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Qualità microclimatica e consumi energetici nei musei.

Delogu, Sara

Qualità microclimatica e consumi energetici nei musei.

Rel. Stefano Paolo Corgnati, Enrico Fabrizio, Daniela Raimondo. Politecnico di Torino, Corso di laurea specialistica in Architettura (Costruzione), 2010

Abstract:

Architettura energeticamente consapevole e applicazione di nuovi strumenti informatici.

"Oggi il mondo intero cova sentimenti di apprensione di Fronte alla crisi che investe l'ambiente globale e alla generale perdita della nostra cultura spirituale,

Adesso, più che mai in passato, è giunto il momento di tornare al punto di partenza, di approfondire la comprensione dell'ambiente e di cambiare il nostro modo di maltrattare le foreste e i boschi, che svolgono un ruolo cosi importante del formare e sviluppare lo spirito umano ... è giunto il tempo di cambiare la nostra sensibilità al riguardo e, concentrandosi sull'energia solare, bisogna escogitare soluzioni adeguate per utilizzare risorse come il vento, l'acqua ecc. " (Tadao Andò).

La finalità prioritaria di un approccio bioclimatico alla progettazione sta nella concezione di un ambiente costruito che presenti elevata qualità ambientale. Questa è raggiunta però mediante l'utilizzo quanto più limitato possibile di fonti energetiche tradizionali e quindi anche con un ridotto impatto ambientale conseguente alle emissioni inquinanti in atmosfera. inquinamento ambientale ed esaurimento delle risorse ambientali sono, infatti, ormai le duo emergenze della società moderna, come sintetizzato dalla precisa definizione di sviluppo sostentile contenuta nel famoso rapporto Brundland, nella sua geniale semplicità. In questa ottica le fasi preliminari della progettazione sono forse le più cruciali dal punto di Vista della futura prestazione energetica di un edificio poiché in esse l'architetto è Chiamato a compiere le principali scelte concernenti la forma, il rapporto esistente tra uomo e ambiente interno e quello tra edificio e ambiente esterno.

Si potrebbe osservare che i principi generali della progettazione bio-climatica sono ben noti e basta quindi applicare una serie di prescrizioni operative ormai riportate in qualunque buon manuale del costruire. Con l'aggiunta magari di una tecnologia di risparmio energetico o di riuso dell'acqua, tanto per dare un tocco di sostenibilità al progetto. Queste regole si possono rapidamente riassumere come segue: ottimizzazione della scelta del sito e dell'orientamento con il massimo sfruttamento dell'apporto solare nel periodo invernale e la protezione dei raggi nel periodo estivo; attenzione alla direzione dei Venti prevalenti; elevato isolamento termico e preferenze per forme compatte dell'edificio; utilizzo di materiali biocompatibili, manufatti prodotti con poca energia e magari riutilizzabili; efficienza degli impianti, corretta gestione; ricorso alle energie alternative.

In realtà invece la loro piena e corretta applicazione si scontra Sistematicamente con tutte le altre esigenze. Si impone sempre un compromesso tra queste tecniche e le esigenze architettoniche oltre il rispetto di sempre più numerosi vincoli urbanistici, funzionali, economici e ambientali.

La loro introduzione finisce quindi ogni volta per essere personalizzata e differenziata in ciascun caso applicativo secondo modalità strettamente legate al contesto.

Ecco allora la necessità di una flessibilità consapevole, in grado cioè di valutare gli effetti delle scelte progettuali anche i termini energetici e ambientali permettendo così un'agevole evoluzione del progetto verso l'ottimizzazione delle diverse e spesso contrastanti necessità.

L'approccio bio-climatico alla progettazione mira alla realizzazione di ambienti costruiti caratterizzati da prestazioni di elevata qualità energetica e ambientale. Talvolta con i volumi compatti delle passivhaus tedesche o spingendo l'impianto stesso a divenire involucro e architettura.

Riporteremo nei capitoli successivi delle schede con alcuni esempi progettuali.

