Muro di Trombe: origini e applicazioni più innovative

Il muro di Trombe è uno dei più noti sistemi solari passivi a guadagno indiretto. Fin dalle sue origini il sistema è stato protagonista di una serie di applicazioni su diversi edifici e successive sperimentazioni, la cui conseguenza negli anni è stata l’ideazione di nuove moderne configurazioni del sistema di Trombe, studiate con lo scopo di implementarne l’efficienza.  

In copertina: Il muro di Trombe della biblioteca universitaria di scienze di Versailles progettata da Badia Berger Architectes. 

CLIMATIZAZIONE PASSIVA: LE TORRI DEL VENTO

Gli elementi fondamentali perché un sistema solare passivo possa essere chiamato muro di Trombe sono:

  • un muro di grande spessore e densità costruito con un materiale a grande inerzia termica (si è passato dal calcestruzzo dei primi esperimenti, al laterizio, fino ai più moderni materiali a cambiamento di fase) la cui parete è intonacata in nero o con un colore scuro per captare più radiazione solare possibile;
  • un vetro esterno e l’intercapedine d’aria che, di conseguenza, si forma tra il muro e la vetrata.

Il sistema funziona grazie all’effetto serra creato all’interno della cavità presente tra il vetro e la muratura.

Il sistema muro di Trombe si adatta al cambiamento climatico dettato dalle stagioni assumendo configurazioni differenti in base alle esigenze scandite dalla stagione e dall’ora del giorno in cui deve funzionare.

I muri di Trombe, sono generalmente caratterizzati da due aperture: una superiore e un’altra posizionata nella parte inferiore del muro, da aprire o chiudere a seconda delle stagioni. Oltre al muro vero e proprio, anche la vetrata presenta delle aperture, da tenere sempre chiuse fatta eccezione per le ore diurne dei mesi estivi.

 Funzionamento invernale diurno e notturno di un muro di Trombe Funzionamento invernale diurno e notturno di un muro di Trombe

 Funzionamento estivo diurno e notturno di un muro di Trombe Funzionamento estivo diurno e notturno di un muro di Trombe

La storia del muro di Trombe

Le origini del muro di Trombe risalgono al 1881, quando l’ingegnere americano Edward Morse brevettò il cosiddetto “riscaldatore ad aria”, un dispositivo concettualmente molto semplice, da installare sulle pareti esterne rivolte verso sud di un tipico edificio dell’epoca con struttura portante in legno. Furono costruiti tre esemplari di questo prototipo di muro di Trombe, il primo si trovava al Peabody Museum, a Salem in Massachusetts, ed il pannello assorbitore era in ferro. Il secondo esemplare aveva l’assorbitore in ardesia e si trovava nella casa in cui viveva Morse, sempre a Salem. Il terzo prototipo si trovava presso l’ateneo di Boston. Purtroppo nessuno dei tre esempi del modello di Morse è giunto fino a noi.

 Il prototipo originario di Edward Morse Il prototipo originario di Edward Morse

Sulla base dell’idea di Edward Morse, la tipologia classica del muro di Trombe è stata resa popolare da Felix Trombe e Jacque Michel, rispettivamente un ingegnere ed un architetto francesi da cui il sistema passivo ha successivamente preso il nome. I due costruirono una serie di Maisons Solaires con il collettore solare incorporato direttamente sulla costruzione stessa.

Il primo esempio di muro di Trombe risale al 1956 e si trattava di una baita di un solo piano, con a sud una parete di calcestruzzo dello spessore di circa 30 cm, e con la faccia verso l’esterno intonacata di nero coperta con uno schermo costituito da una vetrata singola.

La parete funzionava contemporaneamente come collettore solare e come accumulatore di calore: il calore solare veniva raccolto e distribuito nelle stanze senza usare alcuna pompa, ventilatore, o altro.  Questa casa, non abitata, fu utilizzata per sperimentare diverse sezioni di condotti d’aria e di bocchette per la circolazione. Versioni successive utilizzarono per la parete a sud altri mezzi di accumulo, come sabbia o acqua. La serie di esperimenti è culminata in un attendibile ed effettivo progetto di casa solare: la casa di Odeillo, nei Pirenei Orientali della Francia.

