Serre bioclimatiche: il progetto e il calcolo energetico

28/05/2021 - Quando si parla di risparmio energetico in edilizia è quasi scontato pensare ad un sistema a cappotto, al fotovoltaico, alle pompe di calore ecc. Anche una serra bioclimatica (detta anche giardino d’inverno o serra solare) è un sistema di risparmio energetico nell'edilizia.
 
Una soluzione sempre più inserita in molti progetti architettonici di nuova costruzione come, ad esempio, il progetto abitativo Giardini d’Inverno, firmato dalla Caputo Partnership International.
 
Ma una serra bioclimatica può essere realizzata anche in un edificio esistente. A tal proposito, l’anno scorso ENEA ha avviato una sperimentazione che prevede l’installazione l’installazione di una serra bioclimatica sull’edificio “Scuola delle Energie”, attraverso cui l’Agenzia avrebbe verificato la riduzione dei consumi per il riscaldamento invernale e il raffrescamento estivo. I risultati sono molto interessanti e consultabili in questo report.
 

Che cos’è esattamente una serra solare?

“Una serra solare è una soluzione passiva che sfrutta i principi dell’effetto serra per ridurre il fabbisogno energetico dell’abitazione, salvaguardando l’ambiente,” è la definizione che ci ha dato SUNROOM, un brand nato nel 1969 e che propone le soluzioni di giardini d’inverno da oltre trent’anni.
 
“Una serra solare si compone, nel nostro caso, di serramenti apribili a taglio termico che, insieme a vetri ad alta efficienza, evitano la dispersione di calore attraverso lo scambio di aria con l’esterno. Oltre ai materiali, sono di fondamentale importanza l’orientamento della serra solare, che va studiato in fase progettuale e che deve essere rivolto preferibilmente verso Sud, e il posizionamento rispetto all’edificio principale”, ha poi aggiunto SUNROOM.
 
Che cosa si intende per soluzione passiva?
 
“Le serre bioclimatiche sono dei sistemi solari passivi, ovvero funzionano senza l’utilizzo di alcuna fonte di energia ausiliaria; diminuiscono le dispersioni termiche dei locali adiacenti attraverso la parete esterna dell’abitazione sulla quale sono addossate e sfruttano al meglio l’energia solare.
Il principio di funzionamento si basa sul concetto di effetto serra: l'energia della luce visibile attraversa il vetro che racchiude la serra, viene assorbita dagli oggetti contenuti nella serra stessa e poi riemessa con lunghezza d'onda maggiore (luce infrarossa) che non viene trasmessa all'esterno dal vetro; il risultato è il riscaldamento all'interno della serra. 
 
In questo modo la struttura addossata alla parete dell’abitazione impedisce lo scambio termico convettivo fra la parete e l’aria esterna, con conseguente riduzione dei consumi energetici.”
 
Grazie alla risposta di SUNROOM possiamo definire la serra solare un sistema di “captazione diretta” dell’energia solare. Come tale, è importante che tutte le sue componenti (pareti vetrate, pavimento, soffitto) lavorino come un sistema di accumulo, capace di assorbire l’energia solare e non disperderla.
 
Quali sono le accortezze progettuali da adottare quando si realizza una serra solare?
 
“Dal punto di vista della conformazione della struttura, questa deve permettere di mantenere le pareti chiuse in inverno, in modo da accumulare calore, mentre durante la stagione calda, le vetrazioni devono essere apribili per favorire il raffrescamento e la naturale ventilazione. Pertanto, sul perimetro si adottano soluzioni a pacchetto o scorrevoli, mentre per la copertura si utilizzano abbaini elettrici.
 
Anche ciò che si trova all’interno della struttura è di grande importanza perché è necessaria la presenza di elementi che funzionino come corpo d’accumulo termico, ad esempio il pavimento o una parete che sia siano in grado di assorbire il calore nelle ore diurne e rilasciarlo nelle ore più fredde.
 
Inoltre, una serra solare per essere considerata tale non deve essere riscaldata dall’impianto di climatizzazione dell’edificio a cui si appoggia e quindi, implicitamente, deve essere adiacente ad un locale dell’abitazione. Deve essere inoltre orientata nell’arco compreso tra sud-est e sud-ovest senza essere ombreggiata da manufatti o piante.”
 

La serra bioclimatica non è una veranda

La descrizione della conformazione di una serra bioclimatica che SUNROOM ci ha fornito chiarisce quanto questa tecnologia sia diversa e lontana da una “veranda” con cui purtroppo molto spesso viene confusa.
 
