Raffrescamento passivo dell’edificio mediante scambio termico con il terreno.

Nel corso della progettazione architettonica di un edificio in una ottica sostenibile è fondamentale individuare una serie di sistemi in grado di interagire positivamente con l’ambiente circostante. Esistono moltissimi modi e tipologie di intervento e tra questi possiamo individuare una serie di strumenti di controllo della ventilazione naturale e del raffrescamento passivo del nostro edificio.

Uno di questi è proprio il raffrescamento passivo mediante lo scambio termico con il terreno.

Raffrescamento passivo dell’edificio

Per fare qualche ricorso storico, le soluzioni che illustrerò sono rintracciabili in esempi anche molto antichi: ricordiamo ,per esempio, i sistemi di raffrescamento tipici dell’area mediorientale e mediterranea, le case ipogee di origine etrusca e in tempi più recenti le soluzioni nelle ville palladiane in Veneto.

Le caratteristiche di funzionamento di questi sistemi è abbastanza semplice. Noi sappiamo che la temperatura media del terreno (ad una certa profondità) si mantiene quasi costante per tutto l’arco dell’anno, indipendentemente dalle variazioni di temperatura stagionali (normalmente questa temperatura è maggiore di circa un grado rispetto alla temperatura media dell’aria riferita al sito considerato).

 architettura ipogea a Mori, Trentino.

Un esempio di architettura ipogea a Mori, Trentino.

Quindi da questo dato possiamo dedurre che durante il periodo estivo è considerevolmente più bassa della temperatura esterna e durante l’inverno invece raggiunge temperature più elevate rispetto sempre alla temperatura dell’aria esterna.

Prendendo ad esempio la città di Milano, a certe profondità del terreno l’aria rimane costantemente su temperature di poco superiori ai 10 gradi centigradi (la temperatura media durante l’anno è sotto i 10 gradi) sia d’estate che d’inverno.

Questo significa che in determinate condizioni l’accoppiamento di un edificio con il suo terreno fornisce calore e raffrescamento all’edificio stesso.

Durante i periodi più caldi lo scambio termico tra edificio e terreno può generare, ad esempio in condizioni di clima caldo-secco, se associato ad una attenzione agli aspetti relativi al soleggiamento e alla ventilazione naturale, condizioni di comfort termico buone senza ricorrere a fonti energetiche esogene.

Normalmente esistono due tipologie di raffrescamento che si basano sullo scambio termico con il terreno: il contatto diretto e il sistema indiretto mediante scambiatori di calore.

Un sistema, come in questo caso un edificio, è in grado di scambiare il calore con l’ambiente esterno mediante conduzione, convezione e radiazione. Nella stragrande maggioranza degli edifici la superficie di involucro è quasi totalmente a contatto con l’aria e questo provoca, nei periodi in cui la differenza tra temperatura esterna ed interna non è elevata, uno scambio termico principalmente di natura convettiva (come succede d’inverno nei nostri climi temperati).

Con le soluzioni costruttive a scambio diretto con il terreno e quindi mediante l’attuazione delle tecniche di raffrescamento relative è possibile dunque incrementare questo scambio conduttivo che consente durante il periodo estivo di abbassare le temperature interne e durante il periodo invernale di elevarle. Questo avviene proprio per la grande inerzia termica che possiede il terreno.

Questo contatto diretto puà avvenire mediante diverse configurazioni: con soluzioni totalmente ipogee a riporto, (quindi mediante l’interramento attraverso un accumulo di terreno che genera una sorta di dosso), interrate (quindi sostanzialmente senza nessun tipo di variazione altimetrica del terreno dovuta alla presenza dell’edificio), edifici fuori terra ma con base interrata (in cui si nota solamente la copertura) e diversi tipi di interramento parziale.

Architettura ipogea

L’edificio ipogeo dunque consente una riduzione dei consumi energetici poichè le minori infiltrazioni d’aria consentono un minore carico sia di riscaldamento che di raffrescamento. Inoltre questo tipo di soluzione consente un basso impatto visuale e una integrazione paesaggistica importante, una preservazione degli spazi esterni aperti, un controllo dell’inquinamento acustico e una riduzione dell’inquinamento atmosferico mediante la riduzione dei consumi energetici.

Inoltre necessita di una manutenzione ridotta rispetto a soluzioni tradizionali e consente generalmente una maggiore protezione rispetto alle calamità naturali e alle intrusioni.

Questo tipo di soluzione ovviamente possiede anche degli svantaggi che possono essere riassunti come: maggiori costi realizzativi (scavi e carichi strutturali più elevati), riduzione dell’illuminazione naturale (incremento del consumo energetico legato al consumo di elettricità), possibilità frequente di formazioni di condensa sulle superfici interne dovute sostanzialmente a fenomeni di innalzamento del tasso di umidità (facilitata da una ventilazione normalmente più scarsa  e di una temperatura interna dell’aria più bassa rispetto a soluzioni tradizionali) e possibili problemi di ordine psicologico legati alla percezione di spazi eccessivamente chiusi.

Sistemi di scambio termico

Nei sistemi di scambio termico invece di natura indiretta possiamo individuare diversi casi. Può avvenire un trasferimento di calore mediante l’ambiente interno e quello esterno attraverso un fluido che circolando in condotte che passano per porzioni di terreno profondo si raffredda. Questo fluido può essere acqua o aria a seconda delle caratteristiche scelte.

I sistemi di scambio di calore mediante l’uso dell’aria avvengono mediante condotte interrate che prelevano l’aria esterna attraverso delle prese sottovento (estrattori) o mediante camini di ventilazione. A differenza dei sistemi a contatto diretto queste tipologie di soluzioni consentono di non intervenire in maniera decisiva rispetto alle soluzioni di linguaggio architettonico scelte.

In altre parole una architettura ipogea è certamente vincolata a soluzioni tipologiche, di sviluppo formale ed estetico (in senso di percezione esterna del manufatto) ben precise. Una soluzione invece legata ad un contatto indiretto riguarda semplicemente l’ambito impiantistico e tecnologico e pone meno limiti dal punto di vista linguistico-espressivo dell’architettura stessa (anche se ad esempio una torre di ventilazione rispetto al suo funzionamento e al suo sviluppo di forma fornisce indirizzi architettonici non indifferenti).

Raffrescamento passivo dell'edificio

Una rappresentazione schematica del sistema di ventilazione passivo attraverso le condotte e la torre di ventilazione.

Per quanto riguarda i risvolti tecnologici possiamo sintetizzare alcuni criteri generali di progettazione dei sistemi di scambio indiretto tra edificio terreno mediante condotte. La lunghezza minima dei condotti deve essere almeno 10 metri per consentire un percorso adeguatamente lungo al fluido e il diametro degli stessi dovrà essere compreso tra i 20 e i 30 cm. La profondità a cui collocare i condotti deve essere almeno 2 metri rispetto al suolo e si devono raggiungere velocità dell’aria all’interno delle condotte comprese tra i 4 e 8 m/s.

Nella posa dei condotti nelle parti interrate dovrà essere posta particolare cura al contatto tra superficie delle condutture e il terreno stesso per permettere uno scambio termico ottimale. Normalmente per fare ciò si posa uno strato di 5 cm di sabbia che possiede una conduttività termica elevata e non consente la formazione di bolle d’aria che potrebbero diminuire la conduttività del terreno.

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