Ventilazione naturale

Per valutare come i fattori esterni, fissi e variabili, influiscono sulla ventilazione dell’intercapedine è necessario descrivere come tale fenomeno si sviluppa. In termini generali, si può affermare che la ventilazione viene innescata da una differenza di pressione tra le masse di aria situate tra le due pelli; tale differenza può essere prodotta da diverse cause che agiscono singolarmente o congiuntamente a seconda delle condizioni ambientali esterne:

- differenze di pressione generate da effetti termici prodotti nell’intercapedine, l’effetto termico a cui si fa riferimento è il risultato del riscaldamento dell’aria situata nell’intercapedine. La temperatura dell’aria contenuta tra le due pelli è influenzata da una serie di fattori che sono originati da fenomeni termici legati al trasferimento e alla produzione del calore. In specifico, le temperature dell’aria in prossimità dell’involucro (esterno e interno) e il contributo di energia fornito dall’irraggiamento solare costituiscono gli elementi variabili dai quali dipende la temperatura dell’aria di intercapedine. Il calore dell’aria esterna e dell’aria dei vani interni viene trasferito per conduzione e convezione alle superfici delle due pelli e quindi all’aria di intercapedine. In assenza di irraggiamento, nella condizione in cui l’intercapedine è direttamente collegata con l’esterno o con l’interno (a seconda della direzione di ventilazione predisposta) l’aria in essa contenuta si attesta in un valore di temperatura simile a quello dell’ambito a cui è collegata (esterno o interno). Nel caso di intercapedine chiusa verso entrambi gli ambiti, la temperatura raggiunge un valore intermedio tra i due. Il parametro esterno che, invece, agisce sulla creazione di un effetto termico che movimenta in modo deciso le masse d’aria presenti nell’intercapedine è definito dall’irraggiamento solare. Attraverso questo fenomeno naturale la temperatura dell’aria d’intercapedine, stabilita dai fenomeni sopra descritti, incrementa sensibilmente. Tale incremento è causato, in parte, da una componente di calore ceduta per conduzione e convezione dalla lastra esterna riscaldata direttamente dai raggi solari e, per le soluzioni con una pelle esterna trasparente, dall’effetto serra prodotto nell’intercapedine dalla radiazione luminosa. Il riscaldamento dell’aria di

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intercapedine provoca un incremento di pressione rispetto all’esterno. Tale fenomeno è dovuto al principio fisico secondo il quale l’aria, salendo di temperatura e divenendo più leggera, aumenta il proprio volume, dirigendosi verso l’alto. Essendo questa aria contenuta in uno spazio delimitato si produce, nella parte alta dell’intercapedine, un innalzamento della pressione. Per ristabilire l’equilibrio naturale l’aria viene quindi espulsa verso l’esterno attraverso le griglie posizionate nella porzione superiore dell’intercapedine; di contro, nella porzione inferiore, si crea una depressione che viene annullata dall’ingresso di aria più fredda attraverso le griglie posizionate in basso. Questo continuo movimento di aria definisce il principio generale di ventilazione dell’intercapedine, prodotto durante le ore della giornata in cui la facciata è direttamente esposta ai raggi solari; - differenze di pressione dovute alla forza del vento, il vento può essere

considerato come una forza che esercita una pressione direttamente sull’involucro. La differenza di pressione tra l’aria dell’intercapedine e l’esterno dell’edificio, sottoposto all’azione del vento, genera un moto convettivo che provoca la ventilazione dell’involucro; tale moto, durante la giornata, si aggiunge a quello causato dagli effetti termici, incrementando o riducendo la portata di aria che attraversa le due facciate vetrate (in funzione del valore positivo o negativo della pressione del vento);

