Efficienza energetica delledificio Involucro - Impianti Marco Citterio Enea – TER ENE SIST Efficienza energetica delledificio: Involucro - Impianti

Efficienza energetica dell’edificioEfficienza energetica dell’edificioInvolucro - ImpiantiInvolucro - Impianti

Marco Citterio Marco Citterio

Enea – TER ENE SISTEnea – TER ENE SIST

Efficienza energetica dell’edificio: Involucro - Impianti


Obiettivi

• Uno degli obiettivi principali assegnati alla progettazione architettonica è garantire condizioni di comfort a costi economici ed energetici accettabili

• Gli impianti suppliscono a necessità che non possono essere soddisfatte con mezzi naturali


Il controllo del microclima interno può essere ottenuto per mezzo dell’interazione fra:

• misure passive (concernenti principalmente variabili architettoniche, morfologiche e tecnologiche)

• misure attive (correlate agli impianti tecnologici)

I sistemi attivi e passivi dovrebbero essere bilanciati al fine di ottenere le condizioni di comfort ottimali utilizzando la giusta quantità di energia e risorse.


Approccio alla definizione di Edificio Sostenibile

STEP 1: Riduzione della domanda di energia

STEP 2: Ricorso alle Energie Rinnovabili

STEP 3: Conversione efficiente della energia fossile

Energy demandEnergy demand

Isolamento termico, tenuta all’aria, recupero di calore, sistemi di schermatura solare etc.

Sole, pompe di calore, vento, biomasse

Caldaie, Illuminazione ed elettrodomestici ad alta efficienza


Bilancio energetico dell’edificio

Qaux=Qle+Qlv-Qgs-Qgi


Bilancio energetico dell’edificio

Qaux=Qge+Qgv+Qgs+Qgi


Un involucro efficiente si ottiene attraverso…

• La riduzione del trasferimento di calore attraverso l'involucro (elevati Uvalue)

• La riduzione delle infiltrazioni (infissi a tenuta)• L’aumento dei guadagni solari in inverno e la

loro riduzione in estate (orientamento e aperture)


Involucro

L’efficienza di un edificio dipende innanzitutto dalle caratteristiche dell’involucro:

È necessario un corretto bilanciamento di isolamento, massa termica, superfici vetrate ed elementi schermanti


Potreste dire in quale clima

si trovano questi edifici?

Caldo secco

Subtropicale

Freddo


Britomart Station (2003) Auckland Design: Mario Madayag Architects, JASMAX Architects


Isolamento termico

• Trasmittanza termica (U) quantità termica di calore dispersa per unità di superficie (W/m2 °K)

• Resistenza termica (R=1/U) è determinata dal rapporto fra lo spessore e la conduttività del materiale (espressa in W/m°K) R=s/


Trasmittanza termica delle strutture opache verticali


Trasmittanza termica delle strutture opache orizzontali o inclinate


Trasmittanza termica delle chiusure trasparenti


Conduttività di riferimento e conduttività termica di calcolo

• Il valore di conduttività riportato nelle schede tecniche è quella di riferimento, ottenuta in laboratorio.

• I valori effettivi in esercizio sono ben diversi, a causa delle manipolazioni e della non corretta messa in opera.

• La norma UNI 10351 fornisce i valori dei principali materiali edilizi indicando una percentuale di maggiorazione (m %) al fine di ottenere la conduttività termica di calcolo


Valori di e m dei principali materiali isolanti

Lana di roccia m (%)

Feltri 30 0,045 10

Pannelli semirigidi 35 – 55 0,044 – 0,040 10

Pannelli rigidi 80 – 125 0,039 – 0,038 10

Materie plastiche

Polietilene espanso 30 -33 0,05 - 0,048 20

Non reticolato 50 0,06 20

Reticolato 50 0,058 20

Polistirene espanso 20 - 30 0,036 – 0,041 10

Poliuretano in lastre 25 0,034 10

32 0,032 40

40 0,032 45

50 0,032 45

Poliuretano espanso 37 0,035 50


Valori di e m dei principali materiali isolanti

Riempimenti m (%)

