raffrescamento passivo e controllo della ... - architettura.unige.it · facoltà di architettura di genova_docente_andrea giachetta corso di progettazione bioclimatica -modulo: tecnologie

facoltà di architettura di genova_docente_andrea giachettacorso di progettazione bioclimatica - modulo: tecnologie bioclimatiche

1

raffrescamento passivo e controllo della ventilazione in ambienti confinati

facoltà di architettura di genova_docente_andrea giachetta

corso di progettazione bioclimatica - modulo: tecnologie bioclimatiche

l’espressione “raffrescamento passivo” si riferisce a tutti quei processi di dispersione del calore che avvengono naturalmente senza l’adozione di strumenti meccanici o il consumo di energia

l’utilizzo generalizzato di impianti di condizionamento comporta consumi consistenti di energia e contribuisce in modo rilevante all’aumento dell’inquinamento atmosferico

il recupero delle tecniche naturali di raffrescamento può essere, nella maggior parte dei casi, sufficiente alle nostre latitudini a ristabilire le condizioni di confort all’interno degli edifici, limitando consumi energetici ed emissioni inquinanti


2

per il raffrescamento passivo si possono usare soluzioni isolanti o di schermatura solare (cfr. lezioni specifiche) o disperdere il calore favorendo la ventilazione naturale

il movimento dell’aria e il suo rinnovamento, che sono tanto maggiori quanto più consistenti sono le differenze di temperatura e pressione dell’aria tra interno ed esterno, sottraggono calore alle strutture con cui vengono a contatto soprattutto per convezione termica

favorire il passaggio dell’aria comporta un rinnovamento della sua purezza e della sua freschezza, favorirne il movimento incrementa la sua velocità e gli effetti refrigerativi

in presenza di masse d’acqua vicine agli edifici, aiutare il passaggio e il movimento d’aria può essere utile anche per l’umidificazione degli ambienti (cfr. specifica lezione)

quando due masse d’aria hanno differenti temperature anche le loro densità e pressioni sono differenti e questo dàorigine ad un movimento dell’aria stessa dalla zona a piùalta densità (più fredda) verso quella a densità più bassa

nelle situazioni in cui l’aria interna dell’edificio sia piùcalda di quella esterna e sia richiesto un raffrescamento, l’effetto naturale di spostamento dell’aria appena descritto puòessere usato per introdurre aria piùfresca all’interno dell’edificio ed espellere quella calda


3

EFFETTO CAMINO E CAMINO SOLAREsi può ricorrere all’effetto camino fornendo l’edificio di aperture sia in basso che alla sua sommità

l’aria calda salirà naturalmente e uscirà dalle aperture in alto mentre l’aria fredda entrerà attraverso le aperture alla base

la ventilazione con effetto camino, non è molto alta e di norma non si superano i 4 - 6 rinnovamenti orari dell’aria in un ambiente; tuttavia il sistema è molto utile per evitare stratificazioni d’aria calda nella parte alta degli ambienti interni e questo è importante soprattutto nel caso di spazi con una grande connessione verticale

per una buona estrazione dell’aria è utile che la temperatura esterna non sia troppo alta; più precisamente occorre che vi siano differenze piuttosto rilevanti tra l’aria calda nella parte più alta dell’edificio e l’aria esterna

per aumentare queste differenze, si può usare il camino solare

il funzionamento di questo sistema è

basato sulla realizzazione di una

camera d’aria sul tetto costituita da

un captatore, di colore scuro,

coperto da un vetro

l’aria che si trova nel camino solare,

scaldandosi, diminuisce la sua

densità e richiama aria nuova dalle

aperture inferiori


4

Michael Hopkins e Partners, Inland Revenue

building a Nottingham

come camino solare verticale èusata una torretta costruita con

blocchi di vetro e contenente i vani scala

in essa viene aspirata l’aria dagli uffici che vi si affacciano tramite

porte che, all’occorrenza, saranno tenute aperte

sopra la torretta un meccanismo idraulico consente di muovere la

sua copertura in basso e in alto regolando il flusso d’aria

Mario Cucinella, Uffici Guzzini a Recanati


5

così come è possibile, con le camere solari, creare zone d’aria calda per facilitare il fluire dell’aria stessa, è possibile anche creare, con lo stesso scopo, sul lato nord dell’edificio, zone (tasche, rientri) che costituiscano serbatoi di aria fresca

per creare zone di aria fresca possono essere molto importanti elementi quali l’acqua e la vegetazione, la creazione di patti,atrii, porticati, zone d’ombre in genere

