Le strategie di progettazione solare passiva variano in funzione della casa e del clima, ma le tecniche base relative alle finestre restano le stesse:

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Selezionare, orientare e dimensionare gli infissi con diversi tipi di vetri per il controllo degli apporti di calore solare per i diversi lati della casa (esposizione e orientamento). Per la maggiorparte delle volte si vuole massimizzare il guadagno di calore solare in inverno e ridurlo al minimo in estate.

Infissi nei Climi Freddi

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Nei climi prevalentemente freddi, dovresti pensare a grandi aree vetrate rivolte generalmente a sud per catturare calore solare durante l’inverno quando il sole è basso nel cielo. In estate, quando il sole è più alto, considera l’utilizzo di schermature solari, sporgenze o altri sistemi di ombreggiatura per evitare un guadagno eccessivo di calore.

Un’infisso posizionato a sud, per essere energeticamente efficiente, dovrebbe avere un valore di SHGC superiore a 0,6 per massimizzare il guadagno di calore solare durante l’inverno. Un valore di trasmittanza termica U inferiore a 0,3 per ridurre il calore conduttivo e un alto valore di trasmittanza visibile VT per una buona luce naturale.

Le finestre orientate ad est, ovest e nord dovrebbero essere ridotte in questi climi, pur garantendo una buon illuminamento naturale. Le finestre ad est ed ovest sono difficili da gestire per il controllo solare in quanto i raggi del sole sono bassi nel cielo. Queste finestre dovrebbero pertanto avere un valore basso di SHGC e/o schermature esterne verticali.

Le finestre a nord non catturano molto calore solare e vanno utilizzate solo per fornire l’illuminazione naturale utile.

Infissi nei Climi Caldi

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Nei climi prevalentemente caldi, una strategia particolarmente efficace che potresti adottare è quella di posizionare grandi finestre a nord e generose ombreggiature per quelle a sud.

Le finestre con valori di SHGC bassi sono più efficaci nel ridurre i carichi di raffrescamento. Ci sono diversi tipi di vetro che aiutano ad abbassare il guadagno di calore solare e quindi anche l’SHGC:

• vetri con rivestimento basso emissivo
• vetri colorati
• vetri riflessivi
• vetri spettralmente selettivi

La maggior parte di questi vetri, fatta eccezione per quelli spettralmente selettivi, tendono a diminuire il valore VT di una finestra e quindi il passaggio di luce visibile.

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Come Funzionano le schermature orizzontali

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Gli sbalzi sono più efficaci per ombreggiare gli elementi costruttivi posti a sud, con il massimo delle prestazioni a mezzogiorno. Se questi elementi sono orientati oltre i 30° Sud, l’efficacia delle schermature inizia a diminuire in modo significativo.

Gli sbalzi del tetto schermano la radiazione solare diretta, trascurando ovviamente quella indiretta, dovuta alle riflessioni della luce tra le superfici.

Più il sole è alto nel cielo, più la schermatura creare un’ombra corta, “verticale”. E’ lo stesso concetto del berretto, che quando il sole è alto, può ombreggiare l’intera persona. Con questo principio, gli sbalzi del tetto riescono ad ombreggiare anche un’intera parete. In Estate il sole è più alto rispetto all’inverno, quindi le ombre riescono a coprire una superficie di parete più ampia.

Per lo stesso motivo, le zone più vicine all’equatore godono di ombre più profonde verticalmente rispetto alle altre zone, a parità di lunghezza della schermatura orizzontale.

Tipi di Schermature

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Le schermature solari esterne possono essere solide (solette, sbalzi del tetto), vegetazione su pergolati, oppure una combinazione di questi. Le schermature possono essere anche fisse o mobili.

Le schermature fisse offrono una elevata longevità e bassa manutenzione, a spes della flessibilità funzionale o la capacità di essere adattate ai fattori specifici del sito. Anche se le schermature mobili permettono di regolare la quantità di ombra o luce solare diretta , hanno bisogno di maggiore manutenzione.

