La U.S. Energy Information Administration (EIA) ha evidenziato che "il consumo di energia dei paesi sviluppati aumenterà del 49% tra il 2007 e il 2035".

La prospettiva a scala globale sulle tecnologie, pubblicata dal World Energy Council (WEC, 2004), dichiara che il consumo di energia mondiale è destinata a raddoppiare entro il 2030, in particolare modo è previsto un aumento significativo della dipendenza dai combustibili fossili come il carbone, il petrolio, e il gas naturale.

Questo desta enormi preoccupazioni sull'innalzamento del surriscaldamento globale.

La ventunesima Conferenza delle parti (Cop 21) si appresta dunque in questi giorni ad affrontare il tema del cambiamento del clima. Un nuovo rapporto di Oxfam lancia infatti l'allarme sugli enormi costi per i Paesi in via di sviluppo, con un aumento medio delle temperature previste di 3°C. Per l'esattezza se non verranno mantenuti gli impegni sul taglio delle emissioni in atmosfera sarà di 790 miliardi di dollari il costo che i Paesi in via di sviluppo dovranno sostenere per adattarsi agli effetti di un clima sempre più fuori controllo di qui al 2050.

Come ribadiva un filosofo spagnolo:

"lo sono me più il mio ambiente e se non preservo quest'ultimo non preservo me stesso. "

José Ortega Y Gasset

La citazione presuppone la tutela dell'ecosistema per la salvaguardia del genere umano e di tutti i suoi prossimi correggendo gli errori compiuti dai nostri predecessori.

Proprio partendo da questo bisogno, la seguente tesi si pone l'obiettivo di analizzare, testare e progettare l'efficacia del sistema di raffrescamento in edifici esistenti come tecnologia innovativa e sostenibile in grado di contrastare al surriscaldamento globale sopra enunciato.

Il settore delle costruzioni, di cui sono compresi sia gli edifici residenziali sia commerciali, rappresenta la più grande fonte di consumo energetico, questi infatti consumano più del 40% del quantitativo totale di energia nel mondo (WEC, 2004) e, di una quota di poco inferiore, delle emissioni di gas serra climaIteranti.

È dunque necessario un nuovo linguaggio architettonico, che annoveri nel proprio dizionario: il risparmio energetico, l'uso di materiali ecosostenibili e soprattutto l'utilizzo di fonti di energia rinnovabile.

È fondamentale incentivare l'utilizzo di tecnologie rinnovabili che contribuiscano alla riduzione del consumo energetico globale partendo I dalla diminuzione di domanda di energia elettrica.

La stessa Direttiva Europea 2002/91/CE "Sul rendimento energetico nell'edilizia" cita la rapida crescita dei sistemi di condizionamento estivo dell'aria come elemento di stress per i sistemi elettrici dei Paesi Europei: "questo crea considerevoli problemi nei periodi di picco della domanda di energia elettrica, aumentandone il costo e sconvolgendo il bilancio energetico in questi Paesi. Occorre dare priorità a strategie che migliorino le prestazioni termiche degli edifici durante il periodo estivo. A questo scopo è auspicabile un ulteriore sviluppo delle tecniche dii raffrescamelo passivo, in particolare quelle che migliorano le condizioni I di comfort interno e il microclima attorno agli edifici".

A questo proposito fanno testo le tecnologie alternative che consentono all'edificio di raggiungere un alto rendimento con un basso consumo al fine di affrontare i problemi energetici del mondo. 

La richiesta di utilizzo dell'aria condizionata negli edifici causata dalle alte temperature registrate negli ultimi anni è aumentata radicalmente su tutto il globo causando così di logica un aumento del consumo energetico con un notevole impatto ambientale, tutto questo nonostante la ricerca abbia trovato soluzioni in parte e siano stati realizzati miglioramenti sostanziali in termini di efficienza su questi impianti.

Di conseguenza, l'aumento dei costi energetici e un crescente desiderio obbligato di ridurre le emissioni di anidride carbonica ha portato ad una focalizzazione sulle fonti energetiche rinnovabili e sulle tecnologie innovative.

