La progettazione delle masse d’aria

La progettazione della movimentazione delle masse d’aria in architettura sta diventando significativa nella sperimentazione contemporanea in quanto offre, se ben controllata ed ottimizzata, contributi importanti sia per quanto riguarda il risparmio energico, sia per gli aspetti di comfort bioclimatico e termo igrometrico, oltre che di qualità ambientale nel senso più ampio, tanto da essere di recente considerata uno dei fondamentali elementi strategici per il conseguimento di un’alta efficienza energetica e di un’elevata efficacia ecologica nel progetto di architettura. Per comprenderne appieno la portata innovativa, partiamo dalla rilevazione di un dato di fatto, ossia dall’assunzione di consapevolezza di un fenomeno che comunque accade (e, anzi, deve accadere) in ogni edificio: la ventilazione è il processo attraverso il quale viene sostituita in parte o in tutto l’aria presente all’interno di un edificio con aria di provenienza esterna.
La necessità di provvedere ad un adeguato ricambio d’aria nasce dall’esigenza di mantenere un’opportuna concentrazione di ossigeno e di smaltire le sostanze inquinanti e, in determinate circostanze, il vapore acqueo ed il calore in eccesso prodotti dall’edificio stesso e dai suoi occupanti. Inoltre, la semplice movimentazione dell’aria, sia essa, indifferentemente, di provenienza esterna o di ricircolo, influenza il comfort termico modificando scambi convettivi e di calore latente tra il corpo umano e l’ambiente circostante. L’aria dunque condiziona il nostro benessere in almeno due modi: essendo l’elemento attraverso il quale respiriamo ed essendo il mezzo attraverso il quale passa buona parte degli scambi termici fra corpo ed ambiente esterno.
“Progettare le masse d’aria” significa dunque utilizzare propriamente e in modo mirato movimenti spontanei e naturali dell’aria, comunque esistenti all’interno dell’edificio, a prescindere dal fatto che vengano opportunamente convogliati. Si tratta di indirizzare, ottimizzare e spesso potenziare tali moti ventilativi nell’architettura imprimendo, attraverso l’utilizzo di opportune tecnologie, orientamenti e percorsi predefiniti, energeticamente efficienti ed efficaci sul piano del comfort e della stessa salute. Si tratta di una vera e propria rivoluzione del modo di progettare perché si preordinano normali esecuzioni di cantiere con logiche mirate all’ottimizzazione energetica dell’edificio, senza introdurre variabili molto diverse dalle normali pratiche costruttive ma cambiando completamente il modo di pensare il progetto e gli aspetti termo fisici e fluidodinamici che il progettare innesca e sottende nell’architettura prodotta. E’ inoltre interessante e importante osservare che, se si controllano bene gli aspetti fluidodinamici e termodinamici che vanno a supportare una progettazione bioclimatica, energeticamente efficiente e ambientalmente sostenibile che impiega soluzioni architettoniche e tecnologiche abbastanza semplici e alla portata di tutti quali torri del vento, condotti interrati di movimentazione d’aria, camini solari, atri bioclimatici, spazi di cuscinetto termico, si può risparmiare nella fase esecutiva e realizzativa sia sugli aspetti impiantistici, ottenendo un importante contenimento dei consumi energetici e un ottimo comfort ambientale, sia su quelli propriamente costruttivi, ricorrendo all’impiego di elementi tecnologici abbastanza economici, e riducendo la necessità di utilizzare iperisolamento ovunque, uso diffuso di vetri speciali e altri costosi elementi di contenimento dei consumi. Non da ultimo, tale approccio è particolarmente adatto nel clima mediterraneo che caratterizza il territorio in cui operiamo, privilegiando, pur nell’ottimo controllo degli aspetti invernali di riscaldamento passivo, il caso estivo in cui ventilazione e raffrescamento naturali sono i protagonisti assoluti.
Le masse d’arie possono essere “trattate” ed immesse nell’edificio attraverso condotte d’aria interrate o collocate in copertura. Quest’ultima soluzione, che richiama l’idea sottesa dalle antiche torri del vento, contiene una sorta di forzatura nella creazione di un percorso che vede l’aria muoversi dall’alto verso il basso e non viceversa, come avviene naturalmente. E’ quindi, quando possibile, più semplice perseguire il
criterio progettuale dell’interramento. I passi da compiere sono diversi, e per niente scontati: prima di tutto vi è il progetto della captazione dell’aria dall’esterno, che implica un attento studio dei venti locali con particolare attenzione ai caratteri di velocità media nelle stagioni calde e fredde, di pressione ventilativa di media e di picco durante tutto l’anno e di direzione prevalente dei venti insistenti sul sito di progetto almeno nei momenti climaticamente estremi invernale ed estivo. La captazione può avvenire dal basso, attraverso bocche d’aria collocate al piede dell’edificio integrate nell’attacco a terra o dislocate all’esterno di esso; oppure in copertura, tramite le bocche delle cosiddette torri del freddo, che hanno alle spalle una cultura sperimentale secolare, direzionate verso i venti prevalenti. Il secondo passo progettuale è la scelta delle modalità di pre-trattamento termico delle masse d’aria catturate prima della loro immissione nei cosiddetti spazi serviti dell’architettura; le modalità di trattamento sono fondamentalmente di due tipi: una prima serie di soluzioni ricorre allo scambio termico dell’aria con masse importanti al piede dell’edificio o al di sotto dell’edificio, quali quelle offerte dal terreno, o dai primi solai dell’edificio, o da piastre strutturali di attacco a terra, convogliando l’aria captata dall’esterno verso condotti interrati (buried earthes pipes) o percorsi alla base dell’edificio che “costringono” l’aria in movimento a cedere o acquistare calore (a seconda delle stagioni) per irraggiamento dalle masse circostanti.
