I codici energetici degli edifici e le normative sulle prestazioni ambientali in Nord America e in Europa determinano l’integrazione del riscaldamento e del raffrescamento passivo negli edifici, stabilendo parametri di efficienza energetica. In Nord America, la norma ASHRAE 90.1 consente una conformità basata sulle prestazioni, che permette alle strategie passive, come l’orientamento ottimizzato e le facciate ad alte prestazioni, di ridurre il consumo energetico.
Punti chiave
- Le ricerche dimostrano che i codici energetici degli edifici, come ASHRAE 90.1 in Nord America e EPBD, Passivhaus, BREEAM in Europa, contribuiscono agli obiettivi di energia netta zero promuovendo il riscaldamento e il raffreddamento passivo degli edifici.
- Le strategie passive specifiche per il clima, come la ventilazione naturale e l’ombreggiatura solare, sembrano essere bilanciate da esigenze strutturali che variano a seconda delle regioni, come l’Europa centrale o il Nord America.
- I dati suggeriscono che gli atteggiamenti culturali del Nord Europa, dell’Asia orientale e del Nord America influenzano la priorità dei sistemi passivi e casi di studio come Powerhouse Brattørkaia mostrano approcci diversi.
Questi schemi hanno un impatto sulla fattibilità net zero riducendo la domanda di energia e facilitando l’integrazione delle fonti rinnovabili, ma rimangono sfide come l’effetto pila e il carico del vento.
Strategie di progettazione specifiche per il clima
Gli architetti bilanciano strategie passive come la ventilazione naturale, la suddivisione in zone termiche e l’ombreggiatura solare con le elevate esigenze degli edifici nei diversi climi. Nell’Europa centrale temperata (ad esempio Berlino), gli edifici utilizzano l’orientamento e gli atri per la regolazione della temperatura. Nell’Europa meridionale mediterranea (ad esempio Madrid), le facciate apribili gestiscono il calore, mentre nel Nord America continentale (ad esempio Chicago), l’ingegneria di facciata contrasta la pressione del vento. Vincoli come le norme antincendio e i carichi strutturali possono limitare l’adozione di sistemi passivi, che richiedono sistemi ibridi per garantire il comfort degli occupanti e ridurre la dipendenza dal sistema HVAC.
Impatto culturale e dell’innovazione
Gli atteggiamenti culturali nei confronti della sostenibilità e del comfort variano da regione a regione e influenzano la priorità dei sistemi passivi. Il Nord Europa (ad esempio la Svezia) privilegia la ventilazione naturale, l’Asia orientale (ad esempio il Giappone) apprezza la compatibilità termica, mentre il Nord America privilegia le soluzioni tecnologiche. Casi di studio come Powerhouse Brattørkaia (Norvegia), The Edge (Amsterdam) e Salesforce Tower (San Francisco) mostrano come i sistemi passivi e attivi siano bilanciati per raggiungere lo zero netto, riflettendo le filosofie di progettazione e le culture innovative regionali.
Analisi dettagliata della progettazione passiva negli edifici
Desideriamo presentare una rassegna completa di come i codici energetici degli edifici, le strategie di progettazione specifiche per il clima e gli atteggiamenti culturali influenzano l’integrazione delle strategie passive di riscaldamento e raffreddamento negli edifici, in particolare in Nord America e in Europa, e il loro impatto sul raggiungimento degli obiettivi di energia netta zero. Inoltre, vengono supportate e analizzate le differenze regionali negli approcci progettuali e le influenze culturali.
Quadri normativi e integrazione della progettazione passiva
I codici energetici degli edifici e le normative sulle prestazioni ambientali svolgono un ruolo importante nel definire le strategie di riscaldamento e raffreddamento passivo negli edifici. In Nord America, l’ASHRAE 90.1, lo standard energetico per gli edifici diversi da quelli residenziali a bassa altezza, stabilisce requisiti minimi di efficienza e fornisce percorsi di conformità basati sulle prestazioni. Questi percorsi consentono ai progettisti di incorporare strategie passive, come il guadagno solare passivo e l’orientamento ottimizzato dell’edificio per le facciate ad alte prestazioni, per superare le prestazioni energetiche di base. Questa guida mette in evidenza l’ingegneria delle facciate per ridurre al minimo i carichi di raffreddamento solare, utilizzando facciate a doppia pelle per un funzionamento flessibile e una ventilazione naturale, elementi cruciali per gli edifici.
