Le schermature solari rivestono un’enorme importanza nell’economia energetica di un edificio. Infatti esse hanno la funzione di regolare gli apporti luminosi, ostacolare la luce diretta in estate, consentire la captazione degli apporti solari nel periodo invernale, oltre a garantire un’ottimale illuminazione naturale degli ambienti interni, senza fastidiosi abbagliamenti, per tutto il corso dell’anno.
Una schermatura solare deve essere correttamente dimensionata prendendo in considerazione sia il periodo invernale che quello estivo. È dunque necessario progettare tali sistemi di ombreggiamento in relazione alla latitudine e alle condizioni specifiche del contesto. La nostra zona climatica presenta la duplice esigenza di schermarsi dal caldo estivo e di guadagnare calore d’inverno, utilizzando dei sistemi semplici, come appunto un’apertura opportunamente schermata. L’ottimizzazione del comportamento passivo dell’edificio in estate e in inverno comporta una riduzione del carico termico da surriscaldamento mediante l’utilizzo di sistemi di controllo della radiazione solare, quali schermature esterne mobili (tende, veneziane), fisse (frangisole verticali ed orizzontali, aggetti, etc..) o rampicanti e arbusti.
L’efficienza delle schermature solari dipende dalla tipologia del materiale utilizzato, dalla posizione e dalla adattabilità alla variabilità della luce cui sono esposte. Una valida proposta all’abbattimento dei consumi dell’edificio è la progettazione di sistemi schermanti posizionati all’esterno dello stesso, utili sia ad ombreggiare che ad evitare il surriscaldamento: si tratta di sistemi fissi, come sporti di gronda, balconi o aggetti o sistemi mobili, orizzontali o verticali, i quali ombreggiano solo quando il sole occupa una determinata posizione nella sfera celeste.
Le schermature possono essere distinte in base alla geometria, posizione e modalità di gestione: rispettivamente sono classificate in, orizzontali e verticali, esterne e interne, fisse e mobili.
Le schermature orizzontali, a soletta o a doghe, sono efficaci se di dimensioni opportune e collocate sulla facciata Sud dell’edificio, poichè impediscono la penetrazione della radiazione diretta nelle ore centrali delle giornate estive, consentendo l’apporto solare invernale (alle latitudini medio-alte).
Le schermature verticali, a parete o a doghe, sono efficaci, quando la direzione dei raggi solari non è contenuta in un piano parallelo a quello dello schermo e forma con esso un angolo di incidenza sufficientemente ampio da impedire la penetrazione dei raggi stessi.
I sistemi fissi vedono i vantaggi nella robustezza e assenza di elementi meccanici, dunque mancanza di manutenzione; gli svantaggi consistono nel fatto che non sono adattabili alle variazioni della posizione del sole.
I sistemi mobili tipo brise-soleil, nelle loro infinite varianti riescono a garantire il controllo e la gradazione del livello di illuminazione naturale, rifrazione e diffusione all’interno dell’edificio; tende, persiane, tapparelle, tende a banda, a veneziana e a lamelle, consentono una riduzione della luce fino al 90% secondo la disposizione, il materiale ed il colore. Esse devono resistere a vento e pioggia, essere di buona qualità ed essendo costituite da elementi meccanici richiedono una periodica manutenzione e pulizia. Tali sistemi, costituiti da lamelle orizzontali, sono molto efficaci in quanto è possibile regolare l’inclinazione secondo l’angolo di incidenza della luce diretta.
Sul mercato sono presenti tende costituite da lamelle perforate, le quali conferiscono agli ambienti interni una luce smorzata anche nel momento in cui sono chiuse; negli edifici amministrativi sono in uso tende bipartite: le lamelle della parte superiore riflettono la luce al soffitto degli uffici ed esso la riflette nella profondità dell’ambiente, mentre le lamelle della parte inferiore sono regolabili individualmente secondo le esigenze degli utilizzatori. Le tende schermanti esterne, costituite da un tessuto con caratteristiche ottiche e meccaniche molto superiori rispetto a quelle tradizionali, a seconda del tipo di fibra, filo, trama e colore permettono di ottenere diversi gradi di traslucidità, controllando l’apporto di radiazione solare all’interno dell’ambiente. Le tende tessili risultano ribaltabili e manovrabili, mediante un meccanismo azionato a mano con una manovella o con un motorino elettrico, collegati ad un sistema di regolazione automatica centrale secondo le diverse condizioni di sole e di vento.
Le schermature interne non sono efficaci contro il surriscaldamento poichè consentono solo di riparare dalle luci abbaglianti, avendo però il vantaggio di essere ben accessibili e di facile manutenzione. Infatti una volta che la luce ha attraversato il vetro ed ha quindi raggiunto l’ambiente interno, diventa calore: se questa trasformazione porta vantaggi nel periodo invernale, al contrario durante la stagione estiva, provoca fenomeni di surriscaldamento e di conseguenza il calore deve essere asportato mediante impianti di ventilazione meccanica o climatizzazione. Entrambi i sistemi comportano dunque consumi energetici molto elevati.
