Tecniche per il raffrescamento naturale degli edifici

Le antiche conoscenze dell'arte del costruire hanno messo a punto efficaci tecniche di raffrescamento naturale, che oggi vengono valorizzate e integrate nell'architettura bioclimatica con l'impiego di tecnologie e componenti innovativi.

La progettazione bioclimatica finalizzata al raffrescamento naturale comprende essenzialmente tre strategie da seguire.
1. Impiegare tecnologie appropriate per estrarre il calore dall'ambiente, ottimizzate secondo le caratteristiche del clima locale, e integrate nel sistema edilizio stesso.
2. Prevenire il surriscaldamento dell'ambiente costruito, controllando gli eccessivi apporti di calore dal sole, dall'esterno, e dall'interno.
3. Evitare il surriscaldamento dell'aria interna utilizzando in modo efficace le masse termiche delle strutture a contatto con l'aria interna.

La principale tecnica per raffrescare un ambiente è la ventilazione, naturale e indotta. In entrambi i casi, la ventilazione agisce sul benessere attraverso due meccanismi, uno diretto e uno indiretto: il primo è quello che si ha sulla persona, consentendo e facilitando lo scambio termico tra questa e l’ambiente che la circonda, il secondo, invece, agisce sul bilancio termico dell’edificio stesso. La ventilazione degli ambienti ha un effetto raffrescante quando l'aria esterna in ingresso ha una temperatura compresa tra i 15 °C e i 20 °C, che di solito nel periodo estivo avviene durante le ore notturne, o di giorno se l'aria può essere prelevata da zone fresche e ombreggiate. Tenuto conto che la ventilazione consente anche il ricambio d’aria necessario ad un ambiente salutare, essa si può sempre ottenere attraverso l’opportuna apertura di finestre, permettendo così il flusso di correnti d’aria spinte dai venti circostanti. Per quanto riguarda la ventilazione indotta, vi sono numerosi metodi che si possono utilizzare per ottenerla. Tutti i metodi a ventilazione naturale funzionano sfruttando la pressione del vento o la differenza di densità tra aria calda e aria fredda (effetto camino).

Muro Trombe-Michel: praticando semplicemente un’apertura nel muro sul versante Nord e chiudendo la fessura attraverso cui l’aria calda entra nell’ambiente nel periodo invernale. La parete esposta a Sud, scaldata dall’azione dei raggi del Sole, trasmette conseguentemente la sua energia all’aria presente nell’intercapedine che, diventata più leggera, esce dalla parte superiore, creando così una depressione che richiama aria fresca dall’apertura posta sul versante settentrionale.

Camini “termici”: offrono ottimi risultati, impiegando correnti convettive per estrarre l’aria dall’edificio. Essi hanno una configurazione che prevede uno strato metallico nero facilmente riscaldabile con la funzione di assorbitore di calore, coperto da vetro che permette ai raggi solari di incidere. Questo strato ovviamente raggiunge alte temperature e quindi dovrà essere opportunamente isolato rispetto agli ambienti abitativi. L’aria calda che si forma all’interno della “canna” tenderà a diventare sempre più leggera e a salire verso l’alto, creando così una specie di tiraggio di “effetto camino”. Il camino, ovviamente, deve essere esposto al sole e in particolare la sua parte terminale deve finire oltre il livello del tetto. All’estremità si pone un coperchio palettato metallico, che si oppone agli effetti dei venti prevalenti permettendo alla corrente d’aria calda di sfogare all’esterno.

