UNIVERSITA` TELEMATICA “ e – Campus “

UNIVERSITA’ TELEMATICA “ e – Campus “
Facoltà di Ingegneria
Corso Di Laurea in Ingegneria Civile
BENESSERE ABITATIVO ED EFFICIENZA ENERGETICA :
CASO STUDIO DI UNA UNITA’ ABITATIVA
Relatore: (Alessia Arteconi)
Tesi di Laurea di:
(Francesco Dal Canto)
Matricola numero 1502
Anno Accademico 2014 / 2015
SOMMARIO
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AUTORIZZAZIONE ALLA CONSULTAZIONE DELLA TESI DI LAUREA
Il sottoscritto Francesco Dal Canto N° di matricola 1502 nato a Pisa il 25-01-1977
autore
della
tesi
dal
titolo
“
BENESSERE
ABITATIVO
E
EFFICIENZA
ENERGETICA : CASO STUDIO DI UNA UNITA’ ABITATIVA “
o AUTORIZZA
o NON AUTORIZZA
la consultazione della tesi stessa, fatto divieto di riprodurre, parzialmente o
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o AUTORIZZARE
o NON AUTORIZZARE
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Data________________
Firma__________________
SOMMARIO
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SOMMARIO
INTRODUZIONE ............................................................................................................................... 5 1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA .................................................... 7 1.1) STATO DI SALUTE PIANETA TERRA .......................................................................................... 7 1.1.1) Mutamenti climatici ................................................................................................................................... 8 1.1.2) Quale ruolo gioca e quale contributo a costruire meglio. ......................................................... 8 1.2) COSA S’INTENDE PER BENESSERE ABITATIVO .................................................................... 9 1.2.1) Climatizzazione degli ambienti .......................................................................................................... 10 1.2.2) Il comfort acustico .................................................................................................................................... 13 1.2.3) Il comfort luminoso ................................................................................................................................. 15 1.2.4) La qualità dell’aria .................................................................................................................................... 16 1.3) COSA SI INTENDE PER EFFICIENZA ENERGETICA ......................................................... 18 1.3.1) Minimizzare il fabbisogno energetico ............................................................................................. 19 1.3.1.1) Sfruttare al massimo gli apporti gratuiti .............................................................................. 22 1.3.1.2) Inerzia termica ................................................................................................................................. 24 1.3.1.3) Concetto di diffusività termica α : ............................................................................................ 26 1.3.1.4) Trasmittanza periodica Yie ......................................................................................................... 26 1.4) CASA PASSIVE O EDIFICI AD ALTA EFFICIENZA ENERGETICA ................................. 26 2) COME E COSA SI DEVE FARE PER COSTRIURE MEGLIO .............................................. 28 2.1) ASPETTI PRINCIPALI DA RISPETTARE NELLA PROGETTAZIONE ............................ 28 2.1.1) Orientamento, Localizzazione ............................................................................................................. 28 2.1.2) Forma dell’edificio, Ombreggiamenti .............................................................................................. 29 2.2) CARATTERISTICHE TERMOFISICHE DELLE STRUTTURE ............................................ 33 2.2.1) Propagazione del Calore ........................................................................................................................ 33 2.2.2) Grandezze Termofisiche in gioco ...................................................................................................... 34 2.2.2.1) Conduttività ....................................................................................................................................... 34 2.2.2.2) Resistenza termica ......................................................................................................................... 35 2.2.2.3) Resistenza termica superficiale. ............................................................................................... 35 2.2.2.4) Trasmittanza termica .................................................................................................................... 35 2.2.2.5) Coefficiente di emissività e assorbimento ............................................................................ 36 2.3) CARATTERISTICHE DELLE STRUTTURE ............................................................................ 39 2.3.1) Le Strutture massicce ............................................................................................................................. 39 2.3.1) Strutture leggere ....................................................................................................................................... 41 2.3.3) Coperture ..................................................................................................................................................... 42 2.3.4) Le finestre .................................................................................................................................................... 45 2.3.5) L’ombreggiamento e schermature .................................................................................................... 50 2.3.5) Criteri di scelta della corretta struttura .......................................................................................... 51 2.3.5.1) Capacità termica .............................................................................................................................. 52 2.3.5.2) Tenuta all’aria ................................................................................................................................... 56 2.3.5.3) La condensazione del vapore d’acqua nelle strutture edilizie .................................... 56 2.4) LE VARIE TEORIE DI TERMOFISICA ( Sistemi Bioclimatici ) ........................................ 60 2.4.1) Sistemi solari passivo a guadagno diretto .................................................................................... 63 2.4.1.1) Serra solare ........................................................................................................................................ 64 2.4.1.2) Atrio ...................................................................................................................................................... 66 2.4.2) Sistemi solari passivo a guadagno indiretto ................................................................................ 67 2.4.2.1) Muro di Trombe-­‐Michel ............................................................................................................... 68 2.4.2.2) Muri massivi ...................................................................................................................................... 70 2.4.2.3) Roof Pond ........................................................................................................................................... 70 2.4.2.4) Effetto camino .................................................................................................................................. 71 2.4.2.5) Camino Solare ................................................................................................................................... 71 2.5) SISTEMI A GUADAGNO ISOLATO ............................................................................................. 71 3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA ...................................................................... 73 3.1) PARTICOLARITÀ DEL PROGETTO ............................................................................................ 74 SOMMARIO
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3.1.1) L’idea progettuale .................................................................................................................................... 74 3.1.2) Specifiche del progetto ........................................................................................................................... 76 4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO ........................................................... 87 4.1) VALUTAZIONE DEL BENEFICIO ENERGETICO del caso studio “ SOLUZIONE A “.
........................................................................................................................................................................... 88 4.2) VALUTAZIONE DEL BENEFICIO ENERGETICO variando le caratteristiche dell’involucro “ SOLUZIONE B “. .......................................................................................................... 91 4.3) VALUTAZIONE DEL BENEFICIO ENERGETICO variando l’orientamento dello stesso fabbricato. “ SOLUZIONE B “. .................................................................................................. 95 4.4) VALUTAZIONE DEL BENEFICIO ENERGETICO implementando la soluzione di progetto A con la realizzazione del Muro di Trombe. “ SOLUZIONE D “. .......................... 99 4.5) VALUTAZIONE DEL BENEFICIO ENERGETICO implementando la soluzione di progetto A con la realizzazione di una Serra Solare . “ SOLUZIONE E “. ......................... 103 4.6) COMPARAZIONE DEI RISULTATI DI CALCOLO FINALE .............................................. 107 5) COSA E’ REALMENTE FATTIBILE .................................................................................... 110 5.1) QUANTO È LA DIFFERENZA DEI COSTI PER REALIZZARE EDIFICI EFFICIENTI E CON QUALE RAPPORTO COSTO/BENEFICI. ............................................................................... 111 5.1.1) LA STIMA DEL MAGGIOR COSTO DI REALIZZO. ..................................................................... 112 5.1.2) IL MAGGIOR VALORE DELL’IMMOBILE. ..................................................................................... 113 5.1.3) CALCOLO DEI TEMPI DI RECUPERO ............................................................................................. 115 6) CONCLUSIONI ....................................................................................................................... 119 INTRODUZIONE
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INTRODUZIONE
La casa è ed è sempre stata uno dei principali investimenti per le famiglie, in tutto il mondo, ma
soprattutto in Italia dove circa l’ 80% delle famiglie è proprietaria di una casa. La casa riveste e
ha rivestito sin dai tempi dei tempi un ruolo importante per l’uomo, in quanto rifugio del nucleo
familiare, dal freddo, dal caldo, dal vento, dalla pioggia e dalla neve, oltre a essere il luogo
“naturale” d’incontro e di vita comune del nucleo familiare stesso.
La protezione dalle condizioni ambientali è sempre stato assolto dall’involucro edilizio, ed in
particolare, dalle pareti, dal tetto, dagli
infissi e nei tempi più moderni, anche dal sistema
impiantistico necessario a garantire il riscaldamento della casa nel periodo invernale, il
raffrescamento nel periodo estivo e garantire la disponibilità dell’acqua calda sanitaria.
L’energia necessaria per garantire il confort abitativo oggi ricercato, della casa ha una incidenza
molto alta sul fabbisogno energetico a livello mondiale: in particolare, in Italia l’energia
necessaria per il riscaldamento degli immobili civili si aggira al 33% del fabbisogno energetico
nazionale.
Tenendo presente che l’80% del consumo energetico mondiale viene soddisfatto con l’utilizzo
dell’energia di origine fossile, e che questa è la principale causa dell’inquinamento del pianeta e
dell’aumento di temperatura media della terra, al fine di evitare conseguenze drammatiche, 180
paesi al mondo, sulla base di quanto stabilito con il
protocollo di Kyoto (1997) si sono
impegnati ad operare una riduzione delle emissioni di alcuni elementi gassosi inquinanti (nella
specie biossido di carbonio, metano, ossido di azoto, idrofluorocarburi, perfluorocarburi ed
esaluoruto di zolfo) in una misura non inferiore al all’8,65%, rispetto alle emissioni registrate nel
1985 (considerato come anno di riferimento) nel periodo 2008-2014.
1
Anche lo stato Italiano, riconoscendo il ruolo fondamentale, dei consumi energetici e nella
responsabilità che il settore dell’edilizia civile ha, è da tempo che ha attuato defiscalizzazioni a
favore di interventi di recupero e di riqualificazione energetica del patrimonio edilizio esistente.
Tali defiscalizzazioni hanno il fine di favorire il raggiungimento di alte prestazioni energetiche
nei nuovi edifici e di dettare, in definitiva, determinate soglie minime delle caratteristiche
tecniche “energetiche” previste per i nuovi edifici.
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www.wikipedia.org
INTRODUZIONE
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Per raggiungere tale risultato in primo luogo è necessario che vi sia da parte della popolazione
una sempre maggiore “sensibilità” della tematica inerente e ciò si può ottenere cercando di far
comprendere alla popolazione stessa che costruire “bene” dal punto di vista energetico
comporta sia un notevole risparmio
sui consumi energetici della propria abitazione sia un
miglioramento o quanto meno un minor peggioramento, dello stato generale del pianeta.
Questa trattazione ha l’intento di dimostrare, per mezzo di un caso studio quale incidenza può
comportare una buona progettazione e una buona esecuzione dell’edificio sull’efficienza
energetica globale del fabbricato, sia nei periodi estivi che in quelli invernali. Ciò verrà fatto
testando sullo specifico progetto gli effetti che otterremmo variando diversi parametri di base
(quali ad esempio l’orientamento del fabbricato, l’applicazione di diverse tipologie di pacchetti
stratigrafici e l’eventuale applicazione di concetti di termofisica) finalizzati ad evidenziare i
vantaggi degli apporti gratuiti e determinando in definitiva numericamente i benefici a livello di
risparmio energetico ed economico che da tali azioni si possono ottenere su un dato progetto
base.
Tutto questo per dimostrare che da tali azioni, che spesso non comportano costi aggiuntivi
rilevanti, possano derivare vantaggi, in definitiva economici, anche rilevanti.
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
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1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
1.1) STATO DI SALUTE PIANETA TERRA
Da tempi più antichi, fino a due secoli fa, l’uomo utilizzava soltanto l’energia solare, la propria
forza e quella degli animali, solo in seguito riuscì a sfruttare la forza del vento e dell’acqua. La
scoperta e l’utilizzo del carbone, del petrolio e del gas consentirono l’aumento delle produzioni
agricole a livelli fino allora ancora impensabili, in grado di sfamare un numero immaginabile,
fino all’ora, di persone anche se a fronte di un dispendio di energia enorme.
A partire dal 1780 con la prima rivoluzione industriale e dal 1870 con la seconda rivoluzione
industriale la società ebbe una evoluzione cha da sistema agricolo-artigianale-commerciale
divenne un sistema industriale moderno, caratterizzato dall’uso di macchinari attivati dalle
energie meccaniche generate dalle nuove fonti di energia.
Da allora fino ad oggi l’energia utilizzata è principalmente di natura fossile e si stima che
attualmente ogni giorno a livello mondiale consumiamo un quantitativo di energia praticamente
inimmaginabile, che è stimato in :
-
85
(ottantacinque/00) milioni di barili di petrolio
-
12,5
-
7,5 ( sette/5 ) miliardi di metri cubi di gas naturale.
( dodici/5 )
milioni di tonnellate di carbone
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Le riserve di energia fossile stanno esaurendosi.
Ad oggi circa l’80 % del consumo energetico mondiale viene soddisfatto, con l’utilizzo d’energia
di origine fossile, mentre l’energia rinnovabile riesce a coprire soltanto il 13%.
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La situazione si sta facendo seria, soprattutto se pensiamo che, il tempo necessario al nostro
pianeta per riprodurre lo stesso quantitativo di petrolio, consumato in un solo giorno,
corrisponde a solo 500.000 giorni.
Nel tempo che ci rimane, se non riusciamo a ridurre la richiesta di energia giornaliera e a
trovare fonti energetiche in grado di coprire il fabbisogno, si rischia la crisi alimentare per una
grande parte della popolazione mondiale. Proprio l’utilizzo dei combustibili fossili, è considerata
la causa principale dell’aumento del CO2, il 09-05-2013 all’osservatorio di Mauna Loa , è stata
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La mia Casa Clima , a cura di Norbert Lantschner Edition RAETIA
Casa Clima il piacere di Abitare Norbert Lantschner |2° Edizione Anno 2008
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
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registrato il raggiungimento di 400 parti per milione (ppm), che corrisponde a circa il doppio, di
quando nel 1800 epoca pre-industriale che risultava attestarsi a circa 280 (ppm).
Gli scienziati stimano che il punto di non ritorno sia una concentrazione di 500 (ppm), dove la
terra si stabilizzerà su un nuovo più caldo equilibrio.
4
Già dal lontano 1979 la problematica si stava presentando alla porta tanto che fu organizzata
la prima conferenza mondiale sul clima, ma solo nel 1992 in occasione della conferenza di Rio
de Janeiro la comunità internazionale si accordò su una prima convezione internazionale sul
clima, per poi dover aspettare il 1997, quando venne approvato il protocollo di Kyoto che dette
una prima spinta verso l’applicazione di atti concreti, attuate concretamente nel modo reale solo
5
dal 2005.
Molti fattori evidenziabili in natura danno una corretta percezione del mutamento climatico /
ambientale, in atto sul nostro mondo,
( scioglimento del manto artico,
scioglimento dei
ghiacciai montani, variazione climatiche, cambiamento delle stagioni ect) .
1.1.1) Mutamenti climatici
“ Il cambiamento climatico è già cominciato e contribuisce con grande probabilità all’aumento di
fenomeni meteorologici estremi ed anche alle catastrofi naturali che questi causano “
6
. Dalla
conferenza sui cambiamenti climatici e la qualità dell’aria, tenuta dal Comitato delle Regioni
dell’Unione Europea. Nell’ultimo decennio, nel Vecchio Continente “le catastrofi naturali hanno
causato oltre 80.000 morti, con danni per circa 95 miliardi di euro .
1.1.2) Quale ruolo gioca e quale contributo a costruire meglio.
Il settore dell’edilizia proprio in funzione della responsabilità che ha, sui consumi energetici di
natura fossile, acquisisce di per se un ruolo principale, anche nella corsa contro il tempo, per
evitare il raggiungimento di situazioni di difficile risoluzione.
Negli ultimi anni, grazie a vari fattori, in primis l’atteggiamento dello stato con l’inserimento dei
Bonus sulle detrazioni Irpef applicabili sugli interventi di ristrutturazione e/o miglioramento
energetico, l’obbligatorietà, inserita su indicazione di legge, di classificare energeticamente tutti
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www.lteconomy.it _Focus –La concentrazione di CO2 nell’at.mosfera
Casa Clima il piacere di Abitare Norbert Lantschner |2° Edizione Anno 2008
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Torten Jeworrek , membro del direttivo della Munich Re Group
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1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
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gli immobili, facenti parti del parco edilizio nazionale, con l’attestato
APE ( attestato di
prestazione energetica), piuttosto che la sempre più consapevolezza da parte
delle
committenze, di quali vantaggi di natura economica e di benessere ci sono nel vivere in un
fabbricato, di classe energetica migliore, rispetto ad una fabbricato energivoro, ha già in
qualche modo tracciato debolmente il nuovo cammino.
Vediamo e comprendiamo, quanto contribuisca spingersi oltre le imposizioni di legge, avendo
come obbiettivo il migliorare progressivamente la qualità del costruito storico, e il
raggiungimento, forse un po’ utopico di arrivare ad edificare solo immobili ad alta efficienza con
valori di fabbisogno energetico invernale di circa 15 Kwh/(mq/anno) anche con il contributo sulla
possibilità di utilizzare sistemi passivi già ampiamente utilizzati nella storia.
1.2) COSA S’INTENDE PER BENESSERE ABITATIVO
Con il termine Benessere abitativo, s’intende il comfort, che possiamo raggiungere all’interno di
una abitazione ed in particolare nell’ ottenimento del comfort termo igrometrico, qualità dell’aria,
ottima illuminazione naturale degli ambienti interni, gradevole clima acustico,
ed un buon
rapporto d’interazione tra ambienti interni ed esterni della casa.
7
Figura 1 ( Fattori che influiscono sul confort ) [ ]
L’ottenimento di tale condizione, soprattutto per la salute degli occupanti è molto importante, in
quanto nei paesi industrializzati circa il 90 % del tempo di una intera giornata viene vissuta
all’interno di ambienti chiusi
e soddisfare tale condizione garantirebbe anche un grande
risparmio energetico.
7
http://www.fornacidimasserano.com/isolamento-acustico
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
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1.2.1) Climatizzazione degli ambienti
L’uomo desidera vivere in ambienti che non siano né caldi né freddi, né umidi né secchi,
condizione quest’ultima di difficile attuazione se non vi fosse un continuo condizionamento per
mezzo di una dinamica regolazione della temperatura dell’aria e della percentuale di umidità
relativa .
Tre sono i fattori considerati principali responsabili del benessere ed in particolare, la
temperatura dell’ambiente, l’umidità relativa e la ventilazione:
•
La temperatura è considerato il più importante tra i tre fattori di benessere.
•
L’umidità relativa ha anch’essa un effetto considerevole sul benessere, dal momento che
influisce sulla quantità di calore che il corpo umano può smaltire per evaporazione, la cui
entità ottimale si attesta a circa 40%.
•
La ventilazione ha un ruolo anch’esso importante, in quanto provvede alla rimozione
dell’aria calda e dell’umidità nelle vicinanze del corpo, consentendo all’aria fresca di
avvicinarsi al corpo, garantendo lo smaltimento del calore corporeo in eccesso sia per
convezione che per evaporazione.
Il corpo umano per sua natura genera energia, scaricando nell’ambiente circostante il calore in
eccesso, per tanto una persona potrà raggiungere la condizione di benessere, quando sarà in
grado di smaltire la quantità di calore in eccesso prodotta, condizione questa che non è solo
funzionale alla temperatura e all’umidità relativa dell’ambiente, ma bensì da il livello d’attività
svolta dal singolo individuo, infatti una persona adulta genera una potenza termica di 87 W
mentre dorme , 115 W mentre riposa o svolge lavoro di ufficio e 440 W mentre svolge un lavoro
fisico e conseguentemente il benessere di una persona ferma ben vestita in un ambiente a
temperatura di circa 9 C° è pressoché identico ad una persona che svolge una moderata attività
8
fisica in un ambiente di -24C°[ ]
In modo analogo in ambienti caldi, si verifica il fenomeno opposto, infatti il corpo non riesce a
dissipare tutto il calore, generando l’innalzamento della temperatura corporea con una
conseguente sensazione di malessere, al quale si può sopperire vestendosi in modo leggero o
sottoponendosi a un flusso d’aria più fresca al fine di massimizzare lo scambio termico del
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Y.A. Cengel – Termodinamica e trasmissione del calore
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
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calore in eccesso. Il calore in eccesso viene dissipato per metà attraverso l’irraggiamento e la
convezione come calore sensibile e l’altra metà per traspirazione come calore latente.
Irraggiamento
Questo tipo di trasferimento consiste nell’emissione da una sostanza sotto forma di fotoni o (
onde elettromagnetiche ) del calore, con la caratteristica principale di non richiedere la
presenza di un mezzo interposto, il tutto alla velocità della luce, subendo nell’aria una tenue
attenuazione. Questo è esattamente il modo in cui l’energia del sole raggiunge la terra.
Molto spesso, d’inverno all’interno di un’abitazione con temperatura dell’aria, +/- 20 C°, si ha
una sensazione di freddo, questo in ragione del fatto che le pareti, le finestre o i soffitti, sono a
temperatura media radiante considerevolmente più bassa, a causa di una cattiva coibentazione
, dalla temperatura esterna e dalla temperatura interna
( pareti a 17 °C – infissi/vetro 9°C –
pavimento 16°C – angoli 12°C – tetto 16°C).
Alla presenza di tale condizioni e a causa del fenomeno del così detto scambio termico
radiativo, che avviene tra il corpo e le superfici circostanti più fredde, si genera quella
spiacevole sensazione di malessere e freddo. Per evitare questo fenomeno la temperatura
media radiante delle superfici che delimitano un ambiente, dovrebbe essere il più possibile
simili tra loro e non discordare di 2-3 % rispetto alla temperatura dell’aria.
Allo stesso modo otteniamo sensazione di caldo se in un ambiente con temperatura dell’aria
non calda, ci disponiamo davanti ad un caminetto acceso, che per l’effetto d’irraggiamento del
fuoco ci fa percepire una sensazione di caldo “ benessere” .
In un ambiente dove vi è presente un riscaldamento a pavimento la cui temperatura media
radiante è di circa 22°C la temperatura dell’aria può essere abbassata fino addirittura a 18°C
pur garantendo una sensazione di Comfort.
Viceversa se la temperatura del pavimento non superasse i 16-17 °C per mantenere una
sensazione
di benessere dovremo aumentare la temperatura dell’aria fino a 22°C con un
comprensibile dispendio di energia. ( Figura 2)
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
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Figura 2
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Condizione di benessere in funzione della Temperatura. [ ]
Convezione
Con il concetto di convezione s’intende il trasferimento di energia, calore, tra una superficie
solida e l’aria ( un liquido o un gas ) in movimento che implica gli effetti combinati di conduzione
e trasporto massa.
Aumentando il flusso d’aria che lambisce un corpo umano, si ha un
aumento della quantità di calore trasmesso. In un ambiente con temperatura leggermente
inferiore alla temperatura di comfort, anche un minimo di flusso d’aria
ulteriore dispersione di calore
può provocare una
dal corpo tanto da generare la percezione di freddo e una
conseguente sensazione di fastidio.
Traspirazione
Il corpo garantisce allo smaltimento del calore prevalentemente con la traspirazione o con il
sudore, fenomeno questo che non avviene se l’umidità relativa dell’ ambiente si avvicina al 100
%, in quanto una percentuale di umidità così alta non consente l’evaporazione del sudore e
impedisce il raffreddamento del corpo. In conclusione per garantire il raggiungimento dello
stato di confort negli ambienti interni deve essere trovato un giusto rapporto tra temperatura e
umidità dell’aria al fine di impedire il raggiungimento della condizione del così detto stress
termico.
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La mia Casa Clima , a cura di Norbert Lantschner Edition RAETIA
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
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3
La percentuale di umidità dell’aria oltre 13,5 g/m viene percepito dall’uomo come spiacevole.
Con una percentuale di umidità relativa del 58% a una temperatura del 25°C genera una
sensazione di disagio cosi come accade con una umidità relativa del 45% a una temperatura
dell’aria di 30°C, e come può accadere anche a percentuali di umidità relativa inferiore a 35%.
(Figura 3)
Figura 3
Condizione di benessere in funzione della Temperatura e dell’umidità. [
10
]
Di controparte un’aria povera di umidità può risultare non salubre in quanto può generare ed
incrementare il movimento delle polveri, con acutizzazioni dei
sintomi delle allergie e/o
irritazioni alle vie respiratorie.
1.2.2) Il comfort acustico
Altro fattore che influisce sul benessere all’interno di un’abitazione, è il così detto “ livello di
comfort acustico ”, che si può ottenere evitando in generale che i suoni esterni entrino
nell’edificio e che i rumori generati internamente non si possiano propagare nell’ambiente in
modo eccessivo e fastidioso, in sostanza dobbiamo verificare che all’interno vi sia una soglia di
rumore che definiremo tollerante.
Le modalità di trasmissione del rumore che ci interessano principalmente sono :
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La mia Casa Clima , a cura di Norbert Lantschner Edition RAETIA
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
-
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RUMORE IMPATTIVO: si origina da un contatto diretto fra corpi: le vibrazioni
s’irradiano poi all’interno dell’ambiente disturbato sotto forma di rumore. Classico
esempio è il rumore da calpestio.
-
RUMORE AEREO: quando il suono si propaga attraverso l’area: quando arriva a
incidere su dei corpi ( pareti, tetto, ect ) questi vengono messi in vibrazione e
ritrasmettono parte dell’ambiente all’ambiente adiacente.
La normativa di riferimento per gli edifici residenziali è il D.P.C.M. 5/12/1997 per mezzo del
quale sono stati fissati i requisiti passivi delle strutture in opera per le nuove costruzioni e
ristrutturazioni, e individuando i seguenti parametri:
•
R’w =
Indice del potere fonoisolante apparente di elementi divisori fra ambienti:
•
D2m,nT,w =
Indice di isolamento acustico standardizzato;
•
L’,n,w =
Indice del livello di Rumore da calpestio di solai;
•
LA smax =
Indice di livelli si rumore da calpestio di solaio;
•
LAq =
Massimo di rumore per degli impianti a funzionamento discontinuo;
Non essendo interesse di questa trattazione espletare, gli aspetti di natura acustica, mi limito a
far presente che al fine di ottenere un buono clima acustico all’interno di una abitazione, è
necessario adottare particolari accorgimenti sia in fase progettuale, che in fase esecutiva, e
rispettando le prescrizioni progettuali ed applicative, tenuto conto che più del 90% del
raggiungimento degli obbiettivi progettuali dipendono dalla qualità della fase esecutiva.
In fase progettuale è importante la disposizione degli ambienti, cercando di disporre le camere
da letto, e le ampie vetrate, nella zona più protette dalle sorgenti di rumore esterne, ( strade,
ferrovie, ect) oltre ad evitare di posizionare gli stessi ambienti in prossimità di locali più rumorosi
come ad esempio vani scala condominiali, bagni, locali tecnici, e soggiorni.
Altro aspetto molto importante è lo studio delle stratigrafie dei solai, delle pareti perimetrali, oltre
che la corretta individuazione del tipo d’infisso.
Solitamente per migliorare il potere fonoisolante nei confronti del rumore AEREO, è necessario
cercare di realizzare strutture con grandi masse, in più strati opportunamente separate da
materiale fonoisolante al fine di ricercare il così detto comportamento “massa-molla-massa”
principio valido e applicabile anche per l’eliminazione del così detto rumore di calpestio.
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
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1.2.3) Il comfort luminoso
Negli ambienti interni è fondamentale che l’illuminazione sia questa naturale o artificiale
garantisca il soddisfacimento di tre esigenze:
PRESTAZIONE VISIVA
|
BENESSERE VISIVO
|
SICUREZZA
E’ compito del progettista garantire una buona illuminazione di luce naturale negli ambienti in
quanto è uno dei fattori che contribuisce al benessere dell’organismo ed a mantenere una
connessione con l’ambiente esterno e i ritmi della natura.
Rimane chiaro che è priorità provvedere all’illuminazione naturale, sia perché e particolarmente
gradita agli occupanti, che per esigenze di risparmio energetico. Essendo una risorsa variabile
nel tempo, ai fini del risparmio energetico occorre prevedere sistemi di controllo, manuale o
automatico per un’ efficiente integrazione dei sistemi di luce artificiale ed ottimizzazione di
funzionamento.
La realizzazione di grandi vetrate oltre ai benefici sulla climatizzazione dei locali, già trattati nei
paragrafi precedenti, svolgano a una triplice funzione di:
-
Consentire la costante, interazione dell’ambiente interno con l’ambiente esterno ;
-
Realizzare una buona distribuzione delle luminanze ;
-
Consentire una ottima ventilazione;
Al fine di ottenere il cosiddetto comfort visivo è necessario avere.
•
un livello adeguato di illuminamento ;
•
una sufficiente uniformità di illuminamento ;
•
una buona distribuzione delle luminanze ;
•
una totale assenza di abbagliamento ;
•
una corretta direzionalità della luce ;
•
una buona resa cromatica delle sorgenti e degli ambienti ;
Le normative di riferimento sono, la Circ. Min. LL. PP. 3151 del 22/5/67, il D.M. 5 luglio 1975,
le norme UNI 10380/A1 e UNI 10840.
Una cattiva illuminazione dei locali può comportare, bruciore agli occhi, ammiccamenti
frequenti, lacrimazione o secchezza dell’occhio, stanchezza alla lettura, visione sdoppiata o
annebbiata, fastidio eccessivo alla luce ed emicrania.
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
16
Le cui cause sono effettivamente l’opposto di quanto sopra detto ed in particolare eccessivi
contrasti di luminanza, oppure livelli di luminanza troppo bassi, abbagliamento moderato,
fenomeni di sfarfallamento, cattiva resa cromatica.
Per ultima ma non di minore importanza è l’aspetto di essere completamente gratuita e non
inquinante , il cui pieno sfruttamento consente di ottenere buoni risparmi sui costi delle bollette.
Ruolo importante gioca anche la progettazione urbanistica che dovrebbe cercare di garantire il
così
detto “ diritto al sole”, durante la localizzazione, orientamento, dimensione ed
esposizione dei lotti.
