L'ARCHITETTURA SOLARE

Il protocollo di Kyoto, sottoscritto nel 1997 su base volontaria, rappresenta il primo passo di una strategia internazionele per la riduzione oprogressiva delle emissioni di anidride carbonica nell'atmosfera, allo scopo di contrastare l'effetto serra e i conseguenti cambiamenti climatici in atto, determinati dal rapido aumento della temperatura terrestre. Con l'adesione della Russia nel settembre 2003, il protocollo è diventato vincolante e dal 10 marzo scorso sono entrate in vigore in ciascun Paese dell'Unione Europea le disposizioni per il contenimento, il controllo e i rapporti quantitativi delle missioni degli impianti.

Per quanto riguarda il nostro Paese, l'edizione 2004 del rapporto "Ambiente Italia" mostra un evidente ritardo rispetto agli altri paesi europei: le emissioni rispetto al 1990 sono aumentate del 7,3%, mentre sarebbero dovute diminuire del 6,5% entro il 2010.
I maggiori responsabili della produzione e dell'emissione dei gas serra sono gli scarichi degli autoveicoli e gli impianti di riscaldamento nelle aree urbane.
Diventa necessario l'impegno dei cittadini e delle amministrazioni comunali per incentivare i mezzi di trasporto pubblici di tipo elettrico e gli impianti di riscaldamento e climatizzazione che utilizzano sistemi di cogenerazione mediante "Fuel celi" alimentate ad idrogeno che può essere ricavato a costi accettabili in ciascun edificio trasformando il gas metano della rete mediante opportuni dispositivi chiamati "reformer".
In questa fase transitoria è diventato imperativo promuovere lo sviluppo della cultura del risparmio energetico e dell'utilizzo delle tecnologie solari, che rappresentano una scelta responsabile, per noi stessi come pure per le generazioni future. Lo "sviluppo sostenibile" non è un concetto astratto: dipende da scelte concrete che tutti noi possiamo fare.
Non facciamoci scoraggiare dalle valutazione economiche sul tempo di ammortamento fatte da altri, ricordiamoci che non possiamo assolutamente prevedere il costo dell'energia prodotta dalle fonti fossili tradizionali nei prossimi anni (il costo del barile di petrolio è aumentato da meno di 20 a quasi 40 dollari negli ultimi cinque anni), mentre al contrario siamo certi del costo degli investimenti nel settore del risparmio energetico e dell'energia solare, perché li si paga all'inizio e in genere presentano bassi costi di manutenzione.
(Massimo Gamba)

INTRODUZIONE
Uno degli scopi dell'architettura solare è il contenimento delle spese energetiche.
Il costruire ecologico dovrebbe utilizzare l'energia solare perché questa è pulita, economica e illimitata. Inoltre il calore solare non contiene CO2 e per questo è assolutamente non inquinante.
Per architettura solare si intende un tipo di edilizia che utilizza la radiazione solare come fonte di energia per il riscaldamento e l'illuminazione.
I sistemi solari indicano l'insieme delle misure che permettono un utilizzo dei raggi solari per il miglioramento del bilancio energetico, anche attraverso la costruzione di edifici, senza però il considerevole impiego di macchinari e di energia convenzionale aggiunta.
Il fine di questi provvedimenti è la riduzione dell'intero fabbisogno di energia del condizionamento degli ambienti interni durante tutto il giorno e durante tutto l'arco dell'anno, così come un massimo comfort termico. Questi provvedimenti riguardano anche la riduzione del surriscaldamento durante i mesi estivi.

