UNIVERSITA' DEGLI STUDI MEDITERRANEA
DI REGGIO CALABRIA
FACOLTA' DI ARCHITETTURA
CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN
COSTRUZIONE E GESTIONE DELL’ARCHITETTURA- CEGA
LABORATORIO DI CONOSCENZA
DELL’ARCHITETTURA MATERIALE
Anno Accademico 2007-08
Disciplina
ECOLOGIA
2 CFU
Prof.ssa: DEBORAH PENNESTRÌ (Corso A)
Prof.: ANTONIO GIORDANO (Corso B)
Prof.ssa: MARIA TERESA LUCARELLI (Corso C)
Dispensa II
Laboratorio di conoscenza architettura Materiale (CEGA) Modulo dì Ecologia - Corsi A - B - C - A.A. 2007-2008.
Proff. Deborah Pennestrì, Antonio Giordano, Maria Teresa Lucarelli
L’ARCHITETTURA BIOCLIMATICA
“Per architettura bioclimatica si intende un’architettura che sfrutta come risorsa le caratteristiche
morfologiche ed il clima del luogo:impiega prioritariamente i materiali locali e per il proprio
funzionamento utilizza le fonti energetiche rinnovabili locali: radiazione solare, venti,
vegetazione, corsi d’acqua”.
[V. Olgyay, 1963]
L’architettura, sino agli inizi del ‘900, si è rapportata, tanto nei suoi aspetti tecnologici quanto in
quelli morfologici e formali, alle specificità microclimatiche dei contesti ambientali nei quali
veniva inserita.
Lo sviluppo del settore produttivo e tecnologico, ha condotto alla convinzione che gli edifici
potessero essere realizzati con identiche caratteristiche per qualsiasi condizione climatica,
delegando agli impianti il compito di garantire le condizioni di benessere all'interno degli
ambienti. La crisi energetica verificatasi negli anni settanta ha provocato una revisione
concettuale ed operativa sulla necessità di definire i caratteri tipologici e tecnologici degli edifici
attraverso l’analisi delle caratteristiche climatiche del sito e l'uso di risorse energetiche
rinnovabili1.
L'Architettura bioclimatica rappresenta la risposta a tali osservazioni: si rivolge allo studio di
soluzioni tipologiche e di prestazioni dei sistemi tecnologici che entrano in sinergia con le
caratteristiche ambientali e climatiche del sito, e consentono di garantire condizioni di benessere
termoigrometrico all'interno degli edifici. Tali obiettivi vengono perseguiti attraverso approccio
che porti a massimizzare i benefici ottenibili attraverso l'impiego delle energie rinnovabili e, in
particolare, dall'uso dell'energia solare, riducendo drasticamente l'apporto degli impianti
alimentati con fonti energetiche non rinnovabili.
Infatti, garantendo l'irraggiamento solare negli ambienti interni si perviene a notevoli guadagni
termici; inoltre, la progettazione che scaturisce dall’analisi delle condizioni climatiche comporta
ricadute positive anche per quanto riguarda l'illuminazione naturale, la ventilazione e il
raffrescamento degli spazi confinati. Gli edifici «bioclimatici», dunque, sono caratterizzati
dall’impiego di componenti e/o sistemi edilizi che garantiscono delle “performances energetiche”
elevate, attraverso la captazione, l’accumulo, e la restituzione del guadagno termico dovuto alla
radiazione solare diretta.
L'architettura bioclimatica si pone, altresì, l’obiettivo di garantire il raffrescamento naturale degli
edifici nei periodi più caldi, attraverso sistemi tecnici finalizzati all’allontanamento del calore
indesiderato. Infine, un edificio realizzato con l’ausilio dei principi bioclimatici prevede
l'ottimizzazione nell'uso della componente luminosa dell'energia solare. La finalità è quella di
garantire un buon livello di comfort visivo attraverso l'illuminazione naturale negli ambienti,
sostituendola a quella di tipo artificiale.