L'impiego delle tecnologie di raffresca mento passivo negli edifici aumenta la sostenibilità degli stessi, ottenendo vantaggi economici e ambientali garantendo comunque le condizioni di comfort necessarie.

Con l'attuazione di un sistema di raffrescamento evaporativo si prevede di raggiungere un significativo risparmio energetico, se confrontato tra le molteplici tecnologie passive. Si tratta di uno dei più antichi mezzi di raffresca mento nella civiltà, comunemente usata per il raffresca mento degli edifici nelle regioni calde e aride in quanto richiede meno costi ed energia e impiego di risorse rispetto a molte altre applicazioni.

Esistono diverse tipologie che utilizzano tale tecnica. Di conseguenza le sue applicazioni si sono rivelate come valida alternativa al raffreddamento meccanico tradizionale, raggiungendo nella maggior parte dei casi l'obiettivo primario di creare un sistema a basso consumo e un notevole miglioramento dell'ambiente interno.

Tuttavia il principale inconveniente dei sistemi PDEC riguarda la loro non verificata efficacia in climi diversi da quelli caldi e aridi in quanto fino ad oggi le applicazioni testate si sono limitate a tali condizioni atmosferiche. Gli studi effettuati in passato e i dati sperimentali in letteratura non forniscono informazioni sufficienti per sostenere fino in fondo le potenzialità di questa tecnologia in zone temperate.

Questo studio mira quindi a comprendere i fondamentali processi di raffreddamento evaporativo all'interno dei sistemi PDEC e a valutarne le potenzialità nel contesto Torinese mediante l'applicazione sperimentale! nel Laboratorio LaSTIn del DAD di un prototipo di torretta a flusso! discendente creato tramite l'evaporazione dell'acqua nebulizzata da un ugello.

La tesi intende sottolineare le potenzialità di tale sistema in un ambiente diverso da quello in cui solito essere applicato e si pone come obiettivo basilare lo studio e la definizione di strategie progettuali e tecnologiche per l'affermazione a larga scala di pratiche architettoniche ecocompatibili riguardo al raffrescamento passivo con sistema PDEC (Passive Downdraught Evaporative Cooling) in grado di sostituirsi agli energivori condizionatori d'aria.

L'elaborato si compone di tre parti, di cui ciascuna è la naturale prosecuzione della precedente:

1 La prima parte comprende lo studio teorico basato dall'emergenza energetica mondiale con particolare riguardo aliai situazione della climatizzazione estiva.

Si passa poi all'approfondimento del concetto generale dii raffrescamento passivo, evidenziando la tecnica evaporativa coni le relative tipologie, le classificazioni geometriche e la loro I integrazione architettonica nel contesto residenziale.

Di seguito si espongono 3 casi studio significativi essenziali per la I completa stesura della tesi:

-Progetto di ricerca Joule III;

-Evapcool in appartamenti a Siviglia;

-Nottingham House.

Per ultimo, a conclusione della parte analitica, sono classificate lei tipologie edilizie residenziali ramificate nel tessuto torinese, coni la catalogazione di tutte le possibili applicazioni del PDEC ini ciascuna varietà edilizia.

2 La seconda parte è di matrice rigorosamente tecnica, in cui viene I descritto il prototipo sperimentale realizzato nel periodo a cavallo tra Luglio e Agosto 2015 presso il "Laboratorio di Sistemi 

Tecnologici Innovativi LaSTIn" (DAD, Politecnico di Torino) su cui sono state svolte le misurazioni, e raccolti i dati, relativamente al funzionamento di una torretta evaporativa a caduta d'aria (PDEC) posta nelle rea li condizioni del contesto climatico Torinese per un totale di 5 giorni.

Successivamente, i dati raccolti sono stati analizzati e inseriti nel Diagramma Bioclimatico di Givoni per lo studio sulle condizioni di comfort termoigrometrico.

3 L'ultima parte analizza e elabora la possibile integrazione del sistema di raffrescamento PDEC preso in esame all'interno di un complesso residenziale esistente, sito nel comune di Beinasco (Torino).

