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La ventilazione naturale nel progetto di architettura: il caso dell'edilizia scolastica

Elisa Sirombo

La ventilazione naturale nel progetto di architettura: il caso dell'edilizia scolastica.

Rel. Marco Filippi. Politecnico di Torino, Corso di laurea specialistica in Architettura (Costruzione), 2010

Questa è la versione più aggiornata di questo documento.

Abstract:

In seguito alla crescita di una coscienza ambientale finalizzata alla salvaguardia di ciò che ci circonda e del nostro benessere, si è sviluppato una cultura che promuove un approccio sostenibile al progetto di architettura. Questo è evidenziato dalla notevole diffusione di numerosi protocolli di certificazione della sostenibilità di un edificio, primo fra tutti il protocollo LEED che conosce una crescente diffusione anche nel panorama italiano. Essi promuovono e incentivano l'adozione di strategie passive e attive che consentano un incremento della qualità dell'ambiente interno nel rispetto della salvaguardia delle risorse ambientali coinvolte nel processo di realizzazione e gestione, oltre a fornire e promuovere un sistema integrato di progettazione che riguarda l'intero edificio.

A tal fine, l'analisi dei crediti relativi alla qualità dell'aria interna (IAQ) ha condotto allo studio di sistemi di ventilazione naturale e ibridi che consentano il soddisfacimento delle performance richieste. L'utilizzo delle correnti d'aria naturali attraverso l'ottimizzazione architettonica del progetto in relazione al sito favorisce il mantenimento di un adeguato livello di qualità dell'aria e può contribuire al raffrescamento estivo interno, garantendo un sostanziale risparmio energetico in fase di costruzione ed esercizio.

Il tema della ventilazione naturale è qui associato alla progettazione degli ambienti scolastici, in quanto ambienti particolarmente critici in cui spesso si demanda il ricambio d'aria ad un sistema di ventilazione naturale; numerosi studi ne hanno ormai rilevato la scarsa qualità dell'aria destando preoccupazione. Le scuole presentano un indice di affollamento molto più elevato rispetto a qualsiasi altro edificio e qui i bambini, i docenti e gli operatori spendono quasi il 12% del loro tempo. Un'alta concentrazione di inquinanti indoor ha un notevole impatto negativo sulla salute degli studenti, ha una diretta ripercussione sulla loro capacità di apprendimento e rendimento. Inoltre la ventilazione insufficiente risulta essere correlata alla sindrome da edificio malato e all'assenteismo crescente.

In tale ottica, la tesi si pone l'obiettivo di studiare differenti sistemi di ventilazione naturale applicabili al progetto di un edificio scolastico indagando le relazioni fra sistema tecnologico e progettazione formale dell'edificio nell'ottica di un processo di integrazione progettuale.

Si presentano quindi una serie di concepts architettonici elaborati a partire dall'integrazione fra strategie di ventilazione e layouts tipologici di edilizia scolastica. In ciascun concept si sviluppano le relazioni fra architettura, ventilazione naturale, e comfort interno con l'obiettivo di fornire linee guida per il progetto di un edificio scolastico a ventilazione naturale. Il pre-dimensionamento del sistema avviene tramite CONTAM, un software di simulazione multizona, che considerando ogni zona omogenea dell'edificio come un nodo in un sistema di equazioni di bilancio di massa, consente la valutazione del tasso di ventilazione e della concentrazione di inquinanti dell'ambiente interno. La possibilità di apportare modifiche al modello in tempi brevi consente di ricercare e controllare la soluzione in grado di rispondere al meglio ai requisiti di IAQ espressi in fase di briefing. La chiarezza dei risultati e i tempi in cui vengono raggiunti, rende la simulazione numerica un utile strumento di verifica di soluzioni tecnico-architettoniche adottate.