Le aperture vetrate non richiedono sempre una schermatura fissa. Infatti, una schermatura fissa progettata per un’ombreggiatura ottimale per l’equinozio d’autunno (21 settembre), proietta la stessa ombra anche nell’equinozio di primavera (21 marzo). Mentre è consigliabile un’ombreggiatura nel mese di settembre a causa del caldo, un ombreggiatura nel mese di marzo potrebbe essere indesiderata.

L’uso della vegetazione come schermatura solare può invece seguire le stagioni climatiche. La caduta delle foglie in inverno, ad esempio per le viti, è un fenomeno che segue il clima e quindi il bisogno di ombreggiatura, anche a livello urbano.

Dimensionamento delle Schermature Fisse Orizzontali

Purtroppo, non vi è ancora una formula universale per il dimensionamento delle schermature orizzontali fisse, come le sporgenze del tetto, ai fini dell’ombreggiamento solare. Questo perchè ci sono molti fattori microclimatici caratteristici del sito che influenzano il progetto.

Per progettare le sporgenze del tetto, ad esempio, ci sono comunque delle linee guida generali. Queste regole sono funzione del tipo di clima, riferite al mezzogiorno solare, cioè quando il sole raggiunge la sua massima altezza nel cielo in un dato giorno. Spesso il mezzogiorno solare non corrisponde con il mezzogiorno dell’ora locale.

Il clima viene caratterizzato dai gradi giorno dei comuni. I gradi giorno sono la sommatoria estesa a tutto il periodo di riscaldamento della differenza tra la temperatura di riferimento interna (20 °C) e la temperatura media giornaliera esterna (UNI EN 10349).

Il riferimento normativo è il DPR 412/93 che prevede l’individuazione di sei fasce climatiche:

• Fascia A gradi giorno da 0 a 600
• Fascia B gradi giorno da 600 a 900
• Fascia C gradi giorno da 900 a 1400
• Fascia D gradi giorno da 1400 a 2100
• Fascia E gradi giorno da 2100 a 3000
• Fascia F gradi giorno superiori a 3000

Qui trovi i gradi giorno per tutti i comuni italiani.



Ecco le regole empiriche:

• Climi freddi – sopra 2100 gradi giorno: individua la linea d’ombra a metà della finestra usando l’angolo solare del solstizio d’estate, 21 giugno
• Climi moderati – da 900 fino a 2100 gradi giorno: individua la linea d’ombra sul davanzale della finestra utilizzando l’angolo solare del solstizio d’estate, 21 giugno
• Climi caldi – da 0 a 900 gradi giorno: individua la linea d’ombra sul davanzale della finestra utilizzando l’angolo solare dell’equinozio di primavera, 21 marzo.

Per calcolare l’angolo solare, più propriamente detto elevazione solare, ovvero l’angolo verticale tra l’orizzontale e il punto in cui si trova il sole, puoi utilizzare un software gratuito online. Una volta inserito il giorno, l’ora e le coordinate del sito in esame, basta leggere l’angolo di elevazione sul grafico o sulla tabella dei risultati. Ad esempio in Ancona abbiamo circa 70° il 21 giugno e 47° il 21 marzo.


Ecco un breve video dimostrativo:










Approfondimenti

• Software online gratuito per le posizioni e angoli del sole
• Tabella dei gradi giorno di tutti i comuni italiani
• Gradi Giorno di Riscaldamento e Condizionamento
• Appunti sui percorsi solari
• L’angolo di incidenza dei raggi solari
• Posizione del sole nella volta celeste

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Photo credit: mattwright

Distribuzione del Calore Accumulato nella Serra Solare

Photo credit: andreafis

L’aria calda può essere convogliata dalla serra solare agli spazi abitativi mediante delle canalizzazioni. Oppurre attraverso bocchette, porte e finestre poste sulla parete divisoria tra la serra e gli spazi interni.

