I SISTEMI SOLARI PASSIVI
Sono sistemi e tecnologie per captare, accumulare,
controllare l'energia del sole all'interno degli edifici
distribuire
e
I sistemi per il riscaldamento passivo raccolgono e trasportano il calore
derivante dal sole senza l’ausilio di mezzi meccanici, ma con mezzi
naturali come l’irraggiamento, la conduzione e la convezione.
I SISTEMI SOLARI PASSIVI
Assorbitore - superficie
opaca di colore scuro
Collettore
Sistema di controllo mobile
riflettente
Sistema di controllo mobile
Avvolgibile esterno
Accumulo
Sistema di controllo
isolante mobile
SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO DIRETTO
I sistemi a guadagno diretto rappresentano il modo più semplice di concepire un
sistema di riscaldamento passivo (vetrate, serre addossate)
La radiazione solare entra direttamente nell’ambiente interno attraverso superfici
vetrate e viene assorbita dagli elementi strutturali d’accumulo (parete, pavimento
o soffitto), che rilasceranno il calore successivamente;
SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO DIRETTO
Georg W. Reinberg: complesso residenziale a Vienna
I SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO INDIRETTO
Nei sistemi a guadagno indiretto la radiazione solare colpisce una massa termica.
L’energia solare assorbita dalla massa viene convertita in calore e trasmessa
lentamente al retrostante spazio abitato. Tra questi sistemi troviamo le pareti di
accumulo e il Muro Trombe
Il Muro Trombe, consta di una parete d’accumulo (con
la superficie esposta al sole dipinta di colore scuro)
alla quale è anteposta, sul lato esterno, a 10–20 cm
una superficie vetrata (che per effetto serra scalda
l’aria dell’intercapedine tra il vetro e il muro,
aumentando l’efficacia del sistema).
Muro di accumulo
La parete è dotata di aperture, in alto e in basso, per
permettere il passaggio dell’aria. L’aria calda, che
tende a salire, entra in casa passando dai fori
superiori, richiamando nell’intercapedine l’aria fredda
dell’interno.
Per il riscaldamento invernale, durante il giorno le
fenditure restano aperte lasciando circolare l’aria
come descritto mentre di notte si chiudono e la parete
restituisce il calore accumulato durante la giornata.
Muro Trombe funzionamento
invernale diurno
D’estate, durante il giorno si chiudono le aperture e
viene aperta la vetrata, mentre nelle ore notturne
vengono aperte le fenditure e l’aria calda dell’interno
entra nell’intercapedine dall’alto, si raffredda e ritorna
nell’appartamento attraverso i fori in basso.
I SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO INDIRETTO
Diversi possibili funzionamenti del Muro Trombe
Funzionamento invernale giorno
Solo ventilazione invernale
Ventilazione estiva
Come parete ventilata
I SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO INDIRETTO
Altro sistema a guadagno indiretto è il pozzo solare in cui un elemento di captazione
è posizionato sulla copertura dell’edificio.
Superfici
riflettenti,
opportunamente
disposte, consentono la penetrazione
della radiazione solare verso il basso,
fino a raggiungere la parete di accumulo
che separa il “pozzo” dall’ambiente
abitato.
Pozzo solare funzionamento
invernale diurno
I SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO ISOLATO
Tra i sistemi a guadagno isolato si segnalano le serre non abitabili
La serra addossata esposta a sud
comprende uno “spazio tampone” non
idoneo per l’abitabilità in quanto le
fluttuazioni di temperatura al suo interno
dipendono direttamente dalle condizioni
esterne.
Il funzionamento invernale prevede la
captazione dell’energia solare attraverso
il vetro (collettore solare), il suo
accumulo nella massa costituita dal muro
di separazione con lo spazio abitabile
interno.
