Architettura bioclimatica

1) Introduzione: cosa si intende per bio-architettura

La bio-architettura o architettura bioclimatica privilegia l’utilizzo di materiali e tecniche che permettono il risparmio energetico e che non inquinano e non danneggiano la salute dell’uomo. La bioarchitettura infatti è un concetto legato alla consapevolezza che i processi tecnologici hanno un limite e non si potrà sfruttare all’infinito l’ambiente, poiché le risorse del territorio non sono inesauribili.

La bioarchitettura nasce in Germania verso le fine degli anni Settanta, dopo la crisi energetica mondiale del 1973. Il vasto mondo della produzione edilizia, e non solo, comincia a tenere in considerazione alcuni accorgimenti, usati fin dal passato e andati in disuso, come soluzioni per la ventilazione, l’ombreggiamento, il raffrescamento, l’isolamento termico, la riduzione di dispersioni termiche, l’illuminamento naturale, ecc.

La bioarchitettura ha come obiettivo quello di progettare in maniera sostenibile, sperimentando nuovi sistemi, come l’impiego di energia solare nelle abitazioni, e utilizzando materiali che tendono a limitare l’impatto ambientale, come il legno, la pietra, il gesso, o comunque prodotti naturali anziché di origine chimica.

Durante la progettazione di un edificio bioclimatico si deve tenere conto di alcune considerazioni:

• il risparmio energetico deve essere non rinnovabile, diminuendo l’immissione nell’ambiente di inquinanti, le emissioni di gas serra. Tutto questo può avvenire con la coibentazione delle murature: in questo modo l’edificio può acquistare calore durante l’inverno tramite vetrate esterne, mentre nella stagione estiva deve presentare una climatizzazione naturale grazie infatti all’isolamento stesso dell’edificio;
• si deve cercare di risparmiare acqua potabile, creando una rete idrica doppia: una alimentata dall’acquedotto cittadino, e una alimentata dall’acqua piovana, che viene raccolta e depurata;
• migliorare il comfort all’interno degli ambienti riducendo l’inquinamento;
• sono da preferire materiali riciclabili, che richiedono poca energia durante la produzione, ed ecologici in fase di lavorazione; si deve optare quindi per quei materiali da costruzione alternativi e biocompatibili, prima di scegliere materiali facilmente reperibili sul mercato.

2) Caratteristiche di un progetto di bioarchitettura

Con architettura bioclimatica e bioarchitettura si intendono i metodi di progettazione architettonica che cercano di minimizzare gli sprechi energetici dell’ambiente tramite l’utilizzo di tecnologie specifiche e particolari che favoriscono il comfort umano.

I principi bioclimatici sono gli stessi metodi costruttivi che venivano impiegati nel passato, quando venivano usato le poche risorse energetiche e tecnologiche che erano a disposizione. Tutto ciò è cambiato durante il periodo dell’industrializzazione, quando cominciano a essere usati metodi più moderni; ma tutti questi cambiamenti portano alla costruzione di edifici di qualità molto scarsa, per poter accontentare tutte le richieste abitative, con conseguenti problemi di conservazione e manutenzione degli stessi, portando così al danno di inquinamento ambientale.
Oggi i problemi da considerare per le nuove costruzioni sono legati al risparmio energetico, al risparmio dei costi di manutenzione degli edifici, alla minimizzazione delle risorse inquinanti, ai buoni livelli di comfort richiesti per una qualità abitativa migliore, all’aumento di fonti rinnovabili.

I principi dell’architettura bioclimatica

Costruire seguendo i principi dell’architettura bioclimatica vuol dire:

• usare la bioedilizia;
• creare un ambiente climatico ideale all’interno dell’edificio;
• ridurre l’inquinamento interno;
• controllare l’uso di acqua potabile ed evitarne il suo spreco;
• controllare la qualità dell’aria;
• usare tecnologie che sfruttino energie rinnovabili e a basso impatto ambientale.

Costruire secondo le tecniche della bioedilizia vuol dire edificare utilizzando metodi costruttivi antichi, utilizzando allo stesso tempo tecniche moderne, usare materiali naturali, costruire fabbricati che permettano isolamento termico e conduzione del calore, che possano quindi “respirare” trattenendo calore ma evitando l’umidità.
Per favorire un buon microclima all’interno di un ambiente devono essere usate tecniche di riscaldamento che consentano un grado di irraggiamento regolare e una bassa convezione del calore; le temperature devono essere mantenute alte sulle superfici radianti e basse nell’ambiente per garantire un livello di umidità accettabile.

