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Con questo articolo scendiamo nel dettaglio della progettazione solare: cercheremo di capire come “funziona” il sole e cosa possiamo fare noi progettisti o semplici appassionati per farlo diventare un elemento del nostro progetto.

Sole - Costruzione orientata

Gran parte del compito dell’architetto è quello di disporre
l’edificio in modo tale da sfruttare nel modo migliore il valore del sole per
l’effetto termico, l’igiene e benefici psicologici.
Esattamente come le stagioni sono fortemente differenziate
dall’inclinazione dell’asse terrestre verso il sole
così l’orientazione di un edificio influisce sulla quantità di radiazione solare
incidente sui diversi lati nei vari momenti.

[cit. Victor Olgyay, Progettare con il clima]

In questo modo Victor Olgyay, sulla base delle sue ricerche, suggerisce ai colleghi architetti che il miglior modo di approcciarsi a un progetto è improntarlo sulla base di uno studio bioclimatico.

Nello specifico, Olgyay si riferisce ai tre diversi aspetti della vita su cui agisce il sole: il primo e più conosciuto del surriscaldamento dell’aria, il secondo dell’effetto germicida dei suoi raggi, ovvero la capacità di debellare i germi nell’ambiente, e il terzo dell’azione positiva sul nostro umore.

Dal momento che abbiamo compreso come la conoscenza del nostro astro principale sia di fondamentale importanza per la progettazione, vediamo di capire meglio come funziona il sole.

Le radiazioni solari viaggiano a 300.000 km/sec e quando arrivano
sulla terra solo il 15% viene filtrato dall’atmosfera.

Sole - Radiazioni solari

La radiazione solare è l’ammontare di energia solare ricevuta dalla superficie terrestre. Circa il 99% della radiazione è compresa in una lunghezza d’onda tra i 300 e 3000 nm, che corrisponde allo spettro del visibile.
La radiazione solare, tuttavia, viene detta globale, dal momento che è la somma di tre diverse tipologie di radiazione:

Radiazione solare diretta, è quella parte della radiazione solare che dal sole arriva direttamente sulla crosta terrestre. Nello specifico, il pireliometro misura solamente la radiazione proveniente dal disco solare;

Radiazione solare diffusa, è la componente della radiazione che arriva sulla terra direttamente dal sole, tuttavia questa viene misurata su un piano orizzontale. Nello specifico, questa parte della radiazione è il risultato della radiazione filtrata dei gas atmosferici;

Radiazione solare riflessa, è la componente della radiazione che rimbalza sulle superfici colpite dalla radiazione solare diretta.

È bene sapere che per la misurazione della radiazione globale si usano i solarimetri. Di questi ne esistono principalmente due tipologie: solarimetri a termopile e solarimetri a effetto fotovoltaico.

Il sole è inoltre, la maggiore fonte di raggi ultravioletti sulla terra. Tutta la banda dell’ultravioletto viene divisa in quattro sottobande: UVA, UVB, UVC e ultravioletto da vuoto (VUV).

Sole - Raggi UV

L’UVA, a volte detto anche ”luce nera”, si estende da 400 a 320 nm e ha importanti effetti biologici sia per assorbimento diretto sia attraverso una fotosensibilizzazione dovuta a sostanze endogene o esogene1.

L’UVB è compreso tra 320 a 280 nm e viene direttamente assorbito dalle proteine e dagli acidi nucleici delle cellule.

L’UVC va da 280 a 100 nm. Tutti i componenti cellulari assorbono UVC, ma questi raggi sono praticamente assenti sulla superficie terrestre poiché vengono assorbiti dallo strato di ozono presente nella stratosfera.

L’ultravioletto da vuoto (VUV) è caratterizzato da una lunghezza d’onda compresa tra 100 e 10 nm e viene così chiamato poiché, essendo assorbito dai gas costituenti l’aria (ossigeno e azoto), richiede linee e strumentazioni sotto vuoto per poter essere rivelato e usato in spettroscopia.
I raggi UVC, in particolare, hanno un’azione germicida per germi e batteri. Per questo motivo illuminare in maniera naturale un ambiente è un’ottima risorsa al fine di ottenere un ambiente sano.

Sole - Normativa

Tutti i locali degli alloggi, eccettuati quelli destinati a servizi igienici, disimpegni, corridoi, vani-scala e ripostigli devono fruire di illuminazione naturale diretta, adeguata alla destinazione d’uso.
Per ciascun locale d’abitazione, l’ampiezza della finestra deve essere proporzionata in modo da assicurare un valore di fattore luce diurna medio non inferiore al 2%. In ogni caso, poi, la superficie finestrata apribile non dovrà essere inferiore a ⅛ della superficie del pavimento.

