Edificio Passivo

8/9/2019 Edificio Passivo

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A.3 Edificio Passivo

Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A. 2003-04

Per edificio passivo si intende un edificio in cui con opportune strategie di intervento si

cerca di sfruttare le caratteristiche micro-climatiche (sole, vento, morfologia delterreno) della zona in cui situato ledificio, per ottenere una riduzione dellapporto

di caldo o freddo interno altrimenti realizzabile per mezzo di impianti di

climatizzazione.

In questa tipologia di edificiovengono utilizzati i cos detti

detti sistemi solari passivi, in

grado di raccogliere e trasportare

il calore del sole con mezzi non

meccanici.

Edificio passivo


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Sistemi Attivi

Elemento captante

Conversione di energia solare in termica o elettrica

Trasferimento meccanico o elettrico dellenergia ottenuta

Eventuale accumulo dellenergia esterno al sistema captante

Museo dei Bambini Roma

Collettore a conentrazione

Wind Farm


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Sistemi passivi

Si sfruttano:

Le propriet termiche dei componenti della costruzione (inerzia, isolamento e

propriet del vetro)

La differenza di densit dellaria al variare della temperatura (effetto camino)

Progetto: Arch. A. Coletta (Anagni)

Progetto: Casa Verdone (Cassino)


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Criteri Fondamentali di progettazione nei climi temperati :

1. Orientamento delledificio: preferibilmente in direzione E-W con superficivetrate esposte a Sud e riduzione delle aperture a Nord;

2. Forma: piuttosto che la classica pianta quadrata preferibile una allungata lungo

lasse E-W;3. Superfici vetrate: il pi possibili ampie a sud, con apposite schermature mobili

per ridurre i contributi della radiazione solare estiva;

4. Muri massivi: con una inerzia termica che permetta laccumulo ed il rilascio dicalore in tempi differenziati nellarco del ciclo giorno/notte;


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La normativa europea definisce con edificio passivo" un precisostandard energetico, attribuito a edifici che hanno un fabbisogno

termico invernale inferiore alle 15 kWh/(m2anno), pari circa al

20% dell'energia consumata in un normale edificio residenziale.

Sono stati avviati progetti Europei:

S.H.E. per la realizzazione di 714 edifici bioclimatici in Italia, Portogallo,

Francia e Danimarca

CEPHEUS per la realizzazione di 250 edifici bioclimatici in Svizzera,Francia, Germania ed Austria


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Nella progettazione si devono raggiungere 3 Obiettivi:

1. riscaldamento delledificio, soprattutto nei climi freddi, attraversol'accumulo, la distribuzione e la conservazione dell'energia termica solare.

Al fine di raggiungere questo scopo, le principali tecniche passive possono

prevedere luso di :

muri termoaccumulatori (massa termica)

di un ottimo isolamento

di sistemi di preriscaldamento dell'aria

di superfici vetrate esposte a Sud, come serre addossate all'edificio


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2. raffrescamento naturale di un edificio, grazie alla ventilazione naturale, allaschermatura e all'espulsione del calore indesiderato attraverso dissipatori di calore

ambientali ( anche per mezzo di serpentine di scambio o scambiatori termici). Le

principali tecniche passive impiegate per il raffrescamento prevedono soprattuttol'utilizzo di condotte d'aria interrate, di camini solari, di una buona massa termica,

di una ventilazione indotta, di protezioni dall'irraggiamento diretto e di sistemi per

la deumidificazione o per l'evaporazione dell'acqua.


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3. Un altro importante contributo passivo che si pu ottenere dall'energia solare

riguarda l'illuminazione diurna di un edificio, sfruttando sia la luce solare

diretta sia quella diffusa. Per incrementare la luminosit e favorire la

penetrazione della luce naturale all'interno degli edifici sono molto importanti

l'illuminazione zenitale, le condotte di luce con specchi riflettenti, la capacitdi diffusione luminosa dei materiali e i meccanismi per l'inseguimento solare.