Il calore accumulato viene poi trasferito
all’interno con un certo ritardo rispetto
alle ore di insolazione.
spazio tampone
vetro
spazio abitato
muro di accumulo
I SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO ISOLATO
Altri sistemi a guadagno isolato sono i collettori ad aria con circolazione naturale
Questo sistema utilizzano una superficie di
captazione (collettore) con un elemento
assorbitore che converte l’irraggiamento in
calore che a sua volta viene trasmesso
all’aria dall’intercapedine interposta tra la
superficie assorbente e il collettore. L’aria
riscaldandosi sale e passando attraverso
opportune aperture (bocchette) viene
trasferita agli ambienti abitati.
intercapedine
assorbitore
collettore
I SISTEMI SOLARI PASSIVI: SOLUZIONI MISTE
Vi sono anche soluzioni miste, che combinano cioè diversi aspetti tra quelli elencati,
a seconda delle esigenze specifiche il sistema Barra-Costantini con funzionamento a
camino solare
Funzionamento del sistema
Barra - Costantini
RAFFRESCAMENTO PASSIVO
Il raffrescamento naturale
Il raffrescamento naturale può avvenire secondo tre diversi modi
Raffrescamento ventilativo corporeo, RVC prodotto dallo scambio convettivo tra aria e
pelle, per effetto sia della differenza di temperatura, sia della velocità dell'aria;
Raffrescamento ventilativo ambientale, RVA relativo all’abbassamento della temperatura
dell'aria in un ambiente confinato, per effetto dell'introduzione d'aria più fredda
dall'esterno;
Raffrescamento ventilativo della massa, RVM prodotto dallo scambio convettivo tra le
superfici delle strutture edilizie (pareti, pavimenti, soffitti, ecc.) ed aria a temperatura più
bassa di quella delle superfici stesse.
RAFFRESCAMENTO PASSIVO
Ciò che caratterizza i sistemi di raffrescamento passivo è la dispersione di
calore che avviene naturalmente, senza l’ausilio di strumenti meccanici né
il consumo di energia esogena.
Queste tecniche si basano sulla riduzione del carico termico proveniente
dall’esterno e sullo smaltimento del calore accumulato.
Il sistema più semplice consiste nel collocare le finestre in facciate
contrapposte, in modo da favorire il ricambio d’aria (ventilazione
incrociata).
Altre soluzioni di raffrescamento sfruttano l’effetto camino, ovvero la
tendenza dell’aria calda a salire.
Questo fenomeno viene utilizzato per far uscire l’aria a temperatura
maggiore, estratta da aperture poste in alto, e far entrare aria fresca da
finestre poste più in basso.
Queste due soluzioni risultano essere le più comuni, ma ve ne sono molte
altre, come la torre del vento, la torre evaporativa e la ventilazione
sotterranea.
RAFFRESCAMENTO PASSIVO
RAFFRESCAMENTO PASSIVO
I sistemi che generano movimento d'aria sono quelli che forzano il
passaggio e la circolazione dell'aria all'interno dell'edificio, per
l'effetto di differenze di pressione.
Inverno - chiuso
Estate - Ventilazione
Espulsione fumo
Riparo dai venti freddi
I diversi meccanismi di controllo microclimatico del tepee degli indiani d’america
a)
b)
c)
d)
chiuso -periodo freddo
ventilazione per effetto camino-espulsione fumo
ventilazione passante
barriere protettive dai venti freddi
RAFFRESCAMENTO PASSIVO
VENTILAZIONE PASSIVA
Questi sistemi di ventilazione si caratterizzano per la portata d'aria in
entrata e in uscita dall'edificio, rinnovano l'aria interna e possono
raffrescare l'ambiente con il movimento d'aria indotto.
I loro effetti si valutano con il numero di ricambi orari (rh) di aria, che
implicano una velocità dell'aria interna (v) che si misura in metri al
secondo. I rinnovi orari si valutano in m3/h e per m3 di volume abitabile.
RAFFRESCAMENTO PASSIVO
Ventilazione incrociata
Depressione
Effetto camino
Torre del vento
RAFFRESCAMENTO PASSIVO
Il primo e più semplice modo di muovere l'aria è dato dalla ventilazione
incrociata. Che consiste nel favorire il movimento d'aria all'interno di uno
spazio. o di una successione di spazi, collocando le aperture in due facciate
contrapposte di uno stesso ambiente.