Occorre quindi attrezzare il progettista con strumenti informatici, agili ma corretti, che gli permettano di quantificare gli effetti delle proprie scelte fin dalle prime fasi del progetto, e di implementare qualunque soluzione architettonica tenendone costantemente sotto controllo l'impatto sulla prestazione dell'edificio dal punto di vista energetico, ambientale e di confort interno. Con la possibilità di verificare l'evoluzione del progetto verso un'ottimizzazione in termini di sostenibilità energetica sin dalle fasi preliminari. Si tratta di un'esigenza sentita ormai a livello internazionale. Ecco perché assistiamo allo sforzo di introdurre tecniche di progettazione integrata. Esse prevedono l'utilizzo di software, già disponibili, specificatamente realizzati per permettere all'architetto di avere subito la consapevolezza delle prestazioni del progetto in corso di elaborazione, con particolare riguardo proprio alle esigenze di sostenibilità. Un nuovo modo di progettare, il cui insegnamento si sta diffondendo nelle facoltà di architettura più sensibili alla necessità di un approccio energeticamente sostenibile, nell'ambito della progettazione edilizia. Il recepimento di questa esigenza porta' allo sviluppo, e ormai alla disponibilità sul mercato, di codici di calcolo per l'analisi energetica e del confort relativamente agli edifici. Questi programmi vengono espressamente realizzati per un utilizzo da parte di professionisti operanti nel campo dell'edilizia, ma che non sono necessariamente specializzati nell'ambito dell'energetica e della tecnica del controllo ambientale. Lo sforzo in corso è quello di abituare i nuovi architetti ad una consuetudine progettuale più integrata con le esigenze energetiche e ambientali: in grado quindi di dialogare con più efficacia con il progettista termotecnico. L'obiettivo della tesi è, quindi, quello di presentare una metodologia in cui si evidenzi l'importanza del software come supporto al progetto di architettura.

Con questo lavoro si vuole dimostrare come il progetto di architettura debba essere sostenuto da una parte di calcolo, con uno strumento evoluto, come in questo caso Energy Plus, essenziale nel progetto che permetta di esplorare soluzioni diverse, integrando il sistema edifìcio-impianto e, di conseguenza, la necessità di poter prevedere all'interno dei team di architettura la presenza della figura di esperti il cui obiettivo è il confort dell'edificio. Nel caso in particolare abbiamo preso come oggetto di analisi un museo, un caso teorico di riferimento già trattato in letteratura, rispetto al quale ci confrontiamo. L'edifìcio museale, infatti, prevede sia il confort degli utenti che il benessere delle opere da conservare e la prevenzione del loro degrado. Se Si considerano, inoltre, i musei non solo come luoghi dove conservare adeguatamente i beni di interesse storico artistico ma anche come mezzi ideali attraverso i quali l'opera d'arte può essere resa fruibile al grande pubblico, il mantenimento di particolari condizioni termoigrometriche diventa una questione nodale non solo più per la conservazione ma anche per assicurare al pubblico condizioni di confort durante la loro visita. Va ancora ricordato che la presenza di visitatori deve essere correttamente prevista e Che gli impianti di climatizzazione devono essere adeguatamente dimensionati al fine di evitare Che questi carichi impulsivi non alterino le condizioni di accettabilità fissate per una buona conservazione delle opere, nonché per il benessere umano.L'obiettivo primario è quindi quello di poter disporre di ambienti espositivi posti in ambienti edilizi sani e dotati di impianti tecnici moderni ed affidabili.

Per questo motivo gli interventi sull'involucro edilizio e sul sistema edificio-impianto Si presentano sempre molto complessi ed onerosi dal punto di vista organizzativo qQ economico.

