Idee progettuali - ae-review
 

Idee progettuali

Processo

Eolico a misura d'uomo
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di Marco Cuomo

Il micro eolico si può definire l'erede dei vecchi mulini, in quanto sfrutta l'energia del vento per produrre energia meccanica o elettrica. Vengono considerate micro le macchine eoliche che generano potenze fino a 20 kW destinate all'autoconsumo di energia, mentre le macchine superiori ai 20 kW sono considerate di uso industriale. Dunque l'energia prodotta con macchine eoliche di piccola taglia, singole o collegate tra loro, è generalmente utilizzata sul posto. Le stesse non saranno connesse alla rete elettrica quando andranno ad alimentare utenze isolate come, ad esempio, sistemi di telecomunicazione, stazioni di pompaggio, utenze rurali e isole; in questi casi l'energia prodotta e non consumata verrà immagazzinata in un sistema di accumulo formato, nella maggior parte dei casi, da batterie. Invece un sistema micro eolico allacciato alla rete elettrica può integrare l'energia prodotta con l'energia della rete elettrica oppure vendere alla stessa rete l'energia prodotta in plusvalenza.

Il funzionamento rotazione delle pale delle macchine eoliche sollecitate dal flusso naturale dell'aria. L'energia così ottenuta può azionare due tipologie di generatori elettrici delle quali il primo l’aerogeneratore ed il secondo l’aeromotore (es. pompe). Le pale della macchina, comunemente tre, sono fissate su un mozzo che costituisce il rotore ed il cui posizionamento è controvento, lo stesso, a sua volta, è collegato a un albero sul quale è posizionato un freno a valle del quale si trova il generatore elettrico da cui dipartono i cavi elettrici diretti alle utenze da alimentare.

