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architettura bioenergetica

domenica 13 03 2016

Architettura bioenergetica

arch. Stefano Menotti Colucci


La nuova frontiera dell’ecologia scavalca la green economy proiettandosi verso un concetto che stravolge l’attuale modo di intendere l’economia e la produzione, ovvero un nuovo modello elaborato con il nome di blue economy. La blue economy, teorizzata da Gunter Pauli, trae ispirazione dagli ecosistemi naturali (per esempio dalle strategie di sopravvivenza di animali e insetti) e intende affrontare le problematiche inerenti la sostenibilità non solo investendo nella tutela dell’ambiente e in architetture più efficienti, ma cercando di trarre vantaggio anche dalla rigenerazione, riutilizzando quelli che sono considerati rifiuti del nostro tempo al fine di rendere possibile a tutti trarre benefici dall’eterno flusso creativo e dall’abbondanza presente in natura. Per questo s’ispira a ecosistemi naturali, nei quali tutto è riutilizzato secondo un ciclo detto “a cascata”, dove gli scarti di una produzione diventano le materie prime di una nuova fase. Anche per quanto riguarda l’architettura vi sono dei progetti o idee che si possono inserire nel modello della blue economy, e che per essere efficienti si ispirano a sistemi e tecnologie utilizzati in natura da animali e insetti per sopravvivere, per esempio, adattandosi a determinate condizioni climatiche, come il raffrescamento superficiale del manto delle zebre e i sistemi di ventilazione dei termitai. Ad esempio, il manto delle zebre è conosciuto per essere un’efficace sistema di controllo del calore, infatti mentre il bianco riflette la luce riducendo la temperatura superficiale, il nero fa il contrario assorbendo il calore, e la differenza di pressione tra l’aria più calda e più fredda delle strisce del manto innesca un serie di micro correnti che sono in grado di ridurre la temperatura percepita dalla zebra fino ad un massimo di 9°C.

Il principio adottato da questi animali è stato ripreso dall’architetto svedese Andres Nysquit per il progetto della Daiwa House a Sendai, in Giappone: la Daiwa House sfrutta la combinazione di bianco e nero per regolare la temperatura esterna dell’edificio, che in estate si abbassa di circa 5°C apportando un risparmio energetico del 20%.

Un altro esempio che accomuna la blue economy all’architettura è rappresentato dal dibattito poco noto riguardante il modo in cui sono costruite le abitazioni di alcuni insetti, e uno degli esempi più interessanti in questo settore riguarda i termitai. Le termiti, infatti, nei paesi tropicali riescono a realizzare costrizioni particolarissime che possono raggiungere i dodici metri di altezza (come un grattacielo di dieci chilometri per noi umani), costituite da un impasto di erbe, saliva e sterco che seccandosi al vento e al sole si solidifica diventando resistentissimo.

I termitai sono stati studiati dal team che porta avanti il progetto TERMES (Termite Emulation of Regulatory Mound Environment by Simulation), hanno forme organiche che assomigliano allo sviluppo di frattali di funzioni matematiche complesse, che hanno una loro logica riferita scientificamente alla dinamica dei fluidi, in questo caso dell’aria.


Una delle peculiarità di questo tipo di geometrie è che la temperatura interna viene mantenuta costante a 26°C grazie ad una sapiente regolazione dei flussi d’aria in entrata e in uscita. L’interno dei termitai è infatti composto da una serie di gallerie e torri del vento che a seconda della loro disposizione verticale o orizzontale, consentono all’aria di prendere velocità in alcuni punti o di rallentare in altri, garantendo condizioni ottimali di temperatura, ventilazione e umidità, anche per la crescita di un particolare fungo di cui le termiti prevalentemente si cibano.

La logica di costruzione dei termitai è stata utilizzata sempre dall’architetto Anders Nyquist, pioniere della tecnica di costruzione chiamata “eco–cycle adapted”, per progettare diversi edifici tra cui la scuola Laggarber, in Svezia a Timra, costruita nel 1995. Questo edificio sfrutta i principi di ventilazione naturale presenti nei termitai, per cui ogni trenta minuti si ha un completo ricircolo dell’aria, che significa avere studenti più ossigenati quindi attivi e pronti ad apprendere al meglio.

