Il camino solare

Oggi grazie alla crescente consapevolezza dei consumi energetici legati allo spazio edificato e dei danni ambientali che ne conseguono, si è fatta strada la necessità di ridefinire i valori che stanno alla base della progettazione edilizia. Fino a qualche tempo fa il modello progettuale più diffuso era di tipo dissipativo e sfruttava le risorse non rinnovabili che venivano utilizzate secondo un ciclo di vita lineare.

Con il trascorrere dei decenni, si è affermato un modello molto diverso, di tipo conservativo, grazie al quale vengono sfruttate le risorse naturali (climatiche, geomorfologiche). In questo modo, tali energie vengono utilizzate, recuperate e ri-utilizzate garantendo un notevole risparmio, in favore della salvaguardia ambientale. Tale modello di vita circolare costituisce uno schema che proviene dal passato ma che è indispensabile oggi per assicurare un futuro migliore alle generazioni successive. Infatti, se il tipico edificio rurale di una volta era caratterizzato da forma compatta ed esposizione est-ovest, i fabbricati costruiti a partire dal secondo dopoguerra sono stati concepiti come scatole chiuse gestite da impianti e completamente indifferenti al contesto in cui sorgono.

Con il progressivo esaurirsi delle risorse non rinnovabili e con il crescente inquinamento, causato in parte dagli edifici energivori, si è tornati a valorizzare il rapporto edificio-ambiente costruito, considerando il primo un vero e proprio organismo vivente in grado di incidere sullo scenario urbano. In quest’ottica l’edilizia sostenibile si pone come unica garanzia finalizzata al contenimento dei consumi energetici, allo sfruttamento delle risorse naturali, al risparmio economico e al comfort degli utenti finali.
Tale situazione può essere riassunta attraverso uno schema di tipo ciclico che esplica come ogni elemento sia concausa dell’altro.

Come si denota dall’immagine, l’innalzamento della temperatura terrestre dovuto all’effetto serra, causa la crescente necessità di raffrescare gli ambienti interni domestici e lavorativi. Per fare ciò, spesso si ricorre ai sistemi di climatizzazione, impianti energivori che sfruttano fonti di tipo non rinnovabile. Queste ultime sono proprio causa dell’effetto serra, a sua volta causa dell’aumento delle temperature.

Al fine di porre rimedio a tale “circolo vizioso” è bene ricorrere a metodologie progettuali alternative che sfruttano le risorse presenti in natura e che tengono ben presenti le caratteristiche fisiche del contesto in cui si opera. Solo agendo così, si potrà contribuire al miglioramento della qualità dell’aria, con un conseguente comfort termico ed un consistente risparmio energetico.

Il camino solare

Tra le soluzioni adottate dalla progettazione eco-friendly, si può annoverare il camino solare, l’impiego del quale garantisce numerosi benefici. Si tratta di un sistema di tipo passivo che accumula e distribuisce calore attraverso mezzi non meccanici ma sfruttando i fenomeni naturali. Nonostante sembri essere una soluzione innovativa, le sue origini sono molto antiche: i primi ad adottarlo furono le popolazioni Persiane che ebbero la necessità di dotare le loro abitazioni di strutture in grado di fornire un’ottimale ventilazione.

Successivamente, anche i Romani sfruttarono il principio di risalita dell’aria calda, prodotta a partire dall’energia solare, al fine di raffrescare e riscaldare gli ambienti domestici. Si deduce quindi che l’utilità del camino solare sia stata percepita sin dall’antichità per poi subire fasi di impiego mutevole a seconda del periodo storico.

Oggi, tale soluzione sta interessando sempre di più la progettazione grazie alla funzione indispensabile del riscaldamento passivo degli edifici. Il camino solare funziona ad impatto ambientale nullo e viene utilizzato per migliorare le condizioni termiche e d’illuminazione negli ambienti interni, grazie allo sfruttamento dell’irraggiamento del sole.

Per sistema solare passivo si intende un insieme di componenti tecnologiche scelte allo scopo di controllare e regolare gli scambi termici tra l’edificio ed il contesto. A tal fine, gli elementi in facciata e sulla copertura captano l’irraggiamento solare e accumulano il calore che in un secondo momento viene trasmesso alla componente interna predisposta a tale funzione. Il camino termico è considerato una soluzione passiva a guadagno indiretto: la superficie di accumulo fa parte del tetto e riceve i raggi solari in maniera diretta ma solo in un secondo momento li cede all’interno.

