Schermature solari per facciate: guida tecnica sui sistemi statici, dinamici e smart

Schermature solari e facciate: alcune indicazioni di base

Le schermature solari sono elementi architettonici progettati per ridurre l’irraggiamento solare diretto sugli edifici, migliorandone il comfort interno e l’efficienza energetica. Generalmente integrate nella facciata e poste all’esterno delle superfici vetrate, come frangisole orizzontali o verticali, sono studiate in base all’orientamento e all’inclinazione del sole, offrendo protezione nei mesi estivi e permettendo l’ingresso della luce naturale in inverno. Oltre alla funzione climatica, contribuiscono anche alla configurazione architettonica esterna delle facciate. Il presente articolo offre una panoramica di base sulle tipologie di schermatura e alcuni aspetti tecnici e progettuali.

Una prima questione fondamentale riguarda il posizionamento delle schermature solari. Gran parte della normativa definisce le schermature solari come sistemi che, applicati all’esterno di una superficie vetrata trasparente permettono il controllo dei parametri energetici e ottico luminosi in risposta alle sollecitazioni solari. La posizione esterna, e non interna, è essenziale in quanto i raggi solari sono bloccati prima di entrare nell’edificio e quindi si elimina l’effetto serra. Le schermature solari devono quindi essere esterne.

La loro integrazione architettonica o collocazione può essere di tre tipi:

• sull’infisso,
• sulle strutture portanti dell’edificio,
• su struttura indipendente.

Il materiale e il colore delle schermature (oltre alla tipologia) hanno un effetto sia sul design delle facciate che sull’ambiente interno, diffondendo ombra e riflessi colorati, soprattutto se si tratta di tende e schermi tessili.

La combinazione di questi aspetti è essenziale per comprendere l’insieme dei ruoli che le schermature svolgono nell’organismo edilizio: all’esterno dell’edificio ma anche al suo interno. Per l’ambiente interno sono chiamate ad assolvere la funzione di protezione solare e raffrescamento (benessere visivo/illuminotecnico e termo-igrometrico), ma anche a garantire una condizione idonea ad una fruizione degli spazi da parte dell’utenza esente da situazioni di stress provocate da squilibro cromatico. Per l’ambiente esterno sono chiamate ad assolvere l’esigenza di aspetto, cioè l’insieme delle condizioni relative alla fruizione percettiva del sistema edilizio da parte degli utenti.

La procedura di scelta delle schermature solari stabilita nella normativa prevede l’individuazione di quali esigenze dell’utenza devono essere soddisfatte dall’opera edilizia; la traduzione in termini tecnici, o requisiti di tali esigenze; lo stabilire quali prestazioni debbano offrire le singole parti dell’edificio per rispondere ai requisiti richiesti; ed infine la scelta dei materiali (o componenti) più appropriati, cioè in grado di fornire le prestazioni volute.

Alcune normative nazionali (in Europa e non) indicano che le schermature solari devono permettere il controllo modulare dei parametri energetici e ottico luminosi. Le schermature solari sono quindi preferibilmente dinamiche.

Tuttavia, in molti paesi questo parametro non è essenziale. Le schermature dinamiche infatti, a causa dei loro sistemi di manovra, richiedono maggiore manutenzione rispetto alle schermature statiche. Per questo in molti paesi le schermature statiche esterne, ottimizzate con software di simulazione, sono integrate da schermature e oscuranti mobili interni.

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Sistemi statici

Le schermature solari statiche si classificano a seconda della loro posizione, orientamento e forma, ciascuna con specifiche funzioni e vantaggi (vedi anche l’articolo: Schermature solari e facciate: spunti per i progettisti da uno studio condotto nell’Emisfero Sud). Le principali categorie includono:

• Schermature orizzontali: sono particolarmente efficaci per proteggere superfici vetrate esposte a sud (nell’emisfero nord) e sono spesso utilizzate sotto forma di aggetti, pensiline o frangisole orizzontali. Bloccano il sole alto estivo, consentendo però l’ingresso della radiazione solare più bassa nei mesi invernali, contribuendo al riscaldamento passivo.
  
• Schermature verticali: ideali per facciate orientate a est e ovest, dove il sole ha un angolo d’incidenza più basso. Queste schermature, spesso realizzate con lamelle verticali o pannelli fissi, limitano l’abbagliamento e il surriscaldamento causato dal sole mattutino o pomeridiano.
  
