La “qualità edilizia” nella moderna accezione di qualità funzionale spaziale, tecnologica, tecnica, ambientale, manutentiva, operativa e utile: “from follows sustainability”

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La scelta della forma

La forma dell’edificio è in primo luogo condizionata dal contesto territoriale e urbano in cui dovrà essere inserito (dimensione e forma del lotto di terreno, presenza di altri edifici, vincoli normativi eccetera); restano, tuttavia, numerosi gradi di libertà che rendono la forma dell’edificio una variabile progettuale determinante, in grado di influenzare le prestazioni nell’arco dell’intero ciclo vitae.

Per quanto riguarda i rapporti tra forma dell’edificio e prestazioni energetiche, è necessario fare due considerazioni di carattere preliminare:

1. la prima è che non esiste una forma predeterminata in grado di ottimizzare le prestazioni: la forma ottimale, infatti, varia al variare delle caratteristiche climatiche del luogo (temperatura dell’aria, radiazione solare, ventilazione);
2. la seconda è che per una data forma dell’edificio, le dimensioni e il suo orientamento costituiscono variabili altrettanto importanti ai fini della ricerca della migliore efficienza energetica.

Forma, dimensione e orientamento rappresentano pertanto variabili strettamente correlate, che devono essere considerate congiuntamente all’interno del percorso progettuale.

Dal punto di vista energetico, l’obiettivo è quello di individuare soluzioni progettali in grado di ridurre le dispersioni termiche invernali e di ottimizzare gli apporti termici solari e la ventilazione naturale, sia in inverno sia in estate. I principali parametri da considerare per la definizione della forma sono:

1. la compattezza;
2. la porosità;
3. la snellezza.

La compattezza o “fattore di forma” (F), è definita come il rapporto tra superficie disperdente (S) dell’involucro (dato dalla somma delle superfici delle chiusure verticali e delle chiusure orizzontali superiore e inferiore) e il volume complessivo (V) dell’edificio.

F = S/V

Quanto minore è il valore del fattore di forma F, tanto minore è la dispersione termica poiché minore è la superficie dell’involucro in relazione allo spazio interno abitabile. Per favorire la compattezza del volume riscaldato, risulta conveniente collocare in vani scala all’esterno del volume riscaldato dell’edificio e preferire i balconi alle logge. A parità di forma geometrica, invece, al crescere del volume si riduce il rapporto di forma F, e si riducono proporzionalmente gli effetti ambientali.

Il secondo parametro di forma in grado di incidere sui comportamenti energetici di un edificio è dato dalla porosità, ovvero dal rapporto tra volume pieno e volume vuoto variabile in funzione della presenza di spazi interni semiaperti, come ad esempio i patii. Un edificio con un’elevata porosità risulta ideale per i climi caldi in quanto, anche se presenta maggiori difficoltà di isolamento dalle condizioni esterne, rende tuttavia più agevole la ventilazione delle zone interne. Tuttavia, la porosità è sicuramente vantaggiosa durante il periodo estivo, mentre nel periodo invernale è preferibile avere una maggiore compattezza.

La scelta dell’orientamento

Come la forma, la scelta dell’orientamento degli edifici dipende da molti fattori: la topografia locale, le vedute panoramiche, la radiazione solare, l’intensità e la direzione dei venti, il clima acustico, la qualità dell’aria, i requisiti di privacy. L’orientamento del fabbricato e l’esposizione delle singole facciate possono influire notevolmente sulle future prestazioni dell’edificio e sul comfort degli spazi interni, contribuendo anche a determinare il valore commerciale dell’immobile. Dal tipo di orientamento dipendono, infatti, gli effetti termici e luminosi della radiazione solare, la possibilità di beneficiare o meno della ventilazione naturale e la qualità del clima acustico degli ambienti interni.

Soleggiamento degli edifici

Al fine di poter determinare il migliore orientamento di un edificio è necessario, preliminarmente, definire i fattori caratterizzanti il soleggiamento. Tali fattori riguardano:

1. la durata dell’insolazione;
2. gli effetti termici della radiazione solare;
3. i rapporti con la temperatura dell’aria;
4. la penetrazione dei raggi solari negli ambienti.

