non è frutto di trasformazioni industriali del cemento ma è di origine naturale così come la conoscevano i romani ai tempi delle loro grandi opere di ingegneria, può molto spesso sostituire il cemento nei massetti, nei sottofondi, negli intonaci rustici garantendo a queste opere maggiore traspirabilità, assorbenza, coibenza, doti fondamentali soprattutto negli intonaci per garantire regolazione termoigrometrica e quindi condizioni microclimatiche interne positive ed equilibrate. Il grassello di calce o calce spenta (idrato di calcio) è invece il materiale base per i lavori di finitura e soprattutto per gli intonaci dove garantisce in modo coerente il completamento del pacchetto di muratura secondo i criteri già esposti ovvero quelli della regolazione termoigrometrica e della traspirabilità e insieme risultati estetici, nelle innumerevoli varianti di grande pregio offerte dalla tradizione costruttiva regionale italiana.
    Le coperture metalliche, come quelle in cemento, sono meno consigliabili per i motivi già esposti, ma la presenza di un impianto a pannelli solari lo rende necessario come supporto dei pannelli stessi
• I materiali da pavimentazione e da rivestimento
  • L'ARGILLA (2)
    In questo campo la tradizione produttiva italiana è veramente di grande qualità e ricchezza tecnica e formale. Escludendo ovviamente i materiali sintetici, i materiali per la pavimentazione ed il rivestimento sono in bioedilizia sempre principalmentete quelli già più volte ricordati che per questo possono essere considerati dei veri archetipi del costruire nonostante i numerosi tentativi di sostituirli. l'argilla è infatti onnipresenti in questo settore in forma di piastrelle in cotto, gres, klinker, ceramica. Un parquet verniciato con una vernice poliuretanica perde molte caratteristiche proprie dei legno e diventa oggettivamente un pavimento 'sintetico'. Per quanto riguarda la ceramica va ricordato che le altissime temperature di cottura a cui l'argilla è sottoposta determinano una vetrificazione del materiale che gli fa perdere le sue doti di assorbenza e traspirabità in cambio di una, a volte necessaria, impermeabilità. Piccole superfici impermeabili all'interno di una costruzione non alterano ovviamente le sue caratteristiche complessive
• I materiali coibenti
  • MATERIALI COIBENTI
    Le doti richieste dalla bioedilizia ad un materiale per la coibentazione termoacustica sono: la traspirabilità, l'igroscopicità, la resistenza al fuoco, a muffe, funghi, insetti, roditori senza l'utilizzo di prodotti sintetici, l'assenza di odore, l'assenza di radioattività, la capacità di essere elettricamente neutro, la sostenibilità ambientale.
    Materiali coibenti vegetali.
    IL SUGHERO: Il sughero viene prodotto dalla corteccia di una pianta mediterranea, la quercia da sughero (quercus suber), questa pianta ha la particolarità di produrre una corteccia composta da un tessuto cellulare spugnoso, morbido e resinoso costituito da milioni di alveoli che si stratificano lentamente, la corteccia, una volta asportata, si riproduce nell'arco di 10 anni. Dalla polpa pulita della corteccia si ricava un granulato che, con diverse sezioni, può essere utilizzato senza ulteriori lavorazioni come ottimo materiale coibente in intercapedini di murature, pavimenti e coperture oppure, legato con calce o vetrificanti minerali specifici, nei massetti sottopavimento. Il granulato di sughero può altresì essere agglomerato in pannelli per l'effetto combinato del calore e della compressione. Per essere di buona qualità il sughero granulare deve essere privo di residui legnosi, di terra e di polvere, elementi questi che favorirebbero l'insorgere di muffe. Il sughero in pannelli non deve essere legato con colle sintetiche che oltre alla loro pericolosità (cessione di formaldeide) riducono fortemente le qualità principali del materiale ma dalle capacità autocollanti della suberina, la parte resinosa del materiale, che sottoposta a colore si scioglie legando naturalmente i granuli a raffreddamento avvenuto. I pannelli di sughero tostato o espanso hanno ottime capacità coibenti, non impiegano colle sintetiche che ma l'alta temperatura a cui la materia prima viene sottoposta brucia la suberina e il tannino liberando benzopirene prodotto naturale ma tossico e dall'odore sgradevole . Anche nel caso del sughero sono quindi fondamentali le certificazioni e il control lo di qualità sul prodotto. In sintesi il sughero è un ottimo materiale coibente per la bioedilizia solo se proviene da pura polpa di corteccia di sughero priva di ogni elemento estraneo, ventilata ed eventualmente aggregata in pannelli per effetto combinato di solo calore e compressione, In questo caso le sue caratteristiche sono l'ottimo potere coibente termico e acustico, la grande traspirabilità, l'impermeabilità, l'inattaccabilità da insetti e roditori.
    FIBRA DI CELLULOSA RICICLATA: Altro materiale con buone capacità di coibentazione termoacustica e con l'ottimo pregio della provenienza da riciclaggio è la fibra di cellulosa ottenuto mediante una speciale tecnica di trasformazione della carta dei quotidiani che, grazie all'utilizzo di componenti minerali naturali in genere sali di boro), la rende non infiammabile, inattaccabile dalle muffe, dai roditori e dagli insetti. Il materiale viene insufflato nelle intercapedini di pareti e coperture.
    PITTURE, VERNICI, COLLANTI: In questo settore la bioedilizio propone il ritorno a materie prime collaudate dall'uomo in centinaia a volte migliaia, di anni di impiego, a volte reinventate attraverso un aggiornamento tecnologico, quello della cosiddetto "chimica dolce'. Le materie prime utilizzate dalle ditte produttrici di materiali bioedili sono poche (circa 150) e sempre dichiarate, secondo una sorta di codice etico che richiede la massima trasparenza sulla biografia del prodotto: resine vegetali (dammar, pino, larice, colofonia ... ), oli vegetali (lino, tung, cartamo, soia, germe di mais…), cere vegetali (carnauba, condelilla del Giappone ..), gomme e colle vegetali (dragonite, gomma arabica, lattice di gomma…), spiriti vegetali( olii essenziali di agrumi, olio di rosmarino, alcool…), colorannti vegetali (reseda, indaco, alizarina, catecù, campeggio, verzino…), prodotti di origine animale (cera d'api, cocciniglia, gommalacca, caseina…), sostanze minerali naturali elaborate (gesso, talco, ocra, terre coloranti, farina fossile, bianco di titanio, borace ...)
• I materiali per l'impermeabilizzazione
  • ARGILLE, CERE, OLI
    Le tecniche costruttive bioedili riducono ai minimi termini l'impiego di materiali impermeabilizzanti, favorendo al contrario la massima permeabilità degli elementi costruttivi di un edificio. I materiali di copertura e di protezione superficiale delle murature sono le tegole e gli intonaci, per natura traspiranti ed idrorepellenti. In casi particolari si può altresì ricorrere a materiali naturali che possiedono caratteristiche di impermeabilità, come l'argilla, le cere, gli oli. Con l'argilla, e in particolare con certi tipi specifici di argilla (come la bentonite9, si possono realizzare strati impermeabili per proteggere fondazioni e murature contro terra in presenza di acqua. Con le cere e con gli oli si possono impregnare particolari carte di cellulosa o fibre riciclate, che si trasformano in guaine idrorepellenti per l'impermeabilizzazione sottotegola di copertura falda
    

