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Architettura ipogea: Cos'è, storia e vantaggi della costruzione sottoterra
Contenuti
L’architettura ipogea non è solo una tecnica costruttiva antica, ma una soluzione estremamente efficace per ridurre i consumi energetici degli edifici. Sfruttando la massa termica del terreno, queste costruzioni mantengono temperature più stabili durante tutto l’anno, diminuendo in modo significativo il fabbisogno di riscaldamento e raffrescamento.
Sempre più utilizzata nella progettazione bioclimatica, l’architettura ipogea permette di integrare l’edificio nel paesaggio, limitare l’impatto ambientale e migliorare il comfort interno. In questo articolo analizziamo come funziona, quali sono i vantaggi reali e quando conviene costruire sottoterra.
Che cosa vuol dire architettura ipogea
Il termine “ipogeo” deriva dal greco ὑπό (“sotto”), e γῆ (“terra”). e significa letteralmente “sotto terra”. L’architettura ipogea si riferisce quindi alle costruzioni realizzate interamente o parzialmente sotto il livello del suolo. Spesso si parla anche di edifici realizzati “in negativo”, ovvero ottenuti per scavo o integrati direttamente nel terreno. In questo modo, il suolo diventa parte dell’involucro edilizio, contribuendo all’isolamento termico e alla stabilità delle temperature interne.
Storia dell'architettura ipogea
La progressiva evoluzione del modello abitativo nel corso della storia ha fatto sì che al giorno d’oggi l’architettura ipogea si sia mantenuta, seppur in modo sporadico e isolato, principalmente per i suoi vantaggi bioclimatici. Tuttavia, in passato non è sempre stato così.
Antichità: il rifugio naturale
L’architettura ipogea trova la sua prima espressione nelle grotte naturali, utilizzate come rifugio dalle intemperie, come nascondiglio dalla fauna selvatica e come luogo per la conservazione di approvvigionamenti. Con il passare del tempo, l’uomo ha iniziato a modificare e ampliare queste cavità naturali, creando veri e propri insediamenti sotterranei. Esempi in questo senso si trovano nelle città sotterranee della Cappadocia in Turchia, scavate nel tufo vulcanico, o nei Sassi di Matera in Italia, oggi patrimonio dell’ UNESCO.
Età contemporanea e Bio-architettura
Nell’era moderna, l’architettura ipogea ha conosciuto un rinnovato interesse come risposta concreta alle sfide energetiche e ambientali. Il suo impiego si riscontra in contesti climatici molto diversi, dai climi rigidi di montagna a quelli torridi e desertici, dove l’obiettivo è ridurre al minimo gli scambi termici con l’esterno. Questo approccio è alla base di numerosi progetti contemporanei, come la Villa Vals in Svizzera, integrata in un pendio alpino, o le Earthships, nate negli Stati Uniti e diffuse come modello sperimentale di architettura autosufficiente.
Tipologie costruttive: Ipogeo Naturale vs Artificiale
Per orientarsi nell’architettura ipogea contemporanea è utile distinguere due principali approcci progettuali, che differiscono per modalità di interazione con il terreno:
- L’ipogeo naturale (o per sottrazione) comprende le costruzioni ottenute attraverso lo scavo diretto di formazioni rocciose o pendii naturali. In questo caso l’edificio è completamente avvolto dal terreno, che agisce come massa termica continua, garantendo una maggiore stabilità delle temperature interne grazie alla riduzione delle variazioni termiche esterne.
- L’ipogeo artificiale (o per riporto), invece, riguarda edifici realizzati a livello del suolo e successivamente ricoperti di terreno, così da sfruttare l’inerzia termica del suolo come elemento attivo dell’involucro edilizio. In questo caso, l’efficienza del sistema dipende direttamente dallo spessore e dalla continuità dello strato di terreno applicato, che determina la capacità dell’edificio di smorzare le variazioni della temperatura esterna.
Architettura ed energia. Dalla preistoria all'emergenza climatica
Barnabas Calder
Anno: 2022
Attraverso questa storia dell'architettura Calder ci mostra come fin dall'antichità l'architettura sia dipesa dalla capacità delle società di produrre energia: dai ripari primordiali dei cacciatori-raccoglitori alle piramidi egizie, dai Greci e Persiani all'Impero Romano e alla dinastia Song, dalla rivoluzione industriale ottocentesca ai giorni nostri.
Il surplus crescente di cibo ha infatti permesso, storicamente, un'indipendenza e specializzazione crescenti della forza lavoro, con edifici monumentali eretti per celebrare e ostentare il potere e le capacità dei sovrani di quelle che inevitabilmente si convertirono in società fortemente gerarchizzate. Una storia dell'architettura inedita e interessante, che non ti lascerà indifferente!
Vantaggi e svantaggi dell’architettura ipogea
L’architettura ipogea offre prestazioni energetiche difficilmente raggiungibili con l’edilizia tradizionale grazie all’interazione diretta con la massa termica del terreno.