1
Il recepimento da parte dell’Italia della Direttiva Europea 2002/91/CE, avvenuta nel settembre del 2005
con la pubblicazione del Decreto Legislativo 19 agosto 2005, n.192 “Attuazione della direttiva 2002/91/CE
relativa al rendimento energetico nell'edilizia” ha comportato un aggiornamento dei criteri di valutazione
relativi ai consumi energetici.
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Il clima ed il ruolo dei sub-sistemi dell’edificio
Semplificando la classificazione Koppen dei climi e tralasciando i climi polari, può essere
sufficiente in questa sede distinguere i seguenti tipi di clima [V. Olgyay]:
Tab1 tipi di clima (rielaborazione dei dati sulle zone climatiche da: Olgyay V. Progettare con il clima, Franco
Muzzio, Padova, 1990)
Si ricorda che quando si parla di clima mediterraneo in riferimento all’intero bacino mediterraneo
si tratta di macroclima, se all’interno di un paese come l’Italia si vogliono distinguere le situazioni
climatiche relative ad esempio a zone montane, pianura padana o fasce costiere allora si parla
di mesoclima.
Costruire in rispetto alle condizioni climatiche locali è una pratica non solo molto antica, ma è
una consuetudine dell’uomo da quando ha cominciato a costruire delle dimore stabili. Si
costruisce una dimora allo scopo di ripararsi dalle intemperie, dal sole, dalla pioggia e dalla
neve, dal troppo freddo e dal troppo caldo. Una casa deve quindi essere costruita in riferimento
al clima e alle condizioni climatiche.
Il clima locale è uno dei principali fattori che hanno dato origine alle numerose e differenti
espressioni architettoniche che troviamo nel mondo. Il secondo fattore, non meno importante, è
la disponibilità dei materiali con i quali si costruisce. Laddove vi sono boschi e foreste si usa il
legno (p. es. in Russia), in montagna la pietra (per es. in Tibet) e dove non si trovano questi due
materiali, si costruisce con la terra (p. es. in Mesopotamia, in Egitto).
In zone con un clima molto caldo e secco, la casa deve offrire ombra e frescura (ventilazione),
mentre in zone caratterizzate da un clima piuttosto freddo, deve proteggere dai venti e
mantenere il caldo prodotto dal fuoco all’interno.
Clima caldo e secco
Clima caldo e umido
Clima temperato
Clima freddo
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Progettare gli edifici in rispetto al clima e al sole è rimasto un’usanza praticata fino al XX secolo.
Solo nella nostra epoca, la presunta inesauribilità delle fonti energetiche e il basso prezzo
dell'energia hanno portato all'abbandono di questa utile pratica, perché hanno reso possibile la
climatizzazione artificiale degli edifici in grado di soddisfare qualsiasi comfort termico desiderato,
indipendentemente dal clima. Il rincaro dell'energia e il cambiamento del clima richiedono una
maggiore attenzione per i problemi energetici. Così anche le antiche nozioni dell'architettura
climatica, ritenute superate dalla moderna tecnologia, trovano una rinascita. L'obiettivo della
moderna architettura climatica è lo sviluppo di tipologie architettoniche che offrono un clima
interno confortevole e che sono, allo stesso tempo, energeticamente efficienti2.
Si può schematizzare come segue il ruolo dei sub-sistemi precedentemente individuati in ogni
tipo di clima
Guadagno solare
Caldo umido
Minimizzare con
schermature, usarlo
per ventilare
attraverso opportuni
dispositivi
Caldo secco o Minimizzare con
arido
schermature e
compattezza
dell’edificio, usarlo
per provocare
ventilazione naturale,
umidificazione e
raffrescamento
evaporativi
Temperato
(umido
temperato
caldo)
Massimizzare il
guadagno nel
periodo freddo,
minimizzarlo in quello
caldo
Freddo
Massimizzare il
(climi boreali guadagno solare
o
microtermici)
Accumulo termico
Minimizzare
termica,
leggere
l’inerzia
strutture
Involucro
Riflettere rad. Solare, essere
permeabile alle correnti d’aria,
bassa trasmittanza, elevato
rapporto S/V, sollevare
eventualmente l’edificio dal suolo
Elevata inerzia, per
ritardare e smorzare la
trasmissione all’interno
del guadagno termico
diurno e realizzare un
accumulo giornaliero
del fresco notturno
Riflettere rad. Solare, essere
permeabile alle correnti d’aria di
notte, ridurre o umidificare la
ventilazione di giorno, bassa
trasmittanza, minimo rapporto S/V
(forme cubiche o emisferiche),
ridurre le aperture
Può essere utile un
elevato accumulo sia
giornaliero che
stagionale del calore,
se l’edificio è fruito con
continuità
Perseguire
una
compattezza
media massimizzando la superficie
esposta a Sud (alle nostre
latitudini), con forme planimetriche
allungate in direzione Est-Ovest
Può essere utile un
elevato accumulo del
calore, se l’edificio è
fruito con continuità
Perseguire
una
compattezza
media massimizzando la superficie
esposta a Sud
Tab. II – Tipi di Clima e ruolo dei sub-sistemi dell’edificio (Fonte: da materiale didattico IUAV, Prof. A.
