I SISTEMI SOLARI PASSIVI

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1 I SISTEMI SOLARI PASSIVI Sono sistemi e tecnologie per captare, accumulare, distribuire e controllare l'energia del sole all'interno degli edifici I sistemi per il riscaldamento passivo raccolgono e trasportano il calore derivante dal sole senza l ausilio di mezzi meccanici, ma con mezzi naturali come l irraggiamento, la conduzione e la convezione.

2 I SISTEMI SOLARI PASSIVI Assorbitore - superficie opaca di colore scuro Collettore Sistema di controllo mobile riflettente Accumulo Sistema di controllo mobile Avvolgibile esterno Sistema di controllo isolante mobile

3 SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO DIRETTO I sistemi a guadagno diretto rappresentano il modo più semplice di concepire un sistema di riscaldamento passivo (vetrate, serre addossate) La radiazione solare entra direttamente nell ambiente interno attraverso superfici vetrate e viene assorbita dagli elementi strutturali d accumulo (parete, pavimento o soffitto), che rilasceranno il calore successivamente;

4 SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO DIRETTO Georg W. Reinberg: complesso residenziale a Vienna

5 I SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO INDIRETTO Nei sistemi a guadagno indiretto la radiazione solare colpisce una massa termica. L energia solare assorbita dalla massa viene convertita in calore e trasmessa lentamente al retrostante spazio abitato. Tra questi sistemi troviamo le pareti di accumulo e il Muro Trombe Il Muro Trombe, consta di una parete d accumulo (con la superficie esposta al sole dipinta di colore scuro) alla quale è anteposta, sul lato esterno, a cm una superficie vetrata (che per effetto serra scalda l aria dell intercapedine tra il vetro e il muro, aumentando l efficacia del sistema). Muro di accumulo La parete è dotata di aperture, in alto e in basso, per permettere il passaggio dell aria. L aria calda, che tende a salire, entra in casa passando dai fori superiori, richiamando nell intercapedine l aria fredda dell interno. Per il riscaldamento invernale, durante il giorno le fenditure restano aperte lasciando circolare l aria come descritto mentre di notte si chiudono e la parete restituisce il calore accumulato durante la giornata. Muro Trombe funzionamento invernale diurno D estate, durante il giorno si chiudono le aperture e viene aperta la vetrata, mentre nelle ore notturne vengono aperte le fenditure e l aria calda dell interno entra nell intercapedine dall alto, si raffredda e ritorna nell appartamento attraverso i fori in basso.

6 I SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO INDIRETTO Diversi possibili funzionamenti del Muro Trombe Funzionamento invernale giorno Solo ventilazione invernale Ventilazione estiva Come parete ventilata

7 I SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO INDIRETTO Altro sistema a guadagno indiretto è il pozzo solare in cui un elemento di captazione è posizionato sulla copertura dell edificio. Superfici riflettenti, opportunamente disposte, consentono la penetrazione della radiazione solare verso il basso, fino a raggiungere la parete di accumulo che separa il pozzo dall ambiente abitato. Pozzo solare funzionamento invernale diurno

8 I SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO ISOLATO Tra i sistemi a guadagno isolato si segnalano le serre non abitabili La serra addossata esposta a sud comprende uno spazio tampone non idoneo per l abitabilità in quanto le fluttuazioni di temperatura al suo interno dipendono direttamente dalle condizioni esterne. Il funzionamento invernale prevede la captazione dell energia solare attraverso il vetro (collettore solare), il suo accumulo nella massa costituita dal muro di separazione con lo spazio abitabile interno. Il calore accumulato viene poi trasferito all interno con un certo ritardo rispetto alle ore di insolazione. spazio tampone spazio abitato vetro muro di accumulo

9 I SISTEMI SOLARI PASSIVI A GUADAGNO ISOLATO Altri sistemi a guadagno isolato sono i collettori ad aria con circolazione naturale Questo sistema utilizzano una superficie di captazione (collettore) con un elemento assorbitore che converte l irraggiamento in calore che a sua volta viene trasmesso all aria dall intercapedine interposta tra la superficie assorbente e il collettore. L aria riscaldandosi sale e passando attraverso opportune aperture (bocchette) viene trasferita agli ambienti abitati. collettore assorbitore intercapedine

10 I SISTEMI SOLARI PASSIVI: SOLUZIONI MISTE Vi sono anche soluzioni miste, che combinano cioè diversi aspetti tra quelli elencati, a seconda delle esigenze specifiche il sistema Barra-Costantini con funzionamento a camino solare Funzionamento del sistema Barra - Costantini

11 RAFFRESCAMENTO PASSIVO

12 Il raffrescamento naturale Il raffrescamento naturale può avvenire secondo tre diversi modi Raffrescamento ventilativo corporeo, RVC prodotto dallo scambio convettivo tra aria e pelle, per effetto sia della differenza di temperatura, sia della velocità dell'aria; Raffrescamento ventilativo ambientale, RVA relativo all abbassamento della temperatura dell'aria in un ambiente confinato, per effetto dell'introduzione d'aria più fredda dall'esterno; Raffrescamento ventilativo della massa, RVM prodotto dallo scambio convettivo tra le superfici delle strutture edilizie (pareti, pavimenti, soffitti, ecc.) ed aria a temperatura più bassa di quella delle superfici stesse.

