Sistemi di captazione solare

La questione energetica è uno dei temi sui quali si gioca il futuro della nostra civiltà, la nostra stessa sopravvivenza. Oggi tale destino è affidato quasi esclusivamente a risorse energetiche che andranno inevitabilmente a esaurirsi, soprattutto alle luce del continuo incremento dei consumi.

Gran parte delle risorse che impieghiamo, poi, è costituita da combustibili fossili responsabili dell’effetto serra e dell’alterazione del clima. È quanto mai attuale quindi il dibattito politico che riguarda i contenuti del protocollo di Kyoto: l’Italia ha sottoscritto l’obiettivo di diminuire del 6,7%, rispetto al 1990, le sue emissioni di gas climalteranti entro il 2010. Nel frattempo, invece le ha già aumentate di circa l’11%, rendendo di fatto pressoché impossibile il rispetto di quanto firmato nel 2005.

In questo scenario diventa fondamentale l’apporto che ogni settore produttivo della nostra economia può dare nel perseguire l’obiettivo del contenimento dei consumi energetici, in particolare attraverso l’impiego e lo sfruttamento di fonti energetiche alternative a quelle utilizzate in larga misura oggi. Nel settore dell’edilizia, segmento tra quelli maggiormente responsabili della corsa al consumo energetico, tutto ciò è immediatamente traducibile in un maggiore sfruttamento dell’energia solare, che oggi può garantire migliori rendimenti e nuove applicazioni rispetto ai decenni passati grazie alle nuove tecnologie e attraverso una progettazione attenta e sensibile nei confronti di queste problematiche.

Per questi motivi risulta senz’altro interessante condurre una piccola indagine riguardante i sistemi di captazione solare che possono essere impiegati oggi nel settore edilizio. Come noto tali sistemi possono essere attivi o passivi. Entrambi sono pressoché costituiti dagli stessi elementi:
- apparato di captazione;
- circuito primario;
- elemento di conservazione dell’energia raccolta;
- circuito secondario.

Hanno però caratteristiche e modalità di funzionamento e di integrazione spesso molto diverse. I sistemi solari passivi sfruttano la fonte energetica proveniente dal sole per la climatizzazione degli edifici (riscaldamento e raffrescamento) senza l’utilizzo di elementi meccanici alimentati da fonti esterne di energia. La trasmissione del calore avviene mediante meccanismi di scambio naturali (conduzione, irraggiamento e convezione).
In un sistema passivo si utilizzano le stesse strutture edilizie per captare, accumulare e distribuire l’energia termica connessa alla radiazione solare: ciò è possibile solo se già nelle fasi di progetto dell’edificio si pone attenzione alla collocazione, all’orientamento e all’articolazione dell’edificio stesso. Quanto più forte è infatti l’identificazione tra l’edificio e il sistema e quindi la loro integrazione, tanto più elevata è l’efficienza energetica dell’edificio. La difficoltà di questi sistemi consiste proprio nel corretto dimensionamento e nella valutazione dell’influenza delle condizioni climatiche e dei flussi termici naturali sul rendimento dell’edificio. Alcuni esempi di sistemi solari passivi maggiormente impiegati sono elencati di seguito.

Schermature solari
Le schermature solari hanno il compito in inverno di lasciar passare il massimo delle radiazioni solari, mentre in estate devono evitare il surriscaldamento dell'edificio e durante tutto l'anno devono garantire una buona illuminazione naturale senza creare problemi di abbagliamento.
I sistemi di schermatura possono essere posizionati all'esterno, all'interno della camera d'aria tra le due lastre di vetro della finestra oppure all'interno dei locali. La scelta del sistema di schermatura avviene in un'ampia gamma di sistemi di ombreggiamento fissi (includono elementi strutturali come balconate ed elementi non strutturali come tettoie, brise soleil, ecc.) o mobili (tende, veneziane, persiane, scuri e tapparelle avvolgibili) e dipende dall'ubicazione e dal tipo di edificio.

Serre solari
La serra solare è uno spazio chiuso, separato dall’ambiente esterno mediante pareti vetrate e collegato alla costruzione  con aperture, eventualmente apribili. La serra è un volume che accresce il contributo all’edificio della radiazione solare, trasformata in energia termica e immagazzinata all’interno della serra stessa. La serra combina le caratteristiche del guadagno diretto con quelle del muro ad accumulo. Infatti, essendo direttamente riscaldata dai raggi del sole, funziona come un sistema a guadagno diretto, mentre l’ambiente adiacente ad essa riceve il calore dal muro termoaccumulatore.

Muri Trombe
Il sistema di parete prende il nome dal suo inventore Felix Trombe il quale negli anni Sessanta ha ideato e sperimentato un collettore solare a parete. Questo è costituito da una muratura massiccia, in laterizio, in pietra o in calcestruzzo (massa di accumulo) con una superficie annerita e protetta da una lastra a doppio vetro posta a 5-10 cm di distanza.

I sistemi solari attivi, anch’essi utilizzati per la climatizzazione degli edifici, sono costituiti da vari elementi chiaramente distinguibili e con assegnate funzioni che a differenza dei sistemi passivi necessitano di una alimentazione energetica esogena. In questo caso infatti la trasmissione del calore non è affidata esclusivamente ai flussi termici naturali, ma vengono impiegate pompe di circolazione, sistemi di ventilazione, che necessitano di un’alimentazione esterna al sistema. Ovviamente l’investimento economico da sostenere per la realizzazione e il funzionamento di questi impianti che sfruttano tecnologie innovative e in continuo sviluppo è più gravoso rispetto al caso dei sistemi passivi.
Il vantaggio dei sistemi solari attivi sta nel fatto che la loro installazione non deve necessariamente essere prevista in fase di progettazione dell’edificio, in quanto non richiede un assetto particolare della struttura, salvo la verifica preventiva dei requisiti minimi per l'applicazione di un qualsiasi dispositivo solare (orientamento, disponibilità al soleggiamento).
Alcuni esempi di sistemi solari passivi maggiormente impiegati sono i seguenti:
- collettori solari piani  più comunemente conosciuti come pannelli solari;
- sistemi ibridi per la climatizzazione e la produzione di energia  frigorifera;
- sistemi termofotovoltaici;
- sistemi di cogenerazione e trigenerazione;
- motori termici.

La scelta tra sistemi attivi e passivi, al di là di considerazioni energetiche, è dunque fortemente condizionata dal contesto operativo nel quale si deve intervenire: infatti nel caso di una nuova realizzazione sono possibili entrambe le soluzioni, mentre nel caso di una ristrutturazione un sistema passivo risulterebbe poco fattibile visto che un importante requisito è rappresentato dall’opportuno orientamento dell’edificio.
In realtà ci sono alcuni interventi che possono permettere la realizzazione di un sistema passivo anche in fase di ristrutturazione, come per esempio l’addossamento di serre, o il miglioramento dell'isolamento delle murature, tuttavia queste soluzioni non riescono a garantire gli stessi valori di efficienza che si possono ottenere nel caso di costruzioni preventivamente progettate. La soluzione ottimale consiste nell'uso combinato di criteri passivi e dispositivi attivi in modo da sfruttare al meglio i vantaggi dei due sistemi e compensare i reciproci aspetti favorevoli.

Articolo di Massimiliano Bertoni e Andrea Cantini

Per approfondimenti:
www.energie-rinnovabili.net
www.ecobuilding.it
www.ingegneriadelsole.it
www.irpem.it
www.energiazero.it

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