LEZIONE 4. Indice CORSO E-LEARNING LEZIONE 4

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1 CORSO E-LEARNING LEZIONE 4 Indice Efficienza Energetica negli Edifici o Infissi esterni o Progettazione bioclimatica o Consigli per incrementare l efficienza energetica Note sui diritti d autore Il presente manuale contiene materiale didattico realizzato per il Progetto IUSES Intelligent Use of Energy at School, finanziato dalla Commissione Europea nell ambito del Programma Intelligent Energy Europe. Autori: Giuseppe Pugliese, Sergio García, Lucie Kochova, Petr Sopoliga. 1

2 Finestre, superfici vetrate e porte Gli infissi esterni, ovvero finestre, superfici vetrate e porte, rappresentano le parti più vulnerabili dell involucro dell edificio, responsabili in media di un terzo della dispersione del calore dell edificio durante l inverno e del freddo durante l estate. Ciò è dovuto a fuoriuscite di aria, infiltrazioni e ponti termici lungo la struttura dei componenti dell edificio ed anche al trasferimento di calore tra i materiali. Le finestre comuni di solito presentano una bassa resistenza al fluire del calore, il che le rende inefficienti dal punto di vista energetico. Le finestre e le superfici vetrate che coprono una parte importante della superficie di un edificio oltre a collaborare con le altre componenti dell involucro esterno ad evitare la dispersione di calore, svolgono un altra funzione fondamentale: lasciano filtrare la luce naturale e grazie ad essa permettono di accrescere il calore all interno degli edifici (soprattutto nei paesi freddi o durante la stagione fredda). In modo analogo, le porte esterne sono responsabili in media del 10% della dispersione termica di un edificio. Di norma queste necessitano di isolamento e vanno sigillate, soprattutto nella parte inferiore con guarnizioni di battuta o nastro sigillante per impedire infiltrazioni di aria. In alternativa, nel caso in cui le porte siano vecchie, può essere opportuno sostituirle con modelli nuovi costruiti con materiali che consentano un migliore isolamento termico (legno, alluminio a doppio strato con schiuma o coperta isolante, eccetera). Si devono considerare due aspetti fondamentali: posizionamento appropriato delle finestre e delle superfici vetrate; installazione di finestre ad alta efficienza termica che garantiscono una grande resistenza al fluire del calore. 2

3 1. Le finestre di grandi dimensioni andrebbero posizionate a sud per permettere al sole in inverno di riscaldare gli spazi interni. In estate, invece, quando l obiettivo è di tenere fuori il calore prodotto dal sole, si rende necessario adottare qualche forma di schermatura, ad esempio installando una copertura o un cornicione al di sopra della finestra. In maniera opposta, le finestre che si trovino orientate a nord, sulla parte fredda della casa, andrebbero mantenute di dimensioni più ridotte con l obiettivo di evitare che il freddo possa introdursi nell edificio. 2. Sono disponibili finestre con diversi gradi di efficienza isolante in relazione soprattutto al materiale utilizzato per il telaio ed alle caratteristiche delle lastre in vetro. Un finestra con un telaio in alluminio o ferro, ad esempio, consente al calore di fluire in maniera significativa (bassa resistenza termica), mentre un telaio in legno è migliore per le caratteristiche isolanti di questo materiale. In maniera simile, i doppi vetri o le doppie finestre riducono la dispersione di calore di circa il 50% rispetto alle finestre a vetro singolo e riducono al contempo le infiltrazioni d aria, la condensa e la formazione di brina. Classificazione delle finestre Le finestre sono classificate sulla base del coefficiente di trasferimento del calore (indicato con U ed espresso in W/m²K). Va ricordato che U è l inverso di R (resistenza termica) e che, quanto più basso il valore di U, tanto migliore l efficienza termica della finestra (bassa propensione al trasferimento di calore). Le finestre con doppi vetri hanno valori di U fino al 75% più bassi di quelle con vetri singoli con valori di U che si aggirano intorno a 2. Le finestre a doppi vetri con valori di U di 1 o inferiori sono talvolta dette superfinestre. Molte delle finestre ad alto grado di efficienza disponibili sul mercato possono avere vetri multipli, rivestimenti a bassa emissione (bassa e), riempimento con gas inerti e spaziatori isolanti termici. 3

4 La figura mostra valori di U tipici per modelli diversi di finestra. 4

5 La progettazione bioclimatica degli edifici Utilizzare un modello efficiente dal punto di vista energetico al momento della progettazione e della costruzione degli edifici conta più di tutte le soluzioni tecniche descritte sopra, poiché è in grado di accrescere il risparmio energetico e la salubrità degli ambienti, aiutando al contempo a ridurre le emissioni di gas serra derivanti dall utilizzo di combustibili fossili e di ridurre i costi per le famiglie. Inoltre, il concetto di efficienza energetica include anche gli elementi della ben nota Progettazione Bioclimatica degli Edifici che hanno come obiettivo ottenere un edificio naturalmente dotato di confort per tutto l arco dell anno. La Progettazione Bioclimatica degli Edifici consiste nell adattare l edificio a particolari condizioni atmosferiche ed ottenere il maggior grado possibile di confort con il minimo contributo da parte di fonti ausiliarie di energia. Il sole è la principale fonte di energia nella progettazione biodinamica. Non si tratta di una nuova disciplina: l architettura tradizionale, infatti, già seguiva i principi bioclimatici per ovviare ai problemi legati ai costi ed alla limitata disponibilità di fonti e sistemi di riscaldamento e di raffreddamento. 5