A – La durata dell’insolazione. Si definisce durata dell’insolazione il numero di ore di sole che interessano la facciata di un edificio in un dato arco di tempo. Per una data latitudine, essa è funzione dell’esposizione della facciata e della stagione dell’anno. Considerando mediamente una durata di 12 ore di sole giornaliere, si calcola per l’intero anno un numero teorico di ore di sole pari a 4.400. Per la latitudine di Parigi (48.8° N) il numero totale annuo di ore di sole, calcolato su una superficie orizzontale liberamente esposta alla radiazione, è pari a 4.448, molto vicino al valore teorico. Si riportano le ore di sole annue riguardanti le singole esposizioni per l’Europa Centrale (Italia compresa) espresse in valore assoluto e in percentuale rispetto al totale annuo (4.448 h)

B – Effetti termici della radiazione solare. L’altro importante parametro che, deve essere considerato al fine di un buon orientamento di un edificio, è rappresentato dalla quantità di calore che il soleggiamento apporta a una facciata. Per una data facciata la quantità di calore apportata dal soleggiamento non dipende unicamente dalle ore di sole complessive (durata dell’insolazione), ma anche dall’inclinazione dei raggi solari durante le ore di soleggiamento e quindi, per una data latitudine, dall’ora del giorno e dal giorno dell’anno, nonché dalle caratteristiche dell’atmosfera. La somma dei valori dell’intensità di insolazione rilevata fornisce l’energia giornaliera ricevuta, ossia il numero totale di calorie che nell’intera giornata interessa una facciata (per la consultazione dati climatici, irradiazione e latitudini, cfr. la Norma UNI 10349). Le facciate Sud godono, infatti, di molta più radiazione solare in inverno, quando il Sole è più basso, che in estate, quando i raggi del sole, alti sull’orizzonte, arrivano tangenzialmente con un effetto calorico limitato. Tali facciate sono dunque le più fresche in estate, con il sole più alto, la schermatura della radiazione solare con aggetti o tende frangisole risulta più facile a Sud. Per tali motivi l’esposizione a Sud risulta ideale non solo per garantire un adeguato comfort termico, ma anche per la riduzione dei consumi energetici attraverso lo sfruttamento dell’energia solare con sistemi passivi e attivi. Le pareti esposte a Est e a Ovest risultano invece fredde in inverno e calde in estate, perché sono investite per diverse ore della giornata da radiazioni solari con angolo di incidenza molto alto rispetto al piano della facciata. Inoltre, proprio perché il sole si presenta per molte ore della giornata basso all’orizzonte, la schermatura delle superfici vetrate risulta più complessa (occorre installare schermi verticali). Le facciate a Sud-Est e Sud-ovest presentano, in assoluto, la maggior regolarità di insolazione durante l’intero anno essendo minima la variazione sia dell’intensità massima giornaliera, sia della quantità di energia ricevuta nell’intera giornata. Le facciate Nord-Est e Nord-Ovest presentano, invece, le maggiori variazioni di intensità massima giornaliera; risultano altresì accentuate le oscillazioni della quantità totale di energia giornaliera ricevuta nel corso dell’anno. Tali facciate risultano fredde da settembre ad aprile. L’orientamento verso Nord riceve invece la radiazione solare in misura ridottissima, è spesso esposto ai venti freddi invernali ed è maggiormente soggetto alle dispersioni termiche dell’involucro edilizio. Per quanto riguarda le coperture, la quantità di radiazione ricevuta sulla superficie orizzontale durante l’estate supera quella ricevuta da tutte le facciate; durante l’inverno detta quantità è superiore a quella delle facciate verso Nord, Est e Ovest, ma inferiore a quella ricevuta dalla facciata verso Sud.

C – Effetti della temperatura dell’aria. Oltre alla durata del soleggiamento e alla sua intensità, ai fini dell’effetto termico interessante una data facciata è necessario tener conto anche della temperatura dell’aria e, principalmente, i suoi caratteristici sfasamenti rispetto al fattore sole, sia nella giornata sia nell’arco dell’anno. La massima temperatura dell’aria si ha, infatti, tre ore circa dopo il mezzogiorno, mentre i massimi valori del soleggiamento si hanno al passaggio del sole sul meridiano. Relativamente alle stagioni, le temperature più elevate si registrano alla fine di luglio, mentre il giorno in cui il sole permane più a lungo sull’orizzonte è il solstizio d’estate (21 giugno). Questi sfasamenti a volte esercitano un’azione compensatrice, a volte un’azione cumulativa. Pertanto, nel caso delle facciate esposte a Est, l’aria più fresca del mattino assorbe parte del calore radiante ricevuto dalla parete; nelle facciate esposte a Ovest, invece, l’aria calda del pomeriggio si somma alla radiazione solare ricevuta, facendo risultare tali facciate particolarmente calde in estate. Inoltre, nelle facciate a ponente il calore estivo ricevuto dalle pareti durante il pomeriggio viene trasferito da queste durante la notte all’interno degli ambienti, rendendo la temperatura dell’aria interna ancora più calda e inadatta al sonno nel caso gli ambienti stessi siano destinati a camere da letto.

