BIOEDILIZIA

Scelta dei sistemi tecnologici ecocompatibili

Nel metaprogetto l’analisi delle esigenze del committente permette di determinare i requisiti ambientali che ciascuna unità spaziale deve soddisfare. In particolare, i sistemi tecnologici ecocompatibili ottimizzano le condizioni di benessere, favorendo:

captazione della radiazione solare;
mantenimento delle condizioni di comfort ambientale acustico e visivo;
mantenimento delle condizioni di comfort termico, riscaldamento e raffrescamento;
riduzione delle dispersioni di energia termica.

Sono di seguito elencati alcuni dei sistemi tecnologici ecocompatibili più comuni, per semplificazione suddivisi in categorie.

Schermi e filtri solari

Questi sistemi consentono di controllare il passaggio e la diffusione della radiazione solare all’interno degli edifici.

Possono essere schermi rigidi o flessibili, avere la funzione di filtro o di oscuramento. Gli schermi flessibili, ovvero le tende, bloccano, totalmente o parzialmente, sia la radiazione solare diretta che quella diffusa. Possono essere posizionate sia all’interno che all’esterno (quest’ultima rappresenta la soluzione idonea, poiché evita fenomeni di riscaldamento) e permettono inoltre la ventilazione naturale.

Gli schermi rigidi, ossia aggetti orizzontali o verticali, davanzali e deflettori, sono totalmente opachi e hanno la funzione di intercettare e/o redirezionare la radiazione solare diretta.

I filtri solari, come ad esempio le gelosie o i brise-soleil, consentono di proteggere l’interno dal sole, pur consentendo la ventilazione. Per gli orientamenti Sud, Sud-Est e Sud-Ovest risultano più indicati i filtri solari realizzati con elementi orizzontali; ad Est e ad Ovest sono più appropriati quelli verticali.

Infine vi sono gli elementi di oscuramento che comprendono ante e persiane, che bloccano l’ingresso della radiazione e posso essere aperte o chiuse a seconda della necessità.

Serramenti ad alte prestazioni

Le aperture costituiscono un elemento importante e dell’edifico: esse devono garantire l’ingresso di luce, consentire la ventilazione, regolare il passaggio della radiazione solare e contenere le dispersioni di calore.

Al fine di soddisfare queste esigenze è opportuno scegliere molto attentamente la disposizione delle aperture nell’edificio, la loro dimensione e il loro orientamento, i materiali con cui realizzare gli infissi e la tipologia del vetro (doppio, triplo, selettivo, bassoemissivo…).

Sistemi solari PASSIVI

L’apporto energetico che il sole garantisce ad un edifico è fondamentale all’interno della bioedilizia, in quanto costituisce un guadagno gratuito di energia pulita. Per questo bisogna valutare attentamente l’orientamento, la forma, e soprattutto la tecnologia delle costruzioni.

I sistemi per il riscaldamento passivo raccolgono e trasportano il calore derivante dal sole con senza l’ausilio di mezzi meccanici, ma con mezzi naturali come l’irraggiamento, la conduzione e la convezione. Un sistema solare passivo rappresenta dunque la soluzione ottimale dal punto di vista del risparmio energetico.

I sistemi a guadagno diretto rappresentano il modo più semplice di concepire un sistema di riscaldamento passivo: la radiazione solare entra nell’ambiente attraverso superfici vetrate e viene assorbita dagli elementi strutturali d’accumulo (parete, pavimento o soffitto), che rilasceranno il calore successivamente; oppure la radiazione può essere direttamente immagazzinata da un elemento strutturale (ad esempio una parete in pietra esposta a Sud). In entrambe queste soluzioni, durante il giorno viene assorbita la radiazione solare, mentre durante la notte viene rilasciato calore, attenuando così le differenze di temperatura giornaliera: questo avviene ad esempio all’interno di una serra abitabile in cui sia previsto un sistema d’accumulo, a pavimento, a parete o a soffitto.