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A seconda del modo in cui viene captata la radiazione solare, possiamo dividere intre

categorie i sistemi solari passivi:

Guadagno diretto: la radiazione solare attraversa lo spazio interno e viene poi

immagazzinata nella massa termica interna alledificio (pavimentazioni)

Guadagno indiretto: la massa di accumulo nelle pareti esterni immagazzina il calore

e lo trasferisce allo spazio interno

Guadagno isolato: la radiazione solare, raccolta in uno spazio separato, viene

trasferita ad una massa di accumulo o distribuita nello spazio interno


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Il Sistema a guadagno diretto il pi semplice ed costituito da:

un edificio ben isolato con ampie finestre rivolte a sud. Le finestre permettono la

trasmissione della radiazione solare invernale, incidente con bassa angolazione. In

estate l'elevata altezza del sole riduce l'insolazione trasmessa che con un aggetto

opportuno si pu anche escludere completamente.

una massa termica per accumulare il calore durante il giorno e riemetterlodurante la notte. Questa massa termica generalmente costituita da pareti in

muratura un pavimento massivo con isolamento nell'estradosso.

Principio: La radiazione solare colpisce direttamente la massa termica e l'energia viene

accumulata, riducendo cos le fluttuazioni di temperatura dell'aria interna.


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La radiazione solare filtra dalle grandi

aperture vetrate disposte a sud incidendosulla massa termica costituita da pavimenti,

muratura o solai.

Le vetrate in figura hanno due

comportamenti differenti:

la prima consente alla radiazione solare

di colpire un'area concentrata di massa

termica

la seconda diffonde o riflette la luce

solare in modo da distribuirla su una pi

ampia area di massa termica


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nei climi temperati con temperatura media invernale da 2 a 7C occorrono da 0,11 a

0,25 m2 di superficie vetrata per ogni m2 di superficie abitata .

Criteri di progettazione:

nei climi freddi con temperatura media invernale da 7 a 0C occorrono da 0,19 a0,38 m2 di superficie vetrata per ogni m2 di superficie abitata .

Esempio:

Appartamento a Roma ( inverno 6 7 C) di 100 m2 dovrebbe avere unasuperficie

vetrata esposta a sud di 25 m2 che con un altezza di interpiano di 2,70 m corrisponde

ad una lunghezza di 9,25 m.


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Si possono far sporgere dal corpo di fabbrica spazi con coperture vetrate (serre)

abitabili, se comunicanti con l'edificio tramite pannellature mobili (trasparenti o no),

oppure separate dall'edificio da un

muro massiccio o contenente una

massa d'acqua che faccia da

accumulatore di giorno e da

radiatore nelle ore notturne. In tal

caso sono assimilabili ad un sistema

a guadagno indiretto.

Progetto: Arch. A. Coletta (Anagni)


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Accorgimenti:

Dimensionamento della massa termica: L'ampia superficie vetrata richiesta dagli

edifici a guadagno diretto pu produrre variazioni di temperatura troppo elevate

all'interno del locale abitato: disponendo di un sufficiente accumulo termico, si pu

assorbire e accumulare l'energia in eccesso.

Schermature (estivo): per evitare il surriscaldamento sono richiesti sistemi dischermatura della superficie vetrata. In estate un aggetto costituisce uno schermo

adeguato, data la maggiore altezza del sole, mentre la ventilazione dei locali interni

pu ridurre l'eccessiva temperatura dell'aria.

Schermature (invernale): per evitare perdite di calore in inverno o di notte

necessario isolare la superficie vetrata: possono avere la loro efficacia pannelli mobili

isolanti, tende o serrande.


