Tecnologie per l’adaptive design e la riduzione degli impatti del cambiamento climatico negli edifici in c.a.

Valeria D’Ambrosio - Università degli Studi di Napoli Federico II 06/03/2018 1233

Abstract

The paper proposes the results of the research group activity of DiARC – Department of Architecture of University of Naples Federico II for the “Metropolis Project - Methodologies and Technologies integrated and sustainable for adaptation and safety of urban systems” (PONREC 2007/2013), under the High-Tech District for Sustainable Building of Campania Region “STRESS Scarl”, aimed at the development of innovative strategies and solutions for a resilient urban system to the impacts of climate change. Specific attention was paid to the study of the residential housing stock in the city of Naples built in reinforced concrete from the early '900 to date. Starting from the study of the evolution of building systems envelope/structure and of the analysis of the main technical and type-morphological characteristics combined with the building performances, has been identified, through a core set of indicators, the vulnerability degree of residential buildings in terms of the ability to counter the effects caused by climate change, such as heat waves and urban heat island. The contribution proposes innovative strategies for building technological retrofitting, for adaptation and mitigation of impacts through technological solutions aimed to the rational use of resources, wellness and indoor comfort of the inhabitants, to the reduction of greenhouse gas emissions.

Climate change e impatti sugli edifici in c.a.

La sempre maggiore consapevolezza delle criticità alla scala urbana legate al cambiamento climatico e al global warming induce a individuare linee strategiche e azioni operative finalizzate a mitigarne le cause attraverso la prioritaria riduzione delle emissioni di gas-serra. Tuttavia è altrettanto importante prendere atto che si è in presenza di probabili modifiche durature dell’abitare in condizioni climaticamente più avverse che in passato, con l’induzione di una trasformazione tendenzialmente radicale del modo di vivere, dell’organizzazione degli spazi e del funzionamento degli edifici e dei sistemi urbani. Nel breve e nel medio periodo sarà tuttavia difficile sviluppare strategie e azioni di mitigazione efficaci per agire sulle cause del climate change al fine di ridurre l’intensità degli impatti. Nel presente, la sfida si attua sulla capacità di adattamento alle mutate condizioni climatiche che, nel contesto mediterraneo, sono prevalentemente caratterizzate da lunghe ondate di calore nella stagione calda e da fenomeni di precipitazioni intense in diversi periodi dell’anno. Attraverso interventi adattamento si potrebbe conferire, in tempi ragionevoli, una maggiore resilienza al sistema urbano e ai singoli edifici al fine di ottenere risposte efficaci agli effetti del climate change. Un approccio progettuale di tipo adattivo prevede il ricorso a soluzioni progettuali innovative, che possano migliorare le capacità di risposta degli edifici e dell’ambiente urbano agli stress termici, riducendo l’entità degli impatti e incrementando i parametri per il comfort e la vivibilità dello spazio abitabile.

In generale, il comportamento termoigrometrico degli edifici ha implicazioni sul comfort, sulla salute, sul rendimento energetico e su minori emissioni di CO2. Rispetto agli stress termici, gli edifici in c.a. realizzati in epoca moderna o contemporanea si rivelano particolarmente vulnerabili nel confronto con quelli dei tessuti storici costruiti in muratura portante. Questo dato conferma quanto gli impatti del cambiamento climatico si rivelino maggiormente incidenti sugli edifici in c.a. in relazione al comfort estivo, in quanto geneticamente essi risultano maggiormente vulnerabili ai fenomeni dell’ondata di calore e dell’isola di calore urbana. D’altronde, proprio in virtù del fatto di essere potenzialmente più adattabili e di minor pregio architettonico rispetto all’edilizia di valore storico, essi presentano consistenti potenzialità per interventi di adaptive design grazie alla loro maggiore propensione alla modificazione.

