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L'analisi del comfort termico nell'ambiente esterno : un nuovo campo di indagine per una citt

Napoleone, Francesca

L'analisi del comfort termico nell'ambiente esterno : un nuovo campo di indagine per una citt.

Rel. Guglielmina Mutani, Alessandro Mazzotta. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile, 2014

Abstract:

INTRODUZIONE

1.1 Sostenibilità, tecnologia e qualità formale

Il concetto di sostenibilità ha cominciato a diffondersi a livello internazionale a partire dai primi anni Ottanta, ovvero a seguito delle prime crisi energetiche che avevano coinvolto l’Occidente durante il decennio precedente. A partire da questo momento, le problematiche ambientali hanno assunto un ruolo di grande importanza in tema di sviluppo e progresso economico di carattere internazionale.

Nel 1987 il Rapporto Brundtland, il documento rilasciato dalla Commissione Mondiale sull’Ambiente e lo Sviluppo (WCED), introduce per la priva volta il concetto di “sviluppo sostenibile” definendolo come “uno sviluppo che soddisfi i bisogni del presente senza compromettere la possibilità delle generazioni future di soddisfare i propri”.

Man mano il concetto di sostenibilità è sempre più uscito da uno spazio di riflessioni ristrette ad una comunità di specialisti, per entrare sempre più diffusamente a far parte del mondo del mercato e dell’opinione pubblica.

In ambito architettonico vengono sempre più associati al termine stesso “architettura” aggettivi quali sostenibile, ecologica, bioclimatica, come ad affermare una qualificazione accessoria, un plus valore, al suo senso stesso.

In realtà sarebbe opportuno ricondurre il discorso al senso dell'architettura come atto di trasformazione dell'ambiente che abbia insite in sé quel connubio di etica, razionalità, sensibilità e capacità tecnica, tali da consentire di realizzare un progetto che risulti il più possibile confortevole, appropriato, funzionale, bello e congruo nel rapporto con l’ambiente: in una parola un progetto di architettura (Paris, 2010).

A tal proposito, è importante riconoscere che, nel campo dell’architettura, il concetto di sostenibilità ambientale non è sinonimo di innovazione tecnologica e che tutti quei principi che oggi ci sembrano “nuovi”, solo perché sono innovativi, hanno in realtà origini molto remote.

Già nel suo trattato, il De Architectura, scritto nel 15 d.C., Vitruvio affronta il tema del rapporto tra l’architettura ed il contesto climatico:

"Lo stile degli edifici deve essere differente in maniera manifesta in Egitto e in Spagna, nel Ponto e a Roma, e nei paesi e regioni con caratteristiche differenti « Una parte della terra è

bruciata dal calore del sole, un'altra è gelata; per ultima esiste una zona "affetta” da una radiazione solare, però a distanza moderata. "

Circa due secoli dopo, l’inglese Giovanni di Sacrobosco (letterale traduzione del nome originale John of Holywood), nel Tractatus de sphaera mundi, scritto nel 1240, proiettò le cinque zone celesti virgiliane sulla terra (le due zone polari, le due zone torride e la zona temperata) e fece coincidere la zona centrale con la condizione "ihitabilis" (inabitabili), dovuto al calore del sole, così come le due ulteriori zone coincidenti con i poli della terra, "ihitabiles" per l'intenso freddo.

Occorre dunque riconoscere che l’approccio progettuale “sostenibile”, che oggi rappresenta un campo di innovazione della cultura propria del mondo occidentale, appartiene invece alla tradizione del costruire, quale risposta intuitiva all’interazione tra ambiente e clima.