6 Gli elementi bioclimatici vengono abitualmente suddivisi in attivi e passivi: I sistemi ad energia solare attivi si rivolgono all energia solare catturata con l utilizzo di mezzi meccanici e/o elettrici: i collettori solari (per il riscaldamento dell acqua e degli ambienti) e i pannelli fotovoltaici ( per la produzioni energia elettrica), come descritto nella lezione 7. La progettazione di sistemi ad energia solare passivi massimizza i benefici del sole, utilizzando caratteristiche costruttive standard ed un livello molto basso di assistenza meccanica, o addirittura evitandola completamente. Il naturale movimento del calore e dell aria o semplicemente un uso ottimale del sole, ad esempio in termini di luce e ombra, mantengono temperature adeguate e rendono gli ambienti confortevoli. 6

7 Elementi solari attivi e passive in un edificio Elementi solari passivi I sistemi ad energia solare passivi sono di solito ulteriormente suddivisi in tre elementi principali a seconda del metodo utilizzato per usufruire del sole. Si tratta nello specifico di: Accumulo termico diretto Accumulo termico indiretto Sistemi isolati 7

8 I sistemi di accumulo diretto sono sostanzialmente costituiti da superfici vetrate orientate a sud che intrappolano il calore del sole nello spazio che si viene a formare tra la parete interna e la superficie vetrata. Si tratta di una parete particolare (chiamata massa termica) costituita da materiali adatti per intrappolare e conservare il calore del sole e di restituirlo durante la notte. La copertura in vetro è in termini generali il fattore più importante per ottenere risultati in termini di risparmio energetico. Negli edifici rivolti a sud con superfici vetrate pari al 60% il risparmio dovuto ad accumulo termico diretto va dal 15 al 40%, a seconda del materiale isolante. L aspetto meno positivo è che la stessa superficie causa un surriscaldamento in estate. Per questo motivo, si ricorre a cornicioni e coperture ed alberi attorno all edificio, poiché questi forniscono ombra in estate e favoriscono un aumento del calore in inverno. L accumulo termico indiretto utilizza gli stessi principi riguardo ai materiali ed alla progettazione dei sistemi ad energia solare diretti, tuttavia pone la massa termica (ossia la parete interna) tra il sole e lo spazio da riscaldare. Con gli elementi passivi di accumulo termico indiretto si possono raggiungere temperature molto alte. Questi sistemi sono dunque sostanzialmente delle grandi superfici di immagazzinamento dell energia. Le alte temperature si raggiungono lentamente e lentamente vengono rilasciate, dato che il ritardo termico è di circa 6-8 ore. In estate, però, si devono usare cornicioni e coperture esterne per evitare il surriscaldamento. Tra i vari sistemi di accumulo termico indiretto, la tipologia più comune è quella dei muri di Trombe. La radiazione solare viene raccolta ed intrappolata tra la grande finestra esterna e la massa termica (ossia la parete) e riscalda il volume d aria che si trova all interno. L elemento particolare è che vengono collocate delle aperture nella parte superiore ed inferiore del muro. Quella superiore permette all aria riscaldata di entrare nella stanza, mentre l aria raffreddata si sposta per occupare il suo posto attraverso aperture poste nella parte inferiore del muro. (va ricordato che l aria calda si mantiene al di sopra poiché più leggera di quella fredda). 8

9 La massa termica (la parete) continua ad assorbire e conservare il calore per re-irradiarlo nella stanza dopo che il sole è tramontato. Si possono montare dei regolatori di flusso sulle ventole per impedire la fuoriuscita dell aria calda durante la notte. I sistemi isolati, come gli spazi solari e gli atri (rispettivamente spazi ricoperti da strutture vetrate di dimensioni più limitate per edifici ad uso abitativo e più grandi per edifici di maggiori dimensioni) rappresentano uno spazio addizionale con caratteristiche architettoniche interessanti. In determinate condizioni, essi possono anche offrire protezione da condizioni climatiche avverse a costi accettabili. Questi sistemi sono la risultanza di una combinazione tra sistemi diretti e sistemi indiretti. Si tratta di grandi superfici vetrate che circondano una massa termica (di dimensioni maggiori rispetto a quelle utilizzate nei muri di Trombe) posta tra la parete esterna dell edificio e la superficie vetrata. Il principio operativo è simile a quello dei muri di Trombe. Quali sono i vantaggi? Un nuovo edificio progettato e costruito interamente secondo i criteri bioclimatici può diventare autosufficiente in termini energetici (cosiddette case passive ) Qualunque edificio può ottenere un risparmio energetico che può arrivare al 60% applicando le tecniche bioclimatiche senza incorrere in spese aggiuntive e mantenendo l estetica del 9

