Controllo Solare : evoluzione ed applicazione dei dispositivi schermanti

L'uomo nel corso della storia ha sempre cercato di creare, attraverso i mezzi a propria disposizione, le caratteristiche più adeguate per raggiungere il comfort ideale all'interno dell'ambiente costruito. Per tale motivo, si è assistito a livello architettonico, fin dai tempi più antichi, a varie soluzioni edilizie per potersi avvicinare alle condizioni di benessere psico-fisico e climatico. Il rapporto creatosi tra ambiente costruito e contesto climatico che ha caratterizzato le architetture, si è via via perso nell'ultimo secolo, a causa dell'uso di sistemi di condizionamento e riscaldamento. La maggior parte dei progettisti si è, infatti, basata su questi sistemi per raggiungere le condizioni di benessere idonee nell'ambiente indoor; questo ha portato a una riduzione delle attenzioni rivolte al raggiungimento del comfort solo con elementi architettonici e/o ambientali come l'orientamento. Gli involucri sia opachi, sia trasparenti venivano concepiti in maniera analoga senza alcuna differenziazione a seconda del sito e delle sue condizioni climatiche. La diffusione di sistemi di condizionamento, accompagnata da altri molteplici comportamenti umani sbagliati ha causato e, continua a causare, nel mondo drammatici sconvolgimenti ambientali; questi si scontrano con le linee guida di sviluppo sostenibile esistenti a livello globale e nazionale. La risoluzione dei problemi rivolti al tema della sostenibilità, che mette come obiettivo principale la riduzione dell'impatto ambientale del costruito come parametro sulla valutazione della qualità architettonica, è ancora lontana, ma bisogna constatare l'impegno e la sensibilità di molti architetti, che negli ultimi decenni si sono avvicinati al problema, dando attraverso molteplici progetti, soluzioni importanti che dovrebbero essere eseguite su tutti i cantieri futuri. La ricerca ha portato ad un minimo utilizzo dei sistemi impiantistici tradizionali, ricorrendo invece a sistemi che si basino sull'energie rinnovabili: solare, geotermica, eolica. L'obiettivo è progettare edifici in grado di variare comportamento a seconda dei mutamenti ambientali, in modo da determinare condizioni di comfort adeguate per l'utente, nel rispetto delle leggi. Esistono numerose variabili ambientali che devono essere considerate nella progettazione. L'elemento che andremo ad approfondire, è il tema della protezione solare considerando le relazioni esistenti con l'edificio. L'analisi sulle schermature solari parte da una ricerca della loro presenza in architettura fin dai tempi più antichi; lo studio ci ha condotto alla Civiltà Romana, che aveva già un interesse verso la progettazione bioclimatica e che si traduceva nell'introduzione di schermature. L'esigenza di ideare e installare sistemi di protezione, ha portato a grandi sperimentazioni nel corso della storia. Col passare del tempo cambiano le tecnologie ed i materiali impiegati, con la Rivoluzione Industriale e l'introduzione del ferro, le componenti strutturali iniziano ad evolversi. Tale cambiamento si nota soprattutto nell'edificio industriale, in cui faranno la comparsa i primi frangisole moderni; vengono anteposti alla vetrata per ridurne il carico di calore entrante derivante dalla radiazione solare. Col passare dei secoli, le schermature sono entrate in numerosi progetti degli architetti più importanti del Novecento; gli esempi più rilevanti sono gli edifici di Frank Lloyd Wright, di Louis Kahn, di Le Corbusier e dei suoi piani urbanistici. Il percorso sulla stato dell'arte, riguardante le schermature solari, ha condotto lo studio fino all'architettura contemporanea, basti pensare ai progetti dello studio di Norman Foster, Richard Rogers, Jean Nouvel, Renzo Piano, Mario Cuccinella, Cino Zucchi e molti altri. Oltre alla schedatura e all'approfondimento di progetti rilevanti per gli studi, sono state studiate le varie tipologie in base alla loro disposizione, collocazione ed utilizzo. Sono state inoltre effettuate, delle ricerche in base al comparto produttivo, riportando le aziende più importanti nel mercato italiano ed estero. Questa ricerca ha portato ad approfondimenti ulteriori, nel campo della domotica, inserendo i dispositivi domotici inseriti nelle schermature solari. Quando si parla di schermature solari non ci si può fermare solo allo studio delle forme più comuni, l'approfondimento si è spinto oltre, declinando questi elementi architettonici in altri sottogruppi, trattando il tema delle schermature verdi, trasparenti, fotovoltaiche.

