LA CASA E IL CLIMA: la casa passiva e l\’architettura bioclimatica

La maggior parte delle persone chiede alla propria abitazione essenzialmente due cose:

• Massimo comfort possibile
• Minime spese energetiche

DALL’INSERIMENTO DI SINGOLI ELEMENTI AL CONCETTO DI INVOLUCRO

Il dibattito degli ultimi venti anni e le conseguenze scelte politiche e legislative sulla necessità di operare scelte tecnologiche per ridurre drasticamente i consumi energetici dei fabbricati ha inevitabilmente e irrimediabilmente trasportato, se così possiamo dire, il concetto di edificio composto da diversi elementi al concetto di involucro edilizio unitario.

Si è passati dalla somma di singole parti all’intero organismo architettonico

L’edificio si è riappropriato del ruolo di elemento mediatore tra ciò che avviene all’interno dell’edificio e ciò che invece avviene all’esterno dell’edificio.

L’approccio tecnologico del progetto si sta ormai avviando verso percorsi che non prevedono più l’inserimento di singoli impianti per avere le prestazioni climatiche desiderate, ma che considerano l’edificio come un vero e proprio organismo capace di avere un ruolo attivo nella climatizzazione indoor. Ciò che viene fuori da questo approccio progettuale, di contro, prende il nome di casa passiva.

Quando parliamo di clima indoor dobbiamo necessariamente collegarci alle prestazioni dell’intero involucro e non più a quelle dei singoli impianti di climatizzazione.

In un certo senso si è tornati a progettare partendo dall’insieme per finire al particolare con l’ausilio delle nuove tecnologie in tema di climatizzazione e risparmio energetico.

I REQUISITI DELL’INVOLUCRO

Massimo comfort e minime spese energetiche. Come fare?

Oggi, ancor più che in passato siamo in grado di controllare dinamicamente i parametri dei flussi energetici per ottenere entrambi gli obiettivi, tenendo sotto controllo il comportamento dell’involucro e dei suoi impianti.

Abbiamo essenzialmente tre tipi di requisiti

1. Requisiti ambientali
2. Requisiti tecnologici
3. Requisiti ecocompatibili

Requisiti ambientali:

• Mantenimento della temperatura dell\’aria negli spazi abitativi nelle stagioni di esercizio degli impianti di riscaldamento entro i limiti di legge di 20 – 22 °C.
• Mantenimento delle condizioni di comfort termico negli ambienti interni nel periodo estivo.

Requisiti tecnologici:

Esterno

• Isolare da temperature rigide invernali
• Proteggere e isolare dal calore estivo
• Impedire fenomeni di condensa superficiale e interstiziale
• Impermeabilizzare dall’acqua e dalla risalita capillare dal terreno

Interno

• Controllo della combinazione dei tre parametri “Temperatura – Umidità – Ventilazione”
• Sfruttamento della resistenza termica e inerzia termica ai fini del risparmio energetico e del comfort ambientale interno.

Requisiti di bioecompatibilità e di efficienza energetica d’insieme

• Forma, composizione e orientamento
• Disposizione e ampiezza delle aperture in relazione alle caratteristiche climatiche del luogo, per catturare la massima energia solare possibile nella stagione invernale e, proteggere dal surriscaldamento estivo, dai venti dominanti e dagli agenti inquinanti esterni;
• Valorizzazione della ventilazione e dell’illuminazione naturale;
• Convogliare e riutilizzare le acque piovane
• Utilizzo di materiali e componenti naturali, non tossici, non inquinanti, prediligendo le risorse strettamente legate alla tradizione culturale costruttiva locale;

PRESTAZIONI ENERGETICHE

Quali sono le prestazioni che deve offrire l’involucro edilizio in termini climatici? Eccole.

1. Controllo e interazione energetica passiva e attiva con l’irraggiamento solare
2. Controllo e gestione della ventilazione naturale
3. Accumulo termico per massa e trasformazione in calore delle radiazioni solari
4. Controllo dell’isolamento termico e gestione delle dispersioni di calore
5. Controllo e gestione del livello igrotermico dell’aria

Le azioni termiche che agiscono sull\’esterno di un edificio sono combinazioni d\’impatti radiativi e convettivi.

La componente radiativa consiste nella radiazione solare incidente e nello scambio termico radiativo con l\’ambiente esterno e con il cielo.

L\’impatto termico convettivo è una funzione dello scambio con la temperatura dell\’aria circostante, e può essere accelerato dal movimento dell\’aria.

Le dispersioni termiche che avvengono sotto forma di calore, dipendono dalla differenza di temperatura tra la faccia interna e la faccia esterna dell\’involucro stesso e dalla resistenza termica dei materiali (o combinazione di materiali) dei quali è costituito l\’involucro.