D – Penetrazione dei raggi solari negli ambienti. Per quanto riguarda la penetrazione dei raggi solari negli ambienti, il numero delle ore di sole penetranti in un ambiente è tanto maggiore quanto maggiore è la larghezza della finestra, mentre l’approfondimento dei raggi cresce con l’aumentare dell’altezza dell’architrave. Ulteriori fattori condizionanti sono costituiti dallo spessore dei muri, dalla presenza o meno di cornici e mostre aggettanti e, in caso di soleggiamento vincolato, dalla presenza di fabbricati e ostacoli fronti stanti.

Indicazioni per l’orientamento di un edificio

Per quanto riguarda il soleggiamento, i principi da seguire nella scelta dell’orientamento degli edifici posso essere riassunti come segue:

• massima utilizzazione del soleggiamento in inverno e massima riduzione in estate;
• distribuzione il più uniforme possibile delle ore di sole sulle diverse facciate, in caso di edifici a corpo doppio con più unità immobiliari;
• massima considerazione degli effetti della temperatura dell’aria;
• integrazione dei sistemi solari passivi o attivi finalizzati al risparmio energetico.

L’orientamento equi solare

Nel caso si debba edificare un edificio a corpo doppio, destinato ad accogliere più unità immobiliari, l’esigenza, oltre a quella di poter sfruttare l’energia solare, è quella di garantire un soleggiamento in più possibile uniforme sulle diverse facciate. In tal caso l’orientamento risulta quello secondo l’asse così detto “equi solare” proposto nel 1939 da Gaetano Vinaccia, dato dalla retta che va dal punto in cui sorge il sole nel solstizio d’estate (Est/Nord-Est) a quello in cui tramonta nel solstizio d’inverno (Ovest/Sud-Ovest). Per le latitudini Nord comprese tra 40° e i 56° l’inclinazione di tale asse sulla direzione Est-Ovest è di circa 32° 24’ e, di conseguenza, di circa 58° su quella Nord-Sud. Orientando un edificio secondo l’asse equi solare si realizza una distribuzione più uniforme sia delle ore di luce sia della quantità di calore.

L’orientamento eliotermico

Lo sfasamento dei flussi termici e temperatura dell’aria giustificava la necessità di avvalersi di una nuova unità di misura, il “valore elio metrico”, definito come il prodotto della durata del soleggiamento in un punto per il valore della temperatura media dell’aria nel corso di tale durata. Sommando per ciascuna esposizione i valori elio metrici relativi ai 12 mesi (prendendo come valore medio del mese quello relativo al giorno 15) e riportando i valori espressi in percentuale su di un diagramma polare, si ottiene una raffigurazione a forma di foglia il cui asse di simmetria, detto asse elio metrico, risulta orientato di 18° Est rispetto all’asse Nord-Est. L’orientamento di un edificio secondo tale asse è detto orientamento elio metrico. In tale modo gli edifici verranno a trovarsi all’incirca nella direzione Nord-Est/Sud-Ovest e avranno le facciate principali parallele all’asse con valori elio metrici omogenei, mentre le facciate secondarie, perpendicolari all’asse, avranno rispettivamente un valore massimo per facciata esposta a Sud/Sud-Ovest e un valore minimo per quelle esposte a Nord/Nord-Est. Tra gli architetti che contribuirono più di altri a diffondere la teoria elio metrica vi fu certamente Le Corbusier. Oggi, gli strumenti e le conoscenze a nostra disposizione hanno mostrato i limiti scientifici della teoria elio metrica, apprezzandone tuttavia il valore storico dovuto al tentativo di risolvere attraverso l’architettura e l’urbanistica, i gravi problemi sanitari dell’edilizia dell’epoca.

