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Costruire l'ambiente

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Gli strumenti e i metodi della progettazione ambientale a cura di Marco Casini

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costruire

l’ambiente

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manuali

di progettazione

sostenibile

• qualità edilizia e questione energetica

• processo edilizio

• percorso progettuale

• territorio

• clima

• qualità ambientale

• forma e orientamento

• soleggiamento

• illuminazione e ventilazione naturali

• involucro edilizio

• materiali

• comfort ambientale

• energie rinnovabili

• impianti

• certificazione energetica

• certificazione ambientale

g l i st r u m e n t i

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marco casini

costruire l’ambiente

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Marco Casini

costruire l’ambiente

Gli strumenti e i metodi della progettazione ambientale

collana Manuali di progettazione sostenibilediretta da Federico M. Butera

realizzazione editoriale Edizioni Ambientewww.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 2009Edizioni Ambiente srlvia Natale Battaglia 10, 20127 Milanotel. 02 45487277, fax 02 45487333

ISBN 978-88-96238-29-5

Finito di stampare nel mese di ottobre 2009presso Genesi Gruppo Editoriale – Città di Castello (Pg)Stampato in Italia – Printed in Italy

Questo libro è stampato su carta riciclata 100%

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sommario

Presentazione di Fabrizio Orlandi 9

Prefazione di Livio de Santoli 11

Introduzione 13

parte prima aspetti normativi e metodologici

1. il quadro di riferimento normativo 19

1.1 L’edilizia sostenibile 19

1.1.1 La qualità edilizia 23

1.1.2 La questione energetica 25

1.1.3 I cambiamenti climatici 28

1.1.4 La sfida tecnologica 30

1.2 Il processo edilizio 32

1.2.1 La programmazione 34

1.2.2 La progettazione 35

1.2.3 La realizzazione 39

1.3 Sistemi per la valutazione della sostenibilità ambientale degli edifici 43

2. il percorso progettuale 47

2.1 L’approccio globale 47

2.2 Il quadro di riferimento programmatico 48

2.3 Il quadro di riferimento esigenziale 49

2.4 Il quadro di riferimento prestazionale 49

2.5 Il quadro di riferimento ambientale 52

2.6 Le scelte progettuali 54

2.7 La progettazione dell’efficienza energetica 55

parte seconda l’analisi del contesto

3. il territorio 59

3.1 L’uso del suolo 59

3.2 L’ambito paesaggistico, storico e culturale 60

3.3 La morfologia 61

3.4 L’assetto vegetazionale 62

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3.5 L’assetto geologico, idrologico e idrogeologico 64

