Università degli Studi di Pavia
EFFICIENZA ENERGETICA DEGLI EDIFICI
Corso di formazione
Le applicazioni delle risorse rinnovabili in edilizia,
soluzioni progettuali bioclimatiche.
bioclimatiche.
Dott.
Dott. Ing.
Ing. Lucia Cattani
Università di Bergamo
ENERGIE NON INQUINANTI E
RINNOVABILI
•
•
•
•
•
EOLICA
SOLARE
IDROELETTRICA
MARE
GEOTERMICA
Contributo massimo teorico ottenibile: 20,5 Mtep
meno del 5% del fabbisogno energetico
nazionale del 2020 (Italia)
1
Applicabili in edilizia
•
•
•
•
EOLICA
IDROELETTRICA (in parte)
GEOTERMICA (sonde)
SOLARE (attiva: pannelli fotovoltaici,
collettori solari)
• SOLARE (passiva: architettura
bioclimatica)
ENERGIA
EOLICA
•rotore (a una, due o tre pale)
•sistema frenante di emergenza
•generatore elettrico
•(alternatore) collegato sullo stesso
asse
•sistema di controllo
•densità
densità di potenza per unità
unità di
superficie circa di 10 W/m2.
2
Energia eolica
L’aerogeneratore più diffuso è di media taglia (500600KW), in grado di soddisfare il fabbisogno di 500
famiglie.
H = 50 m con 1, 2 o 3 pale di circa 20 m
Al di sotto di una certa velocità la macchina è incapace
di partire;
Per l’avviamento è necessario che la velocità raggiunga
una soglia minima (tipica di ciascuna macchina ma
prossima ai 4-5 m/s).
La velocità del vento “nominale” è la minima velocità in
grado di far fornire alla macchina la potenza di progetto
(10-12 m/s per qualche centinaia di kW per taglie medie).
Per
elevate
velocità
del
vento
(20-25
m/s)
l’aerogeneratore deve venir posto fuori servizio per
motivi di sicurezza.
Costi - Energia eolica
Realizzazione chiavi in mano di una centrale eolica:
circa 1000 Euro/kW di potenza installata
Il costo annuo di esercizio e manutenzione è, in
genere, pari al 3% dell’investimento,
La “disponibilità” delle macchine (rapporto tra il
numero di ore durante il quale l’aerogeneratore è
“disponibile” per la produzione di energia e il
numero di ore dell’anno) è vicina al 98%.
L'effettiva potenza generata è direttamente legata
alla velocità del vento in modo che, se la velocità
del vento cala di un 10 per cento, ci sarà una
diminuzione del 30 per cento dell'energia
disponibile.
3
IMPATTO AMBIENTALE
1. occupazione del territorio;
2. variazione del paesaggio;
3. emissioni acustiche;
4. interferenze elettromagnetiche;
5. disturbo all'avifauna stanziale e migratoria;
6. produzione di energia da immettere direttamente sulla rete
locale;
7. disponibilità di potenza direttamente vicino ai centri di carico
locali
8. emissioni inquinanti evitate dalla sostituzione di una quota parte
del parco termoelettrico
Evitata generazione elettrica per via combustibile fossile:
CO2 (anidride carbonica): 1.000 g/kWh
SO2 (anidride solforosa): 1,4 g/kWh
NO2 (ossidi di azoto): 1,9 g/kWh
Idroelettrica
• Per singole abitazioni prospicienti a corsi
d’acqua a volte si possono realizzare piccoli
impianti idroelettrici.
• Grazie a turbine idrauliche (si pensi ai mulini)
collegate ad alternatori è possibile
trasformare l’energia meccanica del fiume in
energia elettrica.
• In Italia l’energia idroelettrica è ampiamente
sfruttata data la particolare ricchezza della
nostra Nazione di corpi idrici.
4
Geotermica
• Il terreno è caratterizzato
da:
– Grande inerzia termica
– Notevole capacità
termica
Sotto i 20 m di profondità
la temperatura del
terreno è quasi
indipendente dalle
escursioni termiche
superficiali (a circa 50 m
di profondità si
raggiungono
mediamente gli 11°C). Il
gradiente termico è di
circa +3°C ogni 100 m.
Geotermica
Il principio delle sonde geotermiche è quello di
far passare un fluido glicolato (acqua e
anticongelante non tossico) a bassa
temperatura all’interno di tubazioni a contatto
col terreno in modo da sfruttare il salto termico
e trasferire calore dal terreno al fluido stesso.
Le tubazioni sono realizzate in modo da
favorire lo scambio di calore.
Conviene prevedere terminali che
funzionano a bassa temperatura
5
Sonde: configurazioni
Configurazione
orizzontale
Configurazione
verticale
Geotermica
Il sistema può essere associato ad una pompa di
calore
6
Sole: sistemi attivi e passivi
Tutti i sistemi per lo sfruttamento dell’energia
solare sono generalmente composti da:
• Apparato di captazione
• Sistema di trasferimento dell’energia termica
all’accumulo (circuito primario)
• Elemento di conservazione dell’energia
raccolta (serbatoio, accumulo,ecc.)
• Elemento di distribuzione finale (circuito
secondario)
Sistemi attivi
• I sistemi attivi sono dei veri e propri impianti
tecnologici in cui i vari elementi costitutivi
(menzionati nella slide precedente) sono chiaramente
distinguibili e necessitano di una qualche forma
di alimentazione esogena al sistema.
