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Progettazione bioclimatica 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: "Progettazione bioclimatica 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 Progettazione bioclimatica 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 Documenti internet Clima e ambiente costruito - Angelo Mingozzi Progettazione bioclimatica – Alberto Raimondi Progetto di residenze con l'utilizzo di sistemi solari passivi e di raffrescamento naturale ad Alfonsine – Giampaolo Silvestri & Cristina Bucchi Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 2 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 degli aspetti principali Rapporto fra clima e forma Efficienza solare della forma Descrizione delle varie tipologie per il riscaldamento e il raffrescamento Sistemi solari passivi: a guadagno diretto, indiretto, isolato Raffrescamento Controllo della radiazione solare

3 Definizione Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 In generale, la passive house è un edificio con una domanda di energia inferiore a 15 kWh/m 2 anno. Un edificio è definito passivo quando la somma degli apporti di calore dellirraggiamento solare trasmessi dalle finestre e il calore generato internamente alledificio da elettrodomestici e dagli occupanti stessi sono quasi sufficienti a compensare le perdite dellinvolucro. Lenergia necessaria a pareggiare il bilancio termico delledificio è fornita con sistemi non convenzionali (pannelli solari, pompa di calore, caldaia a pellets). Comparazione consumi energetici

4 Aspetti che caratterizzano ledificio come sistema passivo Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Queste prestazioni si ottengono con una progettazione molto attenta, specie nei riguardi del sole, con l'adozione di isolamento termico ad altissime prestazioni su murature perimetrali, tetto e superfici vetrate e mediante l'adozione di sistemi di ventilazione controllata a recupero energetico. Edificio come sistema passivo Sistemazioni esterne Forma e dimensioni Orientamento Distribuzione interna Tecnologie costruttive Materiali Sistemi solari passivi Guadagno diretto Guadagno indiretto Guadagno isolato

5 Caratteristiche di un edifico passivo 1/2 Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Forma compatta e buon isolamento termico. Orientamento verso sud. Valutare lombreggiatura. Serramenti ad alta efficienza energetica. Eliminazione dei ponti termici. Preriscaldamento passivo dellaria fresca. Recupero di calore dellaria in uscita attraverso uno scambiatore di calore. Utilizzo di energia rinnovabile per la produzione di acqua calda. Elettrodomestici a basso consumo.

6 Caratteristiche di un edifico passivo 2/2 Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Trasmittanza termica Tutti i componenti della struttura esterna sono isolati fino a raggiungere valori di max. U 0.15 W/(m 2 K) cm di isolamento. Ermeticità dellinvolucro Attraverso una adeguata applicazione dellisolamento, la trasmissione termica lineare è ridotta al di sotto di 0.01 W/mK. Superficie vetrata Le finestre (ampia sup. rivolta a sud) sono costituite da vetri tripli a bassa immissione (0.75 W/(m 2 K) e infissi altamente isolati (0.8 W/m 2 K). Geometria solare Le finestre permettono la trasmissione della radiazione solare invernale incidente con bassa angolazione mentre in estate lelevata altezza del sole riduce linsolazione trasmessa. Controllo della radiazione solare Tramite superfici di separazione, schermi rigidi / flessibili, filtri solari. Massa termica È necessaria per accumulare calore durante il giorno e immetterlo durante la notte.

7 Componenti della forma: orientamento 1/2 Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Sud: si può massimizzare il carico solare medio annuale, tuttavia in estate, quando cioè il sole è più alto e il flusso risulta più inclinato rispetto al piano dincidenza, la quantità di energia che può ricevere una superficie verticale è molto bassa. Sud-Est e Sud-Ovest: si ottengono valori dellapporto energetico medio annuale minori ma caratterizzati da un andamento più costante nei mesi estivi però è maggiore il rischio di surriscaldamento. Nord, Nord-Est e Nord-Ovest: sono sconsigliate in quanto il soleggiamento risulta minimo, inoltre le zone sono spesso sottoposte a forti venti invernali. Est e Ovest: sono da evitare perché caratterizzati da grandi variazioni termiche giornaliere che comportano una scarsa continuità del carico solare.

