Spazi che respirano

Scritto da Karen McEvoy e Merritt Bucholz - 17 dicembre 2020

Non diamo più per certa l’aria che respiriamo. Il nostro stretto legame con i processi naturali si manifesta in ogni singolo istante nell’immissione di ossigeno all’interno dei polmoni, uno scambio fondamentale con il nostro ambiente. Siamo consumatori di aria e i nostri corpi sono meccanismi preposti a questo processo: la natura si riprende il nostro prodotto di scarto e lo trasforma in una sostanza vitale per altri organismi che, a loro volta, ci forniscono nuovo ossigeno. La pandemia ha fatto crescere il grado di consapevolezza riguardo alla qualità e ai componenti dell’aria che respiriamo, sia in ambienti chiusi sia all’aperto, stimolando l’attenzione sul processo respiratorio.

Le raccomandazioni sul distanziamento sociale e sulla distanza minima di sicurezza per non entrare in contatto con le emissioni di droplet da parte di altre persone hanno messo in discussione il grado di sicurezza degli ambienti, interni ed esterni. La circolazione dell’aria, di solito impalpabile e impercettibile all’occhio umano, è stata resa quasi visibile dall’attenzione che le è stata riservata - ci sono oramai familiari le immagini di nuvole che spiegano l’impatto delle esalazioni sotto forma di aerosol e di droplet che si diffondono ad alta velocità. Contestualmente, è stato accertato che l’aria fresca diminuisce la carica virale.

L’architettura, quando articola gli ambienti interni in cui noi respiriamo, può giocare un ruolo determinante in merito alla qualità dell’aria indoor. Superfici interattive con l’ambiente esterno possono favorire strategie di ventilazione che emulano i processi naturali della nostra respirazione creando ambienti salubri, contrariamente a manufatti completamente sigillati e dipendenti da impianti meccanici di aerazione. Sappiamo cosa ci serve per respirare e stiamo iniziando ad apprezzare il valore dell’inserimento dell’elemento naturale nei nostri sistemi costruiti, all’interno dei quali siamo separati dai processi naturali. La differenza di pressione che permette all’ossigeno di diffondersi nei polmoni è parte integrante del funzionamento del nostro organismo e, pur potendo esercitare un controllo sul processo respiratorio, esso avviene automaticamente, senza alcun intervento da parte nostra. L’architettura che cerca di adottare questo modello biologico rappresenta l’esigenza di riconnettersi al sistema naturale, puntando a offrire soluzioni progettuali per edifici che “respirano” in modo meccanico controllato, creando ambienti a misura d’uomo e in funzione del suo benessere.

Durante la pandemia abbiamo assistito all’uso di ventilatori meccanici per una respirazione assistita. Dagli anni ’50 del secolo scorso questi dispositivi all’interno degli edifici hanno avuto un uso generalizzato creando, di fatto, un sistema di ventilazione che anticipa la nostra respirazione: l’aria che inspiriamo è già stata aspirata da un impianto meccanico e reimmessa nell’ambiente circostante. È una soluzione a cui si fa spesso ricorso per affrontare forti differenze tra l’aria esterna e quella interna circa qualità, temperatura e umidità. L’apporto dell’architettura all’interno di queste dinamiche si è via via ridotto con la crescita progressiva di questi divari, lasciando di fatto che il ricambio dell’aria venisse sempre più spesso affidato a processi meccanici. Gli investimenti nei sistemi di aerazione meccanica sono ingenti, da un punto di vista tecnico e finanziario. Nella quasi totalità degli edifici progettati su grande scala rappresentano il 30% o più del budget, pur essendo tra i componenti dal ciclo di vita più breve. Infatti, sebbene abbiano una durata stimata dai 10 ai 20 anni, il costante avanzamento tecnologico negli impianti di ventilazione e condizionamento fa crescere, anno dopo anno, la necessità di una manutenzione aggiuntiva, rendendo più velocemente obsoleti gli impianti pregressi.

Essendo il ciclo di vita di un manufatto edilizio più lungo, questo dato dovrebbe essere preso in considerazione quale elemento decisivo nel valutare la relazione tra ambiente interno ed esterno, proponendo soluzioni ibride non totalmente dipendenti da sistemi meccanici. Ciò presuppone, sin dal principio, un approccio progettuale olistico e multidisciplinare che considera la ventilazione naturale un fattore determinante della performance dell’edificio, andando ad arricchire la risposta architettonica: maggiore sarà l’attenzione del progetto architettonico alla ventilazione naturale, minore sarà il ricorso a impianti di aerazione meccanica.

Progettare edifici che respirano significa considerare la ventilazione un pensiero progettuale generativo e non un ruolo da affidare in toto a un sistema supplementare di ventilazione meccanica. I volumi architettonici, nel modo in cui sfruttano le differenze di pressione, possono essere paragonati a dei polmoni e un edificio, nella sua interezza, può essere considerato parte integrante di un più ampio sistema respiratorio. Questo approccio implica che i flussi e la qualità dell’aria non sono affidati esclusivamente a impianti meccanici ma sono determinati dall’architettura in quanto tale e in grado di creare, in virtù delle sue particolari caratteristiche spaziali e materiali, un ensemble con differenti stratificazioni dei livelli di temperatura e relativa umidità.