Relatori: Marco Filippi
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: A Architettura > AL Edifici e attrezzature per l'istruzione, la ricerca scientifica, l'informazione
S Scienze e Scienze Applicate > SH Fisica tecnica
Corso di laurea: Corso di laurea specialistica in Architettura (Costruzione)
Classe di laurea: NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/2116
Capitoli:

SEZIONE I:La ventilazione naturale nel progetto di architettura

1.La ventilazione negli edifici

1.1.Modalità di ventilazione degli edifici

1.2.La ventilazione naturale

2.Principi di ventilazione naturale

2.1.Le forze motrici

2.1.1.Gradiente termico

2.1.2.Gradiente dovuto all'effetto del vento

2.1.2.1.Il calcolo della scia del vento

2.1.3.Effetto di un sistema di immissione/estrazione meccanico

2.1.4. Composizione degli effetti

2.2.La portata d'aria attraverso un'apertura

3.Strategie per il progetto della ventilazione naturale

3.1.Single-Sided Ventilation

3.2.Cross Ventilation

3.3.Stack Ventilation

3.3.1.Solar-induced ventilation

3.3.2.L'effetto Venturi nel progetto della stack ventilation

3.4.Confronto fra le differenti strategie

3.5.Criteri guida nella scelta della miglior strategia di ventilazione

4.Componenti di un sistema di ventilazione naturale

4.1.Componenti di immissione/estrazione

4.1.1.Componenti di facciata

4.1.1.1.Wing Wall

4.1.1.2.Aperture dell'involucro edilizio

4.1.2.Componenti in copertura

4.1.3.Componenti che sfruttano la radiazione solare

4.2.I percorsi di flusso

4.3.Componenti aggiuntivi, opzionali

4.4.Componenti e strategie

5.Problematiche connesse alla ventilazione naturale degli edifici

5.1.Ventilazione naturale e comfort termico

5.2.Ventilazione naturale e comfort acustico

5.3.Ventilazione naturale ed energia

6.Evoluzione del rapporto fra architettura e tecnologia

6.1.L'architettura della ventilazione naturale

6.1.1.Pattern di facciata bi- e tri-dimensionali

6.1.1.1.Aperture di ventilazione

6.1.1.2.Camini solari

6.1.1.3.Frangisole

6.1.1.4.Wingwall

6.1.2.Organizzazione planivolumetrica interna

6.1.2.1.Single-sided e Cross Ventilation

6.1.2.2.Stack Ventilation

6.1.3.Analisi distributiva delle masse nel disegno architettonico

SEZIONE II: Le nuove frontiere dell'edilizia scolastica

1.Il "nuovo" progetto della scuola primaria e secondaria

1.1.Innovazione nell'ambiente scuola

1.1.1.Variazione dei modelli pedagogici

1.1.2.Variazione degli spazi funzionali interni

1.2.Tipologie edilizie ricorrenti: masse e layout planivolumetrici

2.Innovazione architettonica e qualità ambientale

2.1.Selezione e analisi di edifici scolastici

2.1.1.Criteri di selezione dei casi studio

2.1.2.Definizione della matrice di analisi

2.2.Presentazione di casi studio

SEZIONE III: Design concept di un edificio scolastico a ventilazione naturale

1.Selezione degli archetipi e ipotesi di riferimento

2.Simulazione di comportamento e discussione dei risultati

3.Considerazioni finali

Appendice A

A.1.La modellazione del sistema di ventilazione naturale in CONTAM

A.1.1.I componenti del sistema di ventilazione naturale simulati

Bibliografia

Bibliografia:

Sezione I

•Allard F., Santamouris M. (1998), Naturai ventilation in buildings : a design handbook. James & James, London.

•Allard F., Ghiaus C, Naturai ventilation in the urban environment: assessment and design, London ; Sterling VA : Earthscan, 2005

•ASHRAE Handbook of Fundamentals 2005, Atlanta : ASHRAE, c2005

•ASHRAE Handbook of Fundamentals 2009, Atlanta : ASHRAE, c2009

•Awbi H. B. (2003), Ventilation of Buildings. Taylor & Francis, New York.

•Awbi H. B. (2008), Ventilation Systems. Design and performance. Taylor & Francis, New York.