• Il trasferimento di energia tra il circuito primario e
quello secondario non avviene mediante meccanismi
naturali ma con l’ausilio di impianti tradizionali
• Per questi dispositivi l’integrazione con l’edificio è
paragonabile a quella degli impianti tradizionali e
quindi (escluse le verifiche preventive precipue di
ogni sistema solare) il loro impiego può essere
previsto in una fase avanzata della
progettazione e proposto in edifici esistenti.
7
SOLARE
Attiva
TERMICA
L'acqua viene riscaldata
dal sole,
trasferita all'interno del
serbatoio
attraverso una pompa di
circolazione (forzata)
o per circolazione naturale
Impatto Ambientale:
realizzazione
smaltimento
no emissioni nocive
Principali applicazioni
impianti per acqua
calda sanitaria,
riscaldamento degli
ambienti
piscine
SOLARE Attiva FOTOVOLTAICA
• I pannelli fotovoltaici sfruttano l’energia del sole per
produrre direttamente elettricità. Essi si basano sulla
filosofia costruttiva dei diodi. Un diodo è composto da
un materiale semiconduttore, ad esempio il silicio,
drogato in modo tale da avere da una parte
un’eccedenza di elettroni e dall’altra una carenza
degli stessi (ci si possono immaginare dei buchi).
Questo dispositivo ha la particolarità di lasciar
passare corrente elettrica, che si può vedere come un
flusso di elettroni, in una sola direzione, vale a dire
quella in cui le particelle negative in eccedenza
vadano a tappare i “buchi”.
corrente
elettrica
elettroni in eccesso
elettroni in difetto
8
SOLARE
FOTOVOLTAICA
corrente
elettrica
elettroni in eccesso
elettroni in difetto
SOLARE
FOTOVOLTAICA
La radiazione solare
colpisce un materiale
semiconduttore,
libera elettroni che si
muovono
producendo direttamente
energia elettrica.
elettrica.
La corrente elettrica
prodotta è continua,
mediante un inverter si può
può
avere corrente alternata.
9
SOLARE FOTOVOLTAICA
la cella fotovoltaica (0.01 m2) può produrre circa 1,5
Watt di potenza in condizioni standard: (T=25°C e
radiazione solare = 1000 W/m²).
La potenza in uscita da un dispositivo FV in condizioni
standard = “potenza di picco” (Wp).
sistemi stand-alone (autonomi): utenze difficilmente
collegabili alla rete (aree poco accessibili), necessità di
coprire la totalità della domanda energetica, necessità
perciò di un sistema di accumulo (batteria).
sistemi grid-connected (connessi alla rete).
Integrazione architettonica favorita dall’applicabilità del
modulo sulla superficie dell’edificio (ad es. tetto piano,
tetto inclinato, facciata).
centrali fotovoltaiche. Moduli fotovoltaici di grandi
dimensioni installati a terra. Grande estensione.
SOLARE FOTOVOLTAICA - Costi
50% per i moduli e 50% resto del sistema
1 kWp installato / 8.000 euro
bassa capacità di conversione dei moduli
fotovoltaici: per pannelli commerciali è dell'ordine
del 10-15%;
Pannelli integrati rendimenti attorno al 4%
Per produrre 1 kWh elettrico bruciati mediamente
l'equivalente di 2,56 kWh sotto forma di combustibili
fossili
emessi nell'aria circa 0,58 kg di anidride carbonica
ogni kWh prodotto dal sistema fotovoltaico evita
l'emissione di 0,58 kg di anidride carbonica.
10
MADE IN ITALY I PANNELLI
FOTOVOLTAICI A BASSO COSTO
• Brevettati all’ Università di Parma e sperimentati nei paesi
mediterranei del Maghreb e del Medio Oriente.
• pellicola trasparente a base di tellururo di cadmio
• L'efficienza di conversione fotovoltaica dei moduli al di sopra
dell'11%.
• Previsioni sul costo industriale del modulo:1 €/W, contro gli attuali
5€/W.
• Verranno prodotti in Lombardia
• http://www.arendi.eu/ http://www.solar-sse.com/index-it.htm
• http://www.marcegaglia.com/energy/it/pannelli_telluro.html
• A. Romeo, G. Khrypunov, S. Galassini, H. Zogg, A.N. Tiwari,
Bifacial Configurations for CdTe solar cells, «Solar Energy Materials
and Solar Cells», vol. 91, 2007, pp. 1388-1391
Sistemi fotovoltaici - Potenzialità
Potenzialità
Studio della
Commissione Europea:
in Italia la superficie di
tetti disponibili (con
orientamento verso Sud,
Est o Ovest) è di
370.000.000 m2,
quella delle facciate è di
quasi 200.000.000 m2.
sarebbe possibile produrre circa 130 mila milioni di
kWh l’
l’anno, pari al consumo annuo di energia
elettrica di oltre 30 milioni di famiglie (considerando
una media di 4.000 kWh/anno per nucleo familiare)
calcoli ipotetici, ma ….