Indicazione per la distribuzione dei locali

Sulla base delle considerazioni sopra riportate, le esposizioni migliori sono quelle Sud, Sud-Est, Sud-Ovest. Per quanto concerne l’esposizione Nord, va tenuto presente che è quella con maggiore regolarità di illuminazione, anche se ha minor durata di insolazione annua e spesso è maggiormente interessata dai venti. Tale esposizione risulta quindi utilizzabile senza problemi sia per cucine sia per gli altri locali di servizio delle abitazioni, ma anche per taluni locali di lavoro nei quali occorre privilegiare l’uniformità dell’illuminazione, evitando fenomeni di abbagliamento. Nel caso di edifici residenziali, le camere da letto e i locali utilizzati nella seconda parte della giornata traggono maggiori benefici da esposizioni Sud e Sud-Est in quanto quelle a Ovest e Sud-Ovest, assorbendo calore dal sole pomeridiano, risultano molto calde nella stagione estiva. Sulla base di quanto esposto è possibile fornire alcune indicazioni in relazione alla loro destinazione d’uso e alle ore della giornata in cui è prevista la loro utilizzazione.

Anche l’altezza dei piani influenza il clima termo-igrometrico degli ambienti interni. I piani sottotetto, per effetto del tetto stesso, sono molto caldi d’estate e molto freddo d’inverno e hanno altresì le massime oscillazioni giornaliere. I piani terreni, godendo in genere di più breve insolazione di quelli sovrastanti, sono più freschi d’estate, ma più freddi d’inverno. Gli interrati e i semi interrati, che sfruttano le proprietà termiche del terreno, hanno scarse oscillazioni termiche giornaliere e uniscono freschezza nell’estate e mitezza invernale, cosicché dal punto di vista termico sono locali privilegiati; tuttavia, la scarsità di luce e il maggior grado di umidità li rendono peggiori di tutti gli altri. Risulta quindi evidente che, dal punto di vista termico, i piani migliori sono quelli intermedi.

La ventilazione naturale

Oltre al soleggiamento, la scelta del migliore orientamento di un edificio deve tener conto di altri tre aspetti principali:

• la ventilazione naturale;
• il clima acustico;
• la qualità dell’aria.

Ventilazione naturale

Per quanto riguarda la ventilazione naturale, dal punto di vista progettuale gli obiettivi da perseguire riguardano da un lato la protezione dell’edificio dai venti freddi invernali, dall’altro lo sfruttamento dei moti d’aria per il raffrescamento estivo. Sono in genere desiderabili le brezze che si verificano quando la temperatura dell’aria è superiore ai 24°C, indesiderabili i venti che si presentano nei periodi freddi da novembre a marzo. Gli edifici disposti perpendicolarmente alla direzione del vento ne ricevono sul lato esposto il pieno impatto; se orientati a 45°, la velocità del vento di riduce del 50%. Sfruttare o creare schermi può essere utile per ridurre le dispersioni invernali per convezione o per infiltrazione; per ottimizzare la ventilazione naturale degli ambienti è bene, invece, avere aperture esposte ai venti dominanti. Dovranno, inoltre, essere considerati gli effetti di deviazione dei venti, dovuti alla forma e alla disposizione dell’edificio, sugli edifici limitrofi e viceversa. Un edificio investito da una corrente d’aria accumula l’aria in moto sul lato sopravento, determinando un’area di pressione relativamente alta. Il flusso che avvolge l’edificio crea zone di bassa pressione sui lati adiacenti a quello sopravento. Sul lato sottovento si produce un’ombra di vento con una pressione relativamente bassa. Quest’ombra di vento verrà gradualmente riempita dall’aria circostante, sicché alla distanza di circa due volte e mezza l’altezza dell’edificio l’aria è in quiete; da questo punto l’aria affluisce, con moto retrogrado, sia verso l’edificio, sia nel senso del vento allontanandosi da esso. Il vento riacquista la sua velocità iniziale a una distanza pari a sette volte l’altezza dell’edificio.