Carbonari in Corso di Tecnica del controllo ambientale – Laboratorio integrato3, A.A. 2003/2004)
2 www.miniwatt.it
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Schematizziamo a titolo esemplificativo le strategie bioclimatiche attuate negli insediamenti
tradizionali, nella cosiddetta “architettura spontanea”, in alcune situazioni a noi prossime.
Nei climi mediterranei (Fig.1 – Fig.2) si è sempre fatto uso di:
- murature massicce per ritardare e smorzare la trasmissione all’interno del guadagno termico
diurno e conservare per alcune ore del giorno il fresco notturno ottenuto mediante ventilazione e
radiazione delle superfici esterne verso il cielo
- coloritura chiara delle superfici edilizie esterne, per limitare il guadagno termico solare
- compattezza del tessuto edilizio, con piccole corti e strade strette, in modo da limitare il
guadagno solare
- ombreggiamento con tende e con vegetazione degli spazi urbani
- raffrescamento evaporativo mediante fontane e spruzzatura di acqua su pareti e tende.
Quasi tutti i sopraelencati meccanismi sono utilizzati anche nei climi aridi, climi nei quali sono
stati sviluppati ulteriori se più sofisticati sistemi di raffreddamento e umidificazione basati
sull’inerzia, l’effetto camino e l’evaporazione dell’acqua.
Fig. 1 Trulli ad Alberobello, Puglia
Costruzione compatta con murature in pietra di notevole spessore, aperture ridotte; una cisterna
sotterranea per l’acqua aumenta l’azione mitigante del terreno.
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Fig. 2Abitazioni in Grecia
Il rivestimento esterno in calce bianca ha un ottimo potere riflettente nei confronti della radiazione
solare
Nei nostri climi freddi (Fig.3), quali i climi montani l’architettura spontanea offre l’esempio della
baita alpina, che utilizza i seguenti meccanismi:
- una forma dell’involucro che presenta un’ampia facciata a Sud e ridotte pareti nelle altre
direzioni soprattutto verso Nord, sfruttando la pendenza del terreno e prolungando le falde della
copertura, in modo da massimizzare il guadagno solare invernale e la protezione dall’effetto
raffreddante dei venti,
- contenimento delle dispersioni mediante: piccole finestre con scuri anche interni, utilizzo di
locali tampone (fienile nel sottotetto, stalla e deposito al piano terra), accumulo di legna da
ardere a ridosso delle pareti esterne, la debole inclinazione delle falde consente l’accumulo di
neve che costituisce anch’essa uno strato coibente), murature a bassa trasmittanza: in pietre
nella parte bassa ma in legno (tronchi incastrati) nella parte superiore, con intercapedine
riempita di terra e paglia,
- recupero di energia da fonti interne: calore metabolico di occupanti ed animali della stalla (non
isolata dalla zona abitata soprastante), camino centrale, letti a nicchia nelle pareti.
Sempre parlando di sistemi, dal punto di vista termodinamico l’edificio può essere visto come un
sistema (questa volta in senso termodinamico) aperto e non isolato, il cui confine (fatto di
involucro ed elementi impiantistici) è un qualcosa che media tra l’ambiente esterno e l’ambiente
interno, controllando il transito di massa e gli scambi di energia.
