L’energia del Sole, nelle sue forme dirette, luce e calore, ed in quelle indirette, energia delle biomasse, idrica ed eolica, è stata per millenni l’unica fonte sulla quale si è basato lo sviluppo umano. Tuttavia solo da mezzo secolo ne è stato proposto l’utilizzo, grazie ai progressi della scienza e della tecnologia.  Gli edifici costituiscono i principali e più diffusi sistemi tecnologici del mondo moderno e l’espressione più diretta della cultura di vita e di lavoro di un popolo. La maggior parte dell’energia da noi consumata serve per climatizzare ed illuminare gli ambienti degli edifici (circa il 40% di energia primaria in Europa) e per far funzionare un crescente numero di apparecchiature in essi utilizzati. Progettare, costruire e gestire edifici energeticamente efficienti, a basso impatto ambientale ed allo stesso tempo funzionali è una sfida che si rinnova nel tempo.
Solo recentemente si sta aprendo una vera opportunità di rivoluzionare la valenza tecnologica di un edificio. Ci riferiamo ai nuovi modi di integrazione e di utilizzo negli edifici dei materiali, prodotti e sistemi mirati all’efficienza energetica e basati sulle tecnologie solari con la prospettiva non solo di produrre tutta l’energia che un edificio consuma, ma in alcuni casi, anche di esportarla.
Obiettivi: la motivazione che sorregge questa tendenza è sia quella di un risparmio energetico finalizzato ad un risparmio economico, sia quella di una riduzione dell’inquinamento ambientale dovuto alle emissioni prodotte bruciando i combustibili fossili. Proprio quest’ultima sta diventando una necessità non più rimandabile dal momento che i gas serra (anidride carbonica, metano, ..) emessi da tutti i processi di combustione (compresi quelli delle auto), sono i principali responsabili del riscaldamento globale del pianeta.

Un po' di storia.
Un quadro completo sulle prospettive dell’energia solare aperte dalle scoperte scientifiche e tecnologiche fu elaborato, per la prima volta a livello mondiale, dalla “Paley Commission”, istituita negli Stati Uniti nel 1951 dal presidente Truman(“Resources for Freedom”). Nel rapporto, dedicato all’energia nel futuro (1950-2050), la Paley Commision dedicò un apposito capitolo alle numerose possibilità offerte dalle tecnologie solari (“ the promise of technology the possibilities of solar technology”, 1952). In esso veniva sottolineato che l’impegno economico degli Stati Uniti a favore dell’energia solare fosse marginale e che ora era giunto il momento di avviare una politica di ricerca aggressiva, facendo sì che gli stati uniti potessero contribuire in modo significativo al benessere dell’umanità. Queste positive indicazioni della Paley Commision non furono tuttavia tradotte in programmi governativi.
Nel 1953 il Presidente Eisenhower lanciò l’iniziativa “atomi per la pace” e i programmi di sviluppo per l’energia nucleare finirono per catalizzare, sia negli Stati Uniti, sia in altri paesi del mondo, gli interessi scientifici ed economici nel settore energetico. Si deve alla determinazione ed alla lungimiranza dei “pionieri” dell’energia solare degli anni 50 se l’idea di un progresso alimentato dall’energia del sole continuò ad essere tenuta viva. Sempre nel 1953, presso l’università del Winsconsin si tenne un simposio sull’energia solare al quale furono invitati a partecipare quasi tutti i più autorevoli scienziati (circa una trentina) che allora si occupavano di di energia solare per discutere di tecnologie per il riscaldamento, di fotochimica, di fotovoltaico, di biomasse.
Nel 1954, sotto la leadership di Farrington Daniels, un chimico e fisico di grande fama, fu creata l’AFASE (Association for Applied Solar Energy), dalla quale avrà origine l’International Solar Energy Society (ISES). L’AFASE nel 1955 organizzò in Arizona il primo congresso mondiale sulle basi scientifiche dell’energia solare al quale parteciparono 900 scienziati, dei quali 130 provenienti da 36 paesi stranieri, avviando così una rete di contatti e di iniziative che favorirono le attività di ricerca e sviluppo del settore negli anni 50 –60 in molti paesi, inclusa l’Italia. L’attività pionieristica più significativa nel nostro paese fu svolta da Giovanni Francia presso l’Università di Genova e riguardò principalmente le centrali solari a torre per la produzione di elettricità. I pionieri dell’energia solare degli anni 50 e 60, con il loro ingegno e con la loro determinazione, aprirono la strada allo sviluppo delle attuali tecnologie solari. L’opera pionieristica, tuttavia, non è ancora terminata e dovrà continuare per creare una “cultura del solare” e per garantire un’ampia e corretta applicazione e diffusione delle tecnologie solari.

