Concorso di Progettazione di un edificio terziario | Andrea Mariotti

Uno degli obiettivi primari del nostro progetto sarà quello di sperimentare buona prassi nel campo dell’architettura bioclimatica e della bioarchitettura, intese come parti di una più ampia sostenibilità del costruire, tali da incidere sia dal punto di vista del risparmio energetico sia della qualità ambientale, nel rispetto delle risorse naturali disponibili (controllo e recupero delle dispersioni termiche, potenziamento dell’illuminazione e della ventilazione naturale, sfruttamento dell’energia solare) e degli ecosistemi urbani (uso esteso di vegetazione interna ed esterna all’edificio e vasche d’acqua per mitigare il microclima e migliorare la qualità dell’aria, tetti verdi, controllo dei consumi idrici). Anche dal punto di vista dei materiali e della tecnica costruttiva questo intervento si porrà come esempio di edificio con uso sostenibile di risorse e di tutela della salute, e per questo motivo saranno impiegate tecniche di bioarchitettura e materiali edilizi naturali e di ben conosciuto effetto sulla salubrità degli ambienti.
Questo intervento si articolerà sinteticamente seguendo tali strategie: controllo delle condizioni climatiche; patio interno con vegetazione e vasca d’acqua; progettazione dei sistemi di protezione dalla radiazione solare per permettere il corretto sfruttamento dell’illuminazione e del calore naturale; utilizzo di energie rinnovabili per la produzione di energia elettrica (pannelli fotovoltaici collettori solari); utilizzo di pompe di calore con sonde geotermiche e collettori solari; ventilazione controllata degli ambienti interni per mezzo di controsoffittature per l’immissione di aria fresca e l’estrazione di quella surriscaldata; riscaldamento con pannelli radianti a pavimento; sistema di recupero dell’acqua piovana per l’uso negli sciacquoni dei servizi igienici e per l’irrigazione del tetto giardino; giardino pensile sulle coperture piane; realizzazione di un involucro con caratteristiche di protezione termica notevoli e con ventilazione controllata (pareti ventilate, cappotto esterno, blocchi di laterizio Bio-Porotherm, vetri isolanti con intercapedine d’argon); scelta dei materiali da costruzione e di finitura operata seguendo criteri ecologici.
Volendo risparmiare energia, un edificio dovrà essere progettato in rapporto alle condizioni climatiche del luogo. Un grossolano indicatore delle condizioni climatiche locali saranno i Gradi-Giorno (GG) che rappresentano l’influenza dell'andamento climatico sui consumi di energia termica per il riscaldamento. Altri dati climatici rilevanti per una buona progettazione saranno le temperature medie mensili, la radiazione solare giornaliera, l’irradiazione globale su superfici verticali differenziate secondo l’esposizione, la velocità del vento e l’umidità (da considerare in una fase più approfondita del progetto). Fondamentali per il corretto sviluppo del progetto delle schermature saranno le coordinate geografiche dell’edificio il cui asse longitudinale risulta ruotato in senso anti-orario di circa 23° rispetto al Nord. Alle ore 12 del solstizio d’inverno (21 Dicembre) il sole raggiungerà un angolo di altitudine pari a circa 22° mentre alle ore 12 del solstizio d’estate (21 Giugno) raggiungerà un angolo di altitudine di circa 69°. In base a questi due valori si è deciso l’angolo di rotazione dei frangisole sulla copertura che saranno disposti in maniera tale da proteggere completamente il patio dai raggi diretti del sole nelle ore centrali estive, in modo da evitare il surriscaldamento dell’ambiente, e allo stesso tempo permette agli stessi di penetrare nelle giornate soleggiate invernali in maniera tale da recuperare parte del calore disperso durante la notte. Va detto comunque che il migliore utilizzo dei sistemi frangisole avverrà quando questi ultimi saranno automaticamente orientabili a seconda delle necessità. Infatti, mentre su una copertura, un sistema fisso opportunamente orientato riuscirà a svolgere egregiamente il suo compito, nelle aperture laterali il discorso sarà più complesso, in quanto sia in estate che in inverno i raggi del sole avranno angoli di altitudine bassi e quindi, se penetreranno in inverno, lo faranno anche in estate andando a surriscaldare l’ambiente.