10 progetto. Lo standard energetico di un edificio si misura in genere sulla base dell energia consumata per il riscaldamento ed il raffreddamento (kwh) per metro quadro della superficie (m²), in genere nell arco di un anno. Ogni edificio, a seconda dei materiali utilizzati, ha un proprio valore in termini di fabbisogno energetico. Per poter stimare il fabbisogno energetico di un edificio e sapendo il valore del fabbisogno energetico per metro quadro, si deve moltiplicare tale valore per la superficie utilizzabile dell edificio. Esempio: Nel caso di una superficie di 240 m², ed un fabbisogno energetico di 169 kwh/m2, si ottiene 240 m² x 169 kwh/m² = kwh (approssimativamente il fabbisogno energetico dell intero edificio). Indicazioni e consigli per un miglior utilizzo degli edifici La progettazione degli edifici, i materiali utilizzati per la costruzione dell involucro esterno, le finestre e le porte utilizzate sono tutti elementi decisivi per ottenere standard soddisfacenti di utilizzazione dell edificio. Dato che la maggior parte dei consumi energetici degli edifici è legata al riscaldamento ed al raffreddamento degli stessi (oltre il 50%) e considerando il lungo periodo di vita di un edificio, la massima attenzione va posta a tutti gli elementi strutturali per ottenere un adeguata efficienza in termini di costi. Le seguenti indicazioni mirano ad incrementare l efficienza in termini energetici e di costi. Involucro esterno ed isolamento termico La realizzazione di un buon isolamento termico dovrebbe sempre essere parte integrante della progettazione di un edificio nuovo o dei lavori di ristrutturazione di un o esistente. Per gli edifici esistenti, procedere alla modifica della struttura per migliorare l isolamento è, in genere, difficoltoso e non sempre efficiente in termini di costi. Comunque, per gli edifici più vecchi, se si stanno considerando lavori di ristrutturazione, non va trascurato un corretto isolamento termico per le sue ripercussioni in termini di risparmio 10

11 energetico e di costi. E consigliabile ridurre la dispersione di calore con l utilizzo dei doppi vetri nelle finestre e l isolamento delle pareti. Il consumo energetico, infatti, può essere ridotto fino al 50%. Va ricordato che le superfici scure assorbono più radiazione solare. L involucro esterno va sigillato, riempiendo eventuali falle e crepe dovunque vengano individuare fuoriuscite di aria. Porte e finestre Se non si possono sostituire le vecchie porte e finestre, si possono però prendere diversi accorgimenti per renderle più efficienti: Aprire le tende che schermano le finestre rivolte a sud per permettere il passaggio della luce del sole all interno; Non utilizzare tendaggi o veneziane a schermare le finestre e le superfici vetrate nelle giornate invernali, poiché le finestre forniscono luce naturale all interno e permettono al calore del sole di entrare (accumulo termico). Assicurarsi che la porta sia ben chiusa e che guarnizioni isolanti vengano installate per impedire la fuoriuscita dell aria. Applicare guarnizioni di battuta e coibentare porte e finestre può ridurre la fuoriuscita di aria in maniera considerevole. Tenere le porte e le finestre chiuse quando gli impianti di riscaldamento e di raffrescamento sono attivi per evitare dispersioni. Progettazione di edifici e sistemi bioclimatici Si può intervenire sul design degli edifici e degli elementi strutturali soprattutto in fase di costruzione o in caso di ristrutturazioni di grande entità; tuttavia i più giovani vanno informati e dovrebbero interessarsi a queste tematiche. Ci sono tre elementi chiave da tenere presenti: Acquisire consapevolezza e conoscenza dei parametri e delle modalità corretti relativi al design, ai materiali ed all uso delle tecnologie può risultare utile nella scelta di un abitazione o anche semplicemente per fornire qualche indicazione ai genitori o ai presidi delle scuole; Esistono interventi di piccola entità ed a basso costo che si possono effettuare, come ad esempio riparare le crepe, aggiungere schermature all interno degli edifici (ad esempio le veneziane), installare ventole a soffitto, utilizzare piante come ombreggianti, eccetera. Esistono misure non tecniche, spesso si semplice realizzazione, che possono fornire benefici energetici ai nostri edifici senza costi aggiuntivi, come garantire una gestione razionale dell edificio e dei suoi sistemi, l uso corretto delle finestre (per la penetrazione del sole durante l inverno, la schermatura e la ventilazione notturna in estate) e l uso razionale degli elettrodomestici per non causare un carico di calore all edificio (ad esempio non cucinando nella parte più calda del giorno). 11

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