Per prima cosa viene descritto il progetto mediante una preliminare analisi di sito, e una successiva analisi dell'edificio, in cui si evidenziano i caratteri tipologici e morfologici del la struttura e le tecnologie innovative adoperate dal progettista.

Di conseguenza, in base ai dati sperimentali e alla valutazione delle prestazioni che sono state precedentemente svolte, si è passato al calcolo della portata d'aria per il raffrescamento di due tipologie di alloggi e i relativi apporti di calore. I molteplici valori richiesti sono serviti per il calcolo del dimensionamento della sezione del condotto e delle aperture di ventilazione.

Per ultimo, si è progettato il sistema PDEC integrato con il complesso residenziale, concepito come rivestimento dell'impianto in grado di inserirsi armonicamente con il progetto architettonico dell'edificio e rappresentare un elemento caratterizzante di integrazione della componente tecnologica applicata.

Infine, vengono analizzati vantaggi tecnici e economici su questo tema, utile per far progredire ulteriormente questi sistemi in uno studio futuro più approfondito.

1.2.1 EMISSIONI IN EUROPA DEI GAS REFRIGERANTI IN ATMOSFERA

2. RAFFRESCAMENTO PASSIVO

2.1 CONTROLLO TERMICO

2.2 MODULAZIONE DEI GUADAGNI TERMICI

2.3 DISSIPAZIONE VERSO POZZI TERMICI

2.3.1 RAFFRESCAMENTO GEOTERMICO

2.3.2 RAFFRESCAMENTO RADIATIVO

2.3.3 RAFFRESCAMENTO MICROCLIMATICO

2.3.4 RAFFRESCAMENTO EVAPORATIVO

2.4 ULTERIORI PARAMETRI DI CLASSIFICAZIONE

2.4.1 TECNICA DI VENTILAZIONE

2.4.2 SISTEMA DI DISTRIBUZIONE DELL'ARIA

3. RAFFRESCAMENTO EVAPORATIVO PDEC

3.1 SISTEMI PDEC

3.1.1 TORRE WETPAD CON PANNELLI SATURI D'ACQUA

3.1.2 TORRE CON GETTO A DOCCIA

3.1.3 SISTEMA A PANNELLI DI CERAMICA POROSA

3.1.4 TORRE A GETTO NEBULIZZATO

3.2 CLASSIFICAZIONE MORFOLOGICA

3.2.1 ATRIO CENTRALE (APERTO)

3.2.2 VANO CENTRALE (CHIUSO)

3.2.3 LA TORRE PERIMETRALE (ATTACCATA)

3.2.4 LA TORRE PERIMETRALE (DISTACCATA)

4. INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA

4.1 INTERVENTI MINORI

4.2 INTERVENTI INTERMEDI

4.3 INTERVENTI MAGGIORI

5. ANALISI DI 3 CASI SIGNIFICATIVI

5.1 PROGETTO DI RICERCA JOULE III

5.2 EVAPCOOL IN APPARTAMENTI A SIVIGLIA

6. ANALISI DEGLI EDIFICI RESIDENZIALI

6.1.1 EDIFICI ISOLATI

6.1.2 EDIFICI A SCHIERA

6.1.3 EDIFICI A CORTE

6.1.4 EDIFICI A TORRE

6.1.5 EDIFICI IN LINEA (A BALLATOIO)

6.2 TABELLA TIPOLOGICA

PARTE 2 - SPERIMENTAZIONE E ANALISI DEI DATI

7. APPLICABILITA DEL PDEC SULLA BASE DEI DATI CLIMATICI

7.1 CONTESTO EUROPEO

7.2 CONTESTO ITALIANO

7.3 CONTESTO TORINESE

8. IL SISTEMA SPERIMENTALE

8.1 DESCRIZIONE DELL'IMPIANTO PDEC