- differenze di pressione ottenute tramite l’ingresso di aria proveniente da vani specifici, il naturale movimento verso l’alto dell’aria di intercapedine, causato dagli effetti precedentemente descritti, può essere incrementato utilizzando particolari accorgimenti atti a convogliare, nello spazio tra le due pelli, aria proveniente da vani specifici dell’edificio innescando un effetto tampone. Generalmente, si tratta di vani interrati13 _{o seminterrati che}

contengono aria la cui temperatura risulta mitigata, rispetto all’esterno, dalla specifica posizione planivolumetrica che li caratterizza. Nella condizione estiva tale aria presenta temperature inferiori rispetto a quelle esterne; se

13 _{La realizzazione di involucri a comportamento dinamico comporta assai di frequente} l’adozione di soluzioni a strati paralleli con interposta aria, ferma od in movimento. La ventilazione dell’intercapedine può avvenire, come noto, per singoli elementi, per canali verticali od orizzontali o a tutta superficie. La realizzazione di condotti di ventilazione a canali può risultare assai utile al fine di porre in essere interessanti sinergie tra diverse componenti del sistema edilizio. A titolo esemplificativo attraverso i canali orizzontali è possibile mettere in comunicazione porzioni di involucro fresche con porzioni calde, omogeneizzandone la temperatura, mentre attraverso i canali verticali è possibile condurre aria fresca (proveniente dal solaio a terra) nell’intercapedine surriscaldata dal sole, abbassandone significativamente la temperatura, oppure mettere in comunicazione lo stesso solaio a terra (fresco) con la copertura (calda), innescando un tiraggio naturale anche in quelle zone (ad esempio a nord) che non si avvantaggiano dell’effetto camino generato dal sole.

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introdotta nell’intercapedine essa induce ad un incremento della ventilazione di quest’ultima e un conseguente raffrescamento dell’intero involucro. Nella condizione invernale, invece, l’aria presenta temperature superiori rispetto a quelle esterne; ciò permette di incrementare la temperatura dell’aria di intercapedine, migliorando complessivamente il grado di isolamento dell’involucro;

- differenze di pressione ottenute per mezzo di elementi meccanici, la ventilazione naturale dell’intercapedine può essere incrementata attraverso l’applicazione di ventilatori che, collocati in prossimità delle griglie superiori, aumentano la pressione dell’aria in uscita dall’intercapedine. Con questa tecnologia si definisce un sistema di involucro cosiddetto a “ventilazione forzata”. Tramite l’impiego di sistemi meccanici viene assicurata un’adeguata ventilazione dell’involucro anche nelle condizioni in cui i parametri esterni e la conformazione geometrica dell’intercapedine non risultano appropriati a movimentare il calore recuperato.

Volendo schematizzare i singoli componenti stagionali della ventilazione è possibile suddividerli in:

- invernali; - estivi; - intermedi.

In condizione invernale, cioè con le griglie chiuse, viene favorito il potere termoisolante dell’involucro, attraverso il cuscinetto d’aria a circolazione minima che si forma tra le due superfici che compongono l’involucro, riscaldate dalla radiazione solare: il calore accumulato viene ceduto agli ambienti attraverso la parete più interna, contribuendo ad aumentarne la temperatura superficiale ed il conseguente livello di comfort dell'aria. Inoltre, nei sistemi più complessi, il calore accumulato dalla facciata nei periodi invernali può essere trasferito direttamente agli impianti di riscaldamento, contribuendo alla riduzione del consumo energetico.

Nelle stagioni intermedie, principalmente negli edifici per uffici, gli utenti possono far entrare negli ambienti interni l'aria riscaldata nel cavedio aprendo gli infissi della facciata interna, contribuendo all'innalzamento della temperatura dei locali attraverso l'apporto solare.