Tutti questi elementi sono ubicati in una cabina, detta navicella o gondola, la quale è posizionata su di un supporto-cuscinetto, orientabile in base alla direzione del vento. La navicella viene completata da un sistema di controllo di potenza che interrompe il funzionamento della macchina in caso di vento eccessivo. Un timone, posto in coda, garantisce la migliore posizione della navicella in relazione alla direzione del vento. L'intera navicella è poi posizionata su di una torre che può essere a traliccio, tubolare o ad aste strallate. Gli aspetti caratteristici che differenziano una tipologia di macchina da un'altra, indipendentemente dalla taglia di potenza e quindi di dimensione, sono i seguenti:
- Sistema di controllo della potenza: a passo o a stallo.
- Velocità del rotore costante o variabile.
- Presenza o assenza del moltiplicatore di giri.
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Le principali due famiglie di sistemi eolici sono:
·   Generatori ad asse orizzontale
Esistono diverse configurazioni di turbine eoliche ad asse orizzontale quali monopala, bipala, tripala, multipala. All'aumentare del numero di pale diminuisce la velocità di rotazione, aumenta il rendimento e cresce il prezzo. La maggior parte delle turbine costruite attualmente è ad asse orizzontale, a tre pale, caratterizzate da una coppia motrice più uniforme con sollecitazioni minori e quindi di durata maggiore, energia prodotta leggermente superiore cioè rendimento maggiore in linea di principio nonché minore disturbo visivo, in virtù di una minore velocità di rotazione.
·   Generatori ad asse verticale
La macchina Savonius caratterizzata da un rendimento globale molto basso al 20% dell'energia posseduta dal vento lavora bene con venti deboli, ma il suo rendimento crolla con venti forti; è molto robusta ed ha una forte coppia di spunto che ne consente l'avviamento con venti debolissimi. La macchina Darrieus è caratterizzata da grande semplicità di costruzione e da alto rendimento, che si attesta intorno al 40% dell'energia del vento, e riesce a combinare i vantaggi della macchina Savonius e delle pale aerodinamiche delle macchine ad asse orizzontale. Il regime di rotazione è molto elevato mentre la coppia di spunto, molto bassa, non permette a questa tipologia di macchine di avviarsi spontaneamente.
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Il costi per macchine in fascia di potenza compresa tra 10 e 20 kW a chiavi in mano, varia dai 3000-4000 € per kW installato, gli stessi possono aumentare per macchine di taglia più piccola (centinaia di watt-pochi kW) ovvero raggiungere 4000 - 5000 € per kW installato. Si ricorda che i costi di gestione e manutenzione durante la vita utile dell’impianto crescono con il tempo quali anni 1-10, ~ 2%; anni 10 - 20, ~ 3% (% sull'investimento).
In quanto l'energia del vento è presente in gran parte del globo, la localizzazione di un generatore che la trasformi in energia elettrica è possibile in molteplici siti. Per produrre energia elettrica in quantità sufficiente è necessario che il luogo dove si installa l'aerogeneratore sia ventoso. Ma è necessario fare la verifica della ventosità, specie in contesti fortemente antropizzati (tessuti urbani), e per aerogeneratori con corte torri di sostegno (come accade per il micro-eolico) è di estrema difficoltà, e spesso le informazioni contenute negli atlanti del vento o provenienti da stazioni anemometriche non possono essere efficacemente utilizzate. Infatti le condizioni del vento, a poche decine di metri da terra, risentono notevolmente della presenza di ostacoli e pertanto possono comportare grandi scostamenti rispetto alle condizioni del vento in posizioni indisturbate o a quote superiori. Pertanto, per determinare l'energia eolica potenzialmente sfruttabile in una data zona, bisogna conoscere, per il sito in esame, l'andamento nel tempo della direzione e della velocità del vento e la sua distribuzione con la quota. In particolare la conformazione di un terreno influenza la velocità del terreno: più un terreno è corrugato, cioè presenta variazioni brusche di pendenza, boschi, edifici e montagne, più il vento incontrerà ostacoli che ridurranno la sua velocità. Normalmente la posizione ideale di un aerogeneratore è in un terreno appartenente ad una bassa classe di rugosità e che presenta una pendenza compresa tra 6 e 16 gradi. Il vento deve superare la velocità di almeno 5,0 metri al secondo e deve soffiare in modo costante per gran parte dell'anno.
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Interessante è l’impiego delle miniturbine eoliche che consentono un impatto visivo ridotto e il funzionamento anche con una scarsa velocità del vento, tipica dell'ambiente urbano, infatti le turbine sono in grado di produrre energia anche con flussi ventosi modesti. Inoltre, al contrario dei grandi aerogeneratori, il mini e micro eolico si presta alla generazione distribuita di elettricità non necessitando di grandi infrastrutture per il trasporto dell'energia elettrica presso le utenze. Va comunque osservato che per la micro-generazione eolica non sussistono al momento in Italia i contesti normativi favorevoli alla diffusione della tecnologia. In particolare non vi sono per esempio le condizioni previste per il fotovoltaico per remunerare l’energia prodotta e per effettuare i conguagli di energia con il proprio fornitore. Anche i piani urbanistici e territoriali non contemplano al momento particolari misure atte a favorire attraverso incentivazioni la diffusione di queste tecnologie. È necessario inoltre evidenziare che, in ambito urbano, la produzione di energia elettrica dell’eolico per superficie spazzata dal rotore è confrontabile con quella prodotta con un impianto fotovoltaico avente la medesima superficie captante. La turbina può essere installata direttamente su tetti e terrazzi oppure tramite apposite strutture di sostegno. Si ricorda che prima dell’installazione di un micro-generatore è importante verificare che non vi siano strutture circostanti che potrebbero ostacolare il movimento delle pale o danneggiarle, e che il sito scelto abbia caratteristiche di ventosità minime tali da poter giustificare la scelta. Come nel caso degli impianti fotovoltaici, i piccoli impianti eolici possono essere impiegati sia come sistemi autonomi non allacciati alla rete elettrica (case isolate, pompe o macchine agricole) sia come impianti connessi in parallelo alla rete elettrica.
La possibilità tecnologica di realizzare sistemi ibridi, ad oggi apre la possibilità di accoppiare i sistemi eolici con un'altra forma tecnologica di conversione energetica, come ad esempio il fotovoltaico, ma non solo. Proprio questo ambito del settore produttivo presenta interessanti sviluppi di ricerca per l’introdurre di soluzioni flessibili e innovative, frutto di sinergie tra le conoscenze tecnologie acquisite dal settore produttivo.