 La casa solare di Odeillo. Fonte: Mazria E., Sistemi Solari Passivi, Franco Muzzio&c., Padova, 1980 La casa solare di Odeillo. Fonte: Mazria E., Sistemi Solari Passivi, Franco Muzzio&c., Padova, 1980

Sperimentazioni sul muro di Trombe

L’interesse per i muri di Trombe, e per i sistemi solari passivi in genere, è emerso negli anni ’70 a seguito della crisi petrolifera mondiale. È appunto a partire da questi anni che una serie di studiosi hanno sperimentato il sistema passivo muro di Trombe in diverse parti del mondo, e si sono dovuti confrontare con condizioni climatiche differenti rispetto a quelle in cui è stato concepito ed ideato il sistema.  

La conseguenza logica delle sperimentazioni, giunte fino ai giorni nostri, è stata l’individuazione di problematiche all’interno del sistema solare passivo studiato e l’ideazione di strategie per migliorare tali problematiche. Da qui si spiega la creazione di svariate tipologie di muri di Trombe, che possono portare vantaggi che svantaggi per alcuni aspetti rispetto al muro di Trombe tradizionale.

Di seguito vediamo alcune tra le più innovative configurazioni del sistema solare passivo muro di Trombe, che riguardano sia l’utilizzo di un design innovativo sulla forma del sistema, sia l’utilizzo di materiali e tecnologie di nuova generazione. Queste conformazioni delle stesso sistema passivo hanno la caratteristica comune di essere state concepite per incrementare l’efficienza del sistema.

Muro di Trombe a zig zag

La tipologia di muro di Trombe a zig zag è stata concepita dallo staff “Center for Buildings and Thermal Systems” del NREL (National Renawable Energy Laboratory), ed è stata studiata per ridurre alcuni inconvenienti che possono verificarsi con l’installazione di un muro di Trombe, quali l’eccessivo accumulo di calore oppure l’abbagliamento che si può verificare nei giorni estivi.

 Schema del funzionamento di un muro di Trombe a zig zag. Fonte: National Renewable Energy Laboratory www.nrel.gov/ Schema del funzionamento di un muro di Trombe a zig zag. Fonte: National Renewable Energy Laboratory www.nrel.gov/

Il muro di Trombe a zig zag è costituito da tre parti: una sezione del muro è rivolta verso sud mentre le altre due sono angolate verso l’interno così da creare un muro a forma di V. La parte di muro che affaccia verso sud-est ha una finestra che serve per fornire luce e calore durante le mattinate fredde in cui c’è un bisogno immediato di calore, mentre la sezione opposta del muro a forma di V consiste in un muro di Trombe classico che ha la funzione di immagazzinare calore per ridistribuirlo durante la notte.

Il design del muro di Trombe a zig zag è stato concepito per sfruttare il movimento del sole che sorge ed est e tramonta ad ovest. Infatti di mattina le finestre orientate verso sud-est forniscono all’edificio i vantaggi dei raggi solari delle prime ore del mattino in termini di illuminazione naturale e riscaldamento. Oltre alla parete di accumulo del muro di Trombe orientata a sud, che quindi immagazzina il calore durante tutta la giornata, nel pomeriggio entra in gioco la parete di Trombe esposta a sud-ovest, che assorbe il calore del sole per poi utilizzarlo per il riscaldamento notturno.  

Il centro visitatori del NREL a Golden, in Colorado, ospita un muro di Trombe a zig zag. Nella sala espositiva del Visitor Center il sistema ha la doppia funzione di riscaldare ed illuminare la grande stanza.