8 Componenti della forma: orientamento 2/2 Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Oltre all'orientamento delle superfici finestrate, anche l'orientamento della facciata principale e quello degli ambienti interni riveste grande importanza. La facciata principale di un edificio dovrebbe essere rivolta verso il sole per ottimizzare l'utilizzo passivo dell'energia solare. Gli ambienti interni maggiormente utilizzati per la vita quotidiana mantengono di più il calore del sole se sono rivolti a sud. Verso sud-est e verso sud-ovest vanno rivolte le stanze che richiedono illuminazione. AI contrario, quelle che non abbisognano di molta illuminazione. Le zone poste tra gli ambienti caldi e la facciata fredda rivolta a nord, possono fungere da "vani intercapedine". N N

9 Efficienza energetica della forma costruita Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 La forma dell'edificio influisce in maniera significativa sulle perdite termiche. Lo scambio termico tra interno ed esterno di un edificio, avviene attraverso la superficie dell'involucro: tanto più elevata è la superficie che racchiude il volume, tanto più elevato è lo scambio Per essere energeticamente efficiente un edificio deve avere: un basso indice di compattezza dato come rapporto tra superficie e volume (S/V); in un edificio passivo dovrebbe essere inferiore a 0,6, Per avere una forma compatta, si deve quindi rinunciare a sporgenze e rientranze: balconi, terrazzi, verande si possono costruire, purché all'esterno dell'involucro termico.

10 Forma delledificio in relazione allambiente urbano Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Sotto il profilo energetico è limpatto sole-aria ad influenzare maggiormente la forma assunta dal singolo edificio e dal tessuto urbano. La forma ottimale di un edificio non è quindi definibile in assoluto ma è strettamente dipendente, tra i vari fattori, dalla realtà ambientale e climatica del luogo. Quattro zone macroclimatiche (Victor Olgyay) Zona fredda: forma compatta - pianta quadrata. Zona temperata: forma allungata – piante più articolate e flessibili. Zona caldo-secca: forma quasi quadrata e il più possibile compatta – pianta base si trasforma in uno schema rivolto verso linterno. Zona caldo-umida: forma stretta e allungata – pianta libera freddo temperato caldo secco caldo umido estate inverno guadagni termici MJ/giorni rapporto fra i lati perdite termiche MJ/giorni optimum

11 Distribuzione interna Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Indicazioni progettuali per la distribuzione degli spazi interni in condizioni di clima temperato Distribuzione degli spazi interni in riferimento allorientazione e alle ore di permanenza nei singoli ambienti secondo Mazria

12 Tipi di accumulo termico Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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

13 Sistemi solari passivi: guadagno diretto Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Sfruttamento del calore solare accumulato grazie allinerzia termica naturale delle pareti, del soffitto e del pavimento dellambiente. Le varianti più comuni riguardano la scelta e il posizionamento dei materiali della massa termica, l'accumulo primario può avere varie configurazioni: a pavimento o come massa libera all'interno del locale, a soffitto o come parete interna o esterna. La distribuzione o la concentrazione della massa termica consente una prima suddivisione dei sistemi passivi a guadagno diretto. Entrambi hanno una vetrata rivolta a sud, ma differiscono per il modo con cui la luce solare viene distribuita quando penetra nell'edificio. Uno consente alla radiazione solare di colpire un'area concentrata di massa termica e l'altro diffonde o riflette la luce solare in modo da distribuirla su una più ampia area di massa termica. L'uso di vetri diffusori, tendine o della riflessione tramite superfici di colore chiaro, ha l'effetto di diffondere la radiazione solare ovunque attraverso il locale. Radiazione diffusa Radiazione non diffusa

14 Guadagno diretto: esempio realizzativo Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Patrick H. Dollard Discovery Health Center (2003) – Sullivan Country (New York State) - Guenther 5 Architects Linvolucro esterno è concepito per sfruttare il calore prodotto per mezzo di sistemi solari passivi e la luce naturale, ciò comporta una riduzione della domanda energetica. Un sistema a bris-soleil è incorporato in tutte le grandi vetrate in modo da contenere i guadagni solari diretti durante i caldi mesi estivi.