11
Sistemi fotovoltaici
facciate e coperture
Costi elevati, ma…
ma…..
si tratta di elementi strutturali,
strutturali,
sostitutivi di altri materiali (pannelli vetrati usati nelle
facciate che, installati, hanno anch’
anch’essi un costo non
indifferente)
l’edificio diventa energeticamente attivo
la facciata o il tetto fotovoltaico consentiranno rilevanti
risparmi sulle bollette elettriche,
eviteranno l’
l’immissione nell’
nell’atmosfera di grandi
quantità
quantità di CO2 (0,3(0,3-0,4 kg di CO2 per ogni kWh
prodotto da fonte fotovoltaica);
oltre che essere un investimento di carattere
energetico è anche un investimento di tipo
promozionale,
promozionale, visto il grande impatto che riesce ad
avere sul pubblico
12
TETTI E PARETI SOLARI
TETTI E PARETI SOLARI
Facciate: le celle sono inserite tra due pannelli di
vetro. Le celle fotovoltaiche e le connessioni
elettriche sono sigillate e irrigidite in resine
altamente trasparenti e resistenti agli
ultravioletti. Per le vetrate sono normalmente
impiegati pannelli con vetri di sicurezza e
struttura metallica alleggerita.
13
TETTI E PARETI SOLARI
Struttura delle facciate fotovoltaiche
l'umidità e la pioggia possono compromettere le
performance delle celle che devono essere
mantenute sufficientemente ventilate e drenate.
funzione di supportare i cablaggi (alcuni
costruttori le forniscono con specifiche canaline
in cui far correre i cavi).
Vetrate schermate per
edifici come per uffici o
aziende sono talvolta
costosi come le facciate in
marmo o granito
SUN WALL
INTERNATIONAL
DESIGN COMPETITION
Concorso indetto dal
Dipartimento
dell'Energia
Statunitense
nel 2000
concorso per dotare la
parete Sud dell'edificio
di un sistema solare
fotovoltaico e termico
tale da garantire il
massimo in termini di
efficienza energetica e
dall'estetica gradevole
14
SUN WALL
Piani 1-8 Uffici
Piano 9 locale tecnologico
Fabbisogno energetico:
riscaldamento
raffreddamento
illuminazione
SUN WALL
la facciata è stata
ripartita in tre sezioni:
due laterali per
l'alloggiamento dei
moduli fotovoltaici
una centrale per il
sistema solare termico
15
SUN WALL
la facciata è stata
ripartita in tre sezioni:
due laterali per
l'alloggiamento dei
moduli fotovoltaici
una centrale per il
sistema solare termico
SUN WALL
Il sistema fotovoltaico
è assemblato su una maglia
costituita da colonne curve di
alluminio
collegate da travi reticolari
il tutto irrigidito da tiranti e
montanti.
16
SUN WALL
L'intero sistema
crea un parete ventilata
strozzata
alla sommità della quale
i flussi d'aria calda
ascensionali
vengono incanalati
e integrati nel sistema di
ventilazione
dell'edificio
tramite scambiatori di
calore
SUN WALL
Il sistema rende dinamica
la facciata
e produce un
considerevole
quantitativo di energia
pari a:
192 Kwp elettrici,
172 Kwp termici
9,6 Kwp per stoccaggio
dell'H2
utilizzabile come
carburante per vetture
a celle a combustibile.
17
EuroEuro-Gate
Duisburg
facciata produttrice di
energia,
celle fotovoltaiche con
una capacità massima di
10 kWh.
•esposizione a sud
•forma curva
•riflesso dell'acqua
sostengono questo uso
estensivo del
fotovoltaico
Business Promotion Centre Duisburg
Il tetto a forma di lente è un
grande collettore solare,
con celle fotovoltaiche che
trasformano l'energia del
sole in elettricità
con pannelli solari per il
riscaldamento dell'acqua
18
Business Promotion Centre Duisburg
Produzione dell'energia:
cogeneratore non collegato
alla rete brucia gas per
produrre calore e elettricità;
l'elettricità viene inviata alle
stanze,
il calore scalda l'acqua per
generare il freddo richiesto,
con una macchina frigorifera
ad assorbimento
che produce acqua fredda
inviata
agli
uffici
per
raffrescarli.
Business Promotion Centre Duisburg
D'estate il processo utilizza
l'energia solare invece del
gas
bilancio positivo tra
la domanda di raffrescamento
e la disponibilità di radiazione
solare
che fornisce gratis l'energia
necessaria per il sistema di
condizionamento.
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Sistemi fotovoltaici integrati negli edifici (BIPV)
serie di pannelli da 40 kWp
sulla facciata sud di un
edificio del campus
dell’Università di
Northumbria, UK (1995).
465 moduli integrati sulla
parete con
un’inclinazione di 25°
rispetto alla verticale per
massimizzare la resa e
rispettare l’estetica
dell’edificio.
In un anno, il sistema fornisce in
media il 30 - 40% dell’energia
elettrica necessaria agli impianti.
Sole: sistemi attivi e passivi
Tutti i sistemi per lo sfruttamento dell’energia
solare sono generalmente composti da:
• Apparato di captazione
• Sistema di trasferimento dell’energia termica
all’accumulo (circuito primario)
• Elemento di conservazione dell’energia
raccolta (serbatoio, accumulo,ecc.)
