LEZIONI DEL LABORATORIO DI PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE - A.A DOCENTE ING. GIUSEPPE DESOGUS LE SCHERMATURE SOLARI

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1 LEZIONI DEL LABORATORIO DI PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE - A.A DOCENTE ING. GIUSEPPE DESOGUS LE SCHERMATURE SOLARI 1. LE MASCHERE DI SCHERMATURA Le schermature solari sono lo strumento più efficace per limitare i problemi di surriscaldamento degli edifici attraverso le aperture trasparenti dell involucro nei climi temperati e caldi. Il loro corretto dimensionamento è indispensabile per verificare che intercettino realmente i raggi solari in estate e non ostacolino il guadagno solare diretto in inverno. Lo strumento per procedere al dimensionamento delle schermature o alla loro verifica sono le maschere di ombreggiamento. Esse sono sostanzialmente la proiezione su un piano orizzontale della porzione di volta celeste che la schermatura copre. I metodi di proiezioni sono identici a quelli che si possono utilizzare per riportare su un piano i percorsi del sole, per costruire cioè i diagrammi solari (si veda la relativa lezione). A seconda che il profilo della schermatura sia orizzontale o verticale, la forma della maschera varierà da quella di una curva a quella di una retta azimutale, come riportato nella figura seguente. 1

2 Figura 1: Proiezione delle maschere di ombreggiamento Ai fini pratici non è necessario ricorrere ogni volta alla proiezione geometrica di una schermatura solare, ma è possibile avvalersi di uno strumento grafico che prende il nome di proiettore e che rappresenta i profili delle maschere di ombreggiamento orizzontali in funzione del loro angolo di altezza e di quelle verticali in funzione dell azimut. Per semplicità i due diversi gruppi di proiezioni sono riportati in un unico diagramma. 2

3 Figura 2: Proiettore grafico per le maschere di ombreggiamento Utilizzando questo strumento è possibile tracciare le maschere per i principali tipi di schermatura, come riportato nelle figure che seguono. Figura 3: Maschera di ombreggiamento per una schermatura orizzontale di lunghezza indefinita 3

4 Figura 4: Maschera di ombreggiamento per una schermatura orizzontale di lunghezza finita Figura 5: Maschera di ombreggiamento per una schermatura verticale di altezza indefinita 4

5 Figura 6: Maschera di ombreggiamento per una schermatura verticale di altezza definita Figura 7: Maschera di ombreggiamento per una schermatura combinata verticale ed orizzontale Gli esempi sopra riportati si riferiscono ai tipi più semplici di schermatura, con lo stesso procedimento è possibile disegnare anche le maschere più complesse. Alcuni esempi sono riportati nelle figure seguenti. La maschera di ombreggiatura al 50% si calcola come descritto sopra con 5

6 l unica differenza che non si prende come riferimento i punti più sfavorevoli della superficie trasparente, ma quelli di una sua metà. Figura 8: Alcuni esempi di schermature orizzontali con relative maschere Figura 9: Alcuni esempi di schermature verticali con relative maschere 6

7 Una volta disegnata la maschera di ombreggiamento è necessario ruotarla in funzione dell orientamento della finestra, facendo coincidere l asse verticale della maschera con la normale alla finestra stessa. A questo punto bisogna stabilire se la porzione di volta celeste ostruita dalla schermatura è sufficiente oppure no, ovvero se la schermatura blocca effettivamente il sole nei periodi in cui c è un rischio di surriscaldamento. Per far questo è possibile utilizzare un altro strumento grafico che riporta su un diagramma solare l area corrispondente alle ore e ai mesi in cui il rischio surriscaldamento è presente. È importante mettere subito in evidenza che il tracciamento di questa area dovrebbe essere fatto partendo dai dati climatici del sito di intervento, avvalendosi degli strumenti della bioclimatica. Allo stato attuale non è però possibile reperire diagrammi di surriscaldamento locali, ma è necessario riferirsi a modelli riportati in letteratura diversificati in funzione della latitudine. Ai fini del laboratorio sarà sufficiente prendere come riferimento il diagramma riportato in figura: Figura 10: Diagramma solare con area di surriscaldamento Una schermatura può definirsi efficace solo se la sua maschera di ombreggiatura copre l area di surriscaldamento e lascia scoperte le altre porzioni del diagramma. Un eccesso di copertura infatti significa lasciare in ombra un infisso anche in periodi in cui l ingresso del solare contribuisce al guadagno termico gratuito e al conseguente eccessivo ricorso all uso degli impianti di riscaldamento. 7

