L'orientamento dell'abitazione
L’orientamento indica il punto cardinale verso il quale è rivolta una facciata di riferimento. Nel corso della storia dell’architettura sono stati numerosi gli studi sull’orientamento ottimale.
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Il cosiddetto asse eliotermico fu proposto nel 1920 da Rey e Pidoux per Parigi come asse di orientamento di un piano verticale che riceve durante l’anno lo stesso valore eliotermico sulle due facce, il valore eliotermico veniva computato moltiplicando le ore di sole di insolazione di una facciata per la temperatura media dell’aria.
La correzione dell'asse nord/sud nell’asse eliotermico, per Parigi uguale a 19° verso est, si proponeva di perequare l’effetto termico delle esposizioni est e ovest, che pur essendo simmetriche rispetto al corso apparente del sole, sono asimmetriche rispetto all’andamento della temperatura dell’aria (la cui punta massima del ciclo giornaliero è intorno alle ore 16 col sole verso ovest).
Venti anni dopo, Vinaccia ha criticato l’asse eliotermico, proponendo invece l’asse equisolare orientato all’incirca nord est-sud ovest (formante con l’asse est-ovest un angolo variabile a seconda della latitudine); la proposta di Vinaccia nasceva dalla preoccupazione di perequare l'effetto termico per quattro esposizioni anzi che per due sole, ipotizzando tipologie edilizie a quattro orientamenti anzichè due.
Ai fini di un guadagno di energia radiante dal fatto che nel nostro emisfero l’arco apparente formato dal sole nella volta celeste si svolge in direzione sud, deriva che il fronte a meridione è quello ottimale per il guadagno termico solare, viceversa il fronte nord investito dai venti freddi sarà quello più suscettibile alle dispersioni termiche.
Anche le disposizioni planimetriche possono risentire del clima e dell’orientamento dell’edificio, nei climi molto freddi è bene ubicare gli spazi serviti all’interno dell’edificio, nei climi temperati invece è consigliabile l’esposizione sud per gli ambienti più usati, quella verso il nord per gli spazi serventi e la disposizione di ambienti di filtro tra le due zone.
Per latitudini superiori a 35° N e in particolare per la situazione italiana, è possibile quindi identificare gli orientamenti preferibili per i vani di una casa di abitazione, illustrati nella tabella qui a fianco riportata e nello schema di seguito.
Ovviamente queste sono indicazioni di massima e da verificare con le effettive esigenze progettuali e l’influenza degli altri fattori.
Le finestre esposte a sud-est e sud-ovest sono molto soleggiate, sia d'estate che d'inverno, con raggi quasi orizzontali, che penetrano profondamente all'interno della stanza.
Le finestre esposte ad est e ovest ricevono i raggi orizzontali durante l'equinozio, che man mano vanno raddrizzandosi fino al solstizio d'estate
Le finestre esposte a nord ricevono poco sole d'estate, nel periodo vicino al solstizio d'estate.
Le finestre esposte a sud ricevono raggi orizzontali d'inverno e raggi quasi verticali d'estate. Sono consigliat per le stanze che devono essere soleggiate sia d'estate che d'inverno.
Le finestre esposte a nord-est e a nord non vengono battute dal sole d'inverno, ma solo soleggiate di primavera e d'autunno; durante l'estate, il sole penetra perpendicolarmente dalla finestra.
Dal punto di vista bioclimatico appare oggi di maggiore interesse, in generale per quanto riguarda il clima temperato italiano, l’orientamento dell’asse principale degli edifici secondo la direzione est-ovest, ovvero con la disposizione delle facciate principali a sud e a nord, preoccupandosi di schermare adeguatamente le componenti trasparenti a sud di modo che la radiazione solare possa penetrare in inverno ed essere ostacolata in estate, come buona prassi per l’ottimizzazione dei guadagni termici solari.
