L’energia solare per il riscaldamento e raffreddamento degli edifici

I sistemi solari passivi non sono una novità, anche se le realizzazioni effettuate sono limitate e qualche volta più sperimentali che operative. L’ingegnere canadese John Hollick  ha brevettato alcuni decenni fa una interessante e innovativa tecnologia per il riscaldamento passivo degli edifici.

Denominata Solarwall, sfrutta l’energia solare per riscaldare e raffrescare ambienti industriali e commerciali. Questo sistema ha contribuito ad eliminare  migliaia di tonnelate di CO2 ogni anno.

Il concetto generatore di Solarwall é un collettore solare realizzato in lamiera metallica, prevalentemente in colori scuri, progettato per riscaldare l’aria esterna. Può essere applicato su pareti esistenti e collegato alla maggior parte dei sistemi di ventilazione già presenti. Il rivestimento viene posato sulle murature perimetrali maggiormente esposte alla radiazione solare, riscaldando l’aria esterna da immettere nel fabbricato, anche in giornate nuvolose.

La superficie della lamiera è cosparsa di minuscoli fori che consentono all’aria di fluire liberamente assorbendo tutto il calore solare irradiato  dalla lamiera di alluminio. L’aria riscaldata risale lungo l’intercapedine fino in prossimità del tetto, dove vengono installati a distanza regolare dei ventilatori, il cui compito è quello di convogliare l’aria esterna nel sistema.

L’impianto è dotato di valvole modulatrici  di tiraggio e di ricircolo, di sensori e regolatori della temperatura dell’aria, non che di condotti che distribuiscono l’aria riscaldata dal sole. L’impianto di distribuzione dell’aria recupera il calore stratificato che si forma a soffitto generando correnti di convezione naturale all’interno dell’edificio (di media la produzione è di 600 Watt/m2 di parete).

Conserval Engineering, la società che detiene il brevetto, ha iniziato sviluppando l’applicazione a parete del sistema, ma nel corso di 30 anni di attività ha sviluppato una serie di evoluzioni del concetto base e delle nuove applicazioni che hanno permesso a Solarwall  di raggiungere prestigiosi obiettivi.

Dalla sua origine in Canada, il sistema ha trovato il suo primo mercato export negli  Stati Uniti, dove la diffusione ha avuto una crescita esponenziale. L’American Society of Mechanical Engineering lo considera al 9 posto nelle migliori invenzioni nel campo dell’energia e fra le migliori 80 invenzioni degli ultimi 200 anni.

Fra gli sviluppi di cui sopra, si evidenzia l’impiego di Solarwall abbinato ai generatori fotovoltaici per ottenere la cogenerazione. Nei pannelli fotovoltaici l’efficienza attuale è dell’ordine del 10- 15%, ciò significa che una consistente parte della radiazione solare viene dispersa sulla superficie del collettore.  Poichè il calore del retro pannello riduce l’output elettrico di 0,4 – 0,5% ogni °C in più di temperatura oltre lo standard di 25°C. considerando che una copertura può raggiungere temperature superiori a 60°C, l’efficienza dei moduli fotovoltaici ne viene fortemente compromessa.

Abbinando in una copertura il sistema Solarwall installato con un profilo geometrico inclinato e sovrapponendo un pannello fotovoltaico si ottiene il recupero dell’energia termica dispersa e la generazione elettrica  dal  fotovoltaico, oltre ad un miglioramento importante delle performances. Ipotizzando  che un impianto fotovoltaico in copertura in condizioni standard abbia una resa di 100 W/m2, con l’ibrido si raggiungono valori dell’ordine di 300 – 400 W/m2.

Un sistema semplice ma di grande resa con un’accelerazione del ROI e un accorciamento del Payback.

Si segnala inoltre l’applicazione in copertura. Conserval Engineering ha chiamato questo sistema “Night and Day”. Il principio è quello del tetto ventilato, ma con Solarwall i risultati sono sorprendenti. Il sistema lavora giorno e notte; in estate di giorno recupera il calore solare e simultaneamente ombreggia e ventila il tetto. Il calore può essere dissipato o usato per scaldare l’acqua o per processi industriali. Di notte gli stessi pannelli raffreddano l’aria di 5°C collegandosi con un HVAC. In inverno il calore proveniente dalla radiazione solare circola nel HVAC stesso.

Implementando tecnologia per guadagnare punti nella Certificazione LEED si usa l’energia solare per ridurre l’impronta carbone. L’energia termica passiva contribuisce a ottenere punti nelle categorie: energia  & atmosfera, qualità ambientale interna e materiali e risorse.

NZEB è l’acronimo di Net Zero Energy Building, significa progettare un edificio che genera più energia di quanto ne consuma  in un anno, ed è per questo motivo che Solarwall é stato progressivamente inserito nei progetti NZEB.

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