• Elemento di distribuzione finale (circuito
secondario)
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Sistemi passivi
• Sistemi passivi sono tutti i dispositivi, accorgimenti e
criteri finalizzati al riscaldamento, raffrescamento e
climatizzazione degli edifici mediante l’apporto
energetico gratuito del sole e delle possibili risorse
naturali del microclima locale , senza l’ausilio di mezzi
meccanici alimentati con fonti esogene di
distribuzione dell’energia.
La distribuzione dell’energia avviene tramite flussi
termici naturali (conduzione, convenzione ed
irraggiamento)
• Nei sistemi passivi la distinzione tra i diversi elementi
vista precedentemente non è netta, anzi, spesso un
componente assume diverse funzioni (ad esempio il
collettore può coincidere col sistema d’accumulo).
• Maggiore è il grado di identificazione dei diversi
elementi con l’edificio stesso, maggiore sarà
l’efficienza energetica finale dell’edificio stesso.
Sistemi passivi
• L’obiettivo di massima identificazione tra i
sistemi passivi e l’edificio stesso è
raggiungibile solo se l’adozione di questi
sistemi viene presa in considerazione nelle
primissime fasi della progettazione in modo
da sviluppare l’intero progetto in maniera
coerente ed efficiente.
• Prevedere tempestivamente l’adozione di
sistemi passive permette, inoltre, di
minimizzare l’impatto economico degli stessi
sia in fase di realizzazione che di
manutenzione.
21
In dettaglio: Sistemi passivi
e…Captazione dell’energia…
• Il collettore è composto da una superficie
trasparente e un assorbitore. L'assorbitore
converte, assorbendola in parte, la radiazione
solare incidente in calore.
• L'accumulo, composto da materiali
caratterizzati da una elevata capacità di
immagazzinare calore, svolge una funzione di
volano termico (spesso le stesse pareti
possono svolgere tale funzione L'elemento
assorbitore puo' essere parte integrante
dell'accumulo (muro di Trombe) o del
pavimento (guadagno diretto).
…E suo controllo
• La trasmissione del calore tra collettore, spazio e
accumulo avviene attraverso meccanismi di scambio
naturali (conduzione, irraggiamento, convezione naturale),
o forzati, secondo diverse modalità di controllo.
• I componenti che attuano il controllo possono essere fissi
o mobili, azionati manualmente o automaticamente, e si
possono raggruppare nelle seguenti categorie:
• schermature (regolano l'ingresso della radiazione solare)
• riflettori (aumentano la radiazione che raggiunge le
aperture)
• sistemi di isolamento mobili (riducono le dispersioni di
calore)
• sistemi di regolazione del moto dei fluidi termovettori
• aperture regolabili (controllano la circolazione dell'aria
esterna).
22
Architettura Bioclimatica
• Per architettura bioclimatica si può intendere un
complesso di soluzioni progettuali che consentono
di assicurare all'interno di un edificio il
mantenimento di condizioni di comfort ambientale
limitando al minimo l'intervento degli impianti
che comportano consumi energetici da fonti
convenzionali.
• Tale architettura affida in modo prevalente alla
struttura, alla conformazione fisica dell'edificio,
al suo orientamento ed al contesto climatico in
cui viene realizzato, il compito di captare o rinviare
le radiazioni solari e di sfruttare il microclima locale,
ad esempio i venti prevalenti, per ottenere il
comfort ambientale
Architettura Bioclimatica
L’obiettivo della progettazione bioclimatica è
comunque la realizzazione di edifici che
consentano:
• Sfruttamento dell’ energia solare sia con sistemi
attivi che passivi
• Sistemi raffrescamento passivi e ventilazione
naturale
• Schermature solari e controllo microclima naturali
• Raccolta e riciclaggio acque piovane
Il tutto sia per minimizzare l’utilizzo di impianti di
climatizzazione tradizionali sia per ottenere un
miglioramento del comfort ambientale e degli
standard qualitativi di vita dell’utenza
23
Integrazione dei sistemi di produzione di
energia solare negli edifici
Solare passivo
(illuminazione, aria calda,
ventilazione)
Solare attivo
(acqua calda)
Fotovoltaico
Principi di funzionamento dei sistemi
passivi
Convenzionale
Estate
Sistema passivo
schermi
Inverno
Finestre
speciali
Massa di accumulo
24
Comportamento "ideale" di un
sistema solare passivo
• A. capacità di "aprirsi" alla radiazione
solare quando questa è disponibile ed
utile (ore diurne della stagione
fredda) e di immagazzinare il calore
corrispondente.
• B. possibilità di "chiudersi" nelle ore
notturne della stagione fredda,
riducendo le dispersioni attraverso le
superfici trasparenti, e sfruttando il
calore immagazzinato.
Comportamento "ideale" di un
sistema solare passivo
• C. protezione delle
superfici trasparenti dalla
radiazione solare quando
questa sia indesiderabile
(ore diurne della stagione
calda).
• D. capacità di efficiente
dissipazione di calore nelle
ore notturne della stagione
calda.
25
Sistemi passivi: indicazioni di
massima sulla progettazione.
• Principi di funzionamento dei diversi sistemi
• Alcuni esempi di realizzazione di sistemi
passivi integrati con sistemi attivi.
• Osservazioni correlate alla gestione
dell’edificio
• Esempi di progetti di Edilizia sostenibile
•
http://www.sistemieditoriali.it
Serre Solari: Definizione
• Serra o veranda: spazio chiuso, vetrato, in
adiacenza a una o più superfici opache di un
ambiente riscaldato.