La stessa SUNROOM sostiene che: Il termine “veranda” può essere una definizione di carattere generale e che riguarda il tipo di soluzione che viene adottata; una “veranda” non è tenuta ad avere un orientamento in particolare o specifiche capacità di captazione dei raggi solari. Al contrario, la serra solare deve rispondere a specifiche caratteristiche per poter essere considerata un’opera di bioedilizia, in sostanza un sistema solare passivo.”
 
Ricordiamo a tal proposito che ai sensi dell’art. 123 del D.P.R. 380/2001 (derivato dall'art. 26 della L. 10/1991), le opere di bioedilizia non incidono sulla cubatura e non necessitano di autorizzazione specifica, ma di una semplice comunicazione di inizio lavori. A differenza di una “veranda” che è un aumento di volumetria ed è quindi necessario essere in possesso del titolo edilizio.
 
L'applicazione di questa norma varia da regione a regione ed è quindi consigliabile verificare la conformità delle opere ai regolamenti vigenti nel Comune in cui l’intervento viene realizzato.Allo stesso modo, per la verifica del soddisfacimento degli standard sul risparmio energetico, ovvero che si tratti di un’opera di bioedilizia,  sarà necessario avvalersi del servizio di un tecnico abilitato.
 

Serra bioclimatica e superficie vetrata

In una serra bioclimatica, la superficie vetrata è la protagonista. Quali caratteristiche deve possedere?
 
“La superficie vetrata deve essere prevalente, con un rapporto tra superficie vetrata e superficie totale almeno del 70%. Per questo, le vetrazioni devono forzatamente essere isolanti e ad alte prestazioni. I serramenti in alluminio, grazie alla loro rigidità, sono da preferire perché garantiscono una migliore stabilità nel tempo della tenuta all’aria, rispetto a sistemi in legno o pvc”, ha detto SUNROOM, che ha poi aggiunto: “è importante utilizzare materiali con bassi valori di trasmittanza termica: profili a taglio termico, vetri camera basso-emissivi con distanziatori metallici isolati (warm edge). È infine importante, al fine di minimizzare le dispersioni termiche verso l’esterno, che il giardino d’inverno sia costruito utilizzando prodotti con bassi valori di permeabilità all’aria.”
 
Per prevenire il surriscaldamento e la mancanza di ventilazione sono necessari dei sistemi di schermatura esterni alla superficie vetrata e/o sistemi di controllo? In inverno invece, per evitare le perdite di calore bisogna isolare la superficie vetrata?
 
“Soprattutto nel caso di copertura vetrata è importante l’installazione di una schermatura solare”. Secondo SUNROOM la soluzione perfetta è quella di una schermatura retraibile che possa quindi alternare la funzione di protezione solare alla completa esposizione della vetrazione alla luce e al calore del sole.
 
“In inverno è necessario massimizzare la captazione dell’energia solare durante le ore diurne, utilizzando per esempio vetri ad elevato fattore solare. Specialmente in questa stagione diventa importante ottenere una esposizione massima della parete di separazione fra serra solare e interno, in modo che funzioni da massa termica in grado di assorbire energia nelle ore più calde e poi rilasciarle ai locali interni nelle ore più fredde.”
 

Serra solare e incentivi fiscali

Secondo SUNROOM: “la realizzazione di una serra solare è un intervento non agevolato dalle detrazioni fiscali per la riqualificazione energetica del patrimonio edilizio esistente, in quanto gli interventi previsti dall’Ecobonus riguardano gli elementi strutturali dell’involucro edilizio che racchiude gli ambienti riscaldati, fatta eccezione per le schermature solari. È esclusa di conseguenza la serra solare che delimita un ambiente freddo. 
Come specificato dall’Agenzia delle Entrate questa tipologia di intervento può usufruire degli incentivi al 50% previsti per le ristrutturazioni edilizie. Ad esempio, vale quindi la trasformazione di un balcone in serra solare.”
 
 

Serre solari, calcoli energetici

Per qualificare una manufatto come serra bioclimatica sarà necessario dimostrare, attraverso calcoli energetici fatti da un progettista, che la sua realizzazione ridurrà il fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione invernale.  Approfondiamo l’argomento con NAMIRIAL, azienda produttrice di Soluzioni Software destinate a facilitare il lavoro di aziende che operano in differenti servizi.
 
