Architetture di servizio del sito Expo Milano 2015

Marcello Monteforte, Giovanni Vaccarini, Mario Butera · Architetture di servizio del sito Expo Milano 2015
Marcello Monteforte

QUALITA’ DEGLI SPAZI E RAPPORTO CON IL CONTESTO

Marcello Monteforte, Giovanni Vaccarini, Mario Butera · Architetture di servizio del sito Expo Milano 2015
Marcello Monteforte

Concept insediativo.
L’idea insediativa è quella di definire un sistema modulare con una elevata semplicità costruttiva ed allo stesso tempo con una forte carica iconica di immediata riconoscibilità.
L’architettura ha il compito di trasmettere in maniera immediata, semplice ed etica il messaggio che qualità e sostenibilità appartengono alla quotidianità degli eventi.
Concept architettonico.
Il sistema architettonico è strutturato sulla sequenza armonica di una serie di “portali” in legno poggiati direttamente sul sistema di fondazione in c.a.
La sequenza di portali definisce un ambito spaziale fortemente iconografico, “archetipo” all’interno del quale è accolta la moltitudine di funzioni richieste.
Il sistema di portali definisce un sistema aperto che reagisce in maniera differenziata alle differenti “sollecitazioni” ambientali :
sul lato sud-est tutto il prospetto è connotato dalla plastica possente di un muro in terra cruda;
sul lato ovest l’edificio si apre, lo spazio è disegnato dal susseguirsi delle ombre portate dalla sequenza di setti dei portali.
L’edificio è pensato come una macchina esperienziale in cui il fruitore nel suo quotidiano è indotto ad acquisire una serie di conoscenze di sostenibilità : un laboratorio per una nuova sostenibilità.
terra
All’interno del progetto generale il muro in terra cruda assurge a elemento di radicamento nel contesto in cui il progetto si colloca proprio per il suo nascere quasi per estrazione dalla
stessa terra di fondazione.
Non, quindi, un elemento estraneo ma riconoscibile proprio per il suo essere composto da un materiale largamente diffuso che prende la grana e le colorazioni proprie del luogo. Il
progetto del costruito inoltre dialoga con un contesto naturale antropizzato, l’orto, attraverso il filtro del muro fatto dello stresso materiale, la terra.
L’orto e il muro costruito come elementi viventi contigui rappresentazione della dicotomia della terra fra vita vegetale e costruzione umana.

Marcello Monteforte, Giovanni Vaccarini, Mario Butera · Architetture di servizio del sito Expo Milano 2015
Marcello Monteforte

architettura “attraente” - CONFORT visitatore
l’edificio di servizio si presenta come un’architettura “senziente” ;
l’arrivo sul decumano è segnato dalla presenza di “nuvole” di acqua nebulizzata, dei punti di frescura nella calura estiva;
la “nebula” di vapor d’acqua si estende dalla vasca prospiciente l’edificio servizi in cui a dei nebulizzatori sono abbinate fontane con acqua potabile ed un sistema di illuminazione notturna a led.
Questo spazio filtro di arrivo all’edificio servizi dal decumano, è attrezzato con delle sedute a bordo della vasca d’acqua e dei contenitori mobili di verde “aromatico” che diffondono il loro profumo nello spazio circostante mescolandosi con il vapor d’acqua.
L’idea è quella di creare degli spazi multisensoriali che coinvolgono vista, tatto, olfatto.
Gli odori si diffonderanno nell’aria e creeranno una mappa olfattiva dei luoghi di sosta e documentazione.
Il muro in terra è, inoltre, un componente che regolerà il benessere termoigrometrico del microclima interno.