Il ruolo del progettista architettonico veste in conclusione un ruolo fondamentale, deve infatti
progettare l’edificio valutando l’orientamento, la dimensione le caratteristiche delle aperture al
fine di garantire un ottimo comfort luminoso, sfruttando tutta la luce diurna possibile, ed
evitando nel contempo il surriscaldamento degli ambienti nel periodo estivo, il tutto al fine di
minimizzare i costi energetici.
1.2.4) La qualità dell’aria
La qualità dell’aria è il fattore principale del Benessere Respiratorio / Olfattivo che consiste nello
stato di soddisfazione che gli occupanti dell’ambiente confinato hanno nei confronti dell'aria che
respirano, in cui non sono presenti inquinanti in concentrazioni ritenute nocive per la salute
11
dell’uomo . “Qualsiasi alterazione delle caratteristiche chimico fisiche e biologiche dell’aria,
determinata sia da variazioni di concentrazione dei suoi normali costituenti sia e soprattutto,
dalla presenza di sostanze estranee alla sua composizione normale è in grado di determinare
effetti di danno e/o molestia all’uomo”
12
. In ogni istante l’aria all’interno di un ambiente ,
subisce una continua variazione, la stessa respirazione umana, consuma l’ossigeno presente
nell’aria, ne restituisce CO2 e aumenta l’umidità .
Altre cause possano contribuire a variare la qualità dell’aria, come ad esempio , l’uso di
materiali di derivazione chimica contenenti sostanze nocive, scarsa attenzione progettuale alle
soluzioni tecniche, la mancanza di pulizia, l’uso improprio di prodotti, come deodoranti,
insetticidi, presenza di persone e animali, materiali di arredo e complementari,
11
12
(ASHRAE 62/1999)
(Ministero dell’Ambiente, 1991)
tenendo
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
presente
che la sinergia dei vari fattori ne genera molto
17
spesso un vero e proprio
potenziamento degli stessi.
Possiamo arrivare a dire che molto spesso la concentrazione di inquinanti negli ambienti interni
e di gran lunga superiore rispetto ai valori rilevati all’esterno.
Volendo classificare i contaminanti , possiamo dire che sono di :
-
natura chimica : COV ( Componenti organici volatili ) monossido, e biossido di carbonio,
biossido di azoto, benzene, stirene, formaldeide, isocianati , ect
-
natura biologica: muffe , batteri, polini, acari, funghi , ect
-
fisica: gas random, campi elettromagnetici
I fattori di cui sopra , possono indurre:
•
effetti irritativi, su cuti e mucose ( laringiti, congiuntiviti, eritemi);
•
effetti sul sistema nervoso ( emicranie );
•
effetti sensoriali ( bruciore alla gola, lacrimazione, effetti neuropsichici);
•
effetti sul sistema riproduttivo cardiovascolare, gastrointestinale;
•
effetti respiratori ( asma, allergie, bronchiti, infezioni);
•
effetti geno tossici ( alterazioni delle cellule, cancro);
La presenza in alte concentrazioni e per lunghi periodi di questi inquinanti può dare origine a :
BUILDING REALTED ILLNESS (BRI)
Varie malattie le cui cause sono correlate all’edificio ( febbre da umidificatore, legionellosi,
tumore dovuto al random, ecc)
SICK BUILDING SINDROME ( SBS)
che insieme a sintomi generali ( mal di testa, difficoltà di concentrazione, irritazione agli occhi,
senso di malessere generale ), che colpisce la maggioranza delle persone che soggiornano in
determinati edifici; i sintomi spariscono abbandonando l’edificio. Cause dovute ad un senso di
insoddisfazione generalizzato dell’edificio cui concorrono fattori diversi ( inquinamento dell’aria
interna, condizioni microclimatiche, illuminazione , rumore, stress, ecc)
La principale soluzione a tali problematiche, oltre all’attuazione di particolari accorgimenti in
fase progettuale, è garantire un opportuno ricambio d’aria, il che significa che in situazioni
3
standard una persona necessità un ricambio d’aria di almeno a 30-40 m all’ora.
Principali
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
18
riferimenti normativi Decreto Ministeriale 05/07/1975 - D.P.R. 246/’93 – Direttiva CEE 89/106
“Prodotti da costruzione” - Circ. Min. Sanità n. 57/’83-L. n. 257/92 -Raccomandazione Euratom
n. 143/90- DPCM 23.04.92, DM n. 381/1998.
Per una famiglia di 4 persone, presenti contemporaneamente in un edificio, in condizioni
3
normali, si stima quindi un fabbisogno di circa 140 m all’ora.
Negli edifici residenziali il cambio d’aria è fissato per normativa in funzione del volume degli
ambienti con tasso variabile da 0,4 a 0,7 volumi/ora, per cui in un tempo di una ora deve
essere ricambiata dal 40% al 70% del volume d’aria.
Al fine di garantire il soddisfacimento di tale ricambio si può provvedere per mezzo dell’apertura
delle finestre, o per mezzo di un sistema di ventilazione meccanizzata.
Molto spesso, il ricambio affidato all’apertura delle finestre non risulta soddisfare il
raggiungimento dei volumi aria /ora di cui sopra a causa di vari aspetti:
-
nel periodo invernale l’apertura delle finestre tende a raffreddare in modo repentino gli
ambienti interni, tanto che l’apertura delle finestre se fatto viene effettuato per un tempo
non sufficiente, soprattutto la dove nell’unità abitativa non vi è una contrapposizione di
finestre che possa garantire un vero e propria corrente d’aria.
-
le abitudini di vita di una famiglia standard dove entrambi i coniugi lavorano, tutto il giorno,
si tende ad aprire le finestre per solo un breve tempo appena alzati, in quanto non risulta
possibile lasciare l’abitazione aperta dalla mattina alla sera.
Ecco che, un ruolo fondamentale potrebbe essere svolto dalla ventilazione meccanizzata con
recupero di calore
che in modo automatico permette di ricambiare l’aria esausta in modo
regolare, recuperando una parte del calore dell’aria in uscita, oltre
a garantire la
qualità
dell’aria in entrata in quanto è possibile applicare particolari sistemi di filtraggio dell’aria per
bloccare polveri e pollini in ingresso.
1.3) COSA SI INTENDE PER EFFICIENZA ENERGETICA
Il Decreto legislativo 30 maggio 2008 n°115 all’art.2 lettera (b, definisce il termine di «efficienza
energetica» come il rapporto tra i risultati in termini di rendimento, servizi, merci o energia, da
prestazione fornita, e l'immissione di energia in attuazione della direttiva 2006/32/CE relativa
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
19
all'efficienza degli usi finali dell'energia e i servizi energetici e abrogazione della direttiva
93/76/CEE. (GU n. 154 del 3-7-2008 ) .
In termini fisici è un numero adimensionale con un valore compreso tra 0 e 1 o viceversa
esprimibile con una percentuale .
L'efficienza energetica di un processo è definita come:
Efficienza energetica ( 𝜂 ) =
!"!#$%& !""#$%"& !"!#$%& !"#$%&'
= ! !"# (!"!#$%& ) ! !" !"#$%$
Per ottenere un più alto valore di efficienza, potremo intervenire:
-
sulla riduzione del valore della energia fornita ;
-
sulla riduzione del valore della potenza in energia ottenuta..
Trasferendo tali concetti al sistema edificio consisterebbe, in un intervento sulle qualità
dell’involucro rendendolo capace di disperdere la minor quantità di calore nel periodo invernale
e accumulare calore negli ambienti interni nel periodo estivo, ( Energia ottenuta ), e viceversa
cercare di limitare ai minimi termini la climatizzazione dei locali ( Energia fornita ), cercando di
sfruttare al massimo gli apporti gratuiti, come i guadagni solari e i guadagni interni. L’obbiettivo
è: “ minimizzare le perdite e massimizzare i guadagni ”.
Il fabbisogno termico per la climatizzazione invernale si ridurrà, tanto più bassi saranno
i
consumi di energia. Con il termine fabbisogno termico si intende la quantità di calore che
dobbiamo impiegare per potere mantenere ad una temperatura teorica di 20 C° gli ambienti nel
nostro edificio durante il periodo freddo.
Fabbisogno termico per il riscaldamento = (QT + QV) – 𝜼 (QS + Qi)
Dove :
QT= Perdite per trasmissione
Qs= Guadagni solari
𝜂 = Efficienza
QV= Perdite per ventilazione
Qi = Guadagni interni
1.3.1) Minimizzare il fabbisogno energetico
La riduzione delle perdite ha sempre la precedenza su altri interventi, in quanto è la soluzione
più semplice e facile da attuare. Le perdite di calore come precedentemente detto, si possono
raggruppare in perdite per trasmissione e per ventilazione vediamo per tanto come e in che
cosa consistono:
Perdite per trasmissione (QT)
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
Il secondo
principio
della termodinamica
20
ci dice che le trasformazioni avvengono
spontaneamente secondo un certo verso e non secondo quello opposto, ed in particolare che il
calore spontaneamente passa dal corpo più caldo al corpo più freddo. Ecco che focalizzando
tale principio al sistema edificio avremo che il calore ottenuto all’interno del nucleo abitativo,
tenderà a disperdersi verso l’esterno per mezzo degli elementi costituenti l’involucro. L’entità di
tale perdite dipende oltre dai parametri climatici, dal grado di isolamento del edificio e dall’area
degli elementi disperdenti.
La determinazione della quantità di calore disperso dal sistema edificio e calcolabile per mezzo
della legge di Fourier sarà:
Dove :
q=𝜆∗𝑆∗
∆!
!
𝜆 = Conducibilità termica della struttura
S = Superficie disperdente
∆𝑡 = Differenza di temperatura interna-esterna
d
= Spessore struttura
Il grado d’isolamento dell’edificio è attuabile con lo studio di una opportuna stratigrafia dei vari
elementi che definiscono il volume caldo, nonché da uno studio e risoluzione dei ponti termici.
Perdite per Ventilazione (QV)
Un alta percentuale di calore viene disperso attraverso la ventilazione, necessari per garantire i
minimi ricambi d’aria, unitamente ad un continuo e costante flusso d’aria da attribuire ai cosi
detti spifferi degli infissi. Il sistema di Ventilazione meccanizzata con recupero di calore,
rappresenta una valida alternativa che pur consentendo il ricambio d’aria all’interno dell’unità
consente di non disperdere calore.
La tenuta all’aria della scatola calda, può essere garantita attuando particolari accorgimenti di
sigillatura / nastratura di particolari elementi della struttura come ad esempio in prossimità del
nodo infisso primario e secondario.
Un ruolo importante per minimizzare il fabbisogno, anche se di meno rilevanza rispetto alle
cause sopra menzionate è il cosi detto rapporto 𝑆 𝑉 che rappresenta il rapporto tra la superficie
disperdente e il volume riscaldato che queste inglobano.
Più tale valore è basso e più il fabbricato avrà una forma compatta, minori saranno le superfici
disperdenti a contatto con le condizioni climatiche .
Concettualmente nel rispetto del sudetto principio la progettazione architettonica dell’edificio
dovrebbe porre attenzione a tale aspetto, evitando di realizzare forme strane con molti aggetti,
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
21
corpi in estrapolazione dal volume principale, che inficiano sull’ottimizzazione del così detto
rapporto 𝑆 𝑉 .
Per meglio far comprendere quanto possa cambiare tale valore a parità di volume, riportiamo di
seguito l’esemplificazione pratica del calcolo di tale rapporto , da cui emerge che per assurdo il
migliore rapporto è riconducibile alla sfera, ma in ragione del fatto che è per il momento
impossibile realizzare un fabbricato di forma sferica possiamo asserire che la forma ideale per
l’ottimizzazione del rapporto S/V e la forma cubica. ( Figura 4)
Figura 4
Superfici disperdenti 𝑆 𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 = 4𝜋𝑟 ! = 4𝜋 3,50 𝑚
!
= 153,94 𝑚 !
𝑆 𝐶𝑢𝑏𝑜 = 6 𝑥 𝑙 ! = 6𝑥(5,64 𝑚)! = 190,00 𝑚 !
𝑆 𝑃𝑎𝑟𝑟𝑎𝑙𝑙𝑒𝑙𝑒𝑝𝑖𝑝𝑒𝑑𝑜 = 4 𝑥 (𝑎 𝑥 𝑙) + 2 𝑥 𝑙 ! = 4𝑥 (3,66 𝑚 𝑥 7,0 𝑚) + 2 𝑥(7,0𝑚)! = 200,48 𝑚 !
Volume riscaldato
!
!
!
!
𝑉 𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 = 𝜋𝑟 ! = 𝜋(3,50 𝑚)! = 179,59 𝑚 !
𝑉 𝐶𝑢𝑏𝑜 = 𝑙 ! = (5,64 𝑚)! = 179,59 𝑚 !
𝑉 𝑃𝑎𝑟𝑟𝑎𝑙𝑙𝑒𝑙𝑒𝑝𝑖𝑝𝑒𝑑𝑜 = 𝑎 𝑥 𝑙 ! = (3,66𝑥( 7,0 𝑚 𝑥 7,0𝑚 ) = 179,59 𝑚 !
Rapporto S/V
S/V (Sfera) = 0,8571 ] < [ S/V (Cubo) =1,05] < [ S/V (Parallelepipedo) =1,11]
Per ogni zona di edificio e per ogni mese, gli scambi termici per trasmissione si calcolano sulla
base di quanto stabilito dalle Norme UNI/TS 11300-1:20124 ed in particolare :
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
[ RISCALDAMENTO ]
𝑄!,!" = 𝐻!",!"# 𝑥 𝜃!"#,!"#,! − 𝜃! 𝑥 𝑡 + ! 𝐹!,! Φ!,!",!
22
𝑥 𝑡)
Dove :
𝑸𝑯,𝒕𝒓
= è lo scambio termico per trasmissione nel caso di riscaldamento;
𝑯𝒕𝒓,𝒂𝒅𝒋 = coefficiene globale di scambio termico per trasmissione della zona considerata, corretto
per tenere conto della differenza di temperatura interno-esterno;
𝜽𝒊𝒏𝒕,𝒔𝒆𝒕,𝑯 = la temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona considerata;
𝜽𝒆 = la temperatura media mensile dell’ambiente esterno;
𝑭𝒓,𝒌 = il fattore di forma tra il componente edilizio e la volta celeste;
𝚽𝒓,𝒎𝒏,𝑲 = è l’extra flusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la colta celeste del
componente edilizio K-esimo, mediato sul tempo.
[ RAFFRESACMENTO ]
𝑄!,!" = 𝐻!",!"# 𝑥 𝜃!"#,!"#,! − 𝜃! 𝑥 𝑡 + ! 𝐹!,! Φ!,!",!
𝑥 𝑡)
Dove :
𝑸𝑪,𝒕𝒓
= è lo scambio termico per trasmissione nel caso di raffrescamento;
𝑯𝒕𝒓,𝒂𝒅𝒋 = coefficiene globale di scambio termico per trasmissione della zona considerata, corretto
per tenere conto della differenza di temperatura interno-esterno;
𝜽𝒊𝒏𝒕,𝒔𝒆𝒕,𝑪 = la temperatura interna di regolazione per il raffrescamento della zona considerata;
𝜽𝒆 = la temperatura media mensile dell’ambiente esterno;
𝑭𝒓,𝒌 = il fattore di forma tra il componente edilizio e la volta celeste;
𝚽𝒓,𝒎𝒏,𝑲 = è l’extra flusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la colta celeste del
componente edilizio K-esimo, mediato sul tempo.
1.3.1.1) Sfruttare al massimo gli apporti gratuiti
Sempre nella logica di ottimizzare l’efficienza energetica di un fabbricato, un ulteriore ruolo
importante è quello di progettare un immobile capace di captare il più possibile i guadagni
gratuiti, che come abbiamo visto precedentemente possiamo suddividere in due famiglie ed in
particolare:
Guadagni Interni Qi
Guadagni Solari
Oltre che progettare l’involucro con un’ adeguata inerzia termica.
QS
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
Guadagni Interni
23
Qi
Ai fini della verifica di legge, la normativa prevede la determinazione degli apporti termici interni
per mezzo di uno standard specifico per gli edifici diversi dalle abitazioni, in funzione della
destinazione d'uso
Là dove volessimo approfondire meglio l’aspetto e il contributo degli apporti gratuiti interni sulla
base della norma ( UNI/TS 11300 -1:2008 ) e possibile distinguere tra:
Apporti globali
Apporti degli occupanti
Apporti delle apparecchiature
Apporti globali
Le sorgenti di energia termica presenti all'interno di uno spazio chiuso sono in genere dovute a
occupanti, acqua sanitaria reflua, apparecchiature elettriche, d’illuminazione e di cottura.
Guadagni Solari
Qs
La captazione delle radiazioni solari possono essere suddivise in tre categorie di sistemi solari
passivi, di cui cercheremo di approfondire le specifiche in seguito, ed in particolare :
•
Guadagno diretto : la radiazione solare attraversa lo spazio interno e viene poi
immagazzinata nella massa termica interna all’edificio ( pavimentazioni , muri ect).
•
Guadagno indiretto : la massa di accumulo nelle pareti esterne immagazzina il calore e
lo trasferisce allo spazio interno, i raggi solari non entrano nei locali;
•
Guadagno isolato: la radiazione solare, raccolta in uno spazio separato, viene trasferita
ad una massa di accumulo o distribuita nello spazio interno
Principio di base : “La radiazione solare colpendo direttamente la massa termica l’energia viene
accumulata, riducendo così le fluttuazioni di temperatura dell’aria interna.”
In assenza di particolari informazioni che ne possono dimostrare la trascurabilità, è necessario
considerare l’effetto degli apporti termici solari anche all’interno di ambienti non climatizzati.
Premesso quanto sopra la determinazione delle interazioni termiche tra edificio ed ambiente
circostante ai sensi di quanto determinato dalla nuove UNI/TS 11300-1:2014 si determinano
come segue:
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
24
[ RISCALDAMENTO ]
𝑸𝑯,𝒏𝒅 = 𝑄!,!! − 𝜂!,!" 𝑥 𝑄!" = 𝑄!,!" + 𝑄!,!" − 𝜂!,!" 𝑥(𝑄!"# + 𝑄!"#,! )
Dove :
𝑸𝑯,𝒏𝒅
= è il fabbisogno ideale di energia termica dell’edificio per il riscaldamento;
𝑸𝑯,𝒉𝒕
= è lo scambio termico totale nel caso di riscaldamento;
𝜂!,!"
= è il fattore di utilizzazione degli apporti termici;
𝑸𝒈𝒏
= sono gli apporti termici totali;
𝑸𝑯,𝒕𝒓
= è lo scambio termico per trasmissione nel caso di riscaldamento;
𝑸𝑯,𝒗𝒆
= è lo scambio termico per ventilazione nel caso di riscaldamento;
𝑸𝒊𝒏𝒕
= sono gli apporti termici interni;
𝑸𝒔𝒐𝒍
= sono gli apporti termici solari;
[ RAFFRESCAMENTO ]
𝑸𝑪,𝒏𝒅 = 𝑄!" − 𝜂!,!" 𝑥 𝑄!,!! = Q !!! + 𝑄!"#,! − 𝜂!,!" 𝑥(𝑄!,!" + 𝑄!,!" )
Dove :
𝑸𝑪,𝒏𝒅
= è il fabbisogno ideale di energia termica dell’edificio per il raffrescamento;
𝑸𝒈𝒏
= sono gli apporti termici totali;
𝜂!,!"
= è il fattore di utilizzazione delle dispersioni termiche;
𝑸𝑪,𝒉𝒕
= è lo scambio termico totale nel caso di raffrescamento;
𝑸𝒊𝒏𝒕
= sono gli apporti termici interni;
𝑸𝒔𝒐𝒍
= sono gli apporti termici solari;
𝑸𝑪,𝒕𝒓
= è lo scambio termico per trasmissione nel caso di raffrescamento;
𝑸𝑪,𝒗𝒆
= è lo scambio termico per ventilazione nel caso di raffrescamento;
13
1.3.1.2) Inerzia termica
Ultimo fattore da considerare è la cosi detta inerzia termica che agisce sia con un effetto di
smorzamento dell'ampiezza della sollecitazione termica esterna che, con lo sfasamento della
stessa, cioè con il ritardo di tempo tra l’impatto dell’onda termica sulla superficie esterna del
muro ed il suo mostrarsi, con intensità smorzata, sulla faccia interna del muro stesso.
I benefici derivanti da questi due fenomeni sono evidenti e consentono di:
13
Norme UNI/TS 11300-1:2014
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
•
25
limitare le variazioni di temperatura dell’aria interna, con conseguente migliore
rendimento dell’impianto di riscaldamento (regime più costante);
•
ridurre la potenza massima dell’impianto di condizionamento;
•
massimizzare lo sfruttamento degli apporti gratuiti interni ed esterni;
•
migliorare il comfort dei locali;
•
favorire il risparmio energetico.
Il flusso di energia termica ed il campo termico all’interno degli edifici sono continuamente
soggetti a fluttuazioni (generalmente con periodicità giornaliera) a causa delle variazioni
periodiche delle condizioni climatiche esterne e delle condizioni di utilizzo. Per poter valutare gli
effetti prodotti dal regime dinamico sull’edificio occorre considerare gli effetti dello stoccaggio di
energia:
•
Parete
•
Edificio
•
Sistema edificio-impianto
Si definisce “Inerzia Termica” l’effetto combinato di accumulo termico o capacità termica e
resistenza termica.
In realtà come già detto il regime termico è dinamico, determinando durante l’arco della
giornata, dà variazioni tra la temperatura esterna e quella interna secondo determinate leggi
che normalmente si possono approssimare a sinusoidi. Lo scopo che dovremo raggiungere,
consiste in una corretta progettazione della stratigrafia che consente di evitare che all’interno
dell’edificio
possa
accadere
quanto
avviene
all’esterno,
ossia
la
presenza,
quasi
contemporanea della massima insolazione e del valore più alto della temperatura dell’aria
Uno smorzamento dell’ampiezza dell’onda (rapporto tra il valore dell’ampiezza dell’onda
esterna e quello dell’ampiezza dell’onda interna ) , comporterà una riduzione della temperatura
indoor nel “periodo” .
14
Dalla lettura del grafico si può evidenziare che alle ore 9 quando
all’esterno la temperatura e circa 36 °C all’interno della struttura si attesta a circa 24°C.
Nell’edilizia in ragione della natura dei materiali impiegati la velocità dei fenomini termici è
nettamente governata dalla conduzione.
14
www.dipartimenti.unicas.it
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
Figura 5
26
15
1.3.1.3) Concetto di diffusività termica 𝜶 :
E’ il rapporto fra la conduttività e la capacità termica volumica, e sta a indicare la rapidità con la
quale il calore si diffonde in profondità nel materiale. Quanto più è basso il suo valore, tanto più
lentamente il calore esterno si propagherà all’interno dell’edificio.
1.3.1.4) Trasmittanza periodica 𝒀𝒊𝒆
Le leggi in materia di efficienza energetica degli ambienti abitativi, nell’intento di regolamentare
e controllare anche gli aspetti energetici per la climatizzazione estiva, ha introdotto un nuovo
parametro
per valutare queste prestazioni denominata “trasmittanza termica periodica”
Yie (W/m2K), tale parametro valuta proprio la capacità di un elemento strutturale opaco di
sfasare ed attenuare il flusso termico che l’attraversa nell’arco delle ventiquattro ore, è definita e
determinata, dalla norma UNI EN ISO 13786:2008.
1.4) CASA PASSIVE O EDIFICI AD ALTA EFFICIENZA ENERGETICA
La normativa europea definisce con “Edificio passivo” o anche detto “ Passivhaus Standard”, un
preciso standard energetico, attribuito ad edifici che hanno un fabbisogno termico invernale
2
inferiore alle 15 kWh/(m anno).
Un edificio passivo richiede circa il 10 % / 20 % dell’energia consumata da edifici tipo
dell’Europa centrale, corrispondente a circa il 90% - 80% di risparmi energetico, in termini di
2
combustibile fossile, prevedendo un consumo di circa 1,5 litri/m .
15
www.dipartimenti.unicas.it
1) BENESSERE ABITATIVO E EFFICIENZA ENERGETICA
27
I vantaggi in termini di abbattimento dei consumi sono riscontrati sia in climi freddi, ma anche in
climi caldi, dove solitamente gli edifici richiedono molta energia per la climatizzazione estiva.
Una casa passiva non richiede sistemi di riscaldamento e raffrescamento su scala tradizionale,
ma richiede un investimento maggiore sulla realizzazione della struttura, ed in particolare sull’
acquisto di finestre ad alte prestazioni, sulla definizione di particolari stratigrafie delle strutture
opache, a bassissimi valori di trasmittanza , l’istallazione di sistemi di ventilazione con
scambiatori di sistemi, oltre che la realizzazione di sistemi passivi in grado di raccogliere e
trasportare il calore del sole con mezzi non meccanici meglio descritti nel capitolo 2.4).
I dati raccolti dalla monitorizzazione eseguita sul primo edificio passivo costruito nel 1991 a
Damstadt-Kranichstein, hanno mostrato che anche quando la temperatura esterna e scesa al di
sotto dei – 14 C°, la temperatura interna della casa è rimasta sopra a 20 C°, senza l’ausilio di
un riscaldamento convenzionale. I dati registrati hanno rilevato che due lampadine da 75 W
2 16
sarebbero stati sufficienti per riscaldare una stanza di 20 m .
Ecco che l’applicazione estremizzata dei concetti di buona e corretta progettazione citati nei
paragrafi precedenti, può consentire al raggiungimento di un alto risultato quale appunto la “
Casa Passiva” che in una prospettiva di lungo periodo risulta essere un buon investimento sia
in termini economici, minor costo delle bollette energetiche, oltre che una forte diminuzione dei
consumi di energia fossile non rinnovabile e per tanto un buon investimento per il sistema
ambiente .
16
http://www.passivehouse-international.org/
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
28
2) COME E COSA SI DEVE FARE PER COSTRIURE MEGLIO
Tenendo presente che il benessere abitativo e l’efficienza energetica, è frutto proprio di una
corretta progettazione e realizzazione degli edifici, vediamo nello specifico quali sono i fattori
principali, e quali apprestamenti e o attenzioni e necessario attuare.
2.1) ASPETTI PRINCIPALI DA RISPETTARE NELLA PROGETTAZIONE
2.1.1) Orientamento, Localizzazione
Dovendo premettere che non sempre, nelle progettazioni dei nuovi fabbricati ,la scelta
dell’orientamento è frutto di considerazioni derivanti dallo studio dell’esposizione solare, ma
bensì da imposizioni dettate dalle NTA specifiche di quell’area urbanistica, o per il rispetto dei
vari allineamenti esistenti. Anche nel caso degli interventi di ristrutturazioni, l’orientamento è
quello del fabbricato originario e quello dovrà essere rispettato, anche se molto spesso,
soprattutto nei casolari di campagna l’orientamento del fabbricato è quello coretto, essendo
disposti prevalentemente nella direzione SUD-NORD.
Figura 6
Premesso quanto detto, e come già anticipato nel capitolo precedente, quando è consentito,
dovremo cercare di posizionare il nuovo fabbricato nella direzione Sud Nord il tutto al fine di
ottimizzare l’irraggiamento solare sull’edificio sia nel periodo estivo che invernale al fine di
sfruttare al massimo i Guadagni Solari Q ! .
Dalla lettura dello studio solare (Figura 6), sopra riportato è possibile accertare, sulla base dello
specifico orientamento
e georeferenziazione del progetto , quale sia il reale irraggiamento
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
29
dell’immobile in tutte le varie stagioni, riscontrando che nel periodo estivo (Percorso A –
Giugno) il sole avrà una curvatura più chiusa e più alta rispetto all’orizzonte, mentre nel periodo
invernale (Percorso G – Dicembre) il sole ha una curvatura più ampia e si posiziona in una
posizione molto più bassa rispetto all’orizzonte.
Sulla base dell’orientamento la progettazione architettonica del fabbricato dovrà cercare di
prevedere l’organizzazione della zone giorno lato Sud dotando quest’ultime con grandi
finestrature, capaci di captare la più grande capacità di illuminazione dei locali, i guadagni
termici ect,
mentre organizzare i vari locali di servizio, quali bagni, lavanderie ect, nella
posizione posta a nord, dotando quest’ultimi delle aperture verso l’esterno molto piccole anche
se sempre nel rispetto delle minime prescrizioni di legge.
Altro fattore importante consiste nello studiare la posizione in funzione dell’orografia del terreno
e della direzione dei principali venti che interessano l’area oggetto d’intervento, infatti anche
l’esposizione delle pareti esterne ai venti può comportare una importante variabile sui guadagni
solari, e sulle determinazione delle dispersioni dell’involucro edilizio.
Figura 7
2.1.2) Forma dell’edificio, Ombreggiamenti
Il progettista nella redazione del progetto deve opportunamente coordinare i vincoli normativi di
natura urbanistica e
strutturale, oltre agli aspetti architettonici che possano influire
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
30
sull’amplificazione e/o attenuazione degli apporti gratuiti, dettati proprio dalla radiazione solare,
l’esposizione ai venti, l’ottenimento del migliore rapporto superficie disperdente e volume
riscaldato cui abbiamo già trattato nel capitolo precedente.
Aspetto di particolare rilevanza anche in termini numerici, è da ricondurre sullo studio degli
ombreggiamenti delle ampie vetrate poste a Sud.
Come si evince dalla lettura dello schema nel periodo invernale i raggi del sole dovranno
riuscire a penetrare all’interno della struttura, essendo il sole in posizione più bassa
sull’orizzonte ( Figura 8 ) , mentre nel periodo estivo la struttura o i sistemi mobili di
ombreggiamento dovranno opportunamente proteggere le vetrate dai raggi solari al fine di
scongiurare l’irraggiamento e il surriscaldamento dei locali, tenendo presente che il sole è
molto alto.( Figura 9)
Come avremo modo di affrontare in seguito, la progettazione architettonica potrebbe, prevedere
nell’idea progettuale, sia per gli interventi di nuova edificazione, che negli interventi di recupero
e/o ristrutturazione, spazi con coperture vetrate ( serre solari ) , muri massivi, muri di Trombe
ed altri sistemi passivi, opportunamente orientati e posizionati sulla struttura, in modo da poter
garantire un ottimo apporto in termini di energia.