Nel corso dell'anno, la durata del soleggiamento subisce profonde mutazioni in relazione alla traiettoria del sole. Ecco, p.es., cosa accade a Roma (41°55' latitudine nord):
Traiettoria del sole al solstizio d'estate (21 giugno circa), il giorno più lungo dell'anno:
-Notte: di 8 ore e 56 min
-Giorno: di 15 ore e 04 min
Traiettoria del sole al solstizio d'inverno (21 dicembre circa), il giorno più corto dell'anno:
-Notte: di 15 ore e 04 min
-Giorno: di 8 ore e 56 min
Estrema importanza riveste, naturalmente, lo studio dell'involucro. L’involucro è costituito dagli elementi di separazione tra lo spazio esterno ed interno.
E’ attraverso le parti trasparenti dell’involucro che l’organismo architettonico si approvvigiona di luce, aria ed irraggiamento solare.
A seconda delle differenti aree climatiche si possono dare le seguenti indicazioni:
- clima freddo: finestrature sui lati sud e ovest per sfruttare il guadagno solare, sugli altri orientamenti solo la quantità strettamente necessaria;
- clima temperato: superfici vetrate a sud, est e ovest; necessità di schermature nei periodi caldi; pareti a nord prevalentemente piene;
- clima caldo secco: piccole superfici vetrate poste in posizione alta a est e nord per evitare la radiazione riflessa dal suolo;
- clima caldo umido: prevale l’esigenza di una buona ventilazione, sono da preferirsi finestre a nord e sud per sfruttare la grande differenza di temperatura nell’innesco delle ventilazioni.
Le schermature, fisse o mobili, possono essere realizzate con elementi verticali od orizzontali, i primi sono indicati per i fronti sud mentre la disposizione verticale è consigliata per i fronti est e ovest sui quali la radiazione solare arriva da altezze minori.
Il posizionamento all’esterno del vetro realizza miglior controllo del riscaldamento diurno evitando l’irraggiamento diretto, una disposizione all’interno degli ambienti permette di ridurre la dispersione termica notturna.
La ventilazione dipende dal posizionamento delle aperture in funzione delle direzione in cui spirano i venti e dal tipo di serramento. I venti colpendo l’edificio provocano una sovrapressione sul lato sopravento (che incontra il vento) e una depressione sul lato sottovento (lato da cui il vento si allontana); questo fa sì che la ventilazione ottimale si ha per aperture contrapposte sui due fronti, se quella sopravento risulta più piccola è più facile controllare la velocità della ventilazione, se inoltre si sfalsano in altezza si aggiunge alla ventilazione un effetto camino migliorativo.
Sono comunque da tenere presenti delle misure limite dei vani per assicurare l’innesco della ventilazione.
Esempio di studio: "Il soleggiamento nel territorio comunale di Rimini" (44°04' l. Nord)
Per un osservatore che dalla terra osservi il cielo, il percorso del sole sulla volta celeste assume la forma di un arco che varia sia durante il corso dell’anno che con la latitudine del luogo. La posizione del sole rispetto ad un punto sulla terra è determinato dall’angolo di altezza solare α e dall’angolo azimutale γ, una volta noti gli angoli zenitali e azimutali si può stabilire la posizione del sole nel cielo e, collegando i punti che rappresentano le posizioni del sole nelle diverse ore del giorno, si può tracciare il percorso del sole in quel giorno. In questo modo è stato realizzato il diagramma del sole.
Il diagramma del sole
Il diagramma del sole è stato costruito su un riferimento geografico cardinale ed è composto da:
- I punti cardinali e un goniometro esterno in modo da avere un riferimento orientato e graduato;
- I tracciati del percorso del sole ottenuti tramite il programma Sunchart, relativi rispettivamente alle date: 21 giugno (in rosso); 21 marzo e 21 settembre (in arancione); 21 dicembre (in giallo); in modo da considerare i giorni rappresentativi delle stagioni;
- Le proiezioni in pianta circolare del percorso del sole che rappresentano le ore di soleggiamento relativi rispettivamente alle date: 21 giugno (in rosso); 21 marzo e 21 settembre (in arancione); 21 dicembre (in giallo); in modo da avere un impatto visivo immediato sull’angolazione e la durata del soleggiamento.