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Vantaggi: Il guadagno diretto il pi semplice sistema di riscaldamento solare e quindi il pi

facile da realizzare. In molti casi possibile ottenere un analogo effetto ridistribuendo

semplicemente le finestre

l'ampia superficie vetrata non consente soltanto l'ingresso di un'elevata quantit di

radiazione solare per il riscaldamento, ma permette di ottenere un elevato standard diilluminazione naturale assieme ad un migliore rapporto visuale con l'esterno

le vetrate possono essere a doppio o a triplo vetro ( che garantisce un K fino a 0,71

W/m2K )

il sistema pu essere considerato uno dei metodi meno dispendiosi per il

riscaldamento solare degli ambienti


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Difetti: grandi aree vetrate possono produrre abbagliamento di giorno e una perdita di privacy

di notte

la radiazione ultravioletta contenuta nella radiazione solare pu degradare tessuti e

fotografie

per raggiungere un elevato risparmio energetico sono necessarie ampie superfici

vetrate e quindi grandi masse termiche per attenuare le variazioni di temperatura:

queste masse possono essere costose, se non hanno funzioni strutturali

anche con una massa termica adeguata si possono avere fluttuazioni della temperatura

diurna intorno ai 10C

l'isolamento notturno dell'apertura solare sicuramente necessario per i climi pi

freddi e questo pu risultare costoso e difficoltoso


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I Sistemi a guadagno indiretto possono essere classificati in due categorie:

Muro Solare: muro di Trombe e massivo

Roof-pond (tetto dacqua)

Muro di Trombe Tetto dacqua


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Muro solare

I sistemi a muro solare possono essere di tipo massivo o di Trombe. In entrambi lamassa termica per l'accumulo costituita da una parete rivolta a sud realizzata in

muratura o in calcestruzzo,verniciatura con colori scuri con la superficie esterna protetta

da una vetrata per ridurre le dispersioni di calore.

La differenza

muro massivo non vi sono aperture

muro di Trombe sono praticate aperture di aerazione, sia nella parte bassa che in

quella alta della parete, per permettere la circolazione dell'aria attraverso lo spazio

riscaldato.


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Vengono mostrate le manovre da

effettuare in inverno e in estate per

sfruttare al meglio il Muro diTrombe:

Inverno

giorno le aperture di aerazione

interne vengono alzate per permettere

il passaggio dellaria fredda che dalbasso si riscalda e sale ( per effetto

camino) per tornare nella stanza pi

calda.

notte le aperture interne vengono

chiuse per impedire che laria cedacalore a contatto con la superficie

vetrata pi fredda.

N.B.: Le aperture di aerazione

esterne sono sempre chiuse.


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Criteri di progettazione

Superficie vetrata rivolta a Sud

massa termica (muro in muratura, calcestruzzo o acqua) posta a10 cm circa

dalla superficie vetrata

muro di solito dipinto di scuro, accorgimento che permette al muro di assorbire

maggiormente la radiazione solare incidente

le aperture di aerazione sono nella misura di 1 m2 per ogni 100 m2 di superficiedi muro

84%Rosso

90%Blue

95%Nero

AssorbimentoColore


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possibile sostituire il muro con una parete dacqua, essendo questa molto pi

efficiente della muratura, 1 m3

di acqua in grado di accumulare 1000 Kcal perogni C di aumento di temperatura, il muro ne assorbe 450 Kcal per ogni C di

aumento di temperatura. La differenza per anche nel fatto che il calore

nellacqua viene trasmessa velocemente cosa che non accade nella muratura.


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Dimensionamento del muro

I fattori che maggiormente influenzano le sue dimensioni sono:

il clima maggiore la differenza di temperatura interno esterna maggiore devono

essere le dimensioni del muro, per garantire un maggiore accumulo termico

la latitudine tanto pi la latitudine nord delledificio tanto deve essere

maggiore il muro

dispersione termica delle superfici un edificio ben isolato richiede una quantit

minore di calore quindi una muratura pi piccola


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Si pu comunque dire che:

nei climi freddi con temperatura media invernale da 7 a 0C occorrono da 0.42

a 1 m2 di parete solare rivolta a sud per ogni m2 di superficie abitata e da 0.31 a

0.83 m2 nel caso di muro dacqua.

nei climi temperati con temperatura media invernale da 2 a 7C occorrono da

0.22 a 0,6 m2 di parete solare rivolta a sud per ogni m2 di superficie abitata e da

0.16 a 0.43 m2 nel caso di muro dacqua.