Le vetrate hanno due componenti differenti ed in particolare :
•
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.
La progettazione come già detto più volte deve conciliare e armonizzare più fattori, al fine di
ottenere un edificio fruibile e abitabile nel pieno comfort, per tanto tenendo presente che ad
esempio:
Le grandi aperture di cui abbiamo parlato, possono portare anche qualche problematica, come
ad esempio :
-
le radiazione ultravioletta contenuta nella radiazione solare può degradare tessuti e
fotografie;
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
-
31
per raggiungere un elevato risparmio energetico sono necessarie ampie superfici
vetrate e quindi grande masse termiche per attenuare la variazione di temperatura:
queste masse possono essere costose, soprattutto se non hanno anche funzione
strutturale;
-
l’isolamento notturno delle ampie vetrate , soprattutto nei climi più freddi è
comunque necessario al fine di attenuare le dispersioni ;
-
l’abbagliamento di giorno e perdita di privacy nella notte, soprattutto se queste
prospicente altre abitazioni e/o strade.
Figura 8
Figura 9
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
32
Un buon compromesso per garantire il corretto ombreggiamento delle aperture, soprattutto
quando l’idea architettonica del progetto non consente la realizzazione di aggetti e/o simili può
essere l’istallazione di sistemi oscuranti dotati di meccanismi di apertura automatica, attivabili
da impianti domotici capace di captare l’irradiazione solare sulla finestra e attivare la chiusura in
tale istante, lasciandola invece aperta durante il resto della giornata e garantendo
l’illuminazione naturale.
Altro aspetto importante che riguarda in primis l’aspetto progettuale consiste nello studio delle
forme del fabbricato che come abbiamo già affrontato nel capitolo precedente, nella logica di
realizzare un fabbricato avente la massima ottimizzazione tra superficie disperdenti e volume
riscaldato, dovrà tendere il più possibile ad una forma compatta ( cubo ), evitando per quanto
possibile la realizzazione di volumi riscaldati che si staccano dalla volumetria principale .
Massima attenzione dovrà essere posta nella realizzazione dei particolari esecutivi in generale.
L’isolamento delle strutture aggettanti necessari all’ombreggiamento delle finestre, richiede uno
specifica valutazione, proprio perché queste potrebbero diventare facilmente, importanti ponti
termici, che influenzerebbero l’efficienza dell’isolamento ed essere causa fenomeni indesiderati
all’interno della struttura come , muffe, ect.
Elemento architettonico con funzione ombreggiante
Figura 10
Corpo di fabbrica in estrapolazione dalla sagoma che ne aumenta la superficie disperdente
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
33
Per ultimo, un altro fattore importante riguarda l’organizzazione del sistema a verde
pertinenziale, (figure 8 e 9) o la presa visione di eventuali strutture, alberi ad alto fusto, ect
prossime alla presella oggetto di trasformazione, al fine di considerare in modo realistico
l’ombreggiamento e l’eventuale protezione rispetto a venti freddi, che tali elementi possono
avere sul fabbricato di progetto, al fine di songiurare che quanto valutato anche in termini di
apporti gratuiti rimanga puramente teorico.
2.2) CARATTERISTICHE TERMOFISICHE DELLE STRUTTURE
2.2.1) Propagazione del Calore
Come ci insegna la Fisica, e in particolare il secondo principio della termodinamica, l’energia
termica tende a fluire dalla struttura/corpo a più alta temperatura a quella di più bassa
temperatura affinché non si sia giunto all’equilibrio termico.
Durante il periodo invernale gli ambienti riscaldati tenderanno a cedere calore agli ambienti
confinanti più freddi, al terreno o all’esterno.
È importante precisare che nella vita quotidiana si fa riferimento alle forme sensibile e latente di
energia interna usando il termine di calore e si parla di contenuto di calore dei corpi. In
termodinamica, invece, tali forme di energia vengono chiamate energia termica per evitare
qualsiasi confusione con il calore, inteso come energia che si trasferisce. Infatti, il calore è
energia in transito riconoscibile soltanto al momento in cui attraversa (il contorno del sistema)
per raggiungere l’aria .
17
Le modalità di trasferimento di energia (calore Q) da un corpo all’altro può avvenire secondo tre
differenti modi così come già argomentato e in precedenza, ed in particolare:
Conduzione: trasferimento di energia per contatto diretto tra molecole dei corpi più caldi a
quelle dei corpi più freddi. La conduzione può avvenire nei solidi, nei liquidi, o nei gas
Convezione: trasferimento di calore che si può avere solo alla presenza di un movimento di
molecola fra un liquido e un gas interposto;
Irraggiamento: trasferimento di calore attraverso le onde elettromagnetiche irradianti e da un
corpo caldo verso uno più freddo; modalità che può avvenire anche nel vuoto.
17
Y.A.Cengel Termodinamica e trasmissione del calore
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
34
Eliminare il continuo flusso di energia termica, è risolvibile in parte per mezzo di un buon
isolamento (𝜆), in parte per un opportuna definizione del coefficiente convettivo (h) e in parte
sull’emissività (𝜀) e sul coefficiente di assorbimento (𝛼) delle strutture disperdenti, che nel caso
specifico di un fabbricato consiste, nel definire tali caratteristiche per tutti gli elementi strutturali
che vanno a definire la così detta scatola calda
2.2.2) Grandezze Termofisiche in gioco
La mitigazione del flusso di energia, sia nel periodo invernale che dall’interno tende a defluire
all’esterno e viceversa, nel periodo estivo è ottenibile gestendo in modo attento le grandezze
termofisiche che caratterizzano in modo specifico l’elemento strutturale ed in particolare:
•
Conduttività;
•
Resistenza termica;
•
Resistenze termiche superficiali ;
•
Trasmittanze termiche;
•
Coefficiente di emissività e assorbimento;
2.2.2.1) Conduttività
La conduttività o conducibilità termica 𝜆 (W/mk), è un valore determinato attraverso delle prove
2
di laboratorio, definito come la quantità di calore che attraversa perpendicolarmente 1m di
materiale con spessore di 1 mt ad una differenza di temperatura di 1 k. Più piccolo sarà il
valore di conducibilità che distingue il nostro materiale, minore sarà la quantità di calore
trasmesso per conduzione. Tale valore è influenzato dalla densità del materiale, più leggero è
più aria contiene e migliore sarà la capacità isolante, oltre che dal contenuto di umidità che per
suo conto peggiora il valore 𝜆.
I materiali si possono classificare in funzione della conducibilità :
•
Materiali con elevata conducibilità = Conduttori
•
Materiali con bassa conducibilità = Isolanti
•
Materiali con bassisima conducibiltà = Supeisolanti
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
35
2.2.2.2) Resistenza termica
La resistenza termica dei materiali per l’isolamento termico in edilizia è sintetizzata dalla
resistenza termica specifica, vale a dire riferita ad una superficie di area unitaria.
Resistenza termica specifica
= 𝒓=
𝑳 2
(m k/W)
𝝀
Si osservi in oltre che la resistenza termica di un mezzo dipende dalla geometria e dalle
caratteristiche termiche del mezzo.
2.2.2.3) Resistenza termica superficiale.
Prima che il calore entri od esca da un elemento costruttivo deve superare la resistenza dovuta
a piccoli strati d’aria in prossimità della parete. La resistenza di questi strati d’aria dipende dal
movimento dell’aria e dalla condizione e posizione delle superfici dell’elemento costruttivo.
All’aperto, dove c’è una forte movimentazione dell’aria, lo spessore resistente e la relativa
resistenza termica sono piccole, e si definisce 𝑅!" .
All’interno degli edifici, dove l’aria è più ferma, lo spessore dello strato e la resistenza è più
elevata, e si definisce 𝑅!" .
La resistenza all'avanzamento del calore offerta dalla quantità di aria posta a diretto contatto
con un elemento tecnico attraverso il quale scorre il flusso termico dipende da diversi fattori:
•
ambientali, perché è differente se l’ambiente è confinato o no;
•
morfologiche, perché è differente se la superficie di contatto con l'elemento è piana o
no;
•
tecniche, perché varia in funzione dell’emissività della superficie;
•
dalla direzione del flusso termico ( ascendente, orizzontale, discedente).
2.2.2.4) Trasmittanza termica
2
La trasmittanza termica U ( W/m k ) (UNI EN ISO 6946) indica il calore che viene disperso
2
attraverso 1 m di superficie di un elemento costruttivo, quando la differenza di temperatura fra
ambiente riscaldato e non riscaldato e di 1 k.
Definendo la capacità di un materiale di trattenere calore ossia di lasciarlo disperdere con
maggiore o minor velocità.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
36
Più è piccolo il valore U, minore è la quantità di energia dispersa dall’elemento costruttivo,
migliore è l’isolamento termico.
L’analisi rigorosa di questo fenomeno si basa su basi teoriche molto complesse, e quindi per
rendere più agevole lo sviluppo dei calcoli si ipotizzano le seguenti condizioni:
•
regime stazionario (flusso di calore costante nel tempo)
•
parete piana di estensione infinita
•
materiale componente perfettamente omogeneo ed isotropo
•
le due facce esterne della parete sono considerate come superfici isoterme
Il valore U si ottiene calcolando l’inverso delle resistenze totali 𝑅!!!"#"
𝑈=1 𝑅
( 𝑊/m2k)
!"#$#%$
Nel caso di pareti costituite da diversi strati la trasmittanza totale si potrà determinare
sommando l’inverso di singola resistenza che caratterizza il materiale.
𝑈=𝑅
1
𝑠𝑖 +𝑅1 +𝑅2 +𝑅3 +⋯…..𝑅𝑛 +𝑅𝑠𝑜
( 𝑊/m2k)
Nel caso in cui gli strati non sono omogenei, come ad esempio una parete in cartongesso dove
vi è una struttura intelaiata e un materiale isolante tra esso interposto, il calcolo del valore U
della parete va eseguito secondo le indicazioni della norma ( UNI EN ISO 6946), tenendo in
considerazione il peso in percentuale dei due differenti materiali e calcolando la resistenza
totale come media aritmetica dei limiti superiori ed inferiore della resistenza.
2.2.2.5) Coefficiente di emissività e assorbimento
La radiazione elettromagnetica che corrisponde alla trasmissione di calore è la radiazione
termica, anche detta semplicemente irraggiamento, viene emessa a causa dei moti vibratori e
rotatori delle molecole, atomi ed elettroni di una sostanza. Poiché la temperatura è una misura
dell’intensità di questi processi a livello microscopico, all’aumentare della temperatura aumenta
l’emissione di radiazione termiche che è continuamente emessa da tutta la materia che si trovi
a temperature superiore allo zero assoluto : tutti gli oggetti e le persone emettono ( e
assorbono) continuamente radiazioni.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
37
La radiazione termica è la parte dello spettro elettromagnetica, compreso da circa 0,1 a 100
𝜇𝑚, includendo l’intera radiazione visibile e infrarossa (IR) e parte della radiazione ultravioletta
(UV).
Figura 11
(www.energycover.it)
La radiazione termica è considerata un fenomeno superficiale per la maggior parte dei materiali
opachi come metalli, legno e mattoni per le quali si parla di proprietà radioattive superficiali.
Per alcuni materiali semitrasparenti, come il vetro e l’acqua che consentono alla radiazione
visibile di penetrare per spessori notevoli prima di essere completamente assorbita, la
radiazione non può essere considerata un fenomeno superficiale, perché l’intero volume del
materiale interagisce con essa. Poiché i materiali si comportano in modo diverso a lunghezza
d’onda differenti, la dipendenza della lunghezza d’onda è importante nello studio delle proprietà
radiative dei materiali
come l’emissività e i coefficienti di assorbimento, riflessione e
trasmissione.
Il rapporto tra la radiazione emessa dalla superficie e la radiazione emessa dal corpo nero alla
stessa temperatura è definita emissività.
L’emissività si indica con il simbolo (ε) e varia tra (0 ≤ ε ≥ 1) in funzione della temperatura della
superficie, con la lunghezza d’onda e con la direzione della radiazione emessa .
𝜀 𝑇 =
𝐸 𝑇
𝑇!
Solitamente i materiali metallici con superfici lucide hanno bassi valori di emissività, mentre i
materiali come ceramiche e i materiali organici sono caratterizzati da alti valori.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
38
L’emissività come già detto è influenzata sia dalla temperatura che dall’ossidazione della
superficie, dalla rugosità, tipo di finitura e pulitura.
Quando la radiazione colpisce una superficie per unità di area e per unità di tempo è detta
irradiazione e si indica con G e una parte è assorbita, una parte riflessa e una parte trasmessa
.
Figura 12
Per il primo principio della termodinamica la somma delle radiazioni, assorbita, riflessa
trasmessa deve essere uguale alla radiazione incidente:
𝐺!"" + 𝐺!"# + 𝐺!" = 𝐺
e
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
39
2.3) CARATTERISTICHE DELLE STRUTTURE
Ruolo fondamentale per la costruzione di fabbricati ad alta efficienza energetica / case passive,
è svolto essenzialmente dalle strutture che delimitano la così detta scatola calda, solaio, parti,
copertura, e infissi in genere, la cui progettazione deve tener sotto controllo molti aspetti come,
la resistenza termica totale, il rischio di formazione delle condense, la capacità di smorzamento
e sfasamento dell’onda termica, il tutto valutato di volta in volta per ogni singolo progetto, sia
questo riferito a interventi di ristrutturazione o di nuova edificazione, alla destinazione d’uso e
allo specifico microclima che caratterizza il luogo dell’intervento, minimizzando i fabbisogni
energetici degli edifici.
Il dlgv 311/06 ha introdotto oltre alle indicazioni dei valori minimi previsti di trasmittanza per ogni
singola zona, anche i limiti e le caratteristiche delle strutture in funzione della protezione estiva.
Volendo suddivider le varie
tipologie costruttive in costruzioni
massicce
e costruzioni
leggere, vediamo quali peculiarità e quali criticità le caratterizzano.
2.3.1) Le Strutture massicce
Nelle strutture massicce, si ricomprendono la maggior parte degli edifici facenti parte del parco
edilizio nazionale, sia questi di vecchia costruzione sia questi di più recente edificazione, in
muratura portante o con struttura intelaiata e tamponata.
Tale tipologia di costruzione, presenta di per se una buona protezione al freddo nel periodo
invernale, ed un ottima protezione dal caldo nel perito estivo oltre che garantire una ottima
durabilità nel tempo.
La massa che costituisce la struttura, se opportunamente isolata consente di poter accumulare
una grande quantità di calore sia nel periodo invernale che nel periodo estivo, fattore questo
che influisce in modo positivo sul benessere abitativo degli ambienti interni. Nel periodo estivo
la massa accumula calore, in eccesso evitando il surriscaldamento e degli ambienti, per poi
rilasciarlo quando la notte le temperature esterne calano.
L’alta inerzia termica delle strutture massicce, garantisce un ottimo sfasamento, e una buona
protezione nel periodo estivo degli ambienti, ragion per cui il del dlgv 311/06 Allegato I comma
2.
9, prescrive una Massa superficiale di 230 Kg/m .
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
40
Ottime prestazioni estive ed invernali, potranno essere ottenute dalle strutture, grazie ad un
attento studio delle stratigrafie, facendo si di ottenere un corretto sfasamento e smorzamento
dell’onda termica, ed un buon valore della trasmittanza U.
La zona climatica, il tipo di esposizione al sole o eventuali zone d’ombre, l’esposizione ai venti
sono fattori molto importanti, anche per la specifica scelta dei pacchetti stratigrafici.
Riferendosi alla protezione dal freddo esterno viene previlegiato l’applicazione dell’isolamento
esterno alla struttura, per vari fattori di cui parleremo, come ad esempio la correzione dei ponti
termici e lo scongiuramento della formazioni di condense interstiziali, e per ultimo per favorire
la capacità di accumulare calore dalle strutture durante l’inverno, soprattutto se pensiamo ai
contributi gratuiti solari per irraggiamento dalle finestre che tenderanno ad aumentare la
temperatura
delle masse interne favorendo il risparmio energetico oltre che migliorarne il
confort abitativo.
Aspetto di grande importanza da tenere in considerazione in fase progettuale e soprattutto in
fase di costruzione e la tenuta all’aria del sistema edificio e conseguentemente delle strutture
che lo definiscono.
La tenuta all’aria è fondamentale in funzione della grande quantità di calore che è possibile
disperde per ventilazione come già visto. Senza una opportuna tenuta all’aria tutti gli
investimenti fatti su strutture verticali, orizzontali, coperture e finestre è di per se svanito.
La tenuta all’aria di strutture massicce può essere garantita intonacando la casa sia all’esterno
che all’interno e provvedendo a sigillare con opportuni nastri butilici tutte le connessioni delle
finestre con il muro, tutte le porte esterne, canali d’istallazione ect, ed evitare per quanto
possibile il passaggio di forassite direttamente dall’interno all’esterno.
Le strutture massicce presentono di fatto altre peculiarità ed in particolare riescono in qualche
modo ad avere una leggera mitigazione dell’umidità interna soprattutto la dove gli intonaci
interni vengono realizzati con miscele a base di gesso ed argilla, grazie alle loro proprietà
igroscopiche, oltre che garantire una buona protezione acustica in funzione principalmente del
peso specifico elevato degli elementi verticali e un ottima protezione anticalpestio mediante una
stratificazione corretta della struttura che utilizzi il principio massa-molla-massa.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
41
2.3.1) Strutture leggere
Le costruzioni in legno di vecchia tradizione molto diffusa nel nord Europa, Stati uniti d’America,
oltre che anche nelle zone alpine dell’Italia, rientrano insieme ad altre tipologie costruttive, già
accennate precedentemente, tra le cosi dette strutture leggere.
Negli ultimi anni questa tipologia costruttiva per vari fattori ha avuto una forte espansione sul
mercato del settore edile, espandendosi anche in aree inesplorate per tali tecnologie,
diventando per un lato anche un fattore di tendenza.
Riferendosi principalmente alle strutture in legno, le più diffuse nella su detta categoria,
presentono un ottimo rapporto peso-resistenza, infatti riusciamo a realizzare strutture
notevolmente più leggere pur mantenendo il fattore resistenza e sicurezza strutturale, alto
soprattutto in risposta alle azioni sismiche.
In rifermento all’isolamento termico, la natura del materiale fibroso garantisce al materiale una
conducibilità termica inferiore a 𝜆 = 0,13 − 0,18 W/mk rispetto ai materiali tradizionali .
Le caratteristiche del materiale, unita al fatto che con tale tecnologia, consente di avere una
omogeneità di materiale di tutte le strutture, siano questi muri verticali, aggetti solai ect,
minimizza ai minimi termini i così detti ponti termici, garantendo prestazioni
di isolamento
termico diffuse e con ridotti spessori.
In temine di benessere
degli ambienti interni, il legno in quanto materiale naturale è un
materiale salubre, con una buona capacita di regolazione dell’umidità e alla bassa conduttività
termica, sempre che tali caratteristiche non siano compromesse da trattamenti particolari o alla
combinazione con altri materiali.
Anche per queste tecnologie in maniera più rilevante, così come accade per le strutture
massicce e di fondamentale importanza evitare la formazioni di condense all’interno del
pacchetto struttura, al fine di scongiurare fenomeni di marciume nascosti e molto pericolosi per
la salubrità e sicurezza della struttura.
Le prime criticità che possiamo rilevare sulle strutture leggere riguarda la protezione termica
estiva. Per garantire una buona protezione è necessario affiancare opportuni strati isolanti ad
elevata capacità termica in grado di assicurare un buono sfasamento ed attenuazione dell’onda
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
42
termica e garantire lo smaltimento del calore in eccesso prima che entri nell’edificio o in
alternativa prevedere un sistema di pareti ventilate .
All’interno della parete, al fine di garantire la così detta massa d’accumulo è possibile realizzare
le finiture delle pareti e dei soffitti in gesso o argilla e l’aggiunta di opportune masse aggiuntive
quali massetti, pavimentazioni ect.
2.3.3) Coperture
La copertura e una parte strutturale dell’edificio molto importante perché deve garantire la
protezione agli agenti atmosferici in genere. Le tipologie di copertura, sono molteplici, basta
fermarci a vedere quanti tipi di copertura caratterizzano il nostro territorio, sia in funzione dello
schema ( padiglione , capanna, piane, ect) sia in funzione dei materiali impiegati. Volendo dare
una prima classificazione le dividiamo in due grandi famiglie:
•
Coperture piane: con pendenze massime fino al 5% praticabili e non.
•
Coperture inclinate: con pendenze minime variabile, dotate di soffitta, non riscaldata
•
Copertura inclinata : con pendenze minime variabili, dotate di sotto tetto riscaldato
Figura 13
Parlando di copertura dobbiamo riferirsi all’intera stratigrafia che è solitamente costituita da:
-
finitura ( intonaco, carton gesso, ect) sul lato interno;
-
l’elemento strutturale;
-
uno strato d’isolamento e impermeabilizzazione
-
uno ultimo strato, costituito dal manto di copertura, di varia tipologia che protegge
definitivamente l’intera struttura dalle intemperie.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
43
Proprio in funzione alla tipologia e alla tecnologia utilizzata per la realizzazione della struttura,
sia questa un vero e proprio elemento strutturale come ad esempio un solaio o una parete
portante, piuttosto che una struttura secondaria come un tamponamento o un semplice
elemento di ripartizione possiamo classificare anche queste in due macro famiglie strutture
massicce e strutture leggere.
A differenza delle strutture verticali di cui abbiamo già parlato precedentemente, possiamo dire
che in merito alle coperture anche nel passato è stato sempre privilegiato la realizzazione di
strutture leggere, in primis per problematiche strutturali, come semplici tavelloni, ed eventuale
caldana di 5 cm, struttura in travi e travicelli di legno, sovrastanti mezzane/tavolato in legno,
struttura primaria e secondaria in legno senza scempiato, con direttamente appoggiate sui
travicelli gli elementi di copertura, solai inclinati o piani in lastre di c.a. o latero cementizi con
eventuale caldana.
Anche sugli edifici nuovi piuttosto che su interventi di ristrutturazione, vi è la tendenza a
realizzare sempre strutture di tipo leggero,
Premesso quanto detto dobbiamo porsi il problema di quale sia il giusto modo di realizzare i
così detti pacchetti caldi della copertura, al fine di garantire la trasmittanza e lo sfasamento
pressoché omogeneo alle strutture verticali ed orizzontali.
Raggiungere un adeguato valore di trasmittanza è di più semplice risoluzione impiegando
opportuni strati di isolanti più o meno performanti variando eventualmente lo spessore dello
strato isolante e garantendo così una opportuna protezione termica invernale.
Diversamente è di più complessa soluzione, raggiungere la protezione termica estiva, anche in
ragione del fatto che sulla copertura sia questa inclinata sia questa piana possiamo raggiungere
dei picchi di temperatura molto alta ( temperature superficiali fino a 70-80 °C) .
Ecco che nasce l’esigenza soprattutto su strutture leggere di introdurre adeguati strati di
materiale isolante pesanti con adeguata inerzia termica, ossia con alta massa volumica, ed alta
capacità termica massica in grado di assicurare uno sfasamento di almeno 9-10 ore ed in grado
di ridurre le temperature di picco di almeno il 90 %.
Anche per i solai di copertura vale quanto detto per le pareti e in particolare privilegiare
l’isolamento sull’esterno della struttura .
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
44
Strutture massicce
Nelle coperture con struttura massiccia di tipo continuo siano queste in leterocemento o in solo
calcestruzzo è di fondamentale importanza applicare un buon isolamento per garantire perdite
minime durante la stagione invernale e proteggere la stessa dal surriscaldamento.
normativa
UNI-TS
11300-2014
e
dlgv
311-06,
danno
rispettivamente
il
criterio
La
di
determinazione dello scambio termico per trasmissione Hu, tra l’ambiente climatizzato e
l’ambiente esterno o attraverso gli ambienti non climatizzati, e il relativo valore di trasmittanza.
I VANTAGGI di una struttura massiccia:
-
buon isolamento acustico;
-
struttura non infiammabile;
-
ottimo comfort nel periodo invernale;
-
ottimo comfort d’estate in forza della elevata massa.
GLI SVANTAGGI del
tetto massiccio rispetto ad una struttura leggera:
- più difficoltà nella risoluzione dei ponti termici tra tetto e parete in particolare
nell’esecuzione;
- maggiore difficoltà nella realizzazione di modifiche successive per l’istallazione di una
finestra o un camino.
Strutture leggere
Le strutture leggere essendo queste caratterizzate massa presentano forti criticità verso la
protezione al caldo.
Lo studio della stratigrafia del così detto tetto caldo, in questo caso risulta di fondamentale
importanza, in quanto dobbiamo scegliere materiali isolanti con buoni valori di resistenza ma
anche dotati di adeguata inerzia termica, molto spesso si differenzia strato per strato partendo
dal più pesante lato interno e il più leggero lato esterno .
Tetti ventilati
Una buona alternativa alla soluzione è la realizzazione di coperture ventilate caratterizzate da
una intercapedine d’aria che divide il manto di copertura dallo strato isolante, continuamente
attraversati da flussi d’aria che, dalla linea gronda, per “effetto camino”, vanno in direzione del
colmo.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
45
Questo sistema deve essere realizzato secondo attente disposizioni affinché possa essere
certo il funzionamento ed in particolare :
-
l’intercapedine realizzata non deve essere mai inferiore di 4 cm, e comunque calcolata in
funzione all’inclinazione della falda e dalla zona climatica;
-
Deve essere garantito un opportuno dimensionamento delle aperture d’ingresso e di
uscita, che a sua volta dovranno essere opportunamente protette dalle possibilità di
infiltrazione d’acqua e neve ma soprattutto dall’entrata di insetti uccellini ect, che ne
influirebbero il funzionamento, proteggendo le stesse con appositi dispositivi;
-
L’intercapedine d’aria deve presentare, perché possa funzionare una sua continuità da
gronda a tetto;
-
Pendenza del tetto non minore del 10°, valore d’inclinazione quest’ultima al disotto del
quale il così detto “effetto camino” non riesce più a funzionare.
Una copertura ventilata ha delle ottime peculiarità, in particolare la capacità di allontanare
eventuale umidità che può essere penetrata dall’esterno o la condensa che si forma di notte
sotto la copertura, smaltire eventuali umidità provenienti dall’interno, espletare l’aria calda
presente nel sotto manto di copertura riducendo il carico termico.
Questa opzione rientra nelle casistiche prevista dallo stesso dlgv 311-06 Allegato I, comma 9.
2.3.4) Le finestre
Le finestre sono un elemento che giocano un ruolo molto complesso, all’interno del sistema
struttura, infatti è a lei che viene richiesto di assolvere una molteplicità di funzioni differenti tra
loro e a volte una opposta a l’altra.
Ad una finestra è richiesto di :
•
Lasciare entrare luce naturale nell’ambiente;
•
Permettere lo sguardo verso l’esterno;
•
Minimizzare le perdite energetiche;
•
Ottimizzare gli apporti solari;
•
Garantire un adeguato isolamento acustico;
•
Permettere la ventilazione naturale;
•
Resistere al fuoco;
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
•
46
Ostacolare le intrusioni.
Prima di entrare in alcune specificità dell’infisso, che risulta importante conoscere almeno per
comprendere come esso funziona, quali sono le proprie peculiarità e criticità al fine di poterlo,
nel miglior modo possibile e progettare il suo inserimento all’interno della struttura in modo
ottimale, mi soffermerei su alcuni aspetti più concettuali, quali appunto, la disposizione delle
aperture in funzione delle destinazioni d’uso, l’orientamento etc.
In primo luogo, come meglio vedremo nei paragrafi successivi, al contrario di quanto si possa
immaginare, grandi finestre con ampie vetrate, sono più performanti rispetto a piccoli finestre,
dovuto principalmente al fatto che le prestazioni della lastra di vetro è solitamente migliore del
telaio, per tanto è buona regola prevedere, quando possibile ampie vetrate, posizionate
preferibilmente sul prospetto sud e minimizzare la realizzazione delle finestre sul prospetto
Nord il tutto al fine di ottenere una ottimizzazione del così detto bilancio energetico invernale e
nel contempo tenere presente delle condizioni climatiche estive.
la disposizione delle aperture, oltre
a garantire
la continua interazione dell’utente con
l’ambiente esterno e il così detto diritto alla luce, deve essere pensata al fine di poter sfruttare al
massimo i guadagni solari nel periodo invernali, e nel contempo evitare eccessivi irraggiamenti
nel periodo estivo, condizione questa che la dove non fosse opportunamente valutata potrebbe
andar a richiedere una quantità di energia eccessiva, anche di 3 o 4 volte superiori a quelli
invernali , per il raffrescamento degli ambienti .
La progettazione delle aperture deve verificare inoltre, che vi sia una sufficiente illuminazione
degli ambienti e consenta, per il maggior tempo possibile la fruizione degli ambienti senza
l’utilizzo della luce artificiale.
E’ chiaro e scontato che per effettuare tali valutazioni così come per altri fattori già visti
precedentemente, è di fondamentale importanza una corretta georeferenziazione del luogo e un
corretto orientamento del progetto.