Torri del vento: un’importante evoluzione dei camini “termici” sono le torri del vento iraniane, particolarmente adatte in climi caldi e aridi, pervenendo anche ad ottimi risultati di integrazione architettonica. Esse sono, infatti, elementi totalmente autonomi, integrati nell’edificio, con la funzione di generare un movimento d’aria al loro interno: nel loro funzionamento notturno si raffreddano, poiché costituite da massa muraria che cede calore all’aria, internamente contenuta, che conseguentemente si riscalda. Si genera in tal modo un moto ascensionale dell’aria che, richiamata da passaggi e bocche poste alla base dell’edificio, favorisce il raffrescamento della struttura e, soprattutto, della torre stessa che funge da accumulo di freddo. Di giorno, poi, l’aria calda esterna, venendo a contatto con la fredda massa muraria della torre, si raffredda ed aumentando di conseguenza la sua densità, scende verso il basso, affluendo nella costruzione favorendone la climatizzazione. Tale meccanismo è favorito e accelerato dall’azione dei venti e può essere anche ottimizzato e arricchito abbinandolo ad un raffreddamento evaporativo, sfruttando l’abbassamento di temperatura dell’aria che avviene a seguito dell’evaporazione dell’acqua. Tali torri, di forma conica ed alte fino a circa trenta metri, hanno nelle sommità degli spruzzatori d'acqua che raffreddano per evaporazione l'aria presente nella parte alta della torre che, sempre a causa dell’incremento della sua densità, scivola verso il basso realizzando la ventilazione degli spazi sottostanti.

“Wing Wall”: si tratta di un altro metodo di dispersione indiretta molto semplice: in pratica si tratta di un muro dotato sul suo lato esterno di solidi pannelli verticali, posti immediatamente di fianco a finestre e perpendicolarmente al muro, sul lato sopravvento della casa. In questo modo, la velocità naturale del vento viene accelerata dalla differenza di pressione che si viene ad instaurare tra il lato interno e quello esterno del muro così configurato.

Raffrescamento mediante la massa del terreno: in climi temperati ove l'aria ha un tasso normale di umidità, si sta diffondendo la tecnica di raffrescare l'aria interna utilizzando la massa del terreno circostante, la cui temperatura si mantiene costante all'incirca alla temperatura media annuale del luogo. Nelle regioni mediterranee questa temperatura si aggira intorno ai 15-18 °C. Vengono impiegati condotti d'aria interrati nel terreno a pochi metri di profondità, attraverso i quali viene fatta circolare l'aria di ventilazione e di ricambio prima di essere immessa negli ambienti, dopo essere stata prelevata nelle zone in ombra a Nord degli edifici. L'aria si raffredda così per convezione forzata con le pareti dei condotti stessi, che sono mantenuti freschi dalla temperatura costante del terreno. 

Raffrescamento mediante l'evaporazione dell'acqua: nei climi caldi e secchi l'aria calda a basso contenuto di umidità è in grado di favorire una elevata evaporazione dell'acqua su cui viene fatta fluire, raffreddandosi e umidificandosi nel contempo. Un metodo particolarmente economico e spesso esteticamente valido è quello di introdurre nell’architettura della struttura specchi d’acqua o fontane, in questo modo si diminuisce la temperatura di bulbo secco, ottimizzando conseguentemente il grado di benessere. Esiste anche un raffrescamento evaporativo a due stadi, dove l’aria raffreddata per evaporazione diretta è adoperata per il raffreddamento di altra aria esterna, attraverso uno scambiatore di calore aria-aria.
È evidente che il raffrescamento naturale degli ambienti non passa unicamente attraverso la ventilazione naturale o indotta. Svariati accorgimenti progettuali e costruttivi possono essere messi in atto in questo senso, primi fra tutti quelli che mirano al controllo degli apporti di calore dal sole, attraverso il progetto delle sistemazioni esterne, l'uso ottimale della vegetazione, la posizione-orientamento-forma-dimensioni delle aperture e dei sistemi di ombreggiamento fissi e mobili, lo sfruttamento della capacità termica delle masse murarie.

Articolo di Massimiliano Bertoni e Andrea Cantini

Per approfondimenti:
M. Grosso, Il raffrescamento passivo degli edifici, Maggioli, Rimini, 2008.
G. Fasano, M.A. Segreto, Sistemi di ventilazione naturale e ibrida, Newton Centro Studi, 2008.

www.rinnovabili.it
www.risparmio-energetico.it

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