Esempio:

Nel caso precedente di un appartamento di 100 m2 a Roma, la superficie della parete

solare dovrebbe essere di 22 m2. Considerando laltezza dellin


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Vantaggi:

abbagliamento, maggiore privacy e minori problemi legati al problema della

degradazione ultravioletta dei tessuti

le variazioni della temperatura nello spazio abitato sono pi basse rispetto a

quelle di un sistema a guadagno diretto

il ritardo nel tempo tra assorbimento dell'energia solare e rilascio nell'ambiente

dell'energia termica pu essere utile per integrare disponibilit energetica e modelli

occupazionali

maggiore semplicit nel dimensionamento del muro rispetto al caso di un sistema

a guadagno diretto


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Difetti:

la superficie esterna del muro massivo relativamente calda (poich la trasmissione

dell'energia attraverso il muro lenta) e sente la vicinanza del clima esterno: ci porta a

considerevoli perdite di calore e quindi di efficienza.

sono richieste due pareti rivolte a sud, una vetrata e l'altra massiva, con le ovvie

penalizzazioni in termini di costo e spazio impegnato;

disagi possono essere prodotti, all'inizio e alla fine della stagione del riscaldamento,

dal surriscaldamento dell'aria (nel caso del muro Trombe) durante il giorno o da una

radiazione termica incontrollata proveniente dalla superficie interna del muro, durante le

serate calde. Questi problemi possono essere controllati mediante la ventilazione;

la necessit di una sufficiente massa termica deve essere mediata con i requisiti di

visibilit e di illuminazione naturale dell'ambiente interno;

il progetto del muro Trombe deve consentire l'accesso per la pulizia della superficie

vetrata;

la condensa sulla superficie vetrata pu essere un problema;


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Roof-Pond

In questo tipo di sistemi la massa termica posta sulla copertura piana delledificio, disolito vengono utilizzati materassi dacqua coprenti parte o tutta la copertura.

Inverno:

Lacqua esposta alle radiazioni solari durante il giorno ed isolata per mezzo di panelli

durante la notte, il calore accumulato irradiato direttamente dal soffitto allambiente.

Estate:

Lacqua protetta durante il giorno da pannelli

isolanti tolti durante la notte per consentire il

raffreddamento. Inoltre lacqua, raffreddatasi

durante la notte, pronta ad assorbire il calore

dellambiente sottostante durante la il giorno.

Tetto dacqua


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Vantaggi:

il tetto d'acqua la soluzione opportuna nel giusto clima, particolarmente alle basse

latitudini con climi secchi, dove richiesto sia riscaldamento che raffrescamento;

il sistema permette di realizzare un microclima interno stabile ed uniformemente

distribuito;

le fluttuazioni di temperatura nell'edificio possono essere basse;


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Difetti:

il trasferimento di calore sotto forma radiativa vuole che con questo sistema sipossano riscaldare edifici ad un solo piano o l'ultimo piano di un edificio multipiano.

Lo specchio d'acqua deve coprire almeno la met del soffitto, se si vuole raggiungere

un risparmio energetico significativo;

la pesante massa d'acqua sopra il soffitto impone maggiori requisiti e costi strutturali e

pu essere psicologicamente inaccettabile, soprattutto nelle zone sismiche;

il sistema non valido per i climi in cui la neve frequente;

la bassa angolazione dei raggi solari in inverno suggerisce che il sistema non valido

per le alte latitudini, a meno che non sia inserito in un tetto inclinato, ma anche cos la

sua efficienza discutibile;

il tetto d'acqua richiede un'attenta progettazione e realizzazione.


