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Cucco, Giorgio

La serra solare tra uso, forma e tecnologia.

Rel. Maria Barelli, Barbara Melis. Politecnico di Torino, Corso di laurea specialistica in Architettura (costruzione), 2009

Abstract:

LA SITUAZIONE AMBIENTALE E LA NECESSITÀ DI UNO SVILUPPO SOSTENIBILE

Oggi i cambiamenti climatici riscontrati a partire dal secolo scorso diventano sempre più evidenti.

Da molti decenni gli esperti mettono in guardia contro gli effetti irreversibili, per il pianeta e per gli uomini che lo abitano, di quattro macro-fenomeni, lo spreco di materie prime, l'abuso dì fonti di energia fossile, l'inquinamento dell'aria, dell'acqua e del suolo, e infine la produzione di una insostenibile quantità di rifiuti. A ciò si deve sommare il rapido aumento della popolazione della terra che è passata da circa 1,5 miliardi di persone del 1900 ai sei miliardi del 2000. La crescita esponenziale del numero di esseri umani che si dividono il pianeta pone, tra gli altri, problemi legati al loro nutrimento, alla loro necessità di una casa e alla qualità della loro vita, soprattutto nelle regioni meno sviluppate dove l'aumento della popolazione continua ad essere elevato. Nello stesso tempo l'impiego di materie prime e delle fonti di energia fossile ha conosciuto una progressione incontrollata che rischia di compromettere a breve termine lo sviluppo delle generazioni future1.

A livello mondiale e ai tassi di consumo attuali il rapporto riserve/produzione indica che il petrolio tenderebbe ad esaurirsi in circa 40 anni, il gas naturale in 65 anni e il carbone in 155 anni2. Tali numeri devono essere considerati come puramente indicativi, poiché va tenuto in conto che di anno in anno variano sia la quantità di riserve che la produzione, ma forniscono un metro di giudizio per comprendere la necessità di una rapida svolta verso l'impiego di risorse energetiche di tipo rinnovabile.

L'utilizzo a scala mondiale dei combustibili fossili è una delle principali fonti di inquinamento dell'acqua e dell'aria. Il riscaldamento del pianeta osservato dai climatologi, e che in un primo momento è stato considerato con scetticismo, è essenzialmente legato dell'aumento del fenomeno dell'effetto sena3 provocato a sua volta dall'ampio uso dei combustibili fossili.

Nel corso del '900 la temperatura media del pianeta è aumentata di 0,3-0,6°C e il livello degli oceani è salito da 15 a 25 centimetri. Questi fenomeni non sono assolutamente finiti, anzi si prevede una loro sostanziale accentuazione nei prossimi decenni. Se non verranno rapidamente prese delle misure efficaci è plausibile aspettarsi, nel corso del XXI secolo, un aumento delle temperature medie da 2 a 5°Ce un ulteriore innalzamento del livello degli oceani. Questi cambiamenti climatici hanno molte conseguenze, di cui l'opinione pubblica ha cominciato solamente nell'ultimo decennio a comprendere la gravità: fusione delle calotte glaciali, inondazioni, desertificazione, tifoni e uragani improvvisi.

Secondo il rapporto del MIES4 (Mission ìnterministérielle surl'effet de serre, Francia) sui potenziali impatti del cambiamento climatico, la concentrazione di anidride carbonica (CO2), responsabile di circa il 60% dell'effetto serra, è aumentata dei 30% dal 1750. Questuata che corrisponde agli albori dell'era industriale, serve da confronto per studiare le modifiche della composizione dell'atmosfera dovute alle attività umana Infatti fino ad allora l'atmosfera presentava una composizione relativamente simile a quella originaria, mentre attualmente enormi quantità di CO2, causate dall'ampio uso di combustibili fossili, vengono riversate quotidianamente nell'atmosfera e, insieme ad altri gas prodotti dalle attività umane, contribuiscono a peggiorare la situazione incrementando l'effetto serra e collaborando così ad un continuo surriscaldamento del pianeta che produce preoccupanti cambiamenti climatici.

Non è certo questa la prima volta che l'uomo pensa con preoccupazione al futuro dell'umanità.