Per quanto riguarda le schermature verdi, esse rappresentano in architettura una nuova forma d'interazione tra l'involucro edilizio e l'ambiente circostante. Esse sono state analizzate, considerando il loro impiego in architettura, i benefici che esse possono creare all'ambiente confinato ed esterno, e le specie che possono essere utilizzate a seconda della disposizione climatica. Sono state inoltre considerate le tematiche economiche e manutentive, relative a tale dispositivo. Per quanto riguarda la diretta applicazione delle schermature verdi, sono stati schedati numerosi progetti a seconda della tipologia verde utilizzata, se ne possono menzionare alcuni, come: lo Z58 a Shanghai di Kengo Kuma del 2006, la Centrale Elettrica di Mediodia a Madrid di Herzog & De Meuron del 2008, l'edificio dell'Ex Ducati a Rimini di Mario Cuccinella del 2005 ed il Musée du Quai Branly a Parigi di Jean Nouvel del 2006. Altra ricerca effettuata, è stata l'analisi in merito al comparto produttivo, segnalando le tecniche e i prodotti più importanti per ciascuna azienda menzionata.

La successiva forma di schermatura studiata è quella fotovoltaica. È stata analizzata l'evoluzione di questo importante prodotto, classificando e comparando i vari elementi utilizzati negli impianti fotovoltaici e il loro diretto impiego nei progetti architettonici. Anche in questo caso sono molti gli esempi progettuali che sono stati analizzati, se ne possono riportare alcuni come: il Federai Environment Agency Offices a Dessau del 2005 di Sauerbruch Hutton, il SIEEB a Beijing di Mario Cuccinella, la Stazione Metrepolitana di New York del 2004 di Kiss&Cathcart, l'edificio Schott a Barcellona di Torsten Masseck. Sono molte le aziende che si occupano di questa tecnologia e della loro applicazione, ne sono riportate alcune presenti nel mercato internazionale, per capire l'effettiva diffusione del prodotto nel mondo e verificare la crescita e lo sviluppo.

Un altro valido sistema schermante usato in edilizia sono gli elementi semi-trasparenti che hanno preso sempre più spazio in questo campo grazie allo loro sviluppo e alla loro realizzazione. Sono stati analizzati diversi tipi di vetri impiegati in architettura, in grado di integrarsi diversamente con i flussi esterni riuscendo a migliorare le condizioni di benessere, grazie all'introduzione di componenti innovativi, in grado di schermare la luce solare diretta. Sono state analizzate inoltre, le varianti che possono entrare nella scelta del dispositivo schermante, per poter beneficiare del comfort termico. Dalle ricerche, si è visto che sono presenti sul mercato diversi materiali e sistemi capaci di offrire ottime prestazioni per la schermatura degli spazi interni. Anche in quest'ultimo caso sono stati schedati numerosi progetti, tra cui si possono riportare alcuni esempi, come: la Dg bank di Berlino di Gehry, la Torre Agbar a Barcellona di Nouvel o il Centro per esposizioni e congressi a Linz in Austria del 1994 di Herzog & Partners. È stata studiata la gamma di prodotti presenti sul mercato, anche attraverso la ricerca del comparto produttivo presente, per poter avere una più vasta gamma di prodotti effettivamente disponibili sul mercato, sia a livello nazionale, sia internazionale.

