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SISTEMI SOLARI  PASSIVI


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


LA RADIAZIONE SOLARE La radiazione globale al suolo (G), è la somma di tre componenti,  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. L La radiazione diffusa (D), è dovuta alla diffusione della radiazione  di i diff (D) è d t ll diff i d ll di i solare da parte delle particelle gassose o solide presenti  nell’atmosfera [dal 15 – 25% del totale in una giornata serena al  25% del totale in una giornata serena al nell atmosfera [dal 15  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 determinata sperimentalmente. d t i t i t l t


LA RADIAZIONE SOLARE La radiazione diretta, preponderante rispetto alla diffusa in  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  p , condizioni di cielo completamente coperto.


IL PERCORSO SOLARE Per un osservatore che dalla Terra osservi il cielo, il percorso del Sole  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  d l l del sole subiscono delle modifiche al variare delle stagioni. La durata  bi d ll difi h l i d ll t i i L d t di luce è massima al solstizio d’estate (21 giugno) giorno in cui, alle  ore 12 il sole raggiunge il punto più alto nel cielo nel corso di tutto ore 12, il sole raggiunge il punto più alto nel 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 il globo. 12 i t tt il l b


IL PERCORSO SOLARE La posizione del sole rispetto ad un punto sulla  La posizione del sole rispetto ad un 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’ l’angolo orizzontale tra il piano verticale passante  l i t l t il i ti l t per il sole e la direzione del sud, ed è positivo  verso est e negativo verso ovest Questi due verso est e negativo verso ovest. Questi due  angoli variano con la Latitudine del luogo, l’ora del giorno ed il  mese considerati.


IL SOLE E L’EDIFICIO L accresciuta sensibilità ad un uso razionale delle risorse energetiche  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 non va più concepito come un elemento  O i i f tti l' difi i iù it l t passivo che fagocita enormi quantità di energia, ma come strumento  di produzione diretta di energia, utilizzabile in loco e/o a distanza di produzione diretta di energia, utilizzabile in loco e/o a distanza  (tramite la rete di distribuzione) al fine di soddisfare le richieste  energetiche. 


IL SOLE E L’EDIFICIO La progettazione di questi edifici  La progettazione di questi edifici "energeticamente 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, capta, accumula e trasporta al suo interno l’energia  t tti i t l t t l i t l’ i ricavata da fonti rinnovabili. • ll'integrazione alle strutture edilizie dei sistemi solari attivi 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.


I SISTEMI SOLARI PASSIVI II sistemi solari passivi sono tecnologie applicate al costruito  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 specifiche caratteristiche. Di norma essi vengono divisi in tre  categorie di sistemi: • a guadagno diretto • a guadagno indiretto • a guadagno separato


I SISTEMI SOLARI PASSIVI Elementi essenziali dei sistemi solari passivi sono: Elementi essenziali dei sistemi solari 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 solare che penetra dalla superficie h t ll di i l h t d ll fi i trasparente la convertono in calore. • LE MASSE DI LE MASSE DI ACCUMULO: Destinate ad immagazzinare calore e a  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. / tt ) t i l


I SISTEMI SOLARI PASSIVI


SISTEMA A GUADAGNO DIRETTO – ELEMENTI VETRATI La radiazione entra direttamente nello spazio da riscaldare mediante 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 trasparente (Vetrata) per  C t i di t fi i t t (V t t ) irraggiamento ed effetto serra. Accumulo l’energia è trattenuta da materiali ad elevata inerzia termica. Distribuzione mediante le superfici di accumulo soprattutto per i irraggiamento. i t


SISTEMA A GUADAGNO DIRETTO – ELEMENTI VETRATI L edificio deve essere dotato di aperture  L’edificio 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  d ll' dell'apporto energetico solare, a meno  t ti l che non vengano messi in diretta  comunicazione con gli altri spazi comunicazione con gli altri spazi  dell'abitazione. E’ essenziale prevedere l’apertura diffusa  degli ambienti vetrati e la loro  schermatura nel periodo estivo.


SISTEMA A GUADAGNO DIRETTO – ELEMENTI VETRATI p 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. regolare la radiazione estiva


SISTEMA A GUADAGNO INDIRETTO Nei sistemi a guadagno indiretto il collettore fa parte dell Nei sistemi a guadagno indiretto il collettore fa parte dell'involucro 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  di dipendente dai materiali utilizzati e dallo spessore dell'assorbitore. d t d i t i li tili ti d ll d ll' bit Tra essi si annoverano: Tra essi si annoverano: • i muri di Trombe‐Michel e pareti ad accumulo; • i sistemi ad accumulo; • i roof‐pond.


SISTEMA A GUADAGNO INDIRETTO Muro di Trombe 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. Il calore viene ceduto in ambiente o per conduzione attraverso 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).


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


SISTEMA A GUADAGNO INDIRETTO Sistemi ad Accumulo ‐ Sistema ad Acqua 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.


SISTEMA A GUADAGNO INDIRETTO Sistemi ad Accumulo ‐ Sistema Cambiamento di fase 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 intervallo di temperatura detto "intervallo di  i i i t tt i t ll di t t d tt "i t ll di fusione“. In questo intervallo i materiali presentano il più alto valore  della capacità termica. della capacità termica.


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.


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 attraverso il solaio. bi ti tt t ti tt il l i D’estate nel periodo diurno i contenitori sono D estate 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.


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  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  p , l'irraggiamento.


SISTEMA A GUADAGNO ISOLATO IlIl più comune tra questi processi di trasferimento dell più comune tra questi processi di trasferimento dell'energia energia è una  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 dal  ti i ff dd i d il b i d l collettore, da cui il ciclo continua fintanto che il collettore rimane  sufficientemente caldo sufficientemente caldo.


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


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 ff t passivo sfruttando l’effetto camino. i f tt d l’ ff tt i Le serre sono applicabili ed adattabili agli edifici preesistenti.


SISTEMA A GUADAGNO ISOLATO Serre


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 determinata dalle stagioni solari,  piuttosto che da quelle climatiche e ciò  produce effetti schermanti anche in  p periodi in cui è richiesto un  riscaldamento passivo.


COMPONENTI DI CONTROLLO ‐ SCHERMATURE Gli schermi fissi tagliano sempre una parte della radiazione diffusa e  Gli schermi fissi tagliano sempre 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 vetrate devono essere mantenute  d l fi i d completamente in ombra durante le ore centrali della giornata. giornata Le schermature possono essere strutture semplici e relativamente leggere sia dal punto di vista strutturale che architettonico,  contribuendo ad arricchire visualmente la facciata.


COMPONENTI DI CONTROLLO ‐ SCHERMATURE L effetto sul carico termico e sul comfort  L'effetto 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  d ll'ill i i dell'illuminazione. Frangisole orizzontali o verticali in: acciaio,  alluminio legno cotto o vetro possono 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. di i t


COMPONENTI DI CONTROLLO ‐ SCHERMATURE


COMPONENTI DI CONTROLLO ‐ SCHERMATURE


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