Contesto microclimatico

Quest’ultima categoria è costituita dai parametri relativi alle condizioni climatiche specifiche di un determinato intorno dell’edificio in cui si applica un involucro evoluto a comportamento dinamico e comprende una serie di informazioni principalmente legate alla temperatura e all’illuminazione8_.

Le variabili per la caratterizzazione del microclima in una data località sono : - la luminanza del cielo;

7 _{Un altro dato rilevante è fornito dallo studio dell’ombreggiamento di elementi presenti nel} contesto dell’edificio. “Per studiare l'ombreggiamento di un sistema da applicare in facciata

può essere utile costruire il modello delle ombre, che si compone di tutte le ombre che si possono verificare durante le ore invernali. Le ore di massima insolazione, nel periodo invernale, sono dalle 9 alle 15: durante questo periodo più dell'80% della radiazione ha la massima incidenza sulle superfici esposte dell'edificio. Il modo più semplice per rappresentare il modello delle ombre è esaminare l'esposizione da un elemento verticale predefinito durante il giorno 21 dicembre ad una latitudine di 36° Nord. Il modello che ne risulta (fig. 3.9) mostra delle zone più scure che rappresentano le ombre prodotte dal riferimento per ogni ora nell'intervallo dalle 9 alle 15. Il modello delle ombre risulterà più lungo a latitudini maggiori e più corto a latitudini minori. Nel caso di un edificio sarà sufficiente prendere come riferimenti dei poli verticali e costruire le ombre relative (fig. 3.10). Questo modello, applicato ai singoli edifici consente di capire a priori il tipo di soleggiamento di cui godrà il singolo edificio ma, sopratutto, il gruppo di edifici che risulteranno relazionati tra loro dall'insieme delle ombre proiettate”.

Mottura, G., Pennisi, A., Progettare sistemi di protezione solare degli edifici, Maggioli, Rimini, 2005

8 _{Microclima: rappresenta il clima tipico dell’intorno edilizio, per un’estensione orizzontale di}

qualche centinaio di metri, e verticale corrispondente all’altezza media delle piante, in zone extraurbane, e degli edifici in zone urbane.

Grosso, M., Il raffrescamento passivo degli edifici in zone a clima temperato, Maggioli, Rimini, 2008

Figura 3.8 Campi tipici di emissività per vari materiali

Figura 3.9 Schema per la determinazione del modello delle ombre

Figura 3.10 Schema delle ombre determinate da un riferimento verticale tra le 9 e le 15

89 dottorato di ricerca in tecnologia dell’architettura – XXII ciclo

- il fattore di luce diurna;

- la temperatura dell’aria esterna; - l’umidità relativa esterna.

La luminanza del cielo descrive le condizioni esterne di luminosità ai fini della definizione della qualità e quantità di luce naturale all'interno degli ambienti. Ad una prima valutazione, questo fattore potrebbe essere descritto come una caratteristica macroclimatica; si deve però prendere in considerazione anche la sua naturale variabilità in funzione della specifica localizzazione, ovvero in funzione del tipo di suolo, dell’ombreggiamento, ecc.

Esistono diversi modelli di luminanza del cielo che possono essere adottati per definire le condizioni esterne di luminosità. Generalmente, si valuta il modello cosiddetto di “cielo coperto” in quanto costituisce la condizione rappresentativa mediamente favorevole, anche se per i climi mediterranei, possono risultare determinanti le condizioni di “cielo parzialmente coperto” e “cielo sereno”.

II fattore di luce diurna (daylight transmission actor) indica la percentuale di luce (lunghezza dell'onda 320-780 nm) che passa attraverso il vetro. Pannelli isolanti vetrati hanno un fattore di trasmissione del 70%. I costanti cambiamenti delle condizioni climatiche esterne sia nell'arco dell'anno che della giornata sono molto differenti tra loro, pertanto la pelle esterna si trova a rispondere a requisiti diversi e spesso contrastanti tra loro allo scopo di mantenere condizioni confortevoli all'interno degli ambienti. Il fattore di luce diurna rappresenta il parametro di riferimento per molti strumenti regolamentari comunali per la determinazione dell’illuminazione necessaria all’interno dei vani.

La temperatura dell'aria, a scala microclimatica, dipende e varia sensibilmente in funzione di differenti parametri, quali:

- il contesto orografico dell’intorno dell’edificio; - l’esposizione ai venti9_;

- la temperatura fittizia aria-sole.