Tuttavia è necessario rimuovere 0 almeno limitare le possibili cause di degrado dei beni storico artistici. Esse possono essere Sostanzialmente ricondotte a valori non adeguati di parametri ambientali quali temperatura, umidità relativa, velocità e qualità dell'aria, tipologia di illuminazione e a oscillazioni repentine dei loro valori. Come poi vedremo nel dettaglio nei capitoli successivi, Energy Plus è un software che consente delle applicazioni settoriali per un'analisi energetica molto precisa del sistema edificio-impianto. La progettazione architettonica di un edifìcio non sembra ancora perfettamente interfacciata con quella impiantistica, nel senso di una reciproca dipendenza. Non è tanto il concetto di integrazione edificio-impianto, ormai entrato nelle corde di architetti e progettisti, almeno sotto l'aspetto teorico. Ci riferiamo piuttosto a un concetto più avanzato, vale a dire come la presenza (o l'assenza) di sistemi di climatizzazione (riscaldamento, raffrescamento) e di illuminazione, anche naturale, possano influenzare - e radicalmente trasformare - la forma architettonica dell'edificio. Tema di riflessione che diventa ancora più attuale con l'evolversi di tecniche costruttive che si muovono verso edifici sempre più "passivi", dove assurge al massimo grado l'interdipendenza tra le prestazioni dell'edificio e il suo aspetto esteriore, in termini di forma, orientamento, materiali. Nei capitoli seguenti vedremo alcuni esempi realizzati di come le scelte impiantistiche influenzino la forma architettonica. Le prestazioni energetiche dell'edificio sono influenzate dalla forma e dall'orientamento che interagiscono direttamente con le componenti ambientali del luogo, legate alla ventilazione, alla radiazione solare, all'umidità relativa e alla presenza di vegetazione. La bioclimatica suggerisce gli orientamenti ottimali dei locali per garantire il benessere microclimatico. Si può agire sull'involucro opaco. L'involucro edilizio è, infatti, uno strumento essenziale per Impedire i guadagni termici indesiderati, favorire le dispersioni del calore intemo nella stagione estiva e, durante tutto l'anno ottimizzare l'impiego della luce naturale. Grazie ad un elevata inerzia termica, il maggiore tempo di sfasamento modera le fluttuazioni termiche che si verificano nell'ambente interno a causa delle variazioni cicliche della temperatura esterna: nei climi caldi la parete accumula il calore di giorno e lo rilascia di notte. Le superfici trasparenti dell'involucro rappresentano un elemento critico nel progetto del comfort ambientale e nel bilancio energetico dell'edificio, in quanto hanno una resistenza termica inferiore all'involucro opaco. Un corretto progetto di involucro trasparente nel clima caldo e temperato riguarda la limitazione delle dispersioni di calore invernali e l'ottimizzazione del guadagno solare invernale e la Iimita2ione dei carichi estivi. Le strategie da adottare sono l'utilizzo di involucri selettivi, ossia vetrate che applicano un sistema di controllo selettivo dell'energia luminosa e termica in funzione della temperatura, e di sistemi di schermatura con componenti esterni e interni, per limitare l'ingresso della radiazione solare prima che penetri nell'edificio.

Relatori: Stefano Paolo Corgnati, Enrico Fabrizio, Daniela Raimondo
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: S Scienze e Scienze Applicate > SL Scienze
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/1888
Capitoli:

INTRODUZIONE

ARCHITETTURA ENERGETICAMENTE CONSAPEVOLE E APPLICAZIONE

DI NUOVI STRUMENTI INFORMATICI

1. COME LE SCELTE IMPIANTISTICHE INFLUENZANO QUELLE ARCHITETTONICHE

1.1. ESEMPI PROGETTUALI

1.1.1. Forma e funzione - Ex edificio delle Poste di Bolzano

1.1.2. Raffrescamelo naturale -BedZed

1.1.3. Raffrescamelo passivo e assistito - Torrent Research Centre - EIB

1.1.4. Serre solari - Klimahaus 8" Est

1.1.5. Doppia pelle - Blue Ridge Parkway

1.2.6. Strutture parzialmente ipogee

1.2.7. Quando l'involucro contiene l'impianto

2. SCELTE PROGETTUALI NEI "GREEN MUSEUMS"

2.1. ESEMPI PROGETTUALI DI EDIFICI ADIBITI A MUSEO

2.1.1. Museo della Neve e del Ghiaccio Ukichiro Nakaya

2.1.2. Museo Marino

2.1.3. Museo del Legno

2.1 4. Kristinehamn Museum of Modern Art

2.1.5. Museo Bardini

2.1.6. Ethnographic Museum

3. CONDIZIONI PER LA CONSERVAZIONE

3.1. GRANDEZZE FISICHE PER L'ANALISI DEL MICROCLIMA

3.1.1. Umidità relativa

3.1.2. Temperatura

3.1.3. Inquinamento dell'aria

3.1.4. Radiazione luminosa

3.1.5. Altri fattori di danno

3.2. CONDIZIONI PER LA CONSERVAZIONE

3.2.1. Norma UN110829/1999 "Beni di interesse storico e artistico. Condizioni ambientali dì conservazione. Misurazione ed analisi".