•
Finestre a sud : è questo l’orientamento migliore per la massimizzazione dei guadagni
invernali e nel contempo poter controllare e gestire il surriscaldamento estivo. Nelle
costruzioni massicce la percentuale di finestrature verso Sud può arrivare anche ad un
50 % della facciata, mentre sulle strutture leggere è consigliato ridurre tale percentuale
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
47
al 30%, in ragione del fatto che una struttura massiccia riesce meglio a sfruttare gli
apporti termici gratuiti, grazie alla presenza di una maggior massa di accumulo.
•
Finestre a est o ovest:
quest’ultime devono essere dimensionate in base alla
necessità di illuminazione degli ambienti ed è consigliato che tale dimensionamento
rimanga all’interno di una percentuale del 15 - 30 % rispetto alla superficie totale della
facciata . Il problema principale per questi orientamenti è la protezione dell’apertura nel
periodo estivo che diversamente a quanto accade a sud, i raggi solari sono più bassi
sull’orizzonte anche nel periodo estivo e quindi colpiscono quasi ad angolo retto la
superficie del vetro, captando molta radiazione termica e surriscaldando gli ambienti
interni.
Per queste aperture è necessario prevedere l’oscuramento per mezzo di sistemi amovibili, in
ragione del fatto che eventuali pensiline , tettoie strutturali non sarebbero in grado di proteggere
il vetro dai raggi solari così bassi.
•
Finestre a nord : Verso tale orientamento si consiglia di realizzare il minimo
indispensabile di aperture rimanendo al di sotto di una percentuale del 10 % della
superficie totale di facciata, al fine di minimizzare ai minimi termini, le perdite
energetiche.
La finestra ancora ad oggi non riesce ad ottenere i valori di trasmittanza che si ottengono sulle
strutture opache in termini di protezione nel periodo invernale.
Come vedremo di seguito la trasmittanza complessiva della finestra viene definita Uw sulla
2
base del quale è possibile determinare le perdite di calore . (W/m K)
Le imposizioni di legge dettate dal D.lgv 311-2006 Allegato C, impone il soddisfacimento dei
sudetti valori in funzione della zona climatica .
Figura 14
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
48
2
Oggi sul mercato è possibile trovare infissi che raggiungono i valori Uw di 0,80 W/m K e in
taluni casi infissi che arrivano anche a valori inferiori.
Prima di
effettuare un’argomentazione più dettagliata sugli aspetti costruttivi dell’infisso è
fondamentale comprenderne il criterio di funzionamento che sta alla sua base. Dobbiamo
ricordare che non solo la finestra in se per se è uno degli elementi più critici della facciata,
infatti
anche anche il
l’opportuna attenzione
sistema di connessione struttura / infisso,
può costituire una vera
se non eseguito con
e propria falla dell’involucro edilizio, con il
potenziale rischio, di far svanire tutti i benefici teorici , che un ottimo infisso, e una prestante
struttura opaca, avrebbero potuto apportare.
Ecco che anche il ruolo del controtelaio, struttura di connessione muro infisso, assume sempre
più un ruolo importante, così come la posa dello stesso, tanto è che negli ultimi anni sono nate
nuove imprese che si dedicano alla sola produzione di controtelai isolati , predisposti per
l’alloggio frangisole, avvolgibili , zanzariere ect, e la nascita di nuove scuole di formazione per
tecnici istallatori degli infissi, che provvedono a formare specifico personale, che abbia una
ottima conoscenza di tutti i più recenti prodotti utilizzabili per l’istallazione dei controtelai e
degli infissi al fini di garantire la correzione del ponte termico e la perfetta tenuta all’aria.
Valori caratteristici di una finestra
Per valutare nella sua complessità una finestra da un punto di vista di perdite
dobbiamo far riferimento al valore di trasmittanza complessivo
di calore
Uw, che consiste
essenzialmente nella media pesata dei valori Ug, Uf, 𝜓! , rispettivamente le trasmittanze, del
vetro, del telaio visibile dall’esterno, della canaletta di separazione vetri.
𝑈𝑤 =
!" ! !" ! !" ! !" !(!" ! !")
!"!!"
2
( W/m K )
Dove :
Uw
=
Trasmittanza termica complessiva;
Ag
=
Superficie Vetro
Af
=
Superficie telaio
lg
=
Lunghezza distanziale
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
49
Osservando l’equazione di cui sopra è possibile dire che il valore Uw a parità di Ug e Uf e
funzione delle dimensioni della finestra.
Figura 15
Un ruolo fondamentale nel sistema finestra lo gioca il vetro, la sua trasmittanza viene indicato
con Ug, e per il quale negli ultimo decennio è stato possibile vedere una importante e
sostanziale riduzione, grazie allo sviluppo che la tecnologia ha consentito di effettuare a partire
dalla realizzazione dei vetri termoisolanti a doppia o tripla lastra, costituite dalle lastre di vetro
float, l’utilizzazione dei distanziatori termoisolanti, l’utilizzo di particolari sigillanti elastici per
garantire la tenuta all’aria nel tempo e l’introduzione all’interno dell’intercapedine di gas nobili
che consentono di ridurre la trasmissione di calore per conduzione e convenzione tra le lastre, e
per ultimo l’inserimento di una specifica pellicola basso-missiva che consente di mitigare le
perdite di calore per irraggiamento attraverso il vetro.
I valori di trasmittanza Uf caratterizzano le perdite di calore che avvengono attraverso il telaio
dell’infisso e che sono considerabili circa il doppio di quelle che possono verificarsi attraverso
una medesima superficie vetrata. Nella progettazione e/o scelta della finestra bisogna per tanto
minimizzare la superficie del telaio esposta, per mezzo di un attento studio della risoluzione
ponte termico infisso-muro e cercando di ridurre ai minimi termini la superficie del telaio
esposta.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
Altro fattore molto importante che deve essere monitorizzato e ben pensato è il fattore
50
ℊ
o
anche chiamato Fattore Solare che ha lo scopo di indicare la quota in percentuale di energia
solare che entra in una stanza e quindi viene trasmessa dal vetro, rispetto all’energia totale
incidente sulla vetrata in direzione ortogonale.
Al fine di garantire il massimo apporto solare nel periodo invernale è importante che tale fattore
sia alto, ma di controparte questo aspetto e molto pericoloso nel periodo estivo per effetti di
surriscaldamento se tali infissi non sono dotati di appositi ombreggiamenti.
Solitamente un triplo vetro ha ottimi valori di trasmittanza ma un basso fattore solare , mentre
un vetro doppio ha un alto fattore solare e un più ridotto valore di trasmissione.
In merito al sistema costruttivo dei telai, oggi il mercato mercato offre una moltitudine di prodotti
quali, sempre più resistenti, duraturi e performanti, pensiamo ad esempio alle finestre in legno
con taglio termico, e rivestimento in alluminio per la protezione del legno stesso, finestre in Pvc
o alluminio con l’inserimento di materiale isolante all’interno delle camere, aziende che hanno
realizzato finestre eliminando l’esposizione del telaio ai minimi termini come ad esempio
nell’esempio ( Figura 18) .
2.3.5) L’ombreggiamento e schermature
L’ombreggiamento ha lo scopo di proteggere parti dell’edificio, dagli effetti delle radiazioni
solari.
L’ombreggiamento come più volte detto ha ruolo fondamentale in particolare per :
-
Mitigare il comfort termico estivo;
-
Permettere lo sfruttamento della radiazione solare nel periodo invernale;
-
Migliorare il comfort visivo.
La schermatura delle aperture non dovrebbero mai costringere all’utilizzo dell’illuminazione
artificiale e non dovrebbe ostacolare completamente lo sguardo sull’esterno.
In funzione della possibilità di regolazione si possono avere :
-
sistemi ombreggianti fissi quali, alberature, rampicanti, elementi architettonici,
terrazzi, tettoie opportunamente progettati sullo specifico percorso solare;
-
sistemi di schermatura mobile che a sua volta possono suddividerne in esterni ed
interni
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
51
I sistemi di schermatura si possono suddividere in funzione del loro posizionamento e al grado
di regolazione. In senso generale l’oscuramento è preferibile che sia posto all’esterno
dell’infisso in quanto il calore rimane esterno del’involucro, mentre nel sistema di oscuramento
interno il calore non può essere bloccato perché già all’interno della stanza.
In funzione del posizionamento si possono suddividere in :
-
sistema di ombreggiamento posizionati sul lato interno;
-
sistemi di ombreggiamento posizionati fra le lastre di vetro;
-
all’esterno dell’immobile.
L’efficacia dei sistemi di ombreggiamento solare è misurata in % di energia solare che riesce ad
entrare nella stanza nonostante l’ombreggiamento esprimendolo come fattore di riduzione.
Un fattore di riduzione 1 singifica che tutta l’energia solare entra nella stanza mentre un fattore
di riduzione del 0,3 sta a significare che il 70% di energia solare viene bloccata dal sistema
ombreggiante.
Tipo di oscurante
Fattore di riduzione
Senza ombreggiamento
1
Veneziane , tende interne
0,75
Veneziane fra due lastre di vetro
0,53
Tende da sole per esterni
0,43
Veneziane esterne , persiane
0,32
Ombreggiamento
0,32
costruttivo,
sporti, baconi
Avvolgibili , Scurini
0,27
Tabella 1
2.3.5) Criteri di scelta della corretta struttura
Chiunque abbia mai visitato una chiesa e/o un vecchio edificio ha potuto riscontrare osservando
le ridotte variazioni delle temperature interne, e per tanto l’efficacia di accumulo termico che le
grandi pareti ne garantiscono.
I muri si riscaldano lentamente dopo, che si è acceso l’impianto, fino a raggiungere la
temperatura di comfort ambientale. D'altra parte, una volta spento l’impianto, i muri si
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
52
raffreddano altrettanto lentamente restituendo il calore, prima accumulato, all'ambiente. Al
contrario, con pareti leggere, molto isolate, è possibile raggiungere più velocemente la
temperatura voluta, ma altrettanto rapidamente si ottiene il ritorno a temperature basse una
volta spento il riscaldamento.
Ricordandosi il concetto già visto di Diffusione termica, che indica la rapidità con la quale il
calore si diffonde in profondità nel materiale, e che quanto più è basso il suo valore, tanto più
lentamente il calore esterno si propagherà all’interno dell’edificio si può introdurre il concetto di
calore accumulato che consiste nel prodotto della diffusione termica per il calore accumulato
dalla struttura per unità di volume.
𝛼= 𝜆 𝜌𝑐 Diffusività Termica
!!
!
2.3.5.1) Capacità termica
La capacità termica di un materiale descrive la sua attitudine ad accumulare calore ( accumolo
termico ) che successivamente viene riceduto all'ambiente.
Tanto più la capacità termica è elevata tanto meno cambiano le temperature dell'ambiente
interno al variare delle temperature esterne. In termini di grandezza termofisica essa è
rappresentata dal CALORE SPECIFICO, che indica a sua volta la quantità di calore che 1
metro cubo di materiale può accumulare aumentando di un grado la sua temperatura.
Per una variazione Δt di temperatura l'accumulo di calore si può calcolare con la relazione
𝑞 = 𝑚 ∗ 𝑐 ∗ Δ𝜗
Dove :
q =Accumolo termico;
m
=
le masse unitarie;
𝑐 = calore specifico unitario ;
Δ𝜗
=
Variazione di temperatura ;
si può notare che:
•
il valore q dipende molto dalla densità del materiale;
•
I materiali aventi un grosso peso e privi di vuoti hanno un grande capacità di accumulo
di calore ( Alta capacità termica ). Basti pensare alle pietre, materiale che si scalda
molto lentamente e che rilascia il calore accumulato nell’ambiente in tempi molto
lunghi.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
•
53
Edifici costituiti da struttura perimetrali con poca massa termica possono presentare
nell’arco della giornata temperature con punte al di fuori della zona di comfort, con
necessità di riscaldamento nel periodo invernale o di raffrescamento nel periodo
estivo; viceversa , nel caso di edifici massivi la restituzione dell’energia accumulata
porta a una maggiore efficienza e, in ogni caso, a un migliore funzionamento degli
impianti e dei relativi carichi di punta che saranno molto inferiori.
Sulla base delle considerazioni sopra fatte si può dire che è buona regola prevedere strutture
dotate di opportune masse di accumulo, con pareti spesse, massetti, ect., al fine di poter
garantire
una
buona
capacità
termica
e
una
buona
capacità
di
restituzione
o
immagazzinamento dell’energia.
Dalla lettura delle due stratigrafie sotto riportate si può facilmente comprendere che non è
sufficiente, per la determinazione di un buono componente opaco, determinare il solo valore di
trasmittanza, resistenza e sfasamento, in quanto per le motivazioni sopra dette gioca una
fondamentale importanza
anche la capacità di accumulo, dipendente
sostanzialmente da
come la struttura è stata pensata e/o progettata, dove come dimostrato di seguito, il materiale
isolante è più conveniente, posizionarlo verso l’esterno, mitigando l’effetto di variazione della
temperatura esterna e posizionando invece, lo strato di materiale con maggior capacità termica,
nel lato interno, al fine di mitigare e mantenere costanti le temperature. L’obbiettivo inoltre è
quello di prevedere una stratigrafia di progetto con bassa effusività all’esterno che eviti al freddo
esterno di passare di poco a poco e strati di materiali interni ad Alta diffusibilità .
Dalla lettura delle sotto riportate schede si può osservare che le due pareti simmetriche l’una
2
rispetto a l’altra, hanno entrambe una resistenza termica totale di 1,966 m °C/W , in quanto
realizzate con stessa stratigrafia, ed un accumolo termico molto differente.
È buona regola progettare una stratigrafia che faccia assolvere la funzione di accumulo termico
e quella di isolamento a distinti materiali ( isolamento materiali isolanti ed accumulo parte
strutturale) sincronizzando il momento di accumulo termico e quello di cessione all’ambiente (
accumulo di giorno e rilascio di notte), che potrebbe essere garantito da una stratigrafia che
presenti differenti materiali isolanti a differenti masse.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
54
Muratura in Termo laterizio
POROTON cm 20,00
Parete (A)
Totale q = 1518,15 J/m2
Figura 16
( Laterificio pugliese)
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
55
Muratura in Termo laterizio
Parete (B)
POROTON cm 20,00
Totale q = 1882,70 J/m2
Figura 17
( Laterificio pugliese)
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
56
2.3.5.2) Tenuta all’aria
Altro aspetto molto importante da monitorizzare consiste nella verifica della tenuta all’aria della
struttura fondamentale per l’eliminazione in senso assoluto delle perdite di calore per
ventilazione, per il quale è fondamentale, per tutte le tipologie di costruzione, siano queste
leggere o massive, l’adozione di particolari accorgimenti sia in fase di progettazione sia e
soprattutto in fase di esecuzione. Nelle strutture massive la problematica e la risoluzione del
problema è di più semplice soluzione, attuabile semplicemenete per mezzo dell’intonacatura di
almeno il parametro interno delle strutture sia questa un parete che un solaio.
Nelle strutture leggere si interviene per mezzo della posa di appositi teli e nastri che oltre a
garantire la tenuta all’aria assolvano la funzione di barriera o freno vapore. Al fine di verificare
tale aspetto è possibile effettuare una specifico test, denominato “Blower-Door-Test” che
permette di misurare l’ermeticità dell’edificio dopo aver imposto una determinata differenza di
pressione tra interno ed esteno, permettendo di scoprire le perdite d’aria dell’involucro edilizio e
valutare il flusso ( o tasso) di ricambio dell’aria.
I valori attesi per edifici passivi e comunque ad alta efficienza si aggirano su valori massimi n50
di 06 1/h. Solitamente per case costruite mediamente bene si rilevano valori tra 2 e 4 1/h ,
mentre per edifici costruiti senza un minimo di attenzione fabbricati edificati negli anni 70 i
valori vedo superare n50>12 1/h.
ll principio di funzionamento della prova consiste essenzialmente nell’istallazione di un apposito
ventilatore che prima immette aria nell’edificio e poi estrae aria, il tutto al fine di raggiungere una
pressione di 50 Pa. Al ventilatore sono collegati appositi strumenti che misurano la differenza di
pressione e l’intensità del flusso d’aria.
2.3.5.3) La condensazione del vapore d’acqua nelle strutture edilizie
Il problema della condensa del vapore d’acqua, sia che questa avvenga sulle superfici delle
strutture, sia che avvenga all’interno delle stesse, deve essere opportunamente monitorizzato
durante la fase progettuale sia per garantire le prestazioni di progetto sia per garantire la
conservazione della struttura e la salubrità degli ambienti.
La formazione delle muffe sui muri, la disgregazione degli intonaci, è proprio frutto di tale
problematiche, soprattutto negli ambienti con grandi immissione di vapore in ambiente.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
57
La formazione delle condense sulle superfici interne dei muri che caratterizzano le strutture
poco isolate con presenza di ponti termici, può verificarsi anche su strutture ben isolate, al suo
interno la dove il posizionamento dello strato isolante è mal posto rispetto alla permeabilità degli
strati rimanenti .
Dalle trattazione delle miscele d’aria secca e vapore d’acqua, si può ricordare che la
condensazione del vapor d’acqua si verifica quando la pressione dello stesso raggiunge la
pressione di saturazione, quest’ultima funzione della temperatura.
Premesso quanto detto al fine di scongiurare l’insorgere o meno della condensa occorre
pertanto controllare la temperatura, sia interna che superficiale della struttura, al fine di
garantire che sia maggiore della temperatura di rugiada per tale pressione .
Il parametro 𝛿 che misura la permeabilità al vapore anche detta diffusività , viene fornito per i
vari materiali dalla tabella 3 delle norme UNI 10351, ma solitamente i valori della resistenza al
flusso di vapore si trovano espressi in forma adimensionale mediante il parametro µ, dato dal
rapporto tra la resistenza al flusso di vapore del materiale in esame e quella di riferimento
assunta, pari alla resistenza alla diffusione del vapore offerta dall’aria a parità di spessore;
ovviamente per l’aria vale µ = 1.
Il flusso di vapore va dagli ambienti più caldi a quelli più freddi, per tanto dagli ambienti interni
verso l’esterno, ( da ambienti a
maggior contenuto di vapore
e maggior pressione, a gli
ambiente di minor pressione e contenuto di vapore) .
È possibile riscontrare che la condensa interna non ha luogo nelle pareti omogene mentre ha
luogo nelle pareti multistrato.
Solitamente si rileva che lo strato rivolto verso l’ambiente più ricco di vapore d’acqua presenta
una certa conducibilità termica; in tal caso la pressione di vapore d’acqua pv raggiunge valori
elevati, all’interno della parete ( che a causa della bassa resistenza termica) si trovano a
temperature relativamente basse e relativi valori di pressione di saturazione ps modesti, in tali
zone è molto probabile la formazione delle condense quando ( pv≅ps).
Le soluzioni possono essere suddivise essenzialmente in due :
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
-
58
Intervento esterno : proteggendo la struttura dal freddo ed intervenendo con un
isolamento dall’esterno che garantisce l’innalzamento delle temperature interne
della muratura e quindi anche della pressione di saturazione.
-
Intervento interno : disporre una vera e propria barriera al vapore sul lato interno,
sostanzialmente abbassando la pressione parziale del vapore.
La barriera vapore consiste in uno strato sottile, telo, con una permeabilità al vapore anche fino
a 100.000 volte inferiori a quella dell’aria, che possiamo trovare in una vasta gamma di prodotti
( fogli di polietilene, cloruro di venile, cartofeltrobitumato, ect ).
La valutazione del rischio di condensa, in via teorica potremmo effettuarla per mezzo
dell’applicazione della legge di Fick che consente di valutare la quantità di vapore condensato,
ma è prassi comune effettuare la verifica graficamente utilizzando il diagramma di Glaser che
consiste essenzialmente nel rappresentare unitamente all’andamento della temperatura
all’interno della muratura anche i valori della pressione di saturazione. Dal confronto di questi
ultimi con i valori di pressione parziali si riesce in modo non del tutto assoluto e verificare se vi
è la possibilità che si verifichi condensa.
Figura 18
(Verifica della formazione di condensa nella parete attraverso la costruzione del diagramma di Glaser)
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
59
Figura 19
(Verifica della formazione di condensa nella parete attraverso la costruzione del diagramma di Glaser,
nel caso in cui la curva delle Pressioni parziali e quella delle pressioni di saturazione abbiano un punto di
tangenza)
Figura 20
(Verifica della formazione di condensa nella parete attraverso la costruzione del diagramma di Glaser,
nel caso in cui la curva delle Pressioni parziali e quella delle pressioni di saturazione abbiano più punti di
intersezione.)
Ricordiamo che la maggior criticità per la formazione delle condense è proprio in
corrispondenza dei cosidetti ponti termici soprattutto se non opportunamente corretti,
limitandoci a ricordare che anche in tale aree, deve essere soddisfatta la relazione FT>0,7
dove FT (fattore di temperatura) è dato da:
𝐹𝑇 = Dove :
𝑇!" − 𝑇!
𝑇! − 𝑇!
𝑇!".
=
Temperatura superficiale della temperatura interna;
𝑇𝑒
=
Temperatura esterna;
𝑇!
=
Temperatura interna ;
Da un punto di vista operativo, se si desidera minimizzare i rischi di formazione di condensa
occorre:
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
60
-
ridurre la trasmittanza U [W/mK] del ponte termico;
-
aumentare la temperatura dell'aria interna Ti;
-
impiegare per la correzione dei ponti termici materiali isolanti che forniscano ottime
prestazioni in termini di resistenza termica e di durata nel tempo;
-
aumentare la ventilazione, evitando il ristagno dell'aria in corrispondenza degli
angoli, dietro ai mobili, ecc.;
-
verificare che il fattore di temperatura FT precedentemente definito sia maggiore o
al limite uguale a 0,7.
2.4) LE VARIE TEORIE DI TERMOFISICA ( Sistemi Bioclimatici )
"Gli edifici saranno disposti nel modo giusto se si terrà conto innanzi tutto delle regioni e delle
latitudini nelle quali si troveranno. Sembra infatti opportuno che gli edifici siano costruiti in un
certo modo in Egitto, in un altro in Spagna, non nello stesso modo nel Ponto, ancora in modo
diverso a Roma e così via in tutte le altre località con diverse caratteristiche sia dei terreni che
del clima, poiché in una zona la terra viene influenzata da vicino dal corso del Sole, in un'altra
questo è più lontano; in una di mezzo si troverà alla giusta distanza.“ (Marco Vitruvio Pollione)
Già nelle epoche antiche varie sono le tecniche di costruzione utilizzate che le popolazioni
attuavano al fine di garantire ottime condizioni di vivibilità anche in luoghi dove l’ambiente
naturale era meno favorevole. Corti interne, torri del vento e muri spessi sono solo alcuni dei
sistemi escogitati per il raffrescamento passivo dell’ambiente costruito. In Medio Oriente, per
esempio, area svantaggiosa agli insediamenti per via delle alte temperature raggiunte in estate
(oltre i 40°C), dei venti caldi e della grossa escursione termica tra giorno e notte, si sono resi
necessari vari stratagemmi volti a migliorare la vivibilità degli spazi abitativi; i risultati sono stati
il frutto di metodologie elaborate spontaneamente piuttosto che di una ricerca specifica,
maturate attraverso differenti esperienze di popolazioni insediate in aree geografiche adiacenti.
In Iran già nel 3000 a.C. le case erano costruite con muri molto spessi, in modo da creare
di giorno un forte accumulo termico nelle pareti, il cui calore era ceduto poi nelle ore più fresche
della notte. Ulteriori accorgimenti che venivano adottati nelle costruzioni del tempo erano, tra le
altre, l’apertura degli edifici quasi esclusivamente verso i cortili interni,
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
61
prevalentemente piantumati in modo da evitare la radiazione solare dei muri, e l’uso della
cupola, per cui l’aria calda tende a spostarsi nella parte alta della stessa, rinfrescando così le
zone “basse” occupate.
Anche le torri del vento (chiamate Badgir in Farsi) sono una soluzione architettonica usata
nell’antica Persia per sfruttare l’energia eolica e il principio di convezione al fine di mitigare il
caldo estivo tramite la ventilazione il raffrescamento passivo degli ambienti interni, rendendo
quindi le abitazioni più vivibili e confortevoli.
Anche nei tempi più recenti nelle campagne della Toscana, la costruzione dei casolari veniva
eseguita con particolari accorgimenti, atti sfruttare meglio le condizioni climatiche, pensiamo
all’orientamento che vedeva la disposizione dei prospetti più lunghi nella direzione Ovest-Est, la
realizzazione di finestre piccole per mitigare le dispersioni, la realizzazione di pareti di grandi
spessori realizzate con le pietre locali o i mattoni in cotto, la realizzazione delle stalle al piano
terra sottostante, l’unità abitativa al fine di sfruttare il calore prodotto dal bestiame, ed ottenere
una sorta pavimento radiante.
I sistemi passivi, il cui principio di funzionamento si basa su varie teorie di termofisica, che
possono essere classificati in tre grandi famiglie e in particolare.
Sistema a guadagno diretto
Sistemi passivi :
Sistema a guadagno indiretto
Sistema a guadagno separato
Visto l’intento del presente trattato di andare a valutare quanto possa contribuire da un punto di
vista energetico la realizzazione di questi sistemi applicati al fabbricato caso studio, si procede
a fare una prima elencazione dei sistemi più conosciuti e solo per alcuni la descrizione del
principio di funzionamento, per poi ricavare da valutazioni numeriche quanto uno di questi
antichi sistemi possa contribuire.
Il principale fattore che consente il funzionamento del maggior numero dei sistemi bioclimatici è
proprio la fonte energetica inesauribile e gratuità, quale l’energia solare, che in modo diretto o
indiretto consente l’attuazione di alcuni particolari trasformazioni fisiche che consentono il
condizionamento degli ambienti interni.
Un sistema per il riscaldamento solare consiste in tre elementi:
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
- Uno spazio
62
- Un pozzo ambientale
- Un accumulatore termico
gli scambi energetici possono avvenire tra :
- collettore e accumulatore
- collettore e spazio
- accumulatore e spazio
Un sistema per il raffrescamento dello spazio consiste in tre elementi:
- Uno spazio
- Un collettore
- Un accumulatore termico
gli scambi energetici possono avvenire tra :
- pozzo e accumulatore
- pozzo e spazio
- accumulatore e spazio
I principali fattori su cui tali sistemi passivi intervengono :
Riscaldamento: questo può avvenire in senso generale tramite l’accumulo, la distribuzione e la
conservazione dell’energia termica solare, le cui tecniche principali sono:
•
Muri Massivi ( massa termica)
•
Muro di Trombe-Michel
•
Sistema di preriscaldamento dell’aria
•
Serre solari / Atrio
•
Trasparent Insulation System
•
Roof Pond
Raffrescamento naturale: questo fenomeno può essere ottenuto, grazie alla ventilazione
naturale, alla schermatura e all’espulsione del calore indesiderato attraverso dissipatori di
calore ambientali, le cui tecniche principali sono:
•
Camini Solari
•
Sistema Barra - Costantini
•
Torri del vento
•
Effetto camino
•
Ventilazione incrociata
•
Camini eolici
Illuminazione diurna degli ambienti : un contributo passivo, anche se non in termini di
energia termica e di raffrescamento e lo sfruttamento della luce solare diretta e/o diffusa, che
consente di non utilizzare luce artificiale all’interno dei locali per mezzo della realizzazione di :
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
•
Pozzi di luce zenitale
•
Condotti di luce
•
Specchi riflettenti
63
Prima di entrare nella spiegazione del principio di funzionamento alla base di alcuni sistemi
bioclimatici sopra mensionati è importante precisare che per molti dei sudetti sistemi non è
ancora ben definito una specifico algoritmo di calcolo e molti di questi ancora oggi sono
progettati sulla base di conoscenze enpiriche e osservando quanto gli antichi hanno realizzato
nel passato.
Edward Mazria nel 1979 è stato tra i primi a dare una prima indicazione sul
criterio di dimensionamento, di tipo enpirico, infatti il metodo da lui proposto è stato determinato
sulla base delle indicazioni raccolte da vari esperimenti effettuati .
18
2.4.1) Sistemi solari passivo a guadagno diretto
La radiazione solare filtra dalle grandi aperture vetrate disposte a sud incidendo sulla massa
termica costituita da pavimenti muratura o solai che costituiscono l’edificio e che assolvono
direttamente la funzione di :
•
Captazione, mediante vetrate per irraggiamento ed effetto serra;
•
Accumulo dell’energia trattenuta da materiali ad elevata inerzia termica;
•
Distribuzione mediante le superficie di accumulo soprattutto per irraggiamento.
Figura 33
In questa categoria possono essere ricompresi:
18
•
Parete a guadagno diretto;
•
Parete a guadagno diretto con serra;
•
Tetto schermato a guadagno diretto;
Corso di laurea in scienze dell’Architettura – Laboratorio di Cost. dell’Arch.1A- a.a.2009-2010 Prof.
M.I.Ammirante
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
•
Tetto a guadagni diretto ;
•
Atrio;
64
2.4.1.1) Serra solare
Si intende serra solare uno spazio chiuso e separato dall’ambiente esterno, solitamente
addossato al fabbricato, con due o tre pareti trasparenti e relativa copertura che può essere a
sua volta trasparente o opaca. Il sistema dovrà essere dotato di opportuni sistemi di apertura e
di ombreggiamento al fine di garantire il corretto funzionamento anche nel periodo estivo, che a
secondo delle latitudini e delle esigenze termiche che si intende ricercare potranno essere più o
meno utilizzati. Le serre possono distinguere in più categorie ed in particolare:
Serre addossate;
Serre accostate;
Serre isolate;
La funzione principale e quella di accumulo di energia sotto forma di calore, che viene
essenzialmente esercitata dall’effetto serra.
La distribuzione del calore può differenziarsi in funzione alla tipologia ma anche in ragione delle
caratteristiche dimensionali geometriche etc che distinguono ogni singolo edificio.
