La serra solare è uno sistema di captazione solare passiva, e grazie alla semplicità del concetto che la sottende, è da considerarsi come il paradigma dell’architettura bioclimatica. Cerchiamo di capire brevemente come funziona una serra solare e le sue principali caratteristiche. La serra appartiene a quell’insieme denominato “sistemi solari passivi” in quanto non sfrutta alcun impianto tecnologico per la produzione di calore, ma è un sistema di accumulo dello stesso in quanto, per caratteristiche architettoniche e materiche, riesce ad incamerare ed accumulare il naturale calore irradiato dal sole. Energia gratuita e pulita.
Come è possibile che accada questo? La risposta risiede nel nome, ossia viene sfruttato il cosiddetto “effetto serra”. Di “effetto serra” non si parla solo riferendosi ai componenti edilizi, ma sopratutto riferendosi ad un fenomeno globale che vede innalzare drammaticamente la temperatura media globale terrestre negli ultimi centocinquanta anni, ovvero nel periodo in cui gli uomini hanno iniziato cicli produttivi che implicano immissione di grandi quantità di CO2 ed altri “gas serra” in atmosfera.
Questi gas infatti possiedono proprietà molecolari spettroscopiche che permettono alla radiazione solare di penetrare all’interno dell’atmosfera e riscaldare la superficie del pianeta, ma trattengono la radiazione infrarossa in uscita. Va ricordato che l’effetto serra globale ha un principale effetto benefico: quello di permettere la vita sul pianeta, cosa che non avverrebbe se il calore ricevuto dal Sole venisse disperso in atmosfera. Basti vedere le temperature medie dei pianeti che ne sono privi. Vi è però un equilibrio tra tutte le energie in gioco e la concentrazione di questi gas che , se alterato, porta a squilibri preoccupanti come si può constatare dal dibattito sul clima degli ultimi venti anni e di tutti gli sforzi che gli Stati cercano di mettere in campo per limitare questi cambiamenti, primo tra tutti il Protocollo di Kyoto.
Lo stesso fenomeno dei “gas serra” è prodotto, ed ampliato, anche dalle superfici vetrate che risultano permeabili alla radiazione solare dirette ed impermeabili a quella in uscita che risulta scomposta in lunghezze d’onda differenti a seconda delle differenti colorazioni delle superfici che vengono impattate.
Chiudendo uno spazio vetrato direttamente esposto ai raggi solari si avrà il principale risultato di accumulare calore e di innalzare la temperatura dell’aria interna ivi contenuta.
Questo suggerisce immediatamente di poter sfruttare questo fenomeno per apportare calore gratuito ad ambienti che necessitano della presenza di persone all’interno, principalmente abitazioni, ma anche spazi ad uso ufficio, commerciale etc.
La serra diviene così un oggetto di architettura, capace di connotare formalmente una costruzione e divenire uno spazio di pregio di un abitazione.
La progettazione ed il dimensionamento di una serra solare può essere affrontata sostanzialmente in due fasi; una qualitativa di predimensionamento, disegno e disposizione, ed una quantitativa di calcolo energetico e di bilancio. Per ciò che riguarda la prima fase occorre verificare che la serra sia disposta verso Sud e preferibilmente nel quadrante compreso da sud-sud-est a sud-sud-ovest, anche se sono discretamente efficienti anche disposizioni nell’arco dei 90 gradi compresi tra sud-est e sud-ovest.Questi orientamenti sono i migliori per le nostre latitudini; cambiando notevolmente la localizzazione l’orientamento ottimale può subire variazioni. Occorre inoltre che vi sia la possibilità di un irraggiamento diretto evitando situazioni in cui ombre portate di edifici od ostacoli esistenti si proiettino sulla superficie vetrata captante. La disposizione così realizzata ottimizza la captazione dei raggi solari in fase invernale, periodo in cui l’efficienza della serra deve essere massima ed in grado di apportare calore gratuito ai fini del riscaldamento. L’involucro vetrato deve essere a contatto con una superficie del vano o dell’unità da riscaldare e preferibilmente in comunicazione con quest’ultima tramite una portafinestra. L’ipotesi di un vano accessibile solo dall’esterno farebbe funzionare la serra principalmente attraverso la parete di accumulo, che deve quindi essere valutata attentamente per ciò che riguarda la sua trasmittanza periodica. La presenza di un collegamento apribile permette invece di usufruire degli scambi convettivi.
All’interno della serra possono essere inserite piante e masse di accumulo quali vasche di acqua, che nelle ore notturne posson essere in grado di trasmettere all’interno il calore accumulato durante il giorno. Per massimizzare l’effetto di accumulo di calore le superfici opache all’interno possono essere colorate con tonalità scure, in modo da aumentare l’assorbimento della radiazione solare; è noto infatti che le superfici nere tendono a riscaldarsi molto più delle altre se sottoposte ad irraggiamento solare diretto.
Vedremo in seguito quali accorgimenti usare per evitare che in regime estivo la serra provochi effetti negativi di surriscaldamento degli ambienti e come invece possa essere quantificato il contributo al fabbisogno globale in regime invernale.
(di Sergio Arch.Bini, parte 1 di 2)