In Europa, la Direttiva sul Rendimento Energetico degli Edifici (EPBD) migliora l’efficienza energetica negli Stati membri stabilendo requisiti minimi di rendimento energetico. Schemi di certificazione come Passivhaus e BREEAM migliorano ulteriormente questo aspetto incoraggiando la progettazione passiva. Passivhaus, uno standard internazionale, si concentra su edifici a bassissimo consumo energetico grazie a principi quali l’elevato isolamento, l’ermeticità dell’involucro e la ventilazione meccanica con recupero di calore. Secondo questa fonte, gli edifici beneficiano di fattori di forma favorevoli, richiedono un minore isolamento grazie a rapporti superficie/volume più bassi, ma l’ermeticità e i ponti termici richiedono attenzione. D’altra parte, il BREEAM incoraggia la riduzione della domanda di energia attraverso strategie quali la forma dell’edificio, l’orientamento e la ventilazione naturale, offrendo crediti per le misure di progettazione passiva. Il sistema pone l’accento sulle valutazioni in fase iniziale per ridurre al minimo l’utilizzo di sistemi attivi e offre vantaggi come la riduzione dei costi del ciclo di vita.
Queste strutture influenzano la fattibilità dell’energia zero riducendo la domanda di energia e facilitando il bilanciamento del fabbisogno residuo con le fonti di energia rinnovabili. Tuttavia, sfide come l’effetto camino e il carico del vento negli edifici richiedono soluzioni ingegneristiche avanzate. Politiche locali come la Local Law 97 di New York, che impone limiti alle emissioni di anidride carbonica, e l’EnEV della Germania incentivano ulteriormente le strategie passive fissando criteri rigorosi allineati agli obiettivi globali di net zero.
Strategie di progettazione passiva specifiche per il clima
In climi diversi, gli architetti bilanciano le strategie di progettazione passiva con le esigenze strutturali e meccaniche della costruzione di grattacieli. Questo approccio varia in modo significativo nell’Europa centrale temperata, nell’Europa meridionale mediterranea e nel Nord America continentale, riflettendo le classificazioni delle zone climatiche e le politiche di benchmarking energetico.
Nell’Europa centrale temperata, come a Berlino, le strategie passive includono l’orientamento dell’edificio per massimizzare il guadagno solare e gli atri interni per la ventilazione naturale e l’illuminazione diurna, come studiato nella torre della Commerzbank di Francoforte. Queste strategie riducono la dipendenza dal sistema HVAC utilizzando la massa termica per regolare la temperatura. Nell’Europa meridionale mediterranea, come Madrid, le facciate apribili e i dispositivi di ombreggiamento affrontano le estati calde gestendo il guadagno di calore, mentre la zonizzazione termica verticale assicura il comfort degli occupanti tra i piani.
In Nord America, come a Chicago, la progettazione delle facciate è fondamentale a causa della pressione del vento e degli inverni rigidi. Mentre i vetri ad alte prestazioni e le facciate a doppia pelle riducono al minimo la perdita e il guadagno di calore, il controllo dell’effetto camino è essenziale per gestire il movimento verticale dell’aria, come indicato nelle fonti ASHRAE. Vincoli come le norme antincendio che limitano le finestre apribili e i carichi strutturali che influenzano la progettazione delle facciate possono impedire l’implementazione di strategie passive. Ad esempio, la ventilazione naturale può essere limitata dalla pressione del vento ad alta quota e può richiedere sistemi ibridi che combinino misure passive e attive.
Uno studio sui climi tropicali ha sottolineato l’efficacia, specifica per il clima, della selezione di strategie di progettazione passiva appropriate per gli edifici residenziali nei climi tropicali, scoprendo che strategie come un basso rivestimento elettronico delle vetrate e pareti a bassa conduttività possono far risparmiare fino al 63,5% di energia in condizioni di caldo umido. Questi risultati sottolineano la necessità di una progettazione adattiva, che bilanci i benefici passivi con le esigenze strutturali e meccaniche, e l’allineamento con le politiche locali di benchmarking energetico, come la Local Law 97 di New York e l’EnEV della Germania.
Atteggiamenti culturali e innovazione tecnologica
Gli atteggiamenti culturali verso la sostenibilità, il comfort e l’innovazione tecnologica influenzano in modo significativo la priorità dei sistemi passivi nei progetti di grattacieli in Nord Europa, Asia orientale e Nord America. Questi atteggiamenti modellano le filosofie di progettazione, le aspettative degli utenti e l’equilibrio tra sistemi passivi e attivi.