Nei sistemi a guadagno indiretto, invece, la radiazione solare colpisce una massa termica collocata tra il sole e lo spazio abitato. L’energia solare assorbita dalla massa viene convertita in calore e trasmessa lentamente al retrostante spazio abitato.

Tra questi sistemi troviamo il Muro Trombe, composto da un muro d’accumulo al quale è anteposto, sul lato esterno e a brevissima distanza, una superficie vetrata (che per effetto serra scalda l’aria che si trova tra il vetro e il muro, aumentando l’efficacia di questo sistema). Una valida alternativa è rappresentata dalla serra non abitabile, dai tetti-piscina e dalle coperture-serra. Vi sono infine soluzioni miste, che combinano cioè diversi aspetti tra quelli sopra elencati, a seconda delle esigenze specifiche del caso (rock bed, sistema Barra-Costantini…).

Al pari di quanto detto per il riscaldamento, ciò che caratterizza i sistemi di raffrescamento passivo è la dispersione di calore che avviene naturalmente, senza l’ausilio di strumenti meccanici né il consumo di energia esogena. Queste tecniche si basano sulla riduzione del carico termico proveniente dall’esterno e sullo smaltimento del calore accumulato. Il sistema più semplice consiste nel collocare le finestre in facciate contrapposte, in modo da favorire il ricambio d’aria (ventilazione incrociata).

Altre soluzioni di raffrescamento sfruttano l’effetto camino, ovvero la tendenza dell’aria calda a salire. Questo fenomeno viene utilizzato per far uscire l’aria a temperatura maggiore, estratta da aperture poste in alto, e far entrare aria fresca da finestre poste più in basso. Queste due soluzioni risultano essere le più comuni, ma ve ne sono molte altre, come la torre del vento,la torre evaporativa e la ventilazione sotterranea.

Sistemi solari ATTIVI

I sistemi solari attivi si possono suddividere in due grandi categorie: gli impianti solari termici e quelli fotovoltaici.

I sistemi solari termici si basano sulla capacità di convertire l’energia solare in energia termica mediante lo sfruttamento dell’effetto serra, per produrre acqua calda solitamente ad uso sanitario. La funzione di accumulo e trasporto è costituita da un fluido termovettore che circola tra i pannelli e il serbatoio d’accumulo dell’acqua calda.

Le componenti principali di un impianto solare termico sono:

collettori solari;
serbatoio di accumulo;
circuito distributivo;
centralina di controllo e dispositivi di integrazione termica.

I pannelli solari possono essere di diversi tipo: vetrati non selettivi (tipologia tradizionale), vetrati selettivi (più efficienti, in quanto riducono le perdite per riflessione), sottovuoto (molto efficienti, anche con cielo coperto e temperature rigide; costo elevato), con serbatoio d’accumulo integrato (facilmente installabili ed economici, impiegabili nel caso di utenza esclusivamente estiva). Ciascuna tipologia può essere installata su qualsiasi tipologia di copertura (tetto piano, tetto a falde…)

I sistemi solari termici possono essere a circolazione naturale o forzata. Nel primo caso la circolazione del fluido verso l’accumulo termovettore avviene in seguito all’instaurarsi di moti convettivi naturali dovuti al processo di riscaldamento all’interno di collettori solari. I vantaggi che derivano da questo sistema sono legati alla semplicità del circuito e quindi ai ridotti costi di installazione e di manutenzione. Di contro si ha la necessità di collocare il serbatoio di accumulo superiormente ai pannelli solari, esigenza che rende difficile la loro integrazione nell’edificio. Solitamente in questo caso il serbatoio si pone in copertura: questo comporta un maggior impatto visivo e una maggiore dispersione di energia.

