Il raffrescamento passivo
Come conseguenza si ha dunque l’incremento dei costi energetici causato dall’esigenza di controllare la temperatura e l’umidità interna in estate, per le residenze o anche durante tutto l’anno in altre destinazioni d’uso.
In quest’ottica la diffusione di sistemi passivi di raffrescamento, cioè sistemi che non impiegano energia elettrica, diventa estremamente vantaggiosa.
Con il termine raffrescamento passivo s’intendono una serie di accorgimenti che premettono il controllo delle condizioni interne minimizzando i consumi energetici utilizzando le risorse climatiche disponibili e realizzando sistemi a basso impatto ambientale. Generalmente questi approcci vengono distinti in tre categorie.
- Protezione dagli apporti di calore (solari o ambientali): in questa categoria rientrano gli apporti dovuti alle alte temperature esterne ed alla radiazione solare; all’energia liberata da persone, apparecchi elettrici e fonti luminose.
Per contenere gli apporti di origine esterna s’interviene sull’isolamento termico dell’involucro, sulla forma dell’edificio, sull’orientamento e sullo studio dei venti prevalenti. In questa categoria rientrano anche le strategie che intervengono sull’ombreggiamento delle superfici esterne e la scelta delle loro caratteristiche, sulla disposizione delle superfici trasparenti e gli interventi sul paesaggio circostante. Il controllo degli apporti interni è invece limitato all’utilizzo di apparecchiature elettriche ad alta efficienza e a dispositivi d’illuminazione artificiale a bassa emissione di calore. - Modulazione degli apporti di calore: questa strategia d’intervento è possibile solo sfruttando l’inerzia dell’edificio data dalla combinazione tra le sue capacità resistive, affidate all’isolamento e capacitive, affidate invece alle masse superficiali presenti. Grazie all’inerzia è possibile ottenere uno sfasamento nel tempo ed una riduzione della sollecitazione con notevoli guadagni sia in termini economici che di comfort. Questo approccio è tanto più vantaggioso quanto maggiori sono le escursioni termiche esterne.
- Dissipazione del calore: i principali processi adottabili sfruttano pozzi di calore differenti:
- raffrescamento radiativo: in questo caso si utilizza come pozzo termico il cielo;
- raffrescamento evaporativo, utilizzando come pozzo di calore l’aria o l’acqua;
- raffrescamento convettivo, utilizzando come pozzo l’aria in movimento;
- raffrescamento geotermico, utilizzando come pozzo il terreno.
Oltre alla suddivisione riportata è possibile effettuare un’altra distinzione tra sistemi di raffrescamento passivi diretti ed indiretti. I primi sono quello che migliorano le condizioni di comfort interne agendo direttamente sulla qualità dell’aria, sostanzialmente immettendo aria raffreddata. I secondi, invece, sono quei sistemi che non interferiscono con la qualità dell’aria indoor, tra questi troviamo ad esempio il raffrescamento radiativo e il controllo solare.
L’approfondimento dei metodi previsti dai primi due punti è affrontato in elaborati specifici, ci si sofferma dunque solamente sui principi di dissipazione del calore appena citati.
Raffrescamento radiativo
Il cielo sereno notturno può diventare un pozzo di calore per la radiazione emessa dalle superfici del tetto dell’abitazione, l’edificio si trova a scambiare radiativamente con lo spazio che si trova a una temperatura prossima allo zero assoluto (-273K).
A questo proposito citiamo l’esperienza dei “cool roofs”, questi sistemi sono realizzati da coperture capaci di riflettere la radiazione solare incidente ed emettere energia termica nel campo dell’infrarosso, sono da tempo diffusi negli Stati Uniti ma sono ancora poco diffusi in Italia.
La realizzazione di un “tetto freddo” avviene sostanzialmente applicando sulla superficie esterna della copertura un colore molto chiaro con carattere non metallico.