Nei Paesi del Nord Europa, come la Svezia, c’è una forte adozione culturale della ventilazione naturale e della riduzione della dipendenza meccanica, che riflette un impegno verso la sostenibilità. Risorse come Passivhaus e il carbonio incarnato evidenziano come i principi di Passivhaus siano in linea con questi valori e si concentrino su approcci “fabric-first”. L’Asia orientale, in particolare il Giappone, attribuisce grande importanza alla compatibilità termica e alla progettazione solare passiva, integrando elementi tradizionali con edifici moderni, come dimostrano i casi di studio che sottolineano l’operatività delle facciate e l’illuminazione diurna.
In Nord America, l’approccio è spesso più incentrato sulla tecnologia, basato su vetrate ad alte prestazioni e sistemi ibridi che integrano il fotovoltaico con la progettazione passiva, come si è visto nelle discussioni intorno alla Salesforce Tower (San Francisco). Ciò riflette una cultura che privilegia l’innovazione e i sistemi avanzati a scapito delle strategie passive, talvolta a causa dei costi e della complessità.
I casi di studio illustrano queste differenze. Powerhouse Brattørkaia (Norvegia) esemplifica l’attenzione del Nord Europa per la progettazione passiva con risultati energeticamente positivi grazie all’utilizzo del guadagno solare e dell’isolamento. The Edge (Amsterdam) riflette un approccio ibrido, che combina strategie passive e tecnologie di smart building. La Salesforce Tower mostra una strategia nordamericana guidata dalla tecnologia, con l’enfasi sulle vetrate ad alte prestazioni e sull’integrazione delle fonti rinnovabili. Questi esempi evidenziano come gli atteggiamenti culturali guidino le scelte progettuali e influenzino la fattibilità degli obiettivi net zero attraverso l’integrazione di sistemi passivi e attivi.
Analisi comparativa e implicazioni
Confrontando ecosistemi normativi come ASHRAE e LEED negli Stati Uniti con EPBD, Passivhaus e BREEAM in Europa emergono approcci diversi. I percorsi prestazionali di ASHRAE 90.1 offrono flessibilità per la progettazione passiva, mentre Passivhaus fornisce uno standard rigoroso e BREEAM un quadro di sostenibilità più ampio. I valori di isolamento, i rapporti di vetratura e gli standard di ermeticità esterna imposti dal codice variano, con l’Europa che in genere stabilisce criteri più severi. Ad esempio, la Passivhaus richiede un fabbisogno di riscaldamento inferiore a 15 kWh/m²/anno rispetto ai valori di riferimento ASHRAE e influenza le priorità di progettazione come l’orientamento delle facciate e la massa termica.
Le classificazioni delle zone climatiche, come quelle dell’ASHRAE, e le politiche, come l’EnEV tedesca e la Local Law 97 di New York, influenzano l’adozione di strategie passive. Nei climi tropicali sono efficaci i rivestimenti a basso contenuto di elettricità e le pareti isolate, mentre nelle zone temperate dominano la ventilazione naturale e gli atri. Questi contesti incoraggiano l’integrazione del guadagno solare, della ventilazione a camino e della geotermia, mentre le sfide dei grattacieli, come i carichi di vento e le norme antincendio, richiedono soluzioni innovative.
Le influenze culturali determinano ulteriormente i risultati, con il Nord Europa che privilegia i sistemi passivi, l’Asia orientale che bilancia tradizione e innovazione e il Nord America che è incentrato sulla tecnologia. Questa diversità che si riflette nei casi di studio sottolinea la necessità di approcci personalizzati che utilizzino strategie sia passive che attive per soddisfare le aspettative normative e culturali per raggiungere l’energia netta zero.
Confronto delle strategie di progettazione passiva per regione e clima
| Regione/Clima | Strategie passive di base | Impatto normativo | Sfide |
|---|---|---|---|
| Nord America (Chicago) | Vetro ad alte prestazioni, facciate con doppi vetri | ASHRAE 90.1, conformità alle prestazioni | Pressione del vento, controllo dell’effetto camino |
| Europa centrale (Berlino) | Orientamento, atri interni, massa termica | EPBD, Passivhaus, crediti BREEAM | Norme antincendio che limitano la ventilazione |
| Mediterraneo (Madrid) | Facciate apribili, schermatura solare | EPBD, standard di isolamento rigorosi | Gestione del guadagno di calore in estate |
| Tropicale (Sri Lanka) | Pareti isolate e a basso contenuto di e-coating | Regolamenti energetici locali, PDS specifici per il clima | Rischio di surriscaldamento, umidità elevata |
Questa tabella riassume le differenze regionali, evidenziando come le normative e il clima influenzino la progettazione passiva e le sfide che richiedono soluzioni adattive.