In presenza di variazioni di temperatura e umidità legate all’alternarsi delle stagioni e del giorno e della notte, e di fronte ai cambiamenti climatici che mettono a dura prova le strategie di progettazione sostenibile, un manufatto architettonico riesce comunque a tollerare e a uniformarsi al cambiamento anche in caso di arretratezza tecnologica, esattamente come avviene in natura. Esso persegue la funzione di mediatore climatico, facendo interagire l’interno con l’esterno per offrire ambienti salubri e confortevoli dove abitare, lavorare e ritrovarsi. Oggi le ricerche scientifiche dimostrano ciò che, in passato, era stato compreso solo per via intuitiva: gli spazi ventilati e illuminati naturalmente, strettamente connessi al sistema naturale, creano ambienti sani, velocizzano i tempi di recupero e guarigione dei degenti e generano un senso di benessere. L’architettura dei sanatori del passato in risposta all’epidemia di tubercolosi ci sia di insegnamento.

Nel nostro lavoro, siamo orientati verso un’architettura attenta all’ambiente, supportata da strategie di ventilazione naturale che prende a modello il nostro sistema di respirazione. La circolazione e i flussi d’aria dipendono dalla dimensione e dalla stratificazione dei volumi (spazi che respirano), dal grado di porosità degli involucri (membrane che respirano) e dalle differenze di pressione create dalla loro relazione con la direzione delle correnti; tutto questo in risposta ai rigidi parametri definiti dai criteri del benessere umano (percezione della temperatura, umidità, circolazione dell’aria, etc.). La qualità dell’aria viene positivamente influenzata da quanto riescono a “respirare” le superfici dei materiali che compongono l’edificio (materiali che respirano) e dalle emissioni che esse rilasciano nell’atmosfera e nell’aria che respiriamo.

Spazi che respirano

Preferiamo paragonare gli edifici a “organismi che respirano” utilizzando analogie fisiologiche, piuttosto che concepire l’architettura come un insieme di forme e materiali, in riferimento alla fisica e alle proprietà della statica delle costruzioni e dei materiali. La configurazione strutturale di un edificio, la forma dei suoi volumi, così come la porosità degli involucri, nascono dall’analisi dell’esposizione al sole, al vento e ai cicli dell’acqua, tutti elementi che impattano sulla circolazione dell’aria in un edificio.

I rivestimenti esterni a porosità controllata si connettono agli “organi” interni del manufatto dando vita, tutti assieme, a un sistema respiratorio. Nelle interfacce che presentano un insieme di elementi articolato che mette in relazione interno ed esterno, gli spazi filtro diventano “organi” performativi del processo naturale che riducono la separazione tra spazio indoor e outdoor, consentendo variazioni micro-climatiche in risposta a quelle giornaliere e stagionali di temperatura ed esposizione agli elementi naturali. Tra gli “spazi che respirano” e che mediano i cambiamenti climatici stagionali emergono nuove tipologie come l’atrio-polmone, il giardino d’inverno, il camino solare; sono opportunità spaziali da realizzare laddove c’è una differenza climatica di rilievo.

Queste soluzioni offrono alternative alle funzioni tradizionali: sono spazi per attività meno definite, emergenti o marginali, luoghi di evasione e di socializzazione. Spazi che normalmente come tipologia non vengono valutati nella cornice del business plan di un progetto, come una veranda, un portico o più in generale ambienti con funzioni climatiche e che possono essere adattati dai residenti in base all’evolversi, nel tempo, delle esigenze di comfort. Gli spazi, per esempio, con una maggiore ventilazione ed esposizione solare si prestano maggiormente a un utilizzo intuitivo. Conformemente a questi modelli spaziali e a loro supporto i sistemi strutturali sono concepiti per ombreggiare, favorire i flussi d’aria e l’ingresso di luce naturale. Un’ampia struttura reticolare in legno come riparo, profili in calcestruzzo per una migliore distribuzione della luce e dell’aria naturale sono sistemi per ottimizzare la superficie preposta a mediare gli sbalzi termici.

Membrane che respirano

Quando l’edificato architettonico si avvale delle risorse naturali disponibili - sole, vento, acqua, etc. - l’involucro, come una pelle che respira, diventa uno strumento selettivo di mediazione con le forze della natura favorendo il ricambio d’aria, proteggendo, riparando e ricalibrando gli equilibri interni in relazione al mondo esterno. La risposta progettuale al passaggio dell’aria attraverso una parete si è evoluta, relativamente di recente, in una serie di strati di materiali sintetici che ne monitorano le caratteristiche: temperatura, umidità, velocità. Ne consegue una complessa stratificazione di prodotti testati separatamente e certificati, ognuno con una precisa funzione. Se da un lato questo sistema costruttivo rivela un elevato know-how tecnologico, dall’altro ne evidenzia l’origine non naturale.

