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Tra i dati climatici relativi alla temperatura dell’aria, particolarmente importante ai fini della progettazione edilizia è il numero di gradi giorno (GG) di una località, definito dalla sommatoria – estesa a tutti i giorni di un periodo di riscaldamento annuale convenzionale – delle sole differenze positive giornaliere tra la temperatura dell’ambiente interno (ti), convenzionalmente fissata a 20 °C, e la temperatura media esterna giornaliera (te). Dal numero di gradi giorno della località dipenderanno il fabbisogno energetico per il riscaldamento invernale e i requisiti prestazionali richiesti dalla normativa vigente per quanto riguarda l’isolamento termico degli elementi tecnici che compongono l’involucro.

I venti sono definiti caratteristici se di una determinata zona, a seguito dell’orografia del luogo (ad esempio: la bora); costanti se spirano sempre nella stessa direzione e verso, anche se con diversa velocità (ad esempio: gli alisei); periodici quando spirano su una stessa direttrice invertendo periodicamente la direzione, pur con differente velocità. Il periodo può essere stagionale, come nel caso dei monsoni o degli etesi, o anche semplicemente diurno, come nel caso delle brezze, che possono essere di mare o di lago, da pendio o costiere. Queste ultime – caratterizzate dal vento che soffia dalla superficie dell’acqua verso terra durante il giorno, e in direzione inversa durante la notte – sono originate dalla variazione ciclica giornaliera di pressione atmosferica determinata dalle differenze di temperatura (e quindi di densità dell’aria) che si creano per effetto delle maggiori capacità termica e riflessione della radiazione solare che l’acqua presenta rispetto al terreno.

I microclimi caratterizzano il clima del contesto edilizio, e riguardano zone: con estensione orizzontale di alcune decine di ettari; con estensione verticale corrispondente all’altezza media delle alberature in zone extraurbane, più alti in zone urbane. A questa scala le condizioni climatiche locali sono fortemente influenzate anche dalle caratteristiche topografiche del luogo, e pertanto la conoscenza di tali elementi risulta determinante per individuare eventuali strumenti correttivi di intervento.

In particolare, gli elementi in grado di influenzare il clima locale di un sito comprendono:

• la topografia dell’area: morfologia, clivometria, orientamento, composizione geologica e tipo di copertura del terreno; altezza relativa con riferimento all’immediato intorno significativo; ostruzioni alla radiazione solare e al vento, nei diversi orientamenti;
• la presenza di corpi idrici: mari, fiumi, laghi;
• la presenza di vegetazione;
• gli aspetti urbanistici: forma urbana, densità edilizia, altezza degli edifici, tipo di tessuto urbano.

Le caratteristiche topografiche dell’area incidono notevolmente sulla qualità del clima locale: basti pensare a come l’orientamento e l’acclività modifichino le condizioni di soleggiamento e di esposizione ai venti dominanti, seppure in relazione al più ampio contesto territoriale. Analogamente le aree poste in posizione sopraelevata, laddove il soleggiamento e il beneficio dei venti migliorano sensibilmente; o – al contrario – le aree poste a quote basse o in fondovalle, che risentono della presenza di aria più fredda e umida che vi ristagna, nonché dei frequenti fenomeni di nebbia che impediscono l’accesso alla radiazione solare e la formazione di brezze.

Per quanto riguarda la presenza di corpi idrici, è noto come questi possano funzionare da regolatori termici, in quanto la temperatura dell’aria viene stabilizzata dall’inerzia termica dell’acqua: un effetto termoregolatore evidentemente tanto più importante quanto maggiore è la superficie del corpo idrico, quindi in vicinanza del mare e comunque in prossimità della costa: è qui, infatti, che si verificano le brezze locali, grandemente efficaci nella stagione calda per il raffrescamento passivo. Alla presenza di corpi idrici è legata anche la formazione di maggiore umidità dell’aria.