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Fig.3, Esempio di baita alpina
RELAZIONI TRA IL CLIMA E L’EDIFICIO
l'analisi dei dati climatici della zona:
- andamento delle temperature;
- umidità relativa;
- velocità media del vento;
- radiazione solare.
Le caratteristiche specifiche del sito:
•ombre proiettate dagli edifici circostanti;
•tipo di vegetazione;
•vicinanza ad un bacino o ad un corso
d'acqua;
•caratteristiche della superfici intorno
all'edificio (asfalto, manto erboso, …).
Le ricadute prestazionali sull’edificio
Miglioramento delle condizioni di:
BENESSERE
- microclimatico (comfort estivo/invernale,
controllo della ventilazione naturale)
- visivo (controllo illuminazione naturale: flusso
luminoso e trasparenza)
- Acustico
SALVAGUARDIA DELL’AMBIENTE
- Risparmio energetico e ritenzione del calore
L’edificio come sistema
I metodi di analisi dei processi di produzione edilizia sviluppatisi negli ultimi decenni adottano
correntemente un approccio sistemico.
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Progettare secondo i principi dell’architettura bioclimatica significa considerare in maniera
compiuta il rapporto dell’edificio con il clima. La costruzione viene cioè considerata come un
organismo “vivente” e le sue forme integrate con il sistema ambientale in cui è collocata, al fine
di raggiungere il miglior livello di comfort e di risparmio energetico globale.
L’edificio viene considerato un sistema : ovvero un insieme di parti interconnesse e finalizzate il
cui fine è quello di garantire al suo interno le condizioni per lo svolgimento di determinate attività
umane: abitative, lavorative o ricreative. La prima prestazione dell’edificio che viene in mente è
quella che consiste nell’offrire riparo dai pericoli o semplicemente dal discomfort connesso
all’ambiente esterno. Il comfort da garantire è essenzialmente di tipo termico, luminoso ed
acustico. L’involucro diviene un elemento di mediazione dinamico.
Alla base della progettazione bioclimatica è importante, quindi, tenere conto della definizione dei
requisiti ambientali relativi al progetto e l’analisi delle condizioni contestuali. Le strategie
progettuali adottate determinano le ricadute prestazionali dell’edificio in relazione alle condizioni
di Benessere (microclimatico, visivo, acustico, ecc..) e Salvaguardia dell’ambiente.
Schematizzando tale ragionamento:
Fonte: A. Moro, “architettura bioclimatica” in Dispensa Bioedilizia, Environment Park,
L’analisiTorino
delle condizioni contestuali è riferita a due ambiti:
Alle caratteristiche specifiche del sito, quali ad esempio:
ombre proiettate dagli edifici circostanti;
tipo di vegetazione;
vicinanza ad un bacino o ad un corso d'acqua;
caratteristiche della superfici intorno all'edificio (asfalto, manto erboso, …).
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All’analisi dei dati climatici della zona:
andamento delle temperature;
umidità relativa;
velocità media del vento;
radiazione solare.
Rispetto a tali parametri, le strategie progettuali bioclimatiche si riferiscono a:
orientamento e posizione dell’edificio
forme e configurazione geometrica dell’edificio
caratteristiche dell’involucro
sistemi solari passivi per il guadagno termico
materiali e tecnologie
Per quanto riguarda i requisiti ambientali, ci si riferisce essenzialmente a quelli derivanti dalle
classi esigenziali di Benessere e Salvaguardia dell’ambiente 3.
Si riportano le tabelle che individuano, per le due classi esigenziali, i corrispettivi requisiti
ambientali e tecnologici:
3 Si ricorda che la norma UNI 0050 individua sei classi esigenziali: sicurezza, benessere, fruibilità, aspetto, gestione,
salvaguardia dell’ambiente, a loro volta suddivise in classi di requisito e requisiti (ambientali e tecnologici). I requisiti
ambientali sono quelli riferiti agli aspetti fisico-tecnici, funzionali-spaziali, i requisiti tecnologici individuano la richiesta
di comportamento tecnico dell’edificio.
