Torri gemelle di Abu Dhabi e gli schermi solari high tech

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Abu Dhabi, da alcuni anni sembra competere con la vicina Dubai in fatto di virtuosismi architettonici sorprendenti. Le recentissime torri gemelle Al Baharad –pur non superando il record in altezza delle altre torri negli Emirati Arabi– concretizzano una sfida progettuale in termini di comfort indoor a basso impatto ambientale grazie ad un sistema di controllo intelligente della radiazionesolare.

IL PROGETTISTA
Lo studio londinese di architettura Aedas ha meritatamente vinto il concorso internazionale di progettazione –per ideare un nuovo simbolo urbano della capitale degli Emirati– grazie ad un progetto capace di coniugare estetica con sostenibilità. Si tratta dell’Abu Dhabi Investment Council (ADIC), oggi meglio conosciuto come il quartiere generale Al Baha, costituito da due sinuose torri gemelle destinate ad ospitare prevalentemente uffici e ristoranti.
L’ideatore della schermatura solare dinamica è Abdulmajid Karanouh, un architetto con una particolare specializzazione: Master of Science and Postgraduate Diploma in Façade Engineering.
All’università di Bath, e precisamente al centro tecnologico di Window and Cladding, dove si svolge il master, vengono affrontati interessantissimi aspetti progettuali fra cui: l’analisi delle prestazioni termiche delle curtain wall in vari materiali, lo sfruttamento sostenibile dell’illuminazione diurna, la ventilazione naturale e i sistemi di controllo della radiazione solare.

INPUT PROGETTUALI
Negli Emirati la progettazione secondo protocolli di sostenibilità è sempre più richiesta, si assiste ad una vera e propria inversione di tendenza da parte dei committenti –la maggior parte sceicchi– i quali fino a poco tempo fa non badavano a spese per il condizionamento estivo e si accontentavano di mitigare l’abbagliamento –causato dalla luce diretta– con le tradizionali tende oscuranti interne. Quest’ultime non sono efficaci come le schermature solari esterne, anzi contribuiscono ad aumentare la temperatura dell’aria nei locali, per due motivi: in primo luogo per l’effetto serra –inevitabilmente si crea nell’intercapedine tra la superficie interna del serramento e l’oscurante stesso– e in secondo luogo per la necessità di impiegare luce artificiale anche durante il giorno.

Entrambi i carichi termici menzionati concorrono ad aumentare l’impatto ambientale in fase operativa dell’edificio in termini di consumo di energia per il raffrescamento indoor; poi dobbiamo aggiungere anche il consumo per la ventilazione meccanica forzata –fondamentale nei paesi limitrofi a deserto e mare – per filtrare le polveri e per abbassare il tasso di umidità relativa dell’aria.
Oggi negli Emirati una maggiore attenzione nei confronti dell’impatto ambientale –nonostante il petrolio lì sia a buon mercato– si spiega con la volontà dei governanti di riservare il più possibile l’energia fossile per alimentare macchine che per il momento non funzionano con fonti energetiche rinnovabili.

In questo difficile contesto l’architetto Karanouh ha messo a punto un sistema per evitare il surriscaldamento delle facciate vetrate senza compromettere la qualità dell’illuminazione naturale indoor. Infatti, alle latitudini di Abu Dhabi nelle ore centrali a luglio il calore raggiunge i

42 gradi centigradi e le superfici delle vetrate possono sfiorare i 100 gradi centigradi; inoltre, per l’elevata umidità relativa, in media del 70%, la sensazione termica è superiore a quella reale. Nonostante i giorni di pioggia non superino le due settimane nell’intero anno e il vento soffi frequentemente con una certa veemenza, l’umidità relativa può raggiungere un tasso del 90% durante i mesi più caldi. Un altro importante input progettuale è l’insolazione poiché –durando più di 11 ore– contribuisce a surriscaldare eccessivamente gli edifici. Inoltre, durante la notte gli edifici non riescono a dissipare naturalmente tutto il calore accumulato durante il giorno, poiché la temperatura non scende mai i 18 gradi centigradi.

LA SCHERMATURA SOLARE INTELLIGENTE
L’elemento architettonico, degno esempio di progettazione bioclimatica moderna –come spiegavamo– è una tipologia innovativa di schermatura solare che, grazie ad un sistema di cinematismo assistito da un computer, si apre e si chiude per modulare l’intensità della luce naturale e garantire così ai suoi fruitori elevati livelli di benessere visivo e termico.
In realtà –come ha indicato lo stesso progettista– l’idea della schermatura solare non è del tutto nuova perché nella tradizione araba era largamente impiegata per diffondere la luce diretta e creare un microclima confortevole. Infatti, negli Emirati possiamo ancora trovare schermature in legno traforato risalenti a 400 anni fa. Potremmo dunque affermare che per funzione e geometria la schermatura ideata da Karanouh è una rivisitazione in chiave moderna della mashrabiya (musharabia in italiano).

