Quali vantaggi offre il raffrescamento passivo?

Luglio 29, 2024

Cosa si intende per raffrescamento passivo?

Raffrescare passivamente significa climatizzare l’edificio durante il periodo estivo attraverso l’applicazione di strategie bioclimatiche e senza l’ausilio di sistemi che consumino energia. Tuttavia, mentre d’inverno sfruttare l’energia solare per ridurre i fabbisogni energetici di riscaldamento è relativamente semplice, d’estate le cose si complicano in quanto non disponiamo di un’alternativa equivalente al sole.

Come funziona questo tipo di climatizzazione?

Il raffrescamento passivo si realizza secondo i principi termodinamici di trasmissione di calore, ovvero:

Conduzione: è lo scambio di calore tra corpi solidi a contatto tra di loro. Uno degli elementi di cui possiamo approfittare in questo senso è la stabilità termica del terreno, che a partire da 5-10 metri di profondità mantiene una temperatura prossima ai 14 ºC durante tutto l’anno.
Convezione: è lo scambio di calore dovuto allo spostamento di materia, ovvero attraverso il movimento dell’aria. Ventilare naturalmente, specialmente pre-raffreddando l’aria, può risultare molto efficace
Irraggiamento: due corpi a temperature distinte si scambiano calore reciprocamente sotto forma di radiazione secondo l’equazione di Boltzmann. Possiamo sfruttare il raffreddamento delle superfici che re-irradiano verso la volta celeste durante la notte o la presenza di superfici fredde, ad esempio ipogee, all’interno dell’ambiente climatizzato.

Architettura ed energia. Dalla preistoria all'emergenza climatica

Barnabas Calder

Anno: 2022

Attraverso questa storia dell'architettura Calder ci mostra come fin dall'antichità l'architettura sia dipesa dalla capacità delle società di produrre energia: dai ripari primordiali dei cacciatori-raccoglitori alle piramidi egizie, dai Greci e Persiani all'Impero Romano e alla dinastia Song, dalla rivoluzione industriale ottocentesca ai giorni nostri.
Il surplus crescente di cibo ha infatti permesso, storicamente, un'indipendenza e specializzazione crescenti della forza lavoro, con edifici monumentali eretti per celebrare e ostentare il potere e le capacità dei sovrani di quelle che inevitabilmente si convertirono in società fortemente gerarchizzate. Una storia dell'architettura inedita e interessante, che non ti lascerà indifferente!

Soluzioni per raffreddare la casa in modo naturale

Per raffrescare passivamente un edificio si ricorre generalmente a tre strategie principali:

dissipazione del calore
miglioramento della sensazione di comfort
raffrescamento diretto

Dissipazione del calore

La dissipazione di calore ha il compito di evitare un surriscaldamento dell’ambiente climatizzato eliminando i carichi termici (solari o dovuti agli apporti interni) accumulati nelle strutture e nell’aria. Ciò può ottenere attraverso:

maggiori perdite termiche attraverso l’involucro edilizio
ventilazione naturale
inerzia termica

Le perdite termiche attraverso l’involucro saranno determinate dalla maggiore o minore trasmittanza termica delle strutture, ovvero dal maggiore o minore isolamento, ma dipenderanno anche dalla dimensione e dall’orientazione delle superfici finestrate, nonché dalla massa termica presente. In linea generale, si dovrebbero evitare tanto isolamenti eccessivi come troppo esigui, in quanto nel primo caso il calore non troverebbe una via d’uscita facile verso l’esterno e nel secondo si rischierebbe di introdurre troppo calore dall’esterno. La ventilazione naturale rappresenta la strategia probabilmente più proficua, a maggior ragione se combinata con una buona inerzia termica in caso di applicazione notturna. La temperatura dell’aria esterna deve essere in questo caso inferiore a quella interna, e poiché si approfitta gratuitamente, tale ventilazione viene detta anche free-cooling.

Sensazione di comfort

Ventilare può inoltre risultare utile per migliorare la sensazione di comfort, in quanto l’incremento della velocità dell’aria provoca un abbassamento della temperatura percepita. Tale effetto può essere raggiunto anche attraverso dei ventilatori, disposti sul soffitto o stand-alone. Possiamo apprezzare l’ampliamento della zona di comfort in funzione della velocità dell’aria nel diagramma di Olgyay.

Raffrescamento diretto

Quando parliamo di raffrescamento diretto ci riferiamo all’introduzione nell’ambiente di aria pre-raffreddata attraverso mezzi naturali. Possiamo distinguere in questo caso tra:

raffrescamento radiante-convettivo
raffrescamento evaporativo o adiabatico
raffrescamento tramite pozzo canadese o costruzioni ipogee

Come noto, tutti i corpi emettono calore sotto forma di radiazione. Per raffrescare passivamente un ambiente si può quindi sfruttare la radiazione emessa dal terreno e dalle strutture che compongono l’involucro edilizio, in particolare la re-irradiazione notturna verso la volta celeste, attraverso i seguenti dispositivi bioclimatici:

tetto freddo
tetto umido
patio

Un tetto freddo è di fatto un tetto ventilato in cui la re-irradiazione verso la volta celeste viene sfruttata per introdurre aria fresca all’interno dell’ambiente climatizzato. Alternativamente, l’energia può essere accumulata in un deposito facendo circolare dell’acqua in delle tubature immerse nella copertura, ed essere utilizzata poi come fluido termovettore.

In un tetto umido l’energia ottenuta dalla re-irradiazione viene invece accumulata in delle borse d’acqua: la struttura viene utilizzata durante il giorno per accumulare il calore presente all’interno dell’ambiente climatizzato, mentre di notte l’energia viene dissipata verso la volta celeste.

In un patio, invece, l’aria a contatto con il terreno si raffredda durante la notte e, in quanto più densa e pesante, rimane “intrappolata” tra le pareti che delimitano il patio stesso, contribuendo a raffrescare gli ambienti climatizzati che vi si affacciano.
É necessario in questi casi prevedere una corretta schermatura solare durante il giorno.

Il raffrescamento evaporativo consiste nell’abbassare la temperatura dell’aria attraverso l’energia latente impiegata nel cambio di stato dell’acqua, da liquido a vapore appunto. Viene detto anche adiabatico in quanto non vi è un’alterazione nel computo totale di energia presente nell’ambiente, bensí solamente la trasformazione di calore sensibile in calore latente, ovvero umidità relativa. É un sistema particolarmente efficace, ma è applicabile solo in climi secchi ed è necessario che la superficie d’acqua sia esposta a correnti d’aria.

Il pozzo canadese è un dispositivo bioclimatico che sfrutta la stabilità termica del terreno per raffrescare l’aria prima di introdurla nell’ambiente climatizzato, convogliandola in dei tubi disposti a una profondità sufficiente, generalmente non inferiore a 2-3 metri. Sebbene possa sembrare un sistema relativamente semplice, occorre prestare attenzione a differenti aspetti, come:

la velocità dell’aria: deve essere limitata per evitare una perdita di carico eccessiva e per non avere effetti negativi sul comfort termico se impulsata direttamente nell’ambiente climatizzato.
la portata d’aria: poiché il raffrescamento che otteniamo è limitato, è in genere necessaria una grande quantità d’aria. Per ottimizzare lo scambio termico il diametro dei tubi non deve quindi essere eccessivo
l’umidità relativa dell’aria introdotta: riducendo la propria temperatura, l’aria aumenta la sua umidità relativa, alterando le condizioni igrometriche dell’ambiente

Per ovviare a questi problemi si ricorre in genere alla collocazione di una batteria di pozzi paralleli, e all’impiego di tale strategia principalmente in climi secchi o poco umidi.

Le costruzioni ipogee sono infine degli edifici parzialmente o completamente interrati: da un lato l’edificio viene protetto dalle intemperie, dall’altro si sfrutta l’inerzia termica del terreno, che a partire dai 5-10 metri di profondità si mantiene costante intorno ai 14 ºC. L’isolamento deve essere progettato in questo caso cercando un compromesso tra dissipazione di calore e riduzione delle perdite termiche, e può risultare difficile ottenere una buona illuminazione e ventilazione naturale.

Vantaggi del raffrescamento passivo

Analogamente ai sistemi solari passivi, il vantaggio principale di raffrescare passivamente un ambiente è la riduzione del fabbisogno energetico per climatizzarlo, con il conseguente risparmio economico in bolletta. Se correttamente dimensionati, ma solo nel caso di edifici particolarmente efficienti e con carichi termici bassi, tali sistemi possono coprire l’intero fabbisogno per la climatizzazione estiva, permettendo quindi di prescindere dall’installazione di un impianto.
Va detto, d’altro canto, che l’applicazione di strategie bioclimatiche di raffrescamento passivo può risultare complessa e adatta solo a specifiche condizioni climatiche.