3.6 L’inquinamento del suolo e la radioattività 68

4. parametri meteoclimatici 73

4.1 L’analisi del clima 73

4.1.1 L’atmosfera terrestre 74

4.1.2 Le zone climatiche 78

4.1.3 I venti 79

4.1.4 Il microclima 82

4.2 Il soleggiamento 84

4.2.1 La durata del giorno 85

4.2.2 Il percorso solare 87

4.2.3 La radiazione solare 90

4.3 L’illuminazione naturale 95

4.4 Le fonti energetiche rinnovabili o assimilabili 100

5. la qualità ambientale 105

5.1 Il clima acustico 105

5.2 Campi elettromagnetici 110

5.3 La qualità dell’aria ambiente 112

parte terza le soluzioni progettuali

6. la forma e l’orientamento degli edifici 119

6.1 Aspetti generali 119

6.2 La scelta della forma 120

6.3 La scelta dell’orientamento 123

6.3.1 Il soleggiamento degli edifici 123

6.3.2 La ventilazione naturale 130

6.3.3 Il clima acustico 136

6.3.4 La qualità dell’aria ambiente 138

7. l’involucro edilizio 141

7.1 Aspetti generali 141

7.2 Le chiusure opache 142

7.2.1 Comportamento termico e igrometrico 145

7.2.2 Isolamento termico 158

7.2.3 Isolamento acustico 178

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7.3 Le chiusure verdi 189

7.3.1 La parete verde (green wall ) 189

7.3.2 La copertura a verde (green roof ) 190

7.4 Le chiusure trasparenti 193

7.4.1 Posizionamento e dimensionamento delle aperture 197

7.4.2 Isolamento termico 209

7.4.3 Controllo della radiazione solare 217

7.4.4 Isolamento acustico 229

7.4.5 Pareti vetrate a doppia pelle 234

7.5 Sistemi solari passivi 236

7.5.1 Sistemi a guadagno diretto 236

7.5.2 Sistemi a guadagno indiretto 238

7.5.3 Sistemi a guadagno isolato 240

7.5.4 Serre solari 240

7.6 Sistemi per la conduzione della luce solare 241

8. i materiali 245

8.1 La scelta dei materiali 245

8.2 Classificazione e proprietà dei materiali edilizi 248

8.3 Il ruolo dell’informazione tecnica 256

8.4 Sostenibilità dei materiali e dei prodotti edilizi 260

8.4.1 Life Cycle Assessment (LCA) 261

8.4.2 Fattori di scelta 264

8.4.3 Il caso del legno 265

8.5 Prodotti edilizi e qualità dell’aria indoor 270

8.6 Materiali riciclati e recupero dei rifiuti edilizi 271

8.6.1 Materiali e prodotti riciclati per l’edilizia 273

8.6.2 La demolizione selettiva e il recupero dei rifiuti edilizi 276

8.7 La certificazione dei prodotti da costruzione 279

8.7.1 La marcatura CE 279

8.7.2 La certificazione ambientale 284

9. gli impianti tecnici 287

9.1 I sistemi impiantistici 287

9.1.1 Dotazioni impiantistiche minime 289

9.1.2 L’efficienza energetica degli impianti 291

9.1.3 La riduzione degli impatti ambientali 308

9.2 Il controllo del comfort ambientale 310

9.2.1 Il benessere termoigrometrico 310

9.2.2 La qualità dell’aria indoor (IAQ) 315

9.2.3 Il controllo della ventilazione 322

9.3 Gli impianti da fonti energetiche rinnovabili 327

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9.3.1 Gli impianti fotovoltaici 329

9.3.2 Gli impianti solari termici 333

9.3.3 L’integrazione architettonica nell’involucro 338

9.3.4 Le fonti energetiche assimilate alle rinnovabili 342

9.4 Approvvigionamento idrico e uso razionale dell’acqua 348

9.4.1 Misure di risparmio idrico all’interno degli edifici 349

9.4.2 Sistemi di recupero dell’acqua piovana 349

9.4.3 Sistemi per il riutilizzo delle acque grigie 352

appendici 353

A1. Studio del soleggiamento di un edificio 355

A.1.1 Soleggiamento libero 355

A.1.2 Soleggiamento vincolato 357

A2. Dimensionamento dei sistemi schermanti delle superfici vetrate 360

A.2.1 Diagramma di mascheramento per tettoia orizzontale finita 362

A.2.2 Diagramma di mascheramento per setto verticale di altezza finita 365

A3. Illuminazione naturale: calcolo del fattore medio di luce diurna 367

A4. Comportamento termico di una chiusura opaca 372

A.4.1 Calcolo della trasmittanza termica di una parete perimetrale verticale 374

A.4.2 Calcolo del flusso termico 375

A.4.3 Calcolo del profilo delle temperature 375

A.4.4 Calcolo dello strato isolante necessario per una riqualificazione energetica 376

A5. Verifica dell’assenza di condensazioni nelle pareti opache mediante diagramma di Glaser 377