Tecnologie di climatizzazione naturale.
Se un edificio è stato ideato seguendo i criteri di costruzione bioclimatici, è possibile climatizzarlo naturalmente utilizzando tecnologie dette, appunto, bioclimatiche. Queste possono essere finalizzate sia al riscaldamento, sia al raffrescamento con un significativo risparmio sia in termini energetici sia in termini economici. Per quanto riguarda il riscaldamento, tali tecnologie si chiamano anche sistemi solari e sono distinguibili in due grosse categorie:

• sistemi solari passivi quando la movimentazione è realizzata unicamente per effetto del gradiente termico del fluido stesso
• sistemi solari attivi quando la movimentazione è realizzata meccanicamente

Sistemi solari passivi.
Sono sistemi solitamente integrati nell’involucro edilizio che sfruttano meccanismi di trasferimento termico innescati naturalmente. Sono costituiti essenzialmente da componenti del sistema edilizio, progettati e costruiti in modo da aggiungere, alla funzione primaria (chiusura portanza, partizione), la funzione di controllo termico, che avviene utilizzando tutti i tipi di scambio: irraggiamento,conduzione e convezione. Il sistema solare passivo più rappresentativo e comune è la serra, con tutte le sue varianti, dalla loggia balcone vetrata, alla serra addossata, all’atrio di grandi edifici pubblici o commerciali.
Questo sistema sfrutta il cosiddetto “effetto serra” che caratterizza il vetro. Il vetro infatti è trasparente alla radiazione solare visibile (onde corte), ma non a quella termica (onde lunghe). Per tale ragione la radiazione solare che attraversa il vetro esterno di una serra può penetrare all’interno e riscaldare le superfici opache con cui viene a contatto. Queste a loro volta, riemettono radiazioni termiche nell’infrarosso (onde lunghe), che non possono attraversare il vetro se non in minima parte, riflettendosi quindi all’interno e riscaldando l’aria racchiusa nella serra. L’orientamento della serra è particolarmente importante per un suo corretto sfruttamento dei benefici solari altrimenti funge esclusivamente come tampone alle dispersioni verso l’esterno dal lato su cui è localizzato. Bisogna comunque prestare attenzione alle temperature di picco che possono determinare il surriscaldamento.
Altro sistema solare passivo tipico è la parete solare, nelle sue diverse configurazioni di parete ad accumulo, muro di Trombe-Michelle, sistema Barra-Costantini, parete camino solare. Le pareti solari possono essere così descritte nei loro elementi costitutivi:

• una superficie trasparente con vetro singolo ed alto indice di metratura
• un’intercapedine d’aria di spessore non superiore a 10 cm
• una superficie captante l’energia solare di colore scuro
• un muro di accumulo: il funzionamento termico della parete sfrutta anch’esso l’effetto serra che si produce nell’intercapedine d’aria.

Il calore generato nell’intercapedine viene trasmesso per conduzione con un ritardo legato allo spessore del muro. Nelle altre conformazioni il trasferimento di calore avviene anche per convezione per effetto camino attraverso bocchette poste in alto.
Le diverse configurazioni si distinguano per le modalità di questo trasferimento termico convettivo:

• nel muro di Trombe le bocchette danno direttamente nel locale da riscaldare
• le bocchette sono collegate ad intercapedini sia a soffitto sia a pavimento
• nella parete camino solare l’aria è convogliata in un’intercapedine sopra il controsoffitto e da questa in ambiente.