Nel passato la natura aveva minacciato più volte la sopravvivenza umana, volta per volta in partì diverse del mondo allora conosciuto, per effetto di pestilenze, carestie e altri fenomeni naturali.

Oggi però la minaccia viene dall'uomo stesso, dalle sue attività, dal suo sviluppo e riguarda tutti.

Ancora, per la prima volta non è più la natura che minaccia l'uomo, ma l'uomo che minaccia la natura.

Il primo grido dall'arme, forse esagerato, è venuto dal rapporto sui "Limiti dello sviluppo" commissionato al Massachusetts Institute of Technology dal Club di Roma e pubblicato nel 1972, che poneva soprattutto in risalto la limitatezza delle risorse naturali, come le principali materie prime e i combustibili fossili, ma indicava anche i limiti derivanti dalla capacità dell'ambiente di assorbire emissioni e rifiuti. La crisi energetica dell'anno successivo, dovuta alla riduzione dell'approvvigionamento di combustibili fossili dei paesi più sviluppati ed in particolare di quelli europei a causa della guerra arabo-israeliana aumentò la risonanza del messaggio contenuto nel rapporto sui "Limiti dello sviluppo".

Anche se le più pessimistiche conclusioni di questo rapporto, che non tenevano conto della possibilità dello sviluppo tecnologico di sostituire risorse e materie prime scarse con altre abbondanti, non sono state confermate dai fatti, un primo monito era stato lanciato, che ebbe notevole risonanza sull'opinione pubblica più attenta.

Poco dopo, nel 1977, fu costituita negli Stati Uniti una commissione presieduta dall'antropologo Margaret Meade con l'intento di studiare e definire l'influenza delle attività umane sul clima. I risultati di quegli studi mostrarono come in un futuro non molto remoto, le conseguenze delle attività umane avrebbero potuto farsi sentire alterando il clima su scala globale.

Il termine "sostenibilità" comparve per la prima volta in un rapporto8 redatto dalle Nazioni Unite e dal WWF e pubblicato nel 1980, ma il concetto di "sviluppo sostenibile" viene definito e assume una forma compiuta solo attraverso il cosiddetto "Rapporto Brundtlarnf9 del 1987. Qui lo sviluppo sostenibile viene definito come: "lo sviluppo capace di soddisfare i bisogni del presente senza compromettere la capacità delle future generazioni di soddisfare i loro propri bisogni'.

È interessante notare come in questa definizione si parli di "sviluppo" e non di "crescita". La distinzione è importante: non si tratta soltanto di aumentare la quantità della produzione e dei beni a disposizione, ma anche la loro qualità e, più in generale, la qualità della vita. Lo sviluppo, in altre parole, è una crescita di qualità e non solo di quantità.

La Conferenza mondiale su ambiente e sviluppo (nota anche come Earm summit, o vertice sulla Terra, tenutasi a Rio de Janeiro (Brasile) nel giugno del 1992 è sicuramente uno dei più importanti dibattiti intemazionali sul tema della sostenibilità.

Molti ambientalisti hanno considerato con scetticismo i risultati di questa conferenza, nella quale le posizioni di molti paesi industrializzati, a cominciare dagli Stati Uniti, sono rimaste ancorate a difesa dei privilegi già raggiunti, mentre la maggior parte dei paesi in via di sviluppo ha accusato quelli ricchi di aver contaminato il pianeta, e di voler far pagare i costi del risanamento a quelli più poveri. La conferenza ha permesso di raggiungere alcuni importanti risultati, a partire dalla realizzazione dell'Agenda 2110, ovvero un piano di azione per il XXI secolo, la firma di molti dei paesi partecipanti delle Convenzioni sul cambiamento climatico, la desertificazione e la biodiversità, oltre ad una forte diffusione a livello mondiale di concetti ambientali e di sostenibilità che erano precedentemente stati confinati a cerchie ristrette di specialisti.

Negli anni Novanta si sono susseguiti incontri relativi a singole tematiche appartenenti al problema dello sviluppo sostenibile.

Una data emblematica nell'ambito di questi incontri intemazionali sulle tematiche dello sviluppo sostenibile è il 1997, anno in cui si svolge, in Giappone, la Conferenza di Kyoto sul clima. In

questa occasione è stato approvato il primo protocollo di attuazione della convenzione sul clima globale, conosciuto come "Protocollo di Kioto". La sottoscrizione del documento Impegnava i Paesi aderenti a ridurre del 5,2% le emissioni di anidride carbonica e degli altri gas che provocano il cosiddetto "effetto serra" per il periodo tra il 2008 e il 2012.

Purtroppo, questo protocollo non è stato sottoscritto da tanti Stati, in primis dagli Stati Uniti, che contribuiscono a oltre il 36% delle emissioni globali.

Nel 2002 in occasione del vertice mondiale di Johannesburg sullo sviluppo sostenibile, organizzato dalle Nazioni Unite, al quale hanno partecipato 189 dei 195 Stati membri deli'ONU, si sono ottenuti alcuni importanti risultati tra i quali l'adesione di Cina, Russia e Canada al Protocollo di Kyoto sul clima, e l'apertura, in senso possibilista, dell'Australia; al di là dell'indiscutibile peso politico di queste adesioni, esse rendono possibile la realizzazione della condizione cui era subordinata l'entrata in vigore del suddetto protocollo, ossia l'accettazione da parte di almeno 55 paesi che producano insieme almeno il 55% di emissioni nocive. Inoltre sempre nell'ambito di questo summit intemazionale è stata redatta la cosiddetta "Dichiarazione di Johannesburg sullo sviluppo sostenibile" che è il frutto di una serie di compromessi, raggiunti tramite faticose trattative, tra la posizione più sensibile alle tematiche ambientaliste, sostenuta principalmente dall'Europa, che richiedeva di fissare obiettivi precisi e tempi rapidi di attuazione, e quella, di cui sono stati portatori gli Stati Uniti, il Giappone e altri Paesi industrializzati, elusiva e indisponibile a sottoscrivere impegni e scadenze, che potessero compromettere i livelli di

sviluppo raggiunti.

Infine, per centrare l'attenzione alle questioni architettoniche sollevate dalla necessità di uno sviluppo sostenibile, va sottolineato il fatto che il "dopo Rio" contiene anche un grande evento dedicato alla sostenibilità del settore abitativo e delle città: il convegno mondiale "Habitat" tenutosi a Istanbul nel 199612, che ha prodotto una serie di raccomandazioni contenute nella dichiarazione "Sviluppo di insediamenti umani sostenibili in un mondo in via di urbanizzazione".

Questa dichiarazione, all'articolo 4, tratta specificatamente degli usi dell'energia: "L'attuale

dipendenza da fonti energetiche non rinnovabili nella maggior parte dei centri urbani può portare a cambiamenti climatici, all'inquinamento atmosferico, con conseguenti problemi ambientali e di salute, e può rappresentare una grave minaccia allo sviluppo sostenibile... Gli insediamenti umani e le politiche energetiche dovrebbero essere strettamente coordinati^3.

L'Unione Europea, al fine di garantire il raggiungimento degli obbiettivi fissati attraverso il protocollo di Kyoto, ha emanato la direttiva 2002-91-CE sul rendimento energetico nell'edilizia che imponeva a tutti gli stati membri di dotarsi entro il 4 gennaio 2006 di una procedura per la certificazione energetica degli edifici, con la quale si cerca una generale omogeneizzazione delle norme dei vari paesi membri.

In Italia il recepimento della direttiva Europea 2002-91-CE è avvenuto attraverso il D.Lgs. del 19 agosto 2005 n. 192, integrato e corretto in alcune sue parti dal successivo D.Lgs. del 26 dicembre 2006 n. 311, che stabilisce i criteri, le condizioni e le modalità per migliorare le prestazioni energetiche degli edifici, favorendo l'impiego di fonti energetiche rinnovabili e limitando di conseguenza le emissioni inquinanti.

È doveroso però ricordare che, nonostante l'emanazione di svariate leggi e norme sul risparmio energetico a livello sia nazionale che europeo e nonostante i vari summit internazionali che si sono susseguiti nell'arco di trent'anni, che hanno avuto il merito di sensibilizzare parte dell'opinione pubblica alle problematiche energetiche ed ambientali che l'umanità sta vivendo in questo periodo, non è ancora stato compiuto un cambiamento radicale nell'uso delle risorse energetiche in grado di favorire il rispetto degli impegni internazionali sottoscritti da diverse nazioni. Il Protocollo di Kyoto prevede per il periodo che va dal 2008 al 2012 una riduzione globale delle emissioni di gas serra almeno pari al 5,2% rispetto ai valori registrati nel 1990.

