Nuova soluzione tecnologica per ridurre picchi e fluttuazioni di

Nuova soluzione tecnologica per ridurre
picchi e fluttuazioni di temperatura negli edifici a bassa inerzia termica
Generalmente, la temperatura ideale negli interni della maggior parte degli edifici varia tra 16°/17°C e
26°/27°C, in base alle attività svolte, all’umidità relativa, alla temperatura delle pareti e ad altri criteri.
Nelle strutture con bassa massa termica, per esempio in costruzioni leggere, per ottenere queste
temperature è spesso necessario l’utilizzo di impianti di aria condizionata o di altri sistemi di
riscaldamento e raffrescamento, specie in estate. Ne derivano costi operativi elevati, ma anche
elevate emissioni di CO2. Il pannello termico DuPont™ Energain® è una soluzione passiva per
ottenere negli edifici dal peso leggero temperature degli ambienti paragonabili a quelle di edifici
tradizionali in cemento o laterizio, senza ulteriori costi per il consumo di energia.
Cosa influenza il clima degli ambienti?
La percezione umana del clima e del comfort di un ambiente è determinata da varie
condizioni fisiche come la temperatura, l’umidità relativa, il flusso d’aria e la temperatura
delle pareti circostanti. Anche criteri fisiologici, come per esempio età, sesso, etc, possono
avere un impatto. Altri fattori, come l’abbigliamento, il livello di attività e l’occupazione degli
spazi possono, isolatamente o insieme ai criteri fisiologici, contribuire a questa percezione.
La temperatura interna di un ambiente è un fattore fondamentale per determinarne il
clima, che può essere influenzato dalla presenza di persone, dall’utilizzo di attrezzature e
applicazioni, dall’illuminazione e dai raggi solari che entrano dalle finestre e dalle
prestazioni di isolamento termico degli involucri dell’edificio.
Oltre all’orientamento delle finestre e dei materiali di superficie, l’indice di penetrazione
solare, l’oscuramento delle finestre, la ventilazione naturale e la massa termica (capace di
assorbire e immagazzinare il calore) offrono ulteriori possibilità per gestire in maniera
passiva il comfort climatico degli ambienti.
DuPont™ e Energain® sono un marchio commerciale o un marchio commerciale registrato di E. I. du Pont de Nemours
and Company o di sue società affiliate.
In che modo la massa termica contribuisce alle prestazioni termiche degli edifici?
In una calda giornata estiva, entrando in un edificio tradizionale con pareti massicce e
spesse si nota immediatamente l’effetto della massa termica sul clima dell’ambiente.
Perfino nel pomeriggio la temperatura rimane confortevole, mentre in una costruzione
leggera questo comfort può essere raggiunto esclusivamente tramite raffrescamento attivo
con relativi costi ed emissioni di CO2 (vedi diagramma 1).
In Europa, gli edifici rappresentano il 40% del consumo energetico totale dell’area
geografica. Riscaldamento e raffrescamento impiegano la maggior parte del consumo
d’energia, ammontando circa al 70%1. Per questo motivo, la riduzione delle necessità di
riscaldamento e raffrescamento negli edifici rappresenta potenzialmente una parte
significativa dei futuri risparmi energetici e di emissioni di CO2.
Aggiungere massa termica agli edifici a bassa inerzia favorisce un clima stabile, riducendo
le tipiche fluttuazioni di temperatura e il consumo di energia per il riscaldamento /
raffrescamento. Di conseguenza, la massa termica unisce in sè i vantaggi degli edifici a
bassa inerzia (investimenti e tempi di costruzione ridotti, elevata flessibilità) con un clima
interno tipico degli edifici tradizionali, senza costi energetici aggiuntivi.
Il diagramma 2 mette a confronto la simulazione della probabilità della massima
temperatura <=26°C di un edificio leggero modulare senza massa termica e di uno con
DuPont™ Energain® come massa termica, in condizioni che rispecchiano le zone
climatiche dell’Europa occidentale.
Le specifiche dell’edificio sono: dimensioni del container 2,3 x 2,3 x 6 m, volume
dell’edificio 31,74 m3, superficie dell’edificio 13,76 m2, isolamento con 100 mm di lana
minerale (0,038 W/mK), superficie delle finestre 4m2, superficie della porta 2m2,
ventilazione di 0,5/h, posizione geografica: Rennes, Francia.