8 È importante fare anche un altra considerazione: il percorso del sole è simmetrico rispetto ai solstizi, le stagioni no. In altri termini ci sono periodi dell anno in cui il sole ha lo stesso percorso ma le temperature (e quindi i rischi di surriscaldamento) sono diverse. Si prendano ad esempio il 21 Agosto ed il 21 Aprile. Sul diagramma solare sono entrambi rappresentanti da un unica linea e questo perché il percorso del sole è identico nei due giorni. Le esigenze di protezione dal sole sono però differenti. Sicuramente ad Agosto è necessario provvedere all ombreggiamento di un infisso (in accordo con la figura sopra dalle 10 alle ora solare), mentre ad Aprile il problema non si pone, anzi potrebbe essere necessario il guadagno solare diretto. Per questo motivo le schermature più efficaci sono quelle mobili, in grado di essere regolate automaticamente o manualmente alle diverse condizioni climatiche. La procedura per la verifica dell efficacia di una schermatura solare può essere riassunta nei seguenti punti: 1. Disegno della maschera di ombreggiamento sulla base dell altezza e dell azimut dei profili orizzontali e verticali della schermatura; 2. Rotazione della maschera di ombreggiamento in funzione dell orientamento della finestra 3. Sovrapposizione della maschera ruotata al diagramma solare con l aera di surriscaldamento e verifica della sua totale copertura. Ad esempio, per una schermatura orizzontale con angoli =70 e =50 (si vedano le figure sopra) di una finestra esposta a Sud-Est i passaggi sono i seguenti: Figura 11: Costruzione della maschera di ombreggiamento per una schermatura orizzontale con angolo =70 e =50 8

9 Figura 12: Rotazione della maschera di ombreggiatura secondo l esposizione della finestra (in questo caso Sud-Est) Figura 13: Sovrapposizione della maschera di ombreggiatura con l area di surriscaldamento 9

10 Nell esempio riportato la schermatura si dimostra non adatta a proteggere la finestra durante le ore antimeridiane dei mesi estivi. Questo è dovuto al difficile orientamento della facciata e alla scelta della schermatura, più adatta per un esposizione completamente a sud. 2. LA SCELTA DELLA SCHERMATURA 3. Figura 14: Configurazione ottimale delle schermature solari in funzione dell orientamento Come visto sopra, la scelta della schermatura corretta è fondamentale per evitare che la verifica del periodo di surriscaldamento non dia risultato negativo. Come regola generale è bene dire anzitutto che, laddove possibile, la scelta migliore è quella delle schermature orizzontali aggettanti sopra la finestra. Questo però garantisce buoni risultati solo sulle facciate a sud. A seconda delle dimensioni della finestra e dell aggetto le schermature orizzontali potrebbero dover essere integrate con piccoli setti verticali. Per evitare eccessivi sovradimensionamenti delle schermature orizzontali a sud è suggeribile realizzare aperture basse ma larghe (es: finestra a nastro), più facili da proteggere. 10

11 Figura 15: Schermatura orizzontale combinata (aggetto + lamelle) L utilizzo di schermature combinate, ad esempio un aggetto fisso con lamelle mobili, conferisce alla schermatura la dinamicità necessaria per adattarsi alla variabilità delle condizioni climatiche. Mentre l aggetto fisso garantisce una base di schermatura, le lamelle possono essere ruotate per risolvere il problema del diverso fabbisogno di riscaldamento in periodi con medesimo percorso solare (ad es: Agosto e Aprile) Un sistema molto efficace, che al contempo migliora la distribuzione della luce nell ambiente interno, è quello del light shelf (letteralmente: mensola di luce). Consiste in una schermatura disposta al di sotto dell intradosso del solaio e consente la riflessione della luce sul medesimo migliorando l uniformità dell illuminamento naturale. Ovviamente è necessario che sia opportunamente dimensionata, così come è fondamentale realizzarla con un taglio termico che eviti la dispersione (o l ingresso) di calore attraverso la mensola stessa. Figura 16: Schermatura orizzontale realizzata con un light shelf Se ci si allontana dall esposizione sud la schermatura diventa sempre più difficile da realizzare efficacemente, a causa della minor altezza con cui il sole colpisce i fronti est e ovest. Se si aggiunge 11

12 il fatto che durante l estate il periodo più caldo della giornata coincide con le ore pomeridiane, è palese come la combinazione dell effetto aria-sole sulla superficie ovest sia causa inevitabile di surriscaldamento. In questo caso è possibile ricorrere a soluzioni tecnologiche avanzate, come i vetri a controllo solare (si veda la lezione relativa) e adottare schermature verticali, che sebbene, non risolvano completamente il problema, sono le più adatte per questo tipo di esposizione. Un altro accorgimento utile è quello di realizzare aperture alte e strette (tipo porta-finestra) più facili da schermare con setti verticali. Figura 17: Schermature verticali BIBLIOGRAFIA: AA. VV., Il Nuovo Manuale dell Architetto, Mancosu Editore, Roma F. Tucci, Involucro ben temperato, Alinea Editrice, Firenze 12

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