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Sistemi a Guadagno Isolato

In questo tipo di sistemi la captazione dellenergia e laccumulo termico possono essere

separati dagli ambienti, delledificio si hanno due tipi di sistemi:

Termosifone: sfrutta leffetto camino.

Sistema Barra Costantini: molto simile al muro di trombre

Sistema a termosifone Sistema Barra-Costantini


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Termosifone:

Gli elementi base di tale sistema comprendono:

collettore con piastra assorbitrice ed una massa d'accumulo termico distaccata. Il

calore solare assorbito da una superficie metallica di colore scuro, riscaldata l'aria

che quindi si eleva naturalmente per poi entrare nell'accumulo termico. Il calore

accumulato viene poi distribuito nell'aria ambiente per convezione.

massa d'accumulo termico pu essere situata sotto il pavimento dell'edificio,sotto le finestre o in elementi di tamponamento prefabbricati.

Nel collettore posso essere inserite superfici selettive

migliorando l'assorbimento e l'efficienza del

collettore stesso, in quanto si riducono le perdite

radiative e quindi aumenta la temperatura superficialedella piastra assorbitrice.

Sistema a termosifone


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Vantagi / Difetti:

abbagliamento, visuale e degradazione ultravioletta dei tessuti non sono un problema

i collettori a termosifone possono essere separati dall'edificio per ottenere il massimo

guadagno solare e possono essere facilmente integrati in edifici esistenti

poich il collettore termicamente isolato dal resto dell'edificio, le perdite di calore diquest'ultimo sono minori rispetto agli altri sistemi passivi

richiesta un accurata progettazione e costruzione per assicurare isolamenti e flussi

dell'aria efficienti

l'efficienza del sistema. quando usato con accumulo distaccato, discutibile nei climi

freddi e nuvolosi


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Sistema Barra-Costantini

Particolare tipo di collettore a termosifone

stato sviluppato da O. Barra e T. Costantini

nel sud dell'Italia, sistema ha un pannello

metallico nell'intercapedine fra la vetratura e

il muro. Il pannello riscaldandosi, cede calore

all'aria che con un sistema di aperture

valvolate raggiunge i canali nei solai.In Estate ad esempio le aperture sulla vetrata

permettono la fuoriuscita dellaria calda,

richiamando cos aria dai locali posti sul lato

in ombra, permettendo lentrata di aria fresca

da aperture nei lati in ombra .

sistema Barra-Costantini


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Albergo di ghiaccio

Ice Hotel: Canada

Ice Hotel: Svezia

Esempio estremo di architettura

bioclimatica rappresentato dallice

hotel, un albergo quasi

completamente in ghiaccio, che ha

la durata di una stagione invernale

da ottobre a dicembre.

La costruzione si articola in tre fasi:

realizzazione struttura portante metallica in estate

produzione di mattoni di ghiaccio che serviranno

per costituire le pareti

fase in cui si lavora sul ghiaccio per creare forme,

oggetti, elementi di arredo.


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La temperatura allinterno delle camere si

assesta intorno ai -5C, accettabile, quindi,rispetto a quella esterna pu arrivare a -30C.

Ledificio costituito da 3000 tonnellate di

ghiaccio e 30.000 metri cubi di neve

Ice Hotel: SveziaIce Hotel: Svezia


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Fonti Rinnovabili di Energia Prof Claudia Bettiol A A 2003 04

Limiti:

Costi maggiori di investimento ( ~ il 10%) a fronte di risparmi sulla gestione

Limitata libertdi configurazione degli spazi;

Tipologia edilizia preferibilmente monofamiliare, bifamiliare

Dispersione dovuta ai muri perimetrali(a cui sono riferiti i costi maggiori)

Quantit daria di rinnovo, si introduce di solito da 0,5-1 volume/ora di aria

presa dallesterno

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