Sistemi di climatizzazione naturale

Abbiamo affrontato molte volte il tema della sostenibilità ambientale nella progettazione architettonica attraverso l’ottimizzazione delle risorse naturali.

Nel corso degli ultimi anni sono stati sviluppati una serie di componenti, tecniche ed elementi in grado di fornire soluzioni per il miglioramento del comportamento climatico dell’edificio in relazione all’utilizzo di risorse rinnovabili.

Questi sistemi di climatizzazione naturale possono essere classificati in: sistemi captanti, sistemi di accumulo, sistemi di ventilazione e trattamento dell’aria, sistemi protettivi della radiazione.

Sistemi di climatizzazione naturale

Sistemi captanti

Si definiscono sistemi captanti in relazione alla radiazione solare quegli elementi dell’edificio in grado di captare l’energia del sole e di trasferirla negli ambienti interni sottoforma di calore.

Normalmente sono chiamati sistemi solari attivi (nel caso utilizzino energia ausiliaria per il loro funzionamento) oppure, sicuramente più diffusi, sistemi solari passivi (i quali funzionano senza energia aggiuntiva).

I sistemi captanti si dividono in:

– sistemi a guadagno diretto, come le aperture vetrate,

– sistemi semidiretti, come le serre solari,

sistemi indiretti, come i muri di accumulo,

sistemi indipendenti come i sistemi fotovoltaici.

Sistemi di climatizzazione naturale

Un esempio di serra solare.

Il funzionamento, nei sistemi diretti, è attuato mediante il passaggio della radiazione nelle zone vetrate che viene assorbito dalle superfici interne.  L’energia termica viene poi rilasciata nell’ambiente con un certo ritardo e trattenuta all’interno.

Le serre solari invece sono dei dispositivi che sfruttano esattamente il principio di una serra, ovvero di un ambiente chiuso riscaldato proprio dalla radiazione del sole. Vengono definiti semidiretti perche il passaggio di calore non avviene direttamente come un vetro ma mediante uno spazio intermedio tra ambiente esterno e ambiente interno.

I sistemi di captazione indiretta invece sfruttano come elementi di accumulo per esempio le pareti, i pavimenti o le facciate.

Sistemi di accumulo

Esistono elementi a massa come le facciate che, attraverso un trattamento con vetro o superfici selettive, consentono l’assorbimento di radiazione e di calore.

Un sistema utilizzato è il muro Trombe in cui sono disposte aperture nella parte superiore e inferiore della parete che mettono in comunicazione la camera d’aria tra vetro e muro con l’ambiente esterno.

I muri ad acqua invece sono pareti di accumulazione con contenitori riempiti d’acqua che immagazzinano l’energia entrante e la cedono per convezione e irraggiamento. Un esempio classico è il tetto piscina. Esistono ulteriori sistemi di accumulo come quelli sotterranei, interni, nelle coperture.

Sistemi di ventilazione

Torre del vento in medio oriente.

Torre del vento in medio oriente.

I sistemi di ventilazione e di trattamento d’aria consentono lo sfruttamento delle correnti d’aria per il miglioramento delle condizioni di comfort degli ambienti interni. Possono essere sistemi di estrazione d’aria medianti torri che innescano l’effetto camino, una corretta progettazione delle aperture che favoriscano correnti d’aria, sistemi di camere solari, torri del vento ecc…

Sistemi di protezione dalla radiazione

La radiazione solare per una parte dell’anno consente un apporto energetico positivo e benefico per il nostro edificio; in alcuni periodi dell’anno però è necessaria una protezione del nostro involucro e degli spazi per evitare il surriscaldamento degli ambienti stessi.

Esistono diverse modalità di protezione offerte: soluzioni mediante ombreggiature e attraverso elementi di protezione.

Gli umbracoli sono sistemi che creano spazi d’ombra tra elementi esterni e interni come pergolati, mensole, frangisole ecc. Gli elementi di protezione invece intercettano la radiazione, come cornicioni e sporti, e che correttamente dimensionati consentono di proteggere la facciata dai raggi del sole. Esistono anche sistemi mobili e regolabili come le classiche persiane o tendaggi.

Un altro sistema di protezione può essere fornito dalla vegetazione che protegge la parete dalla radiazione; le piante caducifoglie d’inverno fanno passare la radiazione e d’estate forniscono ombra.

Per quanto riguarda invece le condizioni di comfort interno esistono anche soluzioni in grado di sfruttare gli effetti positivi dell’apporto solare in termini di illuminazione naturale e di amplificare questi effetti. Esistono infatti soluzioni in grado di ottimizzare la distribuzione della luce e che assicurano una buona penetrazione luminosa anche in zone non direttamente colpite dalla stessa.
Si può dunque intervenire sullo studio di componenti di conduzione ( per esempio la capacità di una parete di riflettere la luce e trasmetterla nello spazio più interno) e su elementi di passaggio (come le pareti divisorie su cui lavorare per un maggiore controllo della luce).

Questi componenti di conduzione si possono classificare in due gruppi a seconda della posizione che occupano nell’edificio in cui si voglia migliorare le condizioni di illuminazione. Gli spazi intermedi si frappongono tra spazio esterno e interno e gli spazi interni invece fanno ovviamente intendere una disposizione nelle zone più centrali dell’edificio. Gli spazi luminosi intermedi sono difatti disposti nelle zone perimetrali e quindi possono svolgere la funzione di filtro delle condizioni ambientali tra interno e esterno. Solitamente un tipico esempio di spazio intermedio è dato dalle gallerie vetrate, dai porticati e dalle serre.

Gli spazi luminosi interni invece conducono la luce fino agli spazi più lontani dall’esposizione diretta della luce del sole. Tipicamente i patii, gli atri e i lucernari interni.

I componenti di passaggio invece sono dispositivi che collegano due ambienti e sono definibili in base alle caratteristiche dimensionali e al loro piano di incidenza rispetto ai raggi (verticale, zenitale o globale).

Componenti verticali di passaggio sono le finestre, i balconi, le facciate continue; le componenti zenitali invece sono tipicamente i lucernari e le componenti globali, sono costituite da membrane traslucide o trasparenti che racchiudono l’ambiente interno. Solitamente questi componenti di passaggio sono riferiti e progettati sulla base di elementi di controllo come superfici di separazione, schermi flessibili, schermi rigidi, filtri solari e elementi di ostruzione.

schermatura solare: il brise soleil.

Un esempio di schermatura solare: il brise soleil.

Esistono anche studi per quanto riguarda il controllo dei fenomeni acustici mediante applicazione di sistemi in grado di fornire un certo grado di protezione. Normalmente si utilizzano schermi acustici speciali oppure particolari ambienti intermedi.

Ad esempio gli elementi di una facciata sporgenti sono in grado di riflettere le onde sonore in arrivo da una particolare direzione (dal basso verso l’alto di solito). Altri schermi di protezione acustica sono i serramenti doppi, controsoffitti isolanti e sistemi di isolamento acustico nelle pareti.

Nelle fasi di progettazione architettonica è molto importante curare almeno alcuni, se non tutti, gli aspetti relativi allo studio di sistemi energetici passivi e dello sviluppo di soluzioni tecnologiche innovative al fine di ottimizzare lo sfruttamento delle risorse rinnovabili e predisporre sistemi interni ed esterni di controllo del  microclima,del comfort visivo e acustico degli ambienti confinati.

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