13 RAFFRESCAMENTO PASSIVO 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.

14 RAFFRESCAMENTO PASSIVO

15 RAFFRESCAMENTO PASSIVO

16 I sistemi che generano movimento d'aria sono quelli che forzano il passaggio e la circolazione dell'aria all'interno dell'edificio, per l'effetto di differenze di pressione. Inverno - chiuso Espulsione fumo Estate - Ventilazione Riparo dai venti freddi I diversi meccanismi di controllo microclimatico del tepee degli indiani d america a) chiuso -periodo freddo b) ventilazione per effetto camino-espulsione fumo c) ventilazione passante d) barriere protettive dai venti freddi

17 RAFFRESCAMENTO PASSIVO VENTILAZIONE PASSIVA Questi sistemi di ventilazione si caratterizzano per la portata d'aria in entrata e in uscita dall'edificio, rinnovano l'aria interna e possono raffrescare l'ambiente con il movimento d'aria indotto. I loro effetti si valutano con il numero di ricambi orari (rh) di aria, che implicano una velocità dell'aria interna (v) che si misura in metri al secondo. I rinnovi orari si valutano in m 3 /h e per m 3 di volume abitabile.

18 RAFFRESCAMENTO PASSIVO Ventilazione incrociata Effetto camino Depressione Torre del vento

19 RAFFRESCAMENTO PASSIVO Il primo e più semplice modo di muovere l'aria è dato dalla ventilazione incrociata. Che consiste nel favorire il movimento d'aria all'interno di uno spazio. o di una successione di spazi, collocando le aperture in due facciate contrapposte di uno stesso ambiente. Si tratta di un sistema consigliabile in climi caldo-umidi o anche in climi temperati durante la stagione estiva. Le aperture devono essere collocate in facciate che comunichino con spazi esterni e con condizioni di esposizione alla radiazione e ai venti molto diverse tra loro. In presenza di un debole vento esterno il numero di rinnovi orari (rh) d'aria che possono essere ottenuti con il sistema della ventilazione incrociata oscilla solitamente tra 8 e 20.

20 RAFFRESCAMENTO PASSIVO Ventilazione incrociata

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22 RAFFRESCAMENTO PASSIVO

23 L'effetto camino, si produce favorendo l'estrazione dell'aria attraverso aperture collocate nella parte alta dei locale e collegate a un condotto verticale di estrazione. La differenza di densità dell'aria fa si che l'aria calda, meno densa, esca da queste aperture. Il funzionamento del sistema prevede aperture collocate nella zona inferiore del locale che permettano l'entrata di aria fredda con densità maggiore. La ventilazione indotta dall effetto camino non è molto elevata, in quanto il numero di rinnovi orari (rh) oscilla tra 4 e 6. LICEO POLIVALENTE FREJUS FRANCIA 1991/93 PROGETTISTA: SIR NORMAN FOSTER

24 Utile per evitare la stratificazione di aria calda nella parte superiore degli ambienti interni. In spazi grandi, in cui è molto probabile che si produca una stratificazione termica, è possibile minimizzare questo problema attraverso lo sfruttamento dell effetto camino che evita l accumulo di aria calda nella parte superiore dello spazio abitabile. UFFICI E RESIDENZE A POTSDAMERPLATZ BERLINO PROGETTISTA: RICHARD ROGERS

25 Se la temperatura esterna è molto elevata l'estrazione dell'aria per effetto camino è limitata. Perché possa funzionare correttamente deve esistere una differenza di temperatura tra l'aria esterna e l'aria calda che si trova nella parte alta dell'ambiente abitabile. Un sistema che favorisce il movimento d aria interna per effetto di un'estrazione forzata grazie alla radiazione solare è quello della camera solare. Il funzionamento di questo sistema consiste nel riscaldamento dell'aria all'interno della camera solare mediante un elemento captante di colore scuro protetto da una lastra di vetro. Quando l'aria si riscalda e diminuisce la propria densità, si produce un effetto di aspirazione nelle aperture sottostanti a contatto con l'ambiente interno e quindi una estrazione dell'aria interna verso l'esterno.

26 Estrazione naturale- apertura in alto (effetto camino) Ingresso aria zona sopravvento Schema di ventilazione combinata vento (immissione) effetto-camino (estrazione) Sistema combinato vento-effetto camino Il sistema che combina l'effetto del vento con quello determinato dalla differenza di temperatura dell'aria tra esterno ed interno (effetto camino), è quello in cui si prevede l'immissione dell'aria in zona sopravvento, ad altezza del locale da ventilare, e l'estrazione naturale da un'apertura posta più in alto, all'estremità di un condotto o vano verticale. Quest'ultimo può essere sia una conduttura costruita ad hoc, sia uno spazio con altre funzioni, quale un vano-scala o un atrio con aperture apribili in copertura.

27 Schema dei flussi d'aria in una torre iraniana associata a un condotto sotterraneo Tecniche di raffrescamento naturale sono quelle sviluppate in medio oriente, nei Qa'a egiziani e nelle torri del vento iraniane. Il meccanismo di base consiste nel catturare il vento in alto, dov'è più veloce e più freddo, condurlo all'interno dell'edificio attraverso condotti verticali che hanno un involucro di massa consistente (in modo da impedire il riscaldamento dell'aria) ed espellere quindi l'aria calda e viziata dei vani interni attraverso aperture poste in alto. Nel qa'a l'elemento di captazione del vento è il malkat posto sopravvento e possibilmente a nord, mentre l'apertura di estrazione è rappresentata da un lanternino. Entrambi le aperture sono direttamente collegate con i locali da raffrescare e il ciclo è continuo, giorno e notte

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