8.2 STRUMENTAZIONE

9. ANALISI DEI DATI

9.1 PRIMO GIORNO 30 luglio 2015

9.2 SECONDO GIORNO 31 luglio 2015

9.3 TERZO GIORNO 5 agosto 2015

9.4 QUARTO GIORNO 6 agosto 2015

9.5 QUINTO GIORNO 7 agosto 2015

10. CONSIDERAZIONI FINALI

10.1 COMFORT TERMOIGROMETRICO

10.1.1 APPLICAZIONE DEL METODO GIVONI

PARTE 3 - IL PROGETTO

11. DESCRIZIONE DI PROGETTO

11.1 ANALISI DI SITO

11.2 ANALISI DELL'EDIFICIO

12. METODI UTILIZZATI PER DIMENSIONARE IL VANO PDEC IN PROGETTO

12.1 CALCOLO DELLA PORTATA DARIA PER IL RAFFRESCAMENTO

12.2 APPORTI DI CALORE ALL'INTERNO DELLO SPAZIO

12.2.1 APPORTI LEGATI ALLA RADIAZIONE SOLARE

12.2.2 APPORTI INTERNI

12.3 TEMPERATURE DEL CLIMA ESTIVO TORINESE

12.4 PREDIMENSIONAMENTO DELLA SEZIONE DEL CONDOTTO E DELLE APERTURE DI VENTILAZIONE

12.5 CALCOLO DELLA PORTATA D'ARIA PER L'EFFETTO CAMINO NOTTURNO

13. DIMENSIONAMENTO DELLA TORRETTA

13.1 APPARTAMENTO TIPO 1

13.1.1 APPORTI SOLARI TIPICI DELL'UNITÀ 1

13.1.2 PORTATA D'ARIA PER IL RAFFRESCAMENTO DELL'UNITÀ 1

13.1.3 PREDIMENSIONAMENTO DI VANO E APERTURE

13.1.4 PORTATA D'ARIA PER EFFETTO CAMINO E RAFFRESCAMENTO NOTTURNO

13.2 APPARTAMENTO TIPO 2

13.2.1 APPORTI SOLARI TIPICI DELL'UNITÀ 2

13.2.2 PORTATA D'ARIA PER IL RAFFRESCAMENTO DELL'UNITÀ 2

13.2.3 PREDIMENSIONAMENTO DI VANO E APERTURE

13.2.4 PORTATA D'ARIA PER EFFETTO CAMINO E RAFFRESCAMENTO NOTTURNO

14. IPOTESI DI COMFORT ALL'INTERNO DEGLI APPARTAMENTI

15. SISTEMA PDEC UTILIZZATO

15.1 STRUTTURA DEL SISTEMA DI RAFFRESCAMENTO

15.2 INTEGRAZIONE NEL COMPLESSO RESIDENZIALE

16. ANALISI ENERGO-ECONOMICA

CONCLUSIONI

BIBLIOGRAFIA

ARTICOLI

TESI

ALLEGATI

ALLEGATO 1 - PIANTE

ALLEGATO 2 - PROSPETTI

ALLEGATO 3 - DETTAGLI COSTRUTTIVI

ALLEGATO 4- FOTOINSERIMENTI

SCHEDE TECNICHE

5. Cook J., (2000), Passive cooling, The MIT Press, Cambridge.

6. Cook M.J., Robinson D., Lomas K. & Bowman N.T., (2001), Passive Downdraught Evaporative Cooling - II. Airflow Modelling, Indoor and Built Environment, in Press.

7. Cunningham W.A. & Thompson T.L., (1989), Passive Cooling with Natural Draft Cooling Towers in combination with Solar Chimney, Proceedings PLEA, Hungary.

8. ENEA, (2013), Rapporto Energia Ambiente: Scenari e strategie, Edizioni ENEA, Roma.

9. ENEA, (2013), Rapporto Annuale Efficienza Energetica, Edizioni ENEA, Roma.

10. Ford B., et. al., (1998), Cooling without air conditionin. The Torrent Research Centre, Renewable energy Volume 15, Ahmedabad, India.

11. Ford B., Schiano-Phan R. & Francis E., (2010), The architecture and engineering of Downdraught Cooling: A design sourcebook, PHDC Press, London (UK).