L'unione Europee dal canto suo si è fissata l'ambizioso traguardo di riduzione dell'8%.

Attualmente, secondo i rilevamenti dell'AEA (Agenzia europea dell'Ambiente), a meno di tre anni dalla scadenza degli impegni prefissati durante la conferenza di Kyoto, l'Unione Europea, dal 2005 (anno di entrata in vigore del protocollo) ad oggi, ha ottenuto risultati inferiori alle previsioni iniziali, raggiungendo una riduzione delle emissioni di gas serra pari al 2% rispetto ai valori registrati nel 1990, che corrisponde a solo un quarto dell'obbiettivo stabilito14. Ovviamente questa media vede delle "punte di diamante" e dei "pessimi allievi": tra i primi troviamo la Finlandia (-14,6%), I Paesi Bassi (-2,9 %) e la Germania (-2,3 %); tra i secondi l'Italia (che dovrebbe ridurre le proprie emissioni del 6,5% e dal 1° gennaio 2008 sta accumulando ritardi che nel 2012 potrebbero tradursi in pesanti sanzioni economiche, la Danimarca e la Spagna che invece di ridurre, hanno aumentato le loro emissioni a causa dell'aumento di produzione delle centrali termiche a combustibile fossile.

Sempre secondo l'AEA, le previsioni di riduzione per il 2010 sono di gran lunga migliori di quelle dell'anno in corso e lasciano prevedere la possibilità del raggiungimento degli obbiettivi per il 2012. Va però detto che 12 dei 15 stati membri dell'unione prevedono di raggiungere i loro obbiettivi solo attraverso l'adozione di misure aggiuntive, che prevedono dei cambiamenti nei comportamenti quotidiani di ogni singolo cittadino, altrimenti la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra non potrà superare il 4%.

Infine, anche nel resto del mondo gli obbiettivi sono ben lontani dall'essere raggiunti. Questo breve resoconto dimostra come la strada per svincolare il settore energetico dalla dipendenza dai combustibili fossili e perseguire l'ambizioso traguardo di uno sviluppo sostenibile, sia ancora lunga e difficile.

Relatori: Maria Barelli, Barbara Melis
Soggetti: T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TE Tecnologia dei materiali
A Architettura > AD Bioarchitettura
Corso di laurea: Corso di laurea specialistica in Architettura (costruzione)
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/1465
Capitoli:

INTRODUZIONE

La situazione ambientale e la necessità di uno sviluppo sostenibile 1

Il ruolo dell'architettura 5

Verso un'architettura solare 7

La tesi di laurea 9

CAP_I CATTURARE IL. CALORE DEL. SOLE: DALLE SERRE BOTANICHE ALLE MODERNE SERRE BIOCLIMATICHE... 1 1

1.1_ Limonaie, orangerie e vigneti reali: la serra dal cinquecento al settecento 13

1.2_ La serra solare nell'era del ferro 19

1.3_ Serre solari nella prima metà del XX secolo: le cupole geodetiche e la "casa che cresce" 30

1.4_ La crisi energetica degli anni 70 e la nascita di una coscienza ambientale 39

CAP_2 LA SERRA BIOCLIMATICHE 52

Premessa 53

2.1_ Definizione di serra bioclimatica 55

2.2_Caratteristiche e principi di funzionamento 57

2.3_Classificazione 62

2.3.1_Tìpologia di serra solare in funzione del sistema di distribuzione del calore 62

2.3.2_Tipologia di serra solare in funzione del posizionamento delle masse di accumulo termico 64

2.4_Regimi di funzionamento 67

2.4.1_Funzionamento invernale diurno 67

2.4.2_Funzionamento invernale notturno 69

2.4.3_Funzionamento estivo diurno 72

2.4.4_Funzionamento estivo notturno 73

2.5_Aspetti fondamentali della progettazione 73

2.5.1_Orientamento 74

2.5.2_lnclinazione delle superfici trasparenti 81

2.5.3_Posizione del volume della serra rispetto all'edificio, tipologia di pareti laterali e di copertura 87

