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Bilancio termico di un edificio Autori:Paola Caputo Isa Zanetti Fonti:Corso Post diploma E.00 Energy Management Corso E.26 Architettura e ed energia solare:

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Presentazione sul tema: "Bilancio termico di un edificio Autori:Paola Caputo Isa Zanetti Fonti:Corso Post diploma E.00 Energy Management Corso E.26 Architettura e ed energia solare:"— Transcript della presentazione:

1 Bilancio termico di un edificio Autori:Paola Caputo Isa Zanetti Fonti:Corso Post diploma E.00 Energy Management Corso E.26 Architettura e ed energia solare: parte 3 solare passivo Architettura ed energia solare – Alessandro Rogora Corso E.21 Benessere e comfort abitativo – Paola Caputo Documenti internet Evoluzione tecnologica dei serramenti: dalle prestazioni termiche alle prestazioni acustiche - G. CELLAI - Università degli Studi di Firenze, Dipartimento TAeD Corso di tecnica del controllo ambientale Dottorato di ricerca Tecnologie dell'Architettura e dell'Ambiente - Facoltà di architettura Luigi Vanvitelli Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

2 Indice Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 2 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Definizione Perdite e guadagni Coefficiente di conduttività termica U Coefficiente di trasmissione solare G Prestazioni termiche dei serramenti Dispersioni in funzione della tipologia abitativa Requisiti e varianti

3 Definizione: fabbisogno energetico Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 3 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Il fabbisogno energetico si riferisce ad un determinato periodo di tempo (mese, periodo di riscaldamento, anno) e viene indicato o come valore assoluto in kWh o come indice normalizzato, cioè in rapporto con il volume riscaldato (kWh/m 3 ) o con la superficie riscaldata (kWh/m 2 ). Elettricità 20% Riscaldamento 55% Acqua calda 25%

4 Definizione Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 4 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Possiamo distinguere: dispersioni o apporti di calore attraverso le pareti perimetrali dovuti alla differenza di temperatura con l'ambiente esterno dispersioni o apporti di calore attraverso le pareti di separazione con ambienti confinanti qualora si trovinoa temperatura differente apporti solari interni (energia irraggiata attraverso le finestre) apporti solari esterni (energia irraggiata sulle pareti perimetrali e trasmessa all'interno) apporti interni dovuti alla presenza di persone, elettrodomestici, illuminazioni calore fornito o sottratto dal sistema di riscaldamento o raffrescamento Il mantenimento delle condizioni ambientali desiderate all'interno di un edificio è il risultato del bilanciamento tra gli scambi di calore tra l'interno e l'esterno e la produzione di calore all'interno.

5 Perdite e guadagni Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 5 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA PERDITE Trasmissione termica Ventilazione Acqua calda sanitaria Energia accumulata Perdite tecniche GUADAGNI Guadagni interni Guadagni solari passivi Sistemi solari attivi Energia accumulata Energia comprata P ERDITE TOTALI = G UADAGNI TOTALI

6 Coefficiente di conduttività termica U: definizione Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 6 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA In passato coefficiente K, indica la quantità di calore che attraversa una superficie pari a 1 metro quadro, quando tra due ambienti si ha una differenza di temperatura di 1° C o Kelvin (K). Tale coefficiente si esprime in Watt per metro quadrato e Kelvin (W/m²K). Quanto più basso si mantiene tale valore, tanto migliore risulta la coibentazione e tanto meno calore viene disperso. Parete esterna intelaiata in legno 1) Rivestimento in legno retro-ventilato; 2) Listello di fissaggio; 3) Pannello isolante di fibra di legno 50 mm., idrorepellente, diffusivo; 4) Montanti di legno 60/180 mm; 5) Isolamento termico con fibra di legno iniettata 180 millimetri; 6) Pannello OSB 15 millimetri di rinforzo, sigillato sui bordi, freno vapore; 7) Giunti incollati; 8) Listello di legno 60/60 mm per sostegno al cartongesso; 9) Isolamento termico con lino o canapa 60 millimetri; 10) Rivestimento interno in fibra del gesso 12.5 mm. Valore U: 0,15 W/m²K Spess. della parete: 37,6 cm

7 Calcolo del coefficiente U Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 7 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA d 1 …d n Spessore dei relativi materiali in m h i, h e Coefficienti di convezione termica in W/(m 2 · K) ʎ 1... ʎ n Conducibilità termica dei rispettivi materiali in W/(m · K) R g Resistenza al passaggio termico degli strati daria

8 Coefficiente U dei materiali Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 8 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

9 La radiazione solare e il vetro Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 9 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Quando la radiazione solare incide su un materiale trasparente: una parte viene riflessa (r) e, una parte di essa viene assorbita e successivamente riemessa (a); una parte viene trasmessa in funzione dei parametri che riguardano la natura del materiale stesso e le caratteristiche della radiazione, come la distribuzione spettrale e langolo di incidenza (g).