Le schermature esterne sono molto più efficaci di quelle interne come strumento di controllo solare, in quanto respingono la radiazione solare prima che raggiunga la superficie del vetro, evitando che questo si riscaldi, e dunque si inneschi un micro-effetto serra tra la superficie dello schermo e del vetro, come può accadere se lo schermo è interno.
Lo studio e la progettazione della posizione e dimensione di tali sistemi schermanti esigono pertanto considerazioni astronomiche e relative al luogo di progetto.
Le tipologie di schermature orizzontali sono più indicate sul lato Sud, mentre quelle verticali sui lati Est e Ovest.
I criteri di dimensionamento delle schermature per aperture esposte a Sud derivano dall’individuazione della retta di piena insolazione e dunque il valore dell’angolo viene generalmente individuato in funzione della regione climatica in cui si trova l’edificio e della latitudine, come spiegato precedentemente.
Un aggetto sul muro, messo più in lato rispetto all’apertura e dimensionato in base alla retta di piena insolazione, riuscirà a bloccare la radiazione solare diretta consentendo però una piena e libera visione dell’esterno e del cielo. Un sistema orizzontale è sconsigliabile sia nelle regioni con elevata radiazione diffusa, perché a causa dell’elevata luminosità del cielo e alla grande esposizione della finestra, si avrebbe un incremento interno del carico termico e un conseguente abbagliamento; sia nelle regioni umide, poiché la radiazione diffusa arriva ad essere il 50% di quella totale e sono pertanto più opportune le schermature verticali o l’utilizzo di vegetazione per controllare la radiazione riflessa.
Alle nostre latitudini accade che d’inverno, a mezzogiorno, il sole è basso all’orizzonte (h sole inverno 90°-Lat -23°27’), quindi la radiazione solare, che incide con un angolo di 25° circa sulle superfici verticali orientate a sud, può penetrare all’interno degli ambienti tramite le aperture trasparenti ed essere accumulata dall’involucro. Mentre d’estate (h sole estate 90°-Lat +23°27’), il sole a mezzogiorno è molto alto all’orizzonte, circa 71°, dunque la stessa schermatura orizzontale garantisce ombreggiatura agli ambienti interni; a partire dalle 10:30 fino alle 13:30, il sole si mantiene ad un’altezza nel cielo che è pressoché costante, e quindi si riesce a gestire l’ombra mediante un aggetto orizzontale (balcone, sporto di un tetto, brise soleil orizzontali, etc).
I criteri di dimensionamento delle schermature per aperture esposte a Est e Ovest, prendono in considerazione le richieste e i dati climatici estivi, dunque il periodo che va dal 21 marzo al 21 settembre e in una certa fascia oraria. Nella prima mattina, a est e nel tardo pomeriggio, a ovest, nel suo ‘percorso apparente’ il sole varia l’angolo di altezza in maniera considerevole. E’ evidente quindi che se si utilizza uno schermo orizzontale ad ovest, si potrà schermare qualche ora del primo pomeriggio, e successivamente il sole abbassandosi all’orizzonte, penetra attraverso le superfici trasparenti, causando surriscaldamento nel periodo estivo. È per questo motivo che in tale orientamento, le schermature dovrebbero essere di tipo diverso, verticali, poste lateralmente alla finestra. Anche in questo caso tali schermature potrebbero non essere degli ‘elementi aggiunti’, al progetto, ma potrebbe essere la rientranza della superficie vetrata rispetto al filo esterno della muratura. Gli schermi verticali sono migliori, perché i raggi solari per questo periodo provengono direttamente da est e da ovest. Per minimizzare la radiazione solare si può operare inclinando gli schermi, diminuendo lo spazio tra gli elementi, le dimensioni, la profondità: una buona soluzione è quella di inclinare gli schermi verso nord, senza però diminuire troppo la visione dell’esterno. Ovviamente gli schermi verticali sono incapaci di ostacolare la radiazione proveniente dallo zenit. Dunque una soluzione ottimale è quella che utilizza entrambi gli schermi, orizzontali e verticali.
Uno strumento efficace per progettare i sistemi di ombreggiamento di un edificio è costituito dalle maschere di ombreggiamento, da abbinare ai diagrammi solari, i quali sono una rappresentazione grafica della posizione del sole nella sfera celeste, per una determinata latitudine e per i diversi giorni dell’anno. Si riesce dunque a conoscere quale sia per ogni determinata località la posizione del sole nelle ore della giornata. I diagrammi solari sono una risorsa utile nella gestione del rapporto tra il sole e l’ambiente edificato poiché evidenziano ‘l’accesso al sole’ di un insediamento, la facciata di un edificio, una finestra, un sistema solare attivo o passivo.
Le maschere di ombreggiamento sono da disegnare sopra al diagramma solare e sono utili a dimensionare una schermatura. Essa non è necessariamente un elemento ‘aggiunto’ all’edificio ma potrebbe essere un elemento già facente parte del sistema tecnologico: tetto, balcone, portico. Dunque, un componente che ha originariamente significati diversi da quelli del controllo della radiazione solare, potrebbe presentare, invece, anche questo valore aggiunto e quindi essere dimensionato in profondità e in altezza, in modo da poter ombreggiare le aperture durante il periodo surriscaldato (estivo).