Il dimensionamento di tali strutture è molto complesso in quanto le variabili in gioco sono
molteplici quali:
•
Da un punto di vista della location:
Clima, Latitudine, Direzione venti principali, Orientamento, Gradi giorno.
•
Da un punto di vista delle caratteristiche costruttive dell’edificio principale
o
Massa di accumulo;
o
Caratteristiche stratigrafiche della strutture, e dimensione degli isolanti;
o
Caratteristiche del vetro;
o
Sistemi di ombreggiamento;
o
Sistema di apertura / ventilazione.
Solitamente una serra solare è in grado di raccogliere energia in esubero a quanto ne serva e
per tanto si presta benissimo a fornire calore agli ambienti adiacenti.
Per il calcolo energetico della serra solare si fa riferimento alle norme UNI/TS 11300 e alla UNI
EN ISO 13790, mentre si segnala l’esistenza di alcuni metodi empirici per il dimensionamento
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
65
di cui il più conosciuto è quello elaborato dal Professore Arch. Edward Mazria nel proprio
trattato del 1979.
Il metodo di calcolo degli apporti solari diretti ed indiretti, riportato nell’Appendice E delle norme
UNI EN 13790:2008 stabilisce che l’apporto termico solare entrante nell’ambiente climatizzato
attraverso la serra è calcolabile come :
Qss=Qsd +Qsi
(MJ)
Figura 21
19
Un serra solare deve essere un ambiente separato dall’ambiente climatizzato, adiacente per
mezzo di una parete, alla quale sarà affidato la funzione di trasferimento di calore acquisito
direttamente dal surriscaldamento della superficie dai raggi solari, (apporti diretti, Qsd), sia dal
calore accumulato dalle altre superfici esposte, che fanno da ricettore per poi diffondersi
nuovamente all’interno della scatola calda indirettamente, parzialmente, attraverso la parete di
divisione. ( apporti indiretti Qsi).
Se prendiamo in esame un qualsiasi edificio e individuiamo una parete specifica
opportunamente esposta a Sud, possiamo dire che questa parete avrà una dispersione verso
l’esterno e verso la volta celeste e a sua volta potrà ricevere un apporto termico solare .
Nell’ipotesi che potessimo realizzare una serra solare in aderenza alla stessa parete
verificheremo che la stessa parete ora disperderebbe verso la serra, e riceve un apporto solare
dalla serra sia in termini di apporto diretto che indiretto. Molti altri fattori devono essere tenuti di
19
UNI EN ISO 13790:2008
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
66
conto per la progettazione di una serra solare come ad esempio il sistema di ombreggiamento,
il sistema di apertura delle vetrate, la disposizione delle stesse a secondo dei venti
predominanti della zona, la pavimentazione interna alla serra, la scelta del vetro, e del tipo di
telaio, tenendo ben presente dei benefici energetici nel periodo invernale ma anche e
soprattutto le criticità che possono verificarsi nel periodo estivo. Proprio in funzione dell’ultimo
aspetto tale strutture devono essere dotati di sistemi di oscuramento / schermatura, oltre che di
un accurato studio dei sistemi di apertura interna / esterna, che consentono di innescare il
cosidetto effetto camino che consente all’area calda nel periodo estivo di evacuare dalle finestre
in alto, generando un moto convettivo capace di estrapolare aria calda anche dagli ambienti
vicini raffrescandoli, come rappresentato in figura.
Figura 22
2.4.1.2) Atrio
L’atrio, che come vedremo nel dettaglio può essere anche considerato come una grande serra,
strutturalmente più inglobato nell’architettura dell’edificio.
Solitamente l’atrio è una zona di filtro, con funzione di collegamento esterno / interno e di
distribuzione ai diversi ambienti, frequentemente utilizzato in grandi edifici condominiali, grandi
centri uffici o edifici pubblici.
Tale struttura, quando realizzato delle opportune dimensioni, con ampie vetrate verticali e/o
orizzontali, può essere considerato come sistema solare passivo a guadagno diretto, purché in
fase di progettazione si sia tenuto, conto di particolari accorgimenti, finalizzati a far verificare il
così detto effetto serra nel periodo invernale, e l’effetto camino, che vedremo nel dettaglio di
seguito, nel periodo estivo.
L’effetto serra ricercato per tale struttura, dovrà essere garantito dalla particolare proprietà del
vetro, capace di essere attraversato dalle radiazioni di media lunghezza d’onda, mentre risulta
opaco
alle radiazioni d’onda inferiori e a quelle superiori, caratteristica quest’ultima che
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
67
consente ai raggi solari di attraversare il vetro, riscaldando l’ambiente e trattenendo a sua volta
le radiazioni generate dai materiali surriscaldati della struttura, che emetteno radiazioni a
lunghezza d’onda superiori a quelle attraversabili nel vetro.
A sua volta molto del calore presente sarà disperso attraverso la vetrata per conduzione a
causa di una bassissima resistenza termica del vetro.
Importante ricordare che l’atrio pur privo di climatizzazione, nella valutazione complessiva può
essere considerato come ambiente esterno climatizzato protetto dal freddo e dal caldo, dalle
piogge e dai venti
e perciò tiepido, fattore quest’ultimo che consente di ridurre le dispersioni
dell’involucro verso questi ambienti alla sorta di quanto accade in una serra addossata.
La fase dell’anno più critica è essenzialmente il periodo estivo, durante il quale è necessario la
protezione dell’irraggiamento che dovrà essere attuato per mezzi di ombreggiamenti fissi e/o
per l’apertura e la chiusura di sistemi di oscuramento. Oltre ad intervenire sull’attenuazione
della luce/calore in ingresso per garantire il benessere interno, è solitamente necessario
progettare questa struttura con una specifica forma garantendo un volume stretto e lungo con
apposite apertura sulla sommità e in basso, che possano consentendo all’aria calda più
leggera,
di uscire, e creare una depressione forte all’interno dell’atrio favorendo il movimento
di altre masse d’aria verso l’alto, benché a temperature più basse in quanto non irraggiate
provenienti dagli ambienti / unità che si affacciano sull’atrio e consentendo un vero e proprio
raffrescamento naturale di tipo passivo.
2.4.2) Sistemi solari passivo a guadagno indiretto
Nei sistemi a guadagno indiretto, la radiazione solare, viene ricevuta direttamente dalla struttura
dell’involucro, trasmessa poi all’interno dell’involucro in forma di energia termica.
Per tanto la differenza sostanziale è che i raggi solari non entrano all’interno dei locali ma verrà
intercettata dal così detto collettore solare e assorbitore, che provvede ad a trasformare
l’energia in calore per poi essere trasmessa per irraggiamento o convezione con gli ambienti,
con uno sfasamento di alcune ore.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
68
Figura 23
In questa categoria possono essere ricompresi:
•
Muro accumulatore;
•
Collettore a parete con pavimento accumulatore;
•
Camini solari;
•
Tetto accumulatore ;
•
Muro di Trombe-Michel;
•
I muri a diodo;
•
La copertura Roof Pond.
2.4.2.1) Muro di Trombe-Michel
E’ costituito da una parete massiva rivolta verso sud, in muratura o calcestruzzo, dipinta di
scuro, che costituisce l’elemento di assorbimento e accumulo. Ad una distanza di circa 10-15
cm è disposto il collettore che intrappola le radiazioni solari, costituito da una parete vetrata.
Per evitare il raggiungimento di altissime intercapedini ( 60-65°C) è necessario prevedere
opportuni sistemi di schermatura del vetro al fine di attenuare l’irraggiamento.
Anche questo sistema così come quelli precedentemente visti funziona grazie all’effetto serra
che si crea all’interno della dell’intercapedine.
Sia sul muro massivo che sulla vetrata sono presenti doppia fila di bocchette sia in basso che in
alto della struttura dotate di sistemi di apertura e chiusura regolabile.
Il calore, così prodotto, viene trasferito all’interno degli spazi abitati secondo due modalità:
•
per convezione e irraggiamento dalla superficie interna del muro grazie all’inerzia
termica del muro stesso;
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
•
69
Per una circolazione termosifonica determinata da moti convettivi dell’aria, la quale
riscaldata dall’effetto serra, sale verso le bocchette superiori entrando negli ambienti e
uscendone raffreddata e quindi appesantita, dalle aperture inferiori.
L’apertura e la chiusura delle bocchette sarà funzionale alla stagione e all’ora della giornata al
fine di generare i giusti apporti agli ambienti adiacenti.
Gli apporti energetici generati da questo sistema sono sicuramente minori rispetto a quelli
precedentemente trattati, ma in ragione del
contenuto costo di realizzo, è sicuramente
vantaggioso la sua realizzazione.
L’utilizzo del muro ed in particolare la gestione di apertura e chiusura delle bocchette è di
estrema importanza al fine di garantirne il funzionamento ma anche abbastanza intuitivo, tanto
da entrare facilmente nelle operazioni comportamentali dell’utente.
Figura 24
La metodologia di calcolo per la determinazione dell’apporto energetico di tale sistema è
normato danna norma UNI EN ISO 13790:2008 - Appendice E. capitolo 4 per mezzo della
formula:
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
70
∆𝐻 = 𝜌! 𝑐! 𝑞!" ,!"
Dove :
𝑈!
𝑈!
!
𝛿𝑘!" 20
𝑐!
=
Capacità termica del volume d’aria;
𝑞!",!"
=
Valore impostato della portata d’aria attraverso l’intercapedine ;
𝑈! =
Trasmittanza esterna ;
𝑈! =
Trasmittanza interna ;
𝐾!"
=
𝜌!.
Fattore definito da = 1 − 𝑒𝑥𝑝
!!!" !
!! !! !!" ,!"
2.4.2.2) Muri massivi
Il presente sistema è per taluni aspetti molto simile al muro di Trombe-Michelle con una
sostanziale differenza dovuta principalmente dalla mancanza delle aperture di comunicazione
tra l’intercapedine d’aria esistente tra la lastra di vetro ed il muro . Tale sistema prevede per
tanto la trasmissione di calore solo per mezzo della convezione e irraggiamento, con un
rendimento molto minori e nessun effetto di raffrescamento nel periodo estivo.
2.4.2.3) Roof Pond
Il sistema a tetto d’acqua, si basa sul fenomeno dell’inerzia termica determinato da grandi
masse d’acqua, che poste sulla copertura nella stagione fredda, restano esposte al sole
durante il giorno e coperte con particolari pannelli isolanti durante la notte. In estate il processo
si inverte, onde evitare il surriscaldamento diurno e consentire invece il raffrescamento
notturno.
Mano a mano che il calore viene captato dall’acqua, per mezzo del solaio sottostante
solitamente realizzato con materiale altamente conduttivo, solitamente in metallo , mentre una
struttura di pannelli rigidi scorrevoli per l’isolamento notturno assicura la robustezza e la facilità
d’uso.
Tale sistema non si configura come ideale per le nostre latitudini in ragione del fatto che
l’irraggiamento solare sulle superfici verticali
orizzontali.
20
NORMA UN EN ISO 13790
è maggiore rispetto a quello sulle superfici
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
71
2.4.2.4) Effetto camino
Quando due masse d’aria hanno differenti temperature anche la loro densità e pressione sono
differenti e si genera un flusso d’aria che fa si che l’aria a minore densità tenderà a salire,
aspirando a sè l’aria a densità più alta.
L’effetto camino in generale sfrutta tale principio per provvedere al raffrescamento naturale
degli ambienti interni . Al fine di garantire tale effetto devono essere opportunamente progettate
e realizzate opportuni sistemi di apertura in alto ( copertura ) e in basso per consentire l’entrata
di nuova area dall’esterno ed evitare effetti di depressione. Solitamente tale sistema può
arrivare a garantire 4-6 rinnovamenti orari dell’aria di un ambiente, per tanto non molto alta ma
sufficiente ad evitare surriscaldamenti e stratificazione dell’aria all’interno dei locali fastidiosi.
21
Per aumentare ed accentuarne il funzionamento è possibile realizzare specifici sistemi come il
camino solare brevemente descritto di seguito.
Buona regola di progettazione è prevedere la captazione dell’aria fredda o da pozzi / gallerie
sotterrane specificatamente progettate e realizzate o da specifiche aree del fabbricato,
denominate SERBATOI DI ARIA FRESCA, specificatamente progettate sui prospetti nord, più
ombreggiate,
solitamente costituite da loggie, corti interne, rientranze ect,
eventualmente
dotate di una cospicua vegetazione , fontane d’acqua ect.
2.4.2.5) Camino Solare
Il camino solare, finalizzato al raffrescamento estivo e passivo di un immobile consiste
semplicemente, in un condotto verticale/ orizzontale posto sulla copertura che collega i locali
da raffrescare, con l’ambiente esterno, realizzato quest’ultimo con metallo o con materiale
simile capace di surriscaldarsi facilmente se esposto all’irraggiamento solare. Non appena i
raggi solari surriscaldano la struttura anche l‘aria al suo interno tenderà a riscaldarsi, che per
effetto camino sopra descritto provvederà ad aspirare aria dall’interno della struttura.
Questo sistema deve prevedere degli appositi sistemi di chiusura per il periodo invernale.
2.5) SISTEMI A GUADAGNO ISOLATO
In questi tipi di sistemi, cui sarnno soltanto accennati, la captazione di energia e l’accumulo
termico possono essere separati, dell’edificio e si ha possono realizzare differenti sistemi:
21
www.arch.unige.it Corso di progettazione bioclimatica docente Andrea Giachetta
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
Termosifone
72
Sistema Barra-Costantini
Ventilazione Ipogea
In breve il sistema denominato Termosifone consiste in un collettore con piastra assorbitrice e
accumulo termico distaccato dall’edificio, ma collegato con quest’ultimo tramite una condotta
d’aria. L’aria calda
salendo si dirige verso l’interno dell’edifico
al quale cede calore per
convezione, mentre lo stesso termosifone aspira aria a temperatura più fredda dallo stesso
ambiente per provvedere a riscaldarla. Come visto già per altri sistemi è di fondamentale
importanza prevedere il comportamento nei periodo estivi, progettando possibili cambiamenti di
flussi o schermatura dello stesso Termosifone.
Altro breve accenno merita un altro sistema
passivo a guadagno isolato, tutto italiano,
sviluppato nel sud dell’Italia da O. Barra Costantini, che consiste essenzialmente nella
realizzazione di apposita facciata in vetro , intercapedine d’aria e muro. All’interno
dell’intercapedine è istallato l’assorbitore costituito solitamente da un pannello metallico, che
riscaldandosi velocemente una volta esposta all’irraggiamento solare, cede il proprio calore
all’aria circostante, che in forza di appositi sistemi di valvole raggiunge i canali d’areazione
realizzati all’interno dei solai e generando un vero e proprio moto d’aria che a secondo della
stagione o dell’orario ( giorno e notte ) vengono gestiti al fine di riscaldare e/o raffrescare gli
ambienti interni.
Figura 25
( Universita G.d’Annunzio- DiTAC – Pescara)
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
73
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
Il caso studio preso in esame consiste in un edificio, di recente costruzione ultimato nel 2014,
posto nel Comune di Fauglia Provincia di Pisa, zona climatica D con 1682 gradi giorno.
Il progetto e il relativo permesso a costruire riguarda in particolare due edifici, che per quanto
architettonicamente differenti fra loro, mantengono degli elementi di dialogo creando una certa
armonia d’insieme.
La filosofia progettuale e metodologia costruttiva che contraddistingue i due edifici mira
all’ottenimento di due fabbricati ad altissime prestazioni, con ridottissimi costi di gestione e di
consumi energetici. Entrambi sono ancora in fase di Audit presso l’ente certificatore Casa Clima
Klima Haus di Bolzano, per l’acquisizione della classe energetica
“Casa Clima A” .
Il progetto di cui sopra, così come progettato e pensato, ha ottenuto un ottimo risultato di
Caso
st
Figura 26
2
Efficienza energetica dell’involucro pari a 14 kWh/m anno, risultato ottenuto certamente grazie
alla grande determinazione e convinzione della committenza, che ha creduto sin dall’inizio nella
filosofia di voler e dover da un punto di vista morale, costruire un edificio a bassissimo impatto
ambientale, in
Figura 27
( Classificazione efficienza energetica derivanti dal calcolo eseguito con software X-clima )
linea anche agli obbiettivi ambientali fissati per la riduzione delle emissioni in atmosfera. Cosa
importante da segnalare che secondo l’attestazione di prestazione energetica (APE), che il
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
74
DLgs 152/05 e smi, che ne impone la dotazione a tutti i nuovi fabbricati, elaborato secondo la
norma UNI/TS 11300,
determina che il sudetto fabbricato pur prevedendo una ottima
prestazione dell’involucro ed un ottimo sfruttamento degli apporti solari di tipo passivo, essendo
per il momento sprovvisto di impianti attivi per la produzione di energia rinnovabile, classifica
tale immobile in classe A con un Fabbisogno di energia primaria globale ( Acs +
2
Riscaldamento) di 35,30 Kwh/m anno.
3.1) PARTICOLARITÀ DEL PROGETTO
3.1.1) L’idea progettuale
Figura 28
( Schizzi di progetto )
L’edificio nasce dallo studio di forme minimaliste e moderne. Lo studio volumetrico ha portato
ad ottenere volumi come se fossero in bilico tra di loro, cercando di creare grandi volumi
aggettanti in modo da poter “ stare più vicini alla natura “come a portarsi sempre di più a
vedere cosa c’è più in là… da qui nasce l’idea del “cannocchiale” al piano primo, quale
elemento portante e che contraddistingue l’intero edificio. (Figura 29)
L’intero progetto nasce dall’idea di voler trovare una continuità tra interno ed esterno, in modo
tale che stando all’interno ci si può sentire immersi nella natura, e viceversa stando all’esterno
ci possiamo sentire all’interno e protetti dall’edificio. Oltre allo studio delle forme e delle
composizioni architettoniche, grande attenzione è stata posta agli aspetti bioclimatici e
impiantistici.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
75
Figura 29
I primi hanno portato all’inserimento di elementi, che consentono la protezione del sole nel
periodo estivo ed un ottimo irraggiamento nel periodo invernale. In fase progettuale si è dato
particolare importanza anche alla parte impiantistica riuscendo così a recuperare fino all’80%
del calore dall’aria ricambiata con la ventilazione meccanizzata.
Sul prospetto Nord sono state limitate al minimo indispensabile le aperture, mentre sul
prospetto Sud, sono state realizzate grandi aperture opportunamente ombreggiate da elementi
architettonici o da sistemi frangisole che possono essere gestiti dal’impianto domotico capace di
captare l’eventuale eccesso di irragiamento sul’infisso nel periodo estivo ect.
Come precedentemente accennato, un ruolo fondamentale per il raggiungimento del risultato
ottenuto è sicuramente da ricondurre alla committenza che, convinta e sufficientemente edotta
in materia per loro particolare attenzione al sistema ambiente, ha provveduto a coinvolgere i
progettisti dai primi passi come ad esempio nella scelta della presella, su cui edificare le future
abitazioni.
Il suggerimento dei progettisti, ha consentito la committenza di scegliere il lotto 7 dell’Atr.02
sulla base delle seguenti considerazioni:
-
Le dimensioni del lotto e il proprio sviluppo plani-altimetrico, questo consentiva,
rispetto ad altri terreni candidati, di poter
perfetto rispetto dell’assialità
disporre entrambi i due immobili nel
Sud–Nord e garantire per tanto la perfetta
esposizione;
-
Tale lotto rimaneva leggermente isolato rispetto al resto dei lotti, garantendo per
tanto che una volta edificati tutti le altre preselle della lottizzazione, non si
presentassero alterazioni delle condizioni di contorno, con ombreggiamenti vari ect;
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
-
76
L’area d’intervento è ben ventilata dai venti di mare, e nel contempo ben protetta
dai venti freddi di tramontana in quanto la presella si trovava a mezzo costa del
crinale esposto a Sud e Sud-Ovest direzione mare;
-
Ottima vista sul bosco incontaminato.
3.1.2) Specifiche del progetto
Figura 30
L’immobile preso in esame, è una villetta unifamiliare di forma in pianta squadrata, organizzata
su tre livelli di cui uno seminterrato ed due fuori terra.
La porzione seminterrato non ha per il momento la destinazione abitativa e rimarrà una grande
volume parzialmente chiuso, mentre l’abitazione è organizzata negli ambienti ritrovati al piano
terra e piano primo.
Dalla lettura della planimetrie si evince che anche la disposizione degli ambienti interni ha
cercato per quanto possibile provvedere a dislocare tutti gli ambienti vivibili sul lato sud, e i lati
di servizio e/o accessori sul lato Nord, proprio nel rispetto delle considerazioni fatte nei paragrafi
precedenti e riguardanti il benessere dei locali, la luminosità, e gli apporti solari gratuiti.
La scelta progettuale ha portato a privilegiare
una
tipologia costruttiva massiccia, scelta
quest’ultima derivante principalmente dai dati che caratterizzano la zona climatica D per la
quale è importante prevedere la protezione dell’involucro dal freddo, quanto verificare il fattore
caldo ed la protezione al surriscaldamento estivo.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
77
Figura 31
Caratteristiche strutturali : Nello specifico l’edificio ha una struttura a telaio in c.a. e
tamponata con blocchi in calcestruzzo cellulare, della azienda Xella tipo Ytong CLIMA GOLD
sp.42cm, oltre che un contro placcaggio interno con cartongesso + lana di roccia interposta, (
2
trasmittanza 0,16 W/m K – sfasamento 18,78 ore) . Per l’isolamento della strutura in c.a è stato
utilizzato il sistema a cappotto denominato Ytong Multipor sempre della azienda Xella di sp. 16
cm, lato esterno e contro placcaggio interno con lana di roccia 5 cm piu lastra cartongesso. Tutti
gli elementi aggettanti sia se confinanti con ambienti riscaldati che non sono stati isolati con
pannelli Ytong di 10 cm applicato sul lato esterno onde evitare il raffreddamento della struttura.
La copertura piana, è una sorta di giardino pensile, il cui elemento di finitura esterno è costituito
da strato in ghiaietto bianco di marmo per uno spessore medio di 5/8 cm e la cui stratigrafia e
meglio evidenziata nella figura sotto riportata , presenta uno spessore medio di 79 cm (
2
trasmittanza 0,129 W/m K – sfasamento 12 ore).
Come evidenziato nella tavola di progetto (Figura 33) sono stati individuati graficamente ogni
ponte termico, di rilevato interesse e/o particolare criticità catalogandolo, e valutando per
ognuno di esso lo specifico studio del dettaglio costruttivo così come rappresentato in alcuni
grafici sotto riportati dei tanti sviluppati in fase di progetto. (Figura 35-36-37).
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
78
Figura 32
Figura 33
La struttura essendo questa di tipo intelaiata su una parete o su un solaio che delimita
l’involucro dell’abitazione, proprio in corrispondenza della struttura in c.a., vi sarà una
stratigrafia differente, ed
è opportuno pertanto differenziare in termini di caratteristiche e
quantificare in termini di superfici, al fine di potere considerare tale aspetto in fase di calcolo e
valutarne il loro contributo . Nella tavola grafica (Figura 34-35-36) si evidenziano prima in pianta
poi anche in prospetto le differenti stratigrafie, quantificandone il totale di superficie disperdente
per ogni singola tipologia senso di esposizione ect.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
Figura 34
Figura 35
79
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
80
Figura 36
Nella tabella sotto riportata si riportano i dati caratteristici delle varie strutture opache che
definiscono l’involucro edilizio utilizzati nel calcolo .
Componenti opachi confinanti con l’esterno (uni en iso 6946:2007 - uni en iso 13789:2008)
Soluzione di progetto Caso studio
Descrizione
Esposizione
A i netta
Ui
A i ⋅U i
[m²]
[W/m²K]
[W/K]
Solaio interno
Tetto
3,59
0,284
1,02
Parete esterna tipo2
Est
51,44
0,164
8,44
Parete esterna tipo2
Nord
30,52
0,164
5,00
Parete esterna tipo2
Sud
35,85
0,164
5,88
Parete esterna tipo2
Ovest
62,89
0,164
10,31
Parete esterna_tipo3
Est
3,46
0,382
1,32
Solaio terrazza lotto B
Tetto
17,39
0,128
2,23
Parete esterna_tipo3
Nord
10,99
0,382
4,20
copertura
Tetto
67,59
0,129
8,72
Solaio interno
Pavimento esterno
8,26
0,284
2,35
Parete esterna tipo4
Est
10,60
0,298
3,16
Parete esterna tipo4
Nord
12,16
0,298
3,62
Porta interna
Nord
0,97
2,200
2,12
Σ A i ⋅U i :
58,36
Tabella 1
L E G E N D A ( C O M P O N E N T I O P A C H I C O N F IN A N T I C O N L ’ E S T E R N O )
D E F IN IZ IO N E
S IM B O L O
U N IT A ’ D I M IS U R A
A R E A N E T T A D E L L A S U P E R F IC IE O P A C A S C A M B IA N T E C O N L ’ E S T E R N O
Ai
[m²]
T R A S M IT T A N Z A T E R M IC A D E L L A S U P E R F IC IE O P A C A S C A M B IA N T E C O N L ’ E S T E R N O
Ui
[W/m²K]
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
Figura 37
Figura 38
Figura 39
81
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
82
I serramenti esterni: Gli infissi, quale altro elemento fondamentale ai fini della definizione della
scatola calda, richiedono un’attenta progettazione, al fine di comprendere quale tipologia sarà
più adatta da istallare, soprattutto in funzione delle proprie caratteristiche tecniche, oltre a
considerare l’eventuale esposizione/protezione agli agenti metereologici, anche per meglio
valutare se le prestazioni previste potranno essere garantiti per un lungo periodo o se queste
potranno avere forti deperimenti.
Figura 40
Altro aspetto di fondamentale importanza riveste il sistema di istallazione e alloggiamento
infisso, che deve garantire l’alta efficienza considerata in fase di calcolo, considerando lo
specifico nodo parete/infisso. Nel caso specifico è stato prevista l’istallazione di infissi in Pvc
2
dell’azienda Internom modello Kf 410 di cui parte a vetro doppio (0,60 W/m K) e parte a vetro
2
triplo (01,30 W/m K), canaletta calda e vetro basso emissivo.
Come più volte ripetuto, è necessario provvedere a correggere/risolvere i ponti termici possibili
sul vano finestra al fine di renderlo efficiente sia da un punto energetico che da un ponto di vista
di tenuta all’aria, grazie ad apposite nastrature. Nel progetto in esame è stato scelto di adottare
un sistema di monoblocco, chiuso su quattro lati con tanto di cassonetto e spallette isolate
anche già, predisposto per l’alloggio di allarme, zanzariere, frangisole il tutto completamente a
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
83
scomparsa evitando inoltre che eventuali interventi successivi che potrebbero andare a
compromettere tutto il lavoro svolto.
Figura 41
Da un punto di vista progettuale nel rispetto di quanto precedentemente argomentato, sono
state previste ampie vetrate sul prospetto rivolto a Sud, opportunamente ombreggiati da propri
elementi architettonici, che ne possono garantire il massimo irraggiamento nel periodo invernale
ed una ottima protezione nel periodo estivo, limitando al minimo indispensabile le aperture
rivolte sul prospetto a Nord .
Tutte le aperture sono inoltre dotate di sistemi di ombreggiamento esterni automatizzati,
costituiti da frangisole orientabili che consentono anche di controllare e gestire il grado di
luminosità dei locali, e mitigare le dispersioni del vetro nella stagione invernale e nella notte.
Tali sistemi di ombreggiamenti sono comandati dalla centralina domotica capace di verificare,
soprattutto sulle aperture rivolte a Ovest e Est un eccessivo irraggiamento, o eccesivo vento
che ne aumenterebbe il riscaldamento dei locali o la dispersione. Negli elaborati sotto riportati
si può trovare l’abaco delle finestre e relativo studio del particolare sistema infisso/muratura.
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
84
Componenti edilizi trasparenti confinanti con l’esterno
(uni en iso 10077 - uni en iso 13789:2008)
Soluzione di progetto Caso studio
Descrizione
Esposizione
N°
Ai
Sud
2.0*2.3_B
Ovest
2.2*2.3_B
Sud
1
6,20
1
4,13
1
4,83
0.9*2.1_B
Nord
1
1,89
0.55*2.3_B
Est
1
1,26
0.6*1.3_B
Nord
1
0,78
1.0*2.3_B
Ovest
1
2,30
2.3*2.3_B
Sud
1.5*1.7_B
Est
2.0*1.7_B
Sud
fshut
UW+shut
[m²]
3.6*2.3_B
1-
UW
1
5,29
1
1,40
2
6,80
Lucernario Velux 0.8*0.8
Tetto
1
0,64
0.6*1.3_B PP
Ovest
2
1,56
0.6*1.3_B PP
Nord
1
0,78
0.9*2.36_B
Est
1
2,12
fshut
[W/m²K]
A i ⋅U W ⋅ (1-f s h u t )
A i⋅ U W+shut ⋅ f shut
[W/K]
0,878
0,4
2,18
0,878
0,6
3,27
0,904
0,4
1,49
0,904
0,6
2,24
0,892
0,4
1,72
0,892
0,6
2,59
0,938
0,4
0,71
0,938
0,6
1,06
1,036
0,4
0,52
1,036
0,6
0,79
1,045
0,4
0,33
1,045
0,6
0,49
0,917
0,4
0,84
0,917
0,6
1,27
1,430
0,4
3,03
1,430
0,6
4,54
0,889
0,4
0,50
0,889
0,6
0,75
0,923
0,4
2,51
0,923
0,6
3,77
1,044
0,4
0,27
1,044
0,6
0,40
1,045
0,4
0,65
1,045
0,6
0,98
1,045
0,4
0,33
1,045
0,6
0,49
0,932
0,4
0,79
0,932
0,6
1,19
Σ A i ⋅U i ⋅h:
39,67
Tabella 2 (Componenti edilizi trasparenti confinanti con l’esterno)
LEGENDA (COMPONENTI EDILIZI TRASPARENTI)
U N IT A ’ D I
D E F IN IZ IO N E
S IM B O L O
A R E A N E T T A D E L L A S U P E R F IC IE V E T R A T A S C A M B IA N T E C O N L ’ E S T E R N O
Ai
[m²]
T R A S M IT T A N Z A T E R M IC A D E L L A S U P E R F IC IE V E T R A T A S C A M B IA N T E C O N L ’ E S T E R N O
UW
[W/m²K]
T R A S M IT T A N Z A T E R M IC A D E L L A F IN E S T R A E D E L L A C H IU S U R A O S C U R A N T E IN S IE M E
U W+shut
[W/m²K]
f shut
[-]
M IS U R A
F R A Z IO N E A D IM E N S IO N A L E D E L L A D IF F E R E N Z A C U M U L A T A D I T E M P E R A T U R A , D E R IV A N T E D A L
P R O F IL O O R A R IO D I U T IL IZ Z O D E L L A C H IU S U R A O S C U R A N T E E D A L P R O F IL O O R A R IO D E L L A
D IF F E R E N Z A T R A T E M P E R A T U R A IN T E R N A E D E S T E R N A
Imput di progetto: Sulla falsa riga di quanto solitamente viene fatto per la relazione tecnica ai
sensi dell’art.28 Legge n°10 del 09-01-1991 attestante la rispondenza alle prescrizioni in
materia di contenimento energetico degli edifici si riportano in dati di imput per la
determinazione del Fabbisogno energetico.