Un parametro interessante per la valutazione della temperatura dell’aria esterna è fornito dai gradi ora: si tratta di un’unità empirica, che esprime la differenza di temperatura oraria fra la temperatura di esercizio e la temperatura media esterna giornaliera, quando questa si alza sopra la temperatura di riferimento. I gradi ora

9 _{La presenza del vento influisce sulle temperature, sia trasportando aria a specifiche} temperature che raffreddano o riscaldano la superficie terrestre per convezione.

Luminanza del cielo

Fattore di luce diurna

Temperatura dell’aria esterna

Parte seconda – Involucro evoluto a comportamento dinamico

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Giulia Archetti – Facoltà di Architettura di Ferrara

possono essere utilizzati per prevedere il fabbisogno energetico stagionale di un edificio per il suo raffrescamento: si tratta però di un parametro non ancora contemplato da riferimenti normativi; questi ultimi si basano invece sui gradi giorno10_.

Anche la temperatura Aria-sole influisce in maniera significativa sulla determinazione della temperatura esterna: si tratta di una temperatura fittizia che tiene conto contemporaneamente sia degli scambi termici (conduttivi e convettivi) con l’aria esterna che dell’irraggiamento solare ricevuto. La temperatura esterna nelle zone soleggiate viene percepita più elevata rispetto a quelle in ombra. La valutazione della temperatura aria-sole fornisce indicazioni utili alla comprensione di questo fenomeno: si supponga di avere la parete esterna di figura 3.11 soggetta ai flussi termici indicati e all’irraggiamento solare I. Il bilancio energetico complessivo sull’involucro è in funzione dell’assorbimento dei materiali che compongono l’involucro, dell’irraggiamento solare I e dello scambio convettivo (cioè delle differenze di temperature interna - esterna). Si definisca ora la Temperatura aria-sole “quella temperatura fittizia dell’aria esterna che produrrebbe, attraverso una parete in ombra, lo stesso flusso termico che si ha nelle condizioni reali, ossia sotto l’azione simultanea della temperatura esterna e della radiazione solare”11_.

Per trovare la temperatura Aria-Sole (Tas) è sufficiente imporre che il flusso reale q sia uguale al flusso termico che si avrebbe per una parete in ombra a contatto con l’ambiente esterno a temperatura Tas. Di conseguenza anche la temperatura aria- sole dipende dal fattore di assorbimento dei materiali, dalle capacità di scambio convettivo e dall’irraggiamento solare. Nelle figure 3.12 e 3.13 si ha modo di osservare come Tas vari al variare di questi parametri. Si osservi, in Figura 46, come la temperatura aria-sole sia legata all’esposizione della parete e quindi al suo irraggiamento solare.

10 _{Con questa unità di misura si indica il fabbisogno termico di una determinata area} geografica relativa alle vigenti normative sul riscaldamento/raffreddamento delle abitazioni. Il valore numerico rappresenta la somma, estesa a tutti i giorni di un periodo annuale convenzionale, delle sole differenze positive (o negative) giornaliere tra la temperatura convenzionale, fissata in Italia a 20°C, e la temperatura media esterna giornaliera. Un valore di Gradi Giorno basso indica un breve periodo di riscaldamento/raffreddamento e temperature medie giornaliere prossime alla temperatura fissata per l'ambiente. Al contrario, valori di Gradi Giorno elevati, indicano periodi di riscaldamento/raffreddamento prolungati e temperature medie giornaliere nettamente inferiori/superiori rispetto alla temperatura convenzionale di riferimento.

11 _{Cammarata, G., Impianti termotecnici, vol. I, Università degli Studi di Catania, Facoltà di} Ingegneria, Catania, 2009

Figura 3.11 Scambi termici di una parete esterna soleggiata .

Figura 3.12 Andamento della

temperatura aria-sole per a=0.2 e a=0.9 per un dato irraggiamento

Figura 3.13 Temperatura aria-

sole per a=0.2 e a=0.9 ed esposizione Sud, Est ed Ovest

91 dottorato di ricerca in tecnologia dell’architettura – XXII ciclo

Il parametro dell’umidità relativa indica quale sia la percentuale di vapore d'acqua contenuto nell'aria in rapporto alla massima contenibile ad una determinata temperatura: se l'umidità assoluta rimane costante, tutte le variazioni di temperatura comporteranno quindi una variazione dell'umidità relativa.

Generalmente, si assumono i valori medi mensili delle massime e minime giornaliere di temperatura dell'aria e dell’umidità relativa: i valori massimi e minimi giornalieri di quest’ultima corrispondono ai valori minimi e massimi della prima.

3.2 Fattori interni richiesti come parametri per la progettazione