10 Proprietà ottiche del vetro Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 10 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Lunghezza donda elettromagnetica in µm Energia Angolo di incidenza (gradi) Trasmissività e riflessività Dipendenza dallangolo di incidenza Dipendenza dalla lunghezza donda Trasmissività spettrale 1.vetro normale s = 3 mm 2.vetro atermico grigio 3.vetro atermico verde Per angoli fino ai 45° i valori sono stabili, tra i 45° e i 65° diminuiscono e dopo tale angolo limite le variazioni rispetto al valore dincidenza normale risultano significativamente diverse

11 Coefficiente di trasmissione solare g: definizione Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 11 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Il coefficiente g definisce la permeabilità energetica complessiva di vetrate o finestre e indica la percentuale di luce solare che penetra attraverso una superficie trasparente. Quanto maggiore il coefficiente g, tanto maggiore risulta l'apporto luminoso e il guadagno termico. Con una moderna vetratura con lastra a tre pareti questo valore è dello 0,55. Questo significa che il 55% dell'energia solare incidente penetra all'interno dell'edificio. Il resto viene riflesso o assorbito dalla lastra. Quanto più elevato il coefficiente g, tanto maggiore risulta il guadagno energetico. Esso dipende dal coefficiente di trasmissione, dal coefficiente di assorbimento, dalla trasmittanza del vetro, dalla conduttanza superficiale esterna. Bilancio termico su una superficie vetrata

12 Controllo radiazione solare: climi caldi Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 12 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Il requisito principale per lutilizzo di vetro in climi caldi è garantire elevate prestazioni di controllo solare per minimizzare il guadagno termico e di conseguenza il carico energetico per il condizionamento, ed evitare il surriscaldamento dellambiente, sempre dando per scontata limportanza dellilluminazione naturale e della visibilità verso lesterno. Per soddisfare alcuni di questi requisiti, la trasmissione solare del vetro utilizzato in zone climatiche calde andrà ad inserirsi come valore di trasmissione energetica e luminosa a valori anche inferiori al 10%.

13 Controllo radiazione solare: climi temperati Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 13 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Le prestazioni del vetro in climi temperati devono garantire controllo solare e ridurre il surriscaldamento estivo pur consentendo un elevato passaggio di luce e mantenendo i benefici del riscaldamento solare passivo. I valori di trasmissione energetica e luminosa non saranno dunque bassi quanto quelli richiesti in zone climatiche calde. Allo scopo di permettere una progettazione solare passiva, il campo prestazionale dovrà essere: Trasmissione solare dal 20% al 70% Trasmissione luminosa dal 35% al 90% Valore U da 1.0 a 2.0 W/m 2 K

14 Prestazioni termiche delle finestre Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 14 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Dopo liniziale successo dei doppi vetri, si sono susseguite una serie di ricerche tutte concentrate ad incrementare le prestazioni dellintercapedine: uso di gas con minor conduttività dellaria; trattamento superficiale dei vetri con conseguente riduzione dellemissività; frazionamento dellintercapedine (con ulteriori vetri o con films); uso di distanziatori dotati di bassa conduttività termica. Trasmissione termica nelle vetrate e conseguenti azioni di controllo

15 Prestazioni termiche delle finestre: vetro con coating Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 15 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Il controllo è incrementato attraverso lutilizzo di coatings che: Riducono il guadagno solare con una ampia gamma di opzioni prestazionali e performance alte, medie o ridotte. Offrono una gamma di trasmissione luminosa da elevata a bassa. Forniscono diversi gradi di riflessione inclusa quella bassa.

16 Prestazioni termiche dei telai Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 16 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA La trasmittanza termica di un telaio in alluminio è pari a circa 6 W/m²K, confrontabile quindi con quella di un vetro singolo, che si riduce a circa 3 W/m²K con il taglio termico. Per i telai metallici a taglio termico in genere, i valori U f sono calcolati in funzione della più piccola distanza tra sezioni opposte di alluminio (d in mm), e del valore di conducibilità termica del materiale di taglio termico (compresa tra 0,1 e 0,3 W/mK). Con telai in materie plastiche vengono dati valori della trasmittanza U f che variano tra 2,0 (PVC con profilo vuoto) e 2,8 W/m²K (poliuretano con anima di metallo) e quindi è simile a quella del legno. Per i telai in legno la trasmittanza viene calcolata in funzione dello spessore d f e della natura del legno. Poiché i telai in legno hanno spessori normalmente compresi tra 50 e 60 mm, la trasmittanza varia tra 1,9 e 2,3 W/m²K, e quindi è generalmente inferiore a quella dei telai metallici con taglio termico. sezione di un tipico profilo in alluminio ed i corrispondenti valori U f in funzione delle sue dimensioni (NC)

17 Dispersione in funzione dei diversi tipi di abitazione Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 17 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

18 Requisiti Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 18 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA I requisiti di base di un sistema a guadagno diretto sono: Unampia superficie vetrata rivolta a sud e in comunicazione diretta con lo spazio abitato. Un criterio di buona pratica prevedrebbe una superficie vetrata pari al 7% dellaria del pavimento per edifici non massivi, 13% per edifici a pareti massive; Una massa termica esposta nel soffitto e/o nel pavimento e/o nelle pareti con area e capacità termica opportunamente dimensionate e posizionate per lesposizione alla radiazione solare e per accumulo; Una coibentazione della massa termica localizzata allesterno; Molti edifici moderni hanno grandi vetrate rivolte a sud, ma la mancanza di un accumulo termico impedisce di sfruttare completamente il loro guadagno solare.

19 Pre-dimensionamento sistemi passivi a guadagno diretto Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 19 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Rapporto (percentuale) tra la superficie della finestra e il pavimento in funzione della latitudine e delle temperature medie del mese più freddo

20 Varianti Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 20 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Oltre a questi requisiti base, esistono una serie di varianti. Le varianti più comuni riguardano la scelta e il posizionamento dei materiali della massa termica. Laccumulo primario può avere varie configurazioni: a pavimento o come massa libera allinterno del locale, a soffitto o come parete interna o esterna. I materiali utilizzati per la massa termica possono variare dal calcestruzzo ai mattoni allacqua e/o altri liquidi, scelti singolarmente o in varie combinazioni.

21 Approfondimenti Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 21 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA SITI WEB Sito MINERGIE ® calcolo del bilancio termico di un edificio the Basel pilot region of the 2000 Watt Society PAPER decreto esecutivo sui provvedimenti di risparmio energetico nelledilizia ( ) fascicoli tecnici, MINERGIE ®, documentazione tecnica


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