3.2 2 D.M. 10.5.2001 "Atto di indirizzo sui criteri tecnico-scientifici e sugli standard di funzionamento e sviluppo dei musei"

3.3. CONTROLLO DEI PARAMETRI MICROCLIMATICI

3.3.1. Controllo dell'umidità relativa

3.3.2. Controllo della temperatura

3.3.3. Controllo dell'inquinùmùntO dell'aria

3.3.4. Controllo della radiazione luminosa

4. IL CONTROLLO DELLE GRANDEZZE TERMOIGROMETRICHE

4.1. CONTROLLO TERMOIGROMETRICO Al FINI CONSERVATIVI: APPROCCIO METODOLOGICO

4.2. ALCUNE CONSIDERAZIONI SULLE TIPOLOGIE MUSEALI

4.3. ELABORAZIONE DEGLI ESITI DEL MONITORAGGIO AMBIENTALE

4.3.1. Il Performance Index globale

5. RAPPORTI CAUSA-EFFETTO NEL CONTROLLO MICROCUMATICO

5.1. PRINCIPI DI CONTROLLO DEL MICROCLIMA

5.2. CONTROLLO DEL MICROCLIMA MEDIANTE L'INVOLUCRO

5.2.1. Bilancio di massa e di energia di ambienti confinati

5.2.1. 1) Bilancio di energia

5.2.1. 2) Bilancio di massa

5.2.1. 3) Alcune considerazioni sul rinnovo dell'aria

5.2.2. Isolamento termico e inerzia termica

5.2.3. Condensa superficiale ed interstiziale nelle pareti dell'edificio

5.2.4. Permeabilità ai gas e tenuta all'aria

5.2.5. Carico latente dovuto ai visitatori

5.3. CONTROLLO DEL MICROCLIMA MEDIANTE GLI IMPIANTI

5.3.1. Tipologie impiantistiche per il controllo delle condizioni climatiche

6. LA SIMULAZIONE DINAMICA MEDIANTE ENERGYPLUS

6.1. CHE COS'È ENERGY PLUS

6.1.1 Un pò di storia

6.1.2 La struttura

6.1.3 La simulai tono dQl modello corno oggetto dì studio

6.2 ANALISI

6.2.1 Free Running

6.2.2 Impianto ideate

6.2.3 Impianto ad acqua

6.3. LA PREVISIONE DEL COMPORTAMENTO DELL'AMBIENTE

6.3.1. Gli effetti dell'involucro: ambienti Free Running (FR)

6.3.2. Gli effetti dell'impianto: ambienti Partial Mechanical Controlied PMC

7. IL MODELLO DELL'EDIFICIO

7.1 INTRODUZIONE

7.2. METODOLOGIA

7.2.1. File climatico

7.2.2. Modello computerizzato

7.2.3.1 componenti edilizi

7.2.4. Carichi interni

7.2.1. 1) Occupazione

7.2.2. 2) Illuminazione

7.2.3. 3) Apporti solari

7.2.4. 4) Ventilazione

7.2.4. 5) Infiltrazioni e tenuta all'aria

8.1 CONSUMI ENERGETICI

8.1 INTRODUZIONE

8.2 I RISULTATI

8 2.1. Fabbisogno ambientale e consumo energetico

8.2.1.1) Impianto ideale

8.2.1.2) Impianto ad acqua

8.3 ANALISI DEI RISULTATI

9. LE TAVOLE CON I GRAFICI

9. 1 Riassunto delle tavole con i grafici ottenuti dalle simulazioni

9.2 I grafici di temperatura e umidità relativa

9.3 Il Performance Index

CONCLUSIONI

BIBLIOGRAFIA

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