[D.M. del 5 luglio 1975, Modificazione alle istruzioni ministeriali 20 giugno 1896 relativamente all’altezza minima ed ai requisiti igienico sanitari principale dei locali d’abitazione, art. 5, commi 1-2.]

Quindi, la progettazione solare assume un ruolo fondamentale nella progettazione architettonica.

Anche la normativa, seppur con indicazioni molto relative, impone una certa attenzione al percorso che il sole compie durante il giorno.

Oggi, per agevolare questi studi, disponiamo di strumentazioni molto all’avanguardia per tenere sotto controllo il percorso solare. Ciò è possibile con le maschere solari2, usate in concomitanza delle maschere di ombreggiamento3, oppure con i programmi che supportano la funzione “solar path” o “sun path”.

La maschera solare è un diagramma di supporto alla progettazione bioclimatica che consente al progettista di avere sempre chiara la posizione del sole rispetto al sito oggetto di studio.
Le linee con i puntini segnano la posizione del sole nei confronti dell’immobile che si sta studiando.
La maschera di ombreggiamento è un diagramma che aiuta il progettista a conoscere con grande precisione gli orari in cui una determinata apertura sarà soggetta ad irraggiamento diretto.

L’area in verde, rappresenta le ore giorno nelle quali i raggi solari filtrano all’interno dell’apertura, va utilizzata in coppia con la maschera solare.

 
Già gli antichi studiavano il sole e le sue diverse inclinazioni a seconda dell’anno.
Grazie agli studi di Vitruvio, arrivati fino a noi, oggi abbiamo un metodo semplice e veloce per costruire l’inclinazione dei raggi solari in base alla latitudine. Test recenti hanno dimostrato che l’inclinazione solare calcolata da Vitruvio a Roma con il suo analemma differisce di solo qualche grado con l’inclinazione effettiva.

Nel 1920 la progettazione solare faceva riferimento all’asse eliotermico, introdotto da Augustin-Rey, Pidoux e Barde nel 1928.
Esso aveva la funzione di ripartire in maniera uguale l’apporto solare termico lungo le due facciate principali di un edificio. L’asse era ruotato di un angolo di circa 19°, che variava a seconda della latitudine, rispetto all’asse nord-sud.

Sole - Ambiente sano

Questa teoria altamente contestata, trovò la sua risoluzione quando nel 1940 Vinaccia propose il suo asse equisolare, che aveva un principio di funzionamento completamente diverso.
Infatti, l’asse di Vinaccia è orientato nord-est/sud-ovest con un’inclinazione rispetto all’asse est/ovest pari alla latitudine, quindi, mentre l’asse eliotermico era studiato per massimizzare la radiazione su due esposizioni, questo puntava a massimizzare la radiazione sui tutti e quattro i lati dell’edificio.

In ogni caso per tutte le latitudini superiori a 35° esiste una tabella elaborata da Jeffrey E. Aronin che suggerisce il migliore orientamento per tutti gli ambienti domestici.

Ad ogni modo, oggi gli strumenti per lo studio solare
sono molteplici e altamente prestanti:
è dovere del progettista conoscerli per riuscire a realizzare
ambienti che siano contemporaneamente
ben illuminati e più sani da vivere.


[1] Che ha origini esterne, contrapposto a endogone.
[2] La maschera solare è uno strumento che consente di rintracciare la posizione del sole rispetto a un determinato sito, difatti, ogni maschera solare è diversa a seconda della latitudine su cui viene costruita. Per quanto la sua costruzione planimetrica sia una circonferenza, la maschera solare, rappresentazione della volta celeste, va immaginata come una semisfera nella quale sono rappresentati sia i mesi dell’anno, sia le ore del giorno. Dall’incrocio di queste due informazioni si ottiene l’esatta posizione solare, in un dato giorno e a una data ora.
[3] La maschera di ombreggiamento è uno strumento che, utilizzato a supporto della maschera solare, consente di rintracciare le ombre, portate e proiettate da un dato edificio. La maschera è uno strumento ad alto livello di precisione dal momento che è capace di segnare con assoluta precisione anche il minimo aggetto o rientranza del prospetto, tramite l’ausilio di semplici passaggi.

Il sole e la progettazione solare: come gestire il calore della tua casa
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