Parametri climatici della località:
Gradi giorno 1682 (GG)
Temperatura minima di progetto:
-1 (C°)
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
85
Dati tecnico costruttivi dell’edificio e delle relative strutture:
T.Int.
20,00 (C°)
Volume Lordo
822,26 m
S/V
0,75 m
3
-1
U.Int.
65,00 (%)
Sup. Lorda
614,84 m
2
Sup. Utile
150,70 m
2
Dati geografici e ventosità della località
Comune
FAUGLIA
Provincia di riferimento
2° Prov. per la radiazione solare
PISA
Alt.
Lat.
Grad
Rg
Zona
Mare
V.vent
[m.s.l.]
[Deg]
[°C/m]
vent
vent
[km]
[m/s]
C
2
91,00
43,34
4,00
43,42
LIVORNO
0,007
C
2
2,40
43,33
Tabella 3
Dati relativi agli impianti : L’edificio è dotato di un impianto termico autonomo, a pompa di
calore PdC a ciclo inverso a compressione di gas, azionata da motore elettrico e fluido vettore
acqua 40, la quale provvede a soddisfare le esigenze di climatizzazione invernale/estiva e di
produzione di ACS. L’impianto termico è dotato di un sistema di termoregolazione pilotato dalla
temperatura media rilevata da più ambienti e da sonda esterna.
Il sistema è dotato di
programmatore che consente l'accensione e lo spegnimento automatico e la regolazione della
temperatura media degli ambienti su almeno 2 livelli di temperatura nell'arco delle 24h. Al fine di
non determinare surriscaldamento nei singoli locali per effetto degli apporti solari e degli apporti
gratuiti interni saranno installate valvole elettromeccaniche per ogni circuito radiante comandate
da cronotermostati di zona.
La distribuzione del vettore termico avviene mediante collettori e tubazioni opportunamente
coibentate di andata e ritorno.
Nell’edificio la produzione di acqua calda sanitaria avviene mediante la PdC, in maniera semiistantanea tramite il puffer da 500 litri; la distribuzione avviene con tubazioni idonee, coibentate
a norma DPR 412/93 e successive integrazioni. Il circuito sanitario sarà dotato di ricircolo
comandato da termostato e timer allo scopo di limitare le dispersioni energetiche.
L’impianto è stato realizzato e predisposto già per l’impianto solare, per una
futura
installazione, infatti il puffer da 500 lt è dotato di un serpentino sul fondo da xxx mq per
l’integrazione della fonte solare .
3) CASO STUDIO DI UNA UNITA ABITATIVA
86
L’immobile è dotato di sistema di ventilazione meccanizzata VMC che garantisce un ricambio
3
medio giornaliero di 0,46 ( Vol/h) con portata di ricambio 223,71 (m /h), portata d’aria circolante
3
attraverso apparecchiature da recupero del calore disperso 134,22 (m /h) ed un Rendimento
termico delle apparecchiature di recupero del calore disperso 0,86 %.oooooooooo
Anche nella realizzazione dell’impianto idrico-sanitario si è voluto fare attenzione all’aspetto di
ottimizzazione e rispetto ambientale, prevedendo uno specifico sistema di raccolta delle acque
piovane direttamente dai tetti che dopo uno specifico trattamento di depurazione, provvede
all’alimentazione dei sciacquoni di tutti i bagni presenti nell’edificio ed evitare di utilizzare acqua
dell’acquedotto.
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
87
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
Nel presente capitolo provvederò ha riportare i vari risultati di calcolo per estrapolare il
fabbisogno energetico effettivo in regime intermittente,
per mezzo del software MC4 suite
2014, dotato del certificato n°27 dal comitato termotecnico italiano, metodologia di calcolo che
considera il funzionamento degli impianti in regime intermittente in funzione di specifici settaggi
che valutano oltre che le condizioni climatiche, anche le abitudini dei fruitori, ect. .
Importante far presente che nella redazione della relazione tecnica come disposto dall’articolo
28 della legge 9 gennaio 1991, n. 10, attestante la rispondenza alle prescrizioni in materia di
contenimento del consumo energetico degli edifici il calcolo viene eseguito in regime continuo
senza per tanto andare a valutare le effettive variabili
in gioco, quali l’ottimizzazione di
funzionamento dell’impianto ect.
Nello specifico saranno eseguiti cinque differenti calcoli in regime intermittente, che
differentemente dal calcolo a regime continuo di cui sopra, consente di avere una fotografia più
realistica dei fabbisogno di energia, in funzione degli apporti gratuiti solari ed interni, legati a
sua volta all’utilizzo dell’immobile, il tutto valutato per ogni variante al progetto, ed in particolare:
1. Il primo calcolo sarà rappresentativo delle caratteristiche costruttive e progettuali del
fabbricato così come realizzato, sia rispetto alle caratteristiche degli elementi opachi e
trasparenti,
che
nel
riguardo
delle
superficie,
dei
volumi,
delle
forme
e
dell’orientamento che caratterizzano il progetto . ( Soluzione A)
2. Un secondo calcolo prevedrà il mantenimento di tutte le superfici, di tutti i volumi e
dell’orientamento, variando però le caratteristiche termiche, igonometriche e di massa
superficiale delle strutture sia opache che trasparenti, prevedendo per questi i valori
minimi imposti per legge. ( Soluzione B)
3. Un terzo calcolo sarà finalizzato a valutare il fabbisogno energetico dello stesso
edificio, sempre nel rispetto dei volumi delle forme e delle superficie ma ipotizzando, le
strutture aventi le caratteristiche termofisiche nel rispetto dei minimi di legge, cosi
come per il caso precedente con l’unica differenza riguardante l’orientamento
completamente variato. ( Soluzione C)
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
88
4. Un quarto calcolo riguardera una variante della Sol. A, con l’ipotetica modifica
/sostituzione dell’ampia vetrata fissa rivolta a Sud e l’inserimento
di un sistema
passivo di tipo indiretto, quale appunto il muro di Trombe Michel, meglio descritto nel
capitoli 5.4. ( Soluzione D)
5. In ultima istanza sarà determinato l’apporto in termini di energia ottenibile da un
sistema passivo diretto, precedementemente descritto e nominato Serra Solare, così
come ipotizzato nella specifica soluzione progettuale, che prevede una struttura a vetri
addossata all’ampia vetrata a sud e parzialmente integrata al fabbricato.( Soluzione E)
4.1) VALUTAZIONE DEL BENEFICIO ENERGETICO del caso studio “ SOLUZIONE A “.
Nel presente capitolo trattandosi del calcolo del fabbricato cosi come progettato e realizzato,
per sintesi non saranno riportati dati dei vari componenti opachi e trasparenti in quanto già
dettagliati nel capito 4, passando
subito
alla definizione
di quei
dati necessari per la
valutazione
Calcolo del periodo di climatizzazione invernale (valori di riferimento)
Mese
Gen
Feb
Mar
Apr
Mag
Giu
Lug
Ago
Set
Ott
Nov
Dic
31
30
31
31
30
31
30
31
30
31
Giorni mese
[GG]
31
28
31
30
Massimo numero di
giorni di
climatizzazione
[GG]
31
28
31
15
Apporti interni
[kWh]
Apporti solari
[kWh]
327
344
394
436
519
522
530
456
435
423
327
290
Dispersioni invernali
[kWh]
1841
1515
1273
885
310
-205
-546
-521
-135
499
1117
1692
gamma_H
[-]
0,18
0,23
0,31
0,55
1,68
1,68
0,85
0,85
0,85
0,85
0,3
0,18
gamma_H_inizio
[-]
0,18
0,21
0,27
0,43
1,11
1,68
1,27
0,85
0,85
0,85
0,58
0,24
gamma_H_fine
[-]
0,21
0,27
0,43
1,11
1,68
1,27
0,85
0,85
0,85
0,58
0,24
0,18
gamma_H1
[-]
0,18
0,21
0,27
0,43
1,11
1,27
0,85
0,85
0,85
0,58
0,24
0,18
gamma_H2
[-]
0,21
0,27
0,43
1,11
1,68
1,68
1,27
0,85
0,85
0,85
0,58
0,24
Coefficiente globale
di scambio termico
[W/K]
178,2
178
177,3
174,9
171,1
243,1
191,4
191,4
283,8
173,1
176,9
178
t_H
[h]
61,23
61,32
61,65
62,77
64,67
41,19
55,71
55,71
34,18
63,68
61,83
61,32
a_H
[-]
5,09
5,09
5,11
5,19
5,32
3,75
4,72
4,72
3,28
5,25
5,13
5,09
gamma_H_lim
[-]
1,2
1,2
1,2
1,2
1,19
1,27
1,22
1,22
1,31
1,2
1,2
1,2
f_H
[-]
1
1
1
1
0,08
0,01
0,95
1
1
1
1
1
[GG]
31
28
31
30
2,19
0,2
29,15
31
30
31
30
31
[GG]
31
28
31
15
30
31
1515,2
1172,1
881,8
231
791,4
1401,9
Giorni di attivazione
calcolati
Giorni di attivazione
impianto di
climatizzazione
Fabbisogno ideale di
energia termica utile
[kWh]
Tabella 4
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
89
Apporti gratuiti solari attraverso superfici opache [kWh] (uni/ts 11300-1:2014)
Soluzione A
Sud
E-O
Nord
N-E
S-E
Diretta
N-O
S-O
Diffusa
Totale
Qsol = [Σkφsol,mn,k ] ⋅ t + [Σi (1-btr,i) ⋅ φsol,mn,u,i ] ⋅ t
Mese
Nov
11,85
22,71
5,83
16,70
57,09
Dic
11,52
18,24
4,59
13,10
47,45
Gen
11,39
20,59
5,42
15,03
52,43
Feb
12,28
27,70
7,00
20,90
67,88
Mar
14,09
42,72
10,90
34,54
102,27
Apr
6,70
28,34
7,78
24,13
66,95
Tabella 5
Apporti gratuiti solari attraverso superfici trasparenti [kwh] (uni/ts 11300-1:2014)
Soluzione A
Sud
E-O
Nord
N-E
S-E
Diretta
N-O
S-O
Diffusa
Totale
Qsol = [ΣkΦsol,mn,k ] ⋅ t + [Σi (1-btr,i) ⋅ Φsol,mn,u,i ] ⋅ t
Mese
Nov
199,09
101,49
16,80
9,29
326,67
Dic
189,79
79,26
13,24
7,11
289,41
Gen
212,34
89,71
15,63
8,33
326,01
Feb
205,81
105,13
20,19
11,93
343,05
Mar
210,12
131,47
31,42
20,34
393,35
Apr
98,13
82,68
22,31
14,49
217,60
Tabella 6
CALCOLO DEL FABBISOGNO TERMICO (UNI/TS 11300-1:2014)
Fabbisogni energetici ed apporti gratuiti
Soluzione A
Mese
QH,Htr
QH,r,mn
QH,sol,op
QH,int
QH,sol,w
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Nov
845,83
41,30
57,09
326,67
Dic
1.267,77
44,92
47,45
289,41
Gen
1.378,82
52,06
52,43
326,01
Feb
1.154,20
40,54
67,88
343,05
Mar
985,08
57,40
102,27
393,35
Apr
359,31
26,53
66,95
217,60
Tabella 7
Fabbisogno ideale di energia termica utile
Soluzione A
Mese
QH,tr
QH,ve
[kWh]
[kWh]
γH
ηH
QH,gn
QH,nd
[kWh]
[kWh]
Nov
830,04
0,39
0,99
326,67
Dic
1.265,23
0,23
1,00
289,41
505,05
975,94
Gen
1.378,46
0,24
1,00
326,01
1.052,62
Feb
1.126,85
0,30
1,00
343,05
784,37
Mar
940,22
0,42
0,99
393,35
549,55
Apr
318,89
0,68
0,95
217,60
111,81
Tabella 8
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
90
Calcolo del fabbisogno Energetico
Soluzione A
QH,h
Q W , lr h
QH,hr
Q H , d , ls , n r h
QH,d,aux,rh
Q H , d , in
QH,h,UTA
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Mese
Nov
505,05
9,00
560,91
1,31
18,04
544,18
Dic
975,94
9,30
1.093,04
2,41
35,15
1.060,30
Gen
1.052,62
9,30
1.179,74
2,58
37,94
1.144,39
Feb
784,37
8,40
877,43
1,95
28,22
851,17
Mar
549,55
9,30
610,89
1,42
19,65
592,66
Apr
111,81
4,50
121,34
0,31
3,90
117,74
3.979,33
49,82
4.443,35
9,97
142,89
4.310,45
Totali
Q H , d U T A , ls , n r
QH,dUTA,aux,
h
lr h
[kWh]
[kWh]
Tabella 9
LEGENDA (CALCOLO DEL FABBISOGNO TERMICO)
UNITA’ DI
DEFINIZIONE
SIMBOLO
SCAMBIO TERMICO DI ENERGIA PER CONDUZIONE ATTRAVERSO L’INVOLUCRO
QH,Htr
[kWh]
QH,r,mn
[kWh]
QH,sol,op
[kWh]
QH,int
[kWh]
QH,sol,w
[kWh]
ENERGIA TERMICA DISPERSA PER RADIAZIONE INFRAROSSA SIA NELLA ZONA
RISCALDATA CHE NEGLI AMBIENTI NON RISCALDATI ADIACENTI
APPORTI SOLARI SULLE STRUTTURE OPACHE SIA DELLA ZONA RISCALDATA CHE DEGLI
AMBIENTI NON RISCALDATI ADIACENTI
APPORTI GRATUITI DOVUTI AI CARICHI INTERNI SIA DELLA ZONA RISCALDATA CHE
DEGLI AMBIENTI NON RISCALDATI ADIACENTI
APPORTI SOLARI SULLE STRUTTURE VETRATE SIA DELLA ZONA RISCALDATA CHE
DEGLI AMBIENTI NON RISCALDATI ADIACENTI
QH,tr = QH,Htr + QH,r,mn –
SCAMBIO TERMICO DI ENERGIA PER TRASMISSIONE
QH,sol,op
SCAMBIO TERMICO DI ENERGIA PER VENTILAZIONE
QH,ve
RAPPORTO TRA GLI APPORTI GRATUITI E LO SCAMBIO TERMICO TOTALE
gH
FATTORE DI UTILIZZAZIONE DEGLI APPORTI TERMICI
ηH
APPORTI GRATUITI TOTALI
QH,gn= QH,int + QH,sol,w
QH,nd = (QH,tr + QH,ve)–
FABBISOGNO IDEALE DI ENERGIA TERMICA DELL’EDIFICIO PER IL RISCALDAMENTO
FABBISOGNO IDEALE DI ENERGIA TERMICA PER IL SERVIZIO DI CLIMATIZZAZIONE
NVERNALE
ηH,gn◊QH,gn
∑(QH,h)
ENERGIA TERMICA DISPERSA PER IL SERVIZIO DI PRODUZIONE ACS E RECUPERATA PER
IL SERVIZIO DI CLIMATIZZAZIONE INVERNALE
∑(Qw,lrh)
FABBISOGNO EFFETTIVO DI ENERGIA TERMICA PER IL SERVIZIO DI CLIMATIZZAZIONE
Qhr = ∑(QH,h – QW,lrh + Ql,e –
INVERNALE
Qaux,e,,lrh + Ql,rg)
QUOTA NON RECUPERABILE DELL’ENERGIA TERMICA DISPERSA DAI SISTEMI DI
DISTRIBUZIONE SECONDARI
ENERGIA TERMICA RECUPERATA DAGLI ASSORBIMENTI ELETTRICI DEI CIRCOLATORI DI
DISTRIBUZIONE SECONDARI (NON NULLO SOLO NEL CASO DI CALCOLO ANALITICO
ENERGIA TERMICA UTILE FORNITA RICHIESTA ALL’UNITA’ DI TRATTAMENTO ARIA PER IL
SERVIZIO DI CLIMATIZZAZIONE INVERNALE
SERVIZIO DI CLIMATIZZAZIONE INVERNALE
ENERGIA TERMICA RECUPERATA DAGLI AUSILIARI ELETTRICI DEL CIRCUITO DI
ALIMENTAZIONE DELLA BATTERIA CALDA DELL'UNITA’ DI TRATTAMENTO ARIA PER IL
SERVIZIO DI CLIMATIZZAZIONE INVERNALE
[kWh]
[-]
[-]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
QH,d,aux,rh
[kWh]
QH,d,in = Qhr + QH,d,ls,nrh QH,du,aux,rh
[kWh]
QH,h,UTA
[kWh]
QH,dUTA,ls,nrh
[kWh]
QH,dUTA,aux,rh
[kWh]
QUOTA NON RECUPERABILE DELL’ENERGIA TERMICA DISPERSA DAL CIRCUITO DI
ALIMENTAZIONE DELLA BATTERIA CALDA DELL'UNITA’ DI TRATTAMENTO ARIA PER IL
[kWh]
QH,d,ls,nrh
DELLE PERDITE DI DISTRIBUZIONE)
ENERGIA TERMICA IN INGRESSO AI SISTEMI DI DISTRIBUZIONE SECONDARI
MISURA
Dalla lettura dei risultati di calcolo di cui sopra è stato riportato soltanto un piccolo estratto da
cui si rilevano i principali dati, che descrivono il comportamento dell’edificio sia in relazione alla
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
91
quantità di energia spesa per dispersione oltre che l’enità dei relativi apporti di energia gratuiti
che la struttura è capace di captare.
Dall’elaborazione di calcolo eseguita dal software è stato possibile determinare che
considerando un funzionamento intermittente per il periodo in esame 1 Novembre – 15 Aprile, il
Fabbisogno Effettivo di Energia Termica ammonta a 4434,35 kwh.
4.2)
VALUTAZIONE
DEL
BENEFICIO
ENERGETICO
variando
le
caratteristiche
dell’involucro “ SOLUZIONE B “.
La presente valutazione energetica, fa riferimento ad una ipotetica variante alla soluzione di
progetto, che non vede cambiare la sagoma ne l’orientamento dell’edificio, ma prevede
differenti caratteristiche sia delle strutture opache, sia delle strutture trasparenti. La soluzione
di progetto ha ipotizzato che tutte le strutture rientrassero nei limiti previsti dalla norma ai sensi
di quanto sancito dal D.Lgv 311-2006 ed in particolare che i limiti di trasmittanza termica le :
2
Strutture opache verticali :
Zona D
0,36 ( W/m K)
Strutture opache orizzontali o inclinate di copertura :
Zona D
0,32 ( W/m K)
Stru. opache oriz. verso l’esterno e loc. non riscaldati : Zona D
0,36 ( W/m K)
Chiusure trasparenti comprensiva degli infissi :
2,40 ( W/m K)
Zona D
2
2
2
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
92
Calcolo del periodo di climatizzazione invernale (valori effettivi)
Mese
Gen
Feb
Mar
Apr
Mag
Giu
Lug
Ago
Set
Ott
Nov
Dic
Giorni mese
[GG]
31
28
31
30
31
30
31
31
30
31
30
31
Massimo numero di
giorni di
climatizzazione
[GG]
31
28
31
15
30
31
Apporti interni
[kWh]
Apporti solari
[kWh]
327
344
394
436
519
522
530
456
435
423
327
290
Dispersioni invernali
[kWh]
2098
1715
1429
963
292
-294
-693
-653
-193
541
1263
1926
gamma_H
[-]
0,16
0,21
0,28
0,5
1,78
1,78
0,79
0,79
0,79
0,79
0,26
0,16
gamma_H_inizio
[-]
0,16
0,18
0,24
0,39
1,14
1,78
1,28
0,79
0,79
0,79
0,52
0,21
gamma_H_fine
[-]
0,18
0,24
0,39
1,14
1,78
1,28
0,79
0,79
0,79
0,52
0,21
0,16
gamma_H1
[-]
0,16
0,18
0,24
0,39
1,14
1,28
0,79
0,79
0,79
0,52
0,21
0,16
gamma_H2
[-]
0,18
0,24
0,39
1,14
1,78
1,78
1,28
0,79
0,79
0,79
0,52
0,21
Coefficiente globale
di scambio termico
[W/K]
202,3
202
200,6
196,1
188,7
326,8
227,7
227,7
404,8
192,5
199,9
202
t_H
[h]
40,45
40,52
40,8
41,75
43,37
25,04
35,95
35,95
20,22
42,52
40,95
40,53
a_H
[-]
3,7
3,71
3,72
3,79
3,9
2,67
3,4
3,4
2,35
3,84
3,73
3,71
gamma_H_lim
[-]
1,28
1,28
1,27
1,27
1,26
1,38
1,3
1,3
1,43
1,27
1,27
1,28
f_H
[-]
1
1
1
1
0,1
0,1
1
1
1
1
1
1
[GG]
31
28
31
30
2,92
2,89
31
31
30
31
30
31
[GG]
31
28
31
15
30
31
Giorni di attivazione
calcolati
Giorni di attivazione
impianto di
climatizzazione
Tabella 10
Flusso termico solare da componenti opachi [W] Soluzione B
Descrizione
Solaio interno
Parete esterna
tipo2
Parete esterna
tipo2
Parete esterna
tipo2
Parete esterna
tipo2
Parete
esterna_tipo3
Solaio terrazza
lotto B
Parete
esterna_tipo3
copertura
Parete esterna
tipo4
Parete esterna
tipo4
Porta interna
Totale
Gen
Feb
Mar
Apr
Mag
Giu
Lug
Ago
Set
Ott
Nov
Dic
4,0
6,2
9,2
13,3
16,6
18,2
19,4
16,5
12,3
8,4
4,6
3,5
10,1
15,0
20,9
28,6
34,4
37,0
40,0
35,4
28,1
20,4
11,5
8,9
2,6
3,8
5,3
7,8
11,3
13,7
13,2
9,3
6,1
4,3
2,9
2,2
15,3
18,3
18,9
18,6
17,3
16,5
18,0
20,1
22,7
23,5
16,5
15,5
12,3
18,3
25,5
35,0
42,1
45,2
49,0
43,2
34,4
24,9
14,0
10,9
1,6
2,3
3,3
4,5
5,4
5,8
6,3
5,5
4,4
3,2
1,8
1,4
9,8
15,1
22,6
32,6
40,9
44,8
47,7
40,6
30,2
20,6
11,3
8,6
2,2
3,1
4,4
6,5
9,4
11,5
11,1
7,8
5,1
3,6
2,4
1,9
33,4
51,4
76,8
110,8
139,0
152,3
162,2
137,9
102,8
69,9
38,3
29,1
4,7
7,0
9,8
13,4
16,1
17,3
18,8
16,6
13,2
9,5
5,4
4,2
2,4
3,4
4,8
7,1
10,2
12,5
12,0
8,4
5,5
3,9
2,6
2,0
0,6
0,8
1,1
1,7
2,4
2,9
2,8
2,0
1,3
0,9
0,6
0,5
98,9
144,7
202,5
279,7
345,2
377,8
400,3
343,3
266,2
193,1
111,9
88,6
Tabella 11
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
93
Flusso termico solare da componenti trasparenti [W]
Soluzione B
Descrizione
Gen
Feb
Mar
Apr
Mag
Giu
Lug
Ago
Set
Ott
Nov
Dic
3.6*2.3_B
73,6
79,1
73,4
71,2
75,8
78,7
73,9
65,8
78,6
86,4
71,3
65,7
2.0*2.3_B
42,7
49,2
58,7
78,6
89,5
86,8
85,2
78,0
73,2
62,4
54,1
37,0
2.2*2.3_B
56,1
60,2
55,9
54,2
57,8
59,9
56,3
50,1
59,9
65,8
54,4
50,0
0.9*2.1_B
10,8
15,4
21,7
32,0
46,6
55,7
54,2
37,7
25,0
17,7
12,0
9,1
0.55*2.3_B
8,8
13,5
13,7
16,3
19,2
18,4
20,6
18,0
15,9
12,2
8,5
8,2
0.6*1.3_B
5,1
7,3
10,3
15,0
21,0
25,2
24,2
17,6
11,8
8,4
5,7
4,3
1.0*2.3_B
22,7
26,2
31,2
41,8
47,6
46,2
45,3
41,5
38,9
33,2
28,8
19,7
2.3*2.3_B
82,7
88,9
82,5
80,0
85,2
88,4
83,1
74,0
88,4
97,1
80,2
73,8
1.5*1.7_B
14,1
22,9
23,8
29,7
35,9
35,3
39,1
33,7
27,9
20,4
13,8
12,9
2.0*1.7_B
73,0
78,1
70,5
67,1
71,9
76,5
70,9
61,0
74,9
84,2
70,6
65,6
11,2
17,7
27,3
40,2
50,8
55,6
59,3
50,2
37,0
24,4
12,9
9,6
15,0
18,2
22,4
31,4
36,6
36,4
35,4
31,9
28,0
22,9
19,3
12,8
Lucernario
Velux 0.8*0.8
0.6*1.3_B PP
0.6*1.3_B PP
0.9*2.36_B
Totale
5,1
7,3
10,3
15,0
21,0
25,2
24,2
17,6
11,8
8,4
5,7
4,3
17,2
26,4
26,8
31,9
37,7
36,1
40,3
35,3
31,2
23,9
16,6
16,0
438,2
510,5
528,7
604,5
696,8
724,5
711,9
612,5
602,8
567,3
453,7
389,0
Tabella 12
Apporti gratuiti solari attraverso superfici opache [kWh] (uni/ts 11300-1:2014)
Soluzione B
Sud
E-O
Nord
N-E
S-E
Diretta
N-O
S-O
Diffusa
Totale
Qsol = [Σkφsol,mn,k ] ⋅ t + [Σi (1-btr,i) ⋅ φsol,mn,u,i ] ⋅ t
Mese
Nov
11,85
23,49
6,21
39,03
80,58
Dic
11,52
18,87
4,89
30,63
65,90
Gen
11,39
21,29
5,78
35,12
73,58
Feb
12,28
28,65
7,46
48,85
97,24
Mar
14,09
44,19
11,62
80,73
150,63
Apr
6,70
29,31
8,29
56,41
100,70
Tabella 13
Apporti gratuiti solari attraverso superfici trasparenti [kwh] (uni/ts 11300-1:2014)
Soluzione B
Sud
E-O
Nord
N-E
S-E
Diretta
N-O
S-O
Diffusa
Totale
Qsol = [ΣkΦsol,mn,k ] ⋅ t + [Σi (1-btr,i) ⋅ Φsol,mn,u,i ] ⋅ t
Mese
Nov
199,09
101,49
16,80
9,29
326,67
Dic
189,79
79,26
13,24
7,11
289,41
Gen
212,34
89,71
15,63
8,33
326,01
Feb
205,81
105,13
20,18
11,93
343,05
Mar
210,12
131,47
31,42
20,34
393,35
Apr
98,13
82,68
22,31
14,49
217,60
Tabella 14
CALCOLO DEL FABBISOGNO TERMICO (UNI/TS 11300-1:2014)
Fabbisogni energetici ed apporti gratuiti
Soluzione B
Mese
QH,Htr
QH,r,mn
QH,sol,op
QH,int
QH,sol,w
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Nov
1.279,33
63,66
80,58
326,67
Dic
1.921,71
69,23
65,90
289,41
Gen
2.090,87
80,24
73,58
326,01
Feb
1.749,63
62,48
97,24
343,05
Mar
1.491,13
88,47
150,63
393,35
Apr
541,25
40,89
100,70
217,60
Tabella 15
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
94
Fabbisogno ideale di energia termica utile
Soluzione B
Mese
QH,tr
QH,ve
[kWh]
[kWh]
γH
ηH
QH,gn
QH,nd
[kWh]
[kWh]
Nov
1.262,40
0,26
1,00
326,67
937,30
Dic
1.925,03
0,15
1,00
289,41
1.635,84
Gen
2.097,53
0,16
1,00
326,01
1.771,80
Feb
1.714,86
0,20
1,00
343,05
1.372,52
Mar
1.428,96
0,28
0,99
393,35
1.037,97
Apr
481,44
0,45
0,97
217,60
269,89
Tabella 16
Calcolo del fabbisogno Energetico
Soluzione B
QH,h
Mese
[kWh]
Q W , lr h
[kWh
]
Q H,hr
Q H , d , ls , n r h
Q H,d,aux,rh
Q H , d , in
Q H,h,UTA
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Nov
937,30
9,00
1.049,69
1,63
22,92
1.028,39
Dic
1.635,84
9,30
1.839,24
2,72
40,17
1.801,79
Gen
1.771,80
9,30
1.992,98
2,92
43,53
1.952,38
Feb
1.372,52
8,40
1.542,50
2,29
33,69
1.511,11
Mar
1.037,97
9,30
1.163,18
1,79
25,40
1.139,57
Apr
269,89
4,50
300,09
0,49
6,55
294,03
7.887,68
11,84
172,26
7.727,27
Tota
li
7.025,32
49,8
2
Q H , d U T A , ls
Q H,dUT
,nrh
A , a u x , lr h
[kWh]
[kWh]
Tabella 17
LEGENDA (CALCOLO DEL FABBISOGNO TERMICO)
Si rimanda a Pag:
92
Dalla lettura dei su riportati dati di calcolo è possibile, definire il comportamento dell’edificio sia
in relazione alla quantità di energia spesa per dispersione, sia in funzione degli apporti di
energia gratuita .
