Aerodinamica degli edifici: brevi considerazioni

Il fenomeno vento sugli edifici

Il vento è un fenomeno naturale dovuto a fenomeni atmosferici in relazione a variazioni di pressione e temperatura.

La velocità con cui si muove liberamente, non soggetto quindi alle influenze del suolo e degli elementi che incontra, è di circa 300 metri al secondo.

Le caratteristiche dei moti ventosi sono particolarmente complesse e variabili negli stati prossimi al suolo in quanto sono legati alla dislocazione geografica, alle condizioni climatiche e agli sviluppi propri del suolo.

Certamente la configurazione geometrica influisce nel nostro progetto di architettura anche dal punto di vista della formazione di questi fenomeni.

E’ possibile dunque studiare e rilevare gli effetti delle azioni del vento sul nostro edificio in base alle configurazioni geometriche e spaziali, il posizionamento rispetto al suolo, la latitudine e le condizioni climatiche prevalenti.

Si tratta di calcoli non sempre semplici caratterizzati da verifiche dimensionali, determinazione di valori di pressione dell’aria anche in relazione all’altitudine, classi di rugosità del suolo sulla base del contesto di riferimento e delle sue caratteristiche, direzione del vento prevalente, coefficienti di esposizione dei vari lati, coefficienti dinamici, di pressione interna ed esterna (coperture, pareti…) con la quale relazionarsi per fini progettuali e di verifica.

Tralasciando gli aspetti di calcolo spesso molto complessi concentriamoci su alcune considerazioni in relazione agli effetti del vento sulle costruzioni sulla base di alcuni aspetti correlati alle condizioni che si vengono a creare in determinati punti dell’edificio e variazioni a seconda delle configurazioni dimensionali e contestuali degli stessi.

Consideriamo per semplificare gli effetti del vento nelle zone sommitali della nostra costruzione e sulle facciate in relazione alla posizione rispetto alla direzione prevalente del vento.

Cominciamo nel distinguere le condizioni di sopravento (in cui la zona è esposta direttamente alle azioni del vento) e le condizioni di sottovento (in cui il vento non agisce direttamente).

Gli sviluppi dimensionali, ovvero la configurazione geometrica, influirà moltissimo, come avviene per le automobili, gli aerei, sul sistema aerodinamico del nostro edificio.

Lo studio di aerodinamica è fondamentale negli edifici di grandi altezze.

Lo studio di aerodinamica è fondamentale negli edifici di grandi altezze.

Incominciamo ad analizzare le coperture ad esempio, in cui si generano vortici sottovento sopratutto negli edifici nei quali l’altezza è inferiore o supera di poco la larghezza.
Questo accade perchè il flusso del vento viene deviato dall’edificio stesso e si forma nel lato opposto alla direzione prevalente un vortice la cui dimensione e altezza crescono con l’aumentare dell’angolo di pendenza del tetto.

Si creano vortici sottovento anche in relazione alla profondità, ovvero la dimensione parallela alla direzione del vento, degli edifici.

L’altezza e la profondità del vortice sottovento si riducono con l’aumento della profondità dell’edificio. L’effetto combinato o singolo di questi vortici possono generare problemi di tenuta degli elementi che compongono l’edificio o pericolose correnti d’aria.

Negli edifici con altezza almeno tripla rispetto alla larghezza si hanno condizioni aerodinamiche legate alla generazione di filetti fluidi d’aria che avvolgono l’edificio e i cui vortici sottovento si chiudono a distanza rispetto al corpo edilizio (mentre negli edifici più bassi si chiudono sull’edificio stesso interferendo con il suolo).

Questo è molto importante ad esempio per lo smaltimento dei fumi provenienti dall’edificio in quanto è possibile in presenza di edifici bassi e in condizioni di vento particolari che sia favorito il riciclo e quindi il ristagno dell’aria inquinata in prossimità delle abitazioni.

Negli edifici snelli invece la pericolosità è legata alle maggiori velocità del vento che sono generate dalla presenza del corpo edilizio: aumentano le difficoltà dell’uso degli spazi a livello del suolo, si hanno spesso sollevamento di polveri e danni alla vegetazione per gli effetti del vento.

Per quanto riguarda gli aspetti sopravento individuiamo negli edifici bassi vortici che tendono a chiudersi su se stessi aderendo alla parete investita dal vento. Anche qui in alcuni casi possono verificarsi effetti di riciclaggio e diffusione di sostanze inquinanti emesse in prossimità dell’edificio.

Ma che accade nel caso che un edificio basso sia ubicato in prossimità del lato sopravento di un edificio snello? Succede che tra l’edificio basso e l’edificio snello si genera un vortice chiuso sottovento che scorre sulle superfici delle due costruzioni e che assume velocità importanti. Nella zona sottovento dell’edificio snello si creano invece vortici a velocità moderate che si chiudono nei pressi della parete sottovento e vortici sopravento nella parete sopravento dell’edificio basso.

Per quanto riguarda invece le configurazioni di suolo caratterizzate dall’abbassamento rispetto al livello del piano circostante (come strade, porzioni di edifici..)si hanno effetti particolari.

Se l’aria soffia perpendicolarmente all’asse dello spazio ipogeo si hanno formazioni di vortici che lambiscono la parte sopravento e la parte inferiore di quella sottovento. Nel caso in cui il vento soffi parallelamente all’asse del canale si ha la formazione di moti turbinosi che aumentano di intensità con il crescere dell’inclinazione del vento rispetto alla superficie.

Simulazioni degli effetti.

E’ possibile prevedere gli effetti del vento sulle strutture attraverso specifiche simulazioni realizzate mediante le gallerie del vento.

Si realizza dunque un plastico in scala dell’edificio che viene introdotto in un ambiente in cui viene simulata l’accelerazione del vento.

Si possono dunque verificare i moti d’aria, rilevare le pressioni e le depressioni sulle superfici. Esistono due tipi di gallerie del vento: quelle a vena aperta in cui l’aria scorre in un ambiente aperto e non viene riciclata e a vena chiusa, in cui il moto dell’aria avviene in un condotto chiuso e l’aria è riciclata.

Attraverso queste simulazioni ad esempio è possibile verificare la direzione e la traiettoria dei fumi provenienti dall’edificio per individuare eventuali problemi relativi allo smaltimento rispetto a correnti sottovento.

Le pressioni normalmente vengono valutate praticando dei fori sulle superfici a cui sono collegati tubi e manometri per il rilevamento delle pressioni parziali. E’ possibile analizzare molti altri aspetti come raffiche, turbolenze, gradienti di temperatura, simulazioni specifiche sul corrugamento urbano, analisi termografiche e molte altre.

Le simulazioni sull'aerodinamica di una costruzione.

Le simulazioni sull'aerodinamica di una costruzione.

Nella fase di progettazione è dunque molto importante, soprattutto nella realizzazione di edifici particolarmente alti in cui è fondamentale, lo studio e l’applicazione per la verifica degli effetti del vento sulle condizioni sia strutturali che di benessere.

Con la ricerca e una maggiore sensibilizzazione del progettista rispetto alle tematiche ambientali si stanno introducendo applicazioni anche su edifici di minore entità in termini dimensionali proprio per studiare gli effetti del vento e sfruttarli in un’ottica di progettazione sostenibile e consapevole.

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