Focus del mese. Schermature Solari: distribuzione luminosa e classificazioni

Come già anticipato in un precedente approfondimento, la scelta della schermatura solare è molto delicata ed è fondamentale considerare che, sebbene il fabbisogno per la climatizzazione estiva possa essere ridotto attraverso questi sistemi, il loro utilizzo  può anche comportare una riduzione del livello di illuminazione naturale diurna e, quindi, un incremento dei consumi dovuti all’impianto di illuminazione artificiale: è pertanto fondamentale che il sistema di schermatura sia in grado di distribuire la luce in modo uniforme in tutto lo spazio, ovvero di ridurre l’abbagliamento nella zona delle finestre e di aumentare l’illuminamento nelle zone più distanti dalla facciata.

Sono quindi particolarmente utili i dispositivi di schermatura in grado di reindirizzare e ridistribuire la luce in profondità nel corpo di fabbrica. I differenti sistemi utilizzabili hanno un obiettivo in comune: migliorare l’uniformità dell’illuminazione in tutto l’ambiente interno, in genere ridistribuendo la luce dall’area della finestra fino in profondità nell’ambiente illuminato, evitando anche potenziali punti di abbagliamento. Alcuni test hanno dimostrato che gli utenti tollerano livelli di luce complessivamente più bassi purché si evitino aree eccessivamente luminose e relativamente buie: quando la luce è distribuita uniformemente in tutto lo spazio, le persone sono meno propense ad utilizzare l’impianto di illuminazione artificiale, anche quando i livelli di luce effettivi sono inferiori a quelli ideali.

Classificazione delle schermature

Le schermature possono essere classificate in più tipologie. Con riferimento alla posizione dell’elemento schermante rispetto al componente trasparente si possono distinguere le seguenti tipologie principali:

• sistemi interni (fissi o mobili). Tali sistemi, che sono normalmente i più economici e facilmente manutenibili, permettono una facile regolazione da parte dell’utente e consentono di adeguare in ogni momento l’azione schermante (della radiazione solare diffusa e soprattutto diretta) alle effettive condizioni di irraggiamento solare. Di contro l’attenuazione del carico termico ottenibile è minore rispetto ai sistemi di schermatura esterni;
• sistemi esterni (fissi o mobili). Questi sistemi consentono un controllo efficace dei carichi termici, offrono una buona schermatura alla radiazione diffusa ma soprattutto diretta, consentono la possibilità di regolare manualmente o automaticamente la loro posizione e orientamento in funzione dell’angolo di incidenza dei raggi solari nelle diverse stagioni. Essi devono essere robusti e resistenti all’azione degli agenti atmosferici. I costi di installazione e manutenzione sono più elevati rispetto ai sistemi interni, soprattutto in caso di presenza di dispositivi di controllo automatico della posizione e dell’orientamento, ma a livello architettonico possono contribuire ad arricchire esteticamente il prospetto di un edificio;
• sistemi in intercapedine (fissi o mobili). Questi sistemi consentono un buon controllo della radiazione luminosa, contribuendo anche alla distribuzione uniforme della luce all’interno degli ambienti, e permettono di limitare il surriscaldamento interno tipico dei mesi estivi. Anche in questo caso i costi di installazione possono essere elevati in caso di presenza di dispositivi di controllo automatico della posizione e dell’orientamento.

La scelta del sistema di schermatura (che può anche essere una combinazione di schermature esterne, interne o in intercapedine) è determinata dall’ubicazione dell’edificio e del sito, dall’orientamento, dal tipo e dall’uso dell’edificio, dalle condizioni del cielo (le componenti della radiazione solare diretta, diffusa e riflessa), ecc. I dispositivi fissi sono spesso preferiti per la loro semplicità, robustezza, bassa manutenzione e costi di costruzione generalmente inferiori. Essi sono in grado di schermare il sole estivo, mentre permettono lo sfruttamento della radiazione solare in inverno, ma possono ridurre significativamente l’illuminazione diurna in condizioni di cielo coperto. I dispositivi di schermatura mobili sono più flessibili, potendosi adattare alla posizione del sole sull’orizzonte e consentono un migliore controllo della radiazione diffusa e dell’abbagliamento. Inoltre, essi possono essere utilizzati in modo che l’accesso della luce in condizioni di cielo coperto in inverno non sia ostacolato.

Sistemi continui e discontinui

Considerando la configurazione geometrica dello schermo è possibile un’ulteriore classificazione in sistemi continui e discontinui. I primi comprendono gli aggetti, sia orizzontali che verticali, e i light-shelves. Sono costituiti da elementi opachi formanti un’unica superficie schermante senza interruzioni. Sono capaci di assicurare la schermatura totale della radiazione solare incidente nella direzione e secondo gli angoli per cui sono progettati. I secondi invece sono costituiti da una serie di lamelle opportunamente orientate in modo da schermare la radiazione solare incidente, consentendo il passaggio di flussi di aria e il conseguente smaltimento del calore che si accumula in corrispondenza della superficie trasparente.

I sistemi di schermatura solare fissi con elementi posti in orizzontale offrono buone prestazioni nell’applicazione su facciate rivolte a sud, mentre le loro prestazioni diminuiscono notevolmente nel caso di impiego su facciate rivolte a est e a ovest dove è invece preferibile l’impiego di elementi di schermatura di tipo mobile.