Dopo un'analisi dello stato d'arte sulle schermature solari, la seconda parte della tesi ha riguardato la diretta applicazione su un caso studio specifico sito nel Comune di Collegno. Nel quadro della rifunzionalizzazione di edifici terziari ed industriali, che come si potrà vedere è un caso molto frequente nel patrimonio italiano, è stato preso come oggetto dello studio, un edificio rappresentativo di questo genere edilizio, le analisi sono state indirizzate al Bocciodromo 'G. Ferro' sito in Via del Brucco a Collegno. Inizialmente è stato analizzato lo stato di fatto con l'ausilio di due software STEP, in grado di fornirci dati attendibili sulla trasmittanza dei pacchetti murari e degli elementi trasparenti e, di BESTCLASS, utile per ottenere la certificazione energetica relativa all'edificio. Con il primo software, è stato possibile appurare che le trasmittanze di ciascun elemento analizzato non raggiungevano i valori richiesti dalla normativa vigente. Con l'applicazione del secondo software di calcolo, sono stati inseriti tutti i dati richiesti, relativi alle volumetrie, caratteristiche specifiche riguardanti le parti opache e trasparenti del manufatto, gli impianti utilizzati per il riscaldamento e l'eventuale presenza di impianti funzionanti con energia rinnovabile. I dati riscontrati da quest'analisi, si sono rilevati molto insufficienti, facendo rientrare l'edificio in classe energetica F. Durante il nostro percorso di studi universitari, abbiamo studiato che per la buona riuscita di un progetto, non ci si può basare esclusivamente su dati puramente fisici e legislativi ma, bisogna far entrare in gioco anche l'aspetto psicologico degli utenti che, apprezzano in modo soggettivo, determinate condizioni ambientali e spaziali. Per il progetto, si è dunque preferito basarsi non solo su dati e analisi ma, confrontare i dati scientifici con risposte sensoriali e comportamentali dei futuri fruitori direttamente sul campo. Aiutandoci con metodi di analisi introdotti dalla Psicologia architettonica e dagli studi di sociologia, sono stati compiute delle prime osservazioni sul sito di progetto, ponendoci come obiettivo l'acquisizione di dati necessari permeglio capire quali parti degli spazi esistenti vengano maggiormente utilizzati. Per rendere più attendibile l'analisi, l'osservazione è stata svolta in tempi e orari diversi per capire il mutare dei comportamenti al cambiamento climatico. La seconda fase si è svolta a stretto contatto con un numero indicativo di soggetti qualificati fruitori del Bocciodromo, a cui sono state poste domande specifiche relative all'edificio. Con questa modalità d'indagine si è potuto raccogliere opinioni e sensazioni che i soggetti percepiscono all'interno dell'immobile; le domande vertevano in special modo sui livelli di comfort luminoso e termico, avvertito nell'utilizzo dell'edificio e sulle modifiche che a loro parere potevano essere effettuate. Questo tipo di approccio si è rivelato molto utile per lo svolgimento del progetto, dando la possibilità di rilevare problematiche, che non potevano essere rilevate esclusivamente da analisi scientifiche. Dopo questa parte preliminare, si è passati alla realizzazione del progetto; esso ha visto la diretta applicazione delle schermature più idonee; progetto, tale decisione è stata presa, confrontando tre diversi dispostivi schermanti, (frangisole in alluminio mobile, tende esterne, pellicola schermante) in base a calcoli illuminotecnici effettuati La fase progettuale, si è conclusa con le opportune verifiche, attraverso l'uso del software step per verificare le stratigrafie dei nuovi pacchetti murari, con l'allegato energetico del comune di Collegno; inoltre sono stati calcolati i rapporti aeroilluminanti del manufatto, verificando che fossero corrispondenti all'1/8 richiesto per legge. Dal punto di vista illuminotecnico, sono stati riportati i calcoli manuali riguardanti i fattori di luce medio diurna richiesti all'interno degli spazi confinati. Esternamente sono state inoltre applicate delle schermature fotovoltaiche; per decidere il loro migliore posizionamento, sono state studiate le ombre presenti durante l'anno con il software ecotect, mentre con il software Simulare è stato calcolato il loro effettivo apporto di energia al bocciodromo. Come ultimo calcolo, è stato utilizzato il software Bestclass, per verificare la classe di appartenenza dell'edificio oggetto dello studio, alla fine del percorso di ricerca del progetto, si è potuto appurare che i cambiamenti apportati all'edificio, hanno migliorato notevolmente il fabbricato, che è passato da una classe energetica F a una classe B.