Se progettate in modo consapevole, le bocchette sulla parete in comune tra gli ambienti e la serra solare possono distribuire l’aria calda mediante una circolazione tipica dei termosifoni. Come in un termosifone, l’aria calda sorge dalla serra solare e attraverso aperture posizionate in alto e in basso, secondo un moto convettivo, entra nelle zone e ritorna in serra dopo che si è raffreddata, per essere di nuovo riscaldata.






Un’apertura minima per le bocchette potrebbe essere di circa 0,7 mq ogni 9 mq di superficie vetrata. Se il progetto prevede due aperture, come l’esempio indicato sopra, una in alto e una in basso, l’apertura minima di ogni bocchetta può essere di circa 0,2 mq ogni 10 mq di superficie vetrata, con una distanza verticale tra le due bocchette di circa 2,4 m. Queste regole empiriche possono essere verificate e perfezionate mediante simulazioni fluidodinamiche. Ulteriori informazioni sui rapporti dimensionali delle bocchette.

Il calore viene trasmesso anche per conduzione, attraverso la parete di separazione serra-ambienti interni.

Controlli della Radiazione Solare

Photo credit: hinkelstone

Per controllare il surriscaldamento estivo, puoi pensare di realizzare delle bocchette nella parte superiore della serra solare, dove le temperature dell’aria sono più alte che in basso. Eventualmente puoi anche considerare di installare dei piccoli controlli per automatizzare l’apertura di tali bocchette quando non si è in casa, magari collegandoli ai pannelli fotovoltaici.

Altri sistemi di controllo della radiazione solare sono quelli applicati alle finestre. Alcuni di questi elementi, se progettati in modo accurato, possono ridurre le dispersioni termiche in inverno e il guadagno solare in fase estiva. Alcuni dei sistemi più utilizzati sono i seguenti:

• tende
• film sottili ad alta riflettività
• schermatura esterne verticali (efficaci ad ovest) e orizzontali (efficaci a sud)
• persiane

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Orientamento della Serra Solare

Photo credit: lostbob

Generalmente, un orientamento a sud o comunque compreso entro 30° est-ovest verso sud, permette una captazione di circa il 90% dell’energia solare massima potenziale.

L’orientamento ottimale dipenderà:

• dai fattori specifici del sito, che possono determinare dove sarà posizionata una serra solare
• dalle caratteristiche del paesaggio locale, quali alberi, colline o altri edifici che possono ombreggiare la serra solare durante alcune ore del giorno.

Inclinazione dei Vetri

Photo credit: livenature

L’inclinazione dei vetri della serra solare è l’elemento più importante che influenza l’apporto del calore solare e quindi le prestazioni del sistema solare passivo.

La condizione ottimale si ha quando le vetrate sono perpendicolari ai raggi solari. Ovviamente non è possibile, o quantomeno non economicamente accettabile, variare l’inclinazione del vetro in funzione della posizione del sole durante il giorno e le stagioni.

L’angolo ottimale per la captazione della luce solare nel periodo invernale dipenderà dal clima, dalla latitudine e dalla quantità di guadagno solare desiderato. L’angolo massimo per il riscaldamento invernale è di circa 10°-15° superiore alla latitudine del sito. Ad esempio, la pendenza dei vetri di una serra solare in Ancona, a 43° di latitudine Nord, sarebbe compreso tra 53° e 58° dalla linea dell’orizzonte.

Tuttavia, ottimizzare l’angolo delle vetrate per massimizzare il guadagno solare, non è il miglior modo di progettare una serra solare. Quando si utilizza l’angolo ottimale, ci sono una serie di problemi che si dovrebbero prendere in considerazione:

• In primo luogo, vetro e plastica hanno poca resistenza strutturale. Quando viene installato verticalmente, il vetro (o la plastica) porta tranquillamente il suo peso, perchè è una piccola area ad essere soggetta alla forza di gravità. Appena il vetro viene inclinato, ci sarà una superfcie più grande che dovrà sopportare tutto il peso.