SERBATOI DI ARIA FRESCA

Sotomayor, Asiain,Lainez. Centro ATAM, Maizena del Aljarafe, 1991l’edificio è a un piano d’altezza ed è organizzato intorno ad un atrio/ingresso centrale più alto che funziona come camino di ventilazione con due corti a patio laterali che creano sacche di aria fresca per aumentare il “tiraggio”

per incrementare il raffrescamento dei patii sono presenti porticati per l’ombreggiamento, fontane, piante rampicanti


6

movimenti d’aria

inversi, rispetto a quelli dei

camini solari, sono quelli

che si hanno con l’uso

delle tradizionali

torri del ventosistemi di questo tipo vengono attualmente ancora impiegati nell’architettura di alcuni paesi: un larghissimo uso ne èstato fatto ad esempio nell’Università del Quatar progettata da Kamal el Kafrawi

TORRI DEL VENTO


7

Kamal el Kafrawi. Università del Quatar


8

alle nostre latitudini e con le nostre condizioni di vento il sistema delle torri del vento può non essere facilmente applicabile

il funzionamento delle torri del vento consiste nella creazione di elementi che si elevano ad altezze superiori a quelle di copertura, con aperture opportunamente orientate, atte alla captazione del vento, questo (se la spinta èsufficiente) tenderà a scendere per rinfrescare l’edificio; tale operazione può essere aiutata da un’umidificazione delle pareti delle torri stesse che faràdiminuire la temperatura e aumentare il peso dell’aria in entrata favorendone l’ingresso nell’edificio


9

Bill Dunster, Bedzen, Londra, 2001


10

è possibile poi accrescere la dispersione di calore da parte di un edificio usando l’effetto della pressione esercitata su di esso dal vento

quando una corrente d’aria colpisce un edificio si ottiene un’alta pressione sul lato maggiormente esposto ed unabassa pressione su quello protetto, dalla parte opposta

il movimento dell’aria si verifica, attraverso l’edificio, per il passaggio dalle zone di alta pressione a quelle di bassa pressione

occorre che siano predisposte però opportune aperture, la posizione e dimensione delle quali determina la velocità e la direzione del movimento d’aria negli alloggi

EFFETTO DELLA PRESSIONE

in generale:

la velocità è maggiore quando le aperture attraverso le quali l’aria lascia l’edificio sono più grandi di quelle d’entrata le quali, a loro volta, devono avere dimensioni adeguate

la migliore distribuzione d’aria per tutto l’edificio si ottiene con aperture disposte diagonalmente e quando non vi siano troppi ostacoli negli alloggi

la ventilazione massima dovrebbe essere fornita durante il giorno nelle aree maggiormente occupate dai residenti e ad altezze opportune per il soddisfacimento del loro benessere fisico

il flusso d’aria fresca deve lambire anche le parti più massicce e pesanti dell’edificio in modo che esse disperdano il calore accumulato

possono poi essere creati deflettori esterni così da indurre cambiamenti di pressione alle aperture e poter modificare le condizioni di ventilazione nel modo desiderato


11

CRITERI DI DIMENSIONAMENTO E DISTRIBUZIONE DELLE APERTUREè possibile ricavare la seguente espressione approssimata per la quantità d’aria che, in un dato intervallo di tempo fluisce attraverso un’apertura

W= 4382 [0,425Af – 0,1126Af2 + 0,017 Af3][0,383 (t/60) – 0,027 (t/60)2 + 0,0038 (t/60)3][3,71 (∆t/25) – 5,27 (∆t/25)2 + 2,56 (∆t/25)3]h0,5

con:

W = quantità d’aria che fluisce attraverso l’apertura (mc)

t = tempo di apertura della finestra (min)

Af = superficie della finestra (mq)