Anche la presenza di ampie zone di verde in ambiente urbano può contribuire notevolmente a rendere meno critiche situazioni di surriscaldamento estivo, riducendo localmente la temperatura: una piazza alberata di 5.000 m2 può arrivare a traspirare fino a 25.000 litri al giorno, assorbendo circa 15.000 kcal, energia termica che altrimenti verrebbe assorbita dalle strutture edificate e riemessa sotto forma di calore.

In relazione agli aspetti urbanistici, infine, è da sottolineare come nelle grandi aree urbane densamente popolate il clima si presenti più secco con temperature molto elevate, scarsa presenza di vento e alto tasso di inquinamento.

Lo studio del soleggiamento, inteso come quota di irraggiamento solare che interessa l’involucro degli edifici, è uno degli aspetti più importanti che si presentano nella progettazione delle unità edilizie: sono infatti numerosi i benefici derivanti da una corretta esposizione di un edificio alla radiazione diretta, e in particolare l’azione antibatterica, l’effetto fisiologico terapeutico e psicologico, il risparmio energetico, il maggior valore commerciale dell’immobile. È pertanto necessario – negli insediamenti di nuova fondazione – valutare preventivamente gli effetti del microclima, e prevedere – fin dalla fase urbanistica – l’introduzione di elementi in grado di svolgere un ruolo di termoregolazione dell’aria quali masse arboree, bacini d’acqua, viali alberati, eccetera.

Nella progettazione di un organismo edilizio, lo studio del soleggiamento ha come obiettivo quello di determinare il numero di ore di sole disponibili nel corso dell’anno per i diversi orientamenti delle facciate e per il piano di copertura, nonché l’energia radiante associata alle ore di soleggiamento che interesseranno l’edificio. Queste informazioni risultano indispensabili per una corretta determinazione della forma in pianta e dell’orientamento dell’edificio, della dimensione e disposizione delle pareti vetrate e degli schermi e dell’inclinazione delle superfici captanti  l’energia solare (coperture, pareti verticali eccetera), allo scopo di migliorare le condizioni di benessere igienico e di confort termo-igrometrico, di ridurre i consumi energetici dell’edificio, di sfruttare l’energia solare disponibile attraverso sistemi passivi (serre, muro di trombe, eccetera) e attivi (collettori solari, pannelli fotovoltaici e FER).

L’individuazione del percorso solare nel luogo in cui si dovrà realizzare l’efficientamento energetico di un edificio risulta indispensabile per determinare il numero delle ore di sole disponibili nel corso dell’anno, anche in relazione ad eventuali fenomeni di ombreggiamento dovuti a ostacoli limitrofi, nonché l’angolo di incidenza con il quale la radiazione solare interessa le diverse facciate.

La posizione del sole rispetto al piano dell’orizzonte viene determinato tramite due angoli:

1. l’angolo di elevazione solare (h), compreso tra la retta congiungente la posizione apparente del Sole con il punto O dove si trova l’osservatore (OB) e la proiezione di tale congiungente con il piano dell’orizzonte (OA);
2. l’azimut solare, angolo formato sul piano dell’orizzonte dalla proiezione della suddetta congiungente e dalla retta che dall’osservatore va verso il Sud nell’emisfero settentrionale, o il Nord nell’emisfero meridionale.

Il valore dei suddetti angoli dipende dalla latitudine, dall’ora del giorno e dal giorno dell’anno.

La conoscenza della quantità di radiazione solare disponibile costituisce un elemento di estrema importanza nella fase di efficientamento energetico di un edificio: dall’entità e dall’andamento temporale della radiazione solare incidente sull’involucro dipenderanno, infatti, gli effetti termici del soleggiamento, nonché la quantità di energia captabile mediante sistemi solari passivi o attivi. La norma UNI 10349 riporta i valori di irradiazione solare giornaliera media mensile sul piano orizzontale e su superfici verticali (inclinazione 90°) diversamente orientate per i capoluoghi di provincia italiani, distinta nelle componenti diretta e diffusa per ogni mese dell’anno.

