SISTEMI SOLARI PASSIVI

Transcript

1 SISTEMI SOLARI PASSIVI

2 LA RADIAZIONE SOLARE Ilflusso di energia solare ai confini della nostra atmosfera risulta mediamente di 1353 W/m2. Questo valore è chiamato costante solare. Il flusso di energia incidente al suolo, tenuto conto dell assorbimento atmosferico è in Italia circa 1000 W/ m2 [al suolo]

3 LA RADIAZIONE SOLARE La radiazione globale al suolo (G), è la somma di tre componenti, diretta, diffusa e di albedo. La radiazione diretta (I) è data dalla radiazione ai confini dell atmosfera detratto la quota assorbita e diffusa dall atmosfera durante l attraversamento dei raggi solari. La radiazione i diffusa (D), è dovuta alla diffusione i della radiazione i solare da parte delle particelle gassose o solide presenti nell atmosfera [dal 15 25%del totale in una giornata serena al 100% in caso di cielo totalmente coperto]. La componente di albedo (R) è infine dovuta alla radiazione riflessa sulla superficie interessata da parte di altre superfici, del suolo o di altri corpi direttamente visibili (edifici, montagne, etc..). Essa è spesso dt determinata t sperimentalmente. t

4 LA RADIAZIONE SOLARE La radiazione diretta, preponderante rispetto alla diffusa in condizioni di cielo sereno, tende a ridursi all aumentare dell umidità e della nuvolosità presente nell aria, fino ad annullarsi in condizioni di cielo completamente coperto.

5 IL PERCORSO SOLARE Per un osservatore che dalla Terra osservi il cielo, il percorso del Sole sulla volta celeste assume la forma di un arco che varia sia durante il corso dell anno che con la latitudine del luogo. Durante il corso dell anno la durata delle ore di luce ed il percorso del sole subiscono delle modifiche al variare delle stagioni. i La durata di luce è massima al solstizio d estate (21 giugno) giorno in cui, alle ore12 12, il sole raggiunge il punto più altonel cielo nel corso di tutto l anno; il caso opposto si verifica al solstizio d inverno (21 dicembre) mentre ai due equinozi di primavera (21 marzo) e di autunno (21 settembre) l altezza del sole alle 12 è intermedia tra la massima e la minima e le durate del giorno e della notte sono esattamente pari a 12 ore in tutto tt il globo.

6 IL PERCORSO SOLARE La posizione del sole rispetto adun punto sulla terra è determinata dall angolo di altezza solare α (tilt) e dall angolo azimutale γ. Il primo è l angolo verticale che la direzione collimata al sole forma con il piano orizzontale; il secondo è l angolo l orizzontale tra il piano verticale passante per il sole e la direzione del sud, ed è positivo verso est e negativo verso ovest. Questi due angoli variano con la Latitudine del luogo, l ora del giorno ed il mese considerati.

7 IL SOLE E L EDIFICIO L'accresciuta sensibilità ad un uso razionale delle risorse energetiche e la grande attenzione nei confronti dell'ambiente hanno portato alla nascita di una "cultura energetica" che ha finito per influenzare anche il settore edile. Oggi, infatti, l'edificio i non va più concepito come un elemento passivo che fagocita enormi quantità di energia, ma come strumento diproduzionediretta diretta di energia, utilizzabile in loco e/o a distanza (tramite la rete di distribuzione) al fine di soddisfare le richieste energetiche.

8 IL SOLE E L EDIFICIO La progettazione di questi edifici "energeticamente intelligenti" può essere eseguita seguendo fondamentalmente due vie tra loro compatibili: la progettazione secondo criteri bioclimatici (sistemi solari passivi) Nei sistemi passivi l edificio stesso, attraverso i suoi elementi costruttivi, tti i capta, accumula e trasporta t al suo interno l energia ricavata da fonti rinnovabili. l'integrazione alle strutture edilizie dei sistemi solari attivi I sistemi attivi captano, accumulano e utilizzano l energia proveniente da fonti rinnovabili con una tecnologia di tipo impiantistico.