Una seconda serie di soluzioni vede protagonista lo sviluppo tecnologico dello spazio immediatamente retrostante la bocca delle sopracitate torri del freddo in copertura, capaci di imprimere un moto “contro natura” all’aria captata, dall’alto verso il basso, spesso ricorrendo ad operazioni di raffrescamento dell’aria per nebulizzazione diretta o indiretta, o comunque in grado di convogliare l’aria verso il basso per combinazione di differenza di temperatura e di effetto venturi. Superato gli scogli della captazione e del pre-trattamento termico, il terzo passo prevede la distribuzione dell’aria nell’organismo edilizio; a seconda della natura delle fasi di captazione/trattamento, avremo una delle due tipologie possibili di torri di ventilazione: la torre con moto d’aria ascendente, che riceve la massa d’aria dal basso e la trasporta e distribuisce verso l’alto; e la torre con moto d’aria discendente, sviluppo naturale della torre del freddo che, come la precedente, ma con verso contrario, distribuisce l’aria pretrattata ai vari livelli ed ambiti dell’edificio, avvalendosi di un sistema a rete di canali e plenum orizzontali il più delle volte collocati nelle controsoffittature al piano. Ultimo passo, a volte sorprendentemente dimenticato dai progettisti troppo fiduciosi nelle capacità di ricambio “spontaneo” dell’aria attraverso porte e finestre dell’edificio, è rappresentato dalla fondamentale azione dell’estrazione ed espulsione verso l’esterno dell’aria, che richiede la presenza ponderata e progettata dei camini di espulsione con moto d’aria ascendente, che quasi sempre, nella loro forte connotazione fisico-morfologica che li vede di necessità svettare oltre la copertura per assolvere al meglio alla loro funzione, caratterizzano fortemente le architetture nelle quali sono integrati. Vi è poi un’altra categoria interessante da impiegare nella progettazione, quella della captazione e movimentazione dell’aria negli spazi collettivi, quali atri bioclimatici, serre solari o meglio spazi di cuscinetto termico/buffer space, cioè aree di intermediazione e filtro tra l’ambiente esterno e gli ambienti interni in cui si svolge l’attività lavorativa o si abita, che rappresentano un elemento essenziale della progettazione delle masse d’aria in un’architettura tesa all’efficienza energetica ed ecologica.
Quali sistemi tecnologici impiegare nel progetto bioclimatico per ottimizzare i contributi della ventilazione
naturale in architettura? Anche in questo caso occorre partire da una presa in considerazione, seppur sintetica, di alcuni assunti che si pongono alla base di una qualsiasi operazione progettuale che voglia vedere centrale e protagonista la movimentazione della masse d’aria in architettura: la ventilazione di un edificio può essere naturale, quando avviene attraverso le aperture dell'involucro edilizio (porte e finestre) e/o spazi tecnici appositi, semplicemente sfruttando semplici principi fisici; meccanica, quando avviene attraverso condotti dedicati, forzando la circolazione dell'aria con l'utilizzo di impianti meccanici; ibrida, quando avviene integrando entrambe le possibilità (nell’ottica del presente contributo è considerato proficuo l’ibrido laddove rappresenti un modo di innescare piccoli aiuti, magari temporanei o comunque solo quando necessari, all’innesco, convogliamento, distribuzione o espulsione del movimento ventilativo nell’edificio).
Ricordiamo inoltre che se per un verso le necessità legate ai ricambi d'aria sono fonte di consumi energetici, per un altro la ventilazione naturale può essere un formidabile strumento per il risparmio energetico e la sostenibilità. Sfruttare al meglio le potenzialità della ventilazione naturale significa infatti evitare i costi economici, energetici e ambientali conseguenti all'uso di impianti meccanici, ma non solo. Quando le condizioni dell'aria esterna lo consentono, significa anche risparmiare, almeno in parte, i costi legati al condizionamento degli ambienti, che possono essere resi confortevoli sottraendo il calore in eccesso e movimentando l'aria nella giusta misura senza ricorrere - o ricorrendo in minima parte - all'ausilio di impianti meccanici. In questo caso, contrariamente a quanto accade per gli edifici climatizzati in modo totalmente artificiale, può essere utile incrementare i ricambi d'aria anche oltre le esigenze meramente igieniche. Oltre al controllo ambientale diretto, non dimentichiamo che la ventilazione può avere un ruolo decisivo anche nelle prestazioni dell’involucro architettonico. I miglioramenti derivanti dalla predisposizione di intercapedini ventilate riguardano principalmente la possibilità di limitare i carichi termici dovuti all’irraggiamento solare nella situazione estiva e la prevenzione dei rischi legati alla condensazione (con la relativa riduzione delle prestazioni termiche) nella situazione invernale. Infine, va ricordato che ciò che influenza maggiormente il campo di pressione generato dagli effetti del vento sulle superfici dell’involucro edilizio, oltre alla velocità del vento stesso, è la forma dell’edificio ed il suo orientamento rispetto alla direzione del vento; il tipo di ventilazione utilizzata, il percorso e l’entità dei flussi d’aria; dunque l’efficacia della ventilazione dell’edificio nel complesso e dei singoli spazi è determinata in larga misura dalle caratteristiche delle aperture e della distribuzione interna dell’edificio.

Autore: Fabrizio Tucci
Pubblicato su Modulo 363/2010
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