Dispositivi bioclimatici passivi per il comfort termo-igrometrico

04/10/2021 - “Per architettura bioclimatica s’intende un’architettura che sfrutta come risorsa le caratteristiche morfologiche ed il clima del luogo, impiega prioritariamente i materiali locali e per il proprio funzionamento utilizza le fonti energetiche rinnovabili locali: radiazioni solari, venti, vegetazione, corsi d’acqua”. Questa definizione è stata data Victor Olgyay nel 1963, a cui si deve la paternità del concetto di progettazione bioclimatica, che in sintesi si può definire una metodologia di progettazione fondata sul rapporto tra edificio e clima.
 
Il processo costruttivo si sviluppa secondo tre fasi - produzione, costruzione e gestione - ciascuna delle quali richiede un consumo di energia e produce inquinamento. La progettazione bioclimatica, al contrario, attraverso l’uso di fonti rinnovabili, mira a minimizzare i consumi e le dispersioni energetiche, a contenere l’inquinamento e a ottimizzare le potenzialità dei materiali.
 
Obiettivo dell'architettura bioclimatica è creare spazi abitativi che siano espressione di un elevato comfort ambientale. Si definisce 'comfort ambientale'  quella particolare condizione di benessere determinata, in funzione delle percezioni sensoriali di un individuo inserito in un ambiente, da temperatura (riscaldamento e raffrescamento), umidità dell'aria e livello di rumorosità e luminosità rilevati all'interno dell'ambiente.
 
Si parla pertanto di comfort termo-igrometrico, comfort acustico e comfort visivo.
 
In questo focus ci soffermiamo sul comfort termo-igrometrico. Per raggiungerlo, in architettura bioclimatica si possono utilizzare i sistemi attivi e i sistemi passivi.
 
I sistemi attivi captano, accumulano e utilizzano l’energia proveniente da fonti rinnovabili con una tecnologia di tipo impiantistico. Rientrano in questa categoria, ad esempio, i collettori solari, le pompe di calore geotermiche, il fotovoltaico, l’eolico e gli impianti idroelettrici.
 
Nei sistemi passivi è l’edificio stesso che, attraverso i suoi elementi costruttivi, capta, accumula e trasporta al suo interno l’energia ricavata sempre da fonti rinnovabili.
La progettazione bioclimatica secondo i sistemi passivi tiene conto del contesto climatico, dell’orientamento e della ventilazione. Rientrano nei sistemi passivi tutti gli elementi che compongono l’involucro: pareti di tamponamento, cappotto esterno, aperture finestrate, schermature, coperture ecc.
 

Dispositivi bioclimatici passivi per il riscaldamento e raffrescamento

Di seguito viene esposta una lista, non esaustiva, dei dispositivi bioclimatici per il raggiungimento di condizioni ottimali per la climatizzazione interna. Sono soluzioni per lo più applicabili a case singole, ma questo non esclude che a seguito di un particolare studio compositivo/architettonico possano essere usati anche in edifici plurifamiliari e specialistici.  
 

Roof-pond

È un sistema solare passivo a guadagno indiretto. La soluzione del roof-pond permette di avere un apporto caldo/fresco che garantisce tutto l’anno il comfort abitativo, con ampio risparmio energetico.
 
Si tratta di un grande contenitore d'acqua collocato sulla copertura con le superfici scure che ha la funzione di catturare la maggiore quantità di radiazione solare. Il principio di funzionamento si basa nel raggiungere un equilibrio tra immissione della radiazione solare ed evaporazione.
 
In inverno durante il giorno lo specchio d'acqua è scoperto per assorbire il calore mentre di notte e coperto con del materiale isolante in modo che il calore accumulato venga trasferito all'abitazione sottostante. In estate il funzionamento è l'esatto contrario.
 

Parete Trombe-Michel

È un muro solare passivo, o una parete ad accumulo, realizzato con un materiale ad alta inerzia termica ed esposto a sud con anteposta, a una distanza di 5-20cm d’aria, una vetrata singola o doppia. Il muro di Trombe-Michel deve essere posizionato nel punto con la migliore esposizione.
 
Il muro, verniciato di colore scuro, funzione da massa termica: accumula il calore che si crea nell’intercapedine d’aria e lo restituisce, per irraggiamento, verso l’interno.
 
Sul muro sono presenti delle bocchette poste in basso e in alto. Durante l’inverno, di giorno le bocchette sono aperte e il calore entra all'interno degli spazi adiacenti. Di sera, invece, vengono chiuse per evitare che il calore si disperda.
 
D’estate, le bocchette sono sempre chiuse e, se il vetro è dotato di aperture, queste vanno tenute aperte giorno e notte per creare la giusta ventilazione; inoltre durante il giorno la superficie vetrata va schermata.
  Il funzionamento invernale di una parete Trombe-Michel durante il giorno ©Wikipedia 

 Il funzionamento invernale di una parete Trombe-Michel durante la notte ©Wikipedia

Camino solare

È una soluzione per la ventilazione naturale e il raffrescamento a basso impatto energetico, che sfrutta il principio naturale di risalita dell’aria calda.
 
Il camino solare deve ‘catturare’ i raggi del sole, per questo è posto nel punto più a sud del tetto o della copertura. Il camino solare ha il compito di accumulare per irraggiamento l'energia solare che durante il giorno colpisce la copertura e di trasportarla verso uno spazio predisposto, un pozzo di ventilazione.
 
A questo punto, il calore accumulato crea un moto di corrente ascensionale e di conseguenza, l’aria calda presente all’interno dello spazio abitativo sale verso l’alto, gli ambienti si raffreddano e migliora la circolazione dell’aria.


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Raffrescamento passivo geotermico

È una tecnica di raffrescamento naturale che prevede l'uso del suolo come pozzo di scambio termico, ovvero come dissipatore del calore, senza l’uso della pompa di calore. Si definisce diretto se il contatto avviene tra involucro e terreno, come negli edifici ipogei.
 
È indiretto se è realizzato con pozzi termici ad aria scavati nel terreno che scambiano il calore con esso prima di entrare nel sistema di climatizzazione dell'edificio. Lo scambio con il terreno permette di abbassare la temperatura dell’aria immessa da 5 a 10 °C.
 
I sistemi indiretti possono basarsi su una tecnologia del tutto naturale per creare il moto dell’aria, il cosiddetto effetto Venturi. In alternativa, vengono usate delle ventole interne al pozzo termico che lavorano secondo il principio dell’aspirazione forzata.
 
Un’altra soluzione per il riscaldamento passivo è quella delle serre bioclimatiche. Tecnologia che sfrutta i principi dell’effetto serra per captare l’energia solare attraverso le ampie superfici vetrate. A questa si aggiunge la ben nota tecnologia del cappotto termico. Mentre, per il raffrescamento passivo, vanno citati i cool roofs, manti di copertura di colore bianco che riflettono i raggi del sole e limitano il caldo negli edifici, oltre che ridurre il fenomeno “isola di calore”.