9 I SISTEMI SOLARI PASSIVI I sistemi solari passivi sono tecnologie applicate al costruito impiegate al fine di regolare gli scambi termici tra esterno ed interno dell edificio facendo uso della radiazione solare come fonte energetica e sfruttando, come elementi captanti e d accumulo componenti edilizi sia d involucro che interni. I sistemi solari passivi sono di vari tipi ciascuno con proprie specifiche caratteristiche. Di norma essi vengono divisi in tre categorie di sistemi: a guadagno diretto a guadagno indiretto a guadagno separato

10 I SISTEMI SOLARI PASSIVI Elementi essenziali dei sistemisolarisolari passivi sono: I COLLETTORI: Sono gli elementi destinati alla captazione solare, prevalentemente collocati sull involucro edilizio in parti ben esposte alla radiazione solare, (fronti a sud e coperture) sono costituiti da superfici trasparenti e da assorbitori costituiti da superfici opache e scure che, esposte alla radiazione i solare che penetra dalla superficie i trasparente la convertono in calore. LE MASSE DI ACCUMULO: Destinate ad immagazzinare calore e a ricederlo in assenza di sole, prolungando il funzionamento dei sistemi solari passivi. I COMPONENTI DI CONTROLLO: Servono a regolare il funzionamento dei sistemi solari passivi nel ciclo giornaliero (i (giorno/notte ) e stagionale.

11 I SISTEMI SOLARI PASSIVI

12 SISTEMA A GUADAGNO DIRETTO ELEMENTI VETRATI La radiazione entra direttamente nello spazio da riscaldare mediante ampie superfici trasparenti e si converte in calore. Le superfici dell ambiente dotate di grande inerzia termica assorbono il calore in eccesso rilasciandolo nelle ore notturne. Captazione mediante superficie i trasparente t (Vetrata) t per irraggiamento ed effetto serra. Accumulo l energia è trattenuta da materiali ad elevata inerzia termica. Distribuzione mediante le superfici di accumulo soprattutto per irraggiamento. i

13 SISTEMA A GUADAGNO DIRETTO ELEMENTI VETRATI L edificio Ledificio deve essere dotato di aperture orientate verso il sole e fortemente coibentato nelle zone non esposte Con questo sistema solo gli ambienti direttamente interessati si giovano dell'apporto energetico solare, a meno che non vengano messi in diretta comunicazione con gli altri spazi dell'abitazione. E essenziale prevedere l apertura diffusa degli ambienti vetrati e la loro schermatura nel periodo estivo.

14 SISTEMA A GUADAGNO DIRETTO ELEMENTI VETRATI La radiazione diretta in uno spazio abitato si può avere anche attraverso il tetto, usando lucernai rivolti a Sud. Il soffitto dove è aperto il lucernaio va dipinto di colore chiaro ed è necessario applicare schermature per regolare la radiazione estiva.

15 SISTEMA A GUADAGNO INDIRETTO Nei sistemi a guadagno indiretto il collettore fa parte dell'involucro e riceve direttamente la radiazione solare dall esterno senza farla penetrare all interno, per poi ricederla attraverso l assorbitore, sotto forma di energia termica trasmessa per irraggiamento e convezione agli ambienti di accumulo, con un ritardo di alcune ore dipendente d di dai materiali utilizzati e dallo dll spessore dell'assorbitore. Tra essi si annoverano: Tra essi si annoverano: i muri di Trombe Michel e pareti ad accumulo; i sistemi ad accumulo; i roof pond.

16 SISTEMA A GUADAGNO INDIRETTO Muro di Trombe E costituito da un muro dotato di forte massa (laterizi, pietra, cls) esposto a Sud e da una vetrata posta a un distanza di 8 10 cm. L energia termica che incide sulla vetrata viene catturata nella camera d aria e provoca un innalzamento della temperatura del muro. Ilcalore viene ceduto in ambiente o per conduzioneattraverso la Il calore viene ceduto in ambiente o per conduzione attraverso la parete o per convezione se vengono effettuate delle aperture nella parte inferiore e superiore della stessa. Il muro di accumulo deve avere un elevato fattore di assorbimento (evitare tinte chiare verificare fattore di assorbimento del materiale).

17 SISTEMA A GUADAGNO INDIRETTO Muro di Trombe Nella stagione estiva il muro può essere utilizzato come camino solare costituendo un sistema di raffrescamento naturale.

18 SISTEMA A GUADAGNO INDIRETTO Sistemi ad Accumulo Sistema ad Acqua E costituito da una parete trasparente realizzata con due lastre da 10mm separate da intercapedine da 100 mm riempita d acqua, esternamente una tapparella riduce, all occorrenza la radiazione solare e la trasmissione del calore verso l esterno durante la notte.

