analisi bioclimatiche · facoltà di architettura di genova_docente_andrea giachetta ... le componenti principali che ... i movimenti dei flussi sono stati registrati dai calcolatori

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analisi bioclimatiche _ II parte

+ presentazione di un caso studio: analisi in galleria del vento ambientale

facoltà di architettura di genova_docente_andrea giachetta

corso di progettazione bioclimatica - modulo: sostenibilità ambientale

MORFOLOGIA DEL TERRITORIOle componenti principali che costituiscono la morfologia di un territorio sono l’altitudine ed i rilievi, la clivometria,l’orientamento dei pendii

nella progettazione bioclimatica tali componenti hanno grande rilievo

situazioni molto favorevoli: versanti esposti a sud con clivometria pari circa alla latitudine del luogo e altitudine media

altitudine: influenza la temperatura dell’aria che varia di circa 1 °C ogni 180m di dislivello in estate e ogni 220 m di dislivello in inverno

rilievi: influenzano notevolmente il regime dei venti e la presenza di ombre portate

clivometria: pendenza media del terreno rispetto all’orizzontale; può comportare ombre portate più o meno ampie

orientamento dei pendii: influisce molto sulla temperatura dell’aria; i pendii a sud offrono, di norma, migliori condizioni per l’insolazione degli edifici

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nella progettazione bioclimatica riveste inoltre una grande importanza:

il possibile orientamento dell’area, del lotto, dell’edificio

TIPO DI SUOLO E ALBEDOil tipo di suolo riveste una grande importanza

terreni dove prevalgono sabbia e ghiaia determinano temperature più elevate e minore umidità

terreni argillosi determinano temperature più basse ed elevata umidità

superfici erbose possono creare, d’estate, evaporazione con abbassamento delle temperature

ogni tipo di suolo o vegetazione ha un proprio valore di albedo

per effetto albedo si intende la quota della radiazione solare diretta e diffusa che viene riflessa dal terreno

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lo studio della radiazione solare con i metodi analizzati, consente la corretta progettazione di sistemi di captazione dell’energia solare (sistemi solari passivi, solare termico, fotovoltaico)

i meccanismi di funzionamento di tali sistemi verranno approfonditi in lezioni successive ...

SISTEMI SOLARI PASSIVI ... un accennoNormalmente vengono così definiti quei componenti edilizi che consentono che parte dell'energia radiante solare che raggiunge l'involucro dell' edificio, sia captata, convertita in calore, immagazzinata e distribuita all'interno degli edifici senza necessità di sistemi che richiedono l’impiego di energia fossile

I sistemi solari passivi si basano sull’effetto serra del vetro ovvero sulla sua trasparenza all'energia radiante molto elevata per lunghezze d'onda fino a 2-3 micron, e molto piccola per lunghezze d'onda maggiori

guadagno diretto muro Trombe

serra – guadagno indiretto sistema Barra-Costantini

la radiazione solare è anche di tipo luminoso

il suo studio permette dunque l’applicazione di strategie per l’ illuminazione naturaletali strategie verranno approfondite in successive lezioni

di seguito un breve accenno ...

La luce naturale ha grande importanza nella vita dell’uomo, sia per le attività “involontarie” (necessità biologiche) che “volontarie” (luce necessaria per svolgere un lavoro)

Il problema principale nel controllo naturale della radiazione luminosa solare è la compresenza della radiazione termica

L'utilizzazione della luce naturale negli edifici è in generale molto limitata

I benefici che si potrebbero ottenere con un maggiore e miglioreimpiego della luce naturale sono legati sia al risparmio di energia elettrica (con conseguente riduzione di inquinamento), sia al confort ambientale

ILLUMINAZIONE NATURALE

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Descrizione del campo luminosooltre al controllo della quantità di luce (lux) è possibile anche una descrizione del campo luminoso (spazio soggetto ad illuminazione)

livello

morfologia

gradiente

tipo

stabilità

tendenza

vista

dipendenza

Modelli di cielo

• Modello di cielo standard uniformemente coperto

• Modello di cielo standard sereno

• Modello di cielo mediterraneo

esistono specifiche strategie progettuali e componenti edilizi che permettono di utilizzare e controllare l’illuminazione naturale negli edifici

approfondimenti in successive lezioni...

