A.5-Edificio_Passivo_mod

A.5
Edificio Passivo
Per edificio passivo si intende un edificio in cui con opportune strategie di intervento si
cerca di sfruttare le caratteristiche micro-climatiche (sole, vento, morfologia del
terreno…) della zona in cui è situato l’edificio, per ottenere una riduzione dell’apporto
di caldo o freddo interno altrimenti realizzabile per mezzo di impianti di
climatizzazione.
In questa tipologia di edificio
vengono utilizzati i così detti
detti sistemi solari passivi, in
grado di raccogliere e trasportare
il calore del sole con mezzi non
meccanici.
Edificio passivo
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Edificio Passivo
Sistemi Attivi
• Elemento captante
Collettore a conentrazione
• Conversione di energia solare in termica o elettrica
• Trasferimento meccanico o elettrico dell’energia ottenuta
• Eventuale accumulo dell’energia esterno al sistema captante
Wind Farm
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Museo dei Bambini Roma
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Edificio Passivo
Sistemi passivi
Si sfruttano:
• Le proprietà termiche dei componenti della costruzione (inerzia, isolamento e
proprietà del vetro)
• La differenza di densità dell’aria al variare della temperatura (effetto camino)
Progetto: Casa Verdone (Cassino)
Progetto: Arch. A. Coletta (Anagni)
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Edificio Passivo
Criteri Fondamentali di progettazione nei climi temperati :
1.
Orientamento dell’edificio: preferibilmente in direzione E-W con superfici
vetrate esposte a Sud e riduzione delle aperture a Nord;
2.
Forma: piuttosto che la classica pianta quadrata è preferibile una allungata lungo
l’asse E-W;
3.
Superfici vetrate: il più possibili ampie a sud, con apposite schermature mobili
per ridurre i contributi della radiazione solare estiva;
4.
Muri massivi: con una inerzia termica che permetta l’accumulo ed il rilascio di
calore in tempi differenziati nell’arco del ciclo giorno/notte;
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Edificio Passivo
La normativa europea definisce con “edificio passivo" un preciso
standard energetico, attribuito a edifici che hanno un fabbisogno
termico invernale inferiore alle 15 kWh/(m2anno), pari circa al
20% dell'energia consumata in un normale edificio residenziale.
Sono stati avviati progetti Europei:
•S.H.E. per la realizzazione di 714 edifici bioclimatici in Italia, Portogallo,
Francia e Danimarca
•CEPHEUS per la realizzazione di 250 edifici bioclimatici in Svizzera,
Francia, Germania ed Austria
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Edificio Passivo
Nella progettazione si devono raggiungere 3 Obiettivi:
1.
riscaldamento dell’edificio, soprattutto nei climi freddi, attraverso
l'accumulo, la distribuzione e la conservazione dell'energia termica solare.
Al fine di raggiungere questo scopo, le principali tecniche passive possono
prevedere l‘uso di :
•
muri termoaccumulatori (massa termica)
•
di un ottimo isolamento
•
di sistemi di preriscaldamento dell'aria
•
di superfici vetrate esposte a Sud, come serre addossate all'edificio
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2.
Edificio Passivo
raffrescamento naturale di un edificio, grazie alla ventilazione naturale, alla
schermatura e all'espulsione del calore indesiderato attraverso dissipatori di calore
ambientali ( anche per mezzo di serpentine di scambio o scambiatori termici). Le
principali tecniche passive impiegate per il raffrescamento prevedono soprattutto
l'utilizzo di condotte d'aria interrate, di camini solari, di una buona massa termica,
di una ventilazione indotta, di protezioni dall'irraggiamento diretto e di sistemi per
la deumidificazione o per l'evaporazione dell'acqua.
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3.
Edificio Passivo
Un altro importante contributo passivo che si può ottenere dall'energia solare
riguarda l'illuminazione diurna di un edificio, sfruttando sia la luce solare
diretta sia quella diffusa. Per incrementare la luminosità e favorire la
penetrazione della luce naturale all'interno degli edifici sono molto importanti
l'illuminazione zenitale, le condotte di luce con specchi riflettenti, la capacità
di diffusione luminosa dei materiali e i meccanismi per l'inseguimento solare.
