Progettare un ambiente, un edificio, uno spazio aperto, sostenibile vuol dire prima di tutto avere un’idea del costruito non in antitesi con la natura ma in completa sintonia con essa. Il ciò vuol dire non concepire ciò che si progetta come qualcosa di chiuso in cui “rifugiarsi” dagli agenti esterni (tipo la caverna dell’uomo preistorico) ma lasciare interagire gli elementi naturali con gli spazi, non avere paura di essi. La natura entra nell’edificio ma “sotto controllo”. Quindi è essenziale conoscere il più possibile la natura del luogo in cui si deve intervenire perchè l’architettura sostenibile è quella del “non spreco”: non sprecare le risorse a portata di mano e gratuite (le fonti rinnovabili di energia e di benessere quali il sole, il vento, il calore generato da eventuali altri impianti…), non sprecare i materiali provenienti dalle demolizioni e non sprecare l’acqua.

Obiettivo dell’Architettura sostenibile è quello di raffrescare naturalmente gli edifici, a mezzo di tecniche di espulsione del calore indesiderato verso dissipatori di calore “ambientali” (aria, cielo, terra, acqua), con l’ausilio di metodi naturali di trasferimento del calore. Viene prevista ottimizzazione nell’uso della componente luminosa dell’energia solare per mezzo di pannelli solari e celle fotovoltaiche.

Collettori solari termici o pannelli solari

I pannelli solari utilizzano l’energia raggiante del sole per riscaldare un fluido, generalmente acqua o aria. In un edificio, il loro scopo è quello di provvedere all’acqua calda per uso sanitario, o al riscaldamento ambientale, o a entrambi. Questi collettori sono schematicamente costituiti da una piastra metallica dipinta in nero per assorbire il massimo della radiazione solare e da un vetro (semplice o doppio) per trattenere il calore nel sistema basandosi sull’effetto serra, cioè sulla proprietà del vetro di essere trasparente alla luce visibile ma opaco alla radiazione infrarossa, con la quale il calore viene riemesso dalla piastra riscaldata. Quando il collettore è ad acqua (o funziona con altro liquido), nella piastra sono inglobati i tubi per la circolazione del liquido; se invece il funzionamento è ad aria, questa viene riscaldata dalla piastra passando nello spazio tra la piastra stessa e il vetro.

In generale, lo scaldaacqua solare sostituisce vantaggiosamente (dal punto di vista economico) quello elettrico, o almeno lo complementa, nel senso che rimane uno scaldaacqua elettrico per coprire le punte di richiesta o i periodi prolungati di assenza di insolazione.Gli scaldaacqua solari hanno ancora qualche difficoltà nel competere con quelli a gas.
L'acqua calda prodotta da un collettore solare è mediamente pari a 80-130 litri/giorno per ogni metro quadro di pannello installato. Per calcolare le dimensioni del pannello solare da installare non si deve tener conto dei m2 della casa, ma del numero dei membri della famiglia e quindi del prevedibile consumo di acqua calda della famiglia medesima, pari a 30-50 litri/giorno a persona. Mediamente occorre installare una superficie di pannelli solari di 2-3 metri quadri per coprire il fabbisogno di acqua calda di una famiglia di 3-5 persone. Il pannello solare produce acqua calda nelle giornate di sole e, in minor misura, anche con il cielo nuvoloso. Tuttavia si verifica una dispersione di calore che non consente di utilizzare a lungo l’acqua calda del serbatoio.
L’utilizzo dei collettori solari termici per il riscaldamento degli ambienti è molto poco diffuso e incontra delle forti barriere economiche. Il motivo è perché la domanda di calore è concentrata nel periodo invernale, quando di sole ce n’è molto poco. Ci sono delle soluzioni possibili come dimensionare l’impianto solare al poco sole invernale, oppure sfruttare il sole quando c’è, ed accumulare il calore per utilizzarlo quando è richiesto.

Sistemi Fotovoltaici

I sistemi fotovoltaici trasformano direttamente la luce solare in energia elettrica. Essi sono in generale costituiti da moduli, ciascuno tipicamente di circa un metro quadrato, contenente poco meno di un centinaio di celle collegate fra loro per fornire i valori opportuni di tensione (in corrente continua).

I vari moduli fanno capo a un sistema elettronico che generalmente trasforma la corrente continua in alternata per immetterla in rete o per utilizzarla sul posto, e, quando il sistema non è collegato alla rete, può anche immagazzinare l’energia elettrica in batterie per utilizzarla quando è richiesta. Il rendimento di un sistema fotovoltaico varia tra il 10 e il 15%.
Si può pensare a due tipologie di uso del fotovoltaico: una è quella di fornire energia elettrica a un utente che non ha accesso alla rete (rifugio, casa isolata, isola…), e l’altra tipologia è quella di fare grossi impianti che alimentano la rete elettrica (in Italia è presente il più grande d’Europa).