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Un’ulteriore differenza tra metodo semi-stazionario e metodo dinamico si ha nel calcolo del fattore di ombreggiamento. Come anticipato il calcolo orario utilizza il metodo previsto nell’allegato E della UNI EN ISO 52016 che permette di simulare in funzione della posizione del sole come l’ombra di un aggetto o ostruzione vada a ridurre l’area del componente trasparente esposta alla radiazione diretta.

L’equazione per il calcolo del fattore di ombreggiamento è la seguente:

Il metodo semi-stazionario prevede invece l’utilizzo di tabelle mensili che forniscono direttamente il fattore di ombreggiamento in funzione del valore degli angoli rappresentati dalle immagini sottostanti, della latitudine e dell’esposizione.

Nell’esempio seguente verranno confrontati i due metodi separatamente considerando la sola finestra esposta e a sud e inserendo un aggetto avente altezza sopra la finestra di 0,5 m e profondità di 1,5 m.

Il metodo semi-stazionario tende ad avere una riduzione del carico di irraggiamento per effetto dell’ombreggiamento maggiore del metodo dinamico, questo probabilmente dovuto anche al fatto che il fattore di ombreggiamento viene applicato sia alla componente diffusa che quella diretta.

Confrontando i due metodi tra loro si nota come la presenza di aggetti tenda ad amplificare la differenza tra i valori di apporti solari calcolati.

Ripetendo la stessa analisi con una ostruzione distante 10 m e alta 6 m si ottengono invece i seguenti risultati:

Come già notato con gli aggetti, il metodo semi-stazionario calcola una maggiore attenuazione dell’irraggiamento dovuta agli ombreggiamenti. Soprattutto nei mesi centrali dell’anno, si notano riduzioni degli apporti solari, anche se il componente esposto a SUD, non dovrebbe risentire della presenza dell’ostruzione, data l’elevata altezza del sole sull’orizzonte.

A conclusione di questo articolo è interessante osservare come il metodo dinamico per ciascuna ora dell’anno vada a calcolare l’irradianza entrante attraverso i componenti trasparenti simulando la posizione del sole e quindi l’effettiva incidenza dei raggi solari sulla superficie vetrata.

I grafici mostrano come il contributo dell’irradianza sia maggiore man mano che aumenta l’incidenza del sole rispetto ad una finestra. Proprio come avviene nella realtà, nelle prime ore del giorno, la finestra esposta a Est riceve un maggior irraggiamento di quella esposta ad ovest. Si può inoltre notare come l’irraggiamento vari a seconda del periodo dell’anno; analizzando, infatti, il grafico di luglio si può osservare come l’irraggiamento che attraversa il componente esposto a Sud sia inferiore rispetto ai mesi di aprile o ottobre. Questo è dovuto al fatto che a luglio, nonostante l’irraggiamento del sole sia maggiore, la sua altezza elevata sull’orizzonte genera un angolo di incidenza minore. Come già discusso questo livello di dettaglio non è possibile con il metodo semi-stazionario.

Come facilmente intuibile una delle principali differenze tra metodo semi-stazionario medio mensile e metodo dinamico orario consiste nel passo temporale con cui i carichi di irraggiamento vengono calcolati.

Il metodo semi stazionario secondo UNI TS 11300 prevede un singolo calcolo degli apporti solari per ogni mese dell’anno, partendo da dati giornalieri medio mensili contenuti nelle tabelle della norma UNI 10349. Questo approccio non permette di simulare gli effetti diurni del sole dalla sua levata al suo tramonto.

Il metodo orario secondo UNI EN ISO 52016 utilizza come dati iniziali per il calcolo degli apporti solari, i valori orari di radiazione solare, permettendo di simulare anche gli effetti di cambio intensità della radiazione solare durante il giorno e gli effetti notturni che si hanno quando la radiazione solare si annulla.

Come noto, gli apporti solari hanno effetto sia sui componenti opachi che sui componenti trasparenti, nel confronto tra metodo dinamico e metodo semi-stazionario trattato in questo articolo verranno considerati solo i carichi di irraggiamento incidenti sui componenti trasparenti.

Le equazioni che determinano i carichi di irraggiamento previste dalla UNI TS 11300-1 e dalla UNI 52016-1 sono molto simili e differiscono solo per la parte evidenziata in azzurro:

Carico Irraggiamento di un componente vetrato, k relativo ad un mese specifico, m secondo UNI/TS 11300-1:

Carico Irraggiamento di un componente vetrato, wi relativo ad un'ora specifica, t secondo UNI EN ISO 52016-1:

	è il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per l’area di captazione solare effettiva della superficie k-esima
	è l’irradianza solare media mensile, sulla superficie k-esima, con dato orientamento e angolo d’inclinazione sul piano orizzontale calcolata secondo appendice C della UNI 10349
	è il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all'utilizzo di schermature mobili
	è la trasmittanza di energia solare della parte trasparente del componente
	è la frazione di area relativa al telaio, rapporto tra l’area proiettata del telaio e l’area proiettata totale del componente finestrato
	è l’area proiettata totale del componente vetrato (l'area del vano finestra)
	è l’irradianza solare diffusa, sulla superficie trasparente wi, con dato orientamento e angolo d’inclinazione sul piano orizzontale calcolata secondo appendice A della UNI 10349
	è l’irradianza solare diretta, sulla superficie trasparente wi, con dato orientamento e angolo d’inclinazione sul piano orizzontale calcolata secondo appendice A della UNI 10349
	è il fattore di ombreggiamento del metodo dinamico.

