Sistemi di schermatura dal sole

1) Introduzione

Nella progettazione di sistemi di schermatura dal sole si devono considerare numerose variabili, a partire dalle condizioni ambientali ed ergonomiche degli spazi interni, fino alla calibrazione energetica e al contenimento dei consumi dovuti agli impianti tecnici. Un altro aspetto decisivo è la composizione morfologica del sistema, nonché la funzionalità che permette la regolazione dell’incidenza dell’irraggiamento solare e le condizioni luminose.

La definizione di schermatura solare si riferisce a tutti i meccanismi naturali o artificiali che sono in grado di controllare i flussi luminosi e di calore. Secondo la norma UNI 8369, del 1988, una schermatura è un “elemento tecnico con funzione di controllare in modo specifico l’energia radiante, l’illuminazione, il flusso termico e la visibilità degli spazi interni ed esterni”. Il D.L. 192/2005 dà una definizione più aggiornata: una schermatura è “un sistema che, applicato all’esterno di una superficie vetrata trasparente permette una modulazione variabile e controllata dei parametri energetici e luminosi in risposta alle sollecitazioni solari”. Queste definizioni non dicono nulla su quali debbano essere le condizioni ambientali affinché sia richiesto un sistema di schermatura.

La scelta di adottare un sistema schermante dovrebbe essere concepito durante le prime fasi della progettazione dell’edificio, poiché la loro presenza influisce sul bilancio energetico, sia a livello di riscaldamento, che di raffrescamento, ma anche sulla forma.

Dopo gli anni ’70 l’argomento legato all’importanza del contenimento dei consumi energetici è diventato sempre più importante, e da allora si è assistito a un continuo susseguirsi di maggiori attenzioni per cercare di ridurre tali sprechi, specialmente nel settore edile. Sono stati studiati nuovi metodi di isolamento termico, con una conseguente riduzione dell’uso degli impianti, sia in inverno che d’estate.

Con il passare del tempo i progetti architettonici sono stati studiati in maniera sostenibile, cercando di contenere i consumi di risorse non rinnovabili e la qualità dell’abitare, tramite le prestazioni energetiche ma anche attraverso condizioni di comfort di benessere.

2) Evoluzione dei sistemi di schermatura – un po’ di storia

Le aperture di facciata e i relativi sistemi di schermatura sono da sempre oggetto di evoluzione. Le funzioni che svolgono sono svariate, dalla semplice protezione dalle intrusioni, a separazione dall’ambiente esterno, al controllo della ventilazione, dell’illuminazione, del rumore e delle radiazioni solari.

Fin dal passato gli esempi tramandati che sono all’origine delle schermature solari sono numerosi: ad esempio tipici dell’architettura mediterranea sono i portici degli edifici utilizzati dagli antichi popoli classici greci e romani. Sempre nello stesso ambiente romano il termine latino tentorum, che definiva la tenda militare, originò la parola tenda, intesa sia come separatore di ambienti, che drappo per finestre.

Il termine velarium invece indicava il velo manovrato da funi, sopra gli spalti del Colosseo, per proteggere gli spettatori dal calore estivo durante le manifestazioni. Successivamente questa tenda sarà utilizzata per riparare le finestre.  Inizialmente però la separazione tramite tenda era usata più che altro negli edifici pubblici o nobiliari, dato che le piccole case popolari erano dotate di semplici aperture sfornite di protezioni.

Durante il Medioevo comincia ad essere usata un’altra tipologia di schermatura, più leggera: il canopeum, formata da una tettoia in legno o in telo e sostenuta da semplici pali, impiegata per coprire baldacchini.

Nel Rinascimento l’uso di elementi tessili per decorare e riparare le finestre è sempre maggiore: drappi in velluto, damaschi, tendoni, sostenuti da semplici bastoni o cavi.

In Inghilterra ed in Francia verso il XVIII secolo aumenta la tendenza ad addobbare facciate e balconi di abitazioni private con tende multicolore sorrette da strutture fisse o semimobili: queste avevano la funzione doppia di decorare ma anche di riparare l’interno dal calore e dal sole.

I frangisole cominciano a fare la loro comparsa con l’inizio della costruzione di edifici industriali, caratterizzati infatti da campate molto alte e larghe. Qui la luminosità e la ventilazione dovevano essere tenute sotto controllo, durante le varie stagioni, tramite sistemi frangisole.

Nel XX secolo molti architetti cominciano a progettare i propri edifici inserendo schermature solari, che erano viste anche come elementi architettonici.

3) La radiazione solare

La radiazione solare rappresenta la principale fonte di energia per la superficie terrestre; arriva sulla Terra come radiazione diretta ma anche in maniera diffusa. L’intensità della radiazione solare dipende dall’altezza del sole sull’orizzonte e dalle condizioni meteorologiche. Inoltre la percentuale di radiazione diretta o diffusa influisce molto a livello del progetto; questo perché la radiazione solare arriva sulla terra con una precisa direzione mentre la radiazione diffusa arriva sul globo da tutte le direzioni. In questo modo la radiazione incidente si può schermare tramite alcuni accorgimenti, mentre la radiazione diffusa è molto più complessa da gestire.