A6. Unità di misura e tavole di conversione 380

A7 Normativa nazionale in materia di edilizia e urbanistica 382

A.7.1 Leggi, regolamenti e altri atti 382

A.7.2 Norme UNI, EN e ISO per la progettazione 385

Indice analitico 391

Riferimenti bibliografici 397

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presentazione

di Fabrizio Orlandi *

In una prospettiva di eco-sostenibilità degli interventi, che attiene allestrutture relazionali dell’uomo con il suo intorno fisico-spaziale consi-derato nelle sue componenti materiali e immateriali, si profila una “con-dizione umana come progetto” dalla quale emergono, a livello teorico emetodologico, principi, canoni e parametri di riferimento da adottarenella prassi tecnico-operativa affatto diversi dal passato, che modificanoil processo di analisi/interpretazione del rapporto tra opera e ambiente, traprogetto e luogo, rivolgendo un’attenzione particolare alle condizioni dicontesto, valutandone aspetti, caratteri e fattori distintivi che, se da unlato ampliano il patrimonio di conoscenze dell’architetto, dall’altro com-portano una nuova sensibilità e responsabilità nell’azione trasformativaa livello edilizio e urbano.Ne discende una rinnovata attenzione alle nuove possibilità offerte dai si-stemi tecnologici e dai procedimenti normativi più confacenti al soddi-sfacimento dei valori umani e delle legittime richieste di una migliorequalità dello spazio costruito.Gli studi attorno a tali questioni non possono prescindere dal valutare sial’influenza e la portata degli aspetti energetico-ambientali, sia l’affina-mento di strumenti, principi e soluzioni intese a migliorare complessi-vamente le prestazioni ambientali, in senso lato, dei singoli edifici e degliassetti fisici al fine di ridurre le interferenze ambientali, i consumi e leemissioni nocive, lo spreco indiscriminato di risorse.Il contributo di Marco Casini si colloca precisamente all’interno di que-sto quadro problematico ed è riconducibile in linea generale all’areadel progetto ambientale. Sviluppa in modo particolarmente approfon-dito i temi dell’eco-efficienza energetica connessa ai temi della soste-nibilità in architettura, nel più ampio processo di adeguamento dellestrutture edilizie esistenti, nella progettazione dei nuovi assetti, formee modelli insediativi, cui con urgenza crescente la società contempo-ranea deve far fronte. Nella trattazione trovano spazio anche i temi deiprocessi di certificazione e dell’uso appropriato di elementi e sistemi in-novativi, delle fonti energetiche rinnovabili, delle loro possibilità di in-tegrazione architettonica.Un contributo di ricerca che indaga la natura del sistema ambientalecome risultante delle dinamiche interne ai fenomeni naturali e ne trae in-dicazioni utili al progetto attraverso un impiego consapevole delle tec-nologie, dei materiali e dei sistemi costruttivi, per garantire la qualità

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* Professore Ordinario di Tecnologia dell’Architettura – Direttore del Dipartimento ITACA,Industrial design, Tecnologie dell’Architettura e Cultura dell’Ambiente – Sapienza, Universitàdi Roma

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delle trasformazioni nella valutazione delle diverse opzioni progettuali etecniche che, attraverso l’innovazione, perseguono il soddisfacimentodel comfort individuale e la qualità abitativa.In questo contesto problematico, complesso e ineludibile, il volume diMarco Casini, una sorta di manuale sviluppato con competenze specifi-che rigorose, costituisce un contributo particolarmente significativo, con-dotto nell’ambito delle attività di ricerca della Sezione Cultura Tecnolo-gica del Dipartimento ITACA, e ciò è per me, in qualità di Direttore,motivo di particolare soddisfazione.