Per ridurre i consumi di acqua potabile si può ricorrere a diversi sistemi:

• l’uso e l’accumulo dell’acqua piovana in appositi contenitori e depositi, che verrà poi depurata per poterla usare in ambiente domestico;
• la realizzazione di percorsi quali piccoli ruscelli e laghetti, dove si può ottenere un ambiente umidificato in maniera naturale grazie all’evaporazione dell’acqua stessa.

Per controllare la qualità dell’aria si deve prestare attenzione ai metodi di distribuzione dell’aria stessa considerando particolari e specifici sistemi , alla ventilazione degli spazi ampi, al benessere termo-igrometrico dell’edificio.
Per sfruttare al meglio l’irraggiamento solare è necessario progettare gli edifici in maniera tale da garantire un buon orientamento, con balconi e finestre orientati prevalentemente verso sud per accumulare calore, utilizzando tecniche che prevedano uno sfruttamento passivo dell’energia solare.

Un altro punto fondamentale è l’uso di energie rinnovabili, ossia: impiego di energia solare termica, per produrre acqua calda sanitaria, energia solare fotovoltaica, per produrre energia elettrica ed energia eolica, che viene trasformata in energia meccanica attraverso aerogeneratori.

3) Principi per una buona progettazione

3.1  Esposizione e soleggiamento

Una corretta distribuzione degli spazi interni è necessaria per poter sfruttare al massimo l’energia solare diurna e per le attività che vengono svolte quotidianamente all’interno degli edifici. Solitamente la zona giorno, nella quale si passa la maggior parte del proprio tempo, viene esposta sud-est e verso sud-ovest, poiché questi sono i lati più soleggiati; la zona notte invece può essere orientata preferibilmente verso nord-ovest e verso nord-est, dove arriva meno irraggiamento solare, così come le zone di passaggio e i corridoi. Per evitare che i locali esposti ad est e a sud abbiano un surriscaldamento, si può ricorrere ad protezioni e a schermature solari, che possono essere fisse o mobili quindi orientabili.

Le facciate orientate a sud-est e sud-ovest hanno una piccola variazione di intensità di energia solare nell’arco della giornata per cui l’irraggiamento è continuo anche durante tutto l’anno. Le facciate esposte solo verso sud risultano essere fresche in estate e calde nella stagione invernale. Le facciate ad est e ad ovest sono fredde in inverno e calde in estate, quindi variano molto durante l’anno.

3.2  L’illuminazione

La luce diurna, da cui dipende l’illuminazione naturale, è da considerare legata alle caratteristiche della sorgente luminosa, ossia la volta celeste, in funzione della sua latitudine, del giorno e dell’ora, e delle condizioni atmosferiche. Considerata questa premessa non è possibile prevedere con estrema precisione l’illuminamento all’interno di un locale in un momento della giornata. Si fa riferimento al “fattore di luce diurna” per misurare la qualità dell’ambiente dal punto di vista dell’illuminazione, che ci fornisce la percentuale di luce naturale all’interno di un ambiente, ma effettivamente non ci indica dei dati sicuri sul reale illuminamento; questo fattore non dipende dall’illuminazione esterna, poiché si riferisce alle condizioni atmosferiche della volta celeste escluso il contributo della radiazione diretta. Il fattore di luce diurna viene usato durante la progettazione per calcolare dimensioni di aperture trasparenti, proprietà dei materiali di tali aperture, caratteristiche di riflessione di pavimenti, pareti e soffitti.

L’illuminazione naturale risulta essere fondamentale poiché influenza il comfort domestico e ambientale e costituisce un elemento essenziale per la progettazione bioclimatica. Infatti un ambiente riceve luce solare diretta, luce da cielo chiaro e luce diffusa. Naturalmente le aperture devono essere poste in punti strategici per poter sfruttare al meglio il flusso luminoso  e deve essere garantita una distribuzione uniforme, affinché ci sia una corretta proporzione tra luci e ombre.

L’illuminazione artificiale risulta allo stesso tempo molto importante. Vengono considerati  tre tipi:

• diretta: la luce illumina direttamente gli oggetti interessati;
• indiretta: la luce viene indirizzata verso il soffitto tramite schermi e quindi inviata nuovamente nell’ambiente per diffusione;
• semidiretta: ha caratteristiche comuni sia con la luce diretta che indiretta.

