E’ importante massimizzare l’accesso della radiazione solare nell’edificio durante la stagione del riscaldamento, ottimizzando l’utilizzo del sito per evitare un’eccessiva azione di schermo da parte degli edifici vicini o degli alberi. E’ pure necessario tener conto del microclima, sfruttando piantagioni, la morfologia del suolo ecc., per proteggere l’edificio dal clima e quindi ridurne le dispersioni di calore. La forma stessa dell’edificio è utilizzata per esaltare questi effetti.
In questo modo l’edificio viene considerato come un enorme collettore “abitato”, con finestre o superfici vetrate relativamente grandi e rivolte a sud, sud-est e sud-ovest.
Il guadagno solare ottenuto applicando dei sistemi solari passivi è la differenza tra la quantità di energia solare utile che entra nell’edificio e le dispersioni di calore dello stesso.
Oltre che con una scelta accurata dei sistemi di accumulo e di distribuzione del calore, l’energia solare utile raccolta può essere massimizzata con:
– la scelta di un orientamento ed una inclinazione favorevoli;
– l’installazione di riflettori della luce solare;
– l’evitare ombre riportate;
– l’utilizzo di vetrate con elevata trasmittanza della radiazione solare;
– la scelta di un sistema ad elevato assorbimento della radiazione solare.
Per ridurre le dispersioni di calore possono essere utilizzati i seguenti sistemi:
– vetrate a bassa conduttanza termica;
– schermi isolanti mobili.
Un elevato assorbimento della radiazione solare implica o che la superficie assorbente è nera o che l’assorbimento apparente è elevato, come nei sistemi a guadagno diretto. Le dispersioni di calore per irraggiamento termico possono invece essere ridotte, in un certo numero di sistemi a guadagno indiretto, applicando uno strato a bassa emissività sulla superficie assorbente.
Per controllare il guadagno solare è necessario ricorrere a schermi solari, anche se il loro utilizzo durante la stagione del riscaldamento sarà in contrasto con la necessità di evitare ombreggiamenti.
In questo contesto saranno presi in considerazione i seguenti sistemi di mitigazione:
– schermi fissi;
– schermi mobili;
– vegetazione.
ORIENTAMENTO E INCLINAZIONE
La scelta di un orientamento ed una inclinazione favorevoli è il sistema più importante per ottimizzare il guadagno solare. In generale, nella stagione del riscaldamento, la quantità maggiore di energia solare è raccolta da una superficie inclinata rivolta a sud. Ciò non è più vero quando, per esempio, c’è più sole al mattino che al pomeriggio o viceversa e questa asimmetria può essere causata da nubi o ombre. La quantità di energia solare utilizzata dipenderà poi dall’accumulo termico e dal modello di domanda del calore. E ciò può influenzare la scelta dell’orientamento ottimale. Se la domanda di calore nel mattino è più bassa che nel pomeriggio, un orientamento verso sud-ovest può essere più vantaggioso.
Se il piano del collettore non è rivolto esattamente a sud, la quantità di energia utile raccolta si riduce, anche se solo leggermente fino ad un angolo di 30 °C verso est o ovest. In questo caso, però, l’efficacia di uno schermo solare può venire drasticamente ridotta ed è quindi possibile che sia proprio lo schermo, invece del guadagno solare, a vincolare la scelta dell’orientamento per la stagione del riscaldamento.
La fig. 1 mostra che in inverno, su una superficie verticale rivolta a sud, cade la maggiore quantità di energia solare. Al contrario, in estate maggiore energia cade su una superficie verticale rivolta ad est oppure ovest. Ciò ha l’effetto di ridurre i problemi del surriscaldamento per una superficie vetrata rivolta a sud. L’inclinazione più corrente è quella verticale.
Questo è il risultato di considerazioni spaziali e motivi pratici quali la pulizia dei vetri, lo scarico di acqua condensata ecc.
Inoltre un isolamento mobile o uno schermo solare sono normalmente più facili da fissare su una superficie verticale.
Poiché molteplici sono gli aspetti da considerare nella determinazione della inclinazione ottimale, non può essere data una singola soluzione generale.
La riduzione della pendenza rispetto ad una superficie verticale rivolta a sud comporta:
– una maggiore quantità di energia solare raccolta durante la stagione del riscaldamento (l’inclinazione alla quale si riceve il massimo di energia, aumenta con l’aumentare della latitudine);
– una maggiore perdita di radiazione termica verso l’atmosfera: il piano vedrà una più ampia sezione fredda della volta celeste;
– maggiori problemi di surriscaldamento nell’edificio, specialmente in estate;
– condizioni sfavorevoli per l’applicazione di uno schermo solare orizzontale.
RIFLETTORI SOLARI
L’irraggiamento verso un’apertura solare può essere aumentato posizionando un riflettore di fronte alla parete vetrata. I riflettori possono essere superfici metalliche, possibilmente protette da un materiale trasparente, mentre altre possibilità sono fornite dall’acqua e da superfici a colori chiari. La riflessione può essere sia speculare che diffusa.
Le superfici metalliche lucidate danno una riflettanza principalmente speculare, mentre la maggior parte delle altre superfici danno una riflettanza diffusa.
Può essere necessario modificare l’angolo di un riflettore metallico per massimizzare il guadagno solare utile durante la stagione del riscaldamento. Questo è usuale per i riflettori utilizzati in altre applicazioni solari, ma negli edifici solari passivi ciò può causare problemi di abbagliamento.
L’energia riflessa da un riflettore a diffusione è minore rispetto al caso di una superficie metallica, perché la riflettanza è spesso minore, inoltre la radiazione riflessa che raggiunge l’apertura solare è minore a causa della diffusione.
La tab. 1 fornisce la riflettanza speculare di diversi materiali.
Per piccoli valori dell’altezza del sole sull’orizzonte, la riflettanza della superficie è al valore massimo, ma anche così è solo del 35% e può ridursi se ci sono onde. Ad altezze più grandi del sole la riflettanza scende ad un 2% perché la maggior parte della radiazione viene trasmessa nell’acqua (tab. 1).