Dal punto di vista fisico, è preferibile collocare il camino nella zona a sud dell’edificio poiché maggiormente esposta ai raggi solari. Tale soluzione è costituita da tre principali elementi: il primo è rappresentato da una superficie esterna, di dimensioni variabili e simile ad un comignolo in vetro. Ciò che importa è che lo stesso si trovi nella zona di maggiore affluenza dei raggi solari e che sia costituito da materiali altamente filtranti, in modo da trasmettere nella totalità la luce e il calore agli ambienti interni. Inoltre, le dimensioni di tale porzione sono di fondamentale importanza: più è ampia la superficie di assorbimento, maggiore sarà il flusso ascensionale dell’aria.

La seconda struttura è rappresentata dal pozzo di ventilazione, un condotto verticale in materiale riflettente e dalle pareti nere, grazie al quale durante la giornata viene trasmessa l’energia solare accumulata sul tetto e trattenuto quanto più calore. È importante specificare che la quantità del flusso luminoso e del calore trasmesso è direttamente proporzionale al diametro del camino e la sua lunghezza varia a seconda dei piani che interessano l’edificio.

La terza componente indispensabile è costituita dai condotti per il passaggio dell’aria, attraverso i quali transita l’aria prima di essere immessa negli ambienti interni di casa. I camini solari possono essere dotati di superfici specchiate collocate nella parte superiore, in grado di catturare e riflettere la luce all’interno del camino solare dall’alto verso il basso. Tale struttura, grazie alla funzione svolta da ogni componente, garantisce l’immissione, l’accumulo e il trasporto del calore all’interno degli ambienti domestici, assicurando così il benessere termo – igrometrico degli abitanti.

Funzionamento

Il camino termico è ritenuto un ottimo alleato per il risparmio energetico e di conseguenza per il contenimento dei costi in bolletta. Grazie allo sfruttamento del principio naturale della risalita dei flussi di aria calda, tale soluzione è in grado di assicurare un comfort termico e visivo ottimale. Per ottenerne il massimo funzionamento, è preferibile installare il camino nell’affaccio a sud dell’edificio poiché trattasi della zona più colpita dai raggi solari.

Anche i materiali giocano un ruolo fondamentale: banditi i colori chiari e riflettenti, l’intera struttura deve assicurare buone capacità di immagazzinare il calore e la luce. Proprio come la capacità di trattenere il calore, anche la funzione di raffrescamento assolve un ruolo importante, poiché spinge verso l’esterno le correnti d’aria calda così da mantenere negli ambienti interni una temperatura confortevole. Nel corso della giornata, la superficie di raccolta esterna esposta a sud, attira i raggi del sole accumulando la luce ed il calore necessari. Tale flusso viene convogliato all’interno del pozzo e una volta entrata in casa, la corrente di aria più calda si muove verso l’alto. In questo modo, all’interno degli spazi abitati le correnti fredde dal basso incontrano il calore proveniente dall’alto e mantengono una temperatura ottimale interna grazie alla fuoriuscita del calore in eccesso.

La particolarità del camino solare sta nel fatto che lo stesso può assolvere ad una doppia funzione, quella di raffrescare gli spazi abitati ed allo stesso modo di riscaldarli. Infatti, attraverso l’inserimento del cosiddetto muro di Trombe, preferibilmente orientato a sud, viene trattenuta una grande quantità di calore ceduta in un secondo momento agli ambienti interni.

Anche in questo caso, il materiale ha un ruolo fondamentale per la massimizzazione del rendimento di tale parete che dev’essere dimensionata e colorata adeguatamente al fine di trattenere più calore possibile. Tale elemento architettonico è infatti bicomponente: costituito da una superficie più esterna in vetro scuro che funge da massa di accumulo e da un muro interno di pietra o cemento. Nella progettazione di questo tipo di sistema, occorre utilizzare alcuni accorgimenti in vista dell’aumento del carico termico durante l’estate: le radiazioni solari che incidono sulla superficie di accumulo in questo periodo dell’anno sono maggiori e per questo provocano un considerevole innalzamento del carico termico con conseguenti temperature disequilibrate.

Attraverso una corretta ventilazione e l’uso di piccole attenzioni nella scelta e nel dimensionamento delle componenti di sistema, si può ovviare a questo problema che rimane in ogni caso di minore entità rispetto a quello legato all’illuminazione artificiale (causa di un elevato innalzamento del carico termico anche in assenza di tali sistemi passivi). Inoltre, poiché la ventilazione è maggiore nella sezione più bassa del condotto di ventilazione, in fase progettuale è bene calcolare l’altezza del camino, tenendo presente che la stessa dev’essere alta il doppio rispetto al filo della copertura, al fine di assicurare un efficace moto d’areazione. Tale misura non deve mai compromettere l’aspetto dell’edificio ma dev’essere coerente con lo stesso, al fine di garantire integrità funzionale ed estetica. I flussi d’ingresso dell’aria devono essere controllati attraverso appositi sistemi di chiusura per evitare che gas e vapori nocivi esterni entrino all’interno dell’abitazione.