 

Conduzione, convezione, irraggiamento

Il comportamento dell’involucro con le condizioni climatiche interne ed esterne interagisce attraverso tre fenomeni fisici: conduzione, convezione e irraggiamento

CONDUZIONE

Siamo in presenza di conduzione termica quando il calore si trasmette all’interno di un corpo per scambio di energia cinetica delle molecole dalle zone a più alta temperatura verso le molecole delle zone a bassa temperatura

Più è alta la conducibilità termica di un materiale e più lo scambio termico per conduzione è facilitato.

La conduttività dipende dalla porosità (densità) e dal contenuto igrometrico del materiale.

CONVEZIONE

Quando il calore si propaga da un corpo solido a un liquido o gas, o viceversa per effetto dello spostamento relativo delle particelle costituenti il fluido si verifica il fenomeno della convezione termica.

La convezione è quindi sempre associata a un trasporto di materia.

IRRAGGIAMENTO

Abbiamo irraggiamento quando la trasmissione di calore avviene effetto di onde elettromagnetiche, L’energia emessa da un corpo e incidente su di un altro è in parte riflessa, in parte assorbita trasformandosi in calore mentre la rimanente attraversa il corpo stesso.

Nell’energetica degli edifici si ha a che fare quasi sempre con scambi di calore attraverso superfici piane, quali tetto, pavimento, pareti esterne, infissi.

Gli elementi edilizi scambiano calore contemporaneamente mediante le tre modalità sopra descritte.

Il flusso termico risultante, che fluisce dall’interno verso l’esterno, è funzione della differenza di temperatura tra interno ed esterno, delle caratteristiche geometriche dell’involucro e dalle caratteristiche fisiche dei materiali impiegati, schema in Figura 2.5.

E sono proprio le caratteristiche morfologiche dell’involucro e quelle fisiche dei materiali che lo compongono a determinare la trasmittanza dell’elemento edilizio, l’unico parametro che tiene conto di tutte e tre le modalità di scambio termico

La trasmittanza indica quanto flusso di calore passa attraverso un certo elemento edilizio per ogni mq di superficie e per ogni grado di differenza di temperatura tra le due estremità e si indica con U e si misura in [W/mqK]:

I materiali componenti un involucro che separa due ambienti a temperature differenti oppongono anche una resistenza al passaggio del calore

Tale resistenza varia in relazione diretta allo spessore del materiale e in relazione inversa alla sua ‘facilità\’ a trasmettere il calore cioè alla sua trasmittanza.

La resistenza termica (R) totale di una parete, sarà dunque data dalla somma delle differenti resistenze che il flusso di calore incontrerà lungo il percorso dall\’elemento più caldo a quello più freddo.

BIOCLIMATICA E CLIMATIZZAZIONE PASSIVA: CONFRONTO

La sensibilizzazione ai temi legati al risparmio energetico, all’ecosostenibilità delle scelte realizzative e le indicazioni fornite dalla legislazione tecnica vigente hanno, tra le altre cose, recuperato gran parte dei criteri dell’architettura bioclimatica

Riepiloghiamo brevemente a quali principi si ispira partendo dalle esigenze che bisogna soddisfare nelle varie situazioni legate alla stagionalità e alle condizioni climatiche del sito. Vale a dire

• Riduzione dell’irraggiamento naturale nel periodo estivo e per tempi prolungati nelle zone climatiche più soleggiate
• Protezione dal freddo e riduzione delle dispersioni nel periodo invernale e per tempi prolungati nelle zone climatiche con basse temperature medie
• Conservazione del calore e riduzione delle dispersioni nelle zone con forte escursione termica

Detto questo ricordiamo brevemente i principi bioclimatici che sono:

• Ombreggiamento
• Ventilazione
• Isolamento termico
• Raffrescamento
• Deumidificazione o Umidificazione
• Difesa dai venti
• Protezione dalle precipitazioni
• Riduzione delle dispersioni termiche
• Captazione solare
• Conservazione del calore

L’architettura bioclimatica tradizionale era caratterizzata da una tensione progettuale tesa alla ricerca di soluzioni e tecniche atte al raggiungimento del comfort climatico.

L’architettura moderna che tra gli obiettivi principali si è posta quella del risparmio energetico, in parte si è rifatta a soluzioni provenienti dall’architettura bioclimatica ma più in generale ha introdotto il concetto dell’organismo architettonico inteso come involucro.

Cioè un organismo inteso nel suo senso più intrinseco. Vale a dire un manufatto che si relaziona o si difende nella maggioranza dei casi nella sua interezza invece che attraverso singole parti introducendo un ulteriore concetto di edilizia:

la costruzione passiva.

C’è da dire a vantaggio dell’architettura bioclimatica tradizionale che essa si prefigurava il relazionarsi con l’ambiente esterno e con i suoi elementi. Quindi non solo difendersi ma creare un rapporto anche sinergico con gli elementi naturali.

La costruzione passiva ha invece basato i suoi cardini progettuali e parametrici più sul concetto di difesa dall’esterno che di relazione con esso.