1.2 Esempi dal passato: principi fisici e tecnologie utilizzate.

Guardando al passato e spostandoci anche oltre i confini del Vecchio Continente, è infatti possibile risconto materiali che oggi definiremmo eco-sosteniche più calde del nostro pianeta, dove sono ci strategie per ile come, già le soluzioni adottate sin d tecnologici su cui oggi si basa la ricerca in quento,

- ilcnologie che sfruttano l'inerzia termdal trullo, antica costruzione in pietra a secco, di ore, lo ì che esso si comporti come un involucroietra, che va da un minimo di 100 - 150 cm a un massimà di accumulare molto calore in modo tale da provocare una smorzatura e una sfasatura della funzione che esamento evaporativo

Un esempio di raffree, risalente all’ultima fase di Pompei (I colonnato che circonda il cortile, le pareti che si affacciano su di esso risultavano sempre fresche in quanto erano costantemente ombreggiate durante l’estate. Inoltre la presenza al centro del cortile di elementi “umidi”, quali il giardino {hortus) e le fontane, rendeva questo spazio esterno una vera e propria oasi di fresco.

Lo stesso principio di raffrescamento passivo e mitigazione del clima ha caratterizzato notevolmente anche l’architettura tradizionale araba. Un esempio emblematico è VAlhambra, un complesso palaziale situato a Granada, in Andalusia. Elemento estremamente caratterizzante il complesso, sono i suoi giardini arricchiti da fontane, corsi e vasche d’acqua che oltre ad avere un forte ruolo scenografico ed estetico, permettono di mitigare il clima torrido, tipico di questa regione spagnola.

Tecnica di ombreggiamento e corretto orientamento

Un esempio significativo si trova in Messico ed è rappresentato dal cosiddetto Cliff Palace, un villaggio in terra cruda costruito dagli Anasazi nel tardo XII secolo d.C..

Il villaggio è orientato in modo tale che la cresta rocciosa soprastante possa fare da schermo durante i mesi estivi, e allo stesso tempo non impedisca ai raggi solari più bassi si scaldare passivamente gli edifici durante la stagione invernale.

Tecniche di ventilazione naturale

Un altro tipo di soluzione adottata come tecnica di raffrescamento nei climi più torridi e secchi è quella basata sulla ventilazione naturale. Diversi metodi e tecnologie di raffrescamento di questo tipo si possono infatti riscontrare all’interno di manufatti e architetture tradizionali dei Paesi del Medio Oriente. Uno di questi è rappresentato dalle cosiddette torri del vento, nate nell’antica Persia, attuale Iran.

Nel lento sviluppo delle culture pre-moderne, quindi, il processo logico di concezione e sviluppo del progetto è consistito nel lavorare con le forze della natura, e non contro di esse, approfittando delle sue potenzialità per creare condizioni di vita adeguate.

Al contrario, lo sviluppo dell’architettura moderna, nel corso della sua prima fase di diffusione, ha per lo più privilegiato l’uso di materiali innovativi e nuove tecniche, ignorando il rapporto con il contesto climatico, basandosi sull’ipotesi di un’illimitata disponibilità di energia, capace di garantire le condizioni di comfort dell'habitat.

Negli ultimi anni invece, la crisi energetica e l’allarme per le mutazioni climatiche del pianeta, hanno imposto un’inevitabile quanto necessaria inversione di marcia, che si basa sul concetto di sostenibilità e ed estesa a tutti i campi della progettazione, da quella architettonica a quella a scala urbana.

1.3 Sostenibilità ambientale degli ambienti urbani esterni

Le tecniche legate alla sostenibilità in architettura, non riguardano solo la realizzazione di manufatti edilizi, ma anche quelle azioni che identificano l’ambito urbano nel rapporto tra edifici, spazio aperto e contesto ambientale.

L’atteggiamento di sensibilità nei confronti di queste tematiche non può infatti riguardare solo i singoli edifici, ma deve coinvolgere tutto il sistema in cui ogni singolo manufatto è inserito, ovvero lo spazio pubblico.

Da un punto di vista quantitativo lo spazio pubblico occupa la maggior parte dello spazio urbano e allo stesso tempo anche la maggioranza di consumi e di spese della città.

Al fine di migliorare la qualità ambientale degli spazi pubblici, è necessario un approccio progettuale corretto e attento ai temi della sostenibilità ambientale che si basa su un uso intelligente di tecniche e materiali in grado di ridurre i consumi energetici e di garantire il benessere dei cittadini.

In termini di risparmio energetico e comfort termico vi è una sostanziale differenza tra uno spazio confinato (un edificio) e uno spazio aperto (ad esempio una piazza), che sussiste nella diversa modalità e possibilità di controllo delle componenti climatiche.