Marcello Monteforte, Giovanni Vaccarini, Mario Butera · Architetture di servizio del sito Expo Milano 2015
Marcello Monteforte

fase di smantellamento/riciclaggio
La vita breve del maufatto impone una riflessione concreta sul riciclo o riuso dei componenti e materiali utilizzati.
L’intervento si propone di rappresentare la nuova era di “alleanza” tra la tecnologia e la natura, una nuova visione integrata e sistemica dello sviluppo che si declina in una politica energetica ecologicamente sostenibile ed in un intervento architettonico/paesaggistico capace di misurarsi sia con l’ambiente locale (il sito) che con l’ ambiente globale che ogni azione implica (Life Cycle Assessement (LCA))
Le strutture dell’edificio servizi sono costituite da due materiali completamente riciclabili e riusabili:
la terra cruda
i manufatti in terra cruda sono totalmente riciclabilili. Visto il carattere temporaneo delle strutture di servizio dell’expo 2015, la terra una volta finita il suo ciclo di vita ritorna ad essere terra riutilizzabile a fini agricoli o per altre costruzioni. Si può dire che la terra cruda è a scorie 0, è tutta riutilizzabile.
Il legno massello
interamente riusabile o riciclabile .
Tutti i componenti edilizi dell’involucro di chiusura, partizioni interne ed impiantistiche sono montate a secco, a fine esibizione potranno tutti essere smontati e riusati o riciclati.

Marcello Monteforte, Giovanni Vaccarini, Mario Butera · Architetture di servizio del sito Expo Milano 2015
Marcello Monteforte

strategia per l’individuazione ed il riconoscimento delle architetture di servizio
La riconoscibilità del sistema è affidata sostanzialmente a due dispositivi:

  • dispositivo di affaccio sul Decumano. L’edificio di servizio verso il decumano affaccia come una sorta di schermo su di una lama d’acqua; dallo schermo è messo in scena (attraverso vetrate a tutta altezza) tutto il flusso di utenti dei due bar sovrapposti. Sulla fascia tra il decumano e il corpo di fabbrica è posizionata una lama d’acqua in cui avviene il gioco dei riflessi e sul cui bordo sono collocate le fontane con getti di acqua potabile per gli utenti ed un sistema di nebulizzatori che creano un microclima fresco ed attraente.
  • sistema di percezione dell’edificio in maniera differenziata. Se si procede da est verso ovest (l’edificio è percepito attraverso il corpo plastico del muro in terra cruda) oppure da ovest verso est (l’edificio si apre verso il percorso laterale di servizio con una serie di lame in legno che segnano con la loro scansione il passo dei diversi servizi).
Marcello Monteforte, Giovanni Vaccarini, Mario Butera · Architetture di servizio del sito Expo Milano 2015
Marcello Monteforte

Il progetto delle architetture di servizio vede nel muro in terra cruda un elemento largamente riconoscibile dai fruitori provenienti da diverse parti del mondo. Infatti il materiale con cui è realizzato, la terra, appartiene ad un linguaggio costruttivo diffuso e condiviso da tutto il mondo.
Il muro in terra battuta sarà riconoscibile anche per la sua particolare texture a fasce orizzontali dovute al metodo costruttivo a strati sovrapposti. Avendo a disposizione terre di diverse colorazioni questa texture a fasce può essere accentuata utilizzando differenti colori oppure possono essere inclusi nella battitura altri materiali come laterizi o ciottoli di recupero.
Il materiale in cui è fatto il muro, la terra diventa il gadget per i fruitori.
Una pallina di terra, che secondo il metodo Fukuoka contiene un seme, che si può portare con sè plasmare e rigenerare lasciandola sul terreno e facendola rigermogliare.
Prende forma così la reinterpretazione del Metodo Fukuoka.
Diversi semi di piante si inseriscono all’interno di palline di argilla bagnate, che, una volta pronte possono essere lanciate sul terreno. Questo metodo fa si che, la pallina, toccando il terreno, si fonda con esso. Si possono utilizzare tutti i tipi di semi e non resta quindi di aspettare che la natura faccia il suo corso.
L’idea è quella che, all’interno dell’info-point, ci possano essere dei piccoli kit – Terra materia viva, all’interno dei quali siano presenti tutti i componenti per poter effettuare le palline. Aggiungendo acqua il visitatore può formare la sua pallina per poi portarla con sé, provare a lasciarla sul terreno della propria città, campagna, una volta tornato a casa e vedere cosa succede. La terra del luogo così è diventata edificio, piccolo esperimento, pallina e si è rigenerata con il contatto di altre terre.

Marcello Monteforte, Giovanni Vaccarini, Mario Butera · Architetture di servizio del sito Expo Milano 2015
Marcello Monteforte

RAPIDITA’ E SEMPLICITA’ DI COSTRUZIONE
L’involucro edilizio è pensato con un sistema costruttivo a secco, esso è costituito da una struttura in legno massiccio (la sua reperibilità è all’interno dei 100Km ed ha un impatto ambientale notevolmente inferiore al legno lamellare) assemblata in opera che integra oltre alle principali finiture anche gli elementi impiantistici principali e di gestione e produzione energetica.
La tecnologia utilizzata per la realizzazione del muro in terra battuta è una tecnologia “semplice”, ripetibile, lavorabile in serie per la realizzazione dei vari padiglioni di servizio. Si prevede anche il progetto di impalcature/coperture mobili su binari sia per semplificare le fasi di costruzione per strati orizzontali e assicurare la protezione del muro stesso che per la sicurezza della struttura e degli operatori.

Marcello Monteforte, Giovanni Vaccarini, Mario Butera · Architetture di servizio del sito Expo Milano 2015
Marcello Monteforte

SOSTENIBILITA’ AMBIENTALE.
Da un punto di vista sociale ed educativo il progetto si propone anche come strumento di divulgazione e sensibilizzazione delle tematiche della sostenibilità. Le strategie di risparmio energetico, l’utilizzo di risorse rinnovabili ed il conseguimento di condizione di comfort indoor e outdoor saranno visibili e comprensibili agli utenti che frequenteranno l’edificio. Ciò verrà conseguito attraverso installazioni permanenti che spiegheranno il funzionamento delle singole componenti, con proiezioni, e con contabilizzatori che quantificheranno la produzione degli impianti solari attivi.
L’intervento si propone di rappresentare la nuova era di “alleanza” tra la tecnologia e la natura, una nuova visione integrata e sistemica dello sviluppo che si declina in una politica energetica ecologicamente sostenibile ed in un intervento architettonico/paesaggistico capace di misurarsi sia con l’ambiente locale (il sito) che con l’ ambiente globale che ogni azione implica (Life Cycle Assessment (LCA)).
materiali a basso impatto ambientale
La considerazione più importante, in relazione alle quantità complessive in gioco, è stata fatta per le strutture portanti . Si useranno elementi composti di legno massiccio assemblati in opera medianti giunti meccanici (collegamenti tramite elementi cilindrici e piastre in acciaio), in modo che la struttura possa essere completamente reversibile, smontata, e riciclata a fine vita. Il legno massello è una risorsa rinnovabile e di facile reperibilità. Normalmente viene trattato con vernici impregnanti per aumentarne la durabilità, ma questo ne limita lo scenario di fine vita. Nel nostro caso si userà il materiale semplicemente tagliato e asciugato.
L'acciaio: è un materiale riciclabile al 100%. Oltre il 40% della produzione mondiale di acciaio deriva da materiali di riciclo (rottami di ferro).
Altri sistemi costruttivi(legno lamellare, c.a.) sono stati scartati in ragione della temporaneità/reversibilità richiesta e soprattutto per gli scenari di fine vita che si prospettavano.

Marcello Monteforte, Giovanni Vaccarini, Mario Butera · Architetture di servizio del sito Expo Milano 2015
Marcello Monteforte

Isolanti
La scelta dell'isolante è avvenuta in conseguenza a quella avvenuta per l'utilizzo della terra cruda, che con la sua massa dal punto di vista delle prestazioni assicura già un ottimo sfasamento dell'onda termica.
Il dato sull'energia incorporata (EE) per il singolo materiale è stato ricavato dall'allegato 4.9 del Bando, o meglio, se disponibile, dal certificato EPD (Environmental Product Declaration).
A prescindere da “pregiudizi ambientali”, si sono voluti mettere a paragone materiali diversi sia per origine (minerale, naturale), sia sotto il profilo della complessità di lavorazione, inserendo anche materiali di sintesi chimica. La tabella riepilogativa mette in luce appositamente materiali “naturali” valutati, ma scartati perché, al di là della distanza massima imposta dal bando, di loro non si hanno sufficienti informazioni. Oltre all'energia incorporata, che valuta l'energia primaria spesa per produrre “from cradle to gate”, ossia dall'estrazione delle materie prime fino all'uscita dallo stabilimento, anche lo scenario di fine vita previsto per il materiale ha avuto un peso importante sulla scelta. La scelta è ricaduta sulla fibra di cellulosa “Isolcell”, prodotta nello stabilimento di Mantova da carta riciclata. Di seguito il calcolo dell'ecoprofilo per il subsistema di chiusura verticale opaca adottato; la fonte dati usata è sempre l'Ecoinvent 1.3 (CH); il calcolo fa riferimento ad una sezione corrente, di superficie di 1mq.

Marcello Monteforte, Giovanni Vaccarini, Mario Butera · Architetture di servizio del sito Expo Milano 2015
Marcello Monteforte

L'uso della terra cruda ed in generale delle scelte operate permettono di ottenere un buon valore relativamente all'energia primaria inglobata (PEI), che risulta almeno di 4 volte inferiore rispetto a soluzioni più tradizionali (che si attestano sui 1000-1500 MJ).
La scelta di realizzare il muro in terra cruda è motivata da 3 ragioni fondanti dell’essere di questo materiale:

  • Km0 il muro è un elemento a chilometro zero, essendo il materiale con cui è costituito direttamente disponibile in cantiere. Se, tuttavia, da un analisi granulometrica le caratteristiche della terra a disposizione dovessero essere tali da essere corrette con l’apporto di argille, nel caso sia troppo magra, o di sabbie, nel caso sia troppo grassa, le cave di questi due materiali sono facilmente raggiungibili in un raggio di pochi chilometri.
  • Scorie0 il muro è totalmente riciclabilile. Visto il carattere temporaneo delle strutture di servizio dell’expo 2015, la terra una volta finita il suo ciclo di vita ritorna ad essere terra riutilizzabile a fini agricoli o per altre costruzioni. Si può dire che la terra cruda è a scorie 0, è tutta riutilizzabile.
  • H2o0 Il muro non prevede l’uso di acqua. L’acqua è uno degli elementi naturali presente in percentuale, circa il 12% nella miscela della terra cruda. La tecnica scelta, la terra battuta è una tecnica a secco ossia che non prevede un ulteriore apporto di acqua rispetto all’umidità naturale del terreno, in questo rispetto ad tecniche tradizionali come il cemento o il mattone cotto prevede un risparmio di consumo d’acqua notevole. Il muro diventa una superficie raffrescante per tutta la lunghezza dell’edificio. L’aria aspirata dalla zona verde più vicina passa per condutture interrate abbassa o aumenta la sua temperatura sfruttando la temperatura del suolo a seconda delle stagioni. Il muro in terra battuta crea una superficie di refrigerio naturale senza correnti d’aria.
Marcello Monteforte, Giovanni Vaccarini, Mario Butera · Architetture di servizio del sito Expo Milano 2015
Marcello Monteforte

FABBISOGNO ENERGETICO IN FASE DI ESERCIZIO
In tema di sostenibilità energetica, la conoscenza della termofisica degli edifici e della fisica tecnica diventa una discriminante nella capacità di sviluppare soluzioni tecniche appropriate. L’utilizzo dei software di valutazione del comportamento energetico degli edifici in regime dinamico senza un controllo basato sull’esperienza può indurre a errori macroscopici.
Risulta improbabile il raggiungimento dei set-point richiesti in regime di ventilazione naturale. La ventilazione naturale per sua intrinseca caratteristica non può garantire un range di umidità relativa così rigido come quello stabilito dal bando di concorso. Un sistema basato sulla ventilazione naturale può garantire esclusivamente una mitigazione delle condizioni esterne e seguirà il microclima locale, almeno come tendenza.
Per validare quest'asserzione sono stati analizzati i dati meteo di riferimento (Milan 160660 IWEC). I dati IWEC sono basati su 12 mesi reali scelti sulla base di in un’analisi ventennale come i più prossimi ai valori medi. La modalità di selezione implica un taglio alle condizioni estreme e alcune variabili non sono correttamente valutabili in base ai valori medi. A titolo esemplificativo basta prendere due dati il 4 Giugno fra le 12 e le 13 la temperatura al bulbo secco è di 16,8°C; il 15 luglio alle 12 abbiamo 22,2°C. Da analisi condotte sia con il metodo dell'adaptive comfort che del metodo PMV, è possibile dedurre che - in presenza dei carichi interni indicati dal bando di concorso - un sistema di ventilazione meccanica e di climatizzazione degli ambienti è assolutamente necessario.

Si sono comunque valutate (mediante simulazioni in regime dinamico con sw Energyplus) le condizioni ambientali all’interno dell’edificio sia sfruttando sistemi di ventilazione naturale sia utilizzando impianti di climatizzazione tenendo presente l’apporto che la ventilazione naturale garantisce.
Si è scelta la tipologia di impianto più flessibile e meno impattante dal punto di vista economico ed energetico. E infatti il tipico schema impiantistico con un generatore di calore che alimenta unità di trattamento aria da cui si distribuisce mediante canali l’aria trattata, implica l’installazione di macchine e sistemi di distribuzione in maniera diffusa; inoltre la gestione di questa tipologia di impianti in un edificio con funzioni non omogenee difficilmente porterebbe a soluzioni centralizzate e quindi più economiche. Si è deciso quindi di lavorare su degli impianti in cui il trattamento dell’aria avvenga localmente mediante unità motoventilanti inserite all’interno del muro di terra. I grandi volumi di ricambio aria richiesti avrebbero infatti comportato sezioni di canali per l’aria notevoli e quindi anche tempi di installazione maggiori rispetto ad una soluzione locale. Per ogni zona e per ogni piano si installeranno delle mini centrali di trattamento aria inserite nel muro attrezzato. La distribuzione dell’aria nelle zone non direttamente influenzabili dalle unità locali avverrà mediante canali ma con tragitti brevi e con sezioni ridotte.
Queste unità saranno alimentate da chiller acqua/acqua. Il pozzo freddo di questi chiller sarà la falda presente ad una profondità di circa 10/15 metri. L’utilizzo dello scambio termico con l’acqua di falda permetterà EER molto alti ed inoltre in determinate condizioni le unità motoventilanti potranno essere alimentate direttamente in modalità “free cooling”, eliminando i consumi dovuti al chiller.
I ricambi aria richiesti saranno in parte forniti dalle UTA di zona ed in parte mediante l’installazione di recuperatori di calore a flussi incrociati. Queste macchine permetteranno di recuperare parte dell’energia già spesa per raffreddare l’aria ambiente, rendendo più efficiente il sistema e permettendo una maggiore “lavaggio” dei locali.
Sarà installato un sistema di controllo che leggerà la temperatura interna e determinerà la possibilità di utilizzo della ventilazione naturale o della ventilazione meccanica. Il sistema in funzione del relativo set-point mensile indicherà attraverso un display se è utilizzabile la ventilazione naturale o se vada utilizzata la climatizzazione. Gli operatori/utenti in presenza della comunicazione della possibilità di utilizzare l’impianto di climatizzazione dovranno chiudere le finestre e le porte aperte e soltanto a quel punto l’impianto si accenderà. Questo sistema di controllo è pensato per rendere partecipi e consci i fruitori degli spazi della stecca dei meccanismi di funzionamento del sistema di climatizzazione. Il controllo delle aperture in copertura saranno invece elettromeccanici.
I carichi dovuti alla radiazione solare entrante all’interno dell’edificio sono stati ridotti mediante due strategie diverse, sul lato est il muro massiccio avrà aperture con superfici minime ed ombreggiate con sistemi di schermatura fissi, sul lato ovest i sistemi di schermatura saranno mobili e si muoveranno sui portali, schermando le superfici vetrate soltanto quando necessario in presenza di radiazione solare diretta.
Bisogna considerare che ogni zona ha un suo profilo di carico e che invece i dati qui esposti riguardano l’intero edificio. Ad esempio nelle zone di lavorazione del cibo non è pensabile il ricorso alla ventilazione naturale e gli impianti di climatizzazione saranno sempre accesi. Con queste premesse il sistema così concepito, in funzione dei dati derivanti dalle simulazioni, permette di ipotizzare che nei mesi di Maggio e Ottobre il sistema di climatizzazione si accenderà saltuariamente e soltanto in alcune zone e che per i mesi da Giugno a Settembre sarà attivo per circa il 70% delle ore di apertura al pubblico.
Si prevede di installare 200 kW di moduli fotovoltaici in amorfo per puro autoconsumo in maniera da poter riutilizzare altrove i moduli. I moduli saranno posizionati orizzontalmente in copertura. Si stima (per la stima è stato utilizzato il modello PVGIS_CMSAF) una produzione di circa 150000 kWh per i mesi da maggio a ottobre. I dati di consumo di energia primaria, normalizzati rispetto alla superficie utile in pianta dell’edificio, derivanti dalla simulazione del comportamento energetico e detraendo la produzione elettrica da fotovoltaico sono:

  • Nel caso di uso misto ventilazione naturale-climatizzazione meccanica 69,25 kWh/m2 con un EER pari a 5
  • Nel caso di uso esclusivo del sistema di climatizzazione 53,42 kWh/m2 (EER 5)

Innovazione
Secondo la Solar Energy Industries Association (SEIA) il settore del solare fotovoltaico conosce da 5 anni una crescita annuale del 30%. A causa di questa crescita l’approvvigionamento di silicio cristallino (silicio puro al 99,999%) non soddisfa più il fabbisogno di mercato.
Una soluzione a questo problema, e al costo dei tradizionali sistemi fotovoltaici, è costituita dalla ricerca internazionale verso il fotovoltaico cosiddetto di 3° generazione, che sviluppa metodi di generazione di energia elettrica alternativi, impiegando principalmente materiale di natura organica, come l’antocianina, pigmento tipico dei frutti di bosco.
Le “celle di Grätzel” (dall’omonimo studioso dell’università di Ginevra), o “dye-sensitized solar cell – DSSc” sono delle celle fotovoltaiche che, al contrario delle controparti al silicio, sfruttano un principio fisico simile a quello della fotosintesi clorofilliana.
Vantaggi: le DSSc funzionano anche in condizione di poca luce. Le DSSc sono quindi in grado di funzionare sotto cieli nuvolosi e non illuminate da luce diretta (impiegabili quindi anche con orientamenti orizzontali o verticali), quando invece le celle tradizionali soffrono di un "cutout" a un certo limite inferiore di illuminazione.
Pur non essendo, allo stato attuale, giunti all'industrializzazione su larga scala, si è pensato di realizzare una piccola installazione a scopo divulgativo e alla vista dei visitatori, per lanciare uno sguardo al futuro e prendere coscienza che ancora la natura offre all'uomo una mano alla soluzione del problema energetico.

×