UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI CAGLIARI - L'ANALISI DEL SITO FACOLTÁ DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA - Università di Cagliari
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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CAGLIARI
FACOLTÁ DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA CIVILE
Lezioni del Corso “L'edificio sostenibile: la Progettazione Bioclimatica” 2018-19
L’ANALISI DEL SITO
Docente: Ing. GIUSEPPE DESOGUS
LA BIOCLIMATICA Realizzare un edificio bioclimatico vuol dire individuare le caratteristiche climatiche del sito di costruzione, identificando quelle che possono essere favorevoli e quelle sfavorevoli e quando questo avviene, al fine di modellare la forma dell’edificio e scegliere le tecnologie costruttive più idonee per limitare l’utilizzo di fonti energetiche non rinnovabili.
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO
L’analisi del sito è l’indagine conoscitiva rivolta verso quegli elementi ambientali e
climatici condizionanti le scelte progettuali in direzione di un’edilizia a basso carico
ambientale.
Compiuta nella fase che precede la progettazione, comporta la ricerca delle
informazioni più facilmente reperibili relative ai fattori ambientali o agli agenti fisici
caratteristici del luogo.
Fattori ambientali: elementi dell’ambiente influenzati dal progetto.
•salvaguardia della salubrità dell’aria;
•salvaguardia delle risorse idriche;
•salvaguardia del suolo e del sottosuolo;
•salvaguardia del verde e del sistema del verde;
•salvaguardia delle risorse storico culturali.
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO Agenti fisici: elementi caratteristici del sito fortemente condizionanti le scelte morfologiche del progetto architettonico. La loro analisi consente: • l’uso razionale delle risorse climatiche ed energetiche al fine di realizzare il benessere ambientale (igrotermico, visivo, acustico, ecc.); • l’uso coscienzioso delle risorse idriche; • il soddisfacimento delle esigenze di benessere, igiene e salute (disponibilità di luce naturale, clima acustico, campi elettromagnetici, accesso al sole, riparo dal vento, ecc.).
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO Principali agenti fisici: • andamento della temperatura dell’aria: massime, minime, medie, escursioni termiche; • andamento della pressione parziale del vapore nell’aria (umidità); • piovosità media annuale e media mensile; • andamento della velocità e direzione del vento; • andamento della radiazione solare diretta e diffusa sul piano orizzontale (diagrammi solari); • andamento della radiazione solare per diversi orientamenti di una superficie; • caratterizzazione delle ostruzioni alla radiazione solare (esterne o interne all’area/comparto oggetto di intervento).
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO Reperimento dati climatici e meteorologici: • Norma UNI 10349 (revisionata di recente – anno 2016). • I dati del Servizio meteorologico dell’ARPA (Agenzia Regionale per la Protezione dell‘Ambiente) – per la Sardegna ARPAS. • Le cartografie tecniche e tematiche regionali. • I servizi agrometeorologici regionali. • “Dati climatici per la progettazione edile ed impiantistica” (appendice 1 alla “Guida al controllo energetico della progettazione” elaborata dal Sottoprogetto Risparmio di energia nel riscaldamento degli edifici –RERE del Progetto Energetica del CNR) - Roma, febbraio 1982. • Siti internet specializzati (es. www.eurometeo.com, www.ilmeteo.it, J.R.C. (Joint Research Centre) dell’Ispra (Istituto superiore per la protezione e la ricerca ambientale ….). • Software (es. software per la certificazione energetica degli edifici etc..).
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO Raccolta dati temperature:
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO Il concetto di Gradi Giorno: Somma, estesa a tutti i giorni di un periodo dell’anno convenzionale, delle sole differenze positive (o negative) giornaliere tra la temperatura convenzionale, fissata in Italia a 20°C, e la temperatura media esterna giornaliera. Attualmente la normativa italiana (DPR 412/93) considera solamente i GG invernali e in base ad essi definisce delle zone climatiche per il riscaldamento, così riassumibili: fascia A: < 600 GG; ore dal 1° dicembre al 15 marzo; 2 comuni; fascia B: tra 601 e 900 GG; dal 1° dicembre al 31 marzo; 157 comuni; fascia C: tra 901 e 1400 GG; dal 15 novembre al 31 marzo; 989 comuni; fascia D: tra 1401 e 2100 GG; dal 1° novembre al 15 aprile; 1611 comuni; fascia E: tra 2101 e 3000 GG; dal 15 ottobre al 15 aprile; 4271 comuni; fascia F: > 3000 GG; tutto l’anno; 1071 comuni. N.B. In lingua inglese, vengono definiti come Degree Day – DD: distinti in HDD (heating degree day) e CDD (cooling degree days, chiaramente individuati sulla base di differenti parametri di riferimento.