  Il vetro è fragile, non si flette prima di rompersi. Per contrastare questo fenomeno, di solito occore aumentare lo spessore del vetro o il numero dei supporti strutturali. Entrambi aumentano il costo complessivo e l’aumento della superficie strutturale diminuisce il guadagno solare della serra.

• Un altro problema comune del vetro inclinato è la sua maggiore esposizione alle intemperie. Grandine, neve e vento potrebbero causare un deterioramento del materiale. Per la sicurezza degli occupanti, sarebbe quindi opportuno utilizzare un vetro di sicurezza stratificato.
• Infine rimane difficile il controllo del guadagno solare durante l’estate e nelle mezze stagioni.

Pertanto, l’opzione migliore per una serra solare è il vetro verticale, per la maggiorparte del territorio italiano. Le vetrature verticali captano quasi tutto il calore che potrebbe captare un vetro inclinato, senza particolari svantaggi. Una parete verticale può sopportare una superficie maggiore di vetro in rapporto alla parte necessaria per la struttura.

Il vetro verticale è più facile da installare ed è meno sensibile alla dispersione di calore, rispetto ad uno inclinato. Inoltre è anche più facile metterlo in ombra durante la fase estiva. Una sporgenza del tetto ben progettata porta l’ombra sulla parete sud della serra solare durante l’estate, mentre d’inverno consente il passaggio dei raggi solari e l’accumulo termico.

I lati della serra solare, quelli esposti ad est ed ovest, dovrebbero essere realizzati con una muratura ad alta inerzia, specialmente quella ad ovest, per proteggersi d’estate e limitare le dispersioni termiche notturne. La luce del sole entra da ovest nelle ore pomeridiane, e avere delle vetrate ad ovest potrebbe comportare una guadagno solare indesiderato nella fase estiva.

Se è necessario utilizzare delle vetrare sui lati della serra solare, è preferibile posizionarle ad est, dove la luce solare entra nelle prime ore della giornata ed è meno probabile che si verifichino apporti solari non voluti d’estate.

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Photo credit: curoninja

Il muro trombe accumula molto calore grazie alla vetrata che ha davanti e alla superficie scura della parete. Il trombe è uno dei sistemi solari passivi a guadagno indiretto di calore.

La Serra Solare

Photo credit: vizpix

La serra solare può essere costruita sia come parte di una nuova casa, sia aggiunta ad una già esistente. Il modo più semplice e affidabile per creare una serra solare è quello di installare vetri verticali senza schermature esterne fisse. Le serre solari possono sia captare che disperdere una grande quantità di calore attraverso la grande quantità di vetro.

Le variazioni di temperatura causate dalle dispersioni termiche o dai guadagni solari diretti possono essere moderate dalla massa termica e da finestre a bassa emissività. Per massa termica si possono utilizzare pavimenti massicci, pareti in muratura a contatto con gli ambienti della casa o contenitori d’acqua.

Ulteriori informazioni sull’orientamento della serra solare e l’inclinazione dei vetri.


La distribuzione del calore nelle varie zone della casa può essere effettuata attraverso delle bocchette a livello del solaio e del pavimento, nonchè finestre, porte e ventilatori. Generalmente di tende a separare la serra solare dagli ambienti principali della casa mediante porte e/o finestre interne, in modo che l’influenza delle variazioni di temperatura della serra sul comfort interno non sia troppo repentino.

Le serre solari assomigliano molto alle serre tradizionali per le piante. Tuttavia una serra tradizionale è destinata alla crescita delle piante, mentre una serra solare è progettata per fornire calore e anche l’estetica, perhè no, di una casa. Molti elementi della serra tradizionale sono ottimizzati per la coltivazione delle piante, come le schermature esterne fisse e i vetri inclinati, che sono controproducenti per una serra solare efficiente.

L’umidità, muffe, insetti e polveri di una serra tradizionale non sono particolarmente compatibili con uno spazio di vita confortevole. Inoltre il vetro verticale può essere schermato più facilmente di uno inclinato, dimensionando opportunamente uno sbalzo.

Il Muro Trombe

Photo credit: commons.wikimedia.org

Utilizzare un muro trombe o muro solare è uno degli approcci più comuni per il guadagno di calore indiretto. Il muro è costituito da una parete di 20-40 cm di spessore posizionato sul lato sud di una casa. Di fronte al muro è posizionato un vetro ad una distanza di circa 5 cm (tale distanza può variare).

Il calore solare viene assorbito dal colore scuro della superficie esterna della parete, accumulato nel muro e irradiato nello spazio abitativo interno dopo alcune ore. Il calore solare “migra” attraverso la parete, raggiungendo la superficie posteriore nel tardo pomeriggio o inzio serata.

Quando la temperatura interna agli ambienti scende al di sotto della temperatura del muro, il calore inizia ad irradiarsi verso la stanza. Per esempio, il calore viaggia attraverso una parete in muratura con una velocità di circa 2,5 cm ogni ora. Pertanto, il calore assorbito dall’esterno a mezzogiorno da una parete di cemento spessa 20 cm, arriverà nello spazio interno verso le ore 20:00.

Approfondimenti

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Photo credit: e3000

La luce del sole colpisce le superfici delle pareti, che assorbono e accumulano il calore solare. Le superfici di tali pareti in muratura sono in genere di colore scuro, perchè di solito i colori scuri assorbono più calore rispetto ai colori chiari. Di notte, quando le stanze della casa si raffreddano, il calore immagazzinato dalla massa termica viene distribuito nelle zone mediante convenzione e irraggiamento.


Per accumulare il calore solare è possibile utilizzare anche recipienti d’acqua, situati all’interno della spazio vissuto. L’acqua ha un grande potere di accumulo, (elevato calore specifico), tale per cui assorbe fino a due volte rispetto ad una muratura tradizionale per unità di volume.

A differenza della muratura, però, l’acqua ha bisogno di una struttura che la sostiene appositamente progettata. I cosiddetti “serbatoi” d’acqua richiedono comunque poca manutenzione e un trattamento annuale per evitare la crescita microbica.


La quantità di energia solare passiva potenzialmente utilizzabile dipende dalla superficie di vetro e dalla quantità di massa termica. L’area di vetro determina la quantità di calore solare che può essere captato mentre la quantità di massa termica determina la quantità di calore che può essere accumulato.

Un sottodimensionamento della massa termica può tradursi in surriscaldamento in fase estiva. Un sovradimensionamento della massa termica, per contro, non fa mai male alle prestazioni generali della casa. Il rapporto ideale tra la massa termica e la superficie vetrata varia in funzione del clima.


E’ importante ricordare che la massa termica deve essere isolata dal clima esterno. Se la massa non è isolata dall’esterno, il calore solare immagazzinato può defluire rapidamente. La perdita di calore è molto probabile quando la massa termica è collegata direttamente a terra o è a contatto con l’aria esterna ad una temperatura inferiore alla temperatura di comfort della massa stessa.

Per avere dei benefici dall’apporto solare diretto è sufficiente avere una casa tradizionale con finestre rivolte a sud, anche senza massa termica, ed è possibile ottimizzare questa situazione: per migliorare l’apporto solare è opportuno tenere il vetro delle finestre ben pulito, ridurre la dispersione termica notturna ed evitare il surriscaldamento estivo.

Approfondimenti

• Edifici Passivi – Lo stato dell’arte nella progettazione degli edifici passivi
• Fisica applicata all’edificio. Esempi e strumenti di calcolo. Isolamento termico, protezione dall’umidità, isolamento acustico

Photo credit: foxypar4

I seguenti 5 elementi costituiscono il progetto di una casa solare passiva. Ognuno di essi svolge una funzione distinta, ma tutti e cinque devono lavorare ed essere concepiti insieme affinchè il progetto risulti efficace.