Nell’arco dell’anno la radiazione solare globale può essere soggetta a variazioni quotidiane significative, soprattutto nelle località dove la variabilità delle condizioni meteorologiche è più accentuata (soleggiamento effettivo); la densità di potenza incidente su una superficie (energia incidente sull’unità di area nell’unità di tempo, W/m2), inoltre, dipende dalla giacitura del piano cui appartiene la superficie, e in particolare:

• la componente diretta (o irradianza diretta, Hdir) dipende dall’angolo di incidenza (angolo tra la normale al piano e direzione della radiazione), risultando massima per un angolo di incidenza nullo (radiazione normale);
• la componente diffusa, (o irradianza diffusa, Hdif), nell’ipotesi che provenga uniformemente da tutta la volta celeste, dipende solo dalla frazione di cielo “vista” dalla superficie, e quindi dalla sua inclinazione rispetto al piano orizzontale, risultando massima per una superficie orizzontale (che “vede” tutta la volta celeste).

Nel caso di superficie non orizzontale, a queste due componenti occorre aggiungerne una terza, detta componente riflessa dal terreno (irradianza riflessa, Hrif), che dipende dal coefficiente di riflessione del terreno (riflettenza) e, ancora, dall’angolo di inclinazione della superficie rispetto all’orizzontale.

La potenza globale incidente sulla superficie (o irradianza solare globale incidente sulla superficie, o irradianza solare globale, Hg) è data dalla somma delle tre componenti: Hg = Hdir + Hdif + Hrif; l’energia incidente in un giorno è data dall’integrale di tale somma esteso all’intera giornata.

L’illuminazione naturale – al pari della temperatura dell’aria, della ventilazione, dello stato igrometrico e del soleggiamento – costituisce uno dei principali fattori di benessere degli ambienti di vita e di lavoro: una corretta illuminazione naturale degli ambienti confinati, infatti, può contribuire alla buona conservazione della vista, al maggior rendimento nell’attività lavorativa, alla prevenzione degli infortuni, al benessere psicologico e fisiologico degli individui, alla riduzione dei consumi energetici dovuti all’uso dell’illuminazione artificiale. Si comprende, quindi, come lo studio approfondito dell’illuminazione naturale costituisca uno degli elementi fondanti della progettazione, fin dalla fase preliminare: “la luce come fattore di progetto”, “la luce come materiale da costruzione”. Tale studio dovrà riguardare la disponibilità di luce naturale nell’area di intervento e la visibilità del cielo dal luogo in cui si prevede di realizzare l’organismo edilizio.

Dai risultati dell’analisi, e in relazione agli obiettivi progettuali che si intendono perseguire, deriveranno le scelte sulla collocazione, l’orientamento, la forma e la distribuzione intera dell’edificio, il dimensionamento delle aperture e degli schermi, i colori delle superfici interne, i rapporti con il verde e con il contesto urbano; i dati raccolti sulla disponibilità di luce naturale saranno utilizzati anche in sede di progetto definitivo per la verifica sul livello di illuminamento minimo degli ambienti interni, così come previsto dalla normativa vigente. L’illuminazione naturale è dovuta ad una quota diretta e ad una quota indiretta.

In considerazione dell’importanza che la questione energetica riveste in edilizia in termini di costi di gestione degli edifici e di impatti sull’ambiente dei consumi energetici, unitamente ai conseguenti sempre più severi requisiti richiesti dalla normativa di settore, un momento fondamentale del processo di analisi, propedeutico alla progettazione dell’efficientamento energetico, è costituito dall’esame della disponibilità di fonti energetiche rinnovabili. Ai sensi dell’articolo 2, comma 1, del D.lgs. n. 387/2003, che recepisce la Direttiva 2001/77/CE relativa alla promozione dell’energia elettrica prodotta da fonti energetiche rinnovabili nel mercato interno dell’elettricità, per fonti rinnovabili si intendono “le fonti energetiche rinnovabili non fossili: eolica, solare, geotermica, del moto ondoso, mare motrice, idraulica, biomasse, gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione e biogas”.  In particolare, per biomasse si intende “la parte biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali) e dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani”.

