RAFFRESCAMENTO PASSIVO: l’esempio della tradizione

 

 

Lo  sfruttamento dell’energia solare  senza l’uso di speciali impianti e’ detto “ passivo “.

I sistemi “ attivi “ invece impiegano impianti tecnologici come pannelli fotovoltaici, collettori solari ad acqua o semplici ventilatori che convogliano l’aria calda.

La ventilazione naturale si basa fondamentalmente su fenomeni naturali di pressione e depressione dell’aria determinati dall’azione del vento sull’involucro esterno dell’edificio.

Il comune termine di aerazione dei locali risulta fondamentale in quanto consente di rinnovare l’aria interna viziata, nonche’ d’asportare l’aria calda che si crea in estate.

Il sistema piu’ semplice, antico ed economico e’ creare un passaggio d’aria tra esterno ed interno e viceversa. Anche se puo’ sembrare semplice ….. apriamo una finestra….il discorso si fa piu’ complesso considerando diversi fattori climatici, morfologici dell’edificio, tipologici  e posizionamento adeguato delle aperture.

Il punto di partenza dello studio della ventilazione naturale di un edificio e quindi degli ambienti interni e’ l’analisi climatica del contesto.

Fondamentale e’ conoscere le condizioni di ventosita’ del sito, l’umidita’ dell’aria  e non meno importante il tasso di inquinamento della stessa.

 

Analisi climatica ( il vento ):

un fattore fondamentale che contribuisce alla formazione del clima del luogo e’ il comportamento dei venti al suolo.

Particolare importanza ha lo studio delle brezze in quanto fenomeno prettamente locale e agenti con ciclo giornaliero assumendo particolare rilevanza in zone di montagna o mediterranee.

Le caratteristiche geomorfologiche dell'Italia e, in particolare, lo sviluppo dei litorali e l'estensione delle zone collinari e montuose, determinano una ventosità diffusa a prevalente regime di brezza, con velocità media relativamente bassa (1-2 m/s), velocità e frequenza piuttosto variabili e direzioni prevalenti alternate nell'arco della giornate. Tali connotati rendono quindi la risorsa vento particolarmente idonea ad essere utilizzata come motore naturale della ventilazione, in funzione sia del rinnovo dell'aria negli ambienti confinati, sia del raffrescamentopassivo degli edifici.

I servizi meteo nazionali forniscono le analisi delle frequenze del vento in base ai dati rilevati dagli aeroporti ove l’altezza standard dal suolo e’ 10 m.

Naturalmente il profilo della velocita’ del vento dipende molto dalle irregolarita’ superficiali del suolo come depressioni del terreno, rilievi collinari, contesto urbano etc.

In questo caso i dati rilevati dalla stazione piu’ vicina vengono corretti con l’impiego di profili di velocita’ che tengono conto della variazione al suolo dei due luoghi.

La velocita’ V ad una determinata H dal suolo:

V= Vo ( H/ Ho )

Vo = velocita’ rilevata

Ho = altezza di rilevamento

a  =  coefficiente in funzione del suolo

N.B.  la velocita’ V misura la corrente indisturbata.

L’effetto barriera  di elementi del contesto sull’edificio e l’effetto turbolenza con conseguente incremento dello scambio termico e del ricambio dell’aria.

Importante e’ lo studio  delle pressioni del vento sulle superfici esterne dell’edificio in modo da poter posizionare adeguatamente porte, finestre, lucernai, camini e dimensionare inoltre l’isolamento termico delle pareti (sui lati particolarmente esposti ai venti freddi , l’isolamento termico dovrebbe essere piu’ efficace e le aperture limitate a quanto serve per la ventilazione trasversale dell’edificio).

Quando un edificio e’ investito da una corrente ventosa la parte direttamente interessata e’ soggetta a forti pressioni mentre la parete opposta detta sottovento e’ interessata da depressioni.

La pressione sul sopravento e’ positiva mentre sul lato sottovento  si forma una zona di depressione negativa con formazione di vortici

Tale differenza di pressione che dipende quindi dalla velocita’ del vento, genera una ventilazione naturale degli ambienti.

Per sfruttare appieno tale soluzione, e’ necessaria la presenza di almeno due locali in direzione opposta in modo da creare un riscontro d’aria.

In caso di zone climatiche con una forte ventosita’, schermi di vegetazione  possono proteggere le zone piu’ esposte e permettere anche la sosta in zone aperte (parchi, piazze, giardini) nei climi temperati nelle medie stagioni, ove una velocita’ del vento maggiore di 4 m/s  puo’ inficiarne l’utilizzo.

Per proteggere le zone piu’ esposte, la vegetazione deve essere alta come l’edificio e fitta e la distanza dal lato sottovento dell’edifico alla barriera  non deve superare di 5 volte l’altezza della costruzione.