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO Gradi Giorno: Per la Sardegna, alcuni valori di GG sono: Cagliari, GG 990, zona C; Sanluri, GG 1267, zona C; Iglesias, GG 916, zona C; Oristano, GG 1059, zona C; Nuoro, GG 1602, zona D; Sassari, GG 1185, zona C; Lanusei, GG 1714, zona D; Olbia, GG 1142, zona C. La conoscenza dei GG è fondamentale nelle procedure di verifica dei requisiti termici dei componenti dell’involucro edilizio e dei consumi energetici per il riscaldamento.
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO
La conoscenza dell’umidità relativa è molto La conoscenza delle precipitazioni è molto
importante nella definizione delle condizioni di importante per il dimensionamento degli impianti di
benessere termo igrometrico attraverso i raccolta e riuso delle acque piovane.
diagrammi bioclimatici.INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO Microclima caratteristico del sito: • Topografia. • Relazione con l’acqua. • Relazione con la vegetazione. • Tipo di forma urbana. Disponibilità di fonti energetiche rinnovabili: • Sfruttamento dell’energia solare (termico/fotovoltaico) in relazione al clima ed alla disposizione del sito. • Sfruttamento energia eolica in relazione alla disponibilità annuale di vento. • Sfruttamento di biomassa (prodotta da processi agricoli o scarti di lavorazione del legno a livello locale) e biogas (produzione di biogas inserita nell’ambito di processi produttivi agricoli). • Possibilità di collegamento a reti di teleriscaldamento urbane esistenti. • Possibilità di installazione di sistemi di micro cogenerazione/trigenerazione e teleriscaldamento.
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE LE 3 COMPONENTI DELLA RADIAZIONE SOLARE DIRETTA: è la frazione di energia solare che raggiunge direttamente una superficie esposta al sole DIFFUSA: è la frazione che una superficie riceve dall’atmosfera terrestre, che assorbe e re-irradia l’energia solare RIFLESSA: è la componente che raggiunge una superficie dopo essere stata riflessa da uun altro oggetto (ad esempio il suolo)
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE Il valore di irradiazione globale (diretta + diffusa) su superficie orizzontale al suolo per diverse località terrestri può variare sensibilmente a seconda dei seguenti fattori: • dell’assorbimento atmosferico dovuto alla latitudine (AIRMASS); • dell’assorbimento atmosferico dovuto alle condizioni climatiche; • della durata del giorno; L’irradiazione massima è nei deserti (2500 kWh/m² anno); la minima è ai poli (400 kWh/m² anno). L’irradianza massima registrabile si attesta sui 1000 W/m²
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE CARTE DI RADIAZIONE SOLARE
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE L’INCLINAZIONE DELLE SUPERFICI CAPTANTI
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE L’INCLINAZIONE DELLE SUPERFICI CAPTANTI La relazione fra l’irradianza diretta incidente su una superficie orizzontale e una comunque inclinata può essere scritta come: GDR = GO,DR ·(cos i / sen α) = GO,DR·RDR Dove: i è l’angolo tra la normale alla superficie e la direzione dei raggi solari, che dipende dall’orientamento della superficie e dalle coordinate solari (queste a loro volta sono funzione dell’ora, del giorno dell’anno e delle coordinate geografiche del luogo) α è l’angolo tra i raggi solari e il piano orizzontale ovvero l’altezza solare. RDR si definisce fattore di inclinazione per la radiazione diretta
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE L’INCLINAZIONE DELLE SUPERFICI CAPTANTI La relazione fra l’irradianza diffusa incidente sul piano orizzontale e su una superficie comunque inclinata può essere scritta come: GDF = GO,DF ·[(1+cos β)/ 2] = GO,DF·RDF Dove: β è l’angolo di inclinazione tra la superficie e il piano orizzontale. RDF si definisce fattore di inclinazione per la radiazione diffusa
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE L’INCLINAZIONE DELLE SUPERFICI CAPTANTI La relazione fra l’irradianza riflessa incidente sul piano orizzontale e su una superficie comunque inclinata può essere scritta come: GRF = GO ·σ·[(1-cos β)/ 2] = GO·RRF Dove: β è l’angolo di inclinazione tra la superficie e il piano orizzontale. RRF si definisce fattore di inclinazione per la radiazione riflessa σ è il coefficiente di riflessione delle superfici che riflettono sulla superficie in oggetto (convenzionalmente per il terreno si assume pari a 0,2)
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE L’INCLINAZIONE DELLE SUPERFICI CAPTANTI La relazione fra l’irradianza complessiva incidente sul piano orizzontale e su una superficie comunque inclinata può essere scritta come: G = GO,DR·RDR + GO,DF·RDF + (GO,DR+GO,DF) ·RRF Per l’irradiazione la relazione è analoga: E = EO,DR·RDR + EO,DF·RDF + (EO,DR+EO,DF) ·RRF I valori di E sono valori di irradiazione media (ad esempio giornaliera o mensile), così come anche RDR deve essere considerato un valore medio (essendo l’unico fattore di inclinazione che dipende dalla posizione del sole).