19 SISTEMA A GUADAGNO INDIRETTO Sistemi ad Accumulo Sistema Cambiamento di fase Sfruttano le proprietà di alcuni materiali inorganici (Sali idrati, solfato di sodio o di calcio) o organici (paraffine). I materiali che subiscono un cambiamento di fase assorbono calore quando fondono e lo rilasciano quando risolidificano e questo avviene in un ristretto tt intervallo di temperatura t detto "intervallo di fusione. In questo intervallo i materiali presentano il più alto valore della capacità termica.

20 SISTEMA A GUADAGNO INDIRETTO Roof Pond Il sistema è costituito da una massa termica (acqua) sulla copertura, sorretta da un solaio ad elevata conducibilità termica.

21 SISTEMA A GUADAGNO INDIRETTO Roof Pond In inverno durante il giorno avviene un accumulo di energia nella massa d acqua. Di notte i contenitori di acqua vengono coperti con pannelli isolanti e il calore ceduto agli ambienti sottostanti t ti attraverso il solaio. li D estate nel periodo diurno i contenitori sono Destate nel periodo diurno i contenitori sono coperti e l acqua assorbe il calore proveniente dall ambiente sottostante. Di notte i contenitori vengono scoperti e cedono il calore accumulato all esterno.

22 SISTEMA A GUADAGNO ISOLATO In un sistema a guadagno isolato il collettore solare è termicamente isolato dagli ambienti dell'edificio. Nei sistemi passivi il trasferimento di energia dal collettore all'ambiente o all'accumulo e dall'accumulo all'ambiente avviene solo attraverso processi non meccanici, come la convezione e l'irraggiamento.

23 SISTEMA A GUADAGNO ISOLATO Ilpiù comune tra questi processi di trasferimento dell'energiaenergia è una forma particolare di convezione conosciuta come effetto termosifone: l'aria è riscaldata nel collettore, diventa meno densa e sale, richiamando aria più fredda dal basso; l'aria più calda trasferisce la sua energia all'accumulo isolato o alla stanza ed ai suoi occupanti, si raffredda e ricade verso il basso per essere ripresa dl dal collettore, da cui il ciclo continua fintanto che il collettore rimane sufficientemente caldo.

24 SISTEMA A GUADAGNO ISOLATO Serre Una serra è un volume edilizio chiuso da pareti trasparenti ticontiguo agli spazi abitati. ti Ilsistemapuò avere numerose configurazioni. Il sistema può essere concepito come spazio abitabile, solo come collettore solare, come spazio cuscinetto.

25 SISTEMA A GUADAGNO ISOLATO Serre All interno della serra può essere collocata una massa di accumulo come volano. Per evitare il surriscaldamento della serra nel periodo estivo è necessario prevedere delle schermature o delle aperture. In questo caso la serra può fungere anche come sistema di raffrescamento passivo sfruttando l effetto camino. Le serre sono applicabili ed adattabili agli edifici preesistenti.

26 SISTEMA A GUADAGNO ISOLATO Serre

27 COMPONENTI DI CONTROLLO SCHERMATURE I dispositivi più semplici sono gli aggetti ed i frangisole. Il difetto principale degli schermi fissi è che l'entità della schermatura è determinata dalle stagioni solari, piuttosto che da quelle climatiche e ciò produce effetti schermanti anche in periodi in cui è richiesto un riscaldamento passivo.

28 COMPONENTI DI CONTROLLO SCHERMATURE Gli schermi fissi taglianosempre una parte della radiazione diffusa e quindi riducono l'illuminazione naturale. Gli aggetti orizzontali per riparare le finestrature sono fortemente raccomandati sulle facciate con orientamento sud, sud est, e sud ovest, dove le superfici i vetrate devono essere mantenute completamente in ombra durante le ore centrali della giornata. Le schermature possono essere strutture semplici e relativamente leggere sia dal punto di vista strutturale che architettonico, contribuendo ad arricchire visualmente la facciata.

29 COMPONENTI DI CONTROLLO SCHERMATURE L'effetto Leffetto sul carico termico e sul comfort (riduzione della temperatura esterna ed interna delle superficie vetrate) è rilevante, senza penalizzare il contributo delle vetrate alla componente naturale dell'illuminazione. i i Frangisole orizzontali o verticali in: acciaio, alluminio, legno, cotto o vetro possono contribuire a risolvere in maniera efficace problemi per i quali in passato era necessario utilizzare tecnologie pesanti oppure affidarsi a potenti sistemi di condizionamento. i

30 COMPONENTI DI CONTROLLO SCHERMATURE

31 COMPONENTI DI CONTROLLO SCHERMATURE

32 COMPONENTI DI CONTROLLO SCHERMATURE