Quali sono i vantaggi?

Il camino termico rappresenta una soluzione sostenibile in grado di apportare numerosi benefici dal punto di vista energetico, economico e del comfort personale. Alimentato grazie alla fonte rinnovabile dell’energia solare presente in natura, non comporta alcun costo per il suo funzionamento.

Il suo scopo risulta essere indispensabile nelle abitazioni di dimensioni ridotte o ubicate in zone ad alta densità abitativa, dove la qualità dell’aria e dell’illuminazione è più scarsa. Grazie allo sfruttamento della radiazione solare, gratuita e priva di impatto negativo sull’ambiente, viene escluso l’uso di risorse non rinnovabili ed inquinanti. Inoltre, il meccanismo del camino termico, grazie al quale il calore in eccesso risale e viene sprigionato verso l’esterno, garantisce un netto miglioramento nella ventilazione dell’aria in tutti i tipi di ambiente, anche in quelli privi di aperture.

Si otterranno così spazi dotati di una maggiore qualità dell’aria ma anche di un’illuminazione adeguata all’uso di ogni stanza, con un’ottimizzazione della fruibilità spaziale. Per di più, poiché in questo modo si otterranno temperature equilibrate, non sarà più indispensabile l’inserimento degli impianti di climatizzazione e sarà così consistente il risparmio energetico e di conseguenza quello economico. Per questo motivo, tali soluzioni assumono grande importanza nella stagione estiva, poiché attraverso lo sfruttamento del moto ascensionale, l’aria fresca in entrata e proveniente dalla base dell’edificio scaldandosi nell’ambiente, evacua all’esterno attraverso il camino.

I condotti interrati attraverso i quali l’aria esterna entra nell’edificio, garantiscono l’ingresso di un flusso fresco nell’ambiente, equilibrandone la temperatura. In questo modo, il moto convettivo favorisce il naturale ricambio dell’aria senza comportare l’uso dei condizionatori. Il presupposto indispensabile per un corretto funzionamento del sistema è che la temperatura esterna sia inferiore a quella desiderata per gli spazi domestici. L’ottimizzazione del microclima domestico comporta un adeguato comfort termico e un maggiore benessere a livello psico-fisico per chi vive gli ambienti.

Anche l’illuminazione naturale interna migliorerà a livello quali-quantitativo e così diminuirà il consumo di energia elettrica durante le ore diurne. Per tutti questi motivi, la presenza di un camino solare nell’edificio, aumenta il valore dell’immobile e garantisce un netto contenimento dei costi di gestione.

Funzione inversa: i camini del vento

Se i camini solari contribuiscono all’accumulo di energia e calore, all’opposto quelli del vento si servono del flusso eolico a temperatura inferiore per raffrescare gli spazi interni. La funzione del camino del vento risulta quindi essere estremamente importante, soprattutto durante l’estate, per il raffrescamento termico degli ambienti occupati e alcuni esempi architettonici ne sono testimonianza concreta. Un celebre esempio è rappresentato dal quartiere a sud di Londra “BedZed” (Beddington Zero Energy Development) che vanta il pregio di avere un impatto zero sull’ambiente.

Alla base di ogni scelta progettuale si pone il rispetto per l’ambiente attraverso l’impiego di materiali riciclati ed energia ottenuta da fonti rinnovabili. Dal punto di vista tecnologico, le aperture sono state collocate a sud per sfruttare al massimo la radiazione solare ed ottenere un buon livello d’illuminazione e sono assenti impianti di climatizzazione. Il mantenimento del confort termico spetta invece ai camini solari collocati sui tetti di tutti gli edifici che oltre ad assolvere un’importante funzione pratica costituiscono elemento estetico rappresentativo del complesso residenziale.

Che vengano impiegati al fine di immagazzinare il calore per riscaldare gli ambienti interni (camini solari) o al contrario per sfruttare i venti freddi utili per raffrescare gli spazi abitati (camini del vento), i camini assolvono ad importanti funzioni per il benessere dell’utente e la salvaguardia del pianeta. La crescente attenzione alla sostenibilità in architettura costituisce prerogativa fondamentale per il rispetto del pianeta e delle generazioni future. Per questo motivo, i sistemi passivi verranno progressivamente adottati nella maggior parte dell’ambiente costruito affinché lo stesso possa coesistere in equilibrio con il contesto naturale in cui sorge.

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