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Set08

Architettura bioclimatica

Guadagno solare indiretto: Sistemi a “copertura solare” (roof pond).

Tra i sistemi di guadagno solare indiretto, quelli a “copertura solare”, anche detti sistemi “roof pond”, consentono di svincolare l’edificio dai vincoli legati alla necessità di specifici orientamenti e specifiche esposizioni delle facciate. La captazione solare, nonché l’accumulo dell’energia, avvengono infatti in copertura.

Il sistema è utile per il riscaldamento di spazi, anche di grande dimensione, sviluppati su di un unico livello (es. scuole, palestre, capannoni industriali, ecc.). Non si presta invece per il riscaldamento di edifici multipiano, a meno di particolari accorgimenti e soluzioni tecnico-realizzative, in quanto è in genere solo l’ambiente immediatamente al di sotto della struttura di copertura ad interagire con il sistema bioclimatico ed a beneficiare della produzione energetica.

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Fig. 1 Schematizzazione dei principi di funzionamento naturali del sistema bioclimatico a “roof pond”.

Il sistema consta di una massa termica d’acqua, realizzata con contenitori di vario tipo (metallici, di plastica, ecc.) collocata sopra il solaio di copertura dell’edificio e protetta eventualmente da una superficie trasparente in materiale plastico o in vetro avente la funzione di captare l’energia solare e di attuare l’effetto serra nello spazio interposto tra la superficie trasparente stessa e la massa termica, ai fini di fare innalzare maggiormente e più velocemente la temperatura della massa d’acqua.

Il calore accumulato viene poi trasmesso per conduzione al solaio di copertura, necessariamente dotato di buona conduttività, che lo irraggerà verso gli ambienti interni dell’edificio.
Devono essere previsti dei pannelli mobili termoisolanti per isolare la massa termica al cessare dell’apporto energetico solare, ai fini di ottimizzare il rendimento del sistema.

Tali pannelli hanno inoltre la funzione di regolare la captazione solare stagionalmente, consentendo oltre il riscaldamento, anche il raffreddamento dell’ambiente.

CONFIGURAZIONI DEL SISTEMA

Sono possibili due diverse configurazioni del sistema tecnologico bioclimatico:

A – Roof pond a captazione orizzontale
B – Roof pond a captazione inclinata

A. Roof pond a captazione orizzontale

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Fig. 2. Configurazioni del sistema bioclimatico del roof pond a captazione orizzontale in funzione del periodo giornaliero e stagionale.

  • Il roof pond a captazione orizzontale è adatto per basse latitudini (da 28° a 36°N), alle quali l’altezza solare è abbastanza elevata da determinare un angolo di incidenza dei raggi solari sul piano orizzontale sufficientemente ampio per assicurare una captazione adeguata. Alle latitudini medio-alte (oltre 40°N) l’efficacia del roof pond a captazione orizzontale viene a ridursi.
  • II calore si trasmette agli ambienti esclusivamente per irraggiamento da parte del solaio di copertura che assorbe energia termica dalla massa termica (contenitori d’acqua).
  • Nel periodo notturno l’inserimento di pannelli di isolamento mobili per coprire la massa termica d’acqua impedisce le dispersioni termiche verso l’esterno.
  • Nel periodo estivo il funzionamento del roof pond viene invertito: i pannelli di isolamento mobili vengono inseriti di giorno, impedendo ai raggi solari di riscaldare la massa termica e di determinare nel suo interno l’accumulo di calore.

La massa d’acqua assorbe il calore all’ambiente sottostante, che in estate tende a riscaldarsi. Durante il periodo notturno l’isolamento viene disinserito, permettendo alla massa termica di irraggiare all’esterno il calore sottratto all’ambiente e quindi di raffreddarsi, tornando nelle condizioni di assorbire calore allo spazio abitato.

B. Roof pond a captazione inclinata

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Fig. 3. Configurazioni del sistema bioclimatico del roof pond a captazione inclinata in funzione del periodo giornaliero e stagionale.

La configurazione a captazione inclinata è ottimale per latitudini medio-alte (oltre i 40° N) perchè consente di relazionarsi, attraverso l’inclinazione delle superfici captanti, all’inclinazione dei raggi solari nel periodo più favorevole, ovviando al problema del basso angolo di incidenza dei raggi solari sul piano orizzontale.

  • In copertura si determina un ambiente-serra, caratterizzato da una vetrata inclinata esposta a sud.
  • La trasmissione del calore agli spazi abitati avviene analogamente al sistema con captazione orizzontale.
  • Anche in questo caso dei pannelli isolanti mobili, collocati internamente, vanno inseriti nel periodo notte per evitare dispersioni di calore.
  • Durante il periodo estivo il funzionamento del roof pond viene invertito attraverso due fasi: una di schermatura (giorno) ed una di ventilazione (notte): analogamente al caso del roof pond a captazione orizzontale, i pannelli isolanti vanno inseriti di giorno per evitare l’accumulo dell’energia calorica nella massa termica, la quale è così in grado di assorbire il calore dell’ambiente.

Di notte, oltre a rimuovere l’isolamento per favorite il disperdersi all’esterno del calore, la superficie vetrata va opportunamente aperta per consentire una adeguata ventilazione dello spazio-serra (iI calore viene disperso per convezione).

Domenico D’Olimpio

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