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CLASSE ESIGENZIALE BENESSERE
Insieme delle condizioni relative a stati del sistema edilizio adeguati alla vita,alla salute ed allo
svolgimento dell'attività degli utenti.
CLASSE ESIGENZIALE SALVAGUARDIA DELL’AMBIENTE
Insieme delle condizioni relative al mantenimento e miglioramento degli stati dei sovrasistemi di
cui il sistema edilizio fa parte.
Fonte: G. Mucelli, IUAV, 2004
L’edificio in sé può essere pensato come un sistema passivo che modifica l’azione degli agenti
climatici e che definisce la qualità dell’ambiente interno attraverso:
l’orientamento
la forma
le caratteristiche dell’involucro
i Sistemi passivi per il guadagno termico
i materiali
Orientamento e posizione dell’edificio
Il sole sorge a Sudest e tramonta a Sudovest; una facciata esposta a Sud è quindi l’unica a
ricevere radiazioni per tutto il giorno. In inverno la posizione del sole è anche bassa e la
radiazione incide sulla facciata Sud quasi perpendicolarmente, così le finestre fanno penetrare i
raggi solari nella profondità delle stanze. Ciò significa che il lato Sud dell’edificio riceve il
massimo di radiazioni proprio in inverno, quando è più richiesto, mentre in estate, quando la
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posizione del sole è alta e i suoi raggi incidono a mezzogiorno in un angolo acuto, ne riceve
meno4.
In primavera e in autunno gli apporti solari sono distribuiti in misura quasi uguale su tutte le
superfici verticali ad eccezione di quelle orientate verso Nord che ricevono sole solo per pochi
giorni in estate.
E’ fondamentale, quindi, orientare in maniera corretta l’edificio in modo da ottimizzare lo
sfruttamento della radiazione solare nel periodo invernale e garantire condizioni di comfort
adeguate all’interno degli ambienti minimizzando il ricorso agli impianti tecnici. Per far e ciò è
necessario analizzare compiutamente il percorso del sole.
In generale è opportuno5:
• orientare l’asse principale dell’edificio secondo la
direttrice Est-Ovest in modo da massimizzare la
superficie d’involucro esposta a Sud per sfruttare
l’irraggiamento solare nel periodo invernale;
• evitare di orientare l’asse principale della
costruzione secondo l’asse Nord-Sud in quanto risulta
difficile schermare nel periodo estivo la radiazione
solare con conseguente possibile discomfort termico
dovuto al surriscaldamento dell’aria negli ambienti
interni.
-
Direzione venti dominanti
Oltre al percorso apparente del sole deve essere valutata la direzione dei venti dominanti in
quanto possono causare un aumento delle dispersioni termiche attraverso l’involucro nel periodo
invernale, poiché favoriscono lo scambio termico convettivo.
E’ necessario pertanto minimizzare l’area delle superfici esposte.
-
Ombre portate da ostacoli naturali o costruiti
Per verificare se l’edificio sarà adeguatamente soleggiato, oltre a valutarne la posizione rispetto
al percorso del sole, è necessario verificare la possibilità che sia ombreggiato da ostacoli
naturali (es. colline, montagne) o artificiali (es. edifici adiacenti). Questa verifica può essere
effettuata attraverso l’impiego delle maschere solari.
Forme e configurazione geometrica dell’edificio
La forma dell’edificio deve essere determinata in base alle caratteristiche climatiche del luogo in
cui verrà edificato. Nei climi estremi la forma tende a divenire compatta per una maggiore difesa
dalle condizioni ambientali non favorevoli. Alle nostre latitudini la forma più indicata è quella a
4
Wienke U., L’edifico passivo, Alinea, Firenze, 2002
5
A. Moro, “architettura bioclimatica” in Dispensa Bioedilizia, Environment Park, Torino
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parallelepipedo che consente di controllare la dispersione termica invernale e gli apporti di
calore in estate, permettendo un adeguato sfruttamento della radiazione solare nei mesi freddi.