Nel caso di sistemi a circolazione forzata la circolazione del fluido termovettore è mantenuta da una pompa controllata da una centralina elettronica, che la attiva se la temperatura dell’acqua nel serbatoio è inferiore a quella del fluido nei pannelli. Il vantaggio sta nella possibilità di svincolare il posizionamento dell’accumulo da quello dei pannelli. Inoltre la maggior velocità di circolazione del fluido consente una maggiore efficienza del sistema in termini di trasporto del calore.

L’integrazione dell’impianto solare termico nell’edificio deve prima di tutto ottimizzare l’orientamento dei pannelli al fine di massimizzare la captazione della radiazione solare. L’orientamento più favorevole è il Sud, con una tolleranza di ± 30°, mentre l’inclinazione ottimale del pannello rispetto al piano orizzontale dipende dalla latitudine considerata e dalle esigenze dell’utenza.

I sistemi solari termici producono acqua a bassa temperatura (max 50° circa), per tale motivo sono adatti ad alimentare sistemi di riscaldamento a basse temperature (es. pannelli radianti). Nel caso di interventi sull’esistente si può prevedere una caldaia integrativa per il raggiungimento delle temperature necessarie, senza che l’efficienza del sistema venga compromessa.

I sistemi fotovoltaici si suddividono in due grandi categorie e seconda che vi sia o meno un rapporto di interscambio con la rete distributiva, in termini di cessione del surplus di produzione diurna e acquisizione nelle ore notturne.

I sistemi isolati sono dimensionati e configurati per poter soddisfare in modo completamente autonomo la domanda di energia degli utenti in qualsiasi condizione del giorno e dell’anno. Questa tipologia di sistema non è economicamente conveniente ed è utilizzata solo nel caso in cui la rete elettrica non sia accessibile.

I sistemi fotovoltaici connessi in rete (grid connected) producono invece energia elettrica per l’utenza e cedono quella in eccesso alla rete elettrica. Nel momento in cui, ad esempio di notte, il generatore fotovoltaico è inattivo, sfruttano l’allacciamento per l’alimentazione tradizionale. Il sistema è in grado di garantire un saldo attivo per la maggior parte dell’anno ed in condizioni climatiche favorevoli una superficie fotovoltaica diventa una forma di investimento.

I principali componenti di un sistema connesso in rete sono:

superficie fotovoltaica: composto dall’insieme di moduli fotovoltaici;
Balance of System: componentistica che costituisce il sistema (cavi, inverter…)
carico: quasi sempre necessita di alimentazione in corrente alternata.

Isolamento

L’isolamento termico svolge un ruolo essenziale per garantire condizioni di benessere e salubrità all’interno di un ambiente confinato.

Durante l’inverno l’isolamento ha il compito di contenere le dispersioni di calore, mentre in estate ha la funzione di ridurre i fenomeni di surriscaldamento. Le dispersioni termiche attraverso l’involucro edilizio possono essere ridotte attraverso elementi tecnici (opachi o vetrati) dotati di un’elevata resistenza termica, ovvero a bassa trasmittanza. Per avere un buon isolamento termico è importante scegliere la tipologia di isolamento, il posizionamento degli strati, il ”comportamento” del componente e la scelta del materiale isolante.

Nel caso delle pareti perimetrali, la posizione dell’isolante influenza in modo significativo il comportamento della parete. Vi sono tre differenti tecniche d’isolamento: isolamento dall’esterno, isolamento dall’interno e isolamento in intercapedine.

L’isolamento dall’esterno è la soluzione più efficace per isolare bene un edificio. E’ consigliabile per ambienti riscaldati in maniera continuativa con la sola interruzione notturna (es. ambiente domestico). Durante il funzionamento dell’impianto si ha un notevole accumulo di calore nelle pareti e il suo rilascio avviene nelle ore notturne, a riscaldamento spento, migliorando notevolmente il comfort termico. Questa soluzione consente la totale eliminazione di ponti termici (punti di discontinuità che favoriscono le dispersioni di calore) causati dalle travi e dai solai. Tra le tipologie di isolamento dall’esterno troviamo l’isolamento “a cappotto” e la facciata ventilata.