Questo edificio, realizzato appunto secondo i principi dell’eco–cycle design, è studiato per avere un basso impatto energetico, è autonomo sia per quanto riguarda la provvigione del cibo, grazie all’orto curato dagli stessi studenti, sia per il riciclo delle acque grigie e nere che, dopo essere state depurate, vengono reimmesse nel ciclo per annaffiare il giardino della scuola. Questo progetto è stato fonte d’ispirazione per la costruzione di altre scuole, ed è spesso riportato come esempio non solo dal punto di vista costruttivo ma anche per la sua funzione educativa e sociale, facilitata dalla struttura stessa.

Schema di ventilazione della Laggarber School. 

Questi sono solo due dei molti esempi che potrebbero essere qui riportati a testimoniare la capacità di progettisti e architetti di allinearsi a un nuovo sistema di pensiero volto non solo al rispetto dell’ambiente, ma che si propone di arrivare alla svolta “zero rifiuti”, e questo è possibile grazie ad una continua evoluzione dei materiali, dei componenti e dei sistemi tecnologici costruttivi oltre che grazie all’utilizzo di pratiche ispirate a tecniche già presenti in natura.

Questa breve introduzione, ha lo scopo di dimostrare empiricamente quanto l’aspetto morfologico dell’architettura di un edificio possa influenzarne l’efficienza in ambito funzionale, le moderne tecnologie per i metodi di progettazione in realtà spingono e stimolano la progettazione verso un prodotto che traendo anche l’ispirazione dalle risorse tecnologiche della natura siano efficienti e a misura d’uomo. Lo scopo di un’architettura contemporanea è quello di creare un organismo funzionale che prenda le sue radici proprio dalla terra e dall’ambiente, creando un progetto non impattante ma al contrario in sintonia con l’ambiente nel quale vive. Un albero ad esempio nasce dalla terra trasforma l’aria e allo stesso tempo è la casa di molti organismi, produce cibo ed energia senza però rilasciare immissioni nocive e soprattutto è riciclabile. La tecnica contemporanea ci aiuta a progettare edifici performanti concepiti a misura d’uomo costruiti con materiali con un basso impatto ambientale, rivestiti con materiali non solo esteticamente efficaci ma anche utili. La geometria dell’edificio deve necessariamente nascere per essere efficiente, favorendo anche l’inserimento delle reti impiantistiche per le quali la geometria distributiva ne determina i costi di realizzazione ma soprattutto i costi di gestione e manutenzione. La rete tecnologica deve nascere con l’edificio per dare vita allo scheletro, proprio come accade in natura per gli alberi, gli stessi organismi o l’uomo.


La città connessa

La tecnologia informatica e lo sviluppo delle reti hanno un importante ruolo nel settore sei trasporti. Le soluzioni contemporanee nel settore delle comunicazioni permettono oggi, grazie alle loro applicazioni di ridurre considerevolmente l’ emissione di carbonio e risparmiare i costi di spedizione, rinforzando allo stesso tempo il dinamismo economico e l’attrattività delle città.

le soluzioni TIC (tecnologie, informazione e comunicazione) basate sull’ innovazione, favoriscono la diminuzione di beni fisici e bisogno di trasporti attraverso la dematerializzazione favorendo anche una logistica intelligente e la sincronizzazione del processo produttivo. 


Lo sviluppo sostenibile favorisce un' economia in armonia con la biosfera, allo scopo di preservare la possibilità, per le prossime generazioni, di andare incontro ai propri bisogni.


Il Biomorfismo, la Bionica e la Biomimetica al servizio dell’architettura.

I più antichi esseri viventi sono apparsi circa 3.8 miliardi di anni fa. In termini di tempo, le società umane sono comparse molto dopo che la natura aveva cominciato a fare i suoi esperimenti. Alcune di quelle specie sono sopravvissute adattandosi costantemente, senza ipotecare le generazioni future e senza carburante, la loro sussistenza merita il nostro rispetto, e ci ricorda le leggi della loro proseprità.

In natura l’energia solare govern ail pianeta, la natura usa solamente la quantità di energia necessaria, modella le forme migliori a svolgere determinate funzioni, ricicla tutto, scommette sulla biodiversità, limita gli eccessi dall’interno, trasforma le avversità in opportunità e gli scarti in risorse, migliora le competenze localizzate. 