Le facciate esposte verso nord ricevono meno irraggiamento solare, anche durante la stagione estiva. Le facciate orientate verso est ricevono la maggior parte delle radiazioni prima di mezzogiorno, mentre quelle esposte a ovest la riceveranno durante il pomeriggio. Le facciate esposte a sud ricevono l’irraggiamento solare quasi per tutto il giorno; ecco il motivo per cui è preferibile ottimizzare le superfici vetrate su questo lato, per avere il massimo guadagno solare.

4) Classificazione dei sistemi di schermatura

Per capire il sistema di schermatura più adatto bisogna prima di tutto capire il genere di radiazione che andrà a incidere sulla superficie di quell’edificio.

Un sistema schermante può essere installato ai serramenti singoli oppure alla facciata dell’edificio intero. Una schermatura efficace deve garantire un massimo guadagno termico durante la stagione invernale e un controllo delle radiazioni solari durante l’estate. Naturalmente una delle funzioni da svolgere è anche quella di assicurare un comfort visivo e acustico all’interno della struttura.

Oggigiorno i sistemi di schermatura sono un accorgimento spesso obbligato nella progettazione di edifici ad alta efficienza energetica e a basso consumo. Gli sviluppi tecnologici degli ultimi anni hanno portato ad avere una gamma sempre maggiore di prodotti disponibili, anche grazie all’integrazione delle schermature stesse nei componenti della facciata dell’edificio in questione. Infatti il loro utilizzo non è più considerato solo come funzionale ma ha acquisito un nuovo valore anche dal punto di visto estetico.

Durante la progettazione di un sistema di schermatura devono essere fatte numerose considerazioni:

• le condizioni climatiche del luogo, per capire quanta radiazione solare andrà a incidere sull’edificio;
• l’orientamento della costruzione;
• l’utenza, la tipologia e la destinazione d’uso;
• l’altezza dell’edificio;
• il sistema costruttivo della costruzione;
• le caratteristiche dei materiali dei pannelli schermanti;
• il flusso energetico che incide e quindi il coefficiente di riflessione del flusso ottenuto dal rapporto tra l’intensità della radiazione riflessa e l’intensità della radiazione incidente;
• la tipologia di schermatura.

Le tipologie di schermature solari presenti sul mercato sono molteplici. La normativa mostra due categorie in particolare, ma prima di tutto si può fare una classificazione tenendo in considerazione se questi sistemi fanno parte o meno dell’edificio: ossia se la schermatura ha il solo compito di proteggere dal sole oppure se la funzione è anche quella estetica, di rivestimento della facciata.

Una prima suddivisione delle schermature è data dalla UNI 8369-4, secondo la quale i sistemi sono così divisi:

• imposta
• scuretto
• persiana avvolgibile
• frangisole
• veneziana
• tenda
• chiusura oscurante a pannello
• schermo solare
• zanzariera

Ci si può ricondurre a quattro categorie di schermature, nonostante la tipologia di prodotto utilizzata: in base alla morfologia ossia alla forma dei dispositivi, che può essere a lamelle orizzontali o verticali, a pannelli o a griglia, alla posizione rispetto alla chiusura (interna, esterna o intermedia), alla movimentazione fissa o mobile, e al piano di giacitura rispetto alla chiusura (orizzontale, verticale parallelo alla facciata, verticale ortogonale alla facciata, inclinato).

I più utilizzati tra tutte queste tipologie sono essenzialmente i pannelli con elementi a lamelle, dato che non hanno bisogno di strutture di sostegno complesse e la loro produzione non è così tanto elaborata e difficile.

Questi pannelli sono una soluzione versatile e adattabile, sia grazie alla facile progettazione da parte degli esperti, sia grazie al fatto che possono essere anche un elemento estetico della facciata.

Fanno parte di questa categoria dei pannelli anche le tende, oggetto di molti studi e ricerche specialmente negli ultimi anni, soprattutto per quanto riguarda i loro tessuti, la movimentazione e l’aspetto esteriore. Infatti le tende possono essere fabbricate in diversi materiali, quali fibra di vetro, pvc, poliestere, polivinile, tutti trattatati in maniera tale da ottenere le opportune caratteristiche di resistenza.

Oggigiorno si è anche divulgato molto l’uso di lamiere stirate, grigliati, reti e tele metalliche: questi materiali sono stati considerati spesso poveri e non sono mai stati molto sfruttati, infatti venivano usati più che altro per nascondere parti secondarie degli edifici, ma sono diventati pezzi da mostrare ed esibire, per completare e per adornare l’aspetto dell’edificio stesso.

Per quanto riguarda le schermature divise a seconda della loro posizione rispetto alla chiusura, rispetto all’ esterno, all’interno e in posizione intermedia, la collocazione esterna è quella maggiormente usata, poiché più performante, dato che protegge dall’irraggiamento e quindi dal surriscaldamento: questa infatti individua la radiazione solare prima che oltrepassi il vetro ed entri internamente sotto forma calore.