Clima acustico

Per quanto concerne la protezione dal rumore, nei limiti del possibile occorre situare l’edificio alla massima distanza dalla sorgente e sfruttare l’effetto schermante di ostacoli naturali o artificiali, quali rilievi di terreno, fasce di vegetazione o altri edifici, con le aree da proteggere ribassate rispetto alla fonte di rumore. Se l’area di intervento è prospiciente a un’infrastruttura viaria di un certo rilievo, a seconda degli obiettivi di tutela attesi, è di volta in volta da valutare se sia più opportuna una disposizione degli edifici parallela o perpendicolare alla strada. La disposizione perpendicolare produce un’esposizione diversa nei vari locali in quanto si ha un progressivo allontanamento dalla sorgente; in questo caso la parte maggiormente esposta dovrà prevedere un’adeguata prestazione passiva di isolamento acustico dell’involucro. Nel caso in cui l’asse maggiore dell’edificio sia disposto parallelamente alla strada, si dovrebbe cercare di sfruttare il doppio affaccio per destinare le zone maggiormente esposte a spazi cuscinetto quali spazi distributivi o accessori, e le parti più protette per le zone letto e soggiorno. La differenza di esposizione del rumore tra i due affacci può raggiungere anche i 30dB(A). Occorrerà prevedere anche dispositivi atti al contenimento delle vibrazioni, trasmesse dalla fondazione all’edificio, dovute alla presenza di strade percorse da traffico pesante. In linea generale, è opportuno evitare soluzioni che favoriscono la riflessione multipla delle onde sonore tra un edificio e l’altro o le parti di uno stesso edificio, ampliando l’effetto disturbante. Forme compatte che non presentano concavità possono evitare la distribuzione irregolare del suono, fenomeni di eco e distorsioni acustiche. Le tipologie a corte o a schiera sono più adatte delle casette isolate per realizzare giardini protetti dal rumore della strada; le recinzioni murarie sono sensibilmente più efficaci delle cancellate. L’accesso ai garage dovrebbe avvenire sullo stesso lato dell’edificio soggetto al rumore da traffico, separando l’accesso pedonale da quello veicolare.

Per quanto riguarda, invece, la forma della superficie dell’edificio (presenza di aggetti, balconi e terrazze) i suoi effetti possono essere sia positivi sia negativi in relazione alla forma della facciata, all’assorbimento della parte inferiore dell’aggetto e alla direzione prevalente del rumore incidente. Generalmente, l’effetto positivo è dovuto alla schermatura totale o parziale della facciata per mezzo di balconi o altri aggetti; l’effetto negativo è dovuto, invece, a riflessioni supplementari e a un campo sonoro che potrebbe essere considerato riverberante quando un balcone forma una chiusura parziale attorno al piano facciata (la norma UNI 12354 riporta i coefficienti correttivi da applicare nel calcolo dell’isolamento di facciata in funzione alla sua geometria). In presenza di elevati livelli di rumore nell’ambiente esterno si dovrà ricorrere ad opportuni sistemi schermanti, creando rimodellamenti morfologici del costruito a ridosso delle aree critiche, utilizzando apposite barriere antirumore di tipo artificiale o vegetale. Le barriere antirumore sono oggi installate con sempre maggior frequenza in prossimità di strade, ferrovie, e insediamenti industriali a protezione di aree residenziali o ricreative. Per essere efficaci, le barriere devono essere sufficientemente massicce da non essere attraversate dal rumore, e sufficientemente alte ed estese in modo da schermare alla vista la sorgente di rumore. Per favorire l’inserimento architettonico nel contesto, è possibile realizzare barriere in legno. Per quanto riguarda, invece, le barriere vegetali, affinché queste possano effettivamente contribuire all’attenuazione dei livelli di rumore è necessario valutare con attenzione le densità della chioma, i periodi di fogliazione e defogliazione, le dimensioni, la forma e l’accrescimento. Tuttavia, a causa, del fenomeno della diffrazione, l’attenuazione dovuta alla vegetazione è in genere più esigua, del valore di pochi decibel. Per ottenere effetti apprezzabili occorre una vegetazione molto densa con foglie di grande circonferenza più grandi distanze: ad esempio per ottenere una riduzione di 8dB(A) è necessaria una barriera arborea a elevata densità larga almeno 30 m.

Risultati migliori si ottengono con particolari terrapieni estremamente stretti rispetto all’altezza, ottenuti mediante supporti metallici e teli di contenimento della terra in tessuti organici. Tali schermi vengono seminati con piante rampicanti che, rivestendone le superfici verticali, creano uno stato fonoassorbente di foglie e fiori.

Riferimenti bibliografici

Marco Casini, Costruire L’Ambiente, edizioni Ambiente, Milano, 2014

Bianca Bottero (a cura di), Progettare e costruire nella complessità. Lezioni di Bioarchitettura, Liguori, Napoli, 1994

Lloyd Jones, Atlante di Bioarchitettura, Utet, Torino, 1998

Uwe Wienke, Dizionario dell’edilizia bioecologica, DEI, Tipografia del Genio Civile, 2001

Giuseppe Fera, Urbanistica teorie e storie, Gangemi editore, Roma, 2002

Osservatorio Ambiente “Val D’Agri”, 2014