15 Sistemi solari passivi: guadagno indiretto Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Sfruttamento del calore solare accumulato da una massa ad alta inerzia termica posta tra il sole e lambiente da riscaldare. Parete di Trombe: consente per termocircolazione naturale dalla captazione allambiente retrostante attraverso delle aperture poste nella parte bassa ed in quella alta della parete. Roof pond: o tetto ad acqua, si basa sul fenomeno dellinerzia termica determinato da ampie masse dacqua, che poste sulle coperture nella stagione fredda, restano esposte al sole durante il giorno e coperte, durante la notte, con pannelli isolanti. In estate il processo si inverte. Muro massivo Parete di Trombe

16 Guadagno indiretto: esempio realizzativo Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 OHSU River Campus Building One (2006) – Portland (Oregon) – GBD Architects La parete di Trombe si estende dal 15esimo al 16esimo piano e corrisponde ad un collettore solare di 552 metri quadrati. Preriscaldando laria in inverno e lacqua calda sanitaria durante tutto, questo sistema sostituisce circa 1% dellenergia utilizzata annualmente senza necessitare di manutenzione o costi operativi. Vista della parete di Trombe

17 Sistemi solari passivi: guadagno isolato Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Il collettore solare è termicamente isolato dagli ambienti dell'edificio. Nei sistemi passivi il trasferimento di energia dal collettore all'ambiente o all'accumulo e dall'accumulo all'ambiente avviene solo attraverso processi non meccanici, come la convezione e l'irraggiamento. Termosifone: l'aria è riscaldata nel collettore, diventa meno densa e si alza, richiamando aria più fredda dal basso; l'aria più calda trasferisce la sua energia all'accumulo isolato o alla stanza ed ai suoi occupanti, si raffredda e ricade verso il basso per essere ripresa dal collettore Sistema Barra-Costantini: laria riscaldata da questo collettore, circola attraverso condotti ricavati in solai, pareti e pavimenti massivi e rilascia la sua energia a questi elementi prima di ritornare al collettore. Detti elementi sono coibentati esternamente e forniscono calore all'ambiente per convezione e irraggiamento. Termosifone Sistema Barra-Costantini

18 Sistemi solari passivi: serra solare Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Una serra solare addossata, o aggiunta, consiste di uno spazio chiuso e vetrato disposto sul lato sud di un edificio. A seconda del clima e del tipo di utilizzo della serra solare, può esserci una parete di accumulo termico che separa la serra dall'edificio, o altri accumuli termici all'interno dello spazio solare: ciò serve per normalizzare la temperatura sia nella serra che nella casa. Normalmente la serra non viene termoregolata, per cui non è necessario fornire calore ausiliario. In molti casi la serra è utilizzata per preriscaldare l'aria di rinnovo della casa. Serra solare

19 Serra solare: esempio realizzativo Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Abitazione (1979) – Regensburg (Germania) – Studio Herzog and partners Le parti inclinate della costruzione, che a sud sono costituite da vetrate, racchiudono serre che di giorno incamerano l'energia nei pavimenti e nelle ore notturne la cedono agli ambienti interni

20 Raffrescamento Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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

21 Controllo della radiazione solare Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 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 Schermi fissi: La schermatura più efficace per una finestra rivolta a sud è quella orizzontale, mentre per le finestre rivolte ad est oppure ovest si devono usare schermi verticali. I dispositivi più semplici sono gli aggetti ed i frangisole. Il difetto principale degli schermi fissi è che l'entità della schermatura è determinata dalle stagioni solari, piuttosto che da quelle climatiche e ciò produce effetti schermanti anche in periodi in cui è richiesto un riscaldamento passivo. Gli schermi fissi tagliano sempre una parte della radiazione diffusa e quindi riducono l'illuminazione naturale. Schermi mobili: schermi mobili dovrebbero essere progettati anche allo scopo di isolare di notte, durante la stagione del riscaldamento. Gli schermi interni sono meno efficaci in quanto la luce solare entra comunque nell'edificio e non può essere efficacemente riflessa all'indietro. Schermi mobili

22 Riferimenti e risorse Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito 22 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA SITI WEB Progetto realizzato per promuovere la cultura delle abitazioni a basso consumo Progetto di ricerca e divulgazione per promuovere il concetto di case passive LIBRI Sistemi solari passivi Manuale dedicato alla progettazione di edifici passivi – Edward Mazria – 1980 Fondo librario DACD Codice


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