regime dei venticontrollo naturale delle

correnti d’aria negli spazi aperti

il vento è caratterizzato da 3 parametri

velocità (misurata con anemometri o anemografi)

direzione (misurata con anemoscopi)

frequenza

vi sono diversi tipi di “rosa dei venti” che mettono in relazione questi parametri descrivendo il regime dei venti in una determinata zona

una raccomandazione generica è quella di evitare

velocità medie dei venti superiori a

5 m/sec in aree esterne (soprattutto se di sosta)

0,15 m/sec in ambienti confinati, durante l’inverno

0,25 m/sec in ambienti confinati, durante l’estate

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scala Beaufort della forza del vento

il controllo naturale dei venti e della ventilazione nelle aree aperte e negli edifici permette:

eliminazione di fastidiose correnti d’aria,

raffrescamento estivo,

umidificazione o, a seconda dei casi, deumidificazione dell’aria,

eliminazione di sostanze inquinanti e miglioramento della qualità dell’aria,

eliminazione di eventuali effetti indotti sulle aree circostanti dai nuovi volumi progettati

se il controllo climatico del riscaldamento e dell’illuminazione naturali si può anche effettuare con strumentazioni semplici e risultati attendibili

il controllo naturale dei venti e della ventilazione può essere, a seconda dei casi, molto difficile, perché dipendente da numerosi fattori

•combinazione differente di velocità, frequenza, direzione, temperatura, umidità delle correnti d’aria;

•condizioni climatiche della zona di interesse;

•specifiche condizioni morfologiche del sito;

•caratteristiche delle zone vicine;

•presenza o meno di ostacoli naturali e artificiali e loro specifiche caratteristiche;

•presenza di vegetazione, corsi o specchi d’acqua, fontane;

•variazione dei fattori determinanti le caratteristiche delle correnti d’aria e degli effetti di queste ultime a diverse altezze;

•caratteristiche specifiche di quanto progettato

•campagne di rilevamento specifiche di medio-lunga durata,

•simulazioni economicamente onerose e calcoli complessi non sempre attendibili

Per esempio

Per l’analisi del regime dei venti di norma occorrono:

gallerie del vento ambientaliper riprodurre e studiare la ventilazione naturale ed i suoi effetti sugli edifici e le aree urbane ed extraurbane

utilizzate sia nelle fasi analitiche che per verificare le ipotesi progettuali

possibili studi in galleria del vento (diversi tipi di galleria)

studi sulle forze del vento sugli edifici e le strutture

studi sulla dinamica delle strutture

studi sui venti locali e la ventilazione naturale

studi sul trasporto di masse attraverso il vento

aerodinamica dei mezzi di trasporto

studi sull’energia eolica

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all’interno della galleria del vento occorre riprodurre il profilo del flusso d’aria - lo strato limite atmosferico -con l’ausilio di elementi che riproducano la rugosità della superficie terrestre

per un’analisi completa dei fenomeni ventilativi sugli edifici si può ricorrere alla sperimentazione in galleria del vento ambientale, dove è possibile riprodurre i flussi d’aria in scala adeguata e verificare gli effetti dei fenomeni ventilativi su un modello che riproduce l’area oggetto di studio in scala adeguata

cuspidi e cubetti di legno all’inizio della

galleria per la simulazione delle condizioni reali di

ventilazione (vortici ed attrito con il terreno)

Galleria dellaMonash University a Melbourne in Australia

per “vedere” il movimento dei flussi d’aria si ricorre all’uso di fluidi e/o gas visibili e sonde posizionate su punti strategici dei modelli testatile sonde rilevano i dati relativi alla pressione esercitata dai flussi d’aria con intensità diverse su punti significativi dell’involucro

le indicazioni fornite da fumi e sonde vengono rilevate ed elaborate per renderle “leggibili”

l’arch. Paola Catrambone

ha eseguito una serie di prove nella galleria del vento ambientale del Politecnico di Milano (sul modello ridotto)

per studiare 3 edifici ad Albenga di ARTE (edilizia sociale)

gli edifici sono situati accanto al letto del fiumeCenta, con un orientamento longitudinale lungo l’asse nord-sud

si tratta di una zona esposta alle brezze di mare e di terra e ai flussi delle correnti d’aria che si generano per la presenza del fiume

prima di eseguire le prove in galleria del vento sul sito è stata effettuata un’indagine bioclimatica approfondita