Tra i sistemi solari a guadagno indiretto ricordiamo anche i sistemi a termosifone: sono costituiti da collettori ad aria e accumulatore di calore. Sfruttano il principio della convezione naturale, quindi sono adatti sia in inverno che in estate e sono adatti a singoli edifici perché hanno bisogno di grandi spazi di accumulo.
Tutti questi sistemi, quindi, possono contribuire, purchè correttamente inseriti nell’edificio e ben utilizzati dagli occupanti della casa, a ridurre anche notevolmente il fabbisogno energetico del riscaldamento ambientale.
Il riscaldamento delle case o di parete di esse con i sistemi solari passivi può ridurre fino al 60% a seconda delle zone climatiche del nostro paese il fabbisogno energetico di una casa riducendo altresì i costi dell’impianto di riscaldamento complementare che in certi casi e a seconda della disponibilità del combustibile può essere rappresentato da una semplice stufa camino o da una stufa in muratura. Nel concepire una casa bioecologica dovrebbe sempre essere un imperativo pensare di utilizzare le fonti energetiche rinnovabili ed ecologiche- soprattutto l’energia solare- praticamente disponibile su tutto il territorio nazionale.
Due importanti vantaggi offrono quindi i sistemi solari passivi:

• risparmio sulla boletta del riscaldamento
• riduzione dell'inquinamento ambientale

Sistemi solari passivi.
I sistemi solari attivi sono caratterizzati da elementi di captazione dell’energia solare, generalmente posti sul tetto (collettori o pannelli solari), e da un impianto di movimentazione del fluido (acqua o aria) utilizzato per il trasferimento del calore all’ambiente o ad un serbatoio di accumulo. Sono definiti attivi perché necessitano di energia elettrica per movimentare il fluido (pompe o ventilatori, a seconda del tipo di fluido). Alle nostre latitudini, tali sistemi devono sempre essere integrati con un sistema ausiliario di riscaldamento, che sopperisca al fabbisogno termico nei periodi di scarso soleggiamento. Tali sistemi sono anche utilizzati per il riscaldamento dell’acqua igenico-sanitaria. Noi preferiamo parlare di architettura solare attiva, non come semplicistica introduzione di nuove tecnologie termotecniche, ma una maniera di costruire, nella quale gli impianti di utilizzazione dell’energia solare entrano a far parte dei parametri della progettazione edilizia. In altre parole se è ammissibile che su una costruzione esistente si installi un impianto solare come una mera aggiunta o come un ripiego energetico, non è altrettanto giustificabile usare la stessa prassi su edifici di nuova costruzione, e cioè per motivi strutturali, funzionali, estetici ed economici. L’impianto solare, dunque fa parte integrante della costruzione, e i suoi elementi vanno considerati – ai fini della armonizzazione architettonica- alla stessa stregua di altri componenti dell’edificio come per esempio finestre, muri, tetto…

Sistemi solari passivi.
Un impianto alimentato dall’energia solare termica è composto da un pannello di captazione dell’energia solare (detto comunemente pannello solare) da un serbatoio di accumulo del fluido vettore di calore (generalmente acqua) e da vari collegamenti idraulici ed elettrici. Nel campo residenziale, il principale utilizzo di tali impianti è quello della produzione di acqua calda sanitaria; raramente essi vengono utilizzati per il riscaldamento e comunque sempre ad integrazione di impianti tradizionali. L’acqua calda sanitaria prodotta giornalmente alle nostre latitudini è mediamente pari a circa 80 litri/mq di pannello installat6o; la temperatura raggiunta dall’acqua è pari a circa 50-70°C (secondo le condizioni di irraggiamento e il tipo di pannello) sia in inverno che in estate.I pannelli solari si possono classificare come segue:

• pannelli scoperti- realizzati in materiale plastico, poco costosi, adatti principalmente all’utilizzo estivo.
• pannelli solari vetrari- nei quali la superficie assorbente è ricoperta da una lastra di vetro per realizzare l’effetto serra; le superfici vetrate possono essere selettive e non selettive, nel primo caso si ha un rendimento maggiore

Dal punto di vista impiantistico si hanno:

• Impianti a circolazione naturale- nei quali il serbatoio di accumulo è posto superiormente al pannello e l’acqua circola in modo naturale per effetto termosifone.
• Impianti a circolazione forzata- sono utilizzati nei casi in cui non è possibile installare il serbatoio più in alto del pannello; questi necessitano di una pompa di circolazione del fluido vettore e di una centralina di regolazione del flusso.