In relazione agli apporti gratuiti solari è importante rilevare che anche in questa soluzione gli
apporti presentano dei dati non troppo distanti dalla soluzione A, questo principalmente in
funzione delle caratteristiche dei materiali in genere, come vetri e murature non eccessivamente
capaci ad
isolare e assorbire energia, caratteristica che inficia sia sulle perfomance di
isolamento e di protezione dal caldo nel periodo estivo.
Dall’elaborazione di calcolo eseguita dal software è stato possibile determinare che con un
funzionamento a intermittenza per il periodo che va dal 1 Novembre – 15 Aprile, il Fabbisogno
Effettivo di Energia Termica è pari a 7887,68 kWh .
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
95
4.3) VALUTAZIONE DEL BENEFICIO ENERGETICO variando l’orientamento dello stesso
fabbricato. “ SOLUZIONE B “.
La presente valutazione anche essa eseguita con il software Mc4, prevede il calcolo dello
stesso edificio nella peggiore
ipotesi prospettate, ed in particolare, con le caratteristiche
dell’involucro nel rispetto dei minimi termini di legge, così come ipotizzato per soluzione B oltre
ad aver ipotizzato un orientamento del fabbricato completamente sbagliato, disponendo le
grandi aperture rivolte a Nord e il prospetto quasi privo di aperture rivolto a Sud .
Evitando di riportare nuovamente le caratteristiche termofisiche delle strutture in quanto uguali a
quelli previste nel caso di cui al paragrafo precedente, limitandosi a riportare di seguito un
estratto dei risultati di calcolo.
Figura 42
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
96
Calcolo del periodo di climatizzazione invernale (valori effettivi)
Mese
Gen
Feb
Mar
Apr
Mag
Giu
Lug
Ago
Set
Ott
Nov
Dic
31
30
31
31
30
31
30
31
30
31
Giorni mese
[GG]
31
28
31
30
Massimo numero di
giorni di
climatizzazione
[GG]
31
28
31
15
Apporti interni
[kWh]
Apporti solari
[kWh]
237
296
412
549
762
831
854
645
468
364
250
207
Dispersioni invernali
[kWh]
2084
1701
1415
953
288
-295
-695
-663
-210
520
1249
1911
gamma_H
[-]
0,12
0,18
0,3
0,64
2,66
2,66
0,7
0,7
0,7
0,7
0,21
0,11
gamma_H_inizio
[-]
0,12
0,15
0,24
0,47
1,65
2,66
1,68
0,7
0,7
0,7
0,45
0,16
gamma_H_fine
[-]
0,15
0,24
0,47
1,65
2,66
1,68
0,7
0,7
0,7
0,45
0,16
0,12
gamma_H1
[-]
0,12
0,15
0,24
0,47
1,65
1,68
0,7
0,7
0,7
0,45
0,16
0,12
gamma_H2
[-]
0,15
0,24
0,47
1,65
2,66
2,66
1,68
0,7
0,7
0,7
0,45
0,16
Coefficiente globale
di scambio termico
[W/K]
202,3
202
200,6
196,1
188,7
326,8
227,7
227,7
404,8
192,5
199,9
202
t_H
[h]
40,45
40,52
40,8
41,75
43,37
25,04
35,95
35,95
20,22
42,52
40,95
40,53
a_H
[-]
3,7
3,71
3,72
3,79
3,9
2,67
3,4
3,4
2,35
3,84
3,73
3,71
gamma_H_lim
[-]
1,28
1,28
1,27
1,27
1,26
1,38
1,3
1,3
1,43
1,27
1,27
1,28
f_H
[-]
1
1
1
0,82
0,81
1
1
1
1
1
[GG]
31
28
31
24,42
24,95
31
30
31
30
31
[GG]
31
28
31
15
30
31
Giorni di attivazione
calcolati
Giorni di attivazione
impianto di
climatizzazione
Tabella 18
Flusso termico solare da componenti opachi [W] Soluzione C
Descrizione
Solaio interno
Parete
esterna tipo2
Parete
esterna tipo2
Parete
esterna tipo2
Parete
esterna tipo2
Parete
esterna_tipo3
Solaio
terrazza lotto
Gen
Feb
Mar
Apr
Mag
Giu
Lug
Ago
Set
4,0
6,2
9,2
13,3
16,6
18,2
19,4
16,5
12,3
Ott
8,4
Nov
4,6
Dic
3,5
10,1
15,0
20,9
28,6
34,4
37,0
40,0
35,4
28,1
20,4
11,5
8,9
13,0
15,6
16,1
15,8
14,7
14,0
15,3
17,1
19,3
20,0
14,0
13,2
3,1
4,4
6,2
9,1
13,2
16,2
15,5
10,9
7,2
5,1
3,4
2,6
12,3
18,3
25,5
35,0
42,1
45,2
49,0
43,2
34,4
24,9
14,0
10,9
1,6
2,3
3,3
4,5
5,4
5,8
6,3
5,5
4,4
3,2
1,8
1,4
9,8
15,1
22,6
32,6
40,9
44,8
47,7
40,6
30,2
20,6
11,3
8,6
10,9
13,0
13,5
13,3
12,3
11,8
12,8
14,3
16,2
16,8
11,7
11,0
33,4
51,4
76,8
110,8
139,0
162,2
137,9
102,8
69,9
38,3
29,1
4,7
7,0
9,8
13,4
16,1
17,3
18,8
16,6
13,2
9,5
5,4
4,2
11,8
14,1
14,6
14,4
13,3
12,7
13,9
15,5
17,5
18,1
12,7
11,9
B
Parete
esterna_tipo3
copertura
Parete
esterna tipo4
Parete
esterna tipo4
Porta interna
Totale
152,
3
2,8
3,3
3,4
3,4
3,1
3,0
3,2
3,6
4,1
4,2
3,0
2,8
117,4
165,7
221,8
294,1
351,3
378,3
404,0
357,2
289,8
221,1
131,7
108,1
Tabella 19
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
97
Flusso termico solare da componenti trasparenti [W]
Soluzione C
Descrizione
Gen
Feb
Mar
Apr
Mag
Giu
Lug
Ago
172,5
206,1
200,5
140,0
Set
92,9
Ott
65,7
Nov
44,5
33,9
Dic
3.6*2.3_B
40,1
57,3
80,5
118,8
2.0*2.3_B
35,6
54,7
55,5
65,9
77,9
74,6
83,3
72,9
64,5
49,4
34,3
33,1
2.2*2.3_B
30,5
43,7
61,4
90,5
131,5
157,0
152,8
106,7
70,8
50,1
33,9
25,9
0.9*2.1_B
19,9
21,3
19,6
18,9
20,1
21,1
19,7
17,4
21,0
23,2
19,3
17,8
0.55*2.3_B
10,5
12,2
14,5
19,4
22,1
21,5
21,0
19,3
18,1
15,4
13,4
9,1
0.6*1.3_B
8,3
9,5
9,8
10,9
12,4
12,9
12,6
10,9
11,1
10,8
8,2
7,3
1.0*2.3_B
19,0
29,1
29,5
35,0
41,4
39,7
44,3
38,8
34,3
26,3
18,3
17,6
2.3*2.3_B
45,1
64,4
90,6
133,6
194,0
231,7
225,4
157,5
104,5
73,9
50,0
38,2
1.5*1.7_B
16,9
20,6
25,2
35,4
41,3
41,1
40,0
36,0
31,6
25,8
21,8
14,4
2.0*1.7_B
39,4
56,4
79,3
117,2
171,8
205,5
200,0
138,3
91,5
64,7
43,8
33,4
11,2
17,7
27,3
40,2
50,8
55,6
59,3
50,2
37,0
24,4
12,9
9,6
12,5
20,3
21,1
26,3
31,8
31,3
34,6
29,8
24,7
18,1
12,2
11,5
Lucernario
Velux 0.8*0.8
0.6*1.3_B PP
0.6*1.3_B PP
0.9*2.36_B
Totale
8,3
9,5
9,8
10,9
12,4
12,9
12,6
10,9
11,1
10,8
8,2
7,3
20,6
23,8
28,4
38,0
43,4
42,1
41,3
37,8
35,4
30,1
26,1
17,8
318,1
440,4
552,6
761,2
1.023,4
1.153,0
1.147,5
866,4
648,6
488,6
346,9
276,9
Tabella 20
Apporti gratuiti solari attraverso superfici opache [kWh] (uni/ts 11300-1:2014)
Soluzione C
Sud
E-O
Nord
N-E
S-E
Diretta
N-O
S-O
Diffusa
Totale
Qsol = [Σkφsol,mn,k ] ⋅ t + [Σi (1-btr,i) ⋅ φsol,mn,u,i ] ⋅ t
Mese
Nov
29,82
23,49
2,47
39,03
94,81
Dic
28,98
18,87
1,94
30,63
80,42
Gen
28,68
21,29
2,30
35,12
87,38
Feb
30,90
28,65
2,96
48,85
111,37
Mar
35,47
44,19
4,62
80,73
165,01
Apr
16,87
29,31
3,29
56,41
105,87
Tabella 21
Apporti gratuiti solari attraverso superfici trasparenti [kwh] (uni/ts 11300-1:2014)
Soluzione C
Sud
E-O
Nord
N-E
S-E
Diretta
N-O
S-O
Diffusa
Totale
Qsol = [ΣkΦsol,mn,k ] ⋅ t + [Σi (1-btr,i) ⋅ Φsol,mn,u,i ] ⋅ t
Mese
Nov
25,69
90,74
124,04
9,29
249,76
Dic
24,09
77,06
97,76
7,11
206,03
Gen
27,21
85,73
115,42
8,33
236,68
Feb
27,12
107,92
149,01
11,93
295,98
Mar
29,18
129,67
231,94
20,34
411,13
Apr
14,66
79,25
165,63
14,49
274,02
Tabella 22
CALCOLO DEL FABBISOGNO TERMICO (UNI/TS 11300-1:2014)
Fabbisogni energetici ed apporti gratuiti
Soluzione C
Mese
QH,Htr
QH,r,mn
QH,sol,op
QH,int
QH,sol,w
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Nov
1.279,33
63,66
94,81
249,76
Dic
1.921,71
69,23
80,42
206,03
Gen
2.090,87
80,24
87,38
236,68
Feb
1.749,63
62,48
111,37
295,98
Mar
1.491,13
88,47
165,01
411,13
Apr
541,25
40,89
105,87
274,02
Tabella 23
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
98
Fabbisogno ideale di energia termica utile
Soluzione C
Mese
QH,tr
QH,ve
[kWh]
[kWh]
γH
ηH
QH,gn
QH,nd
[kWh]
[kWh]
Nov
1.248,18
0,20
1,00
249,76
998,91
Dic
1.910,52
0,11
1,00
206,03
1.704,54
Gen
2.083,73
0,11
1,00
236,68
1.847,12
Feb
1.700,73
0,17
1,00
295,98
1.405,13
Mar
1.414,59
0,29
0,99
411,13
1.006,41
Apr
476,27
0,58
0,94
274,02
217,73
Tabella 24
Calcolo del fabbisogno Energetico
Soluzione C
Mese
QH,h
Q W , lr h
Q H,hr
Q H , d , ls , n r h
Q H,d,aux,rh
Q H , d , in
Q H,h,UTA
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Nov
998,91
9,00
1.119,35
1,68
23,73
1.097,31
Dic
1.704,54
9,30
1.916,92
2,75
40,63
1.879,03
Gen
1.847,12
9,30
2.078,14
2,96
44,05
2.037,05
Feb
1.405,13
8,40
1.579,38
2,28
33,48
1.548,18
Mar
1.006,41
9,30
1.127,50
1,69
23,90
1.105,30
Apr
217,73
4,50
241,11
0,39
5,11
236,39
7.179,84
49,82
8.062,40
11,75
170,90
7.903,26
Totali
Q H,dUT
Q H,dUTA,a
A , ls , n r h
u x , lr h
[kWh]
[kWh]
Tabella 25
LEGENDA (CALCOLO DEL FABBISOGNO TERMICO)
Dalla lettura dei dati riportati nelle tabelle è possibile definire il comportamento dell’edificio sia in
relazione alla quantità di energia spesa per dispersione, sia in termini di apporti solari, per i
quali facendo riferimento alle sole superfici trasparenti, è rilevabile una diminuzione di ± 250
kWh rispetto alle soluzioni A - B, caratterizzati da un corretto orientamento.
In relazione agli apporti
solari gratuiti valgano le considerazioni già fatte nel paragrafo
precedente, anche in questo caso pur avendo un esposizione pessima delle aperture la
differenza che si rileva tra gli apporti è sicuramente influenzata anche dallla riduzione di
perfomance delle strutture opache ma soprattutto trasparenti in termini di protezione
dall’irragiamento solare e per tanto dal surriscaldamento.
Dall’elaborazione di calcolo eseguita dal software è stato possibile determinare che in regime di
funzionamento intermittente, per il periodo in esame 1 Novembre – 15 Aprile il Fabbisogno
Effettivo di Energia Termica per il servizio di climatizzazione invernale pari è a 8062,40 kWh .
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
99
4.4) VALUTAZIONE DEL BENEFICIO ENERGETICO implementando la soluzione di
progetto A con la realizzazione del Muro di Trombe. “ SOLUZIONE D “.
Questa valutazione prende in considerazione l’ipotesi di modificare il progetto originale
denominata Sol. A, integrando lo stesso con un ipotetico muro di Trombe Michel al fine di
valutare, l’apporto che puo dare in termini energia, un sistema passivo di tipo indiretto, al
fabbisogno di energia effetiva dell’intero edificio e facendo riferimento al periodo di attivazione
dell’impianto (1 Novembre – 15 Aprile ), senza per tanto valutare in questa sede eventuali
benefici nelle mezze stagione e nel periodo estivo .
Tale analisi è stata eseguita sempre per mezzo del software Mc4, che di default prevede la
possibilità di calcolare gli apporti energetici di tali sistemi passivi. In alternativa l’eventuale
apporto potrebbe essere determinato utilizzando il metodo di calcolo normalizzato previsto dalla
norma UNI EN 13790 AlLLEGATO E.
La variante al progetto originario, così come meglio evidenziato nei grafici sotto riportati,
prevede l’eliminazione dell’ampia vetrata sulla sala pranzo con ampliamento di tale locale, fino
al filo dell’aggetto sovrastante, dove sarà realizzato il muro stesso.
Figura 43
(comportamento invernale - giorno)
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
100
Il muro sarà costituito da una grande vetrata che funzionerà da elemento captante di altezza
288 cm ed una larghezza di 310 cm, dotata di quattro bocchette apribili e chiudibili in funzione
della stagione e dell’orario. Posto a circa 15 cm vi sarà un muro massivo in mattoni pieni a
faccia vista di colorazione scura lato esterno, il tutto per uno spessore di spessore 25 cm con
funzione di accumulo, anche esso dotato di numero quattro bocchette regolabili nella apertura,
di cui due alte e due basse. Tale struttura sarà inoltre dotato di un sistema di oscuramento
automatizzato, da attivare nel il periodo estivo a protezione dell sistema stesso.
Calcolo del periodo di climatizzazione invernale (valori di riferimento)
Mese
Gen
Feb
Mar
Apr
Giorni mese
[GG]
31
28
31
30
Massimo numero di
giorni di
climatizzazione
[GG]
31
28
31
15
Apporti interni
[kWh]
Apporti solari
[kWh]
272
290
339
384
463
466
475
407
378
358
276
241
Dispersioni invernali
[kWh]
2082
1729
1480
1053
283
-269
-649
-629
-215
467
1294
1918
gamma_H
[-]
0,14
0,17
0,23
0,4
1,64
1,64
0,77
0,77
0,77
0,77
0,22
0,13
gamma_H_inizio
[-]
0,13
0,15
0,2
0,32
1,02
1,64
1,21
0,77
0,77
0,77
0,5
0,17
gamma_H_fine
[-]
0,15
0,2
0,32
1,02
1,64
1,21
0,77
0,77
0,77
0,5
0,17
0,13
gamma_H1
[-]
0,13
0,15
0,2
0,32
1,02
1,21
0,77
0,77
0,77
0,5
0,17
0,13
gamma_H2
[-]
0,15
0,2
0,32
1,02
1,64
1,64
1,21
0,77
0,77
0,77
0,5
0,17
Coefficiente globale
di scambio termico
[W/K]
205,8
209
213,4
216,7
186,5
264,1
208,4
208,4
307,9
188,6
212,5
206,7
t_H
[h]
53,36
52,31
50,93
49,94
60,71
39,06
52,5
52,5
32,52
59,8
51,21
53,05
a_H
[-]
4,56
4,49
4,4
4,33
5,05
3,61
4,5
4,5
3,17
4,99
4,42
4,54
gamma_H_lim
[-]
1,22
1,23
1,23
1,24
1,2
1,28
1,23
1,23
1,32
1,21
1,23
1,23
f_H
[-]
1
1
1
1
0,15
0,09
1
1
1
1
1
1
[GG]
31
28
31
30
4,57
2,66
31
31
30
31
30
31
[GG]
31
28
31
15
30
31
1810,1
1439
1142,2
337,6
1018,9
1677
Giorni di attivazione
calcolati
Giorni di attivazione
impianto di
climatizzazione
Fabbisogno ideale di
energia termica utile
[kWh]
Mag
31
Tabella 26
Giu
Lug
Ago
Set
Ott
Nov
Dic
30
31
31
30
31
30
31
30
31
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
101
Apporti gratuiti solari attraverso superfici opache [kWh] (uni/ts 11300-1:2014)
Soluzione D
Sud
E-O
Nord
N-E
S-E
Diretta
N-O
S-O
Diffusa
Totale
Qsol = [Σkφsol,mn,k ] ⋅ t + [Σi (1-btr,i) ⋅ φsol,mn,u,i ] ⋅ t
Mese
Nov
70,68
24,33
5,83
19,66
120,50
Dic
68,71
19,54
4,59
15,43
108,27
Gen
67,99
22,05
5,42
17,69
113,16
Feb
73,26
29,67
7,00
24,61
134,54
Mar
84,08
45,76
10,90
40,67
181,42
Apr
39,97
30,35
7,78
28,42
106,52
Tabella 27
Apporti gratuiti solari attraverso superfici trasparenti [kwh] (uni/ts 11300-1:2014)
Soluzione D
Sud
E-O
Nord
N-E
S-E
Diretta
N-O
S-O
Diffusa
Totale
Qsol = [ΣkΦsol,mn,k ] ⋅ t + [Σi (1-btr,i) ⋅ Φsol,mn,u,i ] ⋅ t
Mese
Nov
147,72
101,49
16,80
9,29
275,31
Dic
140,93
79,26
13,24
7,11
240,55
Gen
157,60
89,71
15,63
8,33
271,26
Feb
152,69
105,13
20,19
11,93
289,93
Mar
155,49
131,47
31,42
20,34
338,73
Apr
72,51
82,68
22,31
14,49
191,97
Tabella 28
CALCOLO DEL FABBISOGNO TERMICO (UNI/TS 11300-1:2014)
Fabbisogni energetici ed apporti gratuiti
Soluzione D
Mese
QH,Htr
QH,r,mn
QH,sol,op
QH,int
QH,sol,w
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Nov
845,83
41,30
57,09
326,67
Dic
1.267,77
44,92
47,45
289,41
Gen
1.378,82
52,06
52,43
326,01
Feb
1.154,20
40,54
67,88
343,05
Mar
985,08
57,40
102,27
393,35
Apr
359,31
26,53
66,95
217,60
Tabella 29
Fabbisogno ideale di energia termica utile
Soluzione A
Mese
QH,tr
QH,ve
[kWh]
[kWh]
γH
ηH
QH,gn
QH,nd
[kWh]
[kWh]
Nov
995,93
0,28
1,00
275,31
721,31
Dic
1.475,15
0,16
1,00
240,55
1.234,65
Gen
1.600,93
0,17
1,00
271,26
1.329,74
Feb
1.326,04
0,22
1,00
289,93
1.036,35
Mar
1.134,21
0,30
1,00
338,73
796,66
Apr
397,98
0,48
0,98
191,97
210,33
Tabella 30
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
102
Calcolo del fabbisogno Energetico
Soluzione D
Mese
QH,h
Q W , lr h
QH,hr
Q H , d , ls , n r h
QH,d,aux,rh
Q H , d , in
QH,h,UTA
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Nov
721,31
9,00
805,45
1,66
23,50
783,61
Dic
1.234,65
9,30
1.385,58
2,73
40,43
1.347,88
Gen
1.329,74
9,30
1.493,11
2,93
43,57
1.452,46
Feb
1.036,35
8,40
1.162,37
2,31
33,92
1.130,76
Mar
796,66
9,30
890,32
1,83
25,98
866,16
Apr
210,33
4,50
232,74
0,51
6,79
226,46
5.329,03
49,82
5.969,57
11,97
174,20
5.807,33
Total
i
Q H , d U T A , ls , n r
QH,dUTA,aux,
h
lr h
[kWh]
[kWh]
Tabella 31
Analizzando i dati sopra riportati ed in particolare il Fabbisogno Energetico Effettivo , si può
rilevare che rispetto alla soluzione A , il fabbisogno energetico è aumentato, da 4434,35 kwh
à 5.969,57 kWh con un peggioramento in termini di perfomance di ± 1535 kWh.
Tale risultato porterebbe portare a concludere che tale sistema passivo non sia ingrado di
apportare un vantaggio, in termini energetici, ma bensi un peggioramento.
In realta è necessario fare una attenta valutazione per comprendere il risultato finale trovato,
tenendo ben presente che la realizzazione di tale sistema passivo, così come pensato, ha visto
eliminare una ampia vetrata, anche essa potenzialmente paragonabile ad un sistema passivo
diretto, in grado di captare una notevole quantità di energia, pur garantendo comunque un
ottimo isolamento termico nella notte, grazie alle proprie cratteristiche termo igronometriche,
con una struttura passiva di tipo indiretto, così come descritto, in muratura piena con un
coefficiente di trasmittanza molto più alto rispetto a quello del vetro, e che per sua natura
consente nel periodo freddo una maggior dispersione di energia.
Premesso quanto sopra, anziche ipotizzare la realizzazione del Muro di Trombe, al posto
dell’originaria vetrata, fosse stato prevista la sua realizzazione in prosimità di una semplice
facciata cieca, il risultato sarebbe sicuramente stato differente, grazie ad un diverso rapporto
costo / benefici.
Dato per scontato che la parete in mattoni pieni, che costituice il muro deve avere un valore di
trasmittanza medio, al fine di consentire al calore di passare all’interno dell’edificio, i benefici in
termini di energia che si possono ottenere su un edificio realizzato con pareti poco prestanti,
come molti edifici realizzati negli anni ’70 , sarebbero stati completamente differenti restituendo
un positivo apporto.
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
103
4.5) VALUTAZIONE DEL BENEFICIO ENERGETICO implementando la soluzione di
progetto A con la realizzazione di una Serra Solare . “ SOLUZIONE E “.
Nel presente capitolo sarà effettuata la valutazione in termini numerici, di una ulteriore variante
al progetto del caso studio “Soluzione A”, che nello specifico prevede la realizzazione, di una
serra solare, il tutto finalizzato a determinare, il contributo in termini di energia, che questo
sistema passivivo possa apportare .
Prima di scendere nelle specifiche di progetto e di calcolo è opportuno sapere che non è stato
possibile trovare letteratura scientifica in grado di
fornire, particolari metodi di calcolo, in
ragione del fatto che nel passato, tali sistemi venivano dimensionati e realizzati su una base
empirica principalmente in forza dell’esperienze, del capo mastro.
Due sono i metodi di calcolo, trovati in letteratura ed in particolae, il Metodo 5000, elaborato
inizialmente in Francia nel 1982 in occasione del concorso “ 5000 Maisons Solaires” e riportato
nel libro “ La serra solare di Claudio Zappone, oltre che
il Metodo L.A.S.L. (Los Alamos
Scientific Laboratory) riportato e trattato nel Architettura Ecosistemica a cura di Manfredi
Nicoletti.
Oltre ai testi sopra mensionati, il metodo ad oggi considerabile ufficiale è quello riportato nella
normativa UNI EN ISO 13790:2008 ed in particolare riferimento all’Allegato E, che definisce
una specifica procedura di calcolo più o meno normalizzata, in grado di determinare gli apporti
termici solari degli elementi speciali, come le serre (non climatizzate), elementi opache con
isolamento trasparente, ect, .
Per determinare l’apporto di energia che tale sistema passivo di tipo diretto avrebbe potuto dare
al nostro edificio, per il solo periodo di attivazione dell’impianto (1 Novembre – 15 Aprile), è
stato implementato la metodologia di calcolo proposta dalla norma UNI EN 13790 di cui sopra.
La soluzione progettuale oggetto di valutazione consiste in una una serra addossata, costituita
da tre lati verticali e copertura opaca realizzata sul prospetto a sud, in prossimità della grande
vetrata della sala pranzo. Tale soluzione come meglio evidenziato dai grafici prevede la
realizzazione di una serra relativamente piccola.
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
104
La struttura cosi come ipotizzata non avrà nessun tipo di ombreggiamento di tipo architettonico
sul lato Sud e Est mentre sarà ombreggiato dal grande aggetto, sul lato Ovest, e sarà previsto
la dotazione di appositi sistemi di schermatura per proteggere le vetrate dall’irraggiamento nel
periodo estivo.
L’ipotesi progettuale prevede l’eliminazione dell’attuale infisso a specchiatura unica, al posto del
quale saranno realizzati due setti di parete in mattoni pieni di laterizio con funzione di
accumulatore di colore scuro e un’apertura centrale dotata di infisso in vetro, a tutta altezza di
larghezza 2,97 mt.
Il pavimento interno alla serra anche esso con funzione di accumulatore sarà ipotizzato di
colore più chiaro.
L’involucro trasparente della serra si sviluppa su tre lati con una grande vetrata su lato sud e
due più piccole vetrate lato Est e Ovest, dotate quest’ultime di apertura sulla parte inferiore e
superiore in direzione dei principali venti della zona che consentiranno il raffrescamento del
periodo estivo per l’effetto camino.
2
La superficie dell’involucro trasparente della serra captante totale sarà di 19,26 m . La
2.
superficie del pavimento all’interno della serra con funzione di accumulo sarà di 4,25 m Il
2
divisorio in laterizio sp. 0,25 mt, avrà una superficie di accumulo di superficie totale 2,13 m ed
2
una porta finestra di collegamento di 8,55 m .
Figura 44
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
105
Figura 45
La norma UNI EN ISO 13790 - Allegato E, definisce che il calcolo degli apporti solari che
penetrano nell’ambiente climatizzato attraverso la serra solare (Qss), altro non è che la somma
di due differenti contributi ovvero
𝑄!! = 𝑄!" + 𝑄!" (kWh)
Dove :
.
𝑄!"
=
Apporti solari diretti attraverso la parete divisoria;
𝑄!"
=
Apporti solari indiretti .
In particolare vediamo che l’energia solare diretta 𝑄!" (kWh) equivale a ;
𝑄!" = 𝐹!!,! ∗ 1 − 𝐹!" ∗ 𝑔! ∗
1 − 𝐹!,! ∗ 𝑔! ∗ 𝐴! + 𝛼! ∗ 𝐴! ∗
𝐻!,!"!
∗ 𝐼! ∗ 𝑡
𝐻!,!
mentre l’energia solare indiretta 𝑄!" e (kWh)quivale a ;
𝑄!" = 1 − 𝑏!" ∗ 𝐹!!,! ∗ 1 − 𝐹!" ∗ 𝑔! ∗
𝐼! ∗ 𝛼! ∗ 𝐴! − 𝐹!!,! ∗ 1 − F!" ∗ 𝑔! ∗ 𝛼! ∗ 𝐴! ∗
!
Dove :
𝐻!,!"!
∗ 𝐼! ∗ 𝑡
𝐻!,!
.
𝐹!!,!
=
è il fattore di ombreggiatura;
𝐹!"
=
è il fattore telaio dei serramenti della serra;
𝑔!
=
è la trasmittanza solare totale del vetro della serra;
𝐹!,!
=
è il fat. telaio della infisso posto su divisorio serra solare / int.;
𝑔!
=
è la trasmittanza solare totale del vetro della infisso interno;
𝐴!
=
è area infisso interno a divisione serra solare/ambiente interno;
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
𝐼!
=
106
è l’irradiazione solare incidente sulla parete di ripartizione tra
2
ambiente interno e serra solare ( W/m );
t
=
è il periodo calcolato (Ms);
𝛼!
=
è il coefficiente di assorbimento solare della parete int./serra ;
𝐴!
=
è l’area della parete divisoria ;
H!,!"!
=
è il coefficiente di accoppiamento termico per trasmissione tra
ambiente interno –esterno attraverso la serra solare
𝐻!,!"! = 𝐻!,!
