Sistemi passivi per case ecologiche: il muro di Trombe

Utilizzare le fonti energetiche rinnovabili per migliorare le prestazioni energetiche di un edificio non significa solo installare impianti per la produzione di riscaldamento ed elettricità (collettori solari termici, impianti fotovoltaici, microturbine eoliche, impianti geotermici, ecc), ma significa innanzitutto fare in modo che la stessa struttura dell'edificio sia in grado di sfruttare al meglio l'energia gratuita, naturale e pulita che proviene dalle fonti rinnovabili, soprattutto dal sole. Per questo motivo, tutti i modelli abitativi che fanno del risparmio energetico il loro obiettivo primario (bioedilizia, case prefabbricate energeticamente efficienti, edifici a energia quasi zero, case passive, case ecologiche, ecc), hanno bisogno sia di sistemi attivi (gli impianti), sia – soprattutto – di sistemi passivi per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti interni. 

Il Muro di Trombe

Uno di questi sistemi passivi è il "Muro di Trombe", una soluzione messa a punto dal chimico francese Félix Trombe negli anni Sessanta, riprendendo un'idea brevettata da Edward Morse alla fine dell'Ottocento. Trombe sperimentò questo particolare muro ad accumulo in alcuni prototipi di case solari realizzati tra il 1962 e il 1967 a Odeillo, cittadina francese sul versante meridionale dei Pirenei, sede, tra l'altro, di una grande centrale solare termodinamica gestita dal CNRS. Il "Muro di Trombe" è una semplice parete di colore scuro posizionata sul versante sud di un edificio, in grado di accumulare il calore proveniente dai raggi solari e di rilasciarlo all'interno dell'edificio contribuendo al suo riscaldamento in modo naturale e gratuito. 

Com'è fatto e come funziona

Nella sua forma base, quella sperimentata da Trombe nelle case-prototipo di Odeillo, è composto da un muro in calcestruzzo dipinto di nero dimensionato in base alle esigenze di riscaldamento, posizionato sulla parete sud per ricevere la migliore insolazione. Gli studi effettuati sui prototipi hanno stabilito che con un metro quadrato di muro di Trombe, si possono riscaldare 10 metri cubi di casa. Il muro è rivestito esternamente da una vetrata, posta a qualche centimetro di distanza dalla parete, in modo da formare con essa un'intercapedine che serve per ottenere l'effetto serra, ed è dotato in alto e in basso di due aperture necessarie per la circolazione dell'aria. Funziona in questo modo: di giorno la parete scura attira i raggi solari; questi passano attraverso il vetro e vengono intrappolati nell'intercapedine riscaldando l'aria al suo interno, mentre si riscalda anche il muro in calcestruzzo; l'aria calda penetra all'interno dell'edificio attraverso l'apertura superiore, mentre l'aria fredda presente all'interno è risucchiata naturalmente nell'apertura inferiore e salendo nell'intercapedine spinge l'aria calda a entrare nell'edificio. Nel frattempo il muro, come massa termica, ha accumulato calore che verrà rilasciato gradatamente agli ambienti interni anche di notte. 

(Il funzionamento del Muro di Trombe di giorno e di notte. Foto da www.scgh.com)

Questa forma-base del Muro di Trombe, che presentava alcuni inconvenienti – tra cui l'eccessivo surriscaldamento nel periodo estivo – ha conosciuto negli anni successivi alcune evoluzioni che ne hanno migliorato le prestazioni. Per risolvere il problema del surriscaldamento estivo e per incrementare le prestazioni termiche notturne, le aperture superiori e inferiori possono essere dotate di valvole che si aprono e si chiudono a seconda delle esigenze. Inoltre, è possibile praticare delle aperture in alto dotate di valvole rivolte anche verso l'esterno, per migliorare le prestazioni estive, eventualmente controllabili anche da sistemi domotici per aprirle e chiuderle a seconda della temperatura interna. In inverno, le aperture esterne restano chiuse mentre quelle interne sono aperte di giorno per far penetrare l'aria surriscaldata nell'intercapedine e far uscire quella fredda presente all'interno. Di notte si chiudono anche le aperture interne in modo da evitare fenomeni di inversione termica, e si sfrutterà solo il calore accumulato dalla parete scura, rilasciato per irraggiamento negli ambienti interni. In estate, si apriranno le valvole esterne e la valvola interna situata nella parte bassa, così che il calore presente all'interno dell'edificio sarà risucchiato dall'intercapedine grazie alla ventilazione naturale interna, ottenuta con una finestra posizionata a nord, e verrà espulso verso l'esterno. 

(Il funzionamento estivo del Muro di Trombe. Immagine da sustainabilityworkshop.autodesk.com)

In questo modo, però, resta ancora un inconveniente: la parete è in grado di riscaldare solo la stanza adiacente al muro. Per ovviare anche a questo problema è possibile ricorrere ad un'ulteriore evoluzione, detta sistema Barra-Costantini, che unisce al muro di Trombe un sistema di canalizzazioni a circolazione naturale che consente di portare il calore anche negli altri ambienti. 

I materiali

Per essere termicamente utile, il muro deve funzionare da massa termica. Deve cioè essere in grado di accumulare calore e rilasciarlo gradatamente negli ambienti interni. Per questo motivo, oltre ad un corretto dimensionamento in funzione degli ambienti da riscaldare, è necessario utilizzare materiali in grado di comportarsi da massa termica. Risultano adatti a questo scopo materiali come il calcestruzzo (materiale utilizzato da Trombe per i suoi esperimenti), la terra cruda, la pietra, i blocchi in cemento e i mattoni industriali.

Per saperne di più si consiglia la lettura di:

Giuliano Cammarata, Massimiliano Cammarata, Giovanni D'Amico, Fabrizio Russo, Edifici quasi zero energia. Principi di termofisica e bioclimatica per la progettazione di edifici a quasi zero energia e la riqualificazione energetica degli edifici esistenti, Grafill, 2013
Massimo Capolla, La casa a consumo zero. Indicazioni e idee per progettare case a produzione energetica, Maggioli Editore, 2013
Agnese Ghini, Casa tecnologia ambiente. Architetture e prestazioni ambientali per la residenza contemporanea, Maggioli Editore, 2011 
Cesare Protetty, Carlo Cusin, Guida all'energia solare, Edizioni Mediterranee, 1983