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Edificio Passivo
A seconda del modo in cui viene captata la radiazione solare, possiamo dividere in tre
categorie i sistemi solari passivi:
 Guadagno diretto: la radiazione solare attraversa lo spazio interno e viene poi
immagazzinata nella massa termica interna all’edificio (pavimentazioni…)
 Guadagno indiretto: la massa di accumulo nelle pareti esterni immagazzina il calore
e lo trasferisce allo spazio interno
 Guadagno isolato: la radiazione solare, raccolta in uno spazio separato, viene
trasferita ad una massa di accumulo o distribuita nello spazio interno
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Il Sistema a guadagno diretto è il più semplice ed è costituito da:
• un edificio ben isolato con ampie finestre rivolte a sud. Le finestre permettono la
trasmissione della radiazione solare invernale, incidente con bassa angolazione. In
estate l'elevata altezza del sole riduce l'insolazione trasmessa che con un aggetto
opportuno si può anche escludere completamente.
• una massa termica per accumulare il calore durante il giorno e riemetterlo
durante la notte. Questa massa termica è generalmente costituita da pareti in
muratura un pavimento massivo con isolamento nell'estradosso.
Principio: La radiazione solare colpisce direttamente la massa termica e l'energia viene
accumulata, riducendo così le fluttuazioni di temperatura dell'aria interna.
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La radiazione solare filtra dalle grandi
aperture vetrate disposte a sud incidendo
sulla massa termica costituita da pavimenti,
muratura o solai.
Le vetrate in figura hanno due
comportamenti differenti:
• la prima consente alla radiazione solare
di colpire un'area concentrata di massa
termica
• la seconda diffonde o riflette la luce
solare in modo da distribuirla su una più
ampia area di massa termica
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Criteri di progettazione:
• nei climi freddi con temperatura media invernale da –7 a 0°C occorrono da 0,19 a
0,38 m2 di superficie vetrata per ogni m2 di superficie abitata .
• nei climi temperati con temperatura media invernale da 2 a 7°C occorrono da 0,11 a
0,25 m2 di superficie vetrata per ogni m2 di superficie abitata .
Esempio:
Appartamento a Roma ( inverno 6 – 7° C) di 100 m2 dovrebbe avere unasuperficie
vetrata esposta a sud di 25 m2 che con un altezza di interpiano di 2,70 m corrisponde ad
una lunghezza di 9,25 m.
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Si possono far sporgere dal corpo di fabbrica spazi con coperture vetrate (serre)
abitabili, se comunicanti con l'edificio tramite pannellature mobili (trasparenti o no),
oppure separate dall'edificio da un
muro massiccio o contenente una
massa d'acqua che faccia da
accumulatore di giorno e da
radiatore nelle ore notturne. In tal
caso sono assimilabili ad un sistema
a guadagno indiretto.
Progetto: Arch. A. Coletta (Anagni)
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Accorgimenti:
• Dimensionamento della massa termica: L'ampia superficie vetrata richiesta dagli
edifici a guadagno diretto può produrre variazioni di temperatura troppo elevate
all'interno del locale abitato: disponendo di un sufficiente accumulo termico, si può
assorbire e accumulare l'energia in eccesso.
• Schermature (estivo): per evitare il surriscaldamento sono richiesti sistemi di
schermatura della superficie vetrata. In estate un aggetto costituisce uno schermo
adeguato, data la maggiore altezza del sole, mentre la ventilazione dei locali interni
può ridurre l'eccessiva temperatura dell'aria.
• Schermature (invernale): per evitare perdite di calore in inverno o di notte è
necessario isolare la superficie vetrata: possono avere la loro efficacia pannelli mobili
isolanti, tende o serrande.