La presenza di vegetazione inoltre ha anche la funzione di modificare il microclima (diminuisce la temperatura, aumenta l’umidita’) ; la barriera raffresca l’aria che poi verra’”captata” dall’edificio.

Effetti della forma, dimensione, orientamento sul campo di velocita nelle vicinanze dell’edificio

 

SISTEMI DI “CAPTAZIONE” DELL’ARIA:

Considerando l’edificio sotto l’aspetto piu’ propriamente naturale, bisogna considerarlo come un organismo che “ respira “, in tal modo l’aspetto dell’aerazione naturale risulta fondamentale.

Possono essere identificati diversi “tipi di aerazione libera”:

naturale: in presenza di materiali traspiranti e di aperture non a tenuta stagna (edifici vecchi): tasso di ricambio d’aria che va da 1 a 2 ( nei nuovi edifici con infissi “ sigillati “ si va a 0,2.

Per quanto riguarda l’aerazione attraverso le fughe si ha un ricambio di 2-3 mc/h per m ma questo riguarda infissi vecchi e fuori norma.

Considerando nuovi infissi e le norme odierne piu’ restrittive, si deve considerare l’apertura delle finestre la quale puo’ essere parziale (non garantisce l’adeguato apporto d’aria) o aerazione trasversale quando si aprono finestre contrapposte dello stesso ambiente o di ambienti diversi; in presenza di una porta puo’ essere utile inserire una griglia tenendo cosi’ la porta chiusa. L’aerazione trasversale risulta essere adeguata sia per un buon ricambio d’aria, sia per una buona ventilazione interna.

La differenza di pressione massima si ottiene collocando l’apertura d’ingresso dell’aria sul lato sovrapressione (sopravento) e quella d’uscita sul lato in depressione (sottovento) con angolo d’incidenza del vento tra la perpendicolare e 90°.

Per una corretta aerazione trasversale risultano fondamentali anche:

-        profondita’ dell’ambiente in rapporto all’altezza

-        presenza di partizioni interne che limitano il flusso. Prevedere una corretta partizione interna in                modo da creare delle zone di calma in modo che il flusso non penetri.

L’effetto camino gia’ utilizzato nell’antichita’ e tuttora presenti nei paesi arabi (camini solari) sfrutta il principio secondo il quale l’aria calda, piu’ leggera di quella fredda, tende a salire richiamando altra aria fredda; man mano che l’aria esce dal camino ne entra altra da aperture esterne.

Il sole riscalda la parte sporgente formandosi nel canale una corrente verticale.

Disposizione delle aperture per una corretta ventilazione naturale:

Durante le ore diurne il calore viene accumulato nell’ ambiente confinato grazie anche ai materiali del quale e’ costituito ed alla loro inerzia termica.

L’aria fresca notturna viene introdotta all’interno per dissipare tale calore accumulato.

Una corretta ventilazione dipende da:

a)     dimensione delle aperture

b)     disposizione orizzontale delle aperture

c)     disposizione verticale delle aperture

 

a) le aperture sul lato sottovento (pressione negativa) devono avere dimensioni maggiori di quelle             sopravento, cosi’ aumentano la velocita’ dell’aria all’interno e l’effetto rinfrescante.

b) fermo restando che la soluzione  migliore resta la presenza di finestre su pareti contrapposte, una disposizione delle aperture asimmetriche su pareti opposte garantisce un buon compromesso favorendo il raffrescamento naturale. Nel caso di aperture presenti sul lato sopravento (pressione positiva) e su i lati adiacenti, si avra’ una ventilazione degli ambienti a bassa velocita’. Da evitare le sole aperture sul lato sottovento (pressione negativa) in quanto non si genera ventilazione.

c) Nel caso di ventilazione passante da vento, la collocazione verticale delle aperture d’ingresso ed uscita e’ legato allo scopo del raffrescamento: raffrescamento corporeo: apertura ad altezza uomo – raffrescamento massa muraria: apertura d’ingresso vicino alla massa da rinfresca od ad altezza pavimento o soffitto. Nel caso di soluzione combinata di vento-effetto camino, per evitare sovrapposizioni di flussi, si posiziona l’apertura di uscita piu’ alta (in direzione sottovento rispetto alla direzione prevalente di quella d’entrata che e’ posizionata vicino al pavimento in contatto con l’esterno. L’estrazione avverra’ tramite un’apertura posta in alto ad un condotto o vano verticale come un atrio o vano scala con apertura in sommita’. La differente densita’  dell’aria tra quella entrante ed uscente fa si che l’aria calda esca dal camino solare. Il sistema funziona ottimamente se e’ tanta la differenza di temperatura tra zona del camino e zona d’immissione dell’aria fresca. A tale scopo e’ buona norma proteggere d’irradiazione solare la zona d’immissione creando sacche d’aria o vegetazione, mentre il camino deve essere esposto completamente irraggiamento solare.  Tale sistema prevede per lo piu’ prese d’aria unidirezionali che producono prevalentemente effetto camino.