12. Givoni B., (1994), Passive and Low Energy Cooling of Buildings, John Wiley & Sons, New York.

13. Grosso M., (1997), Il raffrescamene passivo degli edifici: concetti, precedenti architettonici, criteri progettuali, metodi di calcolo e casi studio, Maggioli Editore, Rimini.

14. Grosso M., (2011), Il raffrescamento passivo degli edifici in zone a clima temperato, Maggioli Editore, Santarcangelo di Romagna (RN).

15. Holm D., (1996), Manual for Energy Conscious Design, Department Minerals and Energy, Pretoria.

16. Lechner N., (1991), Heating, cooling, lighting: design methods for architects, John Wiley & Sons, New York.

17. MAP, (2005), Scenario tendenziale dei consumi e del fabbisogno al 2020, Roma.

18. Masotti C., (2012), Comfort estivo e risparmio energetico in architettura, Maggioli Editore, Santarcangelo di Romagna (RN).

19. Neufert E., (2013), Enciclopedia pratica per progettare e costruire (nona edizione). Editore HOEPLI, Italia.

20. Olgyay V., (1990), Progettare con il clima, Franco Muzio Editore, Padova.

21. Robinson D., Cook M.J., Lomas K.J. & Bowman N.T., (1999), The design and control of buildings with passive downdraught evaporative cooling, Proceedings PLEA, Brisbane.

22. Terna Rete Italia, (2013), Previsioni della domanda elettrica in Italia e del fabbisogno di potenza necessario, anni 2013-2013, Roma.

23. Torcellini P., et al., (2005), Evaluation of the low-energy design and energy performances of the Zion National Park visitor centre, Golden, Colorado: National Reneable Energy Laboratory.

24. Trivelli A., (2011), Edilizia Residenziale Innovativa Progettare l'Housing contemporaneo, Maggioli Editore, Santarcangelo di Romagna (RN).

25. Voerzio M., (2005), Architettura bioclimatica integrata: dai principi teorici al progetto applicativo: la Casa Matriz Consalud di Santiago del Cile, Celid, Torino.

26. Yoklic M.R. & Thompson T.L., (2004), Cooltowers, Passive Cooling and the Case for Integrated Design, American Solar Energy Society meeting, Portland Oregon.

ARTICOLI

1. Chiesa G., Grosso M., (2015), Direct evaporative passive cooling of building. A comparison amid simplified simulation models based on experimental data, Building and Environment, Vol. 94, pp. 263-272.

2. Chiesa G., Grosso M., (2015), Edifici scolastici sostenibili, progetto-gestione-monitoraggio: risultati e criticità. Il caso studio della Scuola Media "L. Orsini", Imola, TECHNE, Voi. 09, pp. 247- 255.

3. Chiesa G., Grosso M., (2015), The influence of different hourly typical meteorological years on dynamic simulation of buildings, Energy Procedia, in press.

4. Chiesa G., Grosso M., (2015), Geo-climatic applicability of natural ventilative cooling in the Mediterranean area, Energy and Buildings, Vol. 107, pp. 376-391.

5. Chiesa G., (2015), Paradigmi, tecnologie ed ere digitali: il dato come parametro di innovazione in architettura e urbanistica, Accademia University Press, Torino.

6. Chiesa G., Simonetti M. & Grosso M. (2014), A 3-field earth-heat- exchange system for a school building in Imola, Italy: Monitoring results, Renewable Energy, Vol. 62, pp. 563-570.

7. Chiesa G., De Paoli O., (2014), Modeling for project design: instruments for sustainable and integrated design, SMC Magazine- Sustainable Mediterranean Construction, Land culture research and technology, No. 1, pp. 115-119.

8. Chiesa G.( (2014), Data, BigData and smart cities. Considerations and case study on environmental monitoring, Techné, Firenze University Press, No. 08, pp. 81-89.

9. Chiesa G., Acquiletti F., Grosso M., (2015), Geo-climatic applicability of direct evaporative cooling in Italy, Proceedings of the Med Green Forum 2015, 26-28 August, Firenze, pp. 7.

