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Lo studio del sole: uno strumento per la progettazione

Il sole incide sul comportamento termico di un edificio e sulla qualità dell’illuminazione naturale, motivi per cui il progettista non può fare a meno di studiarne i movimenti e l’irraggiamento. Uno studio fattibile attraverso diversi strumenti, dai grafici ai software di progettazione e modellazione

A cura di: Arch. Gaia Mussi

Lo studio del sole per la progettazione degli edifici

 

La radiazione solare incidente sulla terra influisce in modo più o meno netto sul comportamento degli edifici, rivelandosi a seconda dei casi come una componente favorevole o indesiderata. Il contributo energetico fornito dal sole non può essere trascurato, ma anzi è fondamentale un’adeguata conoscenza di questo parametro, che entra a pieno titolo tra gli strumenti di progettazione. L’irradiazione solare dipende dalla collocazione geografica del sito, l’inclinazione del terreno, eventuali rilievi od ostacoli e condizioni climatiche, tutti fattori da valutare e conoscere. 

Il ruolo del sole nella progettazione di un edificio

Il percorso effettuato dal sole e la quantità di energia trasmessa sotto forma di calore sono dati che possiamo conoscere e valutare. La radiazione solare offre apporti gratuiti agli edifici, nel cui bilancio energetico si somma questa componente all’energia prodotta dagli impianti. La radiazione solare può essere scomposta in 3 componenti: quella diretta proveniente dal sole, quella indiretta e quindi diffusa attraverso l’atmosfera e le particelle che compongono l’aria e infine quella riflessa dalle superfici colpite dalla radiazione diretta. Questo ci fa capire come sia di considerevole interesse valutare, in fase di progettazione, anche il contesto in cui si colloca un edificio, con attenzione a superfici riflettenti o ostacoli fissi presenti nei dintorni.

 

Progettazione e studio del sole

 

Se la componente solare da un lato può essere utile per accumulare energia, dall’altro può diventare un grosso problema provocando fenomeni quali il surriscaldamento. Mentre possiamo decidere semplicemente di spegnere un impianto e non produrre calore oltre il necessario, non possiamo spegnere il sole. Gli strumenti per regolare gli apporti solari ci sono, quali schermature e una progettazione consapevole dell’involucro. Possiamo dire che il sole può essere considerato come uno strumento di progettazione, con notevole influenza sulla forma, l’orientamento, le aperture, le stratigrafie e i materiali scelti, le schermature. Dove posiziono un portico? Con quali caratteristiche? Devo prevedere dei sistemi di ombreggiamento? Di che tipo e forma? Dove apro le finestre, con quali dimensioni e forma? Queste e altre domande sono fondamentali per una progettazione bioclimatica e sostenibile consapevole e le risposte si possono dare dopo un corretto studio del sole. 

Non solo calore, ma anche luce

Benché molto importante, l’apporto di calore dovuto al sole non è l’unico motivo per cui è utile uno studio solare, in quanto è determinante anche per una corretta progettazione dell’illuminazione naturale. Un accurato studio del sole permette di conoscerne la direzione, la sua inclinazione e anche valutare l’impatto delle ombre sia a terra dell’edificio in progettazione (o oggetto di studio) che portate da ostacoli vicini.

 

Attenzione all'illuminazione naturale in fase di progettazione

 

Lo studio della geometria solare

Per studiare la geometria solare si considera il percorso apparente del sole, che quindi sorge ad est e tramonta ad ovest stando sopra un piano orizzontale, appunto l’orizzonte. Due delle principali grandezze da prendere in considerazione sono l’altezza solare, cioè l’angolo formato dalla linea che congiunge sole-terra rispetto al piano orizzontale, e l’azimut, quindi l’inclinazione della proiezione della linea sole-terra sul piano orizzontale rispetto all’asse sud. Queste grandezze forniscono un’indicazione sulla localizzazione del sole in ogni momento della giornata e ci sono dei diagrammi solari che riportano dei dati medi mensili di queste grandezze in riferimento a un determinato sito.

 

Come si ricavano l’azimut e l’altezza del sole, le due grandezze solari fondamentali per studiare il percorso del sole

L’immagine rappresenta graficamente come sono ricavati l’azimut e l’altezza del sole (altitude), le due grandezze solari fondamentali per studiare il percorso del sole

I diagrammi solari

I diagrammi polari sono dei grafici in cui la volta celeste viene proiettata e ridotta a un piano orizzontale. Questi diagrammi sono composti da circonferenze concentriche, dal perimetro esterno fino al centro, che rappresentano diversi valori dell’altezza solare. Inoltre, dal centro partono dei raggi che intersecano le varie circonferenze, individuando valori di azimut differenti. Su queste carte vengono poi riportati i percorsi del sole nei diversi mesi dell’anno, come delle linee curve. Non troviamo 12 linee, bensì 7: i mesi nei quali ci sono i solstizi (giugno e dicembre) e gli altri mesi in coppia, in base alla coincidenza dei percorsi. Ad esempio il percorso del sole nel mese di febbraio, coincide con quello di ottobre e sono quindi rappresentati da una sola linea. Infine, ogni diagramma solare è specifico per una determinata latitudine.

 

Diversi, per quanto riportanti le medesime informazioni, sono i diagrammi solari rappresentati sul piano cartesiano (detti anche cilindrici). In questo caso la volta celeste è un piano cartesiano, le cui ascisse riportano l’altezza solare e le ordinate l’azimut.

 

Diagramma solare polare, relativo a località con latitudine 45°

Diagramma solare polare, relativo a località con latitudine 45°

 

I software per lo studio del sole

La possibilità di simulare i percorsi del sole e le ombre nei software usati per la progettazione aiuta in modo sicuramente intuitivo il progettista nel proprio lavoro. Allo stesso modo esistono diverse applicazioni e software online, ad esempio elaborati da Enea, che permettono di calcolare il movimento del sole, la radiazione globale giornaliera e le ombre portate.

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