-
Configurazione geometrica dell’edificio
La distribuzione degli spazi interni deve avvenire in base alla funzione di ognuno di essi. I locali
maggiormente utilizzati nel periodo diurno devono essere collocati preferibilmente sul fronte
Sud, in modo da poter sfruttare nel periodo invernale gli apporti di calore dovuti alla radiazione
solare. I locali di servizio (bagni, garage, magazzino) vanno collocati a Nord, lungo il lato freddo
della costruzione, in modo da fungere da spazio cuscinetto. Le camere da letto possono essere
orientate ad Est, mentre è da evitare il lato Ovest, critico nel periodo estivo in quanto nelle tarde
ore pomeridiane si rischia il surriscaldamento dell’aria interna. In tale periodo infatti il sole segue
una traiettoria bassa sull’orizzonte ed è difficilmente schermabile.
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Caratteristiche dell’involucro6
La struttura di un edificio può essere a telaio o costituita da muri portanti. La scelta di una
tipologia costruttiva comporta delle conseguenze sulla prestazione energetica della costruzione.
MURATURA PORTANTE
• Protezione e funzione statica
• Involucro “pesante”
• Buon isolamento intrinseco
• Buone possibilità di accumulo termico
STRUTTURA A TELAIO
• Elemento portante + tamponamento
• Involucro “leggero”
• Necessità isolamento termico
• Rischio presenza ponti termici
Più in generale, per contenere il consumo di energia durante il periodo invernale, bisogna
cercare di effettuare un bilancio energetico, cercando di ridurre le dispersioni termiche
(isolamento termico) e di sfruttare gli apporti gratuiti forniti dal soleggiamento (accumulo
termico), differenziando le caratteristiche prestazionali degli elementi di frontiera, in relazione
alle caratteristiche climatiche del sito, attraverso queste strategie di intervento:
Coibentare (sia le pareti orientate a nord, sia le coperture)
Accumulare calore (attraverso l’inezia termica dei materiali)
Sfruttare i guadagni di energia termica solare tramite: sistemi diretti, indiretti, isolati
Coibentazione
Ai fini del risparmio energetico è opportuno che l’edificio sia adeguatamente isolato in modo da
minimizzare le dispersioni nel periodo invernale. L’isolamento termico di una facciata ne
determina il valore di trasmittanza termica e di conseguenza regola il flusso termico attraverso di
essa.
La posizione dell’isolamento termico nella parete ne determina la prestazione energetica:
sulla faccia interna
• l’energia immessa in ambiente innalza velocemente la temperatura dell’aria
• il tempo di risposta del sistema di riscaldamento è breve
sulla faccia esterna
6
A . Moro, “architettura bioclimatica” in Dispensa Bioedilizia, Environment Park, Torino
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• il calore viene calore accumulato nella parete
• il tempo di risposta del sistema di riscaldamento è elevato
all’interno
• è una soluzione intermedia
• è presente un rischio di condensa nell’isolante
Accumulo termico
La capacità termica e la conduttività di un materiale da costruzione ne determinano la capacità
di fungere da accumulatore termico.
Le funzioni di quest’ultimo sono:
• ridurre le oscillazioni di temperatura negli ambienti interni
• incorporare la radiazione termica per evitare il surriscaldamento dell’aria nei locali interni
• restituire l’energia termica accumulata in ambiente in assenza di radiazione.
Le prestazioni del sistema di accumulo dipendono da:
• posizione massa di accumulo
• caratteristiche termofisiche dei materiali (capacita’ termica, densità, conducibilità termica)
• spessore
• intervallo di temperatura in cui l’energia viene immessa nell’accumulatore
-
Inerzia termica
L’inerzia termica determina la capacità dei materiali di attenuare e ritardare l’ingresso in
ambiente dell’onda termica dovuta alla radiazione solare incidente sull’involucro edilizio. Essa
dipende dallo spessore del materiale, dalla capacità termica e dalla conduttività. Un’elevata
inerzia termica nel periodo invernale consente di:
• limitare le variazioni di temperatura dell’aria interna, con conseguente migliore rendimento
dell’impianto di riscaldamento (regime piu’ costante, minore potenza massima dell’impianto)
• migliorare l’utilizzo degli apporti solari gratuiti
• risparmio energetico
• diminuire la trasmittanza termica (U) dell’involucro
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Sistemi solari passivi per il guadagno termico
Ai fini del risparmio energetico, un edificio bioclimatico può impiegare sistemi solari passivi per il
riscaldamento degli ambienti nel periodo invernale ed eventualmente per il raffrescamento in
quello estivo.
