TECNOLOGIE EDILIZIE SOSTENIBILI

TECNOLOGIE EDILIZIE SOSTENIBILI.

– L’attenzione all’ambiente e la sostenibilità. Le tecnologie sostenibili immateriali. Le tecnologie sostenibili materiali. Bibliografia

L’attenzione all’ambiente e la sostenibilità. – La crescita delle problematiche legate ai cambiamenti climatici e l’evoluzione delle politiche energetiche hanno reso via via più evidente la necessità che il settore delle costruzioni operi con consapevolezza e attenzione sul territorio e sulla città. La costruzione, l’uso, la manutenzione degli edifici durante il loro intero ciclo di vita, infatti, consumano una grande quantità di energia e causano emissioni in atmosfera ed è urgente quindi utilizzare in modo diffuso, nella costruzione degli edifici, strategie e tecnologie che riducano significativamente i livelli di consumo energetico e la produzione di emissioni.

È un’urgenza curiosa se si considera che la questione energetica risale, seppure per motivi economici, agli anni Settanta e che alcuni pionieri, tra cui Victor Olgyay (Design with climate. Bioclimatic approach to architectural regionalism, 1963) e Ian McHarg (Design with nature, 1969), già negli anni Sessanta cominciarono a mettere in relazione architettura e ambiente e a proporre concetti di bioclimatica.

Nello stesso periodo furono affiancati dai movimenti ambientalisti, da biologi (il libro Silent spring di Rachel Carson è del 1962) e da filosofi (come, per es., Edgar Morin), che intuivano l’urgenza di ripensare il rapporto uomo-natura. In seguito, l’attenzione per l’inquinamento ambientale dovuto agli impatti dell’industria impegnò gli anni Settanta e gli anni Ottanta, e solo alla fine degli anni Ottanta le teorie della bioclimatica e del regionalismo cominciarono a diffondersi e declinarsi in modo più articolato investendo con forza anche il settore delle costruzioni. È del 1987 il Rapporto Burdtland della Commissione mondiale sull’ambiente e lo sviluppo che definisce il concetto di sostenibilità e degli anni immediatamente successivi la diffusione di termini quali bioarchitettura, ecoefficienza, compatibilità ambientale, nonché l’avvio di una serie di sperimentazioni progettuali che, nel primo decennio, demandarono all’innovazione tecnologica il compito di mitigare l’impatto degli edifici sull’ambiente, adottando tecnologie di involucro costose e complesse di cui non si conoscevano i tempi di obsolescenza nel medio-lungo periodo.

Oggi, le potenzialità della tecnologia, la sua sperimentazione controllata e la capacità di gestione del rapporto tra fattori ambientali ed edificio individuano nell’innovazione tecnologica e nella qualità ambientale il binomio su cui fondare l’evoluzione dell’ambiente costruito. Numerose architetture realizzate dimostrano che è possibile avere un bilancio energetico annuale pari a zero attraverso la sintesi tra progetto architettonico, efficienza energetica e uso di risorse locali. Queste architetture mostrano la possibilità di non utilizzare risorse fossili evitando quindi di contribuire ai cambiamenti climatici e ridurre così l’effetto serra.

Le tecnologie che possono essere messe in campo per la realizzazione di edifici sostenibili e a zero energia (NZEB

– Net Zero Energy Building) sono di due tipi: tecnologie sostenibili immateriali e tecnologie sostenibili materiali.

Le tecnologie sostenibili immateriali. – Appartengono alle tecnologie sostenibili immateriali (TSI) tutte quelle soluzioni che, traendo ispirazione dall’architettura spontanea, consentono di abbattere i consumi energetici degli edifici grazie allo studio del clima, all’orientamento, alla morfologia stessa dell’edificio e all’adozione di soluzioni bioclimatiche. Le soluzioni tecnologiche immateriali, che contribuiscono alla sostenibilità energetica e ambientale degli edifici, rispondono fondamentalmente a principi di architettura bioclimatica.

Basata sullo studio dei fattori biofisici (geologia, idrologia), microclimatici (sole, vento) e antropici (contesto urbano e rurale), l’architettura bioclimatica governa le interrelazioni che si sviluppano tra i fattori ambientali e gli edifici con l’obiettivo di individuare soluzioni architettoniche che garantiscano il massimo comfort interno minimizzando il consumo di energia e mirando all’autosufficienza dai combustibili fossili per la climatizzazione. Strategie di progettazione passiva consentono l’efficienza degli scambi termici tra edificio e ambiente attraverso il corretto orientamento in relazione ai fattori solari ed eolici, la morfologia e la geometria dell’edificio, lo studio dei prospetti e del rapporto tra parti opache e trasparenti, la disposizione degli ambienti e l’adozione di soluzioni architettoniche e materiali costruttivi che sfruttano il contributo del clima per il riscaldamento e il raffrescamento. Si pensi ai guadagni termici dovuti all’inserimento di buffer spaces, ovvero serre, bow windows e atrii; all’uso di materiali naturali ad alta inerzia termica; alla protezione dal surriscaldamento dovuta a brise soleil, e a sporti e aggetti opportunamente dimensionati; e ancora a dispositivi per il raffrescamento naturale quali quelli derivati dalla cultura araba come torri del vento e camini solari.