I sistemi con elementi mobili offrono maggiori vantaggi nei giorni nuvolosi dove è possibile orientare le lamelle o pale per massimizzare l’illuminazione naturale degli ambienti. I sistemi di schermatura possono inoltre essere efficacemente integrati con elementi fotovoltaici, che assumono in tal caso una doppia funzione: l’effetto di schermatura viene infatti abbinato con lo sfruttamento della radiazione solare per la produzione di energia elettrica, evitando allo stesso tempo effetti di “self-shading” dovuti alla propria geometria. L’inserimento nel prospetto di un edificio deve risultare armonioso ed il design deve essere studiato in modo da permettere il semplice alloggiamento dei cablaggi elettrici.

Tessuti schermanti

I sistemi di schermatura possono utilizzare sia elementi rigidi (lamelle metalliche, lignee, in materiale ceramico, etc.) sia particolari tessuti. Tra questi ultimi quelli più performanti sono i tessuti tecnici. Esistono diverse tipologie di tessuti tecnici che vengono impiegati per la realizzazione di tende da posizionare, internamente o esternamente, alle superfici trasparenti. Alcuni tessuti vengono alluminizzati su un lato: questo processo consiste nel depositare un leggero strato di alluminio sulla faccia esterna ottenendo una maggiore riflessione della radiazione incidente, senza ostruire i pori o inspessire il tessuto, assicurando prestazioni costanti al variare del colore del tessuto.

 I tessuti utilizzati nella realizzazione di schermature esterne devono avere elevata resistenza meccanica a trazione e resistenza allo strappo: il tessuto infatti può essere sottoposto a sollecitazioni particolarmente elevate dovute all’azione degli agenti atmosferici. Le notevoli proprietà meccaniche rendono questi tessuti adatti anche in casi dove le sollecitazioni possono essere molto elevate, quali la schermatura di superfici inclinate, dove è necessario applicare una trazione forzata per assicurare il corretto posizionamento in esercizio della schermatura. Gli “screen” utilizzabili in esterno sono prodotti con diverse percentuali di foratura in modo da poter essere applicabili su tutti i fronti di un edificio assicurando omogeneità estetica e differenti prestazioni per le diverse esposizioni.

Sistemi di deflessione

I sistemi geometrici di deflessione della radiazione solare incidente, integrati ad esempio all’interno di un vetrocamera, possono classificarsi allo stesso tempo come sistemi per il miglioramento dell’illuminazione naturale e sistemi di schermatura per la riduzione degli apporti solari. Essi sfruttano la loro forma per deflettere e riflettere la radiazione solare incidente e riescono a garantire una notevole variabilità delle proprietà ottiche in funzione dell’angolo della radiazione solare incidente. Tali profili possono agire semplicemente schermando la radiazione solare incidente oppure schermando e deviando verso l’alto la radiazione solare (in tal caso però non si limitano gli apporti solari termici), migliorando l’illuminazione naturale degli ambienti interni e riducendo anche i consumi legati all’illuminazione artificiale. L’impiego di questi sistemi di schermatura deve essere opportunamente valutato in relazione alla latitudine del sito, all’esposizione delle facciate in cui se ne prevede l’utilizzo e considerando gli effetti che può comportare la variazione dell’altezza solare durante l’arco della giornata.

Tra le soluzioni più diffuse, i pannelli prismatici sono considerati sistemi passivi in grado di fornire una buona protezione solare a mezzo di una deflessione della radiazione solare incidente sul piano di facciata. Spesso sono inseriti all’interno di un doppio vetro sigillato ma possono essere applicati anche su superfici vetrate. L’inserimento in intercapedine garantisce una maggiore protezione dall’umidità e una maggiore rigidità meccanica. In questo caso non è richiesta nessuna manutenzione se non la pulizia delle superfici in vetro mentre, qualora l’elemento prismatico fosse in posizione esposta, occorrerebbe maggiore cautela in fase di pulizia per non danneggiare le superfici ottiche e quindi comprometterne l’efficienza.  

Tra i sistemi di schermatura utilizzati nelle moderne soluzioni di facciata, i materiali in grado di passare da uno stato trasparente a uno traslucido sfruttano una delle proprietà adattative più diffusamente utilizzate per regolare la trasmissione della luce visibile e della radiazione solare. Il passaggio di condizione da trasparente a traslucida influenza direttamente i carichi termici e il dimensionamento dei sistemi di climatizzazione attivi.

Soluzioni rinnovabili

Le soluzioni oggi disponibili per la realizzazione di involucri opachi e trasparenti ad altre prestazioni sono molteplici e derivano dall’evoluzione che prodotti e sistemi costruttivi hanno avuto nel corso degli ultimi anni. La scelta di dotare un edificio di un involucro di tipo adattivo rappresenta una delle possibili soluzioni per garantire una risposta efficace alle variazioni climatiche esterne e ottenere condizioni ambientali interne ottimali, sia a livello stagionale, sia durante l’arco della giornata. A tal fine, l’involucro edilizio diviene un ambito di sperimentazione particolarmente promettente, ad esempio per lo sfruttamento di fonti di energia rinnovabile e sistemi di schermatura.