Argilla espansa 280 0,090

330 0,100

450 0,120

Fibre di cellulosa 32 0,058

Perlite espansa 100 0,066

Polistirolo espanso 15 0,054

Vermiculite espansa 80 0,077

120 0,082

Ciottoli e pietre 1500 0,70

Ghiaia grossa 1700 1,20

Sabbia secca 1700 0,60


Sistemi innovativi di isolamento termico: i VIP (pannelli termoisolanti sottovuoto)

• L'isolamento termico con pannelli sottovuoto è una tecnologia relativamente nuova capace di apportare un gran progresso nel settore

• Conduttività termica dei pannelli, 10 volte inferiore rispetto a quella dei migliori materiali termoisolanti convenzionali

• Variabile tra 0,004 e 0,008 W/m K. • Un pannello sottovuoto dello spessore di 5 cm equivale ad uno

strato di polistirolo di 40 cm


VIP: come sono fatti

• Sono composti di un nucleo (pannello) di materiale nanoporoso (silice pirogena o aerogel) resistente alla pressione, dal quale è stata evacuata l'aria

• I pannelli hanno una durata di vita che, secondo la qualità dei teli e della saldatura, dovrebbe superare almeno i 20 anni.

• Il nucleo è ermeticamente racchiuso in un telo multistrato (AL, Nylon, PET) impermeabile e resistente alla pressione.


VIP: Svantaggi

• Richiedono molta attenzione durante il trasporto e la manipolazione in cantiere a causa del fatto che l’involucro di tali pannelli non può essere danneggiato, pena la perdita di efficacia isolante.

• Non possono essere tagliati in cantiere: i pezzi devono essere messi in opera così come vengono consegnati dal produttore.


VIP: Costi

• I prezzi dei VIP variano molto da prodotto a prodotto, anche in base alla necessità di dover realizzare dei pezzi speciali. Si va da un minimo di 20 €/m2 a un massimo di circa 60 – 70 €/m2 per il materiale installato in opera.

• Nel caso siano necessari spessori di isolante molto elevati, nel conto economico andrebbe considerata la superficie utile guadagnata con l’impiego dei VIP al posto dei materiali tradizionali


L’involucro edilizio e l’inerzia termica

• Sia l’involucro che gli elementi strutturali sono dotati di “capacità termica”: possibilità di accumulare energia termica e ritardare il trasferimento di energia.


• Strutture pesanti hanno tempi di risposta più lunghi ed escursioni termiche limitate, se confrontate con le strutture più leggere.

• Questo fenomeno aiuta a limitare le fluttuazioni della temperatura interna dovute alle escursioni giornaliere e stagionali della temperatura esterna.


• I consumi energetici di edifici ad alta inerzia termica possono essere considerevolmente inferiori di quelli di edifici più leggeri, sia in climi caldi che in climi freddi.

• L’accumulo termico nella massa dell’edifico talvolta consente di spostare il picco di massima richiesta di condizionamento ad ore in cui l’edificio non è in uso.


• Lo sfasamento φ rappresenta il ritardo temporale del massimo flusso di calore della parete in esame confrontato con il flusso istantaneo di un muro a capacità termica nulla;

• Il fattore di attenuazione µ rappresenta il rapporto fra il massimo flusso di calore del muro in esame e il flusso massimo di un muro a capacità termica nulla.

Gli effetti dell’inerzia termica: sfasamento ed attenuazione


Φ e μ in funzione della massa e della conducibilità


•L’efficacia dell’inerzia termica aumenta con l’aumentare della escursione termica giorno-notte.•Nei climi freddi, la massa termica aiuta ad accumulare energia solare durante il giorno, mitigando il clima interno durante la sera e la notte.

Impiego della inerzia termica


Inerzia termica nei climi caldi

• Nei climi caldi, le pareti accumulano calore durante il giorno e lo rilasciano durante la notte: questo fenomeno è particolarmente utile nel caso in cui l’edificio è utilizzato solo durante il giorno.

• La massa termica può inoltre essere raffreddata mediante la ventilazione notturna (naturale o meccanica).