• La sua efficacia energetica è legata a :
– Contesto climatico
– Caratteristiche della superficie (opaca e vetrata)
che separa la zona riscaldata dalla veranda
– Caratteristiche della superficie esterna che
delimita la veranda
– Orientazione
26
Componenti della veranda o serra
SCAMBIO TERMICO PER
IRRAGGIAMENTO
Effetto serra
lastra di vetro:
τλ dipende da:
composizione del vetro,
spessore,
angolo di incidenza
della radiazione.
comportamento "selettivo":
τλ 0,9 (trasparente) per radiazioni con lunghezza
d'onda tra 0,4 - 2,5 µm
τλ 0,03 (opaca) per le radiazioni a lunghezza d'onda >
2,5 µm (infrarosso)
27
SCAMBIO TERMICO PER
IRRAGGIAMENTO
effetto serra
Effetto serra
• Serre abitabili
• Serre non abitabili
28
Sistemi a
Guadagno diretto
• Senza diffusione
massa termica concentrata
di colore scuro esposta alla
radiazione diretta
• Con diffusione
massa
termica in superfici ampie
di spessore ridotto di
colore chiaro, per
riflessione della radiazione
all’interno dello spazio vetri
diffondenti che
scompongano la radiazione
incidente in tutte le
direzioni
Accumulo interno
• elementi di grande capacità termica all’interno
dell’edificio, nelle vicinanze di superfici vetrate
• Per ottimizzare la correzione del ciclo breve
giorno -notte è preferibile distribuire la massa
su una superficie ampia di spessore sottile.
29
Come decidere se una serra è
conveniente oppure no?
• Perché una serra sia conveniente è
necessario che sia efficace dal punto di vista
energetico
• In altre parole la presenza di una serra deve
influire positivamente sul bilancio energetico
dell’involucro edilizio.
• Per la Regione Lombardia il calcolo, ai fini
della certificazione, viene eseguito nel
seguente modo
Parte relativa alla trasmissione
Spazio
riscaldato
Serra
HTS = Hi He / (Hi + He)
30
La parte della trasmissione rientra
nella:
• Definizione delle perdite di trasmissione
dell’involucro edilizio
Parte relativa al guadagno
solare
Qs,s
31
La parte di guadagno solare della
serra rientra nella:
• Definizione degli apporti di calore dovuti
alla radiazione solare
Riduzione perdite per
trasmissione
b = He / (Hi + He)
32
Il termine di riduzione rientra
direttamente
• Nella definizione del fabbisogno energetico
per il riscaldamento dell’ambiente
Serra solare
Casa Unifamiliare - S. Pietro Capofiume (BO)
•Tecnologie di risparmio energetico
•Isolamento pareti
•intercapedine isolata con 20 cm di
argilla espansa.
•Sistemi solari passivi
•Serra: 141 m2 di vetro doppio
inclinato di 58° e 56 m2 di vetro
doppio verticale racchiudono una
serra di 27 m3.
•Impianto
•riscaldamento integrato con stufa a
legna.
•produzione di acqua calda: boiler
elettrico
33
Serra solare
Casa
Unifamiliare S.
Pietro Capofiume
(BO)
•Considerazioni
•Funzionamento della
serra:
•durante il periodo invernale riscalda quasi completamente
l’intera abitazione,
•nel periodo estivo, vista la mancanza di sistemi di
schermatura, eccessivo riscaldamento dei vani abitati.
•schermatura estiva affidata al verde ma nei primi anni di vita
dell’edificio le piante non avevano un’altezza adeguata per
espletare tale funzione
Guadagno diretto
•Casa a schiera
S.Lazzaro di Savena(BO)
•Tecnologie di risparmio
energetico
•Isolamento pareti:
•polistirolo espanso nel rivestimento esterno 5 cm solo sulla
facciata di testata,
•lana di roccia 5 cm nelle pareti longitudinali
•Finestre su facciate non a sud: doppio vetro 72 m2
•Sistemi solari passivi - Guadagno diretto:
•facciata sud di ogni edificio 185 m2 di superfici vetrate
realizzate con doppi vetri, che consentono la captazione
dell’irraggiamento direttamente all’interno degli ambienti.
•schermatura per il controllo della temperatura interna per
mezzo di tapparelle avvolgibili esterne.
34
Guadagno diretto
•Sistemi solari attivi
•Produzione acqua calda e
riscaldamento ambientale:
•330 m2 di collettori piani
ad acqua inclinati di 30°
rispetto all’orizzontale, integrati sulla copertura.
•Accumulo: 10 m3 di acqua.
•Impianto
•Riscaldamento e produzione d’acqua calda:
•impianto centralizzato a metano con distribuzione del calore a
ventilconvettori e con contabilizzazione del calore.
•sistema di regolazione automatico
•potenzialità della caldaia 80.000 kcal/h
•impianto per l’acqua calda unicamente ad integrazione del
sistema solare attivo.
Guadagno diretto
• Considerazioni
• Il sistema solare attivo
non funzionava
correttamente
• si è dovuto ristrutturare l’intero complesso
eliminando i collettori solari dai tetti.