Aperture vetrate
Le aperture vetrate, finestre e lucernai, attraverso le quali la luce solare entra nell’edificio. In genere, le aperture vetrate devono essere rivolte entro 30 gradi dal sud e non devono essere ombreggiate da altri edifici o alberi dalle 9:00 alle 15:00 durante tutti i giorni della stagione fredda.

Assorbitore luce solare
La superficie scura o oscurata che sovrasta l’elemento di accumulo termico. Questa superficie, che potrebbe essere quella di una parete in muratura, pavimento o partizione interna (magari fatta in materiali a cambiamento di fase PCM) o quella di un contenitore d’acqua, si trova a contatto diretto con la luce solare. La luce colpisce la superficie e viene assorbita sotto forma di calore.


Massa termica
I materiali che immagazzinano il calore prodotto dalla luce solare. La differenza tra l’assorbitore e la massa termica, anche se spesso costituiscono la stessa parete o pavimento, è che l’assorbitore è una superficie esposta e la massa termica è il materiale al di sotto o dietro la superficie che assorbe.


Distribuzione del calore
Il metodo con cui il calore solare circola dai punti di captazione e accumulo verso le diverse aree della casa. Una progettazione strettamente passiva utilizzerà i tre modi di trasferimento del calore naturale, conduzione, convezione e irraggiamento. In alcune applicazioni, tuttavia, la distribuzione del calore nella casa può essere agevolata con ventilatori e condotti.


Controllo solare
Le sporgenze del tetto possono essere utilizzate per ombreggiare le superfici vetrate durante i mesi estivi. Altri elementi che possono controllare il surriscaldamento estivo sono dispositivi elettronici di rilevamento, come ad esempio un termostato differenziale che segnali l’accensione di una ventola; bocchette movibili che permettono o limitano il flusso di calore, persiane a bassa emissività e tende.

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A differenza dei sistemi solari attivi di riscaldamento, la progettazione solare passiva non implica l’uso di dispositivi meccanici ed elettrici, quali pompe, ventilatori, ecc.

La differenza tra una casa solare passiva e una casa solare convenzionale è nel progetto.


La chiave della progettazione di una casa solare passiva è sfruttare al meglio il clima locale. Ecco ulteriori informazioni su come progettare una casa solare passiva.

Le tecniche della progettazione solare passiva sono applicabili più facilmente su edifici di nuova costruzione. Tuttavia gli edifici esistenti possono essere adattati con operazioni di retrofit energetico in modo da captare ed accumulare il calore solare.


Per progettare una casa solare completamente passiva è necessario integrare ciò che sono considerati i 5 elementi della progettazione solare passiva:

1. Sapiente uso delle finestre
2. Superfici di assorbimento
3. Massa termica
4. Distribuzione del calore
5. Controllo della radiazione solare

Altri elementi della progettazione sono:

• posizione della finestra e tipo di vetro
• isolamento e infiltrazioni d’aria
• apparecchi ausiliari per il riscaldamento e raffrescamento, se necessario.

Questi elementi possono essere applicati utilizzando una o più di una delle seguenti tecniche di progettazione solare passiva:

• apporti solari diretti
• apporti solari indiretti (muro trombe)
• apporti solari isolati (serre solari)

Tenendo conto di tali elementi, si progetta non solo per il riscaldamento invernale, ma anche per il comfort estivo.

4 Principi della Casa Solare Passiva

Photo credit: alykat

Per capire come funziona e come si progetta una casa solare passiva, è necessario capire come si muove il calore e come viene immagazzinato nell’involucro edilizio. Il calore si muove a partire da materiali più caldi a quelli più freddi fino a quando si annulla la differenza di temperatura relativa.

Una casa solare passiva, per distribuire il calore nei propri ambienti, si avvale della suddetta legge, attraverso i meccanismi di trasferimento e accumulo del calore seguenti:

1. Conduzione: è il trasferimento di calore attraverso i materiali, da molecola a molecola. Le molecole vicine alla fonte di calore iniziano a vibrare, trasferendo la vibrazione alle molecole vicine e con essa anche l’energia termica. Ad esempio, un cucchiaio in una tazza di caffè caldo conduce il calore alla mano che lo afferra attraverso il suo manico.