Mentre negli spazi confinati è possibile prevedere sia dei sistemi rollo del comfort ambientale atti a garantire il comfort termico degli utenti, per quanto riguarda gli spazi aperti è possibile operare solo su quelle che sono le superfici “limite” degli spazi urbani:

-il suolo,

-le coperture,

-le pareti di involucro degli edifici.

Su tali superfici è possibile agire a livello di scelta dell’opportuna tecnologia costruttiva e del materiale di rivestimento.

Anche per quanto riguarda le tecnologie e i materiali utilizzati in ambito esterno è possibile attingere degli esempi di soluzioni tecnologiche dal passato, le quali, utilizzate inizialmente come strategie utili ai fini del benessere, hanno poi assunto un forte connotato formale e culturale.

Oggi, una soluzione al problema dell’eccessivo surriscaldamento delle aree urbane e al conseguente fenomeno delle isole di calore, è rappresentata dai cosiddetti materiali “cool”, ovvero materiali che hanno un’elevata riflettanza solare, ovvero la capacità di riflettere la radiazione solare incidente, che riduce il guadagno di calore solare e diminuisce la temperatura della superficie colpita.

E possibile notare come in realtà essi non siano il risultato di una recente ricerca di materiali innovativi, ma che rappresentano piuttosto una riscoperta tecnologica di concetti antichi.

Un esempio è rappresentato dall’architettura vernacolare che caratterizza il centro storico di Ostuni (Puglia), nota anche come Città Bianca.

Le pareti esterne degli edifici che compongono il borgo sono rivestite dal tradizionale intonaco di calce bianca, un materiale naturale, derivante direttamente dalla cottura della pietra calcarea. Grazie alle sue proprietà chimico-fìsiche, come ad esempio la sua naturale porosità e il pH decisamente basico, la calce permette alla parete di “respirare” e di evitare così fenomeni di condensa sulle pareti e l’insorgere di muffe.

Inoltre il naturale e tradizionale colore bianco che riveste le murature esterne, fa si che la calce rientri tra quelli che oggi vengono chiamati materiali “freddi”, in quanto evita l’assorbimento di calore della parete e il successivo surriscaldamento dello spazio esterno.

È un esempio di come l’uso di un materiale per fini strettamente tecnici e igienici, ha poi fortemente connotato le caratteristiche culturali e formali del luogo.

Ciò dimostra come, soluzioni utilizzate inizialmente come strategie atte a migliorare le condizioni climatiche all’interno dei manufatti edilizi mediante tecniche di raffrescamento passivo, possano risultare utili ed efficaci anche ai fini del miglioramento degli spazi urbani in quanto riducono il surriscaldamento delle superfici e quindi il rilascio di calore in ambiente esterno.

In tempi molto più recenti, a causa della dirompente crisi energetica che affligge il nostro pianeta, è aumentata notevolmente l’attenzione dei progettisti nei confronti delle tematiche ambientali e di risparmio energetico, il che ha portato a riconsiderare, sviluppare e adoperare strategie molto simili a quelle usate nel passato.

Un esempio emblematico e che rappresenta uno dei passaggi più importanti per l’evoluzione delle tecnologie per il comfort termico degli spazi esterni è rappresentato dall’Esposizione Universale di Siviglia del 1992, la quale ha rappresentato una sorta di “catalogo” di soluzioni atte a mitigare il clima torrido della città andalusa mediante l’utilizzo dell’acqua, la quale con i 200.000 mq di estensione del Lago di Spagna e i numerosi canali alimentati dal Guadalquivir, rappresenta sicuramente l’elemento predominante dello spazio espositivo.

Rifacendosi alla tradizione araba e reinterpretate in chiave moderna mediante sofisticate soluzioni tecnologiche, l’Expo rappresenta un esempio reale di come tradizione e tecnologia possano insieme contribuire a creare spazi pubblici confortevoli sia da un punto di vista climatico che puramente formale ed estetico.

Come visto nell’esempio della domus di Pompei e dell’Alhambra di Granada, un ulteriore elemento di mipassato, è rppresentato dall’utilizzo del verde, sia su superfici orizzontali che verticali.