Eco-designer

L'aria strumento progettuale

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di Roberto Burlando

L’aria è il più impalpabile e leggero tra i quattro elementi, ma è sicuramente l’unico esistenziale. L’aria è ovunque, ma è invisibile. Serve sempre ma è anonima. Mutando la propria essenza diventa musica (vento) refrigerio (brezza) violenza (tempesta) vita (respiro) e morte.
L’architettura d’aria è pertanto quella che è invisibile ma esiziale. Sostanzialmente è architettura in evoluzione, in trasformazione, come un’architettura di luce, ma senza luce si vive, senza aria si muore. Quindi è architettura che funge da volano economico oltre che estetico. Le architetture d’aria e i paesaggi d’aria, sono quelli che amo di più. Quelli che non si vedono, o meglio che sembra siano sempre esistiti. Quei progetti che, una volta realizzati, sembra siano da sempre con noi. Non li vedi, non li senti. Ma prova a non averli e sentirai subito la loro mancanza.
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L’aria in questo progetto è stato l’elemento che mi ha accompagnato durante tutte le fasi. I brandelli imponenti dell’antica struttura, diventano vela nei momenti di forte vento, e infatti il mantenimento delle bucature e dei fori di cannone sulla facciata sono stati lasciati sia per mantenere le ferite storiche e storicizzate dell’edificio, sia per evitare che su questa facciata possano agire le forze devastanti del vento. Ma l’aria trasportando le note, consente di avere un proscenio “naturale” ed una sorta di cassa armonica che l’architettura dell’uomo ha esaltato, potenziandola.

Il vero problema degli auditorium all’aperto è proprio il vento e l’aria. Con la pioggia gli eventi non si realizzano, ma il vento e l’aria sono mutevoli ed  immediati. Questo sito è certamente particolare, sotto questo aspetto, e un’attenzione importante è stata rivolta all’eliminazione del problema del vento durante la rappresentazione. Un sistema di frangivento è stato appositamente progettato.
Per ultimo, forse quell’aspetto più impalpabile ma più forte, è il luogo. Posto leggermente in elevato, Il sito è un sito d’aria. Non riesco a spiegarlo, ma anche con tutta quella pietra, l’elemento non è pesante. Non vedi la pesantezza del castello, ma percepisci la leggerezza del contesto. Il progetto ha ascoltato il genius loci e il suo divenire spazio-temporale.
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Rete leggera che si contrappone all’aria. Leggerezza di forza, contro forza dell’aria. La natura è strana, dobbiamo imparare a rispettarla e non a combatterla. Porre controventi materici e ciechi avrebbe snaturato il sito, contrapposto durezza a forza, perdendo. Le strutture cieche sarebbero diventate muri e vele e l’aria avrebbe creato più danni, con rumore e problematiche immense.
La rete stirata doppia che abbiamo inserito, semplicemente ammorsata a terra e inserita solo se necessaria, consente di dare leggerezza e trasparenza, ma di orientare e governare il vortice del vento e liberare solo una leggera brezza.
In questo modo come una magia l’Auditorium potrà soffiare armoniosamente le sue parole nello spazio e noi ascoltarle.
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L’oggetto dell’intervento
Il castello Del Carretto, uno dei più antichi delle valli della Bormida, risale al XII secolo e sorge a Nord Est dell’antico borgo, sull’elevato pianoro antistante il monte Mezzano, a dominio della distesa prativa in vicinanza delle sorgenti del Bormida di Millesimo. Poche notizie si hanno sulla sua realizzazione e sulla sua storia, tuttavia taluni studiosi ritengono che il manufatto sia addirittura legato a preesistenze di epoca romana.
La struttura ha un’insolita forma poligonale, strutturata originariamente in sedici lati, di cui attualmente rimangono le massicce ed alte mura solo di quattro, mentre i restanti lati, di cui resta la fascia basamentale sono in parte crollati ed in parte presentavano gravi cedimenti e lacune nella tessitura muraria. Il progetto è nato da solo. Si sentiva un’aura di importanza e di imponenza, attorno alle antiche vestigia, che era impossibile pensare a qualcosa di diverso dal farsi portare la mano a disegnare l’elemento di restauro e di recupero. Il castello è stato naturalmente oggetto di intervento di recupero e restauro statico e conservativo. Le strutture murarie sono state consolidate attraverso un finanziamento CIPE, accordo di Programma Quadro Riqualificazione urbana – infrastrutture turistiche. L’interno delle mura è stato oggetto di intervento di pulizia del suolo e scavo archeologico ed è in cantiere l’allestimeno dello spazio auditorium, che si intende realizzare.
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L’intervento riguarda la funzionalizzazione dell’immobile del castello, al fine di realizzare un auditorium all’aperto per circa 300 persone.
Il progetto prevede la sistemazione del suolo del castello e la realizzazione di un piano di calpestio superiore, dotato di allestimento mobile, sedute e palco, sistemazione di tensostruttura mobile per la copertura del sito, con una struttura mobile che si adatta a tutte le necessità, appare, scompare, una struttura reticolare spaziale telescopica, per realizzare un auditorium importante, avente per proscenio le strutture elevate del castello. Detta realizzazione consente di sopperire ad una carenza del territorio che non ha una struttura per attività teatrali o musicali di livello, soprattutto in un ambiente storico quale diventa il castello, ora restaurato e donerà vita e vigore all’antico maniero.