∆t = differenza di temperatura tra l’aria interna ed esterna (°C)

h = altezza della finestra (m)

i valori della quantità d’aria

possono essere ricavati anche

attraverso l’uso di diagrammi


12

disposizione delle aperturela valutazione della portata d’aria è funzione anche delle caratteristiche delle aperture

l’adeguata collocazione delle aperture in un ambiente libero da ostacoli può consentire un migliore ricambio naturale dell’aria


13


14


15


16

in generale per incrementare il raffrescamento passivo ènecessario che vi siano almeno due chiusure esterne permeabili e che non siano collocate sulla stessa parete (a meno che non siano ad altezze significativamente diverse tali da innescare effetto camino)

è importante anche la posizione verticale delle chiusure presenti:

se l’obiettivo è il raffrescamento corporeo le

chiusure devono essere collocate ad altezza d’uomo

(fig.b), se l’obiettivo è il raffrescamento della massa

muraria la chiusura d’entrata (non necessariamente quella

d’uscita) deve essere posizionata vicino alla massa

da raffrescare, al soffitto (a, d) o al pavimento (c)

per quanto riguarda la ventilazione combinata - da vento e per effetto camino - occorre evitare che i due fattori entrino in conflitto fra loro (es. che l’aria smaltita dal camino venga spinta nuovamente dentro dal flusso d’aria esterno)

ciò si ottiene, per esempio, mettendo la chiusura più alta, di uscita del flusso del camino, in posizione sottovento

sinergia: linea continua, conflitto: linea tratteggiata


17

un’azione sinergica dei due effetti si ottiene, per esempio, con chiusure di uscita a torrino, collocate in corrispondenza del colmo del tetto, che sfruttano il meccanismo Bernoulle-Venturi, che induce una zona di depressione in prossimitàdell’apertura aumentando la suzione del flusso

l’aria, come tutti i fluidi, è soggetta all’effetto Bernoulli a causa del quale si ha una diminuzione di pressione in corrispondenza di un aumento di velocità

a causa dell’effetto Venturi, quando una corrente d’aria ècostretta ad attraversare una sezione più piccola si ha un aumento della velocità e una diminuzione della pressione in corrispondenza della strozzatura

questi effetti possono essere utilizzati per aumentare il tiraggio

questo effetto è sfruttato, per esempio, dall’ala dell’aeroplano la cui forma ètale da costringere l’aria che passa sopra a seguire un percorso più lungo di quello che segue l’aria che passa sotto, la pressione in alto è quindi minore di quella in basso e si ha quindi una spinta dal basso verso l’alto

nota


18

Jestico & Whiles, recupero ad uso uffici di un ex magazzino dei primi del ’900, Stukeley Street, Londra, 1991

Pica Ciamarra Associati. Museo della Scienza di Bagnoli, Napoli, 1998-2002retrofit di capannone industriale del XIX secolo

sul colmo di copertura creazione di lanternini per il raffrescamento naturale con aperture regolate da sensori elettronici e sfruttamento dell’effetto Bernoulli-Venturi


19

area di apertura

- un’area di apertura di ingresso inferiore all’area in uscitadetermina, a parità di altri fattori, un aumento della velocità massima del flusso d’aria interno rispetto a quella del vento all’esterno della chiusura;

- un’aria di ingresso superiore a quella di uscita determina un decremento della velocità interna rispetto all’aria all’esterno;

- un’area di ingresso uguale determina il minore scostamento tra velocità dell’aria interna e velocitàesterna


20

sistemi di aperturail movimento d’aria all’interno di un ambiente dipende anche dal sistema di apertura dei serramenti


21


22

lucernaricasi particolari sono i lucernari:

sul tetto piano essi svolgono funzione di aperture per sfruttare l’effetto camino;

su un tetto di pendenza inferiore ai 22° le falde sono ancora in depressione, per cui la funzione prevalente èancora quella di regolazione del flusso di uscita per effetto camino (anche se alcuni tipo di apertura possono facilitare l’ingresso del flusso laminare che sale lungo la falda);

su una falda con pendenza maggiore di 22 ° o in corrispondenza di lucernari con piano di apertura verticaleè possibile sfruttare l’apertura stessa per l’ingresso delle correnti d’aria e non solo per l’uscita dell’effetto camino