2. Convezione: è il trasferimento di calore attraverso gas e liquidi. Tipico esempio è l’aria calda che sale verso l’alto perchè più leggera dell’aria fredda, che va in basso. E’ per questo che l’aria calda si accumula ai piani più alti di una casa.

   Alcune case solari passive sfruttano la convezione per trasportare il calore da un muro solare posto a sud verso l’interno dell’edificio.





3. Irraggiamento: è il trasferimento del calore radiante, attraverso l’aria, da oggetti caldi a oggetti freddi. Ci sono due tipi di radiazione, importanti per la progettazione solare passiva:

   la radiazione solare e la radiazione infrarossa

   Quando la radiazione colpisce un oggetto, viene assorbita, riflessa o trasmessa, in funzione di alcune proprietà di tale oggetto.

   Oggetti opachi assorbono il 40-95 % della radiazione solare proveniente dal sole, in relazione al proprio colore. Di solito i colori scuri assorbono una percentuale di radiazione solare maggiore rispetto ai colori chiari. Questo è il motivo del colore scuro delle superfici dei muri per l’accumulo solare (muro Trombe). Colori chiari riflettono l’80-98 % dell’energia solare.

   La radiazione infrarossa si verifica all’interno della casa, quando le superfici riscaldate irradiano a loro volta verso le superfici più fredde. Ad esempio il tuo corpo può irradiare calore infrarosso verso una superficie fredda, possibile causa di un tuo discomfort. Queste superfici possono essere pareti, finestre, solai.

   Il vetro trasparente trasmette l’80-90 % della radiazione solare, ne assorbe o riflette solo il 10-20 %. Dopo che la radiazione è stata trasmessa nella casa attraverso il vetro, essa viene reirradiata dalle superfici interne come radiazione infrarossa. Anche se il vetro consente il passaggio della radiazione solare, assorbe la radiazione infrarossa. Il vetro quindi reirradia a sua volta gli ambienti, intrappolando di fatto la radiazione all’interno della casa.





4. Capacità termica: è la capacità dei materiali di immagazzinare il calore. Per massa termica si intendono quindi tutti quei materiali in grado di accumulare calore. La massa termica accumula il calore variando la propria temperatura.

   La massa termica può quindi accumulare il calore proveniente da un ambiente caldo interno oppure accumulare la radiazione solare attraverso la trasformazione diretta in calore.

   Più c’è massa termica è più il calore può essere accumulato per ogni grado di aumento della temperatura. Nelle case solari passive sono comunemente usati materiali quali cemento, mattoni, piastrelle, pietre, tutti materiali con elevata massa termica. Anche l’acqua ha una buona massa termica.

Photo credit: law_keven

Il Green Building Design è un modo di costruire sostenibile per migliorare la qualità ambientale degli edifici e ridurre drasticamente l’impatto sull’ecosistema. I sistemi solari passivi fanno sicuramente parte di questa filosofia. Ma cosa sono?

E. Mazria è uno dei sostenitori più accaniti di questi sistemi. Nel suo ” Sistemi solari passivi ” ci spiega cosa sono e da consigli molto utili ai progettisti sulle regole da rispettare per un vero risparmio energetico.

I sistemi solari passivi fanno parte di un pensiero più ampio : The passive solar design. Questa forma di progettazione usa i principi naturali come la radiazione solare e le proprietà dei materiali per creare edifici a basso consumo energetico.

Un edificio che sfrutta il riscaldamento passivo non ha bisogno di sofisticati marchingegni tecnologici, ma si avvale semplicemente del suo involucro edilizio e partizioni interne. Non esistono, cioè, accumulatori termici, collettori separati o elementi meccanici, né vi è necessità di energia diversa da quella solare per far funzionare il sistema.