La progettazione di un involucro permeabile parte da un’attenta analisi delle condizioni micro e macroclimatiche; è un processo iterativo che esplora le strategie progettuali capaci di offrire soluzioni differenziate a seconda delle condizioni climatiche del luogo. Una facciata attiva consente all’edificio di “respirare”, spesso aumentando lo spessore dello spazio filtro e creando strati “respiranti” capaci di gestire il filtraggio, l’orientamento e di modulare i flussi d’aria. Lavoriamo in collaborazione con ingegneri ambientali e utilizziamo la modellazione dinamica sin dalle prime fasi progettuali con l’obiettivo di ottimizzare la ventilazione naturale negli edifici attraverso soluzioni automatiche e controllabili, per fornire una risposta architettonica basata su un approccio olistico, spesso ibrido. Il progetto si articola sulla base dell’utilizzo: all’interno dell’edificio, l’involucro mette in risalto la propria funzione come strumento di ventilazione sfruttando componenti come aperture, pannelli e canalizzazioni, facilmente operabili e costruiti per durare a lungo. Ciò che è tecnologico deve essere anche intuitivo.

Materiali che respirano

La natura ci offre una serie di materiali con la capacità intrinseca di “respirare lentamente”. Materiali che hanno una capacità naturale di assorbire l’acqua, assorbono le differenze di pressione e mediano le temperature. Il legno e la fibra di legno, la pittura a calce e la lana di pecora “respirando” catturano l’umidità e bloccano i flussi d’aria, ma non totalmente. La qualità dell’aria interna è un’area d’interesse crescente, dal momento che gli edifici sono sempre più chiusi ermeticamente dipendendo spesso solo dagli impianti meccanici. I materiali che “respirano” naturalmente, oltre a minimizzare la dispersione di gas tossici negli ambienti interni e limitare ogni altro impatto sulla qualità dell’aria, offrono altri vantaggi in termini qualitativi.

Il legno piace per il suo colore caldo, le venature, la ricchezza di tonalità e sfumature, le diverse profumazioni e la varietà delle essenze. Nei luoghi chiusi, grazie alle buone proprietà igroscopiche, aiuta a regolare l’umidità mantenendola a livelli accettabili. È ipoallergenico, fonoassorbente e isolante. È un materiale naturale e sostenibile, versatile e idoneo a essere utilizzato per fabbricare complessi sistemi di protezione, oscuranti e filtranti di un involucro permeabile. I moduli di ventilazione in facciata, le finestre con apertura a ribalta e i brise soleil sono realizzati in legno di varie specie, scelte in base alle loro proprietà intrinseche. Il legno è un materiale duttile, flessibile ma anche resistente e leggero. Può essere lavorato a mano - quindi facile da riparare e da mantenere - o tramite processi di fabbricazione sempre più intelligenti creati dall’uomo. La sua capacità di catturare l’anidride carbonica, oltre a quella di contrastare l’attuale alterazione del ciclo del carbonio su scala globale, ci ha spinto a utilizzarlo sempre più come elemento strutturale portante, sia da solo sia in abbinamento ad altri materiali come il calcestruzzo.

La natura che respira

Progettando i nostri edifici facciamo in modo che ogni singolo intervento sia un contributo alla collettività, superando i confini tra privato e pubblico, tra interno ed esterno. Gli “spazi che respirano” sono luoghi che vanno oltre questi confini, sono terreni d’incontro con la natura e tra le persone.

Le zone interstiziali all’interno di un edifico o tra edifici possono diventare spazi dove far posto alla natura, promuovendo la sostenibilità con i suoi sistemi e cicli: possono essere destinati ad accogliere la vegetazione, beneficiando delle sue capacità di filtro e regolazione dell’umidità diventando in tal modo un elemento di interazione tra costruito e ambiente a imitazione del rapporto armonioso con la natura dell’architettura tradizionale giapponese.

Gli “spazi che respirano” posti tra edifici con specifiche condizioni micro-climatiche sono ideali per gli orti urbani mentre i “raingarden” sono efficaci nel recupero e smaltimento dell’acqua piovana. La presenza di un bacino per la raccolta dell’acqua permette di raffrescare gli ambienti interni vicini, attraverso la facciata permeabile, migliorando la biodiversità e offrendo al contempo un luogo piacevole in cui sostare.

L’architettura, quando diventa uno strumento attivo di mediazione con gli elementi ambientali naturali, può dare vita a contesti sani e confortevoli destinati a durare nel tempo. Forse un domani potranno essere evitati gli edifici che necessitano unicamente di impianti meccanici, a favore di una progettazione indipendente da sistemi di ventilazione meccanica.

Dinnanzi alle grandi sfide della pandemia e del cambiamento climatico, abbiamo il dovere di occuparci del sottile equilibrio necessario al mantenimento delle condizioni di vita, e di impegnarci per il rispetto del ciclo naturale del carbonio su tutto il pianeta. I dati scientifici devono informare e arricchire le nostre risposte progettuali al fine di creare un’architettura capace di interagire con gli ecosistemi della natura, in un costante adattarsi, ricalibrare e rinegoziare le interrelazioni attraverso modalità complesse e in continua evoluzione, con gli obiettivi di sopravvivenza e di salvaguardia della specie.