Architettura Bioclimatica: Principi di Progettazione Solare e Comfort Termico

Architettura Bioclimatica: Principi di Progettazione Solare

La Terra è il terzo pianeta dal sole, occupato prevalentemente da acqua, con un'atmosfera costituita da azoto e ossigeno. La temperatura varia tra -50°C e 50°C, con una media di 22°C.

Geometria Solare e Movimento Terrestre

Elementi fondamentali sono la geometria solare, il movimento di traduzione della Terra intorno al sole e la rotazione della Terra intorno al proprio asse. L'orbita terrestre è ellittica e l'asse di rotazione ha un'inclinazione di 23,45°, che determina le stagioni. Il 21 dicembre corrisponde al solstizio d'estate nell'emisfero australe, mentre il 21 giugno è il solstizio d'inverno.

La Sfera Celeste

La sfera celeste è una sfera immaginaria centrata sulla posizione di un edificio. Il percorso apparente del sole sulla sfera celeste, segnato in ogni istante, definisce il giorno. L'escursione totale del sole, dalla sua inclinazione invernale a quella estiva, copre un angolo di 49,6°.

Angolo di Altezza e Azimut Solare

L'altezza solare è misurata su un piano verticale a partire da un piano orizzontale. L'azimut è misurato sul piano orizzontale. Con entrambi gli angoli, è possibile definire la posizione del sole in ogni istante.

Controllo della Radiazione Solare Diretta nelle Finestre

Le finestre orientate a nord catturano la radiazione solare, richiedendo strategie per evitare il surriscaldamento (grondaie o proiezioni ombreggianti). Gli elementi naturali, come la crescita delle piante in inverno e primavera, bloccano il passaggio della radiazione diretta. Le piante caducifoglie permettono l'ingresso della radiazione diretta in autunno-inverno.

Dimensionamento delle Grondaie a Nord

Un elemento orizzontale mobile può impedire la radiazione diretta.

Schermature Solari per Est e Ovest

Gli elementi orizzontali non sono efficaci; le schermature a griglia sono più indicate (permettono l'ingresso di luce diffusa dalle finestre).

Comfort Termico e Progettazione Bioclimatica

Flusso di Calore e Comfort Termico

Il corpo umano mantiene la sua temperatura a 37°C, grazie a due fonti di calore: la temperatura dell'aria e la temperatura delle superfici circostanti. La temperatura di comfort è di circa 20°C.

Fattori che determinano l'equilibrio termico tra il corpo e l'ambiente:

• Fisici: temperatura dell'aria, temperatura delle superfici vicine, umidità relativa, movimento dell'aria a contatto con il corpo, resistenza termica dell'abbigliamento.
• Fisiologici: altezza e peso corporeo, metabolismo o produzione di calore corporeo.

Fattori che contribuiscono al comfort in un edificio: caratteristiche del luogo, clima locale, strategie di progettazione stagionali, uso, materiali di qualità e strategie nella loro applicazione.

Comportamento Termico dei Materiali

Il flusso di calore tra oggetti o spazi avviene per:

• Conduzione: trasmissione di energia attraverso le molecole di un solido.
• Radiazione: attraverso onde elettromagnetiche.
• Convezione: con il movimento di un fluido riscaldato.

Misurazione delle Proprietà Termiche

• Conducibilità termica: misura della quantità di energia trasferita attraverso un materiale.
• Trasmittanza termica: misura del calore trasferito attraverso una sezione di un materiale.
• Resistenza termica: misura dell'opposizione al passaggio di calore offerta dai componenti di un elemento costruttivo.

Isolamento Termico

L'isolamento termico:

• Riduce il consumo di energia e mantiene il comfort interno.
• A livello nazionale, riduce il fabbisogno energetico degli edifici, la spesa per petrolio e gas.
• Riduce la spesa sanitaria pubblica.

Esempi di Architettura Bioclimatica: L'Alhambra di Granada

Strategie Bioclimatiche nell'Alhambra

• Finestre delle torri: orientate per catturare i venti dominanti.
• Patio dei Leoni: filtri d'acqua, patio e vegetazione lussureggiante, fontane e canali, ombreggiatura sotto il portico e la torre del vento.
• Clima controllato: finestre sul paesaggio esterno che filtrano la luce.
• Generalife: cortile che ricrea un paradiso, architettura dei sensi (profumo dei fiori, rumore dell'acqua e degli uccelli, freschezza delle ombre, texture delle piante, acqua, pareti e pavimenti).
• Labirinti, patio andaluso, strade strette.

Elementi Termofisici nel Palazzo Arabo

Nel palazzo arabo, le stanze si affacciano sui giardini, beneficiando delle condizioni ambientali. La sala principale si trova in una torre, e il cortile crea un microclima più fresco rispetto all'esterno, grazie all'evaporazione dell'acqua e alla vegetazione.

Tre elementi termofisici principali:

1. Circolazione: finestre zenitali che permettono all'aria calda di salire, creando un movimento naturale.
2. Venturi: il vento che entra dalle finestre superiori crea un movimento d'aria dal basso verso l'alto.
3. Ventilazione forzata: nonostante le alte temperature esterne, il comportamento termico è migliorato dalla ventilazione.

Più ventilazione significa una temperatura dell'aria più omogenea. La forma della torre favorisce la circolazione dell'aria. La forma del cortile riduce la velocità dell'aria. Il portale permette di separare i microclimi.

Illuminazione Naturale

Comportamento della Luce

La luce si comporta in tre modi: riflessione, trasmissione e riflettività. La luce guida e aiuta a percepire i limiti dello spazio.

L'Ombra

L'ombra permette di percepire la realtà tridimensionale. La luce nel paesaggio naturale include fenomeni come eclissi solari e lunari, aurore boreali e australi, tramonti, arcobaleni e la luna piena.

Azione della Luce sulle Superfici

• Riflessione: il ritorno della radiazione incidente su una superficie.
• Riflessione speculare: quando la superficie è molto liscia, l'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione.
• Riflessione diffusa: quando la superficie è ruvida.
• Riflessione mista: si verifica nella maggior parte dei materiali.
• Trasmissione: se il materiale ha un grado di trasparenza, la luce lo attraversa.
• Trasmissione diretta: prodotta da corpi trasparenti come cristalli e vetri.
• Trasmissione diffusa: vetro opalescente o smerigliato, che riduce il riverbero.

Fonti di Luce Naturale

• Di giorno: luce diretta del sole, cielo limpido, nuvole, riflessioni da edifici o superfici.
• Di notte: luna, fulmini.

Suggerimenti per Ottenere la Luce con l'Orientamento delle Finestre

Dipende dal clima e dalla posizione. L'orientamento a nord è ideale per la luce diffusa, mentre l'orientamento a sud può fornire una buona illuminazione, ma richiede un controllo della radiazione diretta, soprattutto in estate.