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Raffrescamento passivo: la dissipazione dei guadagni termici verso superfici fredde

La dissipazione dei guadagni termici verso superfici fredde e' un ottimo metodo per progettare edifici basati sul raffrescamento passivo

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Il terzo passo per il raffrescamento passivo (dopo la protezione dell’edificio dai guadagni termici e la modulazione dei guadagni termici) è la dissipazione dei guadagni termici verso superfici fredde.

 

Dissipazione dei guadagni termici verso superfici fredde tramite raffrescamento radiativo

Le tecniche di raffrescamento radiativo possono essere:

  • a scambio diretto con scambio termico per reirraggiamento tra involucro edilizio e cielo notturno;
  • a scambio indiretto attraverso il passaggio del fluido vettore (aria in questo caso) in condotti a contatto con la superficie emittente.

 

Nella tecnica di raffrescamento radiativo diretto l’ambiente da raffrescare deve essere collocato in adiacenza alla chiusura superiore: ciò limita l’applicazione di tale tecnica ai vani collocati all’ultimo piano (sottotetto) di edifici multipiano o a edifici unifamiliari di un piano solo fuori terra.

 

 

Sistema di raffrescamento radiativo naturale diretto, sul tetto, isolamento operabile

 

 

Tale limite non sussiste se si utilizzano sistemi di raffrescamento radiativo indiretto: in tal caso, il fluido può essere trasportato a distanza (ad esempio con l’aiuto di ventilatori, rendendo il sistema ibrido) e raggiungere, quindi, qualsiasi spazio dell’edificio. Gli elementi tecnici coinvolti nel raffrescamento naturale radiativo sono la chiusura superiore, nel caso di scambio diretto e l’elemento radiante, nel caso di sistemi indiretti.

Al fine di consentire la dissipazione del calore prodotto durante il giorno nell’ambiente confinato dall’elemento spaziale adiacente alla chiusura superiore, questa deve avere le seguenti caratteristiche:

  • –> sufficiente capacità termica per accumulare il calore prodotto;
  • –> superficie esterna con caratteristiche tali da limitare il trasferimento diurno di radiazione solare all’interno della chiusura (basso coefficiente di assorbimento, alta resistenza termica);
  • –> superficie esterna con caratteristiche tali da consentire la massima dissipazione notturna del calore verso la volta celeste (alta emissività, alta conduttanza).

Gli ultimi due requisiti sono conflittuali, perciò non possono che essere soddisfatti tramite l’applicazione, sulla chiusura, di un pannello isolante operabile, manualmente o automaticamente chiuso di giorno (in modo da evitare il riscaldamento del tetto per irraggiamento solare) e aperto di notte (per consentire la dissipazione del calore accumulato nella massa del tetto dall’interno dell’edificio). Tale sistema può essere anche utilizzato d’inverno, invertendo la modalità operativa.

Nella sua forma più semplice, un sistema di raffrescamento a circolazione d’aria funziona come nello schema in figura: la lastra radiante coincide con il manto di copertura (in lamiera metallica), il canale di flusso con l’intercapedine d’aria e la struttura di supporto con la soletta della falda.

 

Schema di raffrescamento radiativo indiretto ibrido, sul tetto

 

 

La superficie esterna della lastra radiante metallica deve essere di materiale ad alta emissività. La soluzione più economica consiste nell’utilizzo di normale vernice di smalto satinato nero che, tuttavia, presenta anche un’elevata assorbanza nella parte visibile dello spettro. Esistono, invece, trattamenti selettivi delle superfici, che portano a valori opposti d’emissività e assorbanza; tra questi vi sono alcune vernici speciali bianche composte di ossidi e carbonati di titanio, alluminio, calcio e zinco, che hanno emissività del 90-95% nel lontano infrarosso (8-14 µm), e assorbanza del 5%. Diversi studi sperimentali hanno, comunque, dimostrato che l’utilizzo delle superfici selettive, in lastre radianti per il raffrescamento, non comporta un significativo aumento di efficienza.

Il principale limite di applicazione dei sistemi di raffrescamento radiativo è di tipo climatico: le zone a clima molto umido non sono idonee a tali sistemi, in quanto l’umidità assorbe la radiazione proprio nell’intervallo a onde lunghe dello spettro. Un altro problema che ha finora impedito il diffondersi di tali sistemi, nonostante ve ne siano le potenzialità di sfruttamento nel bacino del Mediterraneo, è il costo elevato, legato sia ai meccanismi di controllo delle parti operabili sia, nel caso di sistemi a raffrescamento diretto, alla costruzione sul tetto della massa elevata richiesta.

 

Dissipazione dei guadagni termici verso superfici fredde tramite camino solare

Il camino solare sfrutta il principio secondo cui l’energia solare viene immagazzinata nel collettore, con il fine di riscaldare l’aria e generare uno squilibrio termico capace di creare una corrente d’aria (come per il muro di Trombe). Nel progettare un camino solare, bisogna porre una particolare attenzione al dimensionamento della profondità dell’intercapedine: infatti, all’aumentare di quest’ultima, aumenta anche il flusso d’aria generato, ma se si eccede è possibile che si creino delle inversioni di flusso, capaci di annullare l’effetto del camino sulla ventilazione degli ambienti interni. Pertanto è buona norma evitare profondità superiori ai 200 mm.

 

Schema del camino solare

 

 

Mettendo in relazione la potenza di dissipazione della ventilazione per effetto camino [W/m2], in funzione della distanza verticale tra aperture di ingresso e di uscita dell’aria (altezza cammino termico) e dell’area netta minore tra quelle di ingresso, di uscita e di sezione trasversale, del flusso (Ti – T0 = 1,7 °C), si evidenziano le curve di dissipazione termica del grafico di seguito presente.

 

 

 

Capacità di dissipazione termica

 

 

Quest’ultimo consente infatti di individuare il flusso di calore asportabile da un ambiente, per unità di superficie di pavimento, tramite ventilazione passante, in funzione del rapporto tra area dell’apertura di ingresso del flusso e area di aperture di uscita e dell’altezza del cammino termico. L’area complessiva netta delle aperture di uscita dell’aria e quella della sezione trasversale al flusso devono essere uguali, o superiori, a quella della apertura di ingresso. Nel caso in cui la differenza di temperatura tra esterno e interno sia diversa da quella ipotizzata nel grafico, si può ricorrere alla formula della capacità di dissipazione della ventilazione passante.

 

 

 

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