=
!
;
!
!
!
!! ∗!! ! !! ∗!!
!! ∗!!
è il coefficiente di accoppiamento termico tra la superficie della
parete di separazione tra serra solare e ambiente interno verso
la serra - ambiente esterno attraverso la serra solare (W/K)
𝐻!,! = !
!
(!! !!! )∗!!,!,! 𝑏!"
=
! !
!! ∗!!
;
Coefficiente di trasferimento del calore per trasmissione
attraverso ambienti climatizzati .
𝑏!" = !
!!"
!" !!!"
;
Il metodo di calcolo, rispetto al fenomeno fisico, prevede delle semplificazioni di cui :
•
Le proprietà del vetro della serra vengono prese in considerazioni attraverso il
parametro (𝑔! ) pari alla trasmittanza solare totale incidenza di radiazione normale
(𝑔!,! ) moltiplicato per un fattore di esposizione (𝐹! ) assunto pari a 0,9 secondo quanto
indicato dalla norma in mancanza di dati più precisi;
•
Stessa considerazione viene fatta per il parametro (𝑔! ) ;
•
Si trascura il fenomeno di inter_riflessione tra le pareti che circondano gli ambienti
interni. Tutta l’energia solare che entra in ambiente viene considerata carico termico;
•
Si trascura l’inerzia termica delle strutture;
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
107
Figura 46
Alcuni valori di calcolo principali:
𝐻!,!"! = 2,4051 (W/k)
𝐻!,! = 0,6031 (W/k)
𝑄!" = 1826,83 kWh
𝑏!" =1,0075
𝑄!! = -1117,48 kWh
Il calcolo così impostato, sulla base delle caratteristiche della serra di progetto ha determinato
che l’apporto energetico riferito al periodo in esame possa ammonta a:
1360,45 [kWh x (1 Nov. – 15 Apr.) ]
4.6) COMPARAZIONE DEI RISULTATI DI CALCOLO FINALE
Nel presente capitolo sono riportati e messi a confronti il Fabbisogno Effettivo di Energia
Termica per la sola climatizzazione invernale, facendo specifico riferimento al periodo 1
Novembre / 15 Aprile.
In primo luogo saranno messi a confronto le quattro soluzione di progetto denominate A–B-C e
D, per poi concludere, determinando il contributo, in termini di energia, che potrebbe essere
fornito da una serra solare, implementata sulla Sol.A, nel su detto periodo di riferimento .
Dalla lettura dei risultati di calcolo relative alle quattro soluzioni di progetto A-B-C-D, generate
dal software Mc4, si può valutare quanto possa incidere a livello energetico la realizzazione di
una stratigrafia altamente performante, piuttosto che una corretta orientazione e la sostituzione
di un grande infisso con un sistema passivo indiretto.
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
108
Valutando in primo luogo i risultati di calcolo delle soluzioni A-B-C si evince che il fabbisogno
effettivo di energia, per la climatizzazione invernale per ogni singola soluzione è pari a :
SOLUZIONE A
Fabbisogno effettivo di energia
QH,nd
4443,35
SOLUZIONE B
[kWh x (1 Nov. – 15 Apr.) ]
Fabbisogno effettivo di energia
QH,nd
7887,68
SOLUZIONE C
[kWh x (1 Nov. – 15 Apr.) ]
Fabbisogno effettivo di energia
QH,nd
8.062,40
[kWh x (1 Nov. – 15 Apr.) ]
Dalla lettura dei risultati sopra riportati si può verificare che in termini di percentuale, abbiamo
una riduzione di consumi energetici per la climatizzazione invernale del :
- 43,67 % se valutiamo il risparmio energetico ottenuto passando dalla soluzione B alla
soluzione A del caso studio.
- 44,89 % se valutiamo il risparmio energetico ottenuto passando dalla soluzione C alla
soluzione A del caso studio.
In secondo luogo, vengono messe a confronto le due varianti ipotizzate per la Soluzione A, che
prevedono la realizzazione di due differenti sistemi passivi, denominate a sua volta D e E,
secondo l’ipotesi progettuali, meglio esplicitate nei capitoli precedenti, nell’intento di valutare in
termini di percentuali il risparmio energetico, sarebbero in grado di apportare.
SOLUZIONE D
Fabbisogno effettivo di energia
(A+ Muro Trombe)
QH,nd
SOLUZIONE E
5.969,57
[kWh x (1 Nov. – 15 Apr.) ]
Fabbisogno effettivo di energia
(A+ Serra Solare)
QH,nd
3.073,90
[kWh x (1 Nov. – 15 Apr.) ]
I risultati di caclolo necessitano di un attenta lettura, in quanto se per la Sol. E che prevede la
realizzazione di una Serra solare, è evidente e inequivocabile, l’effettivo risparmio che c’è tra la
soluzione originale e quella di variante (±30%), per la Sol.D , che prevede la realizzazione del
muro di Trombe, il risultato rileva un peggioramento del fabbisogno energetico che ci porta a
concludere che tale sistema sia contro producente .
Tale conclusione per quanto corretta, merita di essere analizzata al fine di comprendere il
perché il risultato sia negativo. In primis dobbiamo tener presente che l’ipotesi di progetto ha
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
109
previsto di realizzare tale sistema passivo su un edificio già altamente prestate, e che tutto in
tale soluzione, come ad esempio
le caratteristiche del muro, delle vetrate e il loro
posizionamento , gli ombreggiamenti, ect, sono state
valutate in modo accurato al fine di
ottimizzare gli apporti solari dalle vetrate e minimizzare le dispersioni dall’involucro. Premesso
quanto detto, è plausibile sostenere che la causa del risultato ottenuto dai calcoli e da
ricondurre alla scelta progettuale di sostituire all’ampia vetrata di progetto, capace di per se di
captare molta energia solare, con il muro di Trombe che trattandosi di un sistema indiretto, in
grado di captare una minore quantità di energia e per il quale deve essere opportunamente
valutato, quanta energia in più disperde rispetto alla vetrata.
I risultati di calcolo di cui sopra, dimostrano una ruduzione degli apporti gratuiti solari e un
aumento delle dispersioni invernali.
Per tanto sulla base delle considerazioni sopra fatte è plausibile sostenere che differenti
sarebbero stati i risultati in termini di miglioramento/contributo energetico, qualora tale sistema
fosse stato realizzato su una parete cieca di un fabbricato con strutture opache non altamente
perfomanti.
In conclusione se volessimo confrontare anche le ultime due varianti di progetto, con la
soluzione C, otterremo che in termini percentuali, avremo una riduzione di consumi energetici
per la climatizzazione invernale del:
•
Soluzione C à Soluzione D ( A + Muro di Trombe Michel )
Iportizzando di mettere a confronto la soluzione C con la soluzione D dotata del sistema solare
passivo denominato MURO di TROMBE, il risparmio energetico si attesta al 25,96 %.
•
Soluzione CàSoluzione E ( A + Serra Solare )
Iportizzando di mettere a confronto la soluzione C con la soluzione E, dotata del sistema solare
passivo denominato SERRA SOLARE, così come progettata, il contributo energetico solare del
sole completamente gratuito consente di raggiungere una risparmio energetico del 61,76 %.
4) DETERMINAZIONE FABBISOGNO ENERGETICO
Varie Soluzioni di progetto 110
0 2000 4000 6000 8000 kWh/( 1Nov. -­‐15Apr.) Soluzione F ( A + Serra Solare ) Soluzione A Soluzione E (A + Muro di Trombe) Soluzione B Soluzione C Grafico 1
10000 5) COSA E’ REALMENTE FATTIBILE
111
5) COSA E’ REALMENTE FATTIBILE
A fronte di quanto trattato nel presente testo, è possibile verificare che tutto quanto detto e
trattato e da ritenersi del tutto fattible.
A prescindere dai materiali più o meno costosi e/o prestanti, che si intenda utilizzare, gra parte
degli ottimi risultati che possono essere raggiunti, sono sicuramente dovuti, dalle piccole
attenzioni dei progettisti nello studio dei particolari esecutivi, nella progettazione architettonica,
oltre che dalla corretta realizzazione dell’opera da parte dei costruttori che grazie all’attenzione
e accuratezza consento l’esecuzione dei lavori secondo la regola d’arte.
In fine il
ruolo chiave, sarà giocato dalla commitenza e dagli inquilini dell’immobile, che
rispettivamente devono, così come gia detto, credere fino in fondo alla filososfia degli edifici ad
alta efficienza, disposti a spendere qualcosa in più in fase di realizzazione, e imparare ad
utilizzare un fabbricato ad alta efficienza energetica / passivo, onde evitare l’inefficacia
dell’intero sistema .
In riferimento ai sistemi passivi trattati, sicuramente ne esistono più o meno complessi, ma se
facciamo riferimento a quelli cui si è determinato l’apporto eneregetico, possiamo ben
comprendere che sono estremamente semplici sia da un punto di vista costruttivo, che di
utilizzo quotidiano, infatti è posibile affermare che questi siano realizzabili
anche da
maestranze non specializzate e a costi ragionevolmente contenuti, ma per i quali ancora una
volta, gioca un ruolo fondamentale il corretto utilizzo, che ne faranno gli abitanti dell’immobile.
E doveroso ricordare che lo scopo finale
su cui si è basato tale trattazione e quello di
comprendere come e con quali accorgimenti sia possibile costruire un edificio non energivoro,
in grado di garantire un ottimo benessere abitativo, il tutto
con una modesta spesa di
manutenzione e gestione.
5.1) QUANTO È LA DIFFERENZA DEI COSTI PER REALIZZARE EDIFICI EFFICIENTI E
CON QUALE RAPPORTO COSTO/BENEFICI.
Come può essere facilmente comprensibile, il presente testo non può e non ha la finalità di
fornire una valutazione assoluta e definitiva dei maggior costi / incidenze che può apportare, il
costruire seconda tale filosofia, in quanto le variabili
in gioco sono moltissime,
ma può
5) COSA E’ REALMENTE FATTIBILE
112
certamente stimare una percentuale dei maggior costi di costruzione / ristrutturazione che ne
scaturiscono.
La determinazione del cosi detto costo / benefici, in termini economici è relativamente
semplice, essendo costituito dal rapportando dei costi totali, generati per l’intervento e i benefici
che ne può derivare, soprattutto in termini di minor costi di gestione, di consumi e di detrazione
fiscale qualora si trattasse di intervento di ristrutturazione.
Di più difficile determinazione rimane il rapporto costo / benefici in termini di benessere
abitativo, anche se comunque determinabile, soprattutto su gli interventi di ristrutturazione
edilizia, per mezzo di una specifica campagna di rilevazione, del benessere abitativo, prima
dell’intervento e dopo l’intervento, per mezzo della centralina termo-climatica ISO 7726 per la
valutazione del comfort indoor capace di rilevare unimdità, velocità dell’aria, luminosità,
temperatura di irragiamento delle superfici etc.
5.1.1) LA STIMA DEL MAGGIOR COSTO DI REALIZZO.
Volendo suddividere in due grandi famiglie ed in particolare la costruzione Ex. nuova e la
ristrutturazione di fabbricati esistenti possiamo dire che:
•
Nell’intervento Ex nuovo, un ruolo importante in termini di aumento dei costi gioca
l’aspetto progettuale dovuto principalmente alla definizione dell’architettura e della
valutazione bioclimatica, oltre che allo studio dei vari pacchetti stratigrafici ed elaborazione
dei
particolari esecutivi. Da un punto di vista costruttivo dovendo raggiungere ottime
prestazioni di isolamento, sfasamento ect, delle strutture è necessario utilizzare prodotti
altamente performanti solitamente più costosi dei materiali convenzionali. Anche
l’incidenza del costo della mano d’opera registrerà un aumento, sia perché è richiesta una
maggiore attenzione e accuratezza nei lavori (più tempo), sia perché molto spesso, per la
realizzazione di una struttura è necessario più lavorazioni rispetto a strutture standard. Nel
complessivo si può stabilire che edificare con i su detti parametri può comportare una
lievitazione dei costi che varia statisticamente dal 10%-20% in più ai costi di costruzione
per edifici standard.
•
Negli interventi di ristrutturazione la situazione è leggermente differente
la parte
progettuale si impegna molto, nella caratterizzazione della struttura originale e nello studio
5) COSA E’ REALMENTE FATTIBILE
113
delle corrette stratigrafie a delle possibili soluzioni tecniche da attuare per la correzione
dei ponti termici e l’adeguamento delle strutture. L’impegno progettuale di natura
puramente architettonici e bioclimatica avrà un ruolo secondario, in quanto molto spesso
su gli immobili esistenti possono essere presenti vincoli di natura architettonica, strutturale,
o se facciamo riferimento a fabbricati vincolati anche di tipo storico e artistico
con
addirittura l’esitenza del vincolo paesaggistico, che limita eventuali modifiche prospettiche.
Da un punto di vista operativo, l’aumento dei costi, rispetto ad un intervento di
ristrutturazione classico, è sicuramente derivante dalla utilizzare prodotti più performanti,
ma soprattutto dalla necessità di pretendere una più attenta e accurata esecuzione delle
maestranze, oltre alla realizzazione di lavorazioni extra, come la sostituzione di infissi,
che in caso di ristrutturazioni normali potrebbero non risultare necessarie, la dove fossero
ancora in buone condizioni e con prestazioni rientranti nei termini di legge, ma non in
grado di garantire gli standard richiesti per edifici ad alta efficienza energetica. Sulla base
delle considerazioni fatte è possibile sostenere che ristrutturare nel rispetto dell’alta
efficienza energetica possa comportare un rialzo dei costi pari a 5-15%
22
rispetto ai costi di
ristrutturazione classici di mercato.
5.1.2) IL MAGGIOR VALORE DELL’IMMOBILE.
Al fine di determinare se un edificio così pensato e realizzato, ad alta efficienza energetica,
(Casa Clima, o Passivhaus ), caratterizzati da bassi consumi energetici e miglior comfort,
possa avere un valore aggiunto rispetto agli altri edifici più o meno prestanti facente parte del
patrimonio edilizio nazionale è necessario prendere in considerazione quanto sancito dalla
Direttiva 2010/31/CE.
Tale direttiva stabilisce che entro il 2020 deve essere migliorata l'efficienza energetica del 20%,
che si concretizza nella necessità di costruire soltanto edifici ad energia quasi zero.
La Direttiva del Parlamento europeo e del Consiglio n. 2010/31/UE, sulla prestazione
energetica nell'edilizia (rifusione), emanata il 19 maggio 2010 e pubblicata nella G.U.U.E. 18
22
www.passive-on.org -(Passive-On project)
5) COSA E’ REALMENTE FATTIBILE
114
Giugno 2010, n. L 153 prevede l'abrogazione della storica Direttiva 2002/91/CE (cd. Direttiva
EPBD) con effetto dal 1° febbraio 2012.
23
Premesso quanto detto è facile comprendere che, costruire secondo gli standard di alta
efficienza non è più considerabile, una soddisfazione personale, ma bensì un requisito di legge
e per tanto l’unico modo possibile, obbiettivo questo, previsto anche per le riqualificazione del
patrimonio edilizio esistente.
Ecco che, oltre al beneficio del benessere abitativo e del risparmio in termini economici sulle
bollette energetiche è sicuramente un ottimo investimento per la rivendibilità / commerciabilità
futura dell’immobile. Costruire in tale direzione significa costruire con un occhio al futuro anche
da un punto di vista imprenditoriale, in quanto tra diversi anni, quando il mercato immobiliare
offrirà un parco edilizio inadeguato e al disotto dei parametri di legge, gli unici immobili in grado
di tenere i prezzi di mercato saranno quelli già in linea alle direttiva 2010/31/CE.
L’estimo definisce che per una corretta valutazione estimativa di un immobile, è necessario fare
un attenta valutazione e rilevazione di tutti i parametri intrinsici ed estrinsici dell’immobile, al fine
di poter valutarne in modo razionale e congruo, il più probabile valore di mercato dell’immobile,
rispetto ai fabbricati compravenduti nell’area. Sulla base di quanto detto e possibile sostenere
che la qualità del costruito, il benessere abitativo e il risparmio in termini di consumi che tali
strutture sono in grado di garantire debbono essere tenuti in considerazioni in fase di stima è
per tanto contribuire alla determinazione di un maggior valore .
Molto spesso in occasione di tali interventi ci
poniamo il problema di capire la validità
dell’investimento utilizzando metodi puramente di natura finanziaria che non risentono di fattori
intrinsici non monentizzabili, come il benessere abitativo, etc già più volte citati, in quanto essi
si basano solo sulla comparazione del maggior costo di realizzo e/o acquisto in funzione
dell’effettiva entrata, che nello specifico caso è data dal risparmio sui consumi e dalle eventuali
detrazioni fiscali, la dove si facesse rieferimento ad interventi sul patrimonio edilizio esistente.
Se gli occupanti dovessero cominciare ad associare all’extra costo di acquisto o di costruzione
di un edificio passivo / ad alta efficienza energetica, in funzione all’ottenimento di una migliore
condizione di benessere, allora la questione del tempo di ritorno diventerebbe sempre meno
23
http://www.cti2000.it
5) COSA E’ REALMENTE FATTIBILE
115
importante, così come accadrebbe se andassimo a considerare e tener di riferimento, quanta
meno CO2 si producesse ogni anno.
In fondo è principalmente una questione di mentalità, molte persone acquistano beni di prezzo
elevato, ( attrezzature elettroniche, mobili, cucine, ect), pur esistendo valide alternative a prezzi
inferiori, in tal caso difficilmente viene preteso che questi beni, in qualche modo si ripaghino da
solo e in breve tempo. Cioè i beni vengono acquistati per la loro qualità intrinseca, non per il
tasso di ritorno che li caratterizza.
5.1.3) CALCOLO DEI TEMPI DI RECUPERO
I dati ufficiali definiscono che una Passivahus in Germania è caratterizzata da un fabbisogno
2
energetico che si attesta a (15kWh/m anno), consumando circa 80% in meno rispetto dello
standar tedesco delle costruzione, percentuale quest’ultima che tenderà ad aumentare fino ad
arrivare anche al 90 %, se la mettiamo a confronto con la qualità costruttiva che caratterizza il
24
patrimonio edilizio italiano .
A prescindere da quanto sopra detto e dai concetti puramente filosofici, riferiti al rispetto per
l’ambiente, nell’intento di raggiungere un minor consumo di CO2 , etc, spesso è richiesto di
comprendere se i maggior costi stimati per la costruzione / ristrutturazione di edifici secondo gli
standard di alta efficienza energetica / passivhaus sono sotto il profilo finanziario idonei e/o
accettabili.
Al tal fine al fine di determinare il periodo di recupero dell’investimento
in termini
esclusivamente temporali sarà adottato il metodo di calcolo denominato (Pay Back Period).
• Solozione C à Soluzione A
Stima del maggior investimento
=
± 34.500,000 €
Costo Energia Elettrica
=
0,29 €/kWh
Risparmio energetico ( Sol.C-Sol.A)
=
3619,05 kWh/(1Nov.-15Apr.)
Fabbisogno di Energia Effettiva ( energia )
=
4443,35 kWh/(1Nov.-15Apr.)
SCOP pompa di calore considerato
=
2,8
Kilowattora elettrici (1Nov.-15Apr.)
=
1586,91 kWhe
Risparmio annuo in Euro /(1Nov.-15Apr.)
=
374,83 €/(1Nov.-15Apr.)
24
www.passive-on.org_ Passive-on Project
5) COSA E’ REALMENTE FATTIBILE
116
$50.000,00 $40.000,00 $30.000,00 $20.000,00 $10.000,00 $-­‐ $(10.000,00) 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 $(20.000,00) $(30.000,00) $(40.000,00) "Flussi Cumulati" "Flussi Cassa" Anni 2 perc. Media Mobile ("Flussi Cumulati") Grafico 2
Dalla presente valutazione si evince che il tempo necessario affinché i flussi positivi
dell’investimento compensino le uscite sostenute si aggirano in circa 44 anni.
• Solozione C à Soluzione E ( Sol.A + Serre Solari)
Stima del maggior investimento
=
± 36.774,00 €
Costo Energia Elettrica
=
0,29 €/kWh
Risparmio energetico ( Sol.C-Sol.E)
=
4979,05 kWh/(1Nov.-15Apr.)
Fabbisogno di Energia Effettiva ( energia )
=
3083,35 kWh/(1Nov.-15Apr.)
SCOP pompa di calore considerato
=
2,8
Kilowattora elettrici (1Nov.-15Apr.)
=
1101,20 kWhe
Risparmio annuo in Euro /(1Nov.-15Apr.)
=
515,69 €/(1Nov.-15Apr.)
$80.000,00 $60.000,00 $40.000,00 $20.000,00 $-­‐ 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 $(20.000,00) $(40.000,00) $(60.000,00) Anni "Flussi Cumulati" "Flussi Cassa" 2 perc. Media Mobile ("Flussi Cumulati") Grafico 3
Dalla presente valutazione si evince che il tempo necessario affinché i flussi positivi
dell’investimento compensino le uscite sostenute si aggirano in circa 37/38 anni
5) COSA E’ REALMENTE FATTIBILE
117
Per ultimo si riporta di seguito la determinazione del tempo di rientro che le due strutture
passive richiedo per potersi considerare a tutti gli effetti pagate. E’ necessario puntualizzare che
i risultati in termini di apporto energetico sia in termini di tempi di rientro sono direttamente
proporzionali alle dimensioni del progetto, in senso del tutto generale più grandi sono più
apporto sono in grado di garantire.
• Serra Solare
Stima del maggior investimento
=
3.500,00 €
Costo Energia Elettrica
=
0,29 €/kWh
Energia termica (1Nov.-15Apr.)
=
±1360,00 kWh/(1Nov.-15Apr.)
SCOP pompa di calore considerato
=
2,8
Kilowattora elettrici (1Nov.-15Apr.)
=
485,71 kWhe
Risparmio annuo in Euro /(1Nov.-15Apr.)
=
140,86 €/(1Nov.-15Apr.)
Nello specifico per la serra così progettata è possibile stabilire che l’investimento stimato in
3500,00 € per la realizzazione della serra può essere considerato ripagato in 10 anni.
$3.000,00 $2.000,00 $1.000,00 $-­‐ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 $(1.000,00) $(2.000,00) $(3.000,00) $(4.000,00) Anni "Flussi Cumolati" "Flussi Cassa" 2 perc. Media Mobile ("Flussi Cumolati") Grafico 4
E’ doveroso ricordare che le soluzioni previste e la relativa valutazione non hanno tenuto di
conto del costo di realizzo, ne i relativi apporti che potrebbero aver dato l’istallazione di sistemi
attivi quali mini eolico / pannelli fotovoltaici, per la produzione di energia elettrica o impianto
solare per produzione di energia termica, per mezzo dei quali su edifici di tali caratteristiche,
potrebbero garantire una vera e propria autonomia energetica o addirittura trasformare,
l’edificio, abitudinalmente considerabile come un costo in una struttura produttiva, capace di
generare richezza.
5) COSA E’ REALMENTE FATTIBILE
118
Per ultimo ma non irrilevante in termini di valutazione dei tempi di rientro, è da considerare il
contributo fiscale del 50% o del 65% oggi previsto in Italia per gli interventi di ristrutturazione e
riqualificazione energetica, che consentono in questi casi un rimborso da parte dello stato
dell’investimento fatto in un tempo pari a 10/ 5 anni a secondo dell’età del soggetto.
6) COCNCLUSIONI
119
6) CONCLUSIONI
Sulla base di quanto detto in termini di salvaguardia dell’ambiente ed in particolare dell’effettivo
pericolo
di
inquinamento
ambientale
dell’irrresponsabile comportamento
cui
il
nostro
pianeta
è
sottoposto,
a
causa
umano, che nel tempo ha generato una sempre più
crescente emissioni di CO2 per la climatizzazione delle nostre abitazioni. Con il presente trattato
è stato possibile dimostrare che una prima sulozione, per quanto migliorabile, è quella di
costuire edifici non energivori e che tale strada è percorribile e già alla nostra portata.
Rimane fondamentale che si crei una vera e propria coscienza di rispetto e attenzione al tema,
in primo luogo nei progettisti , costruttori e in secondo luogo nei cittadini .
Ancora oggi, l’anello debole del sistema è il maggior costo, che edificare secondo tali standard,
comporta e dei relativi tempi di rientro dell’investimento da un punto di vista finanziario.
Come più volte emerso dalla lettura del presente trattato, molti dei fattori positivi non riescono a
essere monetizzati, ed è per questo, che non è corretto valutare lo standard di alta efficienza
energetica con la logica tradizionale con la quale, si valuta il solo rapporto costo – benefici,
proprio perche tale criterio tiene di conto solo di uno dei tanti benefici, quello riguardante la
riduzione dei costi.
Una corretta valutazione deve tener presente anche di altri fattori, coome ad esempio, quanto
sancito dalla direttiva 2010/31/CE, il cui obbiettivo è quello di vedere entro il 2020, edificare
solo edifici ad energia zero, oltre che, il benessere abitativo riscontrabile su tali immobili, e in
fine la riduzione delle elevatissime spese che la collettività sostiene per i danni causati
dall’inquinamento .
L’energia solare, con la sua distribuzione democratica in tutto il mondo è a nostra disposizione:
basta prenderla.
Il concetto passivo è basato sul fatto che la natura possa garantire il funzionamento dei nostri
edifici, con la minima interferenza meccanica, garantendo così in modo del tutto naturale e
gratuito la climatizzazione degli ambienti.
Concettualmente è molto piu facile spostare un oggetto pesante sfruttando la gravità che con la
forza bruta. Una barca a vela sfrutta nel modo migliore la potenzialità del vento e della corrente:
l’unica cosa richiesta è il controllo. Applicando alcuni nozioni e manovrando in modo da tenere
6) COCNCLUSIONI
120
in assetto l’imbarcazione, si possono coprire grandi distanze con un minimo sforzo e dispendio
di energia.
In conclusione appare opportuno e doveroso riportare quanto affermò
lo storico dell'arte
italiano (Salvatore Settis) : “ ll territorio è un bene comune sul quale tutti abbiamo,
individualmente e collettivamente, non solo un passivo diritto di fruizione, ma un attivo dirittodovere, di protezione e di difesa. “ ed è per questo che dobbiamo impegnarci a costruire meglio
le nostre case , sfruttando e controllando al massimo l’energia disponibile in natura per poter
garantire i propri fabbisogni energetici, riducendo nel contempo la quantità di energia
necessaria.
BIBLOGRAFIA
121
BIBLOGRAFIA
Libri
•
David Halliday, Robert Resnick, Kenneth S. Krane – Fisica Vol.1|CEA_Anno 2003:
•
Norbert Lantschner - Casa Clima il piacere di Abitare | ATHESIA _ Anno 2008;
•
Torten Jeworrek, membro del direttivo della Munich Re Group;
•
Norbert Lantschner - La mia Casa Clima |Edition RAETIA_ Anno 2009;
•
Y.A. Cengel - Termodinamica e trasmissione del calore | MC GRAW Hill _Anno 2009 ;
•
Wright David - Abitare con il sole di | Muzzio Franco &c. editore _ Anno 1981;
•
Anderson Bruce - Energia solare Manuale di Progettazione |Franco muzzio &c. editore
_ Anno 1980;
•
Los Sergio - La progettazione dell’architettura bioclimatica | Franco muzzio &c. editore
_ Anno 1980;
•
Manfredi Nicoleti - Architettura ecosistemica a cura di | Gangemi editori _Anno 1998;
•
Zappone Claudio - La serra solare di | Sistemi editori _ Anno 2005;
•
Claudia Bettiol - Fonti rinnovabili di Energia.
•
Alice Gorrino - Sviluppo e Validazione di modelli di calcolo della prestazione energetica
dell'edificio: Ponti termici e componenti speciali di involucro _Anno 2012
•
Fantozzi Fabio (destec, università di pisa), Bibbiani Carlo (Dsv, Università di Pisa) Simulazione del comportamento energetico di un fabbricato-tipo in assenza/presenza di
tetto/parete verde per ottimizzare l’efficienza energetica degli edifici, rispetto alle aree
climatiche italiane |
•
Alfinito Luca, Fisico Specialista, Tecnico Competente in Acustica Coordinatore
Scientifico ACEER - Toscana Sistemi passivi ad accumulo termico indiretto: Muri di
Trombe e Serre solari_Anno 2013
•
Alfinito Luca, Fisico Specialista, Tecnico Competente in Acustica Coordinatore
Scientifico ACEER - Benessere termoigrometrico Comfort indoor_Anno 2013
•
Raymond A. Serway - John W. Jewett –FISICA |EdiSES S.r.l. _Anoo 1996
BIBLOGRAFIA
122
Normativa
•
ASHRAE 62/1999
•
Ministero dell’Ambiente, 1991
•
Norme UNI/TS 11300-1:2014
•
Norme UNI/TS 11300-2:2014
•
Norma UNI EN ISO 13790:2008
•
Normativa UNI ISO 13789:2008
•
Legge 9 gennaio 1991, n. 10
•
Decreto legislativo 30 maggio 2008 n°115
•
Circ. Min. LL. PP. 3151 del 22/5/67,;
•
D.lgs 311/06;
•
D.M. 5 luglio 1975;
•
Norme UNI 10380/A1;
•
Norme UNI 10840;
Siti internet
•
www.wikipedia.org
•
www.lteconomy.it _Focus –La concentrazione di CO2 nell’at.mosfera
•
www.fornacidimasserano.com/isolamento-acustico
•
www.dipartimenti.unicas.it
•
www.passivehouse-international.org
•
www.arch.unige.it Corso di progettazione bioclimatica docente Andrea Giachetta
•
www.cti2000.it
•
www.lteconomy.it
•
www.unirc.it
•
www.laterificiopugliese.it
•
www.util.anit.it
•
www.passive-on.org