Installando il pannello di massa termica DuPont™ Energain® nel soffitto è possible
mantenere la temperatura dell’ambiente a <= 26°C per il 95% dell’anno. Senza massa
termica questa temperatura può essere mantenuta solo per l’80% dell’anno.
Massa e isolamento termici sono complementari nelle prestazioni termiche di un
edificio
Molto spesso ci si chiede se un isolamento eccellente possa compensare la mancanza di
massa termica o renderla superflua. Per loro natura, i materiali di isolamento non sono in
grado di svolgere un ruolo di massa termica dato che offrono una bassa conduttività
termica (più è bassa la conduttività termica, migliori sono le prestazioni isolanti). I materiali
a cambio di fase sono invece caratterizzati dalla conduttività termica e dalla elevata
capacità termica specifica, massimizzando la quantità di calore che può essere
immagazzinata per ogni kg di materiale.
DuPont™ e Energain® sono un marchio commerciale o un marchio commerciale registrato di E. I. du Pont de Nemours
and Company o di sue società affiliate.
L’importanza della temperatura ambientale
La temperatura dell’ambiente non è importante soltanto per la sensazione di comfort e di
benessere fisico degli utenti ma svolge anche un ruolo cruciale per le prestazioni e/o la
concentrazione delle persone (vedi diagramma 3).
Negli edifici a bassa inerzia, la massa termica può favorire il raggiungimento di
temperature ragionevoli e stabili con un consumo energetico ridotto, grazie a una minore
necessità di raffrescamento/riscaldamento.
DuPont™ Energain® - Una nuova generazione di massa termica
Il materiale di massa termica più comunemente usato nelle costruzioni è il cemento.
Come materiale a cambio di fase, DuPont™ Energain® rappresenta una nuova
generazione di massa termica. Attraverso il passaggio del loro stato fisico per esempio da
solido a liquido, i materiali a cambio di fase sono in grado di assorbire, immagazzinare e
rilasciare grandi quantità di calore o di freddo con oscillazioni di temperatura molto basse.
Il vantaggio dei materiali a cambio di fase è la loro capacità di immagazzinare calore in
maniera sia latente che intelligente, da cui ne consegue una capacità di stoccaggio di
calore per unità volumetrica superiore a quella dei materiali convenzionali come il
cemento. (Il calore latente si riferisce alla quantità di energia assorbita/rilasciata dalla cera
paraffinica durante un cambio di stato fisico che si verifica senza alcuna modifica della
temperatura, inteso come una fase di transizione, ad esempio lo scioglimento di ghiaccio o
l’ebollizione dell’acqua. Viene definito “intelligente” il calore che deriva dal cambio di
temperatura di un materiale.)
Più è alta la capacità di stoccaggio termico di un materiale di massa termica, più è in
grado di assorbire e immagazzinare per ogni kg di massa il calore in eccesso e quindi di
contribuire al clima dell’ambiente interno. I pannelli DuPont™ Energain® con uno spessore
di 5,26 mm assorbono calore fino a 515 KJ/m2 a 18-24°C. La loro elevata capacità di
immagazzinare calore non solo aiuta a stabilizzare fino a 7°C gli effetti del calore sulla
temperatura di un ambiente, ma anche a ridurre i consumi per il riscaldamento fino a 15%
e quelli per il condizionamento fino al 35%.
Secondo gli studi condotti da Joseph Virgone dell’università di Lione in Francia, che
individuano il rapporto ottimale tra spessore e capacità energetica, un pannello di
DuPont™ Energain® dallo spessore di 10 mm possiede una capacità di massa termica
paragonabile a 80 mm di cemento. Uno spessore superiore non porta a risultati
significativi per quanto riguarda il guadagno di capacità energetica (vedi diagramma 4).
DuPont™ e Energain® sono un marchio commerciale o un marchio commerciale registrato di E. I. du Pont de Nemours
and Company o di sue società affiliate.
La soluzione DuPont™ Energain® come massa termica
Il sistema di massa termica DuPont™ Energain® è un pannello con lamina di alluminio,
bordato con un nastro di alluminio, che contiene cera paraffinica e un composito di
copolimeri. E’ disponibile nella misura 1 m x 1,2 m x 5,26 mm e ogni lastra pesa 5,4 kg.