10. Chung T.W., Yan W.J. Shyu R.J. & Lu S.M., (1994), Development and experimental validation of two novel solar desiccant- dehumidification-regeneration system, Thermofluid Technology Division, Energy & Resources Laboratories, Industrial Technology Research Institute, No 64, pp. 751-757.

11. Qi X., Liu Z.( & Li D., (2007), Performance characteristics of a shower cooling tower, Energy Convers. Manag., Vol. 48, pp. 193- 203.

12. Etzion Y., et al., (1996) Refining the use of evaporation in an experimental down-draft cool tower, Energy and Buildings, Vol. 23, No 3, pp. 191-197.

13. Farmahini-Farahani M., Delfani S., Esmaeelian J., (2012), Energy analysis of evaporative cooling to select the optimum system in diverse climates, Energy, Vol. 40, pp. 250-257.

14. Ford B., Diaz C. & Hewitt M., (2000), Passive Downdraught cooling: Architectural integration in Seville, Architecture, city, environment, Proceedings of PLEA 2000, pp. 83-87.

15. Ford B., Wilson R., Gillott M., Ibraheem O., Salmeron J. & Jose Sanchez F., (2012), Passive downdraught evaporative cooling: performance in a prototype house, Building Research & Information, Vol. 40, No 3.

16. Gokarakonda S. & Kokogiannakis G., (2014), Integrated dehumidification and downdraft evaporative cooling system fora hot-humid climate, Ahmedabad, India: CEPT University Press, 30th International PLEA Conference, pp. 1-8.

17. Grosso M., Simonetti M. & Chiesa G., (2014), PR.I.M.E3: Sottosistema Ventilazione Naturale e Raffrescamento Passivo, Politecnico di Torino, Porto Institutional Repository.

18. Pfafferott J., (2003), Evaluation of three earth-to-air exchangers with a standardised method to calculate energy efficiency criteria, Energy and Buildings, No 35, pp. 971-983.

19. Pout C. & Hitchin E.R., (2009), Future environmental impacts of room air conditioners in Europe, Building Research and Information, Vol. 37, No 4, pp. 358-368.

20. Salmeron J.M., Alvarez S., Sanchez J., Ford B. & Gillot M., (2012), Analysis of a PHDC (passive and hybrid downdraft cooling) experimental facilioty in Seville and applicability to the Madrid climate, International Journal of Ventilation, Vol. 10, No. 4, pp. 391-404.

21. Salmeron J.M., et al., (2012), Climatic applicability of downdraught pp. 193- cooling in Europe, Architectural Science Review, Vol. 55, No 4, pp. 259-272.

22. Schiano-Phan R., (2010) Environmental retrofit: building integrated cooling in housing, Architectural Research Quarterly, Vol. 14, No pp. 139-151.

23. Schiano-Phan R., (2003), Raffrescamento evaporative tramite evaporatori porosi, The Plan 004.

24. Stull R., (2011), Wet-Bulb Temperature from Relative Humidity and Air Temperature, Journal of applied meteorology and climatology, Vol. 50, pp. 2267-2269.

25. Tabler T., (2013), Evaporative Cooling Systems: How and why They Work, Mississippi State University Extension Service, No 2774.

26. Xhuan H., Ford B., (2012), Climate Applicability of downdraught cooling in China, Architectural Science Review, Vol. 55, No 4, pp. 273-286.

TESI

1. Acquiletti F., (2014), Il raffrescamento evaporativo passivo: applicabilità climatica e integrazione architettonica, Relatore Grosso M., Correlatori Simonetti M., Chiesa G., Politecnico di Torino, Dipartimento di Architettura per il Progetto Sostenibile, Febbraio, 2014.

2. Chiesa G., (2014), M.E.T.R.O. Monitoring Energy and Technological Real time data for Optimization - Innovative responsive conception for cityfutures, PhD Thesis, Politecnico di Torino, Dipartimento di Architettura e Design, Marzo 21, 2014.