3.3  Isolamento termico

È necessario garantire all’interno di un ambiente un benessere termico adeguato e ciò dipende dalle condizioni microclimatiche presenti in maniera naturale o artificiale, quindi: -la temperatura; – il grado igrometrico; – la temperatura radiante media delle superfici; – il movimento dell’aria. Questi parametri devono essere mantenuti su appositi livelli affinché all’interno del corpo umano venga conservato un equilibrio termico.

Prima di tutto gli elementi costruttivi dell’edificio devono assicurare il benessere termico ideale, attraverso la disposizione e l’orientamento adeguati, come già accennato precedentemente. Tutto ciò deve essere integrato con appositi impianti e rivestono un ruolo fondamentale anche i materiali che vengono adottati, preferibilmente bioclimatici e in conformità con le moderne tecniche costruttive bioedili. Grazie ai continui miglioramenti delle qualità termiche è possibile avere anche un vantaggio di tipo economico, con una riduzione del consumo di energia fino al 30% per il riscaldamento e raffrescamento. 

3.4  Isolamento acustico

Le fonti di rumore possono essere dovute al traffico veicolare, aereo, ferroviario, a impianti e apparecchi esterni o interni all’edificio. Il rumore urbano è causa di un notevole disturbo all’interno delle mura domestiche, e devono essere ridotti. Considerando il punto di vista bioclimatico i parametri del suono e del rumore che adottano importanza fondamentale sono l’intensità acustica e lo spettro di frequenza.

Un’onda sonora, quando incontra un ostacolo, come ad esempio una parete, viene in parte riflessa, in parte assorbita e in parte viene trasmessa poiché riesce a superare l’impedimento; la trasmissione può avvenire per diaframma, cioè quando il suono entra come vibrazione della parete stessa, per diffrazione dell’onda tramite fessure dei materiali edili, e semplicemente attraverso la propagazione della parete.

4) I materiali usati nella bioedilizia

Nella bioedilizia è preferibile utilizzare materiali a bassa emissione; naturalmente devono essere considerati anche altri aspetti, tra cui le tecniche di posa, i processi di finitura e manutenzione dei materiali stessi. Devono essere presi in considerazioni entrambi questi elementi, poiché spesso capita che le cause inquinanti sono dovute più che altro alla scorretta posa e ad un impiego non idoneo del materiale bioedile.

Inoltre è fondamentale valutare anche l’età dell’edificio, dato che più una costruzione è vecchia, più dovranno essere utilizzati contaminanti biologici.
Quindi prima dell’intervento il progettista dovrà stimare le condizioni dei prodotti prima della realizzazione e richiedere la loro certificazione qualitativa.
Purtroppo i tradizionali materiali da costruzione sono utilizzati nell’edilizia non più del 20%, mentre per il resto vengono adoperati prodotti artificiali, economici ma meno sostenibili.

I prodotti di origine minerale come il laterizio, le ceramiche, le pietre e il gesso non sono inquinanti e mantengono con il passare del tempo le loro qualità.
I materiali naturali e di recupero, che sono disponibili sul luogo di intervento sono da preferire, poiché in questo modo vengono anche limitati gli sprechi e i trasporti; inoltre possono essere riciclati e quindi riutilizzati facilmente.

Cerchiamo di distinguere un materiale naturale da uno sostenibile. Ci sono materiali che, anche se ne derivano da altri naturali, finiscono per essere lavorati con sostanze inquinanti, perdendo quindi le loro qualità naturali. Un materiale sostenibile compromette pochissimo l’ambiente circostante nell’arco del suo ciclo vitale; un materiale risulta essere tanto più sostenibile quanto minore è il suo spreco energetico, a partire dalle fasi di estrazione, lavorazione imballaggio, trasporto, fino all’uso, al consumo e al suo smaltimento.

Nel 1989 la Comunità Europea emise la direttiva n°106 che elenca i requisiti dei materiali da costruzione affinché possano circolare liberamente in Europa. Uno dei requisiti fondamentali è chiamato “igiene, salute e ambiente”: l’edificio non deve causare nessun danno alla salute in generale e non deve provocare gas tossici ed emissioni di radiazioni pericolose o inquinamento.

