Zero Energy Building issues. Near Zero Energy Building: A better envelope. ZEB opaque envelope. Zero Energy Building issues

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1 Università IUAV di Venezia, Efficienza Energetica e Sostenibilità Magistrale Architettura e Innovazione Near Zero Energy Building: A better envelope Fabio Peron Università IUAV - Venezia Università IUAV Environmental Building Physics prof. Fabio Peron Zero Energy Building issues General Frequency of Occurrence Projects that Saved 60%+ or NZE ready Università IUAV Environmental Building Physics prof. Fabio Peron Zero Energy Building issues ZEB opaque envelope Particular Strategies in Example, Tons of CO 2 Savings come from many choices Università IUAV Environmental Building Physics prof. Fabio Peron

2 ZEB opaque envelope ZEB opaque envelope Università IUAV Environmental Building Physics prof. Fabio Peron

3 Pareti opache: trasmittanza Il flusso di calore attraverso una parete è descritto dalla sua resistenza globale ottenuta a partire dalle resistenze relative alla conduzione a cui si sommano le resistenze di adduzione superficiale. L inverso della resistenza totale viene chiamata trasmittanza (o U-value) e permette di valutare il flusso di calore I materiali isolanti cellulari trasmittanza resistenza K = R glob = α i s + λ + + s λ n n + α e radiazione radiazione convezione conduzione convezione flusso di calore Q& = KA( ti - te) = A( ti - te) R tot Polistirene espanso estruso 300x K = R glob = + α i si + λ i R i + C i + α e Polistirene espanso estruso 700x Università IUAV Corso Environmental di Fisica Tecnica BuildingAmbientale Physics prof. prof. Fabio Fabio Peron Peron I materiali isolanti fibrosi I materiali isolanti Fibra di cocco Fibra di vetro 300x La resistenza termica dipende da spessore e conducibilità Fibra di roccia 300x Università IUAV Corso Environmental di Fisica Tecnica BuildingAmbientale Physics prof. prof. Fabio Fabio Peron Peron Università IUAV Environmental Building Physics prof. Fabio Peron

4 ISOLANTI SINTETICI EPS 0,036 W/mK EPS + grafite 0,03 W/mK Poliuretano esp. 0,028 W/mK Embodied energy e conducibilità ISOLANTI MINERALI Vetro granulare espanso 0,040 W/mK Lana di roccia 0,038 W/mK ISOLANTI NATURALI Cellulosa fiocchi 0,040 W/mK lana 0,040 W/mK fibra di legno 0,042 W/mK fibra di cocco 0,045 W/mK sughero 0,04 W/mK Fibra di lino 0,040 W/mK Fibra di mais 0,040 W/mK Fibra di canapa 0,040 W/mK Canna 0,050 W/mK Opaque envelope: higher R Pareti opache: sfasamento e attenuazione attenuazione Sfasamento o ritardo Università IUAV Environmental Building Physics prof. Fabio Peron

5 Pareti opache: sfasamento e attenuazione Sfasamento e attenuazione di una parete multistrato dipendono da: conducibilità dei materiali che la costituiscono densità dei materiali che la costituiscono calore specifico dei materiali che la costituiscono spessore dei materiali che la costituiscono disposizione degli strati La norma UNI EN ISO 3786 fornisce un metodo di calcolo delle caratteristiche dinamiche delle pareti basato sulle funzioni di trasferimento. Capacità termica: confronto tra materiali densità Calore specifico Capacità termica specifica MATERIALE ρ [kg/m3] c [kj/kgk] C [kj/(km 3 )] Calcestruzzo 2400, Pannelli di fibre minerali 55,03 57 Fibra di legno 60 2,0 336 Polistirene espanso EPS 40,00 40 Poliuretano 32, sughero 70, Cellulosa in fiocchi 30,90 57 Vetro granulare espanso 20 0,85 02 Legname 450, Acciaio , Vetro , Aria,23,008,24 Pareti opache: trasmittanza periodica Pareti opache: attenuazione e carico estivo Articolo 4 DPR n.59 del 02/04/2009 Per tutte le categorie di edifici ad eccezione di E5, E6, E7, E8 Per edifici di nuova costruzione e per ristrutturazioni totali In tutte le zone climatiche a esclusione della F In tutte le località con un valore di irradianza nel mese di massima insolazione maggiore di 290 W/m 2 : Ms > 230 kg/m 2 Yie < 0,2 W/m 2 K massa superficiale della parete trasmittanza termica periodica Yie = U x fa calcolata secondo UNI EN ISO 3786

6 Pareti in laterizio: attenuazione e sfasamento Coperture in legno: attenuazione e sfasamento Proprietà dei materiali e marcatura CE Marcatura CE è prevista dalla Direttiva Prodotti da Costruzione CPD Directive 89/06 del recepita in Italia dal DPR 2/04/993, n. 246, così come modificato dal DPR 0/2/997, n. 499 Proprietà dei materiali e norme E obbligatorio contrassegnare i materiali da costruzione e fornire i valori delle grandezze che li caratterizzano Requisiti essenziali: Resistenza meccanica e stabilità Sicurezza incendio Igiene, salute e ambiente Sicurezza di utilizzazione Protezione dal rumore Risparmio energetico e isolamento termico Compatibilità ambientale Abbiamo a disposizione anche conducibilità, densità, calore specifico, permeabilità?