La posizione interna non è decisamente consigliata, poiché tende a bloccare la radiazione quando ormai è già entrata. L’ubicazione intermedia prevede la schermatura solare posta nell’intercapedine tra un pannello vetrato più esterno e uno più interno, e può essere considerata una soluzione ideale, perché in questo modo il sistema non è esposto agli agenti atmosferici, ma al contempo vieta la diffusione del calore all’interno.

Passiamo poi alle schermature fisse e mobili; le schermature fisse non possono modificare la loro posizione dopo l’installazione, mentre quelle mobili possono inclinarsi di angoli diversi, per evitare l’entrata della radiazione solare, sia durante l’anno che durante la giornata. Il movimento di questi schermi può essere rotante o a scorrimento, orizzontale e verticale.

Infine l’ultima categoria prevede i pannelli in base al piano di giacitura rispetto alla chiusura; esistono quindi i sistemi orizzontali o verticali, paralleli od ortogonali rispetto alla chiusura, e i sistemi inclinati. La posizione orizzontale o verticale dipende maggiormente dall’angolo di incidenza della radiazione solare sulla facciata: le facciate esposte a sud sono preferibili schermature orizzontali, mentre a est e ovest si consigliano schermature verticali.

3 Casi studio

Sede comunale di Bologna – Progettista Mario Cucinella

La nuova Sede unica del Comune di Bologna è stata realizzata dallo studio dell’architetto Mario Cucinella tra il 2003 e il 2008. Il concept dell’edificio nasce dalla frammentazione del volume in tre blocchi distinti di altezze diverse, uno alto 12, uno alto 10 e l’ultimo alto 8 piani. Al piano terra della struttura sono locali spazi commerciali e servizi, quali un asilo, una banca e un ristorante. Gli altri piani ospitano invece gli uffici del comune.

Il sistema di schermatura, che caratterizza il complesso, è composto da una copertura metallica che copre tutti e tre gli edifici, che ricorda quasi una vela: in questo modo la struttura rimane rialzata rispetto al piano della copertura di circa tre metri ed è sorretta da colonne in acciaio, che sostengono anche una orditura metallica, dotata di controventi, che sorregge i frangisole, realizzati da tubolari in alluminio. La schermatura dei frangisole è fisso e quindi non è regolabile; proprio per questo motivo, già in fase di progettazione della struttura, sono stati scelti l’inclinazione della falda e la posizione dei tubolari per ottimizzare la schermatura.

Il sistema copre la facciata ma copre anche la terrazza presente sul tetto dell’edificio di 12 piani, dove sono posizionati macchinari e impianti: tutto ciò per ridurre l’apporto del calore, in modo tale da migliorare le condizioni di funzionamento delle macchine. Le facciate verso est e ovest non sono dotate di schermature, ma sono stati installati vetri serigrafati a controllo solare; per evitare l’abbagliamento è stato scelto invece un sistema di tende a rullo interne, che hanno un coefficiente di trasmissione della luce del 14% e un fattore di trasmissione energetico del 23%.

Markthauser – Massimiliano Fuksas

L’edificio, locato nel centro della città di Magonza in Germania, è stato completato nel 2008 dallo studio Fuksas. La costruzione è rivolta verso una storica piazza, un luogo caratterizzato dalla presenza di edifici eclettici e storici, che sono quasi tutti ricostruzioni. L’idea di Fuksas è stata quella di “creare un edificio con un senso storico ma senza retorica”.

L’aspetto più innovativo dell’edificio è lo strato esterno, la seconda pelle: la superficie di ceramica bianca laminata ricopre la struttura quasi completamente, ed è composta da tante finestre e aperture diseguali, lasciando però libera e visibile la antica facciata nella parte frontale.

Il sistema schermante è continuo ma allo stesso tempo filtrante. La struttura di facciata è realizzata tramite montanti in alluminio collegati alle solette in calcestruzzo; su questa intelaiatura metallica vengono inseriti in maniera alternata parti in vetro e opache.

Edificio U15 – Cino Zucchi Architetti

Il progetto pone grande attenzione sul tema dell’efficienza energetica, quindi sull’orientamento solare e sulla qualità ambientale.

La struttura dell’involucro è composta da una doppia pelle: risulta quindi suddivisa in una parete interna, del tutto trasparente, che funge da facciata continua e dove telai e superfici si uniscono in un unico elemento dalle forme curvilinee, e una parte esterna costituita da un sistema frangisole fisso, con pannelli in lamiera d’alluminio forato. Le tonalità dei pannelli vanno dal bronzo all’oro, e questi colori sono stati scelti sia come elemento decorativo, sia come protezione dai raggi solari diretti. Ogni singolo pannello frangisole è studiato in maniera specifica e viene inserito nell’edificio con un orientamento preciso, a seconda della destinazione d’uso interna.