I materiali vengono suddivisi principalmente in tre gruppi: minerali, vegetali e chimici.
Al primo gruppo appartengono i materiali silicei, come il vetro, la sabbia, la ghiaia, i ciottoli, il granito , il grès, le argille, il marmo e le rocce saline dalle quali è ottenuto il gesso; ci sono poi anche i minerali come il ferro, la ghisa, l’acciaio, lo zinco, l’ alluminio, il rame e il piombo.
Fanno parte del gruppo dei materiali vegetali il legno, gli oli e le varie canne usate in edilizia.
Ai materiali chimici appartengono le vernici, il Pvc, i poliesteri, le resine e gli isolanti sintetici.
Dal punto di vista ecologico, il laterizio è sicuramente il materiale più naturale, seguito da legno e cemento.

5) Gli impianti bioclimatici

Per far si che la bio-architettura contribuisca al miglioramento qualitativa della nostra vita all’interno degli edifici bisogna considerare anche l’aspetto climatico abitativo.
L’ambiente nel quale viviamo cambia a seconda della temperatura, della velocità dell’aria,  della composizione chimica dell’aria ecc..

E’ necessario che si trovi un equilibrio tra questi fattori per consentire un eccellente comfort abitativo. Contribuiscono quindi anche gli impianti, che consentono la variazione del clima all’interno di un edificio.
Vengono preferiti impianti idrosanitari ed elettrici semplici, per ridurre al minimo gli sprechi di energia. Per quanto riguarda gli impianti termici sono da preferirsi quelli che diffondono il calore per irraggiamento e non per conduzione o convezione per minimizzare eventuali movimenti dell’aria, con polveri inquinanti.
Vediamo ora quali impianti vengono impiegati nelle costruzioni bioedili.

5.1 Impianto termico

Per l’impianto termico è preferibile usare macchinari con un funzionamento a irraggiamento diretto e indotto; questo avviene tramite alcuni sistemi:

• impianto a radiatori, con caldaia e radiatori, meglio se funzionanti con combustibili a gas come il metano;
• impianto a “battiscopa”: è uguale a quello a radiatori, l’unica differenza consiste nei corpi
• scaldanti, che risultano essere nastriformi e posizionati in corrispondenza dei battiscopa. Il calore è trasmesso alle pareti, che a loro volta lo ridistribuiscono per irraggiamento all’ambiente circostante;
• stufe a grande inerzia termica non sono dei veri e propri impianti termici, poiché sono composte da pietre di materiale refrattario e funzionano per irraggiamento; solitamente non sono in grado di riscaldare grandi ambienti, ma riescono a portare calore solo in alcune stanze;
• impianto a pareti perimetrali calde ha funzionamento solo radiante. Il calore viene diffuso dall’interno dei muri, dove circola acqua calda o aria calda;
• impianto a corpo centrale caldo è formato da un macchinario scaldante, situato al centro dell’edificio, e si può sviluppare anche su diversi piani. La fonte di calore è costituita da  un focolare o da un locale sauna locato al piano più basso della costruzione; da questo vano il calore si diffonde per irraggiamento verso tutte le altre stanze.

5.2 Impianto elettrico

L’impianto elettrico deve funzionare in maniera adeguata senza creare disagi di natura elettromagnetica.
Affinché ci siano le condizioni adatte per una corretta progettazione bioedile, si consiglia di:

• realizzare circuiti aperti;
• isolare i conduttori elettrici che sostengono frigoriferi e centrali termiche tramite una guaina metallica collegata all’impianto di messa a terra;
• posizionare il contatore fuori dal contorno dell’edificio;
• inserire appositi filtri per eliminare disturbi causati da elettrodomestici e da impianti esterni.

Gli impianti a bassa tensione e a corrente continua sono i più ecologici perché non generano campi patogeni e perché possono venire alimentati da sorgenti alternative (celle fotovoltaiche, microcentrali idrauliche ed eoliche).

5.3 Impianto idrosanitario

L’impianto idrosanitario non deve causare vibrazioni meccaniche, dispersioni termiche o emettere polveri dannose per l’uomo, affinché si costruisca in maniera sostenibile. L’impianto può essere reso idoneo mettendo le tubazioni in specifici vani lontano dalle zone di sosta prolungata, isolando le condutture con materiali naturali.
In un perfetto contesto di bioedilizia sarebbe ideale utilizzare impianti di riciclaggio dell’acqua piovana.