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Vantaggi:
• Il guadagno diretto è il più semplice sistema di riscaldamento solare e quindi il più
facile da realizzare. In molti casi è possibile ottenere un analogo effetto ridistribuendo
semplicemente le finestre
• l'ampia superficie vetrata non consente soltanto l'ingresso di un'elevata quantità di
radiazione solare per il riscaldamento, ma permette di ottenere un elevato standard di
illuminazione naturale assieme ad un migliore rapporto visuale con l'esterno
• le vetrate possono essere a doppio o a triplo vetro ( che garantisce un K fino a 0,71
W/m2K )
• il sistema può essere considerato uno dei metodi meno dispendiosi per il
riscaldamento solare degli ambienti
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Difetti:
• grandi aree vetrate possono produrre abbagliamento di giorno e una perdita di privacy
di notte
• la radiazione ultravioletta contenuta nella radiazione solare può degradare tessuti e
fotografie
• per raggiungere un elevato risparmio energetico sono necessarie ampie superfici
vetrate e quindi grandi masse termiche per attenuare le variazioni di temperatura:
queste masse possono essere costose, se non hanno funzioni strutturali
• anche con una massa termica adeguata si possono avere fluttuazioni della temperatura
diurna intorno ai 10°C
• l'isolamento notturno dell'apertura solare è sicuramente necessario per i climi più
freddi e questo può risultare costoso e difficoltoso
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I Sistemi a guadagno indiretto possono essere classificati in due categorie:
• Muro Solare: muro di Trombe e massivo
• Roof-pond (tetto d’acqua)
Tetto d’acqua
Muro di Trombe
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Muro solare
I sistemi a muro solare possono essere di tipo massivo o di Trombe. In entrambi la
massa termica per l'accumulo è costituita da una parete rivolta a sud realizzata in
muratura o in calcestruzzo,verniciatura con colori scuri con la superficie esterna protetta
da una vetrata per ridurre le dispersioni di calore.
La differenza
• muro massivo non vi sono aperture
• muro di Trombe sono praticate aperture di aerazione, sia nella parte bassa che in
quella alta della parete, per permettere la circolazione dell'aria attraverso lo spazio
riscaldato.
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Vengono mostrate le manovre da
effettuare in inverno e in estate per
sfruttare al meglio il Muro di
Trombe:
Inverno
• giorno le aperture di aerazione
interne vengono alzate per permettere
il passaggio dell’aria fredda che dal
basso si riscalda e sale ( per effetto
camino) per tornare nella stanza più
calda.
• notte le aperture interne vengono
chiuse per impedire che l’aria ceda
calore a contatto con la superficie
vetrata più fredda.
N.B.: Le aperture di aerazione
esterne sono sempre chiuse.
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Estate
• giorno vengono chiuse le
aperture interne per impedire
all’aria interna di surriscaldalsi,
mentre vengono aperte quelle
esterne per drenare il calore
accumulato.
• notte vengono aperte le aperture
interne per fare in modo che l’aria
interna si raffreshi a contatto con il
vetro esterno.
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Criteri di progettazione
• Superficie vetrata rivolta a Sud
• massa termica (muro in muratura, calcestruzzo o acqua) posta a 10 cm circa
dalla superficie vetrata
• muro di solito dipinto di scuro, accorgimento che permette al muro di assorbire
maggiormente la radiazione solare incidente
• le aperture di aerazione sono nella misura di 1 m2 per ogni 100 m2 di superficie
di muro
Colore
Assorbimento
Nero
95%
Blue
90%
Rosso
84%
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• è possibile sostituire il muro con una parete d’acqua, essendo questa molto più
efficiente della muratura, 1 m3 di acqua è in grado di accumulare 1000 Kcal per
ogni °C di aumento di temperatura, il muro ne assorbe 450 Kcal per ogni °C di
aumento di temperatura. La differenza però è anche nel fatto che il calore
nell’acqua viene trasmessa velocemente cosa che non accade nella muratura.
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Dimensionamento del muro
I fattori che maggiormente influenzano le sue dimensioni sono:
• il clima maggiore è la differenza di temperatura interno esterna maggiore devono
essere le dimensioni del muro, per garantire un maggiore accumulo termico
• la latitudine tanto più è la latitudine nord dell’edificio tanto deve essere
maggiore il muro
• dispersione termica delle superfici un edificio ben isolato richiede una quantità
minore di calore quindi una muratura più piccola
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Si può comunque dire che:
• nei climi freddi con temperatura media invernale da –7 a 0°C occorrono da 0.42
a 1 m2 di parete solare rivolta a sud per ogni m2 di superficie abitata e da 0.31 a
0.83 m2 nel caso di muro d’acqua.