Il termine “passivo” non sta ad indicare un sistema che subisce passivamente gli stimoli esterni”,
ma piuttosto evidenzia la capacità dello stesso sistema di interagire con il clima locale, grazie
alle sue qualità intrinseche, e senza demandare il controllo del microclima interno ai soli impianti
meccanici.
Essi impiegano l'irraggiamento solare incidente sulle superfici dell'involucro edilizio e
meccanismi naturali – cioè, senza l'ausilio d'energia prodotta da impianti termici o importata
dalla rete – per il trasferimento, del calore assorbito, all'interno dell'edificio. Sistemi di
riscaldamento naturale possono essere sia gli stessi elementi tecnici di chiusura di un edificio –
trasparenti (finestre) od opachi (pareti massive non isolate) – sia elementi speciali, progettati per
massimizzare l'apporto termico solare7.
Essi si dividono in sistemi :
-
A guadagno diretto
-
A guadagno indiretto
-
A guadagno isolato
Si riportano alcuni tra i principali esempi di sistemi:
Sistemi a guadagno diretto (superfici trasparenti)
E’ costituito da ampie vetrate esposte a Sud e una forte coibentazione delle pareti interne. Si
tratta di una tecnologia costruttiva comune.
Si parla di guadagno diretto quando la radiazione entra direttamente nello spazio da riscaldare
attraverso ampie superfici vetrate. Favorire l'ingresso ed il contributo della radiazione solare
rappresenta la principale strategia di riscaldamento passivo.
I componenti vetrati dell’involucro regolano, quindi, il flusso dell’energia termica solare e della
luce. La forma geometrica delle aperture determina la capacità dell’edificio di sfruttare il
guadagno termico solare gratuito. E’ consigliabile che le finestre abbiano:
• sul fronte Sud
sviluppo verticale
uno
• sul fronte Est e Ovest uno
sviluppo orizzontale
Dimensioni,
forme
e
orientamento delle finestre
possono influire sull'entità
Fonte: A. Moro, “architettura bioclimatica”, op. cit.
7Rispetto
all’ultima categorie delle strategie progettuali bioclimatiche relativa a materiali e tecnologie, si
rimanda alla dispensa successiva.
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dei guadagni solari e così anche il vetro, a seconda delle sue caratteristiche (vetro singolo/vetro
doppio), contribuisce a contenere le perdite di calore.
Sistemi a guadagno indiretto (muro di Trombe)
E’ costituito da un muro dotato di forte massa (laterizi, pietra, cls) esposto a Sud e da una
vetrata posta a un distanza di 8 – 10 cm.
L’energia termica che incide sulla vetrata viene catturata nella camera d’aria e provoca un
innalzamento della temperatura del muro. Il calore viene ceduto in ambiente o per conduzione
attraverso la parete o per convezione se vengono effettuate delle aperture nella parte inferiore e
superiore della stessa. Il muro di accumulo deve avere un elevato fattore di assorbimento
(evitare tinte chiare; verificare fattore di assorbimento del materiale).
Nella stagione estiva il muro può essere utilizzato come camino solare
Fonte: A. Moro, “architettura bioclimatica” ,op. cit.
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Sistemi a guadagno indiretto (Roof Pond)
E’ costituito da una massa termica (acqua) sulla copertura, sorretta da un solaio ad elevata
conducibilità termica. In inverno durante il giorno avviene un accumulo di energia nella massa
d’acqua. Di notte i contenitori di
acqua vengono coperti con
pannelli isolanti e il calore ceduto
agli
ambienti
sottostanti
attraverso il solaio.
D’estate nel periodo diurno i contenitori sono coperti e l’acqua assorbe il calore proveniente
dall’ambiente sottostante. Di
notte i contenitori vengono
scoperti e cedono il calore
accumulato all’esterno
Fonte: A. Moro, “architettura bioclimatica” , op. cit.