Tra i principali vantaggi vi è la stabilità termica: il terreno circostante agisce come un regolatore naturale delle temperature, riducendo significativamente i fabbisogni energetici per riscaldamento e raffrescamento. A questo si aggiunge la protezione dalle condizioni climatiche estreme, come venti forti o incendi, oltre a un impatto paesaggistico minimo e a un elevato isolamento acustico.
Tuttavia, questo tipo di costruzione presenta anche alcune criticità che devono essere affrontate in fase progettuale. Tra queste, il rischio di umidità e la ridotta ventilazione naturale, che richiedono soluzioni tecniche come membrane impermeabili (bentonitiche o EPDM) e sistemi di ventilazione meccanica controllata (VMC) per garantire condizioni interne salubri.
Un’ulteriore sfida è la limitata disponibilità di luce naturale, risolvibile attraverso l’uso di patii interni e lucernari zenitali, che migliorano significativamente la qualità spaziale degli ambienti. Infine, la presenza potenziale di gas Radon nel sottosuolo impone un’attenta progettazione dei sistemi di sigillatura e ventilazione, fondamentali per garantire la sicurezza e la salubrità dell’edificio.
Come realizzare case ipogee: Classificazione e considerazioni
Le costruzioni sotterranee, pur condividendo principi comuni legati all’interazione con il terreno, presentano una notevole varietà di configurazioni che influenzano direttamente il comportamento termico e la qualità ambientale degli edifici.
Le caratteristiche orografiche e geologiche del sito hanno determinato storicamente le principali scelte progettuali: in presenza di rilievi collinari o montuosi si tende a privilegiare lo scavo orizzontale, mentre in contesti pianeggianti sono diventate più frequenti soluzioni basate su scavi verticali o configurazioni semi-interrate.
Tipologie di scavo e configurazioni
È possibile distinguere quattro principali configurazioni, ciascuna con specifiche implicazioni progettuali ed energetiche:
- Architettura ipogea a scavo verticale: tipica dei terreni pianeggianti, si sviluppa attorno a un patio centrale interrato che garantisce illuminazione e ventilazione naturale.
- Architettura ipogea a scavo orizzontale: comune in contesti collinari o montuosi, l’edificio si inserisce nel pendio, riducendo l’esposizione diretta agli agenti climatici esterni e massimizzando la captazione solare.
- Architettura ipogea mista: combina scavo nel pendio e aperture parziali verso l’esterno, ottimizzando sia l’apporto solare sia l’inerzia termica del terreno.
- Architettura ipogea a scavo superficiale: prevede edifici costruiti a livello del suolo e successivamente ricoperti di terreno (riporto), soluzione che incrementa l’inerzia termica dell’involucro, come nel caso delle Earthships
Funzionamento termico dell’architettura ipogea
Le abitazioni ipogee sfruttano l’elevata massa termica del terreno per garantire un livello di comfort termico più stabile nel tempo, riducendo le oscillazioni e le dispersioni attraverso l’involucro edilizio.
La temperatura del terreno
La temperatura del terreno è influenzata principalmente dalle condizioni climatiche esterne e, in misura minore, dal gradiente geotermico. Negli strati più superficiali predomina l’influenza del clima, mentre con l’aumentare della profondità questo effetto si riduce progressivamente.
A 50 cm di profondità gli effetti climatici giornalieri risultano già significativamente attenuati. A 2–3 metri di profondità la temperatura del terreno rimane relativamente costante durante l’anno, generalmente compresa tra 10°C e 15°C nelle zone temperate.
L’isolamento termico e l'inerzia
L’isolamento termico nelle costruzioni sotterranee sfrutta in modo diretto le proprietà del terreno, garantendo un’inerzia termica superiore rispetto alle soluzioni costruttive convenzionali. Nei climi caratterizzati da forti escursioni stagionali, l’attenzione progettuale si concentra sull’isolamento della parte superiore dell’involucro, in particolare della copertura, che risulta maggiormente esposta agli scambi termici.
Per ottenere una resistenza termica paragonabile a quella di un pacchetto isolante tradizionale ben progettato, sono necessari spessori di terreno dell’ordine di 2–4 metri. Tuttavia, in combinazione con materiali isolanti moderni, bastano pochi centimetri di isolamento per ottenere prestazioni elevate. Il polistirene estruso (XPS) è spesso utilizzato per il suo basso assorbimento d’acqua e l’elevata resistenza alla compressione. È fondamentale scegliere soluzioni che limitino il rischio di condensa interstiziale.
Comfort ambientale: Illuminazione e Ventilazione
Garantire un ambiente luminoso e salubre rappresenta una delle principali sfide nella progettazione di edifici ipogei. Grazie alle tecnologie contemporanee, molti dei limiti storici delle abitazioni sotterranee sono stati significativamente ridotti.
L’illuminazione naturale e la luce zenitale
Una corretta progettazione della luce negli ambienti ipogei richiede un’analisi dettagliata dell’illuminazione naturale, fondamentale per garantire il comfort visivo e la qualità degli spazi interni. Questa può essere ottenuta con diverse soluzioni progettuali, a seconda della tipologia costruttiva:
- Aperture in facciata: tipiche delle architetture a scavo orizzontale.