 Vista esterna del muro di Trombe a zig zag del centro visitatori NREL di Golden (Colorado). Fonte: www.nrel.gov/ Vista esterna del muro di Trombe a zig zag del centro visitatori NREL di Golden (Colorado). Fonte: www.nrel.gov/

Muro di Trombe con materiali a cambiamento di fase

Il muro di Trombe con materiali a cambiamento di fase (Phase Change Materials PCM), è una tipologia innovativa che utilizza materiali a cambiamento di fase quali sali a fase eutettica o sali idrati, al posto dei classici materiali utilizzati per il muro a massa, quali il calcestruzzo, il laterizio o l’adobe.

 Schema dei componenti di un muro di Trombe con materiali a cambiamento di fase Schema dei componenti di un muro di Trombe con materiali a cambiamento di fase

L’utilizzo di questi materiali serve per incrementare l’efficienza del muro, infatti i materiali a cambiamento di fase hanno la possibilità di immagazzinare più energia dentro ad un volume più piccolo e più leggero rispetto ai materiali di costruzione tradizionali.
Si può trovare un esempio di muro di Trombe con materiali a cambiamento di fase in SimbCity House, la casa costruita a Versailles dal team delle Università di Alcalá e Castilla la Mancha per l’edizione del Solar Decathlon Europa 2014. Per mantenere la massa del muro di accumulo non eccessiva ma allo stesso tempo ottenere un’elevata inerzia termica, i progettisti spagnoli hanno ideato un pannello prefabbricato che si adatta alla struttura in legno dell’edificio la cui finitura interna comprende un mix di argilla naturale e di un materiale a cambiamento di fase composto da micro capsule col nucleo di cera che funge da accumulatore latente di calore.

 Sezione longitudinale di SimbCity House. Foto dalla pagina fb di Plateau Team SDE'14. Sezione longitudinale di SimbCity House. Foto dalla pagina fb di Plateau Team SDE'14.

 Vista esterna di SimbCity House. Fonte: Solar Decathlon 2014 Vista esterna di SimbCity House. Fonte: Solar Decathlon 2014

Muro di Trombe con isolamento in aerogel 

L’areogel è un materiale innovativo che fa parte dei materiali isolanti trasparenti (TIM Transparent Insulation Material). È stato inventato nel 1930, ma sta emergendo nel mercato delle costruzioni solamente da pochi anni. La peculiarità di questo materiale è quella di essere in grado di immagazzinare il calore quattro volte in più rispetto ad un materiale isolante convenzionale, ed essere allo stesso tempo altamente traslucido.

 Schema dei componenti di un muro di Trombe con isolamento in aerogel. Schema dei componenti di un muro di Trombe con isolamento in aerogel.

Per migliorare l’efficienza del sistema muro di Trombe al di là della superficie del muro massivo intonacato di nero viene direttamente applicato l’isolamento traslucido composto da aerogel di silice monolitico o granulare posto tra due lastre di vetro protettive. Per evitare il surriscaldamento estivo del muro, il materiale trasparente deve essere ombreggiato esternamente. A questo scopo viene spesso inserito, tra il vetro e lo strato termoisolante, un telo avvolgibile, oppure si dispone, all'esterno del vetro, un opportuno sistema di ombreggiatura. Esistono molti studi che hanno dimostrato, attraverso la comparazione, che incorporando un isolamento traslucido (TIM) in un sistema muro di Trombe, si fornisce al sistema dei significativi risparmi energetici.

Il più grande muro di Trombe con isolamento in aerogel del mondo si trova a Glasgow, in Scozia, alla Strathclyde University. In quest’edificio sono infatti presenti 1040 mq di isolamento traslucido applicato alla vetrata, ed il muro di Trombe è stato installato in quattro blocchi di edifici che ospitano gli alloggi per gli studenti, e che servono in totale 376 studenti.

 Vista esterna della facciata sud dei dormitori della StrathclydeUniversity di Glasgow. Vista esterna della facciata sud dei dormitori della StrathclydeUniversity di Glasgow.

Lorenza Bisbano

Lorenza Bisbano Architetto

Creativa e curiosa, durante la stesura della sua tesi di laurea riscopre il piacere e la forza della scrittura per la diffusione di informazioni ed idee. Viaggiatrice, esplorando il mondo coniuga la sua passione per l'architettura con la scoperta di nuove culture.