Architettura biomimetica: imparare dalla natura per affrontare il caldo

L’architettura biomimetica si ispira ai meccanismi sviluppati dalla natura per realizzare edifici più efficienti, resilienti e capaci di affrontare il caldo estremo, riducendo il ricorso alla climatizzazione e i consumi energetici. Dai termitai africani che hanno ispirato l’Eastgate Centre di Harare, alle facciate dell’Esplanade – Theatres on the Bay di Singapore, che reinterpretano il principio protettivo del durian, fino alla forma aerodinamica del 30 St Mary Axe (The Gherkin) di Londra, l’articolo approfondisce i principi della biomimetica e mostra come la natura possa offrire soluzioni concrete per rendere l’architettura più resiliente ai cambiamenti climatici.

Luglio si è aperto come era finito giugno: con un’altra ondata di caldo che ha portato decine di città italiane al bollino rosso e temperature fino a 39°C tra Lombardia e Pianura Padana. Secondo le analisi degli ultimi mesi, il cambiamento climatico ha aggiunto fino a quasi 4°C alle temperature registrate a Milano rispetto agli stessi schemi meteorologici del passato, mentre il Ministero della Salute ha dovuto emettere bollettini di allerta per oltre venti città contemporaneamente.

È in questo scenario che il tema del raffrescamento degli edifici smette di essere una questione di comfort e diventa una questione infrastrutturale. Le città, con la loro densità di costruzioni, strade e superfici, trattengono e restituiscono calore molto più delle aree rurali circostanti: un fenomeno microclimatico noto come isola di calore urbana, che porta le temperature nelle aree urbanizzate a essere significativamente più elevate.

Di fronte a città sempre più calde, la domanda che architetti e progettisti si stanno ponendo è come ripensare gli spazi in cui viviamo per renderli più vivibili, senza far crescere i consumi energetici legati alla climatizzazione.

È proprio in questo scenario che vale la pena osservare chi, da milioni di anni, ha già trovato soluzioni efficaci per gestire il caldo: la natura. Da questa idea nasce l’architettura biomimetica, un approccio progettuale che studia i meccanismi sviluppati dagli organismi viventi per tradurli in soluzioni capaci, ad esempio, di rinfrescare gli edifici riducendo la dipendenza dall’energia elettrica.

Il termine deriva dal greco bios (vita) e mimesis (imitare) e indica l’applicazione all’edilizia di forme, strutture e strategie che gli organismi viventi hanno perfezionato nel corso della loro evoluzione. Non si tratta di riprodurre esteticamente la natura, ma di studiarne i meccanismi funzionali – come un termitaio regola la propria temperatura interna, come una foglia respinge lo sporco – per tradurli in soluzioni architettoniche.

Nel 1997, la biologa Janine Benyus ha contribuito a definire il concetto di biomimetica, descrivendola come la disciplina che trae ispirazione dai processi naturali per rispondere a problemi progettuali complessi. Da allora, architetti e ingegneri hanno iniziato a guardare alla natura come un vero e proprio laboratorio di ricerca e sviluppo già collaudato da milioni di anni di selezione naturale.

Gli edifici biomimetici si muovono generalmente attorno a quattro principi cardine.

Il primo è la sostenibilità, intesa come uso più consapevole delle risorse: materiali biodegradabili o riciclati, biomateriali innovativi come il micelio o le bioplastiche, affiancati da materiali da costruzione performanti e a minore intensità carbonica.

Il secondo è l’integrazione con l’ambiente circostante: tetti verdi, facciate vegetali e superfici naturali che contribuiscono a mitigare l’effetto isola di calore e a migliorare la qualità dell’aria nei contesti urbani.

Il terzo principio è l’efficienza energetica, ottenuta attraverso i criteri della progettazione passiva: forme, orientamenti e geometrie degli spazi pensati per ridurre il fabbisogno di climatizzazione attiva.

Il quarto è la riduzione dello spreco, che si traduce in soluzioni costruttive modulari, sistemi assemblabili e componenti pensati per essere riutilizzati o sostituiti facilmente nel tempo.

Dal punto di vista progettuale, la biomimetica può seguire percorsi differenti. In alcuni casi il punto di partenza è un fenomeno osservato in natura (approccio bottom-up): i progettisti ne studiano le proprietà meccaniche, fisiche o chimiche e le trasferiscono in nuovi materiali o sistemi costruttivi. È il caso delle vernici autopulenti ispirate all’effetto della foglia di loto, la cui particolare microstruttura superficiale riduce l’adesione dello sporco e favorisce il dilavamento con la pioggia.

In altri casi il processo si sviluppa nella direzione opposta, seguendo il cosiddetto approccio top-down. Un esempio sono le facciate ventilate integrate con materiali a cambiamento di fase (PCM, Phase Change Materials). Questi materiali funzionano come una sorta di “batteria del calore”: durante le ore più calde assorbono parte dell’energia termica in eccesso, evitando che entri immediatamente nell’edificio. Quando la temperatura esterna diminuisce, ad esempio durante la notte, rilasciano gradualmente il calore accumulato. Questo contribuisce a mantenere gli ambienti interni più freschi durante il giorno e più stabili nel tempo, riducendo il ricorso alla climatizzazione. Il principio richiama quello di molti organismi viventi che regolano continuamente gli scambi di calore con l’ambiente. Un esempio è quello dei cammelli, che durante il giorno possono immagazzinare una maggiore quantità di calore corporeo senza surriscaldarsi, limitando così la perdita di acqua attraverso la sudorazione, per poi disperderlo nelle ore notturne, quando la temperatura del deserto si abbassa.