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI:
IL SOLE
Giorni caratteristici:
GIORNO DATA DESCRIZIONE
Emisf. Sud Emisf. Nord
Solstizio d’Estate 21 Dic. 21 Giu. L’altezza del sole a mezzogiorno
raggiunge il suo valore massimo
Equinozio d’Autunno 21 Mar. 21 Sett. Il sole sorge esattamente ad Est e
tramonta esattamente ad Ovest
Solstizio d’Inverno 21 Giu. 21 Dic. L’altezza del Sole a mezzogiorno
raggiunge il suo valore minimo
Equinozio di Primavera 21 Sett. 21 Mar. Il sole sorge esattamente ad Est e
tramonta esattamente ad OvestINDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE Terra e Sole:
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE Posizione del Sole ai solstizi e agli equinozi:
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE Posizione del Sole ai solstizi e agli equinozi: Per Cagliari, che ha una latitudine di circa 39°22’ (39,37°) N risulta: Alteq = 50,63° Altsi = 27,18° Altse = 74,08°
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI:
IL SOLE
Il percorso del Sole:
Rappresentazione tridimensionale dei differenti percorsi del Sole alla latitudine di
39° 22’INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE La proiezione delle ombre:
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI:
IL SOLE
Le assonometrie solari:
Assonometria solare ore
12 del 21/06INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI:
IL SOLE
Le assonometrie solari:
Assonometria solare ore
12 del 21/12INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI:
IL SOLE
Le coordinate solari:
Rappresentazione grafica delle coordinate solari Altezza e AzimutINDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE I diagrammi solari. La proiezione sul piano orizzontale Proiezione ortografica Proiezione ortocentrica Proiezione stereografica
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI:
IL SOLE
I diagrammi solari. Gli elementi principali
• Linee azimutali.
• Linee delle altezze.
• Linee della data.
• Linee dell’ora.INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI:
IL SOLE
I diagrammi solari. L’utilizzo
• Si individua la linea dell’ora
richiesta.
• Si individua la linea della data
richiesta.
• Si traccia una linea dal centro
esatto del diagramma fino
all’esterno, passando per
l’intersezione individuata
precedentemente.
• Si legge l’azimut sul cerchio
esterno del diagramma
corrispondente alla linea
tracciata.
• Si traccia un cerchio
concentrico alle linee delle
altezze e passante per
l’intersezione individuata.
• Si ricava l’altezza del sole
sulla base dei cerchi
concentrici indicatiINDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI:
IL SOLE
I diagrammi solari. Ora solare e ora locale
I diagrammi solari possono essere tracciati sulla base dell’ora solare o di quella locale.
Quelli fin qui rappresentati sono stati tracciati in funzione dell’ora solare. In funzione dell’ora
locale la rappresentazione delle linee dell’ora può essere differente.
L’ora locale è l’ora che viene convenzionalmente assegnata ad un determinato fuso della
superficie terrestre.
L’ora solare invece è definita in base alla posizione del Sole nel suo percorso nel cielo. Il
mezzogiorno solare coincide con il momento in cui il Sole si trova esattamente a Sud
dell’osservatore. È ovvio quindi che l’ora solare varia da punto a punto della superficie
terrestre.
L’ora locale di un fuso è uguale a quella solare misurata su un meridiano di riferimento. Man
mano che ci si allontana dal meridiano aumenta lo scarto tra ora solare e locale.
Questo è definito da:
H locale H solare (lref l ) 4
Dove l è la longitudine dell’osservatore e lref la longitudine del meridiano di riferimento.