7 Proprietà dei materiali e norme Pietra naturale, mattone pieno, laterizio Densità [kg/m 3 ] Conduttività [W/(mK)] ardesia basalto ,5 calcare 200, , ,5 dolomite 2700,8 granito ,2 lava ,9 porfido ,9 tufo 500 0, ,7 calcestruzzo 2000,6 2200, ,9 laterizio forato 600 0, , ,36 mattone pieno 800 0, ,90 malta di gesso 600 0, , ,58 intonaco gesso puro 200 0,35 inonaco calce e gesso 400 0,70 malta di calce o calce cemento 800 0,90 malta di cemento 2000,40 Trasmittanze termiche limite D.Lgs. 3 Sfasamento e attenuazione indicazioni D.Lgs. 3 Zona climatica Parete verticale Copertura Pavimento verso locale non risc. Finestra A 0,62 0,38 0,65 4,6 B 0,48 0,38 0,49 3,0 C 0,40 0,38 0,42 2,6 D 0,36 0,32 0,36 2,4 E 0,34 0,30 0,33 2,2 F 0,33 0,29 0,32 2,0

8 Università IUAV di Venezia, Efficienza Energetica e Sostenibilità Magistrale Architettura e Innovazione Strategie di isolamento termico Fabio Peron Università IUAV - Venezia Come isolare L intervento di isolamento termico della parete verticale può essere realizzato: dall interno dall esterno (sistema a cappotto, sistema a parete ventilata) all interno della parete con una parete stessa in materiale isolante Isolamento dall interno Vantaggi: su edifici esistenti permette il mantenimento delle caratteristiche esterne; meno costoso e più facilmente eseguibile rispetto all isolamento dall esterno (no ponteggi, no necessità di protezione esterna); utile per ambienti utilizzati saltuariamente no riscaldamento dell intera massa della parete; Svantaggi: non elimina alcuni ponti termici (es. connessioni parete solaio e serramento); comporta una riduzione del volume abitabile; non consente di sfruttare l inerzia termica della parete; necessita attenta verifica igrometrica; Isolare dall interno limitare lo spessore di isolante, evitare barriera vapore, utilizzare materiali igroscopici in ambiente interno. Contropareti e controsoffitto in cartongesso con isolamento interno

9 Isolare dall interno Isolamento dall esterno Vantaggi: Elimina i ponti termici legati alle connessioni della struttura ideale quando sia necessario il miglioramento delle caratteristiche esterne dell edificio; garantisce un corretto comportamento termoigrometrico della parete; consente di incrementare l inerzia termica della parete; non si arrecano disagi agli occupanti durante la realizzazione; Svantaggi: Costo maggiore legato alla realizzazione ponteggi e necessità di protezione dell isolante; necessità di protezione dell isolante dagli agenti atmosferici possono presentarsi problemi di durabilità dei materiali. Coperture e solai isolati internamente La protezione esterna può essere staccata costituendo un paramento separato dando origine alla cosidetta parete ventilata. Isolare dall esterno: Isolamento all interno della parete Spesso in edifici nuovi si realizzano delle murature sandwich costituite da due pareti in calcestruzzo o in laterizio e interposto il materiale isolante. Negli edifici esistenti l intervento consiste invece nel riempimento con materiale isolante sfuso di un intercapedine presente tra i due paramenti che costituiscono la parete. Devono essere garantiti: condizioni di impermeabilità della parete all acqua piovana; uno spessore dell isolante di almeno 6-8 cm; resistenza alla compressione del paramento esterno in grado di sopportare la pressione di iniezione di materiale isolante; Muro perimetrale con isolamento a cappotto: Muratura in laterizio - cm 25 Strato isolante esterno in pannelli battentati di fibra di legno - cm 8 verificato comportamento igrometrico della parete

10 Isolamento all interno della parete Isolamento all interno della parete STRATIGRAFIA. strato di rivestimento interno: intonaco civile 5 mm 2. elemento di tamponamento: blocco per muratura 300x250x90 mm 3. barriera al vapore 4. strato di isolamento termico: pannello di polistirene espanso, 80 mm 5. strato per aerazione 30mm 6. strato di rivestimento esterno: mattoni facciavista 55x20x250 mm Spessore parete 49,5 cm Resistenza termica totale 3,3 m²k/w Trasmittanza termica totale 0,30 W/m²K Trasmittanza max dlgs 3 al 200 0,34 W/m²K Attenuazione 0,0738 Sfasamento 5 h 20' Isolamento con granuli di materiale isolante applicato in intercapedine tramite insufflaggio con aria compressa Parete realizzata con materiale a elevata resistenza termica Pannelli sandwich L intervento consiste nella costruzione di pareti utilizzando materiali isolanti che presentano caratteristiche di densità e resistenza meccanica e agli agenti atmosferici che ne consentono l uso anche come materiali strutturali. pareti in muratura costituite da blocchi in calcestruzzo alleggerito (con argilla, perlite, vermiculite, ) o da calcestruzzo cellulare o da laterizio di tipo speciale; pareti composte da due paramenti sottili (lamiera di acciaio o alluminio, lastre in fibrocemento) con interposto il materiale isolante; pareti realizzate con componenti leggeri: generalmente paramento interno in compensato di legno, materiale isolante, rivestimento esterno di protezione in ardesia, fibrocemento, legno, lamiera metallica. Università IUAV Corso di Fisica Tecnica Ambientale prof. Fabio Peron