i dati meteorologici di base sono stati forniti dalla stazione di rilevamento di Capo Mele e dall’aeroporto di Villanova d’Albenga

profilo IIprofilo I

profilo III

edificio Bedificio A edificio C

N90°

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

44 LN

21 nov

21 ott

21 set

21 ago

21 lug21 giu

21 mag

21 apr

21 mar

21 feb

21 gen

21 dic

altezza solare

SUD

mezzogiornoore 13

ore 14

ore 15

ore 16

ore 17

ore 18

ore 19

ore 11

ore 10

ore 9

ore 8

ore 7

ore 6

120°105°

ore 5

120° 105° 75°60°45°30°15°15°30°45°60°75°

IIprofilo

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prototipo in scala 1:9 della galleria del vento del politecnico di Milano, qui sono state effettuate le prove

modello in legno in scala 1:200 dell’area di studio, posto su una base circolare con diametro 120 cm, il modello può ruotare per permettere di fare valutazioni rispetto alle diverse direzioni di vento

in questa specifica galleria: la sezione della camera di prova, larga 140cm e alta 40 cm, consente l’inserimento di un modello con diametro massimo di 120 cm e non più alto di 16cm, poiché un ingombro al di sopra di questa quota non consente un’adeguata riproduzione del profilo dello strato limite terrestre

per posizionare il modello all’interno della camera di prova, non essendo questa dotata di un’apertura idonea, è stato necessario smontare l’intero corpo del condotto verticale

una volta posizionato il modello, il disco di base è stato fissato con un perno per regolare la rotazione nella posizione desiderata

una volta sistemato il modello e richiusa la galleria sono statiposizionati, attraverso aperture apposite, i tubi di immissione del fumo

i movimenti dei flussi sono stati registrati dai calcolatori e filmati dall’alto

le visualizzazioni:vento da nord-ovest

il flusso d’aria si scontra sull’intero fronte dei prospetti ovest, con la formazione di ampi vortici: necessaria unastrategia di protezione all’aria e alberature, trattandosi di vento prevalentemente invernale

le visualizzazioni:vento da nord

il vento di tramontana non trova ostacoli e raggiunge liberamente le facciate ovest,con velocità notevoli in copertura: essendo un vento invernale, va prevista una strategia di tenuta all’aria della facciata

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le visualizzazioni:vento da nord-est

la differenza di pressione tra le facciate est ed ovest può generare correnti all’interno degli alloggi: tali correnti sono da sfruttare per ilraffrescamento estivo,ma da queste occorre proteggersi durante la stagione invernale

le visualizzazioni:vento da est

il tessuto urbano non protegge dal vento proveniente da est, che si incanala tra gli edifici. l’ipotesi di rendere vivibile lo spazio tra un edificio e l’altro va quindi abbandonata.

anche se non portano a risultati attendibili da un punto di vista quantitativo, possono essere applicati alcuni sistemi molto semplici per la preliminare valutazione qualitativa dei fenomeni ventosi

le indagini in galleria del vento sono, di norma, molto costose e non applicabili se non in casi particolari ... negli altri casi ...

un esempio ...

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A=alba, B=mattina, C=mezzogiorno, D=pomeriggio,

E=sera, FGH=notte

brezza di mare e brezza di terra

Strategie progettuali per gli edificiper gli edifici possono essere utilizzate diverse strategie progettuali agendo, in sequenza:

•sulle aree aperte,

•sull’involucro,

•negli spazi di transizione

tra interno ed esterno,

•negli spazi interni

si approfondirà questo tema in successive lezioni ...

Frangivento•murature piene

•schermi di diverso tipo

•barriere vegetali

(controllo dell’umidità

e del soleggiamento,

riqualificazione del paesaggio)

riduzione del 50% della velocità del vento ad un’altezza pari alla metà della barriera utilizzata, barriera vegetale ad una distanza pari a 27 volte quella della barriera stessa

Strategie progettuali nelle aree aperte

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estensione dell’area di calma -velocità del vento ridotta al 50% -nella zona sottovento di un filare di alberi

Incanalatori/deviatori (forma ad imbuto)

Creazione di corsi o specchi d’acqua, fontane

Creazione di aree verdi

effetto di barriera o deviatore di correnti d’aria

umidificare o purificare l’aria

Definizione del tessuto urbano attraverso un’adeguata distribuzione di lotti edificabili e non, assi viari, zone a parco, ecc.

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