Le TSI sono oggi codificate e le evoluzioni più significative per la loro applicazione sono relative ai software e ai modelli di simulazione utilizzati per verificare ex ante il contributo di tali tecnologie all’efficienza energetica del progetto. Questi ultimi seguono il ritmo veloce delle evoluzioni informatiche dei software.

Le tecnologie sostenibili materiali. – Le TSM, viceversa, si basano sui materiali edilizi, sulle componenti tecnologiche di nuova generazione, sui dispositivi di produzione energetica da fonti rinnovabili.

Rispetto a questi l’industria edilizia dagli anni Novanta sta investendo nell’innovazione tecnologica per conquistarsi nuovi spazi di mercato. Si tratta di un’innovazione tecnologica, spesso strettamente legata a caratteri di efficienza energetica, che risponde alle istanze di sostenibilità delle costruzioni. La maggior parte delle TSM sono riferite all’involucro degli edifici per aumentarne le performance energetiche. Difatti le prestazioni energetiche dell’involucro edilizio, che costituisce il confine tra l’interno climatizzato e l’esterno e include le pareti esterne, il solaio controterra, la copertura e gli infissi, sono fondamentali per ridurre e controllare l’ammontare di energia richiesta per il riscaldamento e il raffrescamento. I caratteri delle TSM (tecniche, tecnologie, materiali e componenti edilizie) sono stati da tempo declinati e includono materiali naturali, ecologici, certificati e a basso impatto ambientale spesso verificato con tecniche di LCA (Life Cycle Assessment). Altra caratteristica richiesta alle TSM è la coerenza con i caratteri e l’identità del luogo entro cui sono utilizzate, la reperibilità in loco, l’uso di risorse rinnovabili come materia prima e processi di produzione non inquinanti. Vi sono poi TSM di nuova generazione che aprono nuovi scenari per la realizzazione di edifici e che interagiscono direttamente con l’ambiente esterno. Spesso queste tecnologie sono qualificate con il suffisso smart: smart materials, smart windows, smart energy.

A volte testati in altri settori, quale quello aerospaziale, prima di essere utilizzati in edilizia, gli smart materials sono quei materiali in grado di modificare le loro prestazioni in reazione a stimoli provenienti dall’ambiente esterno. Tra questi materiali gli aerogel, ad es., sono degli eccezionali isolanti termici e vengono anche utilizzati per la produzione di vernici fotocatalitiche che, sfruttando l’irraggiamento solare cui sono esposte, riescono ad abbattere i valori inquinanti dell’aria. Gli aerogel sono utilizzati anche per la produzione dei materiali a cambiamento di fase (PCM, Phase-Change Materials), ovvero materiali che accumulano grandi quantità di calore mantenendo una temperatura costante: questa loro caratteristica consente di aumentare l’inerzia termica di pareti perimetrali e tramezzature.

I materiali halocromici, che cambiano colore in base all’acidità, vengono utilizzati per la produzione di vernici che modificano la loro colorazione quando il materiale su cui sono applicate si sta corrodendo.

Smart windows e smart glasses utilizzano materiali elettrocromici, termocromici e fotocromatici per ridurre i costi energetici per il riscaldamento, il condizionamento e l’illuminazione. Si tratta di materiali che cambiano colore se sottoposti a cambiamenti termici, ottici o elettrici, consentendo il controllo automatico e veloce del grado di trasparenza e della possibilità di oscuramento degli infissi.

Tra le TSM è possibile anche includere sistemi di produzione energetica da fonti rinnovabili di nuova generazione – smart energy – che integrano le potenzialità fornite da tecnologie ormai diffuse quali il fotovoltaico e il solare termico (v. rinnovabili, energie). Il fotovoltaico organico (OPV, Organic PhotoVoltaic) è realizzato con estratti vegetali al posto del silicio e consente la riduzione dei costi e degli impatti ambientali dovuti alla sua produzione. Nelle dye-sensitized solar cells (DSSC), messe a punto nel 1991 da Michael Grätzel al Politecnico di Losanna, gli estratti naturali assorbono la luce solare trasformandola in energia. Facciate bioadattive basano sulle biomasse, e in particolare sulla naturale capacità di riproduttiva delle alghe, la possibilità di generare energia elettrica e di produrre biocarburanti.

La nostra epoca richiede, dunque, agli architetti capacità di governo dei fattori tecnologici materiali e immateriali che intervengono nel processo di progettazione e di costruzione del progetto di architettura, per riuscire a garantire la sostenibilità dell’edilizia dando risposte innovative e riuscendo al contempo a donare espressività estetica alle nuove tecnologie, sviluppandone appieno l’illimitata ricchezza.

Bibliografia: J. Marston Fitch, American building, 2° vol., The environmental force that shape it, Boston 1972 (trad. it. La progettazione ambientale, Padova 1980); Our common future, a reader’s guide. The Brundtland Report explained, Oxford 1987 (trad. it. Il futuro di tutti noi, Milano 1988); Architettura e tecnologia appropriata, a cura di V. Gangemi, Milano 1991; E. Morin, L’anno I dell’era ecologica, Roma 2007; M. Hensel, A. Menges, M. Weinstock, Emergent technologies and design, London 2010; K. Voss, E. Musall, Net zero energy buildings, Basel 2011.