Nel dettaglio le differenze tra le equazioni sono le seguenti:

Come edificio per svolgere il confronto tra i due metodi di calcolo è stato preso in considerazione la struttura di geometria cubica descritta nell’articolo precedente. Per questo esempio è stato ipotizzato che tale edificio sia ubicato a Roma e che abbia le pareti verticali orientate sui punti cardinali, si ipotizza inoltre che per ogni parete sia stata collocata la stessa tipologia di finestra avente le seguenti caratteristiche:

Prima di applicare entrambi i metodi e confrontare risultati è interessante valutare se i dati climatici di irraggiamento messi a disposizione, a parità di località di riferimento, siano simili se ricondotti allo stesso periodo di tempo.

I dati del metodo semi-stazionario sono valori di irradiazione solare giornaliera media mensile su piano orizzontale contenuti nella UNI 10349 ed espressi in MJ/m², mentre i dati del metodo dinamico provengono dall’archivio messo a disposizione dal CTI e ottenuti con la collaborazione dell’Enea e il MISE, sono valori orari di radiazione solare su piano orizzontale espressi in W/m².

Per il confronto è stato scelto di ricondurre tutti i dati in valori di irradiazione mensile espressi in MJ/m²; pertanto, entrambi i dati climatici sono stati convertiti con le seguenti procedure:

• Per quanto riguarda i dati del metodo dinamico il primo passo consiste nel convertire la radiazione solare oraria in irradiazione. Sapendo che il metodo dinamico ha passo temporale orario è facile intuire che tutti i valori di potenza espressi in W, se integrati nell’intervallo di tempo orario, possono essere intesi come valori di energia espressi in Wh. Per ottenere i valori di irradiazione mensile del metodo dinamico sarà sufficiente sommare i valori orari di radiazione solare suddividendoli nei mesi dell’anno e moltiplicare tali i risultati per 0,0036 che è il fattore di conversione da Wh a MJ.
• Per convertire l’irradiazione solare giornaliera media mensile del metodo semi-stazionario in valori mensili è sufficiente moltiplicare i valori giornalieri medio mensili per il numero di giorni presenti nel mese.

Come si nota i valori di irradianza tra i due metodi sono analoghi e pertanto è presumibile che l’archivio dei dati medio mensili sia stato creato utilizzando i dati orari messi ora a disposizione del metodo dinamico.

Osservato che i dati climatici di entrambi i metodi, sono probabilmente ricavati dallo stesso archivio climatico, è possibile confrontarli suddividendo i risultati di ogni componente trasparente per mese. 

Dall’analisi dei grafici è possibile notare che per i componenti posti a EST ed OVEST l’irradiazione del metodo semi-stazionario è sempre maggiore di quella ottenuta col metodo dinamico.

Per il componente posto a SUD l’irradianza nel metodo semi-stazionario è di molto maggiore nei mesi di gennaio, febbraio, marzo, ottobre, novembre e dicembre mentre nei restanti mesi tende ad allinearsi con i valori ottenuti col metodo dinamico.

Per il componente esposto a NORD si ha un comportamento opposto di quello riscontrato con quello esposto a SUD, si nota infatti che l’irradianza nel metodo semi-stazionario è di molto maggiore nei mesi di maggio, giugno, luglio e agosto mentre nei restanti mesi tende ad allinearsi con i valori ottenuti col metodo dinamico.

Andando a tabellare l’apporto totale per irraggiamento dei due metodi, possiamo notare una differenza massima in alcuni mesi anche superiore al 110%, la differenza annuale si attesta attorno al 50% e quindi l’irradiazione del metodo semi-stazionario è sempre maggiore del metodo dinamico.

Ripetendo la stessa analisi per altre città d’Italia si ottiene sempre lo stesso risultato, ossia uno scostamento avente un valore medio che si aggira sempre intorno al 50% e sempre con valori di irraggiamento del metodo semi-stazionario maggiore del metodo dinamico.

Un’ulteriore differenza tra metodo semi-stazionario e metodo dinamico si ha nel calcolo del fattore di ombreggiamento. Come anticipato il calcolo orario utilizza il metodo previsto nell’allegato E della UNI EN ISO 52016 che permette di simulare, in funzione della posizione del sole, come l’ombra di un aggetto o ostruzione vada a ridurre l’area del componente trasparente esposta alla radiazione diretta. Lo vedremo meglio nel prossimo articolo.

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