• Brise-soleil e altri elementi di facciata: elementi come logge, balconi, porticati svolgono anche una funzione di schermatura passiva. A questi si aggiunge il brise-soleil sviluppato dal celebre architetto Le Corbusier (1887-1965). Le Corbusier aveva sviluppato un apparato fisso, posizionato all’esterno all’edificio, che consisteva in un elemento scatolare aggettante in calcestruzzo che generava un’ombra sulle vetrate retrostanti, fornendo dunque riparo dalla luce del sole. Oggi questo tipo di facciate costituite da una griglia di elementi verticali e orizzontali è chiamato dagli anglosassoni ‘eggcrate’. Elementi concettualmente simili sono installati sul contorno finestra e nel mondo anglosassone sono chiamati ‘window shroud’. Questi dispositivi sono parte integrante del progetto architettonico e offrono una protezione continua senza necessità di manutenzione o regolazione.
  
• Frangisole inclinati o a lamelle sagomate: si tratta di elementi fissi ma progettati con angolazioni precise, ottimizzate in base alla latitudine e all’orientamento dell’edificio. Possono essere in legno, metallo, calcestruzzo o materiali compositi, con una funzione sia tecnica che estetica.
  Schermature vegetali: comprendono pergolati o sistemi a cavi o reti coperti da piante rampicanti. Offrono ombreggiamento naturale e contribuiscono al miglioramento della qualità dell’aria, apportando, secondo alcune ricerche scientifiche, benefici psicologici agli utenti.
  
• Film o pellicole: si tratta di strati sottili applicati direttamente sulle superfici vetrate per ridurre l’ingresso di radiazione solare. Riflettenti, assorbenti o selettive, queste pellicole riducono il calore, l’abbagliamento e l’esposizione ai raggi UV, mantenendo al contempo una buona trasmissione della luce naturale. Sono una soluzione economica e non invasiva, spesso utilizzata per il retrofit di edifici esistenti.
  In sintesi, la scelta della tipologia di schermatura statica dipende dal contesto climatico, dall’orientamento solare e dagli obiettivi progettuali.

Sistemi dinamici

La normativa attualmente a disposizione classifica gli schermi dinamici secondo la morfologia e la collocazione (esterna o interna). Da questa modalità tassonomica scaturiscono cinque tipologie di schermature dinamiche esterne: imposte, persiane avvolgibili, frangisole, veneziane, tende. Le cinque tipologie possono essere ulteriormente raggruppate per affinità morfologica o di collocazione nell’ambito dell’involucro edilizio. I sistemi schermanti si possono quindi dividere in tre gruppi principali: tende, imposte e frangisole.

L’elemento discriminante è il componente dello schermo, ossia l’elemento che nel sistema schermante ha la funzione di bloccare i raggi solari. Nelle tende il componente principale è un tessuto. Nelle imposte il componente principale è costituito da pannelli che a loro volta possono contenere sotto-sistemi come le lamelle orientabili delle persiane. Nel caso dei frangisole si tratta di elementi caratterizzati da una forma generalmente sottile e allungata, anche se vi possono essere casi particolari in cui il componente abbia un’altra forma (pannello, diaframma, foglio, pellicola ecc.).

Il componente dello schermo, assieme alla struttura del sistema e al tipo di movimento, definisce la tipologia di schermatura. Il componente principale è contraddistinto a sua volta da un altro fattore: il materiale dello schermo, a sua volta caratterizzato da lavorazione e finitura. La sommatoria di questi fattori contribuisce in maniera preponderante a definire l’aspetto esteriore del sistema schermante e dunque il suo colore. Un altro aspetto di fondamentale importanza è il sistema di manovra.

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Sistemi smart

La ricerca nel settore delle schermature dinamiche si è inoltre concentrata sulla sperimentazione dei materiali e delle tecnologie smart. L’obiettivo principale era lo sviluppo di sistemi di schermatura dinamici in grado di essere energeticamente sufficienti o comunque in grado di consumare pochissima energia per il loro funzionamento.

Il sistema che ha ottenuto maggior successo è il vetro elettrocromico, o smart-glass. Si tratta di un tipo di vetro, cosiddetto ‘intelligente’, in grado di modificare le proprie proprietà di trasparenza in risposta a stimoli elettrici, permettendo il controllo dinamico della luce solare e del calore all’interno degli edifici.

Questa tecnologia si pone come alternativa alle schermature dinamiche elettromeccaniche o alle pellicole. Altri sistemi smart sperimentali sfruttano polimeri dielettrici o leghe metalliche a memoria di forma. Si tratta di diaframmi in grado di aprirsi e chiudersi grazie a stimoli diretti provenienti dall’esterno, con un minimo consumo di energia o con consumo nullo.

Leghe metalliche come il Nitinol (lega nichel-titanio) e altre leghe a memoria di forma possono essere utilizzate sia come schermi mobili, sia come dispositivi di manovra (ad esempio a molla) per altri schermi leggeri.

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• Sistemi di manovra e controllo