Quando si utilizzano i diagrammi solari è anche necessario valutare o meno la presenza
dell’ora legale.INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE LE MASCHERE DI OSTRUZIONE La maschera polare delle ostruzioni rappresenta la trasposizione in una visione polare degli elementi dell’intorno visti da uno specifico punto di osservazione. Viene utilizzata sovrapponendola alla carta dei percorsi solari e alla maschera della luminosità della volta celeste per descrivere l’effetto ostruente degli elementi considerati. Il primo passo per la sua costruzione è l’individuazione degli angoli azimutali e di altezza degli elementi ostruenti:
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE Si procede quindi a riportare sul diagramma solare le coordinate relative ai punti caratteristici dell’ostruzione:
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: IL SOLE L’ultimo passo è quello di sovrapporre la maschera di ombreggiamento alle linee della data e dell’ora per individuare i periodi dell’anno e del giorno in cui l’ostacolo porta ombra sul punto:
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: LA VENTILAZIONE Lo studio della ventilazione sul sito di costruzione è fondamentale per ottenere informazioni su: • Possibilità di proteggere il sito dai venti dominanti invernali. • Possibilità di sfruttare la ventilazione naturale (soprattutto in estate). • Possibilità di sfruttare il vento come fonte energetica rinnovabile (micro e mini eolico).
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: LA VENTILAZIONE Per conoscere le caratteristiche della ventilazione su un sito è necessario reperire tre informazioni principali almeno per il periodo estivo e per quello invernale: • Direzione di provenienza del vento. • Frequenza di provenienza da una data direzione. • Velocità media (in km/h, m/s o nodi). I modi di rappresentazione possono essere vari. Nei diagrammi seguenti sono riportate le direzioni e le frequenze:
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: LA VENTILAZIONE Questo tipo di rappresentazione riporta solo le velocità e la direzione:
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: LA VENTILAZIONE La rappresentazione a sinistra è la più completa in quanto fornisce tutti e tre i dati richiesti. La rappresentazione a destra da invece un quadro complessivo di tutti i mesi.
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: LA VENTILAZIONE Le condizioni di ventilazione locali possono essere influenzate da elementi caratteristici del sito, come ad esempio la presenza di massa d’acqua importanti (mare o laghi).
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: LA VENTILAZIONE È fondamentale riportare l’analisi della ventilazione alla scala del sito di intervento. Un esempio di rappresentazione può essere la seguente.
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI:
LA VENTILAZIONE
Lo studio dell’influenza sulla ventilazione di elementi circostanti il sito (edifici, vegetazione, orografia) è
molto difficile e può essere condotto in maniera quantitativa solo attraverso strumenti di computazione
fluido-dinamica (CFD), complessi e delicati da utilizzare. È possibile però dare delle indicazioni di
massima che possono servire anche a progettare elementi di schermatura alla ventilazione. Un esempio
classico è il posizionamento di un filare di alberi per la protezione dai venti freddi invernali.
Gli effetti dell’ostacolo rappresentato
da un filare di alberi possono essere
distinti in funzione della distanza
dall’ostacolo stesso. È possibile
individuare 4 zone:
Zona A: sul lato sopravvento la
velocità inizia a decrescere da una
distanza pari a sei volte l’altezza del
filare
Zona B: immediatamente a ridosso
della barriera la velocità del vento
decresce bruscamente
Zona C: nella zona sottovento
compresa fra 6 e 20 H si ha una
rapida crescita della velocità
Zona D: il vento torna gradualmente
alla velocità inizialeINDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI:
LA VENTILAZIONE
Rappresentazione grafica delle 4 zone precedentemente descritte.
D
A
C
BINDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI:
LA VENTILAZIONE
La dimensione della zona interessata dall’effetto di attenuazione di una barriera vegetale è funzione
anche della lunghezza della barriera e della velocità del vento.
È possibile stimare l’area
interessata dall’effetto di
attenuazione della barriera:
SP= C x H x L
Dove:
SP = superficie protetta
H = altezza barriera
L = lunghezza barriera
C = 29,7 per V = 10 Km/h
C = 19,8 per V = 15 Km/h
C = 14,9 per V = 20 Km/h
V = velocità del vento
(La relazione rispetta le unità di misura con C
adimensionale)
Da cui: L= SP/(C x H)INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: LA VENTILAZIONE Nel contesto urbano l’analisi degli ostacoli alla ventilazione può essere molto complessa, a causa della varietà delle forme e delle dimensioni degli edifici circostanti il sito di intervento. Esistono dei modelli di riferimento per il calcolo grafico della scia di un edificio. Nel caso molto frequente in cui gli edifici analizzati non rientrino nei modelli proposti in letteratura è possibile interpolare, ma bisogna sempre tenere ben presente che si tratta di valutazioni qualitative e non quantitative.
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: LA VENTILAZIONE
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: LA VENTILAZIONE
INDIVIDUAZIONE ED ANALISI DEL SITO DI PROGETTO – GLI AGENTI FISICI: LA VENTILAZIONE
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