Influenza del posizionamento dell’isolante termico sull’inerzia termica delle pareti

Wall type Insulation positioning

[h]

Muro portante con isolante localizzato

Interno 0,28 11

Intermedio 0,22 11

Esterno 0,20 11

Muro non portante con isolante localizzato

Interno 0,48 8

Intermedio 0,44 8

Esterno 0,44 8

Pareti multistrato Insulation thickness: 6 cm

0,75 4

Finestre 1 0

L’involucro trasparente






Tipo di vetro

• La scelta del giusto tipo di vetro è una questione importante:– Diversi tipi di vetro, disponibili sul

mercato, con caratteristiche ottiche variabili, possono adattarsi alle necessità climatiche (vetri selettivi)



Influenza della scelta del tipo di vetro sulla Percentuale di Persone Insoddisfatte (PPD) nel corso di un giorno soleggiato invernale

Glass type ΔPPVRadiant

asymmetry

ΔPPVDirect

radiation

ΔPPVConvection

ΔPPVTotal

Light 3 mm +35 -30 +8 +13

Light 3 mm + Air 13 mm + Light 3 mm

+28 -25 +6 +9

Light 3 mm + Argon 13 mm + Low Emissivity 3 mm

+8 -7 - +1

Selective 3 mm + Argon 13 mm + Light 3 mm

+12 -5 - +7


Effetti della forma e dell’orientamento dell’edificio

•Il corretto orientamento dell’edificio; •La corretta forma dell’edificio; •La razionale organizzazione spaziale e funzionale degli spazi interni;

Consentono, senza extra costi:•Risparmi energetici significativi (30 – 40%) •Un comfort termico migliore


La forma dell’edificio: IL RAPPORTO S/V

L’edificio dovrebbe avere il minimo rapporto possibile fra superficie disperdente e volume interno.


Tener conto degli effetti dei venti prevalenti sulla forma dell’edificio e delle condizioni al contorno


Orientamento

La soluzione migliore è orientare l’asse principale dell’edificio nella direzione Est-Ovest; La facciata sud riceve più energia solare in inverno (quando il sole è basso) che in estate.


Quantità di radiazione solare su superfici diversamente orientate a diverse latitudini



L’Impianto

• Finora è stato valutato solo il comportamento dell’edificio. Ma per la stima dei consumi energetici (e quindi dei costi) è necessario far riferimento anche all’impianto termico.

• L’impianto può essere schematizzato in quattro sub-sistemi, ognuno con delle perdite e quindi dei rendimenti1. SISTEMA DI PRODUZIONE 2. SISTEMA DI DISTRIBUZIONE3. SISTEMA DI EMISSIONE 4. SISTEMA DI REGOLAZIONE


Rendimenti di impianto






Normativa di riferimento

• DATI CLIMATICI – UNI 10349 Dati climatici

• DISPERSIONI TERMICHE– UNI EN 13789, Prestazione termica degli edifici. Coefficiente di perdita

di calore per trasmissione– UNI EN ISO 13370, Prestazione termica degli edifici. Trasferimento di

calore attraverso il terreno . Metodi di calcolo– UNI EN ISO 14683, Ponti termici in edilizia – Trasmittanza termica

lineare – metodi semplificati e valori di progetto– UNI EN ISO 6946, Componenti ed elementi per edilizia. Resistenza

termica e trasmittanza termica– UNI EN ISO 10077-1, Prestazione termica di finestre, porte e chiusure –

calcolo della trasmittanza termica – metodo semplificato


Normativa di riferimento

• FABBISOGNO DI CALORE– UNI TS 11300 parte 1

• FABBISOGNO DI ENERGIA PRIMARIA E CALCOLO RENDIMENTI DI IMPIANTI DI RISCALDAMENTO E ACS– UNI TS 11300 parte 2


Normativa di riferimento (in preparazione)

• DETERMNAZIONE DEI RENDIMENTI E DEI FABBISOGNI DI ENERGIA PRIMARIA PER LA CLIMATIZZAZIONE ESTIVA – UNI TS 11300 parte 3

• UTILIZZO DI FONTI RINNOVABILI ED ALTRI METODI PER IL RISCALDAMENTO E LA PRODUZIONE DI ACQUA CALDA– UNI TS 11300 parte 4

Grazie per l’attenzione


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