•Building Bulletin 93, School Acoustics, Regulations Standards Design Guidance, The Department for Children, Schools and Families, 2003

•Building Bulletin 101, Ventilation of School Buildings, Regulations Standards Design Guidance, The Department for Children, Schools and Families, 2006

•Building Regulation Part F, Technical guidance document (UK), disponibile al link: http://www.environ.ie/en/Publications/DevelopmentandHousing/BuildinqStandards/FileDownLoad,16 47.en.pdf

•Buono, Architettura del vento : design e tecnologia per il raffrescamento passivo, Napoli, CLEAN, 1998,

•CIBSE Guide A: 1999, Environmental design, 1999

•CIBSE Application Manual AM10:2005, Natural ventilation in non-domestic buildings, 2005

•Grosso M. (1997), Il raffrescamento passivo degli edifici : concetti, precedenti architettonici, criterì progettuali, metodi di calcolo e casi studio, Maggioli, Rimini

•Il Progetto Sostenibile 17-18, Edilizia scolastica Ecocompatibile, Edicom Ed., Monfalcone (2008)

•LEED New Construction, Version 2.2, Reference Guide (2007)

•Mumovic, Santamouris, Sustainable Building Design and Engineering : An Integrated Approach to Energy, Health and Operational Performance. London, GBR: Earthscan, 2009

•Rogora A., "Architettura e Bioclimatica", ed. Sistemi Editoriali, 2003

•Spengler, McCarthy, Samet, Indoor Air Quality Handbook, New York, NY, USA: McGraw-Hill, 2000.

Tesi di dottorato:

•Ying Zhao, A decision-support framework for design of natural ventilation in non-residential buildings, Virginia Polytechnic Institute

•Kleiven.T. (2003). Natural ventilation in buildings - Architectural concepts, consequences and possibilities. Norwegian University of Science and Technology, NTNU, Trondheim. Ph.D. thesis, 13, Department of Architectural Design, History and Technology.

•Giacomo Villi, Il moto dell'aria all'interno di ambienti confinati, Università degli studi di Padova

Articoli

•Allocca, Chen, Glicksman, (2003), Design analysis of single-sided natural ventilation, Energy and Buildings 35 (2003), pp 785-795

•Awbi H.B. (1994), Design considerations for naturally ventilated buildings, Renewable Energy, 5, pp: 1081-90

•Filippi M. (a cura di), Astolfi A., Schede di fisica tecnica ambientale: Acustica, Dispensa del corso di Fisica Tecnica Ambientale, Politecnico di Torino, Facoltà di Architettura, Dipartimento di Energetica, Politeko, Torino, 2002

•Guohui Gan (1999), Effective depth of fresh air distribution in rooms with single-sided natural ventilation, Energy and Buildings 31, pp 65-73

•Heiselberg P., Naturai Ventilation Design, International Journal of Ventilation Volume 2 No 4

•Heiselberg, P., Perino, M. (2008), Short Term Airing by Naturai Ventilation - Implications on IAQ and Thermal Comfort, Submitted for publication in Indoor Air.

•Heiselberg P. Stratified flow in rooms with a cold vertical wall. ASHRAE Transactions, 1994; Part 1, 100:1155-62.

•Heiselberg P., Svidt K., Nielsen P., (2001), Characteristics of airflow from open Windows, Building and Environment 36 pp. 859-869

•Larsen, Heiselberg, (2008), Single-sided naturai ventilation driven by wind pressure and temperature difference, Energy and Buildings 40, pp: 1031-1040

•Liddament M., The Applicability of Naturai Ventilation - Technical Editorial, International Journal of Ventilation

•Liddament M., Axley J., Heiselberg P., Li Y., Stathopoulos T., (2006), Achieving Natural and Hybrid Ventilation in Practice, International Journal of Ventilation ISSN 1473-3315 Volume 5 No

•Kevin J. Lomas, Architectural design of an advanced naturally ventilated building form, Energy and Buildings 39 (2007) pp. 166-181

•Lomas, M.J. Cook, (2005), Sustainable buildings for a warmer World, in: Proceedings of the World Renewable Energy Congress, Aberdeen, May 22-27, Elsevier.