La forma della copertura, oltre che per motivi architettonici, si sviluppa in maniera tale da presentare fasce opportunamente orientate per ospitare pannelli fotovoltaici che risulteranno perfettamente integrati alla struttura. Lo stesso discorso vale per i pannelli solari termici, costituiti da collettori sotto vuoto che convoglieranno l’acqua surriscaldata verso gli elementi di distribuzione e gli scambiatori di calore con i boiler di accumulo per l’acqua sanitaria.
Una parte dell’energia prodotta sarà utilizzata per l’edificio stesso, per i vari sistemi automatici, come le aperture delle finestre per i ricambi d’aria, la ventilazione notturna e i sistemi automatici per l’orientamento dei frangisole.
Il sistema dei tetti giardino restituirà all’ambiente gli spazi verdi che l’edilizia toglie alla natura, consentirà una regolazione del microclima, ritarderà il deflusso idrico delle precipitazioni, proteggerà dall’inquinamento acustico.
Gli edifici destinati a quest’uso saranno caratterizzati da un elevato metabolismo interno, ed i consumi energetici dipenderanno prevalentemente dalla necessità di illuminare gli ambienti e di condizionarli periodo estivo e invernale. Il particolare utilizzo discontinuo dell’edificio, concentrato nelle ore diurne, permetterà il ricambio notturno dell’aria interna.
In estate i principali problemi dipenderanno dall’elevato calore prodotto dalla continua presenza di molte persone, dall’illuminazione elettrica, dai computer, dalla radiazione solare e dall’elevata temperatura dell’aria di rinnovo esterna. Per migliorare le condizioni termiche estive si è cercato di ridurre al minimo il ricorso all’illuminazione artificiale, di rimuovere il calore in eccesso e di abbassare la temperatura dell’aria.
Il progetto si avvalerà di elementi passivi e attivi, nell’ambito di una strategia generale semplice che combinerà la ventilazione naturale e l’inerzia termica con l’ombreggiamento.
I due corpi di fabbrica principali dell’edificio sono collegati da un patio centrale che funge da camino estrattore di aria calda. I locali che si affacciano su di esso beneficiano della forza propulsiva sia del vento che dell’effetto camino attuato tramite il movimento d’aria ascensionale che s’innesca nella galleria pubblica a causa della stratificazione verticale della temperatura. L’aria esausta espulsa dalle aperture del patio richiamerà, dalle aperture a Nord e a Sud della galleria pubblica, aria mitigata dall’effetto benefico della vegetazione e delle vasche d’acqua. Nei periodi estivi particolarmente caldi opportuni impianti tecnologici a pavimento, integrati con pompe di calore e sonde geotermiche, permetteranno l’abbassamento delle temperature accumulate nelle strutture evitandone il surriscaldamento. L’aria verrà immessa all’interno degli uffici da un sistema meccanico posto nei controssoffitti ed espulsa dalle aperture superiori verso il patio o verso l’esterno.
Naturalmente il controllo energetico dell’edificio non si affiderà unicamente allo scambio termico col patio e la galleria, ma anche a tutti gli elementi e le scelte di progetto che contribuiranno al raggiungimento di questo obiettivo. L’aria sarà sostanzialmente utilizzata secondo due principi: utilizzo diretto per il ricambio dell’aria ambiente durante il periodo di utilizzo dell’edificio; raffreddamento estivo durante i periodi notturni di non utilizzo dell’edificio, quando la temperatura esterna raggiungerà valori inferiori a quelli dell’aria interna. Per ciò che concerne la ventilazione estiva di giorno l’edificio sfrutterà tutta la sua inerzia termica garantita dalla particolare attenzione all’isolamento termico di tutto il suo involucro, mentre per quella notturna l’interno degli uffici verrà ventilato espellendo l’aria attraverso le aperture superiori che si affacciano sul patio.
In inverno si sfrutta il calore del sole che penetra dalle vetrate della facciata sud e dalla copertura del patio. Il riscaldamento degli ambienti avviene per mezzo del fluido scaldato dalla pompa di calore che attraversa le tubature che compongono il sistema radiante del pavimento. Il ricircolo interno alle stanze avviene nello stesso modo della ventilazione estiva: l’aria viziata viene espulsa dal controsoffitto.
Durante la notte l’edificio sfrutta l’inerzia termica delle sue pareti per mantenere il caldo accumulato durante il giorno e quando la temperatura interna scende al di sotto della temperatura del terreno, la pompa di calore parte automaticamente per mantenere almeno la temperatura che il terreno riesce a fornire gratuitamente.