La condizione di funzionamento estivo prevede l'apertura delle griglie di ventilazione della pelle esterna: moti convettivi generati dalla differenza di temperatura e di pressione tra l'interno e l'esterno dell'involucro determinano una ventilazione ascensionale passante che raffresca la pelle interna dell'edificio. E’ necessario evitare, attraverso l'utilizzo di opportuni dispositivi, che gli effetti contrastanti delle

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forze indotte dal vento e dai fenomeni termici possano bloccare il flusso circolatorio nell'intercapedine, inoltre vanno analizzate le possibili resistenze conseguenti alla forma delle aperture e alla loro costruzione, come la presenza di profili direzionali in lamiera o griglie di protezione dagli insetti. L'aria nell'intercapedine si muove verso l'alto per moto convettivo naturale, generato dalla differenza di pressione, oppure per la prevalenza fornita da impianti meccanici di ventilazione forzata. Questo effetto risulta maggiormente pronunciato più i componenti di facciata (strutture portanti, vetri, sistema oscurante), naturalmente riscaldati dall'irraggiamento solare, sono caldi e più elevata è la velocità del vento. Inoltre, maggiore è la circolazione dell'aria, più elevata risulta la quantità di calore evacuata dalle superfici componenti la camera di contenimento dell'aria (la doppia partizione perimetrale ed il sistema oscurante). In sostanza l'effetto di protezione solare è accresciuto dall'intensità dell'irraggiamento stesso. La ventilazione naturale è, quindi, più efficiente durante la stagione estiva, poiché asporta la notevole energia calorica accumulata dalle superfici esposte all'irraggiamento solare e, comunque, è più intensa sulle parti dell'edificio più fortemente irradiate, ovvero esposte a sud, sud/est, sud/ovest.

L'ottenimento di una sensibile riduzione del consumo energetico per la climatizzazione invernale ed estiva e l'ottenimento di un buon comfort interno sono determinati da un lato dalle scelte progettuali, dall'altro dalla pianificazione di idonee strategie per quanto riguarda le funzioni della facciata quali:

- attivazione delle schermature solari e loro orientamento;

- apertura e chiusura degli elementi apribili per l'ottimizzazione dell'effetto ventilante;

- possibilità di apertura degli infissi interni per il raffrescamento notturno; - attivazione degli impianti di climatizzazione quando necessario.

Queste funzioni possono essere delegate agli utenti dei singoli locali, normalmente in parte, o automatizzate attraverso una serie di componenti che vanno dai sensori alle motorizzazioni a scomparsa, agli attuatori, ai sistemi di cablaggio. Tali sistemi, anche se il funzionamento ottimale è quello garantito dalla logica programmata, permettono ad ogni singolo utente la possibilità di sconnettersi attraverso un interruttore dal comando centralizzato e operare secondo le proprie necessità. Inoltre offrono particolari opportunità se applicati nella ristrutturazione, in quanto permettono nella maggior parte dei casi di intervenire dall'esterno non dovendo compiere modifiche sostanziali alla facciata esistente ed al sistema impiantistico dell'edificio. Come si è detto, la circolazione dell'aria attraverso l'intercapedine è indotta da forze propulsive ascensionali generate dai venti e da fenomeni di natura termica:

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fondamentali, a questo proposito, è la pressione del vento che dipende dalla forma e dall'altezza dell'edificio e dalle caratteristiche del contesto, che, a loro volta, determinano la direzione e la velocità delle masse d'aria. La forza ascensionale di origine termica si determina per differenza di temperatura con l'esterno: decisiva, in merito, la differenza di quota tra le aperture di ingresso e di uscita dell'aria. Naturalmente è comunque indispensabile l'ausilio di sistemi di integrazione per garantire i necessari ricambi d'aria sia d’estate nelle giornate più calde sia d'inverno in quelle più fredde.

Un ulteriore parametro per la circolazione dell'aria è rappresentato dalla resistenza opposta dall'intercapedine stessa: la sua profondità minima non deve essere inferiore a 20/25 cm14 _{per garantire un sufficiente moto dell'aria, anche se il}

funzionamento ottimale del sistema avviene con intercapedini di 40-50 cm15_,

praticabili anche ai fini manutentivi. Intercapedini superiori ai 60 cm sono giustificabili solo in caso di inserimento di elementi funzionali (corridoi di passaggio, impianti, scale).