di Fabrizio Orlandi

10 costruire l’ambiente presentazione

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La sostenibilità è un concetto molto ampio: solitamente essa è definitacome quel processo che cerca di minimizzare l’impatto dell’azione del-l’uomo sull’ambiente, cercando di assecondare le esigenze attuali senzacompromettere quelle delle generazioni future. Ma nel settore edilizioper “sostenibilità” si può intendere anche la strategia che tenta di ri-comporre la discrasia esistente tra la cultura della progettazione e quelladella realizzazione per mezzo della innovazione tecnologica e dei suoistrumenti. In più, oltre alla progettazione e alla realizzazione di un edi-ficio, occorre considerare anche la sua gestione.I tempi attuali sembrano però reclamare il superamento del concetto disostenibilità. I metodi per la mitigazione e l’adattamento ai cambiamenticlimatici, la riduzione complessiva del carico ambientale da parte delleattività antropiche, i comportamenti nei confronti della biodiversità de-vono essere affrontati sulla base di una suggestione diversa. Infatti, ri-sulta eccessivamente negativa e quindi inaccettabile quella metodologiaper la quale l’uomo pone rimedio ai danni da lui stesso provocati unica-mente sulla base della definizione di “limite” al di sotto del quale la suaazione possa essere considerata “sostenibile”. Il superamento del con-cetto di “limite” si effettua con il passaggio dalla prescrizione alla presta-zione, che implica un processo in cui una nuova forma di conoscenzatecnico-scientifica si radica in una visione complessiva e integrata, im-postata sulle regole della qualità e del ciclo di vita. Più che di sostenibi-lità cosi intesa, bisognerebbe cominciare a parlare, in ogni espressionedell’azione dell’uomo, di una progettazione, una realizzazione e una ge-stione consapevole.Cosi, ad esempio, una progettazione consapevole di un edificio dovrebbepoter risolvere l’eventuale divario tra la concezione formale e quella fun-zionale sulla base di un approccio integrale, in grado di garantire la qua-lità del risultato anche sotto il profilo prestazionale e ambientale. Si tengapresente che, come noto, l’aspetto gestionale di un edificio incide inmodo marcato sull’impatto che esso ha sull’ambiente e quindi sui costi(diretti e indiretti).La progettazione deve quindi oggi affrontare la complessità del processoedilizio attraverso una visione globale delle azioni e dei singoli elementiche costituiscono l’edificio, considerando le interazioni tra i vari elementicome una possibilità di gestione multipla.In questo contesto assume particolare importanza il legame esistente tra

prefazione

di Livio de Santoli *

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* Ordinario di Fisica Tecnica ambientale – Direttore del Centro Interdipartimentale TerritorioEdilizia Restauro Architettura CITERA – Sapienza, Università di Roma

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12 costruire l’ambiente prefazione

il sistema costituito dall’involucro edilizio e i sistemi impiantistici, atti asoddisfare il fabbisogno di energia dell’edificio. Ogni scelta adottata inuno dei due sistemi incide significativamente sulla progettazione e suldimensionamento dell’altro; inoltre, entrambi contribuiscono contem-poraneamente, attraverso la produzione, l’uso e la dismissione dei com-ponenti di cui sono costituiti, e attraverso il fabbisogno di energia pri-maria che ne deriva, al bilancio ambientale complessivo dell’edificio.Il lavoro di Marco Casini affronta queste problematiche affermando l’im-portanza del rapporto tra contesto ambientale e progetto di architettura;il tema della sostenibilità edilizia viene svolto percorrendo l’intero pro-cesso edilizio, descrivendo gli strumenti attraverso i quali esso viene af-frontato, proponendo la logica della valutazione del comportamentoambientale 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 delleemissioni di CO2, della normativa sull’efficienza energetica e sul rispar-mio energetico, degli strumenti per la valutazione degli impatti ambien-tali, delle norme ISO 14000 sulla gestione ambientale e della direttivacomunitaria sui prodotti da costruzione 89/106/CEE.Inoltre, il volume si propone come strumento aggiornato indirizzatoanche ai funzionari e ai tecnici delle PP.AA. chiamati a svolgere, oggipiù che nel passato, un ruolo di promozione e controllo della qualità delprodotto edilizio.