L’isolamento dall’interno è una tecnica economica e consigliabile per ambienti riscaldati saltuariamente e che devono essere riscaldati rapidamente (uffici, seconde case, edifici con impianti termoautonomi). Questa soluzione elimina i ponti termici dei pilastri ma non quelli delle solette nei vari piani. Infine, l’isolamento in intercapedine è una tecnica che prevede l’inserimento dell’isolante nell’intercapedine fra il tamponamento esterno e la muratura a vista interna. Particolari interventi di isolamento dovranno essere effettuati su pilastri e solette per ridurre la dispersione termica attraverso questi ponti termici.

Per quanto riguarda le coperture inclinate, è importante considerare il fatto che nel bilancio energetico dell’edificio esse hanno un ruolo importante: tanto maggiore è la loro superficie rispetto al volume dell’edificio, tanto più importante il loro ruolo. A questo proposito basti pensare che circa il 25-30% delle dispersioni termiche possono avvenire dal tetto. Le tecniche maggiormente usate per isolare questo elemento sono: l’isolamento all’estradosso, l’isolamento all’intradosso e l’isolamento in ultimo solaio.

Le coperture isolate all’estradosso (l’isolante è sul lato esterno della struttura) sono particolarmente indicate se realizzate durante la costruzione dell’abitazione. La copertura può essere di tipo ventilata, dotata cioè di un’intercapedine d’aria, al di sotto del manto di tegole, dove si crea una corrente d’aria continua che favorisce lo smaltimento di quantità eccessive di vapore acqueo, evitando così eventuali fenomeni di condensa. Le condizioni ottimali per la ventilazione di una copertura inclinata sono un’inclinazione della falda di 30° e uno spessore dello strato d’aria di 8-10 cm. La copertura non ventilata è un’altra soluzione possibile nella realizzazione di nuove coperture. Questa tipologia assicura un’elevata resistenza agli shock termici a cui la copertura è sottoposta garzie alle proprietà di coibentazione termica dei pannelli.

L’isolamento all’intradosso (il materiale isolante si trova sul lato interno della struttura), invece, è normalmente impiegato nei casi di ristrutturazione dell’edificio.

Infine, l’isolamento in ultimo solaio è adottato in quei casi in cui il sottotetto non sia abitabile.

Le coperture piane possono essere realizzate con diverse modalità, a seconda della destinazione d’uso degli ambienti sottostanti. Nel caso in cui al di sotto della copertura si trovino locali che necessitano di essere riscaldati le modalità più diffuse di copertura sono quella di tetto caldo (l’isolante si trova all’esterno della struttura ed è protetto da uno strato impermeabilizzante) e di tetto giardino.

Climatizzazione invernale ed estiva

Nella nostra epoca c’è l’imbarazzo della scelta per quanto riguarda i sistemi di riscaldamento e raffrescamento degli edifici. E’ necessario però fare della valutazioni per scegliere gli impianti più razionali e sani, che prevedano il minor consumo energetico e quindi il minor impatto ambientale.

Ad oggi il sistema di riscaldamento più diffuso sono i termosifoni: questi richiedono acqua ad alta temperatura per il loro funzionamento, con un conseguente spreco di energia. Essi inoltre creano delle correnti ascendenti (l’aria calda tende a salire) che originano notevoli squilibri termici tra il pavimento ed il soffitto, sottraggono calore ai corpi che si trovano nell’edificio e mettono in circolo polveri e batteri. I termosifoni costituiscono un mezzo di riscaldamento a convezione, cioè agisce riscaldando l’aria. A causa degli inconvenienti sopra citati l’architettura bioecologica predilige i sistemi di riscaldamento per irraggiamento, che garantiscono un sano e migliore benessere termico. Questo tipo di impianti consentono uno scambio di calore tra una superficie e l’altra senza che l’aria si surriscaldi e senza far circolare polveri, né creare sgradevoli moti d’aria.

Per approfondire vedi anche: