Analisi radiazione solare_EUR, Via dell'Architettura + Area di progetto (Testaccio, Via degli Orti di Cesare)

In questa seconda esercitazione, abbiamo dovuto analizzare la quantità di radiazione solare che giunge su un edificio in determinate condizioni.

L’edificio scelto è lo stesso della prima esercitazione, situato nel quartiere EUR in via dell’Architettura.

TUTORIAL

Come prima cosa, per poter effettuare un’analisi più accurata, è stato necessario modellare il volume puro precedentemente creato su Vasari, realizzando i balconi e le rientranze/sporgenze principali dell’edificio. Per fare ciò, è stato sufficiente eseguire i seguenti passaggi:

1. Selezionare la massa da modellare
2. Cliccare su “Edit In-Place” nel menù “Modify | Mass”
3. Selezionare il piano del volume sul quale si desidera lavorare, successivamente cliccare su “Set” e poi selezionare nuovamente il piano.
4. Con il comando “Rectangle” o, se necessario, “Line” disegnare la sagoma di finestre e balconi.
5. Selezionare la sagoma realizzata, dalla quale dovranno uscire due frecce (una verso l’alto, l’altra verso il basso) e cliccare sul comando appena apparso “Create Form”.
6. Nel caso delle finestre sarà necessario realizzare delle rientranze e dal comando “Create Form” bisognerà quindi selezionare la voce “Void Form”; nel caso dei balconi dovrà invece essere selezionata la voce “Solid Form”.
7. Procedere in questo modo su tutte le facciate del volume, regolando di volta in volta le misure di profondità e sporgenze cliccando sulle quote che appaiono accanto ai volumi (“Edit dimension length”).

Una volta  terminato di modellare l’edificio, abbiamo realizzato una piattaforma di base sulla quale farlo poggiare e aggiunto accanto ad esso un paio di alberi stilizzati per ricreare delle condizioni il più vicine possibile alla realtà. Siamo passate poi all’analisi della radiazione solare.

Abbiamo effettuato prima un’analisi più generica e d’insieme degli spazi aperti più rilevanti attorno all’edificio e dell’edificio stesso, successivamente siamo passate all’analisi più dettagliata della radiazione solare che giunge sulle superfici verticali (opache o vetrate) che chiudono gli spazi interni delle abitazioni.

I passaggi seguiti per effettuare la prima analisi sono i seguenti:

1. Dal menù “Analyze” cliccare su “Solar Radiation”
2. Dalla tabella apparsa, su “Settings”, selezionare il riquadretto con i puntini (“…”) accanto alla scritta “Sun Study” per modificare le impostazioni solari.
3. Selezionare la voce “Multi Day” e, a seconda del periodo dell’anno di cui si vuole ottenere l’analisi della radiazione solare, selezionare una delle voci dall’elenco sottostante (noi abbiamo selezionato prima “Summer Solar Study” e, in una seconda analisi, “Winter Solar Study”.)
4. Sotto alle impostazioni per modificare giorni e orari, selezionare la spunta “Sunrise to Sunset” per ottenere un’analisi della radiazione cumulativa delle ore che vanno dall’alba al tramonto. Cliccare su “OK”.
5. Sempre dalla tabella “Solar Radiation”,  sulla voce “Data Display”, modificare le impostazioni dai menù a tendina, ponendo “Type” su “Cumulative, “Unit” su “kWh/m^2” e, “Style” su “Solar Radiation Default”
6. Selezionare il disegno del cursore con accanto scritto “Select mass faces to analyze”, presente in alto sulla tabella, e selezionare tutti i volumi che si desiderano analizzare.

Per effettuare la seconda analisi, quella più dettagliata, i passaggi da seguire sono gli stessi, fatta eccezione per parte del punto 5:

1.  Infatti, dalla voce “Style” sarà in questo caso necessario cliccare il riquadretto con i puntini (“…”) presente accanto, e realizzare un nuovo stile: si aprirà la tabella “Analysis Display Styles”.
2.  Selezionare la prima piccola icona a sinistra presente in basso a sinistra della tabella, e sulla tabella che si aprirà “New Analysis Display Style”, selezionare la voce “Markers with text” e, sotto, rinominare il nuovo stile, ad esempio “Es_2”. Cliccare su “OK”
3. Sulla tabella “Analysis Display Styles”, alla voce “Settings”, impostare “Marker Shape” su “Circle”, “Text Lables on Markers” su “Show All” e “Rounding” su “2 decimal places”.
4. Alla voce “Color” modificare a proprio piacere i colori che rappresentano le radiazioni massima, intermedia e minima (nel nostro caso rispettivamente giallo, rosso e blu). Cliccare su “OK”.
5. Stavolta, dal menù a tendina impostare la voce “Style” sul nuovo stile appena creato, “Es_2”.
6. Dopo aver cliccato, come in precedenza, su “Select mass faces to analyze”, selezionare sull’edificio solamente le superfici verticali che ci interessa analizzare.

Come già detto nel post della prima esercitazione, gli spazi aperti più rilevanti presenti attorno all’edificio sono i due giardini privati, situati sui lati Nord-Ovest e Nord-Est dell’edificio (segnati in giallo e in blu nell'immagine sottostante), dei quali abbiamo precedentemente studiato le condizioni di ombreggiamento. 

Abbiamo deciso di effettuare l'analisi della radiazione solare nei due solstizi, poiché sono i momenti dell'anno che presentano le condizioni più estreme di soleggiamento e, quindi, di radiazione solare.

Prima analisi: spazi aperti

SOLSTIZIO D'ESTATE

E' possibile notare dai colori (legenda a destra) che i due spazi aperti di nostro interesse presentano quantità di radiazione solare perlopiù medio alta, fatta eccezione per la zona subito a ridosso dell'edificio e dell'albero adiacente alla facciata Nord Ovest: in quei punti sono infatti garantite condizioni di ombra maggiori. In generale, però, nonostante le presenza dei due alberi, d'estate l'incidenza del sole è abbastanza importante su questi spazi aperti, che presentano probabilmente condizioni di comfort non ottimali per la stagione estiva (afa/calore elevato).

SOLSTIZIO D'INVERNO

Nel periodo invernale si possono notare, invece, delle condizioni differenti da quelle estive. La radiazione solare nei due giardini è infatti medio-bassa: i raggi solari, infatti, in periodo invernale giungono meno decisi a causa della posizione del sole, che essendo basso all'orizzonte, provoca sui due spazi aperti ombre più estese date dalla presenza di alberi e di edifici adiacenti che proiettano le proprie ombre con il passaggio del sole a Sud. Per il periodo più freddo dell'anno nemmeno questo è un buon presupposto: ipoteticamente parlando, sarebbe l'ideale se le condizioni di incidenza della radiazione solare di questo edificio nel periodo estivo ed invernale fossero invertite; infatti una radiazione solare medio-bassa in periodo estivo comporterebbe condizioni di maggior frescura, mentre una radiazione solare medio-alta in periodo invernale favorirebbe condizioni di maggior tepore.

Si può quindi arrivare ad una conclusione che conferma quanto precedentemente appurato nella prima esercitazione con lo studio delle ombre: questi giardini privati non presentano condizioni ottimali di comfort; oltre a ciò, un'eccessiva presenza di sole in periodo estivo e, dall'altro lato, una mancanza di calore adeguato in periodo invernale, potrebbero causare fenomeni di degrado riconducibili nel primo caso ad una "siccità" troppo elevata, nel secondo caso ad una presenza eccessiva di umidità.

Seconda analisi: superfici delle facciate

Per l'analisi della radiazione solare incidente sulle facciate dell'edificio, abbiamo nuovamente scelto come periodi di studio i due solstizi. In questo caso, per ottenere un'analisi più accurata, la radiazione solare è rappresentata sulle facciate tramite dei valori numerici.

FACCIATA NORD OVEST

SOLSTIZIO D'ESTATE

SOLSTIZIO D'INVERNO

Come si può notare dalle immagini, i valori numerici che rappresentano l'entità della radiazione solare sono molto bassi se rapportati ai valori massimi riportati nelle legende dei due solstizi della prima analisi (5.5 kWh/m^2 nel solstizio d'estate e 0.5 kWh/m^2 nel solstizio d'inverno). Le superfici verticali di quest'edificio infatti sono del tutto intradossate e presentano quindi una protezione abbastanza buona dai raggi solari. I valori della radiazione solare, genericamente, sono più alti nelle zone più basse degli interpiani (ad es.d'estate al primo piano circa 0.41 kWh/m^2 nella parte alta dell'interpiano e 0.64 kWh/m^2 in quella bassa,  d'inverno 0.04 kWh/m^2 nella parte alta e 0.05 kWh/m^2 in quella più bassa), poichè le ombre proiettate dalle superfici orizzontali sovrastanti sono maggiormente incidenti nelle parti più alte delle sottostante superfici verticali. 

Su questo lato dell'edificio è situata la zona giorno degli appartamenti, e una radiazione solare relativamente bassa, se molto positiva in periodo estivo, potrebbe non essere altrettanto positiva in periodo invernale, quando, soprattutto una zona giorno, richiederebbe maggior calore.

FACCIATA NORD EST

SOLSTIZIO D'ESTATE

SOLSTIZIO D'INVERNO

Per la facciata Nord Est, le considerazioni sono analoghe a quelle della facciata Nord Ovest. In questo lato dell'edificio è concentrata la zona notte, e i valori di radiazione solare relativamente bassi non comportano un disagio quanto per la zona giorno. Si può notare che in corrispondenza della presenza della chioma dell'albero i valori della radiazione solare sono più bassi, esso fornisce quindi una protezione dai raggi solari, positiva d'estate ma non altrettanto d'inverno.

FACCIATA SUD EST

SOLSTIZIO D'ESTATE

SOLSTIZIO D'INVERNO

Salta subito all'occhio, su questa facciata, la presenza di valori di radiazione solare decisamente più elevati rispetto alle facciate a Nord; man mano che ci si sposta a Sud, infatti, l'incidenza del sole è sempre maggiore. In questo lato dell'edificio sono concentrate soprattutto zone di servizio come cucina e bagni. La protezione da un'eccessiva irradiazione solare d'estate è sempre garantita dalla posizione intradossata delle superfici verticali che chiudono gli spazi interni delle abitazioni, ma maggiori valori di radiazione solare non possono che costituire, in periodo invernale, un fattore positivo che garantisce sicuramente maggior comfort all'interno degli ambienti degli appartamenti. 

Interessante è notare come la zona centrale, inclinata, presenti valori drasticamente più bassi (soprattutto in periodo invernale) rispetto al resto delle superfici: l'inclinazione verso nord-est, infatti, non permette a questa parte di fronte di godere del passaggio del sole a Sud, e la pone in una condizione di ombra molto maggiore rispetto alle restanti parti della facciata; ciò causa una riduzione importante dell'incidenza della radiazione solare. Questa differenza avviene soprattutto d'inverno poichè d'estate il sole, essendo alto sull'orizzonte, riesce a irradiare meglio la superficie rispetto a quanto non faccia d'inverno, quando è notevolmente più basso sull'orizzonte.

FACCIATA SUD OVEST

SOLSTIZIO D'ESTATE

SOLSTIZIO D'INVERNO

Questa facciata è quella maggiormente esposta al passaggio del sole, nonostante ciò presenta dei valori interessanti che ci hanno portato a porci degli interrogativi. Risulta strano, infatti, notare che nel solstizio d'inverno la radiazione solare risulti talvolta, in alcuni punti, più elevata rispetto a quella del solstizio d'estate e che, nonostante la maggior esposizione al sole rispetto alle altre facciate dell'edificio, non presenti per il periodo estivo i valori complessivi più alti di radiazione solare, mentre per quello invernale sì.

Ciò è probabilmene dovuto al fatto che d'estate, essendo il sole molto alto sull'orizzonte e la posizione delle superfici verticali dell'edificio completamente intradossata, i raggi solari, provenendo da molto in alto, proiettano un'ombra perenne e molto incidente sulle superfici. D'inverno, al contrario, il sole è situato molto in basso sull'orizzonte e, durante il suo passaggio a Sud, giunge sulle superfici verticali dell'edificio in maniera più diretta e orizzontale, proiettando ombre molto meno estese. 

Questa è quindi, senza dubbio, la facciata che presenta maggior comfort di tutto l'edificio, in quanto assorbe molto calore d'inverno e rimane decisamente fresca nel periodo estivo. Ciò è molto positivo anche poichè in questa zona sono situate altre zone giorno.

RADIAZIONE SOLARE DELL'AREA DI PROGETTO (Zona Testaccio, Via degli Orti di Cesare)

SOLSTIZIO D'ESTATE

SOLSTIZIO D'INVERNO

Non avendo ancora elaborato un progetto sufficientemente definito, abbiamo analizzato la radiazione solare incidente esclusivamente sul lotto di progetto. Come si può notare, è una zona che non presenta edifici eccessivamente alti o vicini attorno a sé, fatta eccezione per l'edificio a "L", subito adiacente a Nord. Proprio poichè l'unico edificio di altezza e vicinanza rilevante è situato a Nord, l'area di progetto non presenta condizioni di ombreggiamento tali da proteggerla da un'eccessiva radiazione solare. Infatti d'estate la radiazione solare che giunge sul suolo, trovandosi il sole molto in alto sull'orizzonte, è molto elevata e raggiunge i suoi valori massimi in particolare sulla parte rialzata del lotto (quella a quota zero presenta una radiazione leggermente più ridotta probabilmente per via della protezione fornita dalla parte in quota, 6 metri, che proietta la sua ombra in determinati momenti della giornata). Viene da sé, quindi, che sarà necessario progettare un edificio che possa proteggersi da un'eccessiva irradiazione solare, sia attraverso un giusto posizionamento degli ambienti, sia attraverso degli elementi che possano schermare dal sole.

Per quanto riguarda il solstizio d'inverno, il sole è più basso sull'orizzonte e di conseguenza i raggi solari giungono al suolo in maniera meno incidente: come si può notare la radiazione solare maggiore incide invece sulla facciata esposta a Sud dell'edificio a "L" posto a Nord del lotto di progetto. Questo costituisce uno spunto favorevole per quanto riguarda le riflessioni progettuali per il periodo invernale, poiché, pur sempre tramite le giuste precauzioni per il periodo estivo, si potrebbe sfruttare molto la radiazione solare per surriscaldare gli ambienti esposti a Sud, data la totale assenza di edifici a Sud del lotto che possano proiettare su di esso la propria ombra.