• nei climi temperati con temperatura media invernale da 2 a 7°C occorrono da
0.22 a 0,6 m2 di parete solare rivolta a sud per ogni m2 di superficie abitata e da
0.16 a 0.43 m2 nel caso di muro d’acqua.
Esempio:
Nel caso precedente di un appartamento di 100 m2 a Roma, la superficie della parete
solare dovrebbe essere di 22 m2. Considerando l’altezza dell’in
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Vantaggi:
• abbagliamento, maggiore privacy e minori problemi legati al problema della
degradazione ultravioletta dei tessuti
• le variazioni della temperatura nello spazio abitato sono più basse rispetto a
quelle di un sistema a guadagno diretto
• il ritardo nel tempo tra assorbimento dell'energia solare e rilascio nell'ambiente
dell'energia termica può essere utile per integrare disponibilità energetica e modelli
occupazionali
• maggiore semplicità nel dimensionamento del muro rispetto al caso di un sistema
a guadagno diretto
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Difetti:
• la superficie esterna del muro massivo è relativamente calda (poiché la trasmissione
dell'energia attraverso il muro è lenta) e sente la vicinanza del clima esterno: ciò porta a
considerevoli perdite di calore e quindi di efficienza.
• sono richieste due pareti rivolte a sud, una vetrata e l'altra massiva, con le ovvie
penalizzazioni in termini di costo e spazio impegnato;
• disagi possono essere prodotti, all'inizio e alla fine della stagione del riscaldamento,
dal surriscaldamento dell'aria (nel caso del muro Trombe) durante il giorno o da una
radiazione termica incontrollata proveniente dalla superficie interna del muro, durante le
serate calde. Questi problemi possono essere controllati mediante la ventilazione;
• la necessità di una sufficiente massa termica deve essere mediata con i requisiti di
visibilità e di illuminazione naturale dell'ambiente interno;
• il progetto del muro Trombe deve consentire l'accesso per la pulizia della superficie
vetrata;
• la condensa sulla superficie vetrata può essere un problema;
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Roof-Pond
In questo tipo di sistemi la massa termica è posta sulla copertura piana dell’edificio, di
solito vengono utilizzati materassi d’acqua coprenti parte o tutta la copertura.
Inverno:
L’acqua è esposta alle radiazioni solari durante il giorno ed isolata per mezzo di panelli
durante la notte, il calore accumulato è irradiato direttamente dal soffitto all’ambiente.
Estate:
L’acqua è protetta durante il giorno da pannelli
isolanti tolti durante la notte per consentire il
raffreddamento. Inoltre l’acqua, raffreddatasi
durante la notte, è pronta ad assorbire il calore
dell’ambiente sottostante durante la il giorno.
Tetto d’acqua
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Vantaggi:
•il tetto d'acqua è la soluzione opportuna nel giusto clima, particolarmente alle basse
latitudini con climi secchi, dove è richiesto sia riscaldamento che raffrescamento;
• il sistema permette di realizzare un microclima interno stabile ed uniformemente
distribuito;
• le fluttuazioni di temperatura nell'edificio possono essere basse;
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Difetti:
• il trasferimento di calore sotto forma radiativa vuole che con questo sistema si possano
riscaldare edifici ad un solo piano o l'ultimo piano di un edificio multipiano. Lo
specchio d'acqua deve coprire almeno la metà del soffitto, se si vuole raggiungere un
risparmio energetico significativo;
• la pesante massa d'acqua sopra il soffitto impone maggiori requisiti e costi strutturali e
può essere psicologicamente inaccettabile, soprattutto nelle zone sismiche;
• il sistema non è valido per i climi in cui la neve è frequente;
• la bassa angolazione dei raggi solari in inverno suggerisce che il sistema non è valido
per le alte latitudini, a meno che non sia inserito in un tetto inclinato, ma anche così la
sua efficienza è discutibile;
• il tetto d'acqua richiede un'attenta progettazione e realizzazione.