23

esistono anche chiusure superiori speciali per incrementare la ventilazione

i ventilatori possono essere necessari quando il flusso in entrata si incanala subito verso l’uscita


24

Le Corbusier. Alloggi per manovali a Barcellona. 1933ispirati alla tradizione costruttiva andalusa, utilizzano il vano scale come torretta di ventilazione

Ford & Short. Facoltà di ingegneria a Leicestercon sistema di ventilazione naturale che utilizza torri-camino e lucernari


25


26

dispositivi per il direzionamento dei flussi d’aria

alcuni elementi tecnici (aggetti,

schermi, ecc.) possono essere

usati sia per incrementare il

volume e la velocitàdel flusso d’aria in

entrata sia per ostacolare le

correnti indesiderate

i dispositivi per il direzionamento del

vento possono essere sia orizzontali che verticali, sia fissi

che mobili


27

CONDOTTI

SOTTERRANEI

un’altra possibilità per creare immissione di aria fresca in un edificio esistente è quella di valersi di condotti sotterranei posti a profondità di almeno 6 - 12 metri

la temperatura del suolo ad una certa profondità è, nella stagione calda, più bassa di quella dell’aria dell’ambiente esterno e rimane costante (con lievi oscillazioni) durante tutto l’anno, è quindi possibile raffreddare, nella stagione calda, l’aria esterna facendola passare per i condotti sotterranei prima di introdurla nell’edificio

per raggiungere i valori di temperatura desiderati (un ∆ di circa 5°C) è necessario che il condotto sotterraneo abbia però una certa lunghezza

occorre inoltre progettare sempre accuratamente i rivestimenti del canale al fine di impedire che si verifichino fenomeni di inquinamento dovuti a materiale organico o di altro tipo proveniente dal suolo


28

un altro sistema di refrigerazione di un edificio con l’uso di correnti d’aria è quello di creare spazi percorsi dal vento sia sotto le coperture, sia sotto l’edificio, staccandolo lievemente da terra, sia nelle mura perimetrali

le strategie di ventilazione naturali viste possono anche essere controllate da dispositivi elettroniciche con un monitoraggio continuo delle temperature esterne ed interne e della direzione e velocità del vento assicurino il comfort interno

si può infine ricordare uno strumento molto semplice, ilturbo aspiratore eolico

il sistema è basato su una piccola turbina a pale sagomate che viene posta in rotazione anche da una semplice brezza

il profilo delle pale determina, ruotando, un effetto aspirante che migliora il tiraggio, la particolare conformazione delle pale rende l’apparecchio impermeabile alla pioggia e alla neve; i turbo aspiratori in commercio sono in rame, acciaio zincato o alluminio, trattati con prodotti anticorrosivi e antiruggineil funzionamento su cuscinetti a sfera è silenzioso è può essere interrotto con particolari meccanismi di chiusura

questi apparecchi sono applicabili su qualunque tipo di copertura ma devono essere sempre ben esposti ai venti dominanti


29

cenni bibliografici:Marocco, Orlandi. Qualità del comfort ambientale. Dedalo, Roma, 2000

Grosso. Il raffrescamento passivo degli edifici. Maggioli, Rimini, 1997

Butera. Architettura e ambiente. Etaslibri, 1995

Magrini, Ena. Tecnologie solari attive e passive. EPC libri, Roma, 2002

Buono. Architettura del vento. CLEAN, Napoli, 1998

AA.VV. Innovazione costruttiva nell’architettura sostenibile. Edilstampa, Roma, 2003

Barrie E. “Prefabricating the Superstructure”. The Architects’Journal. n. 27 v. 197 (giugno 1993)

Jaunzens D. “Energy Efficiency at Work”. The Architects’Journal. n. 13 v. 198 (ottobre 1995)

The Architectural Review. n.1179 (1995).

Domus n. 665 (1985).

Documents

raffrescamento passivo e controllo della ... - architettura.unige.it · facoltà di architettura di genova_docente_andrea giachetta corso di progettazione bioclimatica -modulo: tecnologie