Strategie passive per ridurre il carico HVAC: involucro, schermature e verde edilizio
Il carico termico che un impianto HVAC deve abbattere dipende in modo inscindibile dalla qualità energetica dell’involucro edilizio: murature, coperture, superfici vetrate e ponti termici agiscono come filtri tra il clima esterno e le condizioni interne, attenuando o amplificando le oscillazioni termiche in funzione delle loro caratteristiche fisiche. Ogni kW di carico eliminato dall’involucro prima di raggiungere il sistema di climatizzazione si traduce direttamente in una riduzione della potenza di punta richiesta, in una diminuzione dei consumi energetici stagionali e in una migliore condizione operativa per la macchina frigorifera, che lavora con rendimenti termodinamici tanto più elevati quanto più si allontana dalle condizioni di pieno carico.
Le strategie passive integrate, quali tetti e facciate ventilate, massa termica e schermature solari, non sono alternative all’impianto meccanico, bensì elementi di pre-trattamento del carico termico che intervengono prima dell’effettiva domanda di energia alla macchina frigorifera o alla pompa di calore. Il termine “integrazione”, in questo contesto, è tutt’altro che retorico: affinché queste strategie possano esprimere il loro pieno potenziale, devono essere co-progettate con il sistema HVAC e integrate nel BMS. Il progettista impiantistico è chiamato a leggere criticamente le scelte architettoniche e a collaborare con il progettista dell’involucro, al fine di ottimizzare il bilancio energetico complessivo, definire i set-point impiantistici in funzione dell’inerzia termica della struttura e dimensionare il sistema HVAC non sul picco di carico teorico dell’edificio nudo, ma su quello, sensibilmente inferiore, dell’edificio dotato di strategie passive.
La massa termica di un edificio è la sua capacità di immagazzinare energia termica e di rilasciarla con un ritardo temporale, detto sfasamento, e un’ampiezza ridotta, detta attenuazione, rispetto all’onda termica esterna. Entrambi i parametri dipendono dalla capacità termica volumetrica dei materiali che compongono le pareti e i solai e dalla loro conducibilità termica λ, che determina la velocità con cui il calore si propaga all’interno della parete.
Lo sfasamento termico è il tempo che intercorre tra il picco di temperatura esterna, o di irraggiamento, e il picco di temperatura superficiale interna della parete. Per pareti massicce in laterizio pieno di 30/40 cm, per esempio, lo sfasamento è dell’ordine di 10/14 ore. Questo significa che il calore entrato durante le ore di massimo irraggiamento pomeridiano raggiunge la superficie interna nelle ore notturne, quando la richiesta di raffrescamento è minima, le tariffe elettriche sono più basse e il COP del sistema frigorifero è più elevato per via della temperatura esterna più bassa. In questo senso, la massa termica agisce come un accumulatore termico passivo, spostando temporalmente il carico dall’orario di picco verso l’orario di valle.
Tetti verdi e facciate vegetali sono dispositivi fisici con proprietà termiche, idrologiche e microclimatiche ben definite e quantificabili. Interagiscono con il sistema HVAC tanto quanto la massa muraria o le schermature solari, e la loro inclusione nel processo di dimensionamento dell’impianto può incrementare il margine di riduzione del carico anche del 20/30% della potenza frigorifera nominale. La peculiarità del verde edilizio rispetto alle altre strategie passive sta nel fatto che opera simultaneamente su due scale distinte.
A scala di edificio, agisce come schermatura termica dell’involucro, riducendo la trasmissione del calore solare attraverso coperture e facciate per mezzo di tre meccanismi fisici complementari: l’ombreggiatura fornita dalla chioma, l’evapotraspirazione fogliare e l’inerzia termica del substrato. A scala urbana, contribuisce invece alla mitigazione dell’Isola di Calore Urbana, Urban Heat Island, UHI, abbassando la temperatura dell’aria esterna nell’immediato intorno dell’edificio, con benefici diretti sulle condizioni operative degli impianti HVAC ad aria.
Apporti passivi e verde edilizio non costituiscono soluzioni accessorie ma componenti strutturali della progettazione HVAC resiliente: agendo sull’involucro fin dalle fasi iniziali del progetto riducono il carico di picco, ne spostano la concentrazione verso ore più favorevoli e ne attenuano le variazioni rapide, con benefici diretti su dimensionamento, rendimento stagionale e durata dei componenti impiantistici.