La qualità costruttiva degli edifici in c.a. può essere ritenuta mediamente bassa. Si tratta infatti di un’edilizia realizzata spesso in condizioni di rapida espansione urbana, poco sottoposta a controlli tecnici e amministrativi, progettata e costruita in epoche di emergenza (edilizia postbellica) o di boom economico e costi energetici a buon mercato (edilizia post anni ’60). Si è costruito, in ogni caso, con scarsa consapevolezza della gestione del ciclo di vita, della durabilità, dei consumi energetici e della necessità di una efficace relazione costruttiva e prestazionale fra struttura portante e involucro. Gli edifici in c.a. nei contesti urbani che hanno visto l’espansione post bellica rappresentano una elevata percentuale dell’intero patrimonio costruito e, anche in relazione alle caratteristiche degli insediamenti, manifestano condizioni più problematiche di degrado e di deficit prestazionali.

Tali condizioni sono accentuate anche dalla scarsa qualità di interventi recenti, generalmente disaggregati e non controllati (interventi parziali, sostituzioni e integrazioni improprie, interventi “abusivi”), che loro malgrado hanno contribuito a incrementare non di rado i consumi energetici, le condizioni di discomfort, le patologie legate ai fenomeni climatici estremi che vedono edifici poco performanti e poco “protettivi” per gli abitanti. A titolo di esempio, fenomeni di degrado delle parti strutturali a vista o di scarsa tenuta degli infissi e delle chiusure opache, inducono condizioni di discomfort per infiltrazioni, umidità, muffe ed altre manifestazioni nelle stagioni fredde e stress termici quale esito delle prolungate ondate di calore.

Il sistema involucro-struttura portante in c.a., nei suoi tratti generalizzabili mostra numerose criticità, legate alle caratteristiche degli edifici moderni: ponti termici, danni corticali e strutturali, discontinuità di materiale, involucri con bassa massa termica, aperture a filo parete e non schermate, elevati rapporti vetratura-superficie opaca, coperture piane poco isolate, orientamento frequentemente est–ovest soggetto al forte irraggiamento estivo, classe energetica particolarmente bassa. Nel caso di edifici prefabbricati con grandi pannelli in c.a. vi è un aumento della massa ma con un’alta conducibilità, facciate sviluppate in piatta continuità ed esposizione diretta all’irraggiamento solare, discontinuità dei giunti fra gli elementi tecnici. L’interno degli alloggi non è sempre adeguato sia per i dimensionamenti che per l’esposizione degli ambienti e per la loro organizzazione funzionale spaziale.

Agli elementi sinteticamente riportati e relativi alle caratteristiche edilizie, si accompagnano le condizioni del contesto derivanti dagli indirizzi della progettazione degli spazi aperti secondo le logiche dell’architettura moderna – ampi spazi aperti, svincolo dell’area di sedime dell’edificio dalla geometria del lotto, densità medio-bassa del costruito – a cui si è associata una poco attenta realizzazione o manutenzione in termini di qualità ambientale, cura del verde, controllo del fattore solare. Prevalentemente si è in presenza di bassi livelli prestazionali del sistema struttura portante-involucro, da bassi rendimenti degli impianti, dall’assenza di sistemi di controllo passivo del comfort indoor. La riqualificazione mirata a trasformare gli edifici esistenti in climate-responsive buildings può indurre sia l’ottimizzazione dei consumi, l’efficienza nell’uso delle risorse, la riduzione degli sprechi e la limitazione delle emissioni climalteranti nell’atmosfera ma soprattutto risposte resilienti agli impatti climatici avversi.

Il Progetto di ricerca Metropolis

Accanto alle più avanzate strategie attraverso cui operare alle diverse scale - nazionale, regionale oppure locale - risulta centrale l’azione di conoscenza e di progettazione dell’adattamento degli edifici alla scala locale. Nel contesto regionale della Campania, con un focus sulla città di Napoli, è in corso di svolgimento il Progetto di ricerca METROPOLIS “Metodologie e Tecnologie integrate e sostenibili per l’adattamento e la sicurezza dei sistemi urbani”, (PONREC 2007-2013, Piano di Azione e Coesione), impostato in chiave interdisciplinare. 