di Livio de Santoli

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Il dibattito culturale che si è sviluppato negli ultimi due decenni in Eu-ropa 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 temidella sostenibilità dello sviluppo, della conservazione della biodiversità,della tutela del paesaggio, del risparmio delle risorse, della riduzione del-l’effetto serra.Il secondo è quello che fa capo all’area tecnologica che indaga sulle pre-stazioni dei materiali, sulle potenzialità delle soluzioni impiantistiche,sulle modalità di sfruttamento delle fonti energetiche rinnovabili e spingeverso l’innovazione e il soddisfacimento del comfort individuale.Le interazioni tra questi due diversi ambiti di ricerca, l’uno legato aun’esigenza di tutela e valorizzazione del patrimonio ambientale e dellacondizione umana, l’altro sostenuto da una forte spinta anche econo-mica all’innovazione, hanno investito direttamente il tema della pro-gettazione edilizia, e in particolare il rapporto tra organismo edilizio econtesto ambientale.Il risultato di questo rapporto interattivo è l’acquisizione nel mondoculturale, politico e sociale della necessità imprescindibile di un pro-fondo dialogo tra la questione della sostenibilità edilizia e delle sue im-plicazioni nel processo edilizio e la questione del ruolo dell’innovazionetecnologica quale strumento fondamentale per realizzare i nuovi obiet-tivi di qualità edilizia, intesa nel suo più ampio e nuovo significato diqualità funzionale-spaziale, tecnica, tecnologica, ambientale, operativa,manutentiva e utile.È in questo contesto culturale che si inserisce l’approccio metodologicoalla progettazione ambientale illustrato in questo volume. Il percorso pro-gettuale delineato è infatti dilatato fino a comprendere entrambe le pro-blematiche: ambientale e tecnologica. Il risultato finale, il progetto, è vistocome punto di equilibrio fra esigenze collettive ed esigenze individuali, inuna dialettica sempre aperta tra contesto ambientale e organismo edili-zio in cui l’involucro, elemento centrale di mediazione tra i diversi inte-ressi in gioco, appare come risposta tecnologica dinamica alla domandaambientale sempre più esigente, in grado di assumere il triplice ruolo didiffusore di qualità urbana, erogatore di comfort, produttore di energia.

In Europa, in linea con le strategie comunitarie incentrate sulla promo-zione di uno sviluppo sostenibile, il quadro normativo della progetta-zione e della realizzazione degli organismi edilizi ha subito, nel corsodegli ultimi anni, una profonda evoluzione.In particolare, nel 2004 la Comunità Europea ha definito il concetto di

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

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14 costruire l’ambiente introduzione

“edilizia sostenibile” promuovendo, all’interno del processo edilizio, unapproccio metodologico, detto life cycle thinking, che considera l’interociclo di vita dell’edificio, “from cradle to cradle”, con l’obiettivo di ridurnel’impatto ambientale complessivo.Tale tipo di approccio comporta l’introduzione sistematica, già in fase diprogrammazione e progettazione, di considerazioni di ordine “funzio-nale, economico, ambientale e qualitativo” che tengano conto e del con-testo ambientale con cui l’intervento interagisce e delle modalità di co-struzione, di gestione e manutenzione dell’organismo edilizio, fino allasua dismissione.Questa nuova cultura della progettazione, che richiede necessariamenteuna cultura tecnologica della realizzazione, comporta un processo edi-lizio molto più allargato in cui tutti i soggetti interessati (committenti, fi-nanziatori, tecnici, costruttori, produttori di materiali, autorità compe-tenti ecc.) concorrono alla costruzione di un ambiente edificato che ri-sulti: gradevole, durevole, funzionale, accessibile, comodo e sano;efficiente per quanto riguarda il consumo di risorse naturali ed energe-tiche; rispettoso dell’ambiente circostante e della cultura locale; compe-titivo in termini di costi di gestione e di manutenzione.Nel nuovo scenario definito dalla Comunità Europea, obiettivo del vo-lume è dunque quello di ricostruire le origini, i contenuti e le finalità del-l’edilizia sostenibile, delineando un “approccio globale” alle problemati-che in gioco, attraverso il quale il processo edilizio viene analizzato intutti i suoi aspetti: programmatici, normativi, ambientali, architettonici,economici e sociali.L’analisi del contesto ambientale con cui dovrà interagire l’interventoedilizio durante il suo intero ciclo di vita, la lettura del quadro di riferi-mento programmatico in cui l’intervento è inserito, lo studio della tipo-logia, della forma e dell’orientamento dell’edificio, l’analisi del ciclo divita dei materiali e delle soluzioni impiantistiche, sono tutti presuppostiindispensabili per poter compiere scelte progettuali, e quindi scelte diadeguate soluzioni tecnologiche, tese al raggiungimento di precisi obiet-tivi di compatibilità ambientale, di qualità architettonica e funzionale, diefficienza energetica e di economicità.Il testo si propone, quindi, di fornire un metodo di lavoro per affrontarein modo corretto la programmazione, la progettazione e la realizza-zione di un intervento edilizio sostenibile, tenendo conto delle esigenzeespresse o implicite di tutti gli attori coinvolti, nel rispetto del migliorrapporto 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 ca-pitoli: il quadro di riferimento normativo e il percorso progettuale.Il primo capitolo ha come obiettivo l’inquadramento delle attuali pro-blematiche di natura estetica, energetica, climatica e tecnologica, mo-strando come queste abbiano creato le condizioni per lo sviluppo di unaprogettazione edilizia globale. Attraverso la lettura del quadro normativo che regola i lavori pubblici inItalia, viene illustrato l’intero processo edilizio con la finalità esplicita didimostrare come le diverse fasi della programmazione, progettazione erealizzazione di un organismo edilizio siano in realtà momenti di ununico approccio metodologico al tema dell’edilizia sostenibile.