Utilizzato inizialmente in prevalenza come elemento prettamente decorativo, rappresenta oggi un’ottima soluzione ai fini della riduzione del surriscaldamento degli spazi urbani, in quanto è in grado di assorbire parte dell’energia solare diminuendo l’effetto dell’irraggiamento e di conseguenza anche della temperatura media radiante delle superfici che si ripercuote nell’intorno ambientale della parete, della copertura o del suolo.

Il ricorso a tecnologie di coperture a verde è oggi una soluzione tecnologica e formale di grande interesse in ambito architettonico.

E possibile notare come anche questa tecnologia architettonica abbia origini molto più remote rispetto a ciò che si potrebbe pensare.

Nei Paesi del nord Europa, e in particolare in Norvegia, le coperture a verde venivano impiegate nelle costruzioni rurali in quanto rappresentavano un sistema per isolare i tetti dalle rigide temperature esterne.

Tale tecnologia prevedeva che, al di sopra dell'impalcato ligneo dei tetti venisse steso del terriccio, come strato dotato di massa per isolare dal freddo, e successivamente, per fissarlo venissero posizionate delle zolle di erba.

È possibile riscontrare degli esempi di tetti giardino, appartenenti al passato, anche in ambito mediterraneo, dove le coperture a verde venivano utilizzate con scopi prettamente ornamentali all'interno dei palazzi nobiliari e delle ville urbane.

A partire dagli anni Settanta del secolo scorso, soprattutto in Germania, le coperture verdi sono state oggetto di una grande ricerca tecnologica che ha avuto come obiettivo quello di rendere questa tecnologia, derivante dalla tradizione, più sicura, leggera e industrializzabile rispetto al passato.

Di recente, grazie all’evoluzione tecnologica che ha portato alla generazione di sistemi estremamente leggeri, la copertura a verde si è vista impiegata in molti progetti di ampie dimensioni e di notevole complessità formale: importanti architetti contemporanei come Renzo Piano, Dominique Perrault, Toyo Ito e molti altri hanno utilizzato la copertura a verde come elemento strategico e fortemente connotativo del progetto.

Come è possibile notare nei progetti rappresentati in figura 10, e come anche in molti altri caratterizzati da tetti verdi praticabili, vi è una certa continuità fisica tra copertura - quindi fra edificio - e intorno urbano, la quale consente la fruizione libera della superficie da parte dei cittadini.

Interventi di questo tipo si collocano dunque al limite tra progettazione architettonica e progettazione urbana ed hanno indubbi benefici sia dal punto di vista sociale, in quanto rappresentano spazi verdi “privati” ma fruibili, sia dal punto di vista ambientale in quanto isolano l’edificio dal freddo durante l’inverno e ne evitano il surriscaldamento in estate, e sia

dal punto di vista formale, in quanto il tetto giardino rappresenta un elemento decorativo che attribuisce un plus valore al progetto.

Ancora una volta quindi, la tecnologia, unita alla tradizione e alla volontà di trovare soluzioni a problematiche di tipo ambientale, hanno condotto a uno stretto e indissolubile rapporto tra tecnica e immagine dell’ar

Relatori: Guglielmina Mutani, Alessandro Mazzotta
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: S Scienze e Scienze Applicate > SG Fisica
S Scienze e Scienze Applicate > SH Fisica tecnica
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile
Classe di laurea: NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3898
Capitoli:

Indice

Premessa metodologica

1. INTRODUZIONE

1.1 Sostenibilità, tecnologia e qualità formale

1.2 Esempi dal passato: principi fisici e tecnologie utilizzate

1.3 Sostenibilità ambientale degli ambienti urbani esterni

2. L’IMPATTO DELL’URBANIZZAZIONE SULLE CONDIZIONI CLIMATICHE LOCALI

2.1 II ruolo dei materiali

2.2 Gli elementi di controllo solare

2.3 La vegetazione

2.4 Calcolo dell’indicatore di prestazione fornito dal Protocollo Itaca

2.5 La morfologia urbana e le isole di calore

2.6 II Progetto UHI

2.6.1 II progetto pilota della città di Modena

3. IL COMFORT TERMICO

3.1 Distinzione tra comfort termico degli spazi interni e comfort termico degli spazi esterni

3.2 II comfort termico degli spazi interni

3.2.1 Indici di comfort termico che si basano su modelli stazionari

3.2.2 Indici di comfort termico che si basano su modelli adattativi

3.3 II comfort termico degli spazi esterni

3.4 Indici di comfort termico per gli spazi esterni

3.4.1 Modelli stazionari

3.4.2 Modelli adattativi

3.5 Indici di comfort termico per gli spazi esterni che si basano su modelli stazionari

3.5.1 II Predicted Mean Vote (PMV)

3.5.2 II Perceived Temperature (PT)

3.5.3 L'Effective Temperature (ET), lo Standard Effective Temperature (SET*/ l’OUT-SET)

3.5.4 II Physiological Equivalent Temperature (PET)

3.5.5 L’ Universal Thermal Climate Index (UTCI)

3.6 Indice di stress termico WBGT

3.6.1 Calcolo dell’indice WBGT

3.7 Le variabili oggettive e soggettive che determinano la Sensazione Termica (TS)

3.7.1 Variabili oggettive: i parametri ambientali

3.7.2 Fattori di comfort soggettivi

3.7.2.1 Sistemi di valutazione dei fattori di comfort soggettivi

4. METODOLOGIA DI ANALISI

4.1 Introduzione

4.1.1 II contesto climatico

4.1.2 II progetto sperimentale oggetto di analisi ed il Programma Urban Barriera

4.2 II Programma Urban Barriera

4.3 Le fasi del progetto di riqualificazione delle aree oggetto di analisi

4.3.1 Inquadramento delle aree e stato di fatto

4.3.2 La scelta del materiale

4.3.3 II progetto

4.3.4 Fasi e modalità di posa in opera

4.4 Individuazione delle aree di confronto per l’analisi del comfort termico

4.4.1 Aree di confronto per le misurazioni in assenza di radiazione solare

4.4.2 Aree di analisi per le misurazioni in presenza di radiazione solare

4.5 Analisi delle ombre mediante simulazione

4.6 Misurazioni in continuo e misurazioni spot

4.6.1 Misurazioni in continuo

4.6.1.1 Gli strumenti per le misurazioni in continuo

4.6.1.2 Misurazioni in continuo in assenza di radiazione solare

4.6.1.3 Misurazioni in continuo in presenza di radiazione solare

4.6.2 Misurazioni spot

4.6.2.1 Gli strumenti per le misurazioni spot

4.6.2.2 Modalità di rilievo delle misurazioni spot

5. ELABORAZIONE DEI DATI RILEVATI E RISULTATI

5.1 Introduzione

5.2 Taratura delle sonde

5.3 Calcolo degli indici di comfort termico e di stress termico

5.3.1 Metodologia di calcolo degli indici

5.4 Correlazioni tra indici di comfort termico e sensazione termica (TS)

5.4.1 Correlazioni tra indici e sensazione termica all’interno dell’area biostrasse

5.5 Valutazione del comfort termico

5.6 Calcolo della preferenza termica

5.7 Rilievo e analisi delle caratteristiche termo-fisiche dei materiali: albedo e emissività

5.7.1 Rilievo dell’emissività dei materiali mediante termocamera

5.7.2 Correlazione tra la temperatura superficiale misurata e le caratteristiche del materiale

5.8 Applicazione dell’indicatore di comfort termico degli spazi esterni previsto dal Protocollo ITACA

5.8.1 Metodologia di calcolo

5.8.2 Calcolo dell'indicatore ITACA

5.9 Analisi e confronto dei dati di temperatura rilevati nelle diverse aree analizzate

5.9.1 Risultati delle misurazioni effettuate in assenza di radiazione solare

5.9.2 Risultati delle misurazioni effettuate in presenza di radiazione solare

5.10 Vantaggi e criticità del materiale

6. CONCLUSIONI

Bibliografìa

ALLEGATO A_QUESTIONARIO TIPO

ALLEGATO B TABELLA VALORI MISURE SPOT

Bibliografia:

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