• La mancanza di un tetto ventilato o la poca
coibentazione di esso, ha indotto molte persone ad
installare un impianto di condizionamento estivo.
• Ben progettato e curato il verde che si integra
perfettamente con l’edificio
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Serra solare
•Case a schiera
•Pieve di Campo (PG)
•Tecnologie di risparmio
energetico
•Isolamento pareti: pannelli
•Finestre su facciate non esposte a sud: doppi vetri.
•Sistemi solari passivi: Serra
•superficie vetrata 17 m2 che racchiude un volume di 33
m3, con superficie di accumulo costituita da un muro
termico posta sulla parete sud di ogni alloggio.
Serra solare
•Sistemi solari attivi:
produzione d’acqua
calda con pannelli
solari 4 m2 con
inclinazione di 60°
rispetto all’orizzontale per ogni alloggio.
•Impianto
•pompa di calore reversibile aria-acqua, ventilconvettori,
termostato ambiente,
•serbatoio di accumulo per acqua calda sanitaria,
•caldaietta per integrazione a metano, elettronica di
controllo.
36
Serra solare
• Considerazioni
• la serra solare garantisce un ottimo comfort
invernale,
• ottimo comfort estivo grazie alla possibilità di
aprire i vetri della serra ed al sistema di
schermatura integrato
• facciata nord correttamente presenta piccole
aperture, ed è protetta da una folta vegetazione.
Muro Trombe
37
Muro Trombe
• La parete solare in muratura assorbe la radiazione solare
sulla superficie esterna e trasmette il calore per
conduzione attraverso il muro. La superficie esterna
della parete è generalmente dipinta di nero per assorbire
maggiormente la radiazione, mentre il calore trasmesso
attraverso il muro per conduzione viene poi distribuito
per irraggiamento allo spazio interno e per
convezione dalla faccia interna.
• Se nella muratura sono praticate delle aperture la
distribuzione del calore avviene per lo più per
convezione naturale; la radiazione solare passa
attraverso la superficie vetrata, viene assorbita dalla
muratura e ne riscalda la superficie: l’aria compresa tra
la muratura ed il vetro viene riscaldata.
Muro Trombe
• L’aria calda ascendente nell’intercapedine entra nello
spazio abitato attraverso le aperture disposte nella parte
superiore della muratura, mentre, l’aria fredda della
stanza viene richiamata attraverso le aperture poste
nella parte inferiore della muratura. Questa
circolazione naturale dell’aria continua per un paio
d’ore dopo il tramonto. Di notte il ciclo si inverte:
l’aria raffreddandosi diventa più pesante, entra
nell’edificio attraverso le aperture della parte inferiore
del muro richiamando aria calda dalle aperture in alto.
• Generalmente per impedire questo flusso vengono
montati dei pannelli regolabili sul lato interno delle
aperture.
38
Muri
Trombe
A - situazione nelle ore diurne
della stagione fredda;
B - ore notturne della stagione
fredda, con termocircolazione
inversa inibita;
C - ore diurne della stagione
calda, se dotato di apertura
esterna , favorisce la
ventilazione naturale.
• Muro Trombe esposto a Sud: massimizza i
guadagni nel periodo invernale e minimizza quelli
estivi
Muro Trombe
•Edificio di abitazione I.A.C.P. Bologna
•Tecnologie di risparmio
energetico
•Isolamento pareti:
•rivestimento esterno con
5 cm di polistirolo estruso.
•doppio vetro 20 m2 per le
finestre su facciate non
esposte a sud
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Muro Trombe
• Sistemi solari passivi
• Logge vetrate:
superficie vetrata di
62 m2 chiude parte
della facciata sud
creando delle logge
per un volume
complesso di 27 m3
ed una superficie di
calpestio totale di 10
m2. La schermatura
avviene per mezzo di
scuri interni.
Muro Trombe
•Parete ad accumulo 468 m2
costituita da
•vetro singolo e muro ad
elevata inerzia in mattoni
pieni, spessore 40 cm, con
isolamento interno;
•isolamento esterno
ricoperto di lastra metallica
annerita.
•bagni della facciata sud:
muri Trombe, senza
bocchette per la
termocircolazione
•La schermatura avviene per
mezzo di tende alla
veneziana esterne.
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Muro Trombe
• Sistemi solari attivi
• Produzione d’acqua calda:
• 18 mq di collettori piani
ad acqua inclinati di 45°
• Accumulo:
• 1,2 m3 di acqua
Impianto
Riscaldamento ambientale e produzione d’acqua calda
con impianti autonomi a gas con distribuzione del
calore mediante ventilconvettori.
Impianto dell’acqua calda elettrico.
Muro Trombe
•Considerazioni
•scarso rendimento del
sistema solare passivo
scelto: muro freddo
d’inverno e caldo
d’estate,
•gli abitanti hanno
otturato le bocchette
nel muro per limitare l’entrata di aria fredda o calda
all’interno dei vani
•difficoltà nello gestione del sistema solare
•difficoltà nella pulizia dei vetri interni
•sbagliata la scelta di un sistema di oscuramento costituito
da tende alla veneziana poste esternamente all’edificio,
subito rese inservibili dagli agenti atmosferici.