Per quanto riguarda gli scambi termici si distinguono:

• Impianti a scambio diretto – nei quali l’acqua che scorre nei pannelli non è la stessa impiegata per l’uso sanitario, ma cede calore a quest’ultima all’interno del serbatoio di accumulo, tramite uno scambiatore termico. Ciò è necessario se l’impianto opera in zone dove la temperatura ambiente scende sotto lo zero ed occorre introdurre antigelo.
• Impianti a scambio diretto- nei quali l’acqua che scorre nel pannello è la stessa impiegata per uso sanitario.

I costi contenuti, i buoni materiali con cui sono costruiti i collettori solari e il serbatoio, ne fanno una soluzione ideale per le necessità di produzione di acqua calda sanitaria a livello individuale (villette o appartamenti) o per collettività (es. docce per campeggi, centri sportivi, rifugi alpini, parchi naturali, ecc.)
Per il riscaldamento degli ambienti sono più interessanti ed efficaci i collettori solari con tubi sottovuoto costruiti con materiali resistenti alle severe condizioni di esercizio giacchè il principio di funzionamento sottovuoto produce un aumento notevole dell’efficienza del collettore e di conseguenza un innalzamento della temperatura di lavoro assai importante nei mesi invernali quando la radiazione solare è meno intensa.

Obiettivi
L’obiettivo della progettazione bioecologica è comunque la realizzazione di edifici che consentano un guadagno energetico “naturale” attraverso l’utilizzo di superfici vetrate, buona inerzia termica dei materiali, orientamento adatto (esposizione a sud delle superfici vetrate), in modo da minimizzare i sistemi tradizionali a combustione.

Quale motivazione abbiamo per optare per questo genere di costruzioni?
La convenienza economica. Infatti, in Italia, in località ben soleggiate, sono stati realizzati risparmi fino al 60-70% sul fabbisogno stagionale di combustibile grazie all’utilizzo di sistemi solari affiancati da sistemi di accumulo. Per fare un esempio, si stima che una famiglia di quattro persone, che usi un impianto solare di dimensioni medie (superficie totale dei pannelli di quattro mq), consente di evitare ogni anno l’immissione di 1,56 tonnellate di CO2 nell’ambiente rispetto al caso in cui avesse utilizzato, per produrre lo stesso quantitativo di acqua calda, il tradizionale scaldabagno elettrico. Migliorando il bioclima in cui viviamo otteniamo un miglioramento di tutte le risposte dell’organismo: dal sistema immunitario alla respirazione, dalla capacità di concentrazione alla circolazione. Anche il metabolismo stesso e la traspirazione risultano migliorati, e di conseguenza aumentano la vitalità e le capacità fisiche in generale. Per contro un impianto di riscaldamento mal progettato, con scambio di calore prevalentemente convettivo, funzionante ad alte temperature, con circolazione di aria calda e polveri in sospensione decomposte da superfici metalliche a temperature elevate può provocare vere e proprie malattie da riscaldamento. In particolare possono derivarne stanchezza, malessere, nervosismo, irritazione, raffreddori, asma, insonnia, disturbi cardiovascolari e della circolazione periferica, diminuzione della vitalità e della capacità di reazione del sistema immunitario, allergie. Per questi motivi l’evoluzione tecnologica è oggi prevalentemente concentrata sul raggiungimento di obiettivi di funzionalità, comodità, economia e salubrità.

Nel caso siate interessati a ottenere un risparmio sia in termini energetici che economici della vostra abitazione noi possiamo fornire:

• Verifica dell'edifico : al fine di definire l’intervento più adatto alle vostre esigenze

• Misure: realizzazione di misure in sito per la verifica della fattibilità dell’impianto in rispondenza alle esigenze normative

• Proposta di soluzioni: ricerca di possibili soluzioni per il vostro problema

• Progettazione : progettazione a tavolino di impianti sicuri per edifici in costruzione.