Thermo Active Building Systems

Prima dell’avvento e della diffusione dell’impiantistica a servizio della climatizzazione degli ambienti, la progettazione degli edifici finalizzata al conseguimento di condizioni di comfort interno, si basava sull’uso passivo dei componenti dell’edificio, sfruttando grandi atri per la ventilazione naturale o superfici trasparenti come serre, o ancora la massa di pesanti pareti portanti per attenuare e sfasare il picco termico. Tutte queste assunzioni si basano su tradizioni consolidate di buona pratica del costruire. La svolta verso un largo uso dei sistemi HVAC unitamente agli impianti di illuminazione artificiale ha ridotto significativamente, a partire dagli inizi del XX secolo, la necessità di introdurre riflessioni progettuali verso sistemi passivi. Il risultato che ne è scaturito ha contrapposto nel tempo il conseguimento di condizioni di comfort ambientale con una sempre crescente spesa energetica per alimentare i sistemi impiantistici. La necessità di contenere tale spesa energetica ha spinto, negli ultimi decenni, verso lo sviluppo di filoni di ricerca alternativi a quelli inerenti il miglioramento prestazionale dei sistemi energetici. In modo particolare l’attenzione è stata posta anche verso i responsive building components ossia le tecnologie in grado di rispondere ad azioni o condizioni specifiche senza l’ausilio di sistemi impiantistici e con una spesa energetica molto ridotta. Una significativa attività di ricerca su questi temi è stata portata avanti all’interno delle attività svolte dal Subtask A di IEA –ECBCS (International Energy Agency – Energy Conservation for Building and Community Systems Programme) Annex 44, Integrated Environmentally Responsive Elements in Buidings. Di seguito si presenteranno alcune soluzioni tecnologiche basate sul principio dell’attivazione termica della massa, ossia la possibilità di sfruttare la capacità di immagazzinamento dell’energia termica da parte dei componenti opachi e massivi di una struttura, e di come tale principio possa influenzare le prestazioni dinamiche di un edificio.
Comunemente per massa termica (Thermal Mass TM) di un edificio si intende la capacità dell’edificio stesso di accumulare nei suoi componenti energia termica. L’utilizzo della massa termica dell'edificio contribuisce a ridurre l’effetto delle fluttuazioni della temperatura esterna, e dei carichi endogeni e solari, accumulando e rilasciando energia termica, andando così ad agire direttamente sul comfort termico e per conseguenza, sulla prestazione energetica dell’edificio stesso. Il ruolo giocato da una tecnologia adeguatamente progettata per tale scopo è senza dubbio significativo: in regime estivo la massa termica può contribuire ad assorbire la produzione di calore interna agli edifici così come può ritardare e ridurre lo scambio termico con l’esterno, contenendo i picchi di domanda frigorifera. A partire da questo semplice principio sono molte le tecnologie a disposizione dei progettisti per intervenire sfruttando tale fenomeno. L’attivazione della massa termica può inoltre essere innescata non solo da fenomeni naturali (temperatura dell’aria esterna, irradianza solare incidente), ma anche da sistemi meccanici, ad esempio immaginando di far attraversare la massa in gioco da un fluido termovettore, il quale scambia con il componente dell’edificio. L’attivazione della massa, attuata con strategie diverse, permette di incrementare l’efficienza del sistema e di far partecipare allo scambio termico una frazione maggiore della struttura dell’edificio Si parla in questo caso di sistemi termicamente accoppiati. Tali sistemi si possono distinguere in relazione al fluido che li attraversa e che dunque ne innesca il processo.
Sistemi ad attivazione ad aria
I solai basati sull’attivazione della massa per effetto del passaggio (naturale o forzato) di aria si basano sulla presenza di cavità all’interno del componente. L’aria in questo modo passando all’interno della struttura causa uno scambio termico convettivo con le pareti delle cavità. Per rendere più efficace lo scambio termico tra aria e massa la superficie di interfaccia viene incrementata, ottenendo cosi dei canali di dimensioni significative all’interno della struttura del componente. Il funzionamento ad aria è applicabile sia ai fini dell’attivazione per riscaldamento sia per raffrescamento. Il flusso d’aria può essere indotto meccanicamente con l’ausilio di dispositivi quali ventilatori, o naturalmente qualora sussistano le condizioni climatiche adeguate (gradienti di pressione e temperatura sufficienti). Affinché il sistema abbia una reale effetto sull’ambiente, la struttura che contiene la massa attivata deve essere a diretto contatto con ambienti climatizzati, per tale ragione l’adozione di tale tecnologie dove escludere l’utilizzo di un controsoffitto, ciò consente di ridurre anche lo spessore del solaio e permettendo di conseguenza di contenere gli le altezze di interpiano in gioco.
Sistemi ad attivazione ad acqua
L’attivazione della massa all’interno dei solai può essere eseguita anche facendo uso di un sistema di tubi percorsi da acqua. Tali sistemi possono essere accoppiati con la struttura del componente anche in presenza di un sistema ad aria. I tubi ad acqua per l’attivazione della massa presentano un diametro compreso tipicamente tra 10 e 25 mm e sono collocati ad una distanza solitamente compresa tra 100 e 300 mm. La produzione dei componenti strutturali che si integrano con un sistema ad acqua può essere eseguita attraverso una prefabbricazione o anche in sito; in questo caso la procedura di posa in opera è del tutto simile alla realizzazione di un solaio con pannelli radianti a pavimento intergrati.

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