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Barra - Costantini
• Nel caso del muro di Trombe la prossimita'
dell'accumulo con l'esterno porta a perdite di
calore rilevanti attraverso la superficie
trasparente, con riduzione del rendimento
complessivo del sistema. I sistemi passivi con
accumulo distante dal captatore sono i
sistemi con collettori ad aria di vario tipo; in
particolare i sistemi con accumulo a letto di
pietre, e i camini solari.
• Il sistema "Barra-Costantini" è in pratica un
muro di Trombe in cui il muro è posto in
orizzontale sul soffitto.
Barra-costantini
•Nelle ore diurne l'aria che si trova nell'intercapedine tra vetro e superficie
captante, si scalda, sale e penetra in canalizzazioni ricavate nello spessore del
solaio di calcestruzzo. Nel percorrere tali canali, l'aria calda cede parte del suo
calore alle pareti, che lo accumulano scaldandosi. L'aria, ancora calda, penetra
negli ambienti attraverso bocchette. Il circuito si chude con l'ingresso di aria
fredda nell'intercapedine tra vetro e superficie captante, attraverso bocchette
simili a quelle di un muro di Trombe. Di notte il solaio-accumulatore cede il suo
calore all'ambiente per irraggiamento. Il sistema ha un rendimento maggiore di
quello di un muro di Trombe, in quanto l'accumulo ha luogo lontano dall'involucro
disperdente. Come nel caso di muro di Trombe, nel periodo caldo il
sistema può favorire una ventilazione forzata indotta dal tiraggio
dovuto all'effetto camino.
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Camino solare – Barra Costantini
• Scuola media S. Viola
• Comune di Bologna
• Tecnologie di risparmio
energetico
• Isolamenti Pareti
•
•
•
•
isolamento a cappotto 8 cm,
muri interni polistirolo 3 cm
intercapedine polistirolo 6 cm
Finestre su facciate non
esposte a sud:
• 510 m2 di doppio vetro
Camino solare – Barra Costantini
• facciata a sud, 550 m2, pannello ad
aria con funzionamento passivo.
• Collettore composto da:
• superficie vetrata con doppi vetri,
inclinati di 60° rispetto
all’orizzontale;
• intercapedine con lamelle orientabili
per consentire l’ingresso
dell’irraggiamento invernale e
schermare la radiazione estiva;
• bocchette nella muratura della
facciata a sud e nelle murature a
nord
• bocchette aperte nei solai.
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Camino solare – Barra Costantini
•In inverno
•l’aria calda che si forma
nell’intercapedine del pannello
circola per convezione naturale,
entrando attraverso le bocchette del
muro a sud e dei solai (le bocchette
a nord sono chiuse).
•In estate
•le bocchette dei solai vengono
chiuse mentre si aprono quelle sulla
muratura a nord e alcune parti
vetrate della facciata a sud creando
un effetto camino che permette il
raffrescamento degli ambienti
interni.
Camino solare – Barra Costantini
• Sistemi solari attivi
• Produzione acqua calda: 50 m2 di collettori ad aria
inclinati di 60° rispetto all’orizzontale integrati nella
facciata dell’edificio.
• Impianto
• Per riscaldamento e produzione d’acqua calda:
• impianto centralizzato
a metano con
distribuzione del calore
per mezzo di unità
termoventilanti.
Potenzialità nominale
della caldaia
4.000.000 Kcal/h
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Camino solare – Barra Costantini
• Considerazioni sulla gestione
• il sistema passivo utilizzato è troppo difficile da gestire da
parte degli alunni, i quali sono costretti a girare le
manovelle che servono a ruotare le lamelle, per potersi
garantire un adeguato comfort termico
• il camino solare oltre che a trasportare l’aria calda veicola i
rumori da un’aula all’altra, creando così delle interferenze
sonore molto fastidiose
• la convezione naturale si è dimostrata insufficiente per
garantire un efficace circolo dell’aria
• sono state montate ventole che con il loro brusio
disturbano ulteriormente la lezione dei professori
• durante il periodo estivo si è riscontrato un eccessivo
riscaldamento in quanto le lamelle inserite fra le due
vetrate non assicurano un’adeguata schermatura e nei
confronti della radiazione solare
• difficoltosa la pulizia ordinaria dei vetri esterni.
Guadagno diretto+Serra solare
• Edificio di abitazione
• Ponte Felcino (PG)
• Tecnologie di risparmio
energetico
• Isolamento pareti:
• Cappotto con polistirolo
espanso ad alta densità.
• Finestre su facciate rivolte
a sud: doppi vetri 151 m2
• Sistemi solari passivi
Guadagno diretto
• vetro doppio verticale 302 m2.
• Serra: 768 m2 di vetro singolo
per una superficie totale di
calpestio di 288 m2 ed un volume totale di 806 m3.
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Guadagno diretto
+Serra solare
• Camino solare: facciate Barra-Costantini" 1.382
m2 costituite da vetro singolo, lamina in
alluminio e 2,5 cm di poliuretano.
• L’accumulo del calore avviene nel soffitto.
• Impianto autonomo con pompa di calore a gas
metano.
• Distribuzione del calore tramite radiatori
Guadagno
diretto
+Serra solare
• Considerazioni
• L’impiego di diversi sistemi solari passivi rende
molto complicato la gestione di essi da parte
degli utenti.