Si tratta di un sistema consigliabile in climi caldo-umidi o anche in climi
temperati durante la stagione estiva. Le aperture devono essere collocate in
facciate che comunichino con spazi esterni e con condizioni di esposizione alla
radiazione e ai venti molto diverse tra loro.
In presenza di un debole vento esterno il numero di rinnovi orari (rh) d'aria che
possono essere ottenuti con il sistema della ventilazione incrociata oscilla
solitamente tra 8 e 20.
RAFFRESCAMENTO PASSIVO
Ventilazione incrociata
RAFFRESCAMENTO PASSIVO
RAFFRESCAMENTO PASSIVO
L'effetto camino, si produce favorendo l'estrazione dell'aria attraverso aperture collocate nella parte
alta dei locale e collegate a un condotto verticale di estrazione. La differenza di densità dell'aria fa si
che l'aria calda, meno densa, esca da queste aperture.
Il funzionamento del sistema prevede aperture collocate nella zona inferiore del locale che
permettano l'entrata di aria fredda con densità maggiore. La ventilazione indotta dall’effetto camino
non è molto elevata, in quanto il numero di rinnovi orari (rh) oscilla tra 4 e 6.
LICEO POLIVALENTE
FREJUS – FRANCIA 1991/93 PROGETTISTA: SIR NORMAN FOSTER
Utile per evitare la stratificazione di aria calda nella parte superiore degli ambienti interni.
In spazi grandi, in cui è molto probabile che si produca una stratificazione termica, è possibile
minimizzare questo problema attraverso lo sfruttamento dell’effetto camino che evita l’accumulo di
aria calda nella parte superiore dello spazio abitabile.
UFFICI E RESIDENZE A POTSDAMERPLATZ BERLINO 1992 - PROGETTISTA: RICHARD ROGERS
Se la temperatura esterna è molto elevata l'estrazione dell'aria per effetto camino è limitata. Perché
possa funzionare correttamente deve esistere una differenza di temperatura tra l'aria esterna e l'aria
calda che si trova nella parte alta dell'ambiente abitabile.
Un sistema che favorisce il movimento d’aria interna
per effetto di un'estrazione forzata grazie alla
radiazione solare è quello della camera solare.
Il funzionamento di questo sistema consiste nel
riscaldamento dell'aria all'interno della camera solare
mediante un elemento captante di colore scuro
protetto da una lastra di vetro. Quando l'aria si riscalda
e diminuisce la propria densità, si produce un effetto di
aspirazione nelle aperture sottostanti a contatto con
l'ambiente interno e quindi una estrazione dell'aria
interna verso l'esterno.
Estrazione naturale- apertura in alto
(effetto camino)
Ingresso aria
zona sopravvento
Schema di ventilazione combinata vento (immissione) effetto-camino (estrazione)
Sistema combinato vento-effetto camino
Il sistema che combina l'effetto del vento con quello determinato dalla differenza di
temperatura dell'aria tra esterno ed interno (effetto camino), è quello in cui si prevede
l'immissione dell'aria in zona sopravvento, ad altezza del locale da ventilare, e
l'estrazione naturale da un'apertura posta più in alto, all'estremità di un condotto o vano
verticale.
Quest'ultimo può essere sia una conduttura costruita ad hoc, sia uno spazio con altre
funzioni, quale un vano-scala o un atrio con aperture apribili in copertura.
Schema dei flussi d'aria in una torre iraniana associata a un condotto sotterraneo
Tecniche di raffrescamento naturale sono quelle sviluppate in medio oriente, nei Qa'a egiziani e
nelle torri del vento iraniane.
Il meccanismo di base consiste nel catturare il vento in alto, dov'è più veloce e più freddo,
condurlo all'interno dell'edificio attraverso condotti verticali che hanno un involucro di massa
consistente (in modo da impedire il riscaldamento dell'aria) ed espellere quindi l'aria calda e
viziata dei vani interni attraverso aperture poste in alto.
Nel qa'a l'elemento di captazione del vento è il malkat posto sopravvento e possibilmente a
nord, mentre l'apertura di estrazione è rappresentata da un lanternino. Entrambi le aperture
sono direttamente collegate con i locali da raffrescare e il ciclo è continuo, giorno e notte