Gli esempi più interessanti di biomimetica applicata al raffrescamento riguardano proprio la capacità di mantenere temperature interne confortevoli senza ricorrere in modo intensivo alla climatizzazione attiva.

L’esempio più popolare è l’Eastgate Centre, progettato da Mick Pearce insieme agli ingegneri di Arup. L’edificio nasce in un contesto caratterizzato da forti escursioni termiche tra il giorno e la notte, dove il raffrescamento degli ambienti rappresenta una delle principali sfide progettuali. Per affrontarla, i progettisti hanno preso ispirazione dai termitai africani, capaci di mantenere al loro interno una temperatura quasi costante nonostante all’esterno si registrino variazioni di decine di gradi nell’arco della giornata. I termitai riescono a farlo grazie a una complessa rete di gallerie che regola continuamente i flussi d’aria.

L’Eastgate Centre riproduce questo meccanismo attraverso un sistema di ventilazione passiva composto da condotti, cavità e camini. Durante la notte l’aria più fresca viene fatta circolare all’interno dell’edificio per raffreddare le strutture in calcestruzzo. Nelle ore diurne, quando la temperatura esterna aumenta, il calore interno viene espulso sfruttando il naturale moto ascensionale dell’aria calda, mentre le masse dell’edificio, che si sono raffreddate durante la notte, assorbono parte del calore presente negli ambienti interni, contribuendo a mantenere più stabile la temperatura.

L’intero sistema funziona senza ricorrere in modo continuativo alla climatizzazione meccanica. Il risultato è un microclima interno stabile, generalmente compreso tra i 21 e i 25°C, ottenuto consumando meno del 10% dell’energia richiesta da un edificio climatizzato con sistemi convenzionali.

La ventilazione passiva rappresenta soltanto una delle possibili applicazioni della biomimetica in architettura. Anche il modo in cui un involucro filtra luce e calore può nascere dall’osservazione di soluzioni evolute in natura, come dimostra l’Esplanade – Theatres on the Bay, il celebre centro culturale di Singapore progettato dagli studi DP Architects e Michael Wilford & Partners.

L’edificio sorge in un clima equatoriale caratterizzato da temperature elevate, umidità costante e un’intensa esposizione alla radiazione solare durante tutto l’anno. Per questo motivo, la gestione dell’irraggiamento rappresentava uno degli aspetti più critici del progetto.

La facciata richiama il guscio spinoso del durian, un frutto tropicale tipico del Sud-est asiatico, reinterpretandone il principio protettivo attraverso oltre 7.000 pannelli frangisole in alluminio. Questi elementi non hanno soltanto una funzione estetica. L’orientamento dei pannelli varia in funzione dell’esposizione di ciascuna facciata, così da schermare la maggior parte della radiazione solare senza impedire l’ingresso della luce naturale né compromettere la vista verso l’esterno.

In questo modo il calore che raggiunge gli ambienti interni viene ridotto già all’origine, limitando il surriscaldamento degli spazi e diminuendo il fabbisogno energetico per il raffrescamento.

L’ispirazione offerta dalla natura può estendersi anche alla forma dell’intero edificio. Ne è un esempio il grattacielo 30 St Mary Axe, meglio conosciuto come “The Gherkin”, progettato da Norman Foster. Nella letteratura dedicata alla biomimetica viene spesso associato alla Venus’ Flower Basket (Euplectella aspergillum), una spugna marina la cui struttura favorisce il passaggio dei fluidi e distribuisce in modo efficiente le sollecitazioni meccaniche.

Questa ispirazione si riflette sia nella geometria aerodinamica dell’edificio sia nella sua organizzazione interna. Tra un piano e l’altro si sviluppano grandi atri e intercapedini disposti a spirale che funzionano come canali di ventilazione naturale. L’aria più fresca entra dai livelli inferiori e attraverso la doppia pelle in vetro della facciata, mentre quella riscaldata tende naturalmente a salire fino a essere espulsa nella parte superiore dell’edificio, generando un continuo ricambio d’aria.

La forma arrotondata del grattacielo contribuisce inoltre a ridurre le turbolenze provocate dal vento attorno all’edificio e favorisce il funzionamento della ventilazione naturale. L’integrazione tra geometria, struttura e flussi d’aria permette così di diminuire il ricorso alla climatizzazione meccanica, dimostrando come la biomimetica possa influenzare non solo i materiali o gli impianti, ma anche la forma stessa dell’architettura.

L’architettura biomimetica dimostra che la natura non rappresenta soltanto una fonte di ispirazione, ma un patrimonio di soluzioni perfezionate da milioni di anni di evoluzione. Osservare il funzionamento di organismi ed ecosistemi significa poter reinterpretare strategie già sperimentate per gestire calore, luce e ventilazione, trasformandole in edifici più efficienti e resilienti.

In un contesto in cui le temperature continuano ad aumentare e il raffrescamento degli edifici pesa sempre di più sui consumi energetici, progettare prendendo spunto dalla natura rappresenta un approccio sempre più rilevante per realizzare edifici capaci di adattarsi al clima riducendo il ricorso alla climatizzazione meccanica.

La biomimetica propone quindi un cambio di prospettiva: invece di affidarsi a un crescente impiego di energia per contrastare l’aumento delle temperature, invita a progettare edifici capaci di lavorare in armonia con l’ambiente, sfruttandone i processi naturali per garantire comfort ed efficienza.

In copertina: dettaglio dell’Esplanade – Theatres on the Bay, Singapore (ph. danviewfinder – stock.adobe.com).

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