2.5.4_Valutazione delle ostruzioni 92

2.5.5_Consigli generali per il dimensionamento della serra 97

2.6JI sistema di captazione dell'energia solare 100

2.6.1_Le superfici trasparenti � 100

2.6.2_Telai fissi e mobili 108

2.7 Il sistema di accumulo: le masse di accumulo termico 116

2.7.1 L'lmportanza della massa termica 116

2.7.2Jìequisiti del sistema di accumulo118

2.7.3_Principali sistemi di accumulo termico impiegati 120

2.7.4_Dimensionamento dell'accumulatore termico 133

2.7.5 II posizionamento dell'accumulatore termico 138

2.8_lsolamento mobile, riflettori e sistemi di schermatura solare 139

2.8.1_Sistemi di isolamento mobile 140

2.8.2_Riflettori solari 143

2.8.3_Schermature solari 146

CAP_3 LA SERRA TRA USO, FORMA E TECNOLOGIA 154

Premessa 155

3.1_L'uso: la serra come spazio abitabile 159

3.2_La forma: la serra come elemento formale di rilievo nella composizione architettonica dell'edificio 171

3.3_La tecnologia: la serra come dispositivo tecnologico consolidato 175

Appendice_A Casi studio 183

Appendice_B Altri casi studio 249

C A P _ 4 L A SERRA SOLARE I N PIEMONTE 259

Premessa 260

4.1_Analisi delle condizioni climatiche piemontesi 262

4.1.1_Variabili climatiche che influenzano il funzionamento della serra solare 263

4.2 II quadro normativo di riferimento . 270

4.2.1_Aspetti conflittuali tra legislazione e realizzazione delle serre solari 270

4.2.2_U normativa a livello europeo 274

4.2.3_La normativa italiana 574

4.2.4_ II protocollo ITACA 276

4.2.5_Leggi regionali in merito all'uso delle serre. il Piemonte 280

4.2.6_ Regolamenti edilizi: il regolamento edilizio del comune di Torino e l'allegato energetico ambientale 282

4.3_ Le serre solari in Piemonte: dal programma UPSE alle sperimentazioni attuali 285

Appendice_C Casi studio Piemontesi 301

CONCLUSIONI: ALCUNI SUGGERIMENTI PER LA PROBETTAZIONE DI SERRE SOLARI IN PIEMONTE 345

BIBLIOGRAFIA 359

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ARCA PLUS

- Marco Antonio Amaboldi, Struttura e immagine, in "L'ArcaPlus" n. 30,2001.

ARCHITECTURAL REVIEW

- Anne Macevoy, Sheppard's Pie, in "Architectural Review" n. 1214,2004, pp. 82-83.

- P.D., Tailor-Made Burìon, in "Architectural Review", n. 1123,1999, pp. 3942.

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BIO A R C H I T E T T U RA

- Vittfrida Mitterer, La casa Alternativa, Recklinghausen: un processo nel sociale avanzato, in "Bioarchitettura" n. 1 del 1995, pp. 40-43

C O S T R U I RE

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- Nicola Sinopoli, Emesto Antonini, Gabriella Gemmani, Alfredo Zappa, Residenze3, in "Costruire", n. 310, marzo 2009, pp. 111-116.

COSTRUIRE IN LATERIZIO

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- Giorgio F. Brambilla, Casa a Kentish Town, in "Costruire in Laterizio", n. 31 del 1993, pp. 31-33.

- Maria Cristina Donati, B. Dunster, Residenze BedZed a Sutton, Londra, Inghilterra, in "Costruire in laterizio", n.89,2004, pp. 24-25.

- Maria Cristina Donati, Residenze BedZed a Sutton, Londra, U.K., in "Costruire in laterizio" n.100,2004, pp. 24-25.

- Claudio Renato Fantone, Complesso residenziale ecologico a Vienna, in "Costruire in laterizio", n. 83,2001,16-21.

- Roberto Gamba, T. Herzog, abitazionìjociali in Holzstrasse, Linz, Austria, in "Costruire in Laterizio", n. 100,2004, pp. 18-19.

- Monica Lavagna, Residenze a Baden, in "Costruire in Laterizio" n. 110,2006, pp.14-19.