Come si Progetta una Casa Solare

Le due componenti fondamentali di un sistema di riscaldamento solare passivo sono:

1) l’elemento di captazione, generalmente una vetrata rivolta a sud;

2) la massa termica, quale elemento di accumulo e ridistribuzione del calore.

Esistono diversi tipi di sistemi solari, ma prima di entrare nel dettaglio su di essi è bene spiegare i principi fondamentali del passive solar design.

Ubicazione

Photo credit: mbaruzza_2

Dato un sito è necessario individuarne i posti maggiormente soleggiati che abbiano una visuale libera verso il Sud con il numero minimo di ostacoli al basso sole invernale.

Forma e Orientamento

Photo credit: Dom Dada

La forma ottimale di una costruzione è quella che perde la minima quantità di calore in inverno e guadagna la minima quantità di calore in estate. La forma ottimale dovrà derivare da alcune considerazioni sulla quantità di sole che incide sulle pareti della nostra casa.

Alle nostre latitudini in Inverno il lato Sud dell’edificio riceve circa tre volte la radiazione solare che ricevono i lati Est e Ovest. Durante l’estate la situazione è invertita e il lato Sud riceve molta meno radiazione rispetto al tetto e ai lati Est e Ovest.



Photo credit: Andrea Ursini Casalena

Quindi un edificio allungato lungo l’asse Est-Ovest in inverno espone il suo lato più lungo verso sud da dove riceve la massima quantità di apporti solari gratuiti. In estate invece, grazie ai lati corti ad Est e ad Ovest, si evita di esporre grandi superfici di parete alla radiazione solare, evitando il discomfort termico causato dal surriscaldamento degli ambienti interni.

Il clima influenza notevolmente la forma dell’edificio; se quella allungata è la migliore forma per ogni latitudine è necessario però stabilire qual’è il rapporto ottimale tra la superficie dell’involucro edilizio e la volumetria dell’edificio.

Il rapporto superficie-volume ci consente di valutare il grado di compattezza della struttura che deve essere massimo nei climi freddi, dove si predilige una forma compatta non troppo allungata; mentre può essere più basso nei climi temperati dove la forma allungata consente di risparmiare energia sia in inverno che in estate.

Distribuzione degli Spazi Interni

Photo credit: Environment Park

La distribuzione degli spazi interni può fornire gran parte del riscaldamento e dell’illuminazione di cui hanno bisogno in fase invernale. Disponendo gli ambienti lungo il fronte Sud dell’edificio, si capta l’energia solare nelle diverse ore del giorno.

Durante l’inverno, il lato Sud sarà più caldo e soleggiato perché riceve la radiazione solare tutto il giorno e quindi esso diventa una buona ubicazione sia per gli spazi che hanno un gran fabbisogno di illuminazione e riscaldamento e allo stesso tempo idoneo ad ospitare un sistema solare.

Nella casa solare la zona giorno sarà posta a sud e questa costituirà proprio il sistema solare passivo; ad est e ad ovest posizionerai rispettivamente la zona notte e la zona studio. I servizi e tutti gli spazi che non hanno bisogno di luce li puoi posizionare a nord in modo da costituire una sorta di “cuscinetto” per limitare l’esposizione delle zone calde nella direzione più fredda.

Prima di decidere come sarà fatta la parete sud e le altre è importante considerare i fattori precedentemente descritti con i quali già puoi ottenere un edificio che sfrutta la radiazione solare nei mesi freddi.

Il passo successivo sarà quello di decidere qual’è il sistema solare che più si adatta al tuo edificio e al nostro clima, dimensionandolo in base ai fattori climatici esterni ed al fabbisogno di energia per il riscaldamento invernale.

I sistemi solari possono dunque essere una soluzione sostenibile?

Nel prossimo articolo descriverò le caratteristiche principali di ognuno di loro ma di certo il “Passive Solar Design” può contribuire alla sostenibilità dei nostri edifici!

Tu cosa ne pensi?


Coautore dell’articolo: Ing. Rosaria Mosciatti