•Lomas (2007), Architectural design of an advanced naturally ventilated building form, Energy and Buildings 39 (2007) 166-181

•Yasmine Mansouri, Francis Allard, and Marjorie Musy, Conceptual implementation of natural ventilation strategy, Eighth International IBPSA Conference, Eindhoven, Netherlands - August 11-14, 2003

•Young Jeong and Fariborz Haghighat, Modelling of a Hybrid-Ventilated Building - Using ESP-r, International Journal of Ventilation Volume 1 No 2 (2002)

•Monodraught: (2009) "The importance of natural ventilation and daylighting in schools"

•Naghman Khan, Yuehong Su, Saffa B. Riffat, A review on wind driven ventilation techniques, Energy and Buildings 40 (2008) 1586-1604

•Montazeri, Azizian (2008), Experimental study on natural ventilation performance of a two-sided wind catcher

•Nunes z., Wilson B., Rickard M., An assessment of the acoustic performance of open Windows, in line with ventilation requirements for natural ventilation, Internoise 2010 - Noise and Sustainability, 13-16 Giugno, Lisbona

•Perino M., Heiselberg P. (2009), Short Term Airing by Natural Ventilation - Modelling and Control Strategies, Submitted for publication in Indoor Air.

•Persily A. (2006), What we Think we Know about Ventilation, International Journal of Ventilation ISSN 1473-3315 Volume 5 No 3

•Warren, Parkins, (1985), Single-sided ventilation through open Windows, in: Conference Proceedings, Thermal Performance of the Exterior Envelopes of Buildings, Florida, ASHRAE SP 49, pp. 209-228.

Sezione II-III

•Dudek (2000), Architecture of schools : the new learning environments, Architectural Press

•Dudek M. (2007), Schools and Kindergartens: A Design Manual, Birkhàuser Architecture

•Ford (2007), Designing the Sustainable School, Mulgrave, Vie. : Images Pub.

•Oleotto (2007), Edifici scolastici ecocompatibili, Edicomedizioni

•Pepe (2009), Scuole ecocompatibili. Dal nido per l'infanzia alla scuola superiore, Roma : Dei

•Schools for the Future - Designs for Learning Communities, Building Bulletin 95, Department for Education and Skills, 2002, p. 54, www.teachernet.qov.uk/schoolbuildinqs

•Tommy Kleiven, Architectural concepts, consequences and possibilities, Norwegian University of Science and Technology Faculty of Architecture and Fine Art Department of Architectural Design, History and Technology

Articoli:

•Coley D.A., Greeves R., The effect of low ventilation rates on the cognitive function of a primary school class, Report R102 for DfES, Exeter University, 2004.

•Ford B., L'ambiente ben temperato - Architettura e ingegneria per un clima che sta mutando, The Plan n.017-pp: 9-10

•Giannone, Salubrità indoor in ambiente scolastico. Il Progetto Sostenibile 17-18, Edilizia scolastica Ecocompatibile, Edicom Ed., Monfalcone (2008)

•Mendell M.J. and Heath G.A. Do indoor pollutants and thermal conditions in schools influence students performance? A criticai review of the literature, in: Proceedings of Indoor Air 2005, 15, 27-52.

•Santamouris et al., Experimental investigation of the air flow and indoor carbon dioxide concentration in classrooms with intermittent natural ventilation, Energy and Buildings 40 (2008) 1833-1843

•Smedje G., Norback D., Edling C, Mental performance by secondary school pupils in relation to the quality of indoor air, in: Proceedings of the 7th International Conference on IAQ and Climate—Indoor Air, Nagoya, Japan, (1996), pp. 413-419.

•Yin, Case study research, Design and Methods, SAGE publication, London 2004

Sitografia:

•http://www.acca.it/euleb/en/p14/index 11 .html

•http://www.betterbricks.com/CaseStudies.aspx?ID=1136

•http://www.districtadministration.com/viewarticle.aspx?articleid=179&p=1#0

•http://archrecord.construction.com/schools/09_School_of_One.asp

•Database LEED USA, http://eere.buildinqqreen.com/overview.cfm?ProjectlD=196

•http://eere.buildinqqreen.com/overview.cfm?projectid=775

•http://www.qreenbuildinqservices.com/Proiects/default.asp?cat=337C456475636174696F6E

•http://www.newsdata.com/enernet/conweb/conweb89.htmltfcw89-4

•http://www.cabe.orq.uk

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