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Sistemi a Guadagno Isolato
In questo tipo di sistemi la captazione dell’energia e l’accumulo termico possono essere
separati dagli ambienti, dell’edificio si hanno due tipi di sistemi:
• Termosifone: sfrutta l’effetto camino.
• Sistema Barra –Costantini: molto simile al muro di trombre
Sistema Barra-Costantini
Sistema a termosifone
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Termosifone:
Gli elementi base di tale sistema comprendono:
• collettore con piastra assorbitrice ed una massa d'accumulo termico distaccata. Il
calore solare assorbito da una superficie metallica di colore scuro, riscaldata l'aria
che quindi si eleva naturalmente per poi entrare nell'accumulo termico. Il calore
accumulato viene poi distribuito nell'aria ambiente per convezione.
• massa d'accumulo termico può essere situata sotto il pavimento dell'edificio,
sotto le finestre o in elementi di tamponamento prefabbricati.
Nel collettore posso essere inserite superfici selettive
migliorando l'assorbimento e l'efficienza del
collettore stesso, in quanto si riducono le perdite
radiative e quindi aumenta la temperatura superficiale
della piastra assorbitrice.
Sistema a termosifone
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Vantagi / Difetti:
• abbagliamento, visuale e degradazione ultravioletta dei tessuti non sono un problema
• i collettori a termosifone possono essere separati dall'edificio per ottenere il massimo
guadagno solare e possono essere facilmente integrati in edifici esistenti
• poiché il collettore è termicamente isolato dal resto dell'edificio, le perdite di calore di
quest'ultimo sono minori rispetto agli altri sistemi passivi
• è richiesta un accurata progettazione e costruzione per assicurare isolamenti e flussi
dell'aria efficienti
• l'efficienza del sistema. quando usato con accumulo distaccato, è discutibile nei climi
freddi e nuvolosi
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Edificio Passivo
Sistema Barra-Costantini
Particolare tipo di collettore a termosifone è
stato sviluppato da O. Barra e T. Costantini
nel sud dell'Italia, sistema ha un pannello
metallico nell'intercapedine fra la vetratura e
il muro. Il pannello riscaldandosi, cede calore
all'aria che con un sistema di aperture
valvolate raggiunge i canali nei solai.
In Estate ad esempio le aperture sulla vetrata
permettono la fuoriuscita dell’aria calda,
richiamando così aria dai locali posti sul lato
in ombra, permettendo l’entrata di aria fresca
da aperture nei lati in ombra .
sistema Barra-Costantini
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Albergo di ghiaccio
Esempio estremo di architettura
bioclimatica è rappresentato dall’ice
hotel, un albergo quasi
completamente in ghiaccio, che ha
la durata di una stagione invernale
da ottobre a dicembre.
Ice Hotel: Svezia
La costruzione si articola in tre fasi:
• realizzazione struttura portante metallica in estate
• produzione di mattoni di ghiaccio che serviranno
per costituire le pareti
Ice Hotel: Canada
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• fase in cui si lavora sul ghiaccio per creare forme,
oggetti, elementi di arredo.
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Edificio Passivo
La temperatura all’interno delle camere si
assesta intorno ai -5°C, accettabile, quindi,
rispetto a quella esterna può arrivare a -30°C.
L’edificio è costituito da 3000 tonnellate di
ghiaccio e 30.000 metri cubi di neve
Ice Hotel: Svezia
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Ice Hotel: Svezia
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Edificio Passivo
Limiti:
 Costi maggiori di investimento ( ~ il 10%) a fronte di risparmi sulla gestione
 Limitata libertà di configurazione degli spazi;
 Tipologia edilizia preferibilmente monofamiliare, bifamiliare
Dispersione dovuta ai muri perimetrali(a cui sono riferiti i costi maggiori)
Quantità d’aria di rinnovo, si introduce di solito da 0,5-1 volume/ora di aria
presa dall’esterno
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