Il Progetto è finalizzato alla gestione integrata dei rischi di tipo ambientale, sismico e idrogeologico nel contesto regionale attraverso la definizione di una piattaforma integrata in grado di definire i livelli di rischio al variare dei parametri di hazard considerati, di misurare la risposta prestazionale degli elementi a rischio in rapporto alle caratteristiche di vulnerabilità e di valutare l’efficacia di soluzioni progettuali di adattamento appropriate al contesto locale. Il Progetto è attuato nell’ambito del Distretto ad Alta Tecnologia per l’Edilizia Sostenibile della Regione Campania STRESS Scarl2 con il contributo delle Università di Napoli Federico II e del Sannio, Centri di ricerca e partners industriali e la collaborazione di Enti territoriali e Istituzioni che hanno fornito un importante supporto all’attività di ricerca (Comune di Napoli e Autorità di Bacino Campania 2, Protezione Civile e Regione Campania).

Il gruppo di ricerca del Dipartimento di Architettura dell’Università di Napoli Federico II ha elaborato una metodologia esportabile in altri contesti urbani che, a partire dalla costruzione del complesso quadro di conoscenze, ha definito un modello di valutazione della vulnerabilità delle componenti del sistema fisico (edifici e spazi aperti) agli effetti dei fenomeni intensi connessi al cambiamento climatico, tra cui l’ondata di calore. Operando sul sistema urbano, il ruolo della progettazione tecnologica e ambientale ha riguardato gli aspetti analitici e progettuali con i processi di conoscenza, di simulazione e di prefigurazione degli effetti degli interventi di riqualificazione orientati ad un approccio “climate- oriented”, valutando l’attuale risposta adattiva del patrimonio costruito alle condizioni di benessere, comfort e sicurezza degli utenti e prefigurando scenari di rigenerazione in grado di ridurre le condizioni di rischio e incrementare la resilienza del sistema urbano. Obiettivo della ricerca nell’ambito del gruppo di lavoro del DiARC è dunque l’individuazione di soluzioni metaprogettuali e l’elaborazione di soluzioni tipo di riqualificazione edilizia e urbana orientate all’introduzione di nuove caratteristiche e prestazioni degli edifici e degli spazi aperti per l’adattamento agli effetti del climate change in contesti urbanizzati.

Negli edifici dei contesti urbani e in particolare per quelli in cemento armato, realizzati prevalentemente in epoche storiche nelle quali non venivano adottate soluzioni per il controllo delle prestazioni energetiche degli edifici, gli impatti sono riferibili alla salute e al benessere degli utenti. Ciò ha determinato deficit degli edifici in c.a. che, per tecniche costruttive, fattore di forma e orientamento, non risultano adeguati ad attenuare il surriscaldamento indoor causato dall’ondata di calore, mentre le distribuzioni planimetriche si rivelano spesso inadeguate a garantire soddisfacenti condizioni di ventilazione naturale. Tali aspetti hanno inciso, in particolare nell’ultimo ventennio, ad incrementare il fabbisogno energetico degli edifici finalizzato alla climatizzazione indoor individuata spesso come unica risposta alle inefficienze dei sistemi di chiusura opachi e trasparenti, generando picchi di domanda che hanno condotto – si pensi all’estate del 2003 – a condizioni di black out energetico.

Nel Progetto Metropolis sono stati individuati due progetti dimostratori ritenuti emblematici delle caratteristiche insediative e del costruito della città di Napoli, quali le aree di Napoli est e di Napoli ovest, ma significativi anche per il potenziale di trasferibilità dei risultati in contesti analoghi. L’area metropolitana della città presenta dei tessuti edificati costituiti da un patrimonio edilizio che non è solo “datato” e in progressiva obsolescenza, ma che presenta inadeguatezze rispetto a prestazioni non rispondenti ad esigenze e requisiti qualificanti per il comfort abitativo, la sicurezza, la fruibilità, l’uso razionale delle risorse. La bassa qualità costruttiva e prestazionale di una parte del tessuto edificato determina un notevole impatto sull’ambiente con effetti che riguardano principalmente il degrado urbano e sociale, i consumi energetici, il contributo alle emissioni climalteranti.

Articolo tratto dagli atti del CONCRETE 2016 "ARCHITETTURA e TECNICA"  - Termoli

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