Sistema a guadagno Isolato (Serre)
Una serra è un volume edilizio chiuso da pareti trasparenti contiguo agli spazi abitati. Il sistema
può avere numerose configurazioni; può essere concepito come spazio abitabile, solo come
collettore solare, come spazio cuscinetto. All’interno della serra può essere collocata una massa
di accumulo come volano. Per evitare il surriscaldamento della serra nel periodo estivo è
necessario prevedere delle schermature o delle aperture. In questo caso la serra può fungere
anche come sistema di raffrescamento passivo sfruttando l’effetto camino. Le serre sono
applicabili ed adattabili agli edifici preesistenti.
I guadagni solari di una serra sono molteplici:
• guadagni solari da finestre fra la serra e lo spazio interno
• guadagni solari da accumulo di energia in muro massiccio
• effetto cuscinetto
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• preriscaldamento aria di ventilazione
Durante il periodo estivo, bisogna cercare di ridurre gli apporti termici forniti dal
soleggiamento eccessivo, attraverso delle schermature esterne e di ottimizzare
la ventilazione interna dell’edificio.
-
Schermature
Le schermature solari hanno un ruolo fondamentale nel controllare l’ingresso
della radiazione solare in ambiente e quindi nell’evitare nel periodo estivo il
surriscaldamento dell’aria nei locali interni. In generale
devono:
• consentire la penetrazione in ambiente della radiazione solare durante
l’inverno
• impedire la penetrazione in ambiente della radiazione solare durante l’estate
Le schermature solari esterne sono quelle maggiormente efficaci e devono
essere costituite da:
• elementi orizzontali se poste sul fronte Sud
• elementi verticali se poste sui fronti Est e Ovest
Le schermature interne sono poco efficaci in quando schermano la radiazione solare quando è
già penetrata in ambiente. Per determinare le caratteristiche dimensionali e geometriche ottimali
per una schermatura si può fare ricorso alle maschere di ombreggiamento e ai diagrammi solari.
Essi consentono di verificare il periodo in cui la radiazione solare raggiunge direttamente la
superficie trasparente.
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Ventilazione
Una corretta ventilazione dei locali interni nel periodo estivo è fondamentale
per mantenere un adeguato livello di comfort termico. E’ necessario creare
una corrente d’aria controllata in modo da raffrescare le superfici interne. In
generale il flusso d’aria deve entrare dal basso e uscire dall’alto.
Le aperture devono:
• essere collocate in corrispondenza di fronti sopravvento e sottovento
• essere perpendicolari alla direzione del vento (+ o - 30°)
• essere definite in modo che quelle sottovento siano piu’ piccole di quelle
sopravento
Un’efficace ventilazione in ambiente può essere ottenuta attraverso i camini, sfruttando l’effetto
per cui l’aria calda a minore densità sale verso l‘alto.
Ventilazione naturale per “effetto camino”
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Inerzia termica
Un’elevata inerzia termica nel periodo estivo consente di mantenere un adeguato livello di
comfort termico in ambiente, evitando il surriscaldamento dell’aria. Per un maggiore effetto
rinfrescante, un’elevata inerzia termica deve essere accoppiata ad un efficace ventilazione
naturale.
Una elevata inerzia termica delle superfici interne permette di accumulare l’energia dovuta agli
apporti solari ed endogeni.
Si riporta di seguito la schematizzazione delle strategie di controllo climatico:
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Riferimenti bibliografici
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Bendetti C., Manuale di architettura boclimatica, Maggioli, Santarcangelo di Romagna,1994
Francese D., Architettura bioclimatca, UTET, Torino, 1996
Grosso M., Il raffrescamento passivo degli edifici, Maggioli, editore
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Roma, 2001
Peretti G.(a cura di), Verso l’ecotecnologia in architettura, BEMA, Milano,1997
Piardi S.,.Faconti D., La qualita' ambientale degli edifici, Maggioli, Rimini, 1998
Wienke U., L’edifico passivo, Alinea, Firenze, 2002
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