11 Laterizio porizzato Materiali innovativi Fabio Peron Università IUAV - Venezia Università IUAV di Venezia, Efficienza Energetica e Sostenibilità Magistrale Architettura e Innovazione Materiali isolanti alte prestazioni Materiali isolanti innovativi

12 Materiali isolanti alte prestazioni Materiali innovativi: film bassoemissivi Schiuma poliuretanica rigida λ=0,022 W/(mK) Materiali innovativi: film bassoemissivi Materiali innovativi: film bassoemissivi EPS con rivestimento film riflettente Multistrato film riflettente alternato a ovatta o bolle di aria

13 Materiali innovativi: film bassoemissivi Materiali innovativi: film bassoemissivi Principali Vantaggi Elevato isolamento Spessore limitato Facilità applicativa Si ha un notevole miglioramento nel valore di resistenza ma limitati effetti per quanto riguarda sfasamento e attenuazione Emissività, assorbimento, riflessione Materiali innovativi: film bassoemissivi r onde corte dissipatore ideale ε l = r c =0 Emissività, riflessione e assorbimento dei materiali r onde lunghe ε onde lunghe a onde corte assorbitore ideale ε l =0 a c =0 Diverse tipologie di installazione: finitura superficiale intercapedine

14 Materiali innovativi: film bassoemissivi Materiali innovativi: film bassoemissivi La caratterizzazione è realizzata con prove comparative Attenzione all installazione con uno strato d aria davanti o dietro il film bassoemissivo: è necessario per un buon funzionamento! Materiali innovativi: film bassoemissivi Materiali innovativi: isolanti con aerogel

15 Materiali innovativi: isolanti con aerogel Materiali innovativi: isolanti con aerogel Il materiale in granuli è «schiumato» con CO 2 λ= 0,3-0,8 W/mK Materiali innovativi: isolanti con aerogel Materiali innovativi: isolanti con aerogel Protezione del ponte termico con spessori limitati Aerowool Rockwool cartongesso, lana roccia, aerogel

16 Materiali innovativi: isolanti sottovuoto Materiali innovativi: isolanti sottovuoto Materiali innovativi: isolanti sottovuoto Materiali innovativi: isolanti sottovuoto

17 Materiali a cambiamento di fase Materiali a cambiamento di fase Materiali a cambiamento di fase materiali a cambiamento di fase

18 materiali a cambiamento di fase Università IUAV di Venezia, Efficienza Energetica e Sostenibilità Magistrale Architettura e Innovazione Cool materials Fabio Peron Università IUAV - Venezia Università IUAV Environmental Building Physics prof. Fabio Peron Materiali a elevata emissività e riflessione Le superfici urbane Portland Oregon (D. Sailor) Le grandezze in gioco: coefficiente di assorbimento, α emissività, ε coefficiente di convezione termica, h conduttività termica, λ densità, ρ calore specifico, c Superfici nere presentano a=0,8 r=0,2 t=0 e ε=0,9 Superfici bianche presentano a=0,05 r=0,95 t=0 e ε=0,9

19 I materiali presenti sul mercato I materiali presenti sul mercato G a + G r + G t = G a + r + t = G a + G r + G t = G a + r + t = Caratteristiche delle superfici di copertura Un esempio: Scudofine Roof Scudofine Roof White Plus è una membrana impermeabilizzante armata con una rete di vetro realizzata mediante coestrusione della lega di poliolefine a base di poliolefine flessibili (TPO) Poliscudo R. Lo strato superiore è composto da speciali pigmenti di colore bianco ed additivi riflettenti. coefficient riflessione solare r ISO 9050:2003 0,827 emissività ε ASTM C37-04a 0,90 Solar Reflection Index (SRI) ASTM E Copertura con Scudofine

20 I colori freddi I colori freddi Un esempio di applicazione Retrofit energetico e ambientale della scuola Retrofit energy concept of the schools > Insulation: roof and walls U < 0. W/m²K, ceiling: Vacuum insulation panel > High-efficient windows U < 0.8 W/m²K > Low-temperature wall and underfloor heating (low Ex) > Hybrid ventilation with classroom ventilation units (85 % heat recovery) > Heat generation: earth-coupled heat pumps > High-efficient lighting and daylighting concept > Renewables: Photovoltaics and solar thermal > Passive cooling Laboratorio Università di Modena. Temperature interne estive molto alte fino a 35 C a=0,88 ε=0,94 Riferimenti: School of the future - EnEff Schule - Veryschool - ZeMeds -

21 Retrofit energetico main goals Retrofit energetico: comfort and efficiency Retrofit energetico: action plane