Tecnologia

L'edificio che respira
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di Marco Cuomo

La facciata ventilata s’inserisce nell’evoluzione delle tecnologie costruttive radicate nella tradizione storica. Sono numerose, infatti, le realizzazioni tradizionali in cui si possono osservare, ad esempio, delle intercapedini ventilate, tra un rivestimento esterno in scandole di legno o lastre di ardesia e una struttura di ancoraggio costituito da listelli di legno fissati direttamente alla struttura portante dell’edificio con viti e chiodi. Considerando le aree geografiche in cui sono diffusi questi tipi di rivestimento (Liguria, zone alpine e in generale le regioni del nord Europa),  si comprende come essi siano nati principalmente per rispondere  all’esigenza di tenuta delle pareti esterne all’azione della pioggia battente e del vento.
Le nuove tecnologie applicate alla parete ventilata hanno consentito al sistema edilizio un ottimizzazione prestazionale dell’involucro edilizio. Oltre all’affidabilità della tenuta all’acqua si sono garantite le prestazioni:
- Facilità di posa (montaggio a secco) e manutenzione;
- La riduzione dei rischi di fessurazione e distacco, tipici dei rivestimenti applicati in umido sul supporto murario;
- La maggiore protezione dell’organismo edilizio all’azione degli agenti atmosferici;
- Il maggiore confort climatico (estivo e invernale);
- Ottimizzazione dell’efficienza energetica dell’organismo edilizio.
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Le soluzioni tecniche di pareti ventilate consentono una trasformazione tecnologica di evoluzione linguistica degli elementi posti a involucro, che costituiscono l’epidermide dell’organismo edilizio nel configurare una nuova architettura energetica.
Il settore produttivo oggi più che mai fornisce un’ampia offerta dei sistemi di rivestimento che caratterizzano l’immagine e la forma dell’architettura, utilizzando sia materiali della tradizione e sia materiali complessi espressione dell’innovazione tecnologica. Il concetto tecnologico di base delle pareti ventilate è quello di realizzare un involucro edilizio formato da due principali strati funzionali, opportunamente distanziati da un sistema a supporto e ancoraggio. Il principio utilizzato è di costituire un intercapedine di discontinuità tra i due strati funzionali, realizzando di fatto un terzo strato costituito dall’elemento aria. La dinamicità e mutevolezza fisica dell’aria garantisce un vera azione di respirazione dell’organismo edilizio, evitando i fenomeni di condensazione sulle pareti interne più fredde.
L’intercapedine d’aria rappresenta un vero e proprio diaframma attraverso una comunicazione esterna sia al piede dell’edificio che alla sua sommità, e interposto tra il supporto murario interno e il rivestimento esterno. Il flusso termico dell’aria generato dal fenomeno ascensionale è definito comunemente effetto camino. È necessario mantenere uno spessore costante dalla base fino alla conclusione superiore per garantire un corretto flusso, allo stesso tempo il canale dell’intercapedine deve essere privo di elementi che interrompendo la continuità verticale i quali possono creare moti convettivi locali in opposizione al moto primario ascensionale. Si evince che l’azione di ventilazione del materiale aria consente di auto regolare il confort termico. In estate il moto ascensionale dell’aria riduce, all’interno dell’edificio, l’ingresso dell’energia radiante solare; in inverno il moto dell’aria sommandosi alla funzione di smorzamento offerta dall’intercapedine cava, amplifica l’effetto di scarsa dispersione termica interno – esterno eliminando la presenza di ponti termici. Inoltre sempre in inverno il moto ascensionale dell’aria favorisce l’evacuazione del vapore acqueo proveniente sia dagli spazi interni dell’edificio che dall’ambiente esterno. Dunque, se tutte queste condizioni sono osservate, la parete ventilata porta al benessere e confort dell’edificio attraverso un azione di vera  e propria respirazione naturale della chiusura orizzontale che consente allontanamento dell’acqua sotto forma vapore, oltre a permettere nella climatizzazione estiva un rinfrescamento dell’involucro riscaldato dalle radiazioni solari.