Questo tipo di applicazione può essere impiegato sia per il surriscaldamento estivo degli edifici che per il controllo dell’isola di calore che si verifica in zone densamente urbanizzate. (approfondimento cool roof)
Raffrescamento evaporativo
Il raffrescamento evaporativo prevede lo sfruttamento del potenziale di raffreddamento associato all’evaporazione dell’acqua la quale cambiando di stato sottrae calore all’ambiente. L’evaporazione di un litro di acqua comporta un consumo energetico di 2272KJ.
Il raffrescamento ottenibile è funzione del livello di umidità dell’aria; se c’è troppa umidità l’abbassamento di temperatura ottenibile è di qualche grado mentre se l’aria è molto secca (UR<30%) la differenza di temperatura raggiungibile può raggiungere i 10-12°C. L’utilizzo di questa strategia in maniera ottimale prevede una corretta ventilazione degli ambienti al fine di evitare un sovra-umidificazione.
Questo sistema può essere sfruttato in maniera effettivamente passiva quindi predisponendo specchi d’acqua negli spazi tra gli ambienti, ad esempio in corti interne, o utilizzando sistemi di nebulizzazione.
In questo secondo caso si tenga presente che l’efficacia del sistema è funzione del diametro delle gocce, al suo diminuire, infatti, aumenta la superficie di scambio e quindi l’efficienza del sistema. Per l’ottenimento di gocce di piccole dimensioni è necessario raggiungere pressioni elevate; per nebulizzare un litro d’acqua sono necessarie 7000 miliardi di gocce cono un diametro di 15μm.
Raffrescamento convettivo
Il raffrescamento convettivo si traduce nello sfruttamento della ventilazione notturna, questo sistema diventa particolarmente efficiente nelle località caratterizzate da una notevole escursione termica giornaliera nelle quali le temperature notturne scendono in maniera considerevole.
L’aria fresca notturna può essere immessa all’interno degli ambienti per rimuovere il calore accumulato dalle strutture e in maniera tale da realizzarne un pre-raffrescamento per il giorno successivo.
Perché il processo funzioni correttamente deve esistere una corrispondenza di distribuzione tra il percorso dell’aria e il posizionamento degli ambienti in maniera tale che questi non diventino un ostacolo per il flusso dell’aria.
Per l’attivazione di questo sistema possono essere adottati sistemi di apertura automatica dei serramenti per regolare sia il flusso d’aria che la temperatura interna e per ottenere un raffrescamento adeguato evitando un indesiderato sottoraffreddamento.
Deve inoltre essere definita in maniera corretta la posizione degli infissi tra zone sopra e sotto vento in maniera tale da garantire il moto convettivo dell’aria, o assicurare lo stesso sfruttando ad esempio l’effetto camino.
Raffrescamento geotermico
Questo tipo di sistema sfrutta il fatto che la temperatura media del terreno, ad una sufficiente profondità (oltre i 5m), rimane pressoché costante per tutto l’anno e tende a quella media annua dell’aria esterna.
Questa sorgente di energia termica a temperatura costante può quindi essere sfruttata sia per il riscaldamento che il raffrescamento degli edifici. Una soluzione efficiente che implica un consumo limitato di energia è quella di realizzare pannelli radianti immersi nelle strutture ed alimentarli con l’acqua raffreddata con sonde geotermiche ottenendo così un raffrescamento diretto che comporta l’utilizzo di energia elettrica solo per il funzionamento della pompa di circolazione.
In fase di riscaldamento è possibile accoppiare questo sistema ad una pompa di calore aumentandone le prestazioni.
Bibliografia:
Progetto “Passiv_on”coordinato dal eERG, Gruppo di ricerca sull'efficienza negli usi finali dell'energia, Politecnico di Milano
Siti internet di riferimento:
- www.architoscana.org/.../005_SISTEMI_PER_RAFFRESCAME.PDF
- www.energymed.it/conviniz/.../COLETTI%20CONTI_NaturalClima.pdf
- http://ecoedility.it/e3news/?p=153
- www.garitec.com/condizionamento/Misting/come_funziona.pdf
