Edifici tessili: caratteristiche energetiche delle membrane in architettura

Le membrane in architettura sono una risorsa sostenibile ed in grado di generare spazi confortevoli dal punto di vista termoigrometrico se progettati con le dovute accortezze. La possibilità di progettare edifici tessili, flessibili, resistenti e dalle forme articolate e sinuose , si sposa del tutto con le esigenze dell’architettura contemporanea, grazie alle caratteristiche energetiche del materiale. Che cos’è una membrana? La definizione generale è quella di una “pellicola tenera e sottile, che copre le membra”. In architettura vengono sostanzialmente individuate due tipologie di involucri:

  • Membrane: sottili pelli tralucenti e deformabili;
  • Scocche: ossia pelli, sempre sottili, ma più rigide ed opache.

La membrana gonfiabile di Arata Isozaki

In copertina: Shooting Arena, Magma Architecture, Londra.

Le membrane e le scocche sono l’esito di processi industriali che, quando possono riferirsi ad un’unica componente chimico–fisica (monocomponente), possono rispondere al requisito di compatibilità ambientale poiché è possibile la separazione delle componenti per il loro recupero o riciclo a fine vita. È intrinseco quindi che, nell’uso di membrane e scocche negli edifici, si tenga conto del concetto di recuperabilità dei materiali.

Meme House, Kengo Kuma.

PRESTAZIONI ENERGETICHE

Quando membrane o scocche costituiscono l’essenza dell’edificio, ossia quando siamo in presenza di un’architettura tessile, come sempre occorre considerare le prestazioni energetico ambientali dell’edificio.
Le membrane sono infatti concettualmente più simili a barriere di flussi dall’esterno verso l’interno. Di conseguenza le prestazioni termoigrometriche che sono in grado di garantire non possono essere comparate con quelle caratteristiche di elementi costruttivi massivi.

La resistenza conduttiva dello strato interno di una membrana in fibra di vetro/ptfe (mqK/W) è mediamente a 0,0042, contro lo 0,15 del calcestruzzo e lo 0,01 del vetro. Tuttavia, se la struttura in considerazione ha carattere temporaneo, tale aspetto potrebbe essere considerato trascurabile.

Morfologia e variazioni termiche

Quando invece il progettista si appresta alla realizzazione di un’opera non temporanea, deve tenere in conto che la membrana non è altro che una sottilissima pelle, spessa non più di 1 millimetro, che ha solo la capacità di smorzare gli effetti conseguenti la variazione delle temperature esterne. Ogni cambiamento di temperatura esterna influenza quasi simultaneamente le condizioni della faccia interna della membrana, dato che mediamente la variazione tra la faccia esterna e quella interna di una membrana è di circa 0,5 °C.

Altra criticità relativa agli edifici tessili deriva dalla loro caratteristica morfologica. Le architetture tessili sono infatti caratterizzate da ampie luci e spazi, oltre che da altezze molto elevate. Tali diversità di quota dell’intradosso facilita molto l’accumulo di aria calda nella parte superiore della struttura, lasciando strati di aria più fredda nelle zone più in basso, solitamente fruite dal pubblico. Tale fenomeno è più accentuato durante il giorno, ossia quando i raggi solari colpiscono la membrana, generando differenze di temperature con le zone più basse anche superiori ai 14 °C. Durante le ore notturne, invece, la variazione di temperatura si inverte, dato che le zone più in basso sono caratterizzate da materiali massivi, e quindi con una inerzia termica superiore al quella della membrana, che invece si raffredda più velocemente.

a sinistra, Shooting Arena, Magma Architecture, Londra. Foto, J.L. Dieh; a destra, Water Cube, PTW, Pechino.a sinistra, Shooting Arena, Magma Architecture, Londra. Foto, J.L. Dieh; a destra, Water Cube, PTW, Pechino.

Idrorepellenza e isolamento termico

Un altro fenomeno problematico delle strutture a membrana, strettamente correlato alla questione precedente, è relativo alle sue caratteristiche di idrorepellenza ed al basso isolamento di cui godono, aspetti che portano alla formazione di condensa, generando zone molto umide e facilmente attaccabili da muffe, macchie, scolorimento e degradazione del materiale. Tali fenomeni naturalmente diminuiscono drasticamente la vita utile delle strutture a membrana.

Una possibile soluzione a tale questione è quella di aumentare il numero di strati della membrana, a scapito però della sua traslucenza. Con soluzioni multistrato, ossia capaci di prevedere strati di aria nel “pacchetto” della membrana, oppure materiali isolanti (ad esempio schiume), è possibile migliorare le caratteristiche termoigrometriche del materiale, assicurando maggiore comfort alla struttura. L’inserimento anche di barriere a vapore risolve in modo ottimale il problema relativo alla condensa.

edifici-tessili-membrane-e

Ventilazione naturale

La progettazione degli spazi della struttura a membrana influisce notevolmente sul suo comportamento di quest’ultima e sulla sua risposta agli agenti esterni.

Shooting Arena, Magma Architecture, Londra. Foto, Steve Bates.Shooting Arena, Magma Architecture, Londra. Foto, Steve Bates.

Aperture appositamente studiate possono provvedere ad una corretta ventilazione naturale, garantendo il giusto comfort negli ambienti all’interno della membrana: in estate, assecondando il flusso naturale dei moti convettivi ed espellendo l’aria dalle aperture poste in alto; nel periodo invernale, riducendo l’ingresso d’aria senza impedire la mescolanza degli strati d’aria a temperature diverse. In questi casi può venire in aiuto anche l’uso di ventole destratificanti.
Informazioni tecniche tratte da A. Campioli, A. Zanelli (a cura di), Architettura Tessile. Progettare e costruire membrane e scocche, Il Sole 24 Ore, Milano 2009.

Arianna Mortellaro

Arianna Mortellaro Architetto

Formazione scientifica, spirito “siculo” e dinamico. Dai colleghi soprannominata “archignere” poiché architetto che si occupa di efficienza energetica in campo industriale. Per hobby scrive articoli da freelance, prepara il pane tutte le settimane e si cimenta come birraiola.