• L’edificio possiede un buon comfort invernale
• D’estate è presente qualche problema di
eccessivo riscaldamento, causa la mancanza di
un sistema di schermatura
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PARETI VENTILATE
• Le pareti ventilate sono composte da un
rivestimento da un’ intercapedine d’aria in cui
avviene la ventilazione (tramite bocchette di
presa) e da un opportuno strato di materiale
isolante da associare alla struttura opaca
dell’involucro edilizio.
• Questo tipo di parete permette, se
opportunamente dimensionato, un
raffrescamento passivo d’estate e una
deumidiifcazione dell’involucro opaco
d’inverno.
STRUTTURA DELLA PARETE
VENTILATA
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Protezione dall’acqua battente, ma
non impermeabile al passagio di
vapore
Effetto Camino
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In Estate ed in Inverno…
Chignolo d’Isola
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Schermature solari
• Una schermatura solare deve essere
correttamente progettata tenendo conto
dell’orientamento dell’edificio e delle diverse
stagioni
• I nostri climi son caratterizzati da una duplice
esigenza: protezione dalla radiazione in estate
ed esigenza di guadagni solari in inverno.
• L'adozione di schermi e di protezioni mobili per
le superfici vetrate consente di ridurre le
dispersioni di calore nelle ore notturne e il
surriscaldamento nelle ore diurne contribuendo
a migliorare l'efficienza del sistema.
Per poter dimensionare la
schermatura occorre conoscere:
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Schermature solari
In base a:
• posizione e tipo di schermatura che si
intende adottare
• “Cammino solare”
si può studiare la porzione di area che verrà
ombreggiata.
• In generale si possono realizzare sistemi
– Fissi (frangisole, tettoie, ecc.)
– Mobili (tende, veneziane, ecc.)
– “Verdi” (schermature realizzate tramite
vegetazione)
Esempio di Schermature solari
mobili: Glattzentrum a Zurigo
Tende in lamelle
di alluminio
regolate
automaticamente
da una centralina
elettronica
(sensori che
attivano le
schermature in
base al livello di
luminosità
impostato)
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Banca d’Austria: Vetro Prismatico e
Lamelle
Business
Promotion Centre
Duisburg
facciata a tripla vetratura
ben isolata
Rivestimento:
strato esterno di vetratura
semplice,
cavità
cavità ventilata con
schermi regolabili
strato interno a doppia
vetratura
Gli schermi sono perforati
in modo che anche
quando sono chiusi si
abbia un contatto visivo
con l'esterno.
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Business Promotion Centre Duisburg
Dato che l'edificio è situato su una strada a forte
traffico di camion, la ventilazione naturale non
poteva essere presa in considerazione.
Sistema di raffrescamento:
raffreddamento
radiativo
del soffitto, fornito da tubi
sottili di acqua fredda.
climatizzazione invernale:
strisce riscaldanti poste
sotto il pavimento.
Business Promotion Centre Duisburg
Controllo delle condizioni all'interno degli uffici:
pannello di controllo mediante il quale è possibile
regolare individualmente
le luci,
gli schermi solari,
il ricambio d'aria,
il riscaldamento
il raffrescamento.
provvisto di un sensore in modo che, quando il
livello di illuminazione è troppo basso, regola gli
schermi per dirigere la luce solare disponibile
all'interno della stanza, e se necessario accende
le luci.
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Frangisole
•Finestre verticali con aggetto dimensionato per
consentire la massima captazione invernale e la
protezione estiva.
•Per il loro dimensionamento è opportuno
conoscere la latitudine del sito in modo da ricavare
l’altezza minima (inverno) e massima (estate) del
sole sull’orizzonte e valutare così in modo preciso
la dinamica delle ombre nell’arco dell’anno
Alcuni accorgimenti
• Sul lato sud, conviene
realizzare un aggetto
orizzontale sopra le
finestre, questo, per le
nostre latitudini,
consente, da un lato di
sfruttare l’angolo alto
d’incidenza delle
radiazioni solari invernali
e, dall’altro di proteggere
l’edificio dalle radiazioni
estive.
•Sulle pareti poste ad est
ed ovest conviene
prevedere schermature
verticali in grado di
riparare i componenti
vetrati, ubicati su tali
pareti, dalle radiazioni
solari durante tutta la
giornata.
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Chignolo
d’Isola
Aggetti orizzontali con doppia
funzione: protezione
dall’eccesiva radiazione e
produzione d’energia
Schermature Solari Verdi
• Un altro approccio per garantire la protezione
dal surriscaldamento estivo ed il guadagno
termico in inverno è quello di realizzare dei
sistemi di schermatura tramite vegetazione
• Quanto detto può esser fatto con la
progettazione di giardini con piante a foglie
caduche, giardini pensili, tetti verdi.
• Nel caso di tetti verdi e giardini pensili è
necessaria una progettazione molto attenta
ed accurata, esiste una norma UNI che ne
detta i criteri di progettazione.
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Tetti Verdi UNI 11235
Stratigrafia di massima di un tetto
verde
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Due
possibili
soluzioni
Tetti Verdi UNI 11235
Tetti Verdi
57
Attenzione al “Fai da te”!
Errori ricorrenti
•
•
•
•
Terreno non idoneo
Errore sulla tipologia di piante
Cattiva impermeabilizzazione
Poca manutenzione
Recupero e stoccaggio acque
piovane
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