- Monica Lavagna. Residenze in Blocchi, in "Costruire in Laterizio" n. 105,2005, pp. 72-76.

- Nicola Marzot, Il processo di costruzione della forma, in "Costruire in Laterizio" n. 106,2005, pp. 13-26.

COSTRUIRE PER ABITARE

- Angelo Bugatti, // sole nel progetto, in "Costruire per Abitare" n. 121,1993, pp. 121 -122.

DETAIL

- City Block in Rotterdam, in "Detail", n. 11,2002, pp. 1402-1405.

- Terraced Houses in Ikast, in "Detail" n. 6,2002, pp. 754-757.

- Z.B., Solar Housing in Coburg, in "Detail" n. 3,2002, pp. 208-209.

DEUTSCHE BAUZEITUNB

- Olivier Herwig, In die jahre gecommen, in "Deutsche Bauzeitung" n. 10,2000, pp. 120-124.

EDILIZIA POPOLARE

- Marco Filippi, Risparmio energetico negli edifici esistenti, in "Edilizia Popolare" n. 170,1983, pp.86-101.

- Mario Grosso, Lorenzo Matteoli, Gabriella Perettì, la sperimentazione UPSE di edilizia "polarizzata"in Piemonte, in "Elizia Popolare" pp. 64-66.

- Alberto Levi, Uso di fonti energetiche non tradizionali nell'edilizia residenziale, in "Edilizia Popolare", n. 153,1980, p. 53.

- G. Raffaellini, S. Piva, Un intervento sperimentale per il risparmio energetico: prime valutazioni e primi risultati, in "Edilizia Popolare", n. 193,1986, pp. 56-60.

IL GIORNALE DELL'ARCHITETTURA

- Elisa Gabrieli, BedZed: grande flop o progetto troppo ambizioso?, in "Il Giornale dell'Architettura" n. 57, dic.2007, p. 2.

IL PROGETTO DELL'ABITARE

- Alessandra Battisti, Fabrizio Tucci, La sperimentazione tecnologica nell'architettura solare di Thomas Herzog, in "Il progetto dell'abitare", n. 2, novembre 2004, pp. 39-47.

L'ARCHITETTURA CRONACHE E STORIA

- Marco Cerniti, Il Castel Eiffel a Digione, in "L'architettura cronache e storia", n. 400,1989.

L'ARCHITETTURA NATURALE

- Claudio De Lucchi, Robert e Brenda Vale Architettura per un mondo "finito", in l'architettura naturale" n. 39,2008, pp. 4-5

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- Marco Moro, Insediamento residenziale Gneis Moos a Salisburgo, in "L'architettura Naturale" n. 19, 2003, pp. 22-29.

- Per Krusche, Monaco 10 Parìsertrabe un progetto pilota di recupero edilizio, in "L'architettura Naturale" n. 1 del 1997, pp. 50-56

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- Nick White, Brenda & Robert Vale Hockerton Housing Project, in "L'architettura Naturale" n. 32-33 ott. - die. Del 2006, pp. 24-30

L'ECO DI BERGAMO

- Fausta Moranti, Ecco la casa d'oro: in un anno consuma solo un pieno di benzina, in "L'eco di Bergamo" sabato 13 settembre 2008, p. 18.

L'INDUSTRIA DELLE COSTRUZIONI

- Claudia Bisceglia, Bonificare e rivitalizzare i Brownfieids Londinesi: la scommessa di una città, in "L'industria delle costruzioni", n. 397,2007, pp. 86-89.

- Alberg Ergian, Laura Aquili, Complesso di alloggi ecosostenibili a Rennes, in "Industria delle costruzioni", n. 397,2007, pp. 38-43.

- Roberto Gamba, Abitazioni a Cisanello di Pisa, in "Industria delle costruzioni" n. 216 del 1989, pp. 36-41.

METAMORFOSI

- Giorgio Galli, Chiara Aureli, Architettura e tecnologia delle serre nel controllo bioclimatico del comfort ambientale, in "Metamorfosi" n. 45,2003, pp. 47-51.

MODULO

- Marco Scamporrino, Alloggi Satume III - Givors, su "Modulo" n. 230,1997

RASSEGNA

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VILLE E GIARDINI

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