La scienza contemporanea analizzando I processi naturali e sfruttando miliardi di anni di esperienza della natura potrebbe tendere all’ innovazione, modificando il bilancio del carbonio, adottando le scale operate dalle attuali biotecnologie: le forme, le strategie, e gli ecosistemi.


Il biomorfismo: È basato solo su forme naturali, come ad esempio le ali verticali dell’ aquila delle steppe, la forma spiralata e idrodinamica del nautilo, il sistema di ventilazione nei termitai.


La bionica: è basata su startegie di sussistenza, processi di produzione naturali come la plasticità delle foglie di ninfea, la struttura iper-resistente degli alveari in nidi di api.


La biomimetica: si basa su ecosistemi maturi e tende a riprodurre, tutte le interazioni presenti in una foresta tropicale, ad esempio l’uso di scarti come risorsa, la diversificazione e la cooperazione, la riduzione dei materiali allo stretto indispensabile. Esempi: l’agricoltura autogenerativa, la riproduzione del processo fotosintetico ( pricipale fonte energetica dell’ umanità ), la produzione di bio idrogeno dalle alghe.


La funzione primaria dell’ architettura, era quella di proteggere l’uomo dalla natura, ma questo principio dopo millenni ora deve mutare, l’uomo deve proteggere la natura.

L’obiettivo contemporaneo è di comprendere che l’uomo è una forma di vita evoluta generata dalla natura per proteggersi e non per autodistruggersi. Non si tratta quindi di riconciliare l’uomo con la natura , l’uomo è naura. L’ architettura del futuro può diventare naturale e creativa, creando spazi nei quali tutti gli elementi che la compongono possano essere rigenerativi.

L’ architettura diventa quindi un albero nutritive che scambia energia tra suolo e cielo.


Il progetto prende forma partendo dai seguenti elementi:


1 - Diminuzione dell’impronta ecologica e di consume del suolo favorendo il consumo locale e diminuendo l’utilizzo delle infrastutture grazie alla sua autosufficienza.

2 - Reintegrazione dell’ impiego locale nei settori primario e secondario, co-producendo i prodotti organici freschi per gli abitanti.

3 - Riciclo in cicli brevi e chiusi di rifiuti organici liquidi e solidi, delle acque usate, mediante compostaggio anaerobico e pannelli di alghe verdi che producono biogas da fotosintesi accelerata.

4 - Economia del territorio rurale, riducendo il consume del suolo e delle falde.

5 – Ossigenazione, l’ edificio produce più ossigeno di quanto ne consuma.

7 - Risparmio della risosrsa idrica grazie al riciclo dell’ acqua, della pioggia e dell’acqua evapo-traspirata dalle piante e conservazione dell’acqua di condensa.

10 - Diminuzione del ricorso a carburante fossile, necessario per l’ agricoltura tradizionale a lungo ciclo, per la refrigerazione e il trasporto dei prodotti



L’edificio è pensato per avere diverse funzioni:

Abitazione 

Ufficio: per l’autoproduzione di cibo ed energia l’edificio stesso impiega un numero di risorse umane.

Produzione di cibo: l’edificio ha la funzione di serra vertical idroponica.

Produzione di energia: l’edificio produce energia elettrica attraverso lo sfuttamento delle risorse naturali, sfruttando l’energia fotovoltaica, la autogenerazione di vento, ecc.

Ossigenazione: l’edificio produce più ossigeno di quanto ne consuma tenendo anche conto della presenza dei residenti.

Conservazione delle risorse naturali: ledificio conserva l’acqua producendola anche attraverso la conservazione della condensa e dell’acqua evapo-traspirata dalle piante.



Per raggiungere gli obiettivi del progetto, gni elemento utilizzato è pensato per avere almeno due funzioni

Creazione di un esoscheletro: la struttura serve anche a contenere e a creare energia 

Edificio come generatore di vento: la forma dell’edificio genera vento e correnti d’aria

La forma genera e trasferisce l’enegia: l’edificio è creato per trasferire I raggi solari ai livelli inferiori, e canalizzare l’aria calda verso I livelli superiori trasformandola in condensa che poi sarà canalizzata per idratare le piante.