- L’ asse eliotermico, inclinato di 18° rispetto al nord, che rappresenta la direzione preferenziale per il miglior irraggiamento solare.
Per la costruzione del diagramma del sole si è proceduto in questo modo:
- Calcolo del percorso del sole alla latitudine di Rimini tramite il programma Sunchart relativo alle date del 21 giugno, 21 marzo, 21 settembre e 21 dicembre;
- Proiezione in pianta dei percorsi calcolati;
- Inserimento di un riferimento graduato, oltre che dei punti cardinali;
- Inserimento all’interno del diagramma dell’asse eliotermico.
La descrizione del moto apparente del sole nella volta celeste può avere luogo mediante una carta solare proiettata sul piano verticale. Il sistema di coordinate impiegato è centrato nell’osservatore e usa come riferimento il piano dell’orizzonte.
La durata di luce massima si ha al solstizio d’estate (21 giugno) giorno in cui, alle ore 12, il sole raggiunge il punto più alto nel cielo nel corso di tutto l’anno (α=70°); il caso opposto si verifica al solstizio d’inverno (21 dicembre) (α=23°), mentre ai due equinozi di primavera (21 marzo) e di autunno (21 settembre) l’ altezza del sole alle ore 12 è intermedia tra la massima e la minima e le durate del giorno e della notte sono esattamente di 12 ore in tutto il globo.
Percorso del sole calcolato tramite il programma "sunchart"
L’uso più frequente che si fa del diagramma del sole è nel calcolo delle ore di luce e dell’ombreggiatura nell’edificio di interesse.
Una volta ottenuto il diagramma solare in coordinate polari, si può riportare lo stesso diagramma in coordinate cartesiane con in ascisse gli angoli zenitali e in ordinate gli angoli azimutali. Il diagramma così ottenuto è detto diagramma solare cilindrico.
Su questo diagramma si riporta con uno strumento topografico (clisimetro, teodolite) la forma degli oggetti che stanno al disopra della linea dell'orizzonte, e che si possono osservare dal punto in cui verrà costruito il nuovo edificio.
Diagramma solare cilindrico di Rimini
In questo modo si è in grado di valutare le ore di soleggiamento a nostra disposizione; cioè vediamo quali oggetti circostanti e in quali ore del giorno essi coprono il sole, impedendoci di sfruttare la sua energia a nostro favore.
Oltre ai percorsi del sole, sul diagramma sono definite le ore di sole e l’asse eliotermico
Nell'immagine qui a lato è evidenziato l'asse eliotermico ottenuto riportando i valori dell’indice eliotermico su un diagramma polare orientato.
L’asse eliotermico è stato calcolato riportando i valori dell’indice eliotermico Ie dato da:
Ie = dTm
dove:
d indica la durata del soleggiamento in ore di sole;
Tm il valore della temperatura media corrispondente.
L’asse eliotermico rappresenta la direzione secondo la quale si verificano il minimo e il massimo valore dell’indice eliotermico. Un orientamento dell’ edificio prossimo a quello dell’asse eliotermico garantisce il massimo apporto di luce-calore durante l’anno. La qualità microclimatica di un edificio è conseguente ad una opportuna orientazione degli interni rispetto all’asse eliotermico.
Nelle figure sottostanti un esempio di orientazione di edifici a semplice e doppio affaccio in riferimento all’asse eliotermico e la distribuzione degli spazi interni in riferimento all’orientazione del sole e alle ore di permanenza nei singoli ambienti.
In realtà i fattori che bisogna considerare nella disposizione degli edifici sono molteplici: la tipologia dell’edificio, la disposizione degli ambienti interni, la posizione geografica, ecc. per cui l'analisi và eseguita volta per volta.
fonte: Comune di Rimini
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