Quali sono i riferimenti normativi per il calcolo e il dimensionamento di una serra solare?
 
“Il calcolo delle serre solari è parte integrante del calcolo del fabbisogno energetico dell’edificio stabilito dal pacchetto normativo UNI/TS 11300, il quale rimanda, specificatamente per il calcolo degli apporti termici dovuti alla serra solare, alla UNI EN ISO 13790:2008.”
 
Qual è la percentuale minima di riduzione del fabbisogno di energia primaria che bisogna dimostrare di poter raggiungere con la realizzazione di una serra?
 
“Non esiste una percentuale minima di riduzione del fabbisogno univoca a livello nazionale: le serre solari, infatti, sono disciplinate da normative regionali e regolamenti edilizi e urbanistici locali, pertanto, in alcuni casi non è richiesta una percentuale minima, mentre in altri occorre, ad esempio, ottenere un risparmio di almeno il 10% come nel caso della Regione Lombardia.”
 
Quali sono i parametri fisico-tecnici che condizionano i flussi energetici tra la serra bioclimatica e l’edificio ai fini dell’efficienza energetica?
 
“I flussi energetici tra la serra e l'edificio dipendono essenzialmente dalle caratteristiche fisiche delle superfici della serra solare -principalmente dalla trasmittanza solare totale delle superfici trasparenti (g_tot) - e dalle caratteristiche fisiche delle superfici dell’edificio, principalmente dal fattore di assorbanza solare delle superfici opache dell’edificio (α). Influenzano i flussi energetici anche l’estensione delle superfici e l’entità della radiazione solare della località considerata.”
 
L’uso della serra solare è particolarmente significativo in inverno, cioè quando è possibile massimizzare l’apporto termico della radiazione solare. In questa relazione, prodotta con il programma Namirial Termo, è possibile visualizzare il comportamento energetico del fabbricato in assenza e in presenza di serra bioclimatica.
 
Quali informazioni, relative all’immobile, il professionista deve reperire? Quali invece quelle relative alla serra?
 
“Per una corretta progettazione è necessario conoscere in dettaglio le caratteristiche dell'involucro dell'edificio e degli impianti presenti, che sono sostanzialmente le stesse informazioni necessarie per redigere un APE. Questo è indispensabile per determinare il consumo in assenza di serra. Successivamente occorre individuare la posizione più adeguata per la serra e, quindi, le caratteristiche delle superfici trasparenti che la costituiscono. In tal modo si potrà determinare l'effetto della serra e la relativa riduzione dei consumi energetici dell'edificio.”
 
Che differenza c’è tra apporti solari diretti e indiretti? Nel caso di realizzazione di una serra solare in un edificio esistente, quanto incide lo stato dell’arte (materiali e colori di pavimenti, soffitti, pareti, finestre esistenti)?
 
“Gli apporti solari diretti sono dovuti alla frazione di radiazione solare che penetra direttamente negli ambienti abitativi attraversando le superfici trasparenti della serra solare e degli stessi ambienti abitativi, mentre gli apporti solari indiretti sono dovuti agli scambi termici tra ambienti abitativi ed ambiente serra attraverso le superfici opache, dato che gli ambienti riscaldati beneficeranno di questo calore ed energia in modo indiretto. Le caratteristiche degli elementi opachi e trasparenti sono di fondamentale importanza per massimizzare l'effetto degli apporti indiretti.”
 
Dalla vostra esperienza quanto una serra solare può incidere sulla classificazione energetica globale dell’edificio?
 
“Stimare l'effetto generale in termini di classificazione energetica non è facile in quanto molti sono i parametri che incidono sul risultato, dalla località, alle dimensioni della serra, alla classe energetica di partenza, e così via. Tuttavia, si può tranquillamente dire che tramite una serra solare è abbastanza semplice ottenere dei risparmi intorno al 20% del fabbisogno di climatizzazione invernale.”
 
Perché è meglio affidarsi ad un software per questa tipologia di calcolo?
 
“La notevole complessità nel calcolare apporti diretti e indiretti e, in sintesi, gli effetti generali di una serra rende davvero arduo un calcolo manuale. Una corretta progettazione, infatti, prevede di effettuare diverse prove al fine di individuare le configurazioni migliori. Tramite un apposito software, quindi, è possibile facilmente testare e valutare varie soluzioni e contemporaneamente verificarne gli effetti in termini di riduzione consumi e miglioramento delle prestazioni.”
 

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