A temperature inferiori a 18°C, la cera mantiene il suo stato solido. Una volta che
l’ambiente, a causa dell’ irradiazione solare e/o della temperatura esterna, raggiunge
22°C, avviene il cambio di fase e la cera paraffinica si scioglie. Questo cambio di fase
assorbe il calore dall’ambiente e lo rilascia verso il pannello. Viceversa, quando la
temperatura dell’ambiente diminuisce e raggiunge un valore di 18°C, la cera paraffinica
solidifica nuovamente, rilasciando calore verso l’ambiente interno.
DuPont è proprietaria di un brevetto che assicura al materiale (composito
copolimerico/pannello) il mantenimento delle prestazioni meccaniche mentre la paraffina è
in stato liquido. Nel processo di sviluppo, il prodotto è stato a lungo testato con
esperimenti in laboratorio e nella vita reale per accertare la consistenza e affidabilità delle
sue prestazioni.
I pannelli possono essere applicati su partizioni o su pareti interne, su soffitti o sul lato
interno di pareti esterne e vengono fissati dietro comuni pannelli di cartongesso installati a
secco. E’ possibile tagliare i pannelli su misura utilizzando una taglierina ben affilata.
Prima dell’installazione, i bordi tagliati o eventuali abrasioni dell’alluminio vanno sigillati
con il nastro in alluminio di DuPont. I pannelli possono essere installati con viti, chiodi o
graffette.
Come calcolare l’impatto della massa termica
Per calcolare i vantaggi degli edifici a inerzia termica occorre effettuare dei calcoli
dinamici. Rappresentazioni PCM (modulazione codificata di impulsi) sono integrate solo in
pochi software di validazione termica in commercio, che spesso includono il cemento
come opzione di massa termica.
DuPont Building Innovations in collaborazione con EDSL TAS, Regno Unito, ha sviluppato
un software di validazione termica per facilitare la simulazione di edifici che applicano
come nuova opzione di massa termica materiali a cambio di fase come DuPont™
Energain®. In alternativa, gli esperti di DuPont sono a disposizione per assistenza durante
la simulazione del pannello termico Energain® in combinazione con altri parametri
influenti, specifici dell’edificio o del clima.
DuPont™ e Energain® sono un marchio commerciale o un marchio commerciale registrato di E. I. du Pont de Nemours
and Company o di sue società affiliate.
Diagramma 1: l’impatto della massa termica sulle prestazioni termiche di un edificio.
Diagramma 2: l’impatto della massa termica sulla temperatura nell’arco dell’anno.
DuPont™ e Energain® sono un marchio commerciale o un marchio commerciale registrato di E. I. du Pont de Nemours
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Diagramma 3: il calo delle prestazioni dell’uomo in relazione alla temperatura2.
Diagramma 4: Studio di Joseph Virgone, Università di Lione, Francia.
DuPont™ e Energain® sono un marchio commerciale o un marchio commerciale registrato di E. I. du Pont de Nemours
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Immagine 1
La massa termica assorbe il calore in
eccesso, pertanto il clima dell’ambiente
sarà stabile e confortevole e il consumo
energetico ridotto.
Immagine 2
La mancanza di massa termica impedisce
di assorbire il calore in eccesso, pertanto
la temperatura dell’ambiente sarà elevata
e il consumo energetico in aumento.
Immagine 3
Autori:
Ulrike Koster, Marketing Specialist, DuPont Building Innovations
Diego Novara, Sales Specialist, DuPont Building Innovations
1
Portale Europeo sull’Energia, http://www.energy.eu/
Olli Seppänen, Williman J. Fisher (Helsinki University of Technology Institute of Heating Ventilating and Air
Conditioning Espoo, Finlandia), David Faulkner (Lawrence Berkeley National Laboratory Environmental
Energy Technologies Division Indoor Environment Department Berkeley, CA 94720): Control of temperature
for health and productivity in offices, summary of various studies (Il controllo della temperatura per la salute
e la produttività in ufficio, resoconto di vari studi)
2
DuPont™ e Energain® sono un marchio commerciale o un marchio commerciale registrato di E. I. du Pont
de Nemours and Company o di sue società affiliate.
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