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Il secondo capitolo illustra il percorso progettuale spiegando come laprogettazione globale sia necessariamente il risultato di un atteggiamentocomportamentale del progettista attento al quadro normativo, alle esi-genze della committenza e dell’utenza, alla domanda prestazionale, alcontesto ambientale.La seconda parte, l’analisi del contesto, è suddivisa in tre capitoli.Il primo è specificatamente dedicato all’analisi del territorio e mostracome questa si sviluppi attraverso indagini mirate all’uso del suolo, al pae-saggio e alle preesistenze storico-culturali, alla morfologia, all’assetto geo-logico, idrologico e idrogeologico, ai fenomeni di inquinamento del suolo.Per ciascuno di questi aspetti il testo puntualizza gli obiettivi dell’analisie ne evidenzia le ricadute sul percorso progettuale.Il secondo capitolo affronta il tema specifico dei parametri meteoclima-tici nell’ottica di dimostrare le interazioni che si sviluppano tra parame-tri ambientali e involucro edilizio. Con la stessa ottica vengono poi svi-luppati 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 na-turali e ridurre gli impatti.Infine, la seconda parte sviluppa il tema della qualità ambientale sotto idiversi aspetti del clima acustico, dei campi elettromagnetici e della qua-lità dell’aria.La terza parte è interamente dedicata alla progettazione dell’organismoedilizio sotto lo specifico aspetto dell’offerta di soluzioni tecnologicheidonee a soddisfare le esigenze dell’utenza in presenza di predetermi-nate condizioni ambientali. L’obiettivo è il confronto tra gli input del-l’analisi del contesto e le potenzialità offerte dall’innovazione tecnolo-gica per l’elaborazione di un progetto corrispondente ai requisiti di edi-lizia sostenibile. Per i diversi elementi che costituiscono il sistematecnologico dell’organismo edilizio (chiusure opache, chiusure traspa-renti, impianti), il testo fornisce anche repertori di soluzioni tecniche al-ternative, con criteri di valutazione qualitativa, funzionale ed economica,al fine di consentire una scelta ottimale in relazione al contesto in cuidovrà essere realizzato l’intervento.Il percorso progettuale dell’edificio viene, così, profondamente analiz-zato a partire dalla scelta della forma e dell’orientamento, strettamentelegati alle caratteristiche del contesto, fino alla definizione dell’involu-cro, dimostrando come quest’ultimo possa interagire perfettamente coni parametri ambientali del sito e come le diverse soluzioni tecnologichedisponibili sul mercato possano diventare efficaci strumenti di progetta-zione di un’edilizia sostenibile.La terza parte offre un’ampia descrizione dei materiali e delle soluzioniimpiantistiche, sempre nell’ottica di evidenziare come l’adozione di ma-teriali non appropriati o di soluzioni impiantistiche poco attente possadisturbare il delicato equilibrio tra organismo edilizio e contesto am-bientale, il cui mantenimento rappresenta l’obiettivo primario dell’edili-zia sostenibile.

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