Ai fini della riduzione degli impatti sull’ambiente, il D.lgs. n. 192/2005 prevede l’obbligo, per tutte le categorie di edifici pubblici e privati, di utilizzare fonti rinnovabili per la produzione di energia termica ed elettrica; in particolare:

• nel caso di edifici di nuova costruzione o in occasione di nuova installazione di impianti termici o di ristrutturazione degli impianti termici esistenti, l’impianto di energia termica deve essere progettato e realizzato in modo da coprire almeno il 50% del fabbisogno annuo di energia primaria richiesta per la produzione di acqua calda sanitaria con l’utilizzo delle predette fonti di energia;
• nel caso di edifici di nuova costruzione, pubblici e privati, o di ristrutturazione degli stessi conformemente all’articolo 3, comma2, lettera a), è obbligatoria l’installazione di impianti fotovoltaici per la produzione di energia elettrica;
• nel caso di nuova costruzione di edifici pubblici e privati e di ristrutturazione degli stessi conformemente all’articolo 3, comma 2, lettera a), in presenza di tratte di reti di teleriscaldamento a una distanza inferiore a 1.000 m, ovvero in presenza di progetti approvati nell’ambito di opportuni strumenti pianificatori, è obbligatoria la predisposizione delle opere, riguardanti l’involucro dell’edificio e gli impianti, necessarie a favorire il collegamento a dette reti.

Il Testo unico in materia di edilizia (DPR n. 380/2001) introduce all’art. 4, la seguente dicitura: “ai fini del rilascio del permesso a costruire, deve essere prevista l’istallazione dei pannelli fotovoltaici per la produzione di energia elettrica per gli edifici di nuova costruzione, in modo tale da garantire una produzione energetica non inferiore a 1 kW per ciascuna unità abitativa, compatibilmente con la realizzabilità tecnica dell’intervento. Per i fabbricati industriali, di estensione superficiale non inferiore a 100 m2, la produzione energetica minima è di 5 kW”.

La scelta della tecnologia più idonea per far fronte al fabbisogno energetico dovrà tener conto, oltre che della disponibilità della fonte stessa, anche delle necessità energetiche e delle peculiarità dell’organismo edilizio che si intende realizzare. Le tecnologie rinnovabili che si possono utilizzare direttamente all’interno degli edifici sono spesso definite genericamente microenergie; la famiglia delle microenergie comprende i dispositivi solari (termico e fotovoltaico), gli impianti microeolici (con potenze fino a 20 kW che prevedono l’uso di piccole turbine ad asse orizzontale o verticale installate al suolo o sulla copertura), gli impianti mini e microidroelettrici con potenze fino ad 1 MW, le caldaie a biomassa e, tra le fonti assimilate alle rinnovabili, le unità di microcogenerazione (di elettricità e calore) e le pompe di calore geotermiche.

Da quanto detto emerge come la quantità di energia disponibile per lo sfruttamento sia una grandezza collegata strettamente alle caratteristiche del sito, sia attraverso i parametri geografici (radiazione solare), sia attraverso le condizioni climatiche generali e microclimatiche puntuali (ventosità, piovosità e morfologia del terreno).

Per quanto riguarda la possibilità di ricorrere alle tecnologie solari (termico o fotovoltaico), la prima verifica riguarda l’esistenza sull’area in esame di eventuali vincoli paesaggistici o storico-architettonici che condizionano l’installazione degli impianti; dal punto di vista tecnico occorre sottolineare che a parità di superficie utile a disposizione, l’energia producibile dipende dalle condizioni climatiche locali (radiazione solare, stato del cielo) e dall’accesso solare delle superfici captanti.  Particolare attenzione dovrà, inoltre, essere posta nel determinare eventuali fenomeni di ombreggiamento causati da corpi esterni l’edificio (fabbricati, antenne, comignoli, alberi, eccetera), in grado di ridurre il rendimento del sistema solare.

Analisi dell’edificio – impianto

Riferimenti bibliografici

ALLEGATO 1

ALLEGATO 2