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La schermatura delle torri gemelle di Abu Dhabi è costituita da una maglia poligonale a sei lati agganciata alla superficie laterale delle torri ad una distanza di due metri. Ogni poligono supporta sei triangoli equilateri, all’interno dei quali si aprono e si chiudono –come degli origami tridimensionali– sei pannelli a forma di triangolo rettangolo realizzati in fibre di vetro. Il computer, aprendo e chiudendo i fori poligonali in funzione del movimento del sole, crea una graziosa e mutevole decorazione rendendo le facciate diverse in ogni momento del giorno.
Il sistema intelligente di schermatura permette un doppio risparmio energetico: in primo luogo richiede meno luce artificiale dato che il tessuto lascia filtrare i raggi del sole, e in secondo luogo dimezza il consumo di aria condizionata perché il tessuto riesce a ombreggiare, a facilitare i moti convettivi dell’aria e quindi abbassa la temperatura superficiale delle facciate.
Infatti, l’intercapedine d’aria tra lo schermo solare e la facciata è ideale per accelerare il vento, che per “effetto Venturi” aiuta a dissipare il calore assorbito dalle vetrate.In pratica, lo schermo è molto simile ad un sistema passivo di condizionamento dell’aria, però in questo caso consuma molta meno energia, cioè solo quella necessaria per traslare i pannelli perpendicolarmente al piano in cui si trova la facciata esposta alla radiazione solare diretta in un dato momento.

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L’idea di sfruttare l’energia solare per alimentare almeno la movimentazione dei pannelli schermanti è stata abbandonata immediatamente dai progettisti in quanto i costi, dovuti alla perdita di efficienza per la forza abrasiva della sabbia spinta dal vento e alla necessaria pulizia giornaliera con acqua nebulizzata, non avrebbero giustificato i benefici ricavabili dalla produzione di energia rinnovabile.
Lo studio d’ingegneria Arup, partner di Aedas, ha stimato che la “mashrabiya intelligente” ha il potenziale di ridurre il carico termico di almeno il 20 percento apportando risparmi interessanti anche in termini di emissioni climalteranti.

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SONO SOSTENIBILI LE CURTAIN WALL IN VETRO?
Per concludere vi suggeriamo una riflessione sui limiti tecnici di un serramento vetrato al momento della sua valutazione: l’intercapedine, a cui è affidata la funzione d’isolamento di tutto il serramento, può raggiungere il massimo prestazionale con una camera d’aria di 16 mm di Kripton (gas con bassa conduttività); oltre questo limite le prestazioni non migliorano. Possiamo incrementare ulteriormente le prestazioni della vetrata in termini di riduzione del calore per irraggiamento utilizzando lastre performanti, laminate con pellicole “basso–emissive” su due lati.

Rispetto ad altri materiali edili usati per l’involucro edilizio il vetro presenta il non trascurabile problema dell’indice nullo di trasmittanza termica periodica “Yie” (espressa in W/m²K, è il prodotto tra un fattore di attenuazione e la trasmittanza in regime stazionario), ossia quel parametro che riassume il comportamento di una facciata in termini di riduzione dell’onda termica entrante all’interno dell’edificio nell’arco delle 24 ore.
In ultima analisi, possiamo definire sostenibili le curtain wall quando sono progettate considerando adeguatamente una serie di elementi quali le prestazioni dei materiali costruttivi in funzione della localizzazione geografica, dell’orientamento dell’edificio e in fine valutando l’apporto di eventuali elementi che creano coni d’ombra (edifici, alberi, ecc.) o di sistemi di schermatura.

Affinché le facciate d’estate non fungano da accumulatori di calore –come invece deve essere d’inverno– dobbiamo sempre ricordare che un materiale è in grado di accumulare calore grazie alla sua capacità termica (proporzionale alla sua massa superficiale e al suo calore specifico certificato dal fabbricante).
Le facciate realizzate in strutture “pesanti” (calcestruzzo, mattoni pieni, ecc) se ben isolate riescono ad offrire uno sfasamento termico di 12 ore (ottimale), ciò significa che l’aumento sensibile della loro temperatura superficiale interna avviene quando quella esterna si è ormai notevolmente abbassata.
Per contro, le facciate “leggere” –con massa superficiale trascurabile (legno, vetro camera, ecc.)–anche se costituite da materiali a bassissima conducibilità termica e ad elevato calore specifico, hanno una capacità termica mediocre, per cui dopo poco tempo (inferiore alle 6 ore) trasmettono il calore all’interno, il quale si somma ad altri apporti gratuiti provenienti da fonti interne all’edificio creando il cosiddetto “effetto forno”.

Nel periodo estivo, dunque, diventa rilevante verificare i flussi di calore in regime dinamico e prendere in considerazione i parametri attraverso cui è possibile verificare l’inerzia termica di una facciata: il valore della sua massa superficialems” [kg/m2], il suo coefficiente di sfasamento termico F(ritardo temporale dell’entrata dell’onda termica), il suo fattore di attenuazionefa” (rapporto tra la trasmittanza termica in condizioni dinamiche e la trasmittanza termica in condizioni stazionarie).







Giovanna Barbaro

Giovanna Barbaro Architetto e Tecnologo

Deve il suo carattere cosmopolita a Venezia, dove si laureò in architettura (IUAV). Dal 2008 europrogettista nei settori green economy e clean tech. Nel 2017 ha realizzato uno dei suoi più importanti sogni: fondare Mobility-acess-pass (MAP), un'associazione no profit per la certificazione dei luoghi pubblici per le persone con disabilità motorie. Tra i suoi hobby preferiti: la fotografia e la scrittura

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