Strategia dei guadagni energetici + Esempi di case solari Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Strategia dei guadagni energetici + Esempi di case solari 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 sostenibile – Dietrich Schwarz Articoli Un edificio solare a Domat / Ems (CH) – Othmar Humm, traduzione di Uwe Wienke Una villetta a bassissimo consumo energetico a Ebnat-Kappel (CH) Miniwatt SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Indice SUPSI Strategie Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Indice Strategie Le quattro componenti della strategia dei guadagni energetici Edificio solare a Domat / Ems Villetta a Ebnat - Kappel SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Strategia del risparmio Strategia dei guadagni energetici Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Strategie Strategia del risparmio Buon isolamento termico Involucro impermeabile all’aria Ventilazione meccanica con recupero di calore Strategia dei guadagni energetici Gestione e controllo dei guadagni termici dell`energia solare - passivamente ed attivamente Tecnica fotovoltaica Pompe di calore SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Le quattro componenti della strategia dei guadagni solari Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Le quattro componenti della strategia dei guadagni solari 1 ISOLAMENTO TERMICO TRASPARENTE La luce solare viene trasmessa Il calore viene isolato 2 L’ASSORBITORE La luce solare viene trasformata in calore 3 L’ACCUMULATORE Il calore viene immagazzinato sotto forma di massa riscaldata 4 LA PROTEZIONE CONTRO IL SURRISCALDAMENTO Impedisce il surriscaldamento dell’accumulatore SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Isolamento termico trasparente Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Isolamento termico trasparente Elemento assorbente - strutture parallele Vetrocamera a camere multiple Film plastico – vetro stratificato Depositi selettivi per la riflessione delle radiazioni dell’infrarosso (IR) Elemento assorbente - strutture perpendicolari Strutture a nido d’ape Strutture capillari Strutture lamellari Strutture cellulari Lastre di policarbonato alveolare Schiumati Sfere cave di vetro Strutture semi-omogenee Lastre di aerogel Microsfere di aerogel SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

L’assorbitore selettivo Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 L’assorbitore selettivo Assorbitore selettivo Emissività alta Ha la funzione di assorbire la radiazione solare incidente a onde corte e di trasformarla in calore (trasformazione foto-termica). Il calore viene riflesso ½ dell’energia solare è composto da infrarossi Irraggiamento a 373 K Fattore di riflessione basso SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Domat/Ems – 1996 – Dietrich Schwarz Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Domat/Ems – 1996 – Dietrich Schwarz Casa a consumo energetico zero Forte ombreggiamento all’orizzonte per la presenza di rilievi montuosi Durata minima della luce solare di 21/2 Utilizzo di cinque diverse tecnologie scelte secondo tre criteri: architettura qualità abitativa orientamento Pannelli fotovoltaici (30 mq) Collettori solari (8 mq) Finestre  U = 0.84 W(mq/K); g = 0.29 Materiale termoisolante trasparente (ITT) Intercapedine ventilata (10 cm) Sei strati: pareti accumulatrici dotate di ITT vetro extraduro (6mm) ITT (10 cm) intercapedine (2 cm) assorbitore nero di lamiera in acciaio cromato (0.5 mm) intercapedine ventilata (20 cm) muro di cemento armato (20 cm) Necessità di grandi superfici captanti Costruire tutto l’involucro, escluso il lato nord, come collettori solari SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Domat/Ems – Pianta Pt, primo piano e sezione Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Domat/Ems – Pianta Pt, primo piano e sezione N Piano terreno Primo piano Sezione SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Le quattro componenti della strategia dei guadagni solari Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Le quattro componenti della strategia dei guadagni solari 1 ISOLAMENTO TERMICO TRASPARENTE Struttura a nido d’ape Spessore 10 cm In materiale simile al plexiglas L’aria contenuta nelle celle della struttura funziona come isolante 2 L’ASSORBITORE Azione selettiva: assorbe la luce visibile e le radiazioni ultraviolette, non emette radiazioni termiche ad onda lunga < 1 mm di spessore, posato a 2 cm dall’isolamento 3 L’ACCUMULATORE Materiali che presentano un’elevata capacità di immagazzinare calore Noti materiali da costruzione sono il calcestruzzo e la pietra calcarea 4 LA PROTEZIONE CONTRO IL SURRISCALDAMENTO In estate Ribalte di aerazione aperte Canale largo 10 cm L’aria sale lungo le lastre calde dell’assorbitore In inverno Ribalte di aerazione chiuse Calore viene trasmesso per convezione SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Domat/Ems: la casa come collettore e stufa di maiolica Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Domat/Ems: la casa come collettore e stufa di maiolica Collettori alti quanto la facciata, su lato est, sud e ovest Separati da finestre alte quanto un piano Nella facciata (280 mq) sono integrati tre sistemi: circa un quinto della superficie è costituito dalle finestre, il resto è coperto da materiale termoisolante trasparente. Sui lati sud, est ed ovest questo materiale è applicato su una parte di cemento armato, mentre la facciata nord (18 m) è totalmente trasparente, perché è costituita, oltre che da una schiera di finestre, da materiale traslucido posto tra due lastre di vetro. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Domat/Ems: la casa come collettore e stufa di maiolica Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Domat/Ems: la casa come collettore e stufa di maiolica L’apporto di energia sul lato nord è limitato, non è necessario alcun accumulatore La facciata nord: parete di luce Finestra a nastro Lo sfruttamento dell’energia solare avviene in due modi: attraverso l’involucro opaco (lato sud) entra il calore, mentre la luce penetra attraverso la parete trasparente (lato nord), illuminando i locali con luce diffusa. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Domat/Ems: la casa come collettore e stufa di maiolica Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Domat/Ems: la casa come collettore e stufa di maiolica Pareti piene in cemento a vista In inverno cedono calore radiante La stufa di maiolica – clima mediterraneo SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Domat/Ems: la casa come collettore e stufa di maiolica Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Domat/Ems: la casa come collettore e stufa di maiolica Vetro come materiale da costruzione trasparente – tipico dell’architettura solare L’aspetto esterno cambia in funzione delle condizioni meteorologiche e del momento del giorno Distintamente nero, chiaro iridescente, di notte si crea un effetto “lanterna magica” SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Ebnat/Kappel – 2000 – Dietrich Schwarz Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Ebnat/Kappel – 2000 – Dietrich Schwarz I quattro componenti della strategia del risparmio energetico vengono integrati in un solo elemento. Edificio di un solo piano costruito interamente in elementi lignei prefabbricati. la facciata nord è lunga 25 m ed è alta 3.3 m la facciata sud è più alta e contiene vari elementi che sfruttano passivamente l’energia solare (38% vetrato, 62% elementi in cui sono stati inserite cassette di paraffina che accumulano il calore) isolamento termico trasparente assorbitore accumulatore protezione contro il surriscaldamento Non potendo racchiudere la paraffina direttamente tra due lastre di vetro, questa è stata inserita in cassette di plastica trasparente ermeticamente sigillate SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Ebnat/Kappel – pianta PT e sezione Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Ebnat/Kappel – pianta PT e sezione N Piano terreno Sezione SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Le quattro componenti della strategia dei guadagni energetici Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Le quattro componenti della strategia dei guadagni energetici 1 ISOLAMENTO TERMICO TRASPARENTE Pacchetto di lastre di vetro isolante temprato Rivestimento low-E All’interno del quale è inserito del gas inerte 2 L’ASSORBITORE Al fondersi della paraffina, cambia la resistenza alla trasmissione della luce del materiale La superficie assorbente si sposta dall’esterno verso l’interno La radiazione solare può fondere la massa in maniera ideale 3 L’ACCUMULATORE L’energia solare dapprima carica la massa di accumulo Successivamente cede l’energia termica all’ambiente interno In forma di gradevole calore radiante 4 LA PROTEZIONE CONTRO IL SURRISCALDAMENTO Vetro prismato Legge fisica della rifrazione della luce sulle superfici dei corpi trasparenti In estate i raggi incidenti vengono deviati all’esterno per effetto della riflessione totale SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Ebnat/Kappel – GlassX® Crystal Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Ebnat/Kappel – GlassX® Crystal Il plexiglas prismatico fa passare la luce diretta solo in inverno, quando la posizione del sole è bassa, mentre a posizioni più alte la riflette. L’effetto si ha solo quando la parete solare è esposta direttamente verso sud (± 20°) estate  g ≈ 17% inverno  g ≈ 48% SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Ebnat/Kappel - Paraffina Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Ebnat/Kappel - Paraffina La paraffina ha la proprietà di fondere e gelare a temperatura ambiente, inoltre assorbe, o cede, una quantità di energia termica dieci volte maggiore rispetto di calcestruzzo. Le cassette di paraffina hanno la dimensione di 100 x 100 x 20 mm e pesano 140 g. La liquefazione della paraffina avviene gradualmente, partendo dalla superficie esterna sulla quale incide il sole, verso l’interno. Fino alla sua totale liquefazione, la temperatura della paraffina rimane tra 27 e 35°C. Quando la temperatura della superficie esterna delle cassette raggiunge circa i 40°C, quella della superficie interna non supera quasi mai i 25°C, perché la paraffina si raffredda durante la notte. La paraffina si scioglie completamente solo dopo alcune giornate consecutive di sole. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Ebnat/Kappel – Il sistema solare perfetto Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Ebnat/Kappel – Il sistema solare perfetto Vantaggi legati al comportamento fisico dei materiali – effetto estetico All’ampliarsi dello spazio interno, con un tetto a uno spiovente sul lato sud, Aumenta la superficie utile solare SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Ebnat/Kappel – Il sistema solare perfetto Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Ebnat/Kappel – Il sistema solare perfetto L’interazione con il mondo esterno Viene percepita all’interno grazie alla luminosità della parete Gli spazi abitati sono disposti a contatto con le pareti solari SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Ebnat/Kappel – Il sistema solare perfetto Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Ebnat/Kappel – Il sistema solare perfetto Sistema di aerazione di tipo meccanico SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Approfondimenti SUPSI SITI WEB http://www.swissolar.ch/Cos.122.0.html Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4 Approfondimenti SITI WEB http://www.swissolar.ch/Cos.122.0.html Sito Swissolar - Costruzione solare http://solarbuildings.org/ informazioni utili sulle varie tecnologie solari PAPER http://www.detail.de/Db/DbFiles/hefte/127/ital.pdf edifici solari – presupposti per un’architettura postfossile (Detail) http://www.miniwatt.it/mwEEE/Mod4/Edifici%20solari.htm progettazione di edifici energeticamente efficienti (MiniWatt.it) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA