Metodi di raffrescamento passivo per gli edifici.

Le strategie di climatizzazione passiva di un edificio possono essere ricondotte generalmente a tre grandi ambiti: il controllo degli apporti termici, il rapporto tra ambiente e organismo e il raffrescamento naturale degli ambienti.

Il controllo degli apporti termici

Il primo gruppo riguarda sostanzialmente gli sviluppi relativi al corpo edilizio in relazione alle variabili geometriche, materiche e tecnologiche che lo riguardano.

Questo significa adottare sistemi, strumenti e strategie in relazione alla struttura fisica e impiantistica dell’organismo architettonico al fine di realizzare un elemento in grado di funzionare sinergicamente con l’ambiente in cui è inserito.

Questo, più prosaicamente, significa intervenire ad esempio in relazione al controllo delle radiazioni solari, all’isolamento termico, al contenimento delle dissipazioni di calore, alla diminuzione degli apporti interni in termini di calore.

Il controllo solare può essere stabilito mediante la progettazione consapevole delle componenti trasparenti dell’involucro e alla individuazione di elementi che possano fornire schermatura in funzione di particolari condizioni climatiche che possono divenire problematiche al fine del mantenimento di adeguati livelli di comfort e di efficienza energetica.

In questo campo dunque rientra la progettazione architettonica in relazione all’orientamento dell’edificio, alla posizione delle finestre, alla predisposizione di elementi in grado di migliorare gli apporti energetici e in grado di calmierare gli effetti negativi delle variabili naturali (sistemi di accumulo di calore, schermature solari..)

Per quanto riguarda il raffrescamento naturale (quindi sfruttando condizioni esistenti) è possibile dunque predisporre sistemi in grado di interagire in maniera positiva con l’ambiente e costituire soluzione a condizioni climatiche problematiche.

Il raffrescamento naturale può essere indotto attraverso diversi sistemi: l’aria esterna può fungere (se ha una temperatura inferiore di quella interna) come strumento di trasferimento di calore per convezione tra l’aria calda interna e l’aria più fresca esterna. Questo meccanismo molto semplice può essere attuato mediante la disposizione di aperture perimetrali o in copertura che consentono questo scambio termico e permettono all’edificio di raffreddarsi senza ausilio di sistemi meccanici o forzati artificialmente.

L’uso dell’acqua può essere utile per il trasferimento di calore per evaporazione, come avviene per gli ambienti esterni (i processi evaporativi consentono la sottrazione di calore dall’aria).

L’uso del terreno (oltre a stabilizzare la temperatura essendo dotato di notevole inerzia termica) può consentire anche esso il trasferimento per conduzione di calore dall’involucro edilizio o permettere il raffrescamento mediante canali sotterranei di aria proveniente dall’esterno.

Il rapporto tra ambiente e organismo

Sistemi di schermatura solare.

Sistemi di schermatura solare.

Tutte queste considerazioni sul raffrescamento passivo debbono essere messe a sistema con quelle che poi sono le caratteristiche generali del progetto quindi in relazione alla destinazione d’uso, che influenza poi la distribuzione interna e le caratteristiche del microclima, l’indice di occupazione degli spazi (che modifica le esigenze energetiche di progetto), lo sviluppo geometrico e le scelte dei materiali.

Il campo di comfort può essere stabilito mediante strumenti in grado di fornire e valutare i campi di variazione delle principali variabili climatiche.

Normalmente si utilizzano dei diagrammi psicrometrici che considerano le temperature e le condizioni di umidità e che individuano un insieme di soluzioni in grado di stabilire condizioni di vivibilità ottimali.

Questo sistema però non è in grado di intervenire in maniera mirata rispetto a condizioni progettuali specifiche che intervengono in maniera sostanziale sull’equilibrio di queste variabili e a loro correlazione. Proprio per questo si sono determinate procedure più specifiche e maggiormente contestualizzabili.

Sono state dunque sviluppate strategie e metodi di valutazione pre-progettuali di soluzioni di climatizzazione basate sul concetto di temperature di equilibrio. La verifica quantitativa dunque dell’effettivo potenziale in termini di apporto termico in relazione ai flussi interni e quelli esterni dovrà essere effettuata mediante metodi di calcolo appropriati basati sulle caratteristiche del progetto in sede definitiva.

Un aspetto che a mio modo di vedere viene spesso relegato in secondo piano è l’analisi e lo studio dei guadagni termici dovuti agli apporti interni che possiamo definire gratuiti. Questo insieme di energia deriva dalla somma di flussi energetici forniti dalle fonti interne (quindi dagli abitanti, dagli impianti, dagli elettrodomestici, dalle apparecchiature elettriche, dalla illuminazione) e dai flussi energetici forniti dalle fonti esterne (in relazione alla temperatura dell’aria e della radiazione solare).

In base a considerazioni su questi aspetti è possibile dunque determinare dei punti di equilibrio che forniscono sostanzialmente in relazione alle condizioni esterne ed interne l’andamento dei flussi energetici e gli squilibri dovuti all’eccesso di calore o del deficit di calore in relazione a un campo di comfort determinato.

Questo strumento è fondamentale per prevedere, in relazione alle condizioni di contesto e ipotesi di progetto, situazioni in cui si evidenziano problematiche in relazione alla mancanza di condizioni di sufficiente confortevolezza per eccessivo o deficitario apporto calorico. Questa metodologia di calcolo è piuttosto complessa ma fornisce informazioni utili in merito alla progettazione e alla efficienza energetica dell’edificio in analisi.

Il raffrescamento naturale degli ambienti

L'acqua è un efficace strumento di controllo bioclimatico.

L'acqua è un efficace strumento di controllo bioclimatico.

In relazione a ciò si possono condurre efficacemente valutazioni energetiche per individuare soluzioni tecnologiche di climatizzazione passiva utili alla riqualificazione di comparti edilizi problematici.

Molto spesso gli edifici analizzati, prendiamo ad esempio gli uffici, si caratterizzano per situazioni di evidente squilibrio termico in quanto normalmente vengono realizzati gli involucri esterni con superfici interamente vetrate (in genere senza avere la possibilità di aprire le finestre) che creano sopratutto durante la stagione estiva episodi continui di surriscaldamento interno.

L’ipotesi più immediata e la più utilizzata è quella di installare un adeguato sistema di climatizzazione in grado di calmierare gli effetti dell’eccessivo calore interno.

Ma esistono soluzioni alternative certamente più intelligenti come l’installazione di elementi in grado di fornire schermatura completa alla radiazione solare diretta (e parte di quella riflessa) durante i mesi più caldi.

Una soluzione altrettanto efficace è quella di predisporre sistemi di apertura in facciata e di griglie per il raffrescamento della copertura e degli orizzontamenti.

Sulla base di queste considerazioni è possibile condurre degli studi che analizzano queste condizioni e che valutino le loro prestazioni, eventualmente accoppiando i diversi sistemi per fornire una soluzione efficace in relazione al caso considerato.

Ovviamente il miglioramento delle prestazioni consente di ammortizzare i costi iniziali di investimento e conseguire ipotesi plausibili di risparmio economico nell’arco di breve tempo.

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