Proposta progettuale

La nostra proposta progettuale prevede la realizzazione di una serie di gruppi di case a schiera realizzate in muratura portante che si sviluppano su due piani e caratterizzate da una pseudo-copertura reggente dei pannelli solari.

FONDAZIONI
Sono realizzate in calcestruzzo a base di cemento bianco impermeabilizzata con guaine di cellulosa impregnate con olii o sali naturali.

SOLAIO TERRA
vespaio in pietra locale sovrastato da un massetto in cemento bianco separato da un altro massetto alleggerito, di puro cemento bianco i, per isolamento termoacustico, da una guaina di cellulosa impregnata con olii o sali naturali, termina nella parte superiore con pavimento di cotto.

MURATURA PORTANTE
realizzata con laterizi termoisolanti in pura argilla microporizzati con farina/segatura di legno naturale di due formati 8x20x20 (esterno) e 20x25x50 (interno): Sono laterizi di argilla e farina o segatura di legno naturale con alto potere isolante e di accumulo termico: mantengono il calore d'inverno e il fresco d'estate senza l'uso di altri materiali isolanti. Grazie ai micro alveoli hanno ottime capacità traspiranti e non mantengono umidità al loro interno. Sono adatti alla costruzione di murature portanti anche in zone sismiche (secondo dimensioni e percentuale di foratura). Per muri da 20, 30, 35, 38, e 45 cm. di spessore.

IMPERMEABILIZZAZIONE
Guaine di cellulosa impregnate con olii o sali naturali.

SOLAIO INTERMEDIO
Prevede dal basso verso l'alto i seguenti strati: pignatte termoisolanti in pura argilla microporizzati con farina/segatura di legno naturale,caldana in puro cemento bianco, isolante acustico in pura polpa di sughero truciolato naturale biondo, massetto alleggerito di puro cemento bianco, pavimento di cotto.

COPERTURA
Prevede dal basso verso l'alto, i seguenti strati: pignatte termoisolanti in pura argilla microporizzati con farina/segatura di legno naturale,caldana in puro cemento bianco, isolante acustico do pura polpa di sughero truciolato naturale biondo, massetto alleggerito di puro cemento bianco, impermeabilizzante di guaina di cellulosa impregnata con olii o sali naturali.

LEGANTI-MALTE
Calce idraulica e malte a base di pozzolana.

FINITURE
Finiture in grassello di calce.

IMPIANTISTICA
Abbinamento dei pannelli solari con impianto a parete e a pavimento.

COLLOCAMENTO NELLA CAVA

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