Nel caso sia necessaria la presenza delle ventilazione passante verticale il condotto o torre, generalmente diviso in piu’ condotti interni, funziona alternativamente, in relazione al periodo o alla presenza o meno di vento, come elemento di captazione ed estrazione dell’aria.

 

TORRE DEL VENTO IRANIANA.

 

 

 

Di forma prevalentemente quadrata, la torre e’ divisa lungo l’altezza in 4 parti in modo che qualunque sia la giacitura dell’edificio, la stagione e l’ora, almeno due settori contigui saranno in ombra e all’interno della torre si determinera’ un doppio flusso parallelo tale da estrarre aria calda e immettere aria fresca.

La possibilita’ di funzionamento contemporaneo delle due modalità necessita’ di due vani verticali per la movimentazione dell’aria : l’uno in immissione, con direzione discensionale, l’altro in estrazione (torrino o lanternino) con direzione ascensionale: QA’A EGIZIANO.

Nel sistema a ventilazione passante verticale l’immissione avviene da un’apertura posta piu’ in alto rispetto a quella d’uscita e tramite un condotto l’aria viene immessa nei locali. L’apertura e’ rivolta sopravento in direzione dei venti dominanti. Tale sistema è particolarmente adatto in condizioni di vento prevalente relativamente costante, nel periodo caldo, nonché in situazioni di contesto urbano ad alta densità edificata, in cui risulta difficile utilizzare aperture ordinarie (finestre) collocate a livello del vano per l'immissione d'aria, soprattuttoal primi piani fuori terra.

In assenza di vento il sistema si puo’ trasformare in un sistema d’estrazione naturale ad effetto camino come le torri del vento iraniane in situazione notturna.

La soluzione di raffrescamento della torre del vento iraniana prevedeva anche un sistema di raffrescamento per ventilazione da condotti interrati.

L’aria fresca viene introdotta nei locali surriscaldati dopo essere stata convogliata in canali sotterranei a contatto con il terreno profondo la cui temperatura si mantiene costante per tutto l’arco dell’anno (poco piu’ della media annuale del luogo). La circolazione dell’aria puo’ avvenire sia naturalmente (effetto camino come da tradizione) sia in maniera ibrida con ventilatori (soluzione odierna anche per la necessita’ del volume di portata d’aria e per la velocita’ di normativa).

La lunghezza dei condotti e’ minimo di 10m ed il diametro da 20 a 30 cm.

La profondita’ a cui collocare i condotti e’ compresa tra 1.5 e 3m

La velocita’ all’interno dei condotti e’ compresa tra 4 e 8m/s.

Tale sistema puo’ avere degli inconvenienti come la formazione di condensa con formazione di muffe. A tale scopo si possono porre dei filtri appropriati all’uscita del condotto, posizionare le tubazioni in pendenza 1% e praticare dei fori alla base del gomito inferiore del condotto.

Gli studi dell’architetto egiziano Hassan Fathy hanno permesso di comprendere le antiche tecniche di ventilazione dei locali degli edifici residenziali dell’alto Egitto che rendevano tali edifici  come organismi respiranti.

Le situazioni di comfort termo-igromerico riscontrato negli edifici studiati dipendeva non solo dallo spessore notevole delle pareti, ma anche in gran parte da una razionale circolazione dell’aria che comportava un notevole abbassamento delle temperature interne e una corretta umidificazione  degli ambienti.

Alcuni elementi risultavano fondamentali:

-  la presenza di una corte interna in quanto questa “ fungeva da pozzo nel quale scende l’aria fresca dai tetti, permettendo ai locali inferiori di raffreddarsi piu’ rapidamente durante la notte “. Inoltre la presenza contemporanea di zone soleggiate ed in ombra creavano una naturale circolazione d’aria tra le diverse parti dell’edificio a causa dei moti ascendenti e discendenti prodotti dalla differenza di temperatura dell’aria.

-  Camini di ventilazione o Malkaf: “ il vento dominate, che soffia in direzione nord-nord-ovest e’ relativamente fresco……” “ questo congegno ( malkaf ) puo’ essere  collocato con la massima precisione nell’angolo giusto per captare il vento, indipendentemente dall’orientamento della casa stessa”.

La circolazione dell’aria poi avveniva nel locale piu’ ampio (Dorka’a) la cui parte centrale molto alta, ha in cima un’apertura per lasciare uscire l’aria calda.

-  la presenza dell’elemento acqua associato al sistema malkaf contribuiva, con l’umidita’, ad abbassare    ulteriormente la temperatura. 

L’architetto Fathy inseri' in alto nel camino delle giare in terracotta ( materiale poroso ) piene d’acqua in mezzo quindi alle correnti d’aria. In questo modo, umidificando l’aria, si abbassava di alcuni gradi la temperatura.

Analoga funzione delle fontane nei palazzi arabi.

(Arch. Clelia Campobasso)

 

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