SISTEMI SOLARI ATTIVI E PASSIVI
Si possono distinguere due tipi di sistemi per il guadagno di energia solare: il sistema solare "attivo" e quello "passivo".
Un sistema solare "attivo" è formato da elementi che captano l'energia solare, come per esempio i collettori solari. Questi permettono l'utilizzo dei raggi solari per il riscaldamento dell'acqua in parte anche per il riscaldamento degli ambienti interni.
I moderni elementi solari possono essere inseriti inmodi diversi come elementi architettonici e, grazie alla loro grande flessibilità, possono essere adattati anche a strutture già esistenti. In particolare possono costituire parti di coperture, facciate, schermo parasole o balcone.
Si definisce "passivo" un sistema che utilizza i componenti stessi di un edificio per captare, accumulare e distribuire il calore della radiazione solare senza l'impiego di installazioni, come accade invece per i sistemi attivi.
Nei sistemi passivi si distingue la captazione per guadagno "diretto" e per guadagno "indiretto".
Ampie finestre rivolte verso sud costituiscono la forma più semplice di guadagno "passivo diretto" dell'energia solare. Ugualmente diffusi sono i giardini d'inverno e gli isolamenti termici trasparenti. L'irradiazione solare entra dunque attraverso le finestre e all'interno cade su oggetti e superfici che si riscaldano. Una parte dell'irradiazione è riflessa dalla loro superficie e va a colpire altri oggetti e superfici e da lì si ripete il processo. Quanto più grande è la capacità termica specifica e la conduttività dei materiali, più sono scure le superfici direttamente riflettenti, maggiore è la parte di calore accumulato. Per poter immagazzinare il calore solare catturato (e per evitare problemi di surriscaldamento) sono necessari materiali da costruzione pesanti (mattoni, pietre arenarie calcaree e calcestruzzo).
Il sistema "passivo indiretto" è costituito da una parete solare formata da una superficie di vetro e, dietro ad essa, una massiccia parete di accumulo spessa 10-20 cm. Il calore accumulato dalla parete viene poi restituito agli ambienti interni per convezione e irraggiamento. La superficie della parete è normalmente scura per poter facilitare l'accumulo dell'energia. Se la parete è dotata di aperture per la circolazione dell'aria, la distribuzione del calore all'ambiente interno awiene anche direttamente per convezione naturale. Questo sistema è conosciuto come "muro di Trombe". Nei sistemi passivi il flusso comincia dopo la fine dell'irradiazione solare, quando la temperatura accumulata è piùalta di quella dell'aria interna. In questo modo il calore accumulato durante il giorno rimane a disposizione durante le ore serali e notturne, così come durante i giorni di cattivo tempo. Il calore in eccesso, quando l'aria esterna non è troppo calda, può essere fatto uscire per ventilazione.

FINESTRE
In estate il guadagno solare attraverso le finestre è indesiderato. Le masse di accumulo, come il cemento ed i mattoni, durante le notti estive si raffreddano e durante il giorno assorbono una parte del calore. Durante i giorni molto caldi, alle finestre piùgrandi è necessaria una protezione parasole, fissa o mobile.
Un altro aspetto, collegato alle superfici vetrate, sono le perdite di calore. L'orientamento delle stanze interne, l'orientamento delle finestre e la loro ampiezza influiscono sul mantenimento del calore di un edificio. La differenza di temperatura tra interno ed esterno provoca la perdita di calore per trasmissione indipendentemente dall'orientamento.
Il guadagno termico attraverso le finestre, nella maggior parte dei casi, è minore della perdita di calore. In pratica, un buon, anzi, un ottimo guadagno termico si può ottenere durante il periodo in cui è necessario il riscaldamento degli ambienti solo attraverso le fac
ciate rivolte verso sud (da sud-est a sud-ovest). Il bilancio energetico per gli altri orientamenti è neutro o negativo. Perciò si dovrebbero ridurre le dimensioni delle finestre verso nord ed aumentare quelle delle finestre rivolte a sud, prevedendo in quest'ultimo caso una protezione per il periodo estivo.
Le nuove tecnologie offrono finestre con ottimi isolamenti termici che permettono di ottenere una produzione di energia anche con un orientamento non a sud. Accanto all'ottimizzazione dell'impiego delle finestre, esiste anche la possibilità di una copertura vetrata. Questa soluzione capta in modo efficace la luce diurna all'interno di grandi ambienti ed è perciò utilizzata di frequente, non solo negli edifici industriali, ma anche nelle abitazioni e in edifici pubblici. In questo modo si ottiene una temperatura gradevole ed anche una riduzione del fabbisogno di illuminazione artificiale.

SCELTA DELLA POSIZIONE DI UN EDIFICIO
La scelta della posizione di un edificio awiene in base a parametri tra i quali, ad esempio, l'approwigionamento dell'energia del sole e del vento. E' quindi necessaria una buona conoscenza delle condizioni della localizzazione e del clima del sito. La scelta della posizione di un edificio è molto importante in quanto la temperatura, l'orientamento e la disposizione del terreno influiscono in modo decisivo sul consumo di energia. Il clima si forma attraverso l'interazione reciproca della terra, dell'acqua, della luce e dell'irradiazione solare ed esercita un influsso sia sul consumo di energia di un edificio, sia anche sul benessere termico, fisico e psicologico dell'abitante.

ORIENTAMENTO DELL'EDIFICIO
Oltre all'orientamento delle superfici finestrate, anche l'orientamento della facciata principale e quello degli ambienti interni riveste grande importanza. La facciata principale di un edificio dovrebbe essere rivolta verso il sole per ottimizzare l'utilizzo passivo dell'energia solare (senza l'aggiunta di impianti).
Gli ambienti interni maggiormente utilizzati per la vita quotidiana mantengono di più il calore del sole se sono rivolti a sud. Verso sud-est e verso sudovest vanno rivolte le stanze che richiedono illuminazione. AI contrario, quelle che non abbisognano di molta illuminazione, come gli ingressi, gli atri, le stanze da lavoro e quelle per gli hobby, i garage ed i servizi igienici, possono essere orientati verso nord. Le zone poste tra gli ambienti caldi e la facciata fredda rivolta a nord, possono fungere da "vani intercapedine".