- Patii e lucernari: essenziali nelle configurazioni verticali per portare la luce zenitale negli ambienti più profondi.
- Condotti di luce: sistemi basati su superfici riflettenti che permettono di convogliare la luce naturale anche in ambienti privi di aperture dirette.
La ventilazione e la qualità dell'aria
Il mantenimento della qualità dell’aria è fondamentale per la salute degli occupanti e la prevenzione di condizioni patologiche legate alla presenza di umidità e contaminanti interni, come il gas Radon. Poiché la ventilazione incrociata tradizionale è spesso limitata nelle costruzioni ipogee, la progettazione si basa su un’integrazione tra strategie passive, che contribuiscono anche al controllo e al raffrescamento degli ambienti, e sistemi attivi di ricambio d’aria.
Tra le soluzioni passive rientrano i camini solari, che sfruttano le differenze di pressione per favorire l’estrazione dell’aria calda e l’ingresso di aria più fresca attraverso aperture controllate o scambi convettivi con la massa del terreno.
A queste strategie si affiancano sistemi attivi come la Ventilazione Meccanica Controllata (VMC), che consente di garantire un ricambio d’aria continuo, filtrato e regolato, assicurando condizioni ambientali interne controllate e salubri.
In fase di progetto, l’integrazione di simulazioni termodinamiche avanzate e analisi CFD consente di prevedere il comportamento dei flussi d’aria all’interno degli ambienti ipogei, identificando eventuali zone di ristagno e ottimizzando le strategie di ventilazione e ricambio d’aria.
Esempi celebri di architettura ipogea nel mondo
L’architettura ipogea contemporanea rappresenta un approccio progettuale che integra prestazioni ambientali, controllo climatico e inserimento paesaggistico. Di seguito sono riportati alcuni esempi significativi che evidenziano le diverse applicazioni di questa tipologia costruttiva:
- I Sassi di Matera (Italia): patrimonio UNESCO e uno dei più importanti esempi di insediamento ipogeo storico, dove l’architettura sfrutta la porosità e le proprietà igroscopiche del tufo per il controllo e la regolazione naturale del microclima.
- Cantina Antinori (Italia): progettata dallo studio Archea Associati, è interamente integrata nel terreno e utilizza la massa del suolo per garantire stabilità termica, riducendo il consumo dei sistemi di climatizzazione.
- Villa Vals (Svizzera): realizzata dagli studi SeARCH e CMA, è inserita in un pendio alpino e sfrutta l’inerzia termica del terreno per stabilizzare le condizioni termoigrometriche riducendo gli scambi con l’esterno.
- Earthship a Taos (USA): sviluppate da Michael Reynolds, queste abitazioni combinano scavo e riporto di terreno per ottenere elevata autonomia energetica e forte stabilità termica passiva.
Questi esempi mostrano come l’architettura ipogea possa essere applicata a scale e contesti differenti, offrendo soluzioni orientate alla riduzione del fabbisogno energetico, al miglioramento del comfort ambientale e alla diminuzione dell’impatto sull’ambiente costruito.
Domande frequenti sull'architettura ipogea
Costruire una casa ipogea costa più di una tradizionale?
Inizialmente, i costi di scavo e impermeabilizzazione possono essere superiori del 10-15%. Tuttavia, questo investimento può essere ammortizzato nel tempo grazie alla riduzione dei fabbisogni energetici per riscaldamento e raffrescamento e alla minore manutenzione delle superfici esterne esposte.
Le case ipogee sono buie e umide?
Non necessariamente, se progettate con criteri contemporanei. L’uso di patii interni, lucernari zenitali e sistemi di ventilazione meccanica controllata consente di migliorare significativamente il comfort luminoso e la qualità dell’aria. La corretta progettazione dell’involucro e dei sistemi di drenaggio e ventilazione è fondamentale per controllare i livelli di umidità.
Quali sono i permessi necessari per costruire sottoterra?
La normativa italiana (e internazionale) varia a seconda del comune, ma generalmente un edificio ipogeo deve rispettare gli stessi requisiti di abitabilità degli edifici fuori terra, inclusi i rapporti aero-illuminanti. È fondamentale consultare il Piano Regolatore per verificare eventuali vincoli idrogeologici o paesaggistici. Inoltre, nei casi previsti dalla normativa vigente, è necessaria la redazione della relazione tecnica ai sensi della normativa energetica (ex Legge 10), al fine di certificare le prestazioni energetiche e il comportamento dell’involucro edilizio rispetto al terreno.
È sicuro vivere in una casa ipogea in caso di terremoto?
In termini generali, le strutture ipogee possono offrire buone prestazioni in ambito sismico, poiché tendono a muoversi in modo solidale con il terreno e non sono soggette alle stesse amplificazioni dinamiche degli edifici in elevazione. Tuttavia, il comportamento reale dipende fortemente dal progetto strutturale e dalle caratteristiche geotecniche del sito.
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