"VANO INTERCAPEDINE"
Un'altra sperimentata misura in edilizia è la costruzione di una stanza speciale (vano intercapedine), ad esempio un giardino d'inverno, una serra o un atrio, che permette di mantenere un livello medio di temperatura. Questo ambiente viene riscaldato dall'irradiazione solare e non necessita, se ben utilizzato, di alcun riscaldamento artificiale.

SERRA
Le serre sono balconi chiusi da vetrate e possono contribuire al risparmio energetico: fino al 15% in meno del fabbisogno di energia per abitazione e una temperatura da 8 °C a 13°C superiore a quella esterna. Oltre a ciò, l'isolamento termico che offrono durante l'arco di tutto l'anno costituisce anche una protezione contro il gelo ed impedisce la condensa sulle superfici dei vetri.
Naturalmente il risparmio di energia dipende soprattutto dalla qualità del vetro impiegato: una vetrata classica in vetro semplice apporta solo un piccolo risparmio in confronto all'isolamento termico di quelle in vetro-camera.

GIARDINO D'INVERNO
Il giardino d'inverno è un ampio spazio che d'estate serve da posto coperto, protetto dalle intemperie, e d'inverno da soggiorno. I giardini d'inverno possono essere posizionati a est o a ovest, per lasciare così spazio ad una libera facciata a sud per le finestre.
Qualche volta può venir realizzato nel giardino d'inverno un tipo di aerazione meccanica o un sistema di ventilazione per trasmettere il calore alle stanze confinanti.
In assenza di una protezione solare, la temperatura nel giardino d'inverno aumenterebbe velocemente fino a valori eccessivi durante la stagione estiva, perciò viene applicato un impianto di protezione dal calore e dalla luce del sole.
Un importante prowedimento per la protezione dal surriscaldamento è la ventilazione. Questa awiene attraverso aperture di valvole d'aria, finestre, porte a battenti e porte scorrevoli. Un efficiente ricambio d'aria si ottiene anche attraverso valvole di scarico poste nella parte superiore e inferiore.

ATRIO
Un atrio è costituito dalla copertura vetrata di un cortile interno o di una zona pedonale di passaggio ed ha come scopo la riduzione delle perdite di calore.
Il calore del sole accumulato'in tale zona può essere condotto negli ambienti interni attraverso impianti di aerazione. Per evitare il surriscaldamento estivo, è necessario da una parte un efficace sistema di ventilazione dall'altra un impianto parasole.
Rappresentano un problema, per quanto riguarda l'uso dell'atrio, la regolazione della temperatura e la riduzione dell'illuminazione solare diurna nelle stanze confinanti.

PERDITE DI CALORE
La forma e l'orientamento di un edificio, la modalità della sua costruzione ed il consumo di energia sono gli elementi fondamentali dell'architettura solare e rappresentano perciò le condizioni per l'abitare confortevole, naturale e sano. Con la minimizzazione della superficie esterna, una costruzione compatta riduce le perdite di calore per trasmissione. Quanto più compatto è un edificio, quanto più piccola è la superficie in confronto al volume, quanto più riparata dal vento è la sua posizione, tanto più ridotte risultano le perdite di calore ed il fabbisogno energetico.
Buoni valori di isolamento termico degli elementi perimetrali della costruzione si ottengono grazie a materiali da costruzione leggeri ed ecologici. Costruzioni massicce (mattoni, cemento) hanno il vantaggio di una maggiore inerzia termica. Uno standard isolante buono per le murature esterne è rappresentato da un coefficiente globale di trasmissione che si aggira intorno a 0,15 W/m2K.
Grosse perdite di calore si hanno durante l'apertura e la chiusura delle porte d'ingresso. Una bussola o un foyer possono essere considerati come un'ideale stanza chiusa da cui una porta dà all'interno e un'altra all'esterno. Se viene aperta la porta esterna, l'aria proveniente da fuori si ferma nella bussola. Solo una piccola parte dell'aria ambiente fuoriesce in questo modo attraverso la bussola. Quando viene chiusa la porta esterna ed aperta quella interna, solo una piccola quantità di aria calda può passare dall'ambiente alla bussola. In linea di massima, le bussole vengono riscaldate poco o niente e la loro temperatura rimane intermedia tra i valori di quella esterna e di quella interna.
Un'altra soluzione è la bussola verticale. Essendo l'aria calda più leggera di quella fredda, non scende, così come l'aria fredda non sale, e quindi il livello della temperatura all'ingresso rimane inferiore a quella delle stanze interne, riducendo così la perdita di calore durante l'apertura della porta verso l'esterno.

Bibliografia
Francesca De Prato
Il Perito Industriale - Luglio/Agosto 2004