Impatto di tecnologie Cool Roof sulle prestazioni energetiche degli edifici. Caso studio.

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1 Agenza Nazonale per le Nuove ecnologe, l Energa e lo Svluppo Economco Sostenble RICERCA DI SISEMA ELERICO Impatto d tecnologe Roof sulle prestazon energetche degl edfc. Caso studo. Aldo Fanchott, Emlano Carnelo Report RSE/21/198

2 IMPAO DI ECNOLOGIE COOL ROOF SULLE PRESAZIONI ENERGEICHE DEGLI EDIFICI. CASO SUDIO. Aldo Fanchott, Emlano Carnelo Settembre 21 Report Rcerca d Sstema Elettrco Accordo d Programma Mnstero dello Svluppo Economco ENEA Area: Us Fnal ema: Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de sstem edfco-mpanto, n partcolare nella stagone estva e per uso terzaro e abtatvo e loro razonalzzazone. Interazone condzonamento e llumnazone. Responsable ema: Gaetano Fasano, ENEA.

3 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 3 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 ABSRAC L'archtettura vernacolare medterranea è caratterzzata da soluzon passve n grado d garantre condzon d comfort termco all nterno dell nvolucro edlzo durante la stagone calda. Questo patrmono culturale è quas scomparso, delegando le condzon d comfort a sstem artfcal o, n assenza d sstem d clmatzzazone, nducendo nsostenbl condzon termche. Una delle soluzon passve sopra menzonate prevede l'uso d color char per rendrzzare la maggor parte della radazone solare ncdente. I cool roof sono un mx tra quest vecch concett e moderne tecnologe. La loro applcazone n edfc nuov o gà esstent può mglorare sgnfcatvamente l'effcenza energetca durante la stagone calda e n tutto l'anno. Inoltre cool roof sono un elemento che contrbusce alla mtgazone dell'effetto sola d calore urbana. Il caso studo preso n esame rguarda l applcazone d un cool roof su una porzone d superfce d 13 m 2 appartenente al tetto d un edfco nserto all nterno del comprensoro d aule della facoltà d Ingegnera d Roma re, stuato a Roma n prossmtà del quartere San Paolo, e da qualche anno adbto ad uso d centro rcreatvo per una comuntà d anzan. Il materale usato nell applcazone è una membrana banca lavable Ecobos Clma con una rflettanza ntegrata par all 86.4% e un emssvtà termca nella lunghezza d onda dell nfrarosso d.88. La trasmttanza dell nvolucro dello stable è modesta e s attesta ntorno a 1,2 W/m 2 K. La rmanente superfce del tetto dell edfco è rcoperta da una guana btumnosa ardesata. L obettvo che questo lavoro s pone è quello d valutare sa l effettva nfluenza che un cool roof possede sulla temperatura all nterno dell edfco mantenendo nattvo l sstema d clmatzzazone estva, sa l rsparmo energetco assocato a carch ntern necessar per lmtare la temperatura al d sotto d un valore d set pont al fne d evtare condzon d dscomfort termco. L espermento s suddvde n due fas. La prma fase rguarda la rlevazone delle temperature e dell umdtà nterne, delle temperature relatve alle superfc n goco (superfce esterna ed nterna del tetto) e l acquszone de dat meteo (radazone solare, temperatura e umdtà esterne) dal 17 Gugno al 1 Settembre. La seconda fase prevede la creazone d un modello nserto n un software d smulazone per valutare le performance energetche dell edfco al varare d alcun parametr: l solamento dell nvolucro, l solamento del solao mantenendo costante l valore d trasmttanza delle altre paret, profl d occupazone nterna, l fattore d schermatura nterno ed esterno degl nfss, carch energetc d clmatzzazone, e la rflettanza delle superfc orzzontal. L anals comparatva tra dat delle grandezze montorate relatve alla zona equpaggata con l materale ad alta rflettanza ed emssvtà e le rmanent zone dotate della copertura orgnale n ardesa, ha evdenzato le potenzaltà della tecnca d raffrescamento passvo trattata n questo report. La calbrazone del modello attraverso valor msurat ha permesso d valutare le caratterstche termo fsche dell edfco

4 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 4 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 esamnandolo n dverse confgurazon e quantfcare vantagg dervant dall applcazone d un cool roof all nterno del contesto clmatco della cttà d Roma.

5 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 5 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 INRODUZIONE Il rscaldamento globale è un problema planetaro montorato ndpendentemente dalla lattudne e dallo svluppo economco anche se con ntenstà e conseguenze del tutto dfferent n relazone a quest due fattor d nfluenza. Il bacno medterraneo è una zona partcolarmente a rscho, con prevson d nnalzamento delle temperature d 2 C entro l 23, e con prevson ben peggor entro l 21 (IPCC, 27). In questo quadro s colloca la necesstà d applcare nuove tecnche mrate al rsparmo energetco, alla salvaguarda dell ambente e della salute pubblca n ogn settore dello svluppo. Anche nel settore cvle l problema ha assunto dmenson d rguardo e n partcolare è dovuto prncpalmente a due fattor: l nsorgere del fenomeno dell sola d calore urbana ed l contnuo ncremento de consum elettrc per la clmatzzazone estva degl edfc, prma prevalentemente del terzaro, recentemente anche nel settore resdenzale. ra le tecnche utlzzate per lmtare percol legat al trend attualmente n atto v è l raffrescamento passvo degl edfc che prevede l uso de cool roof. Cosa sono cool roof? S defnscono cool materal (materal fresch) que materal n grado d non nnalzare n modo sgnfcatvo la propra temperatura sotto la radazone solare. I cool materal sono caratterzzat da una elevata rflettanza solare (elevata capactà d rflettere la radazone solare ncdente sul materale) e d emttanza termca (elevata capactà d emettere calore nella lunghezza d onda dell nfrarosso). L alto potere d rflessone è dovuto a pgment caratterzzat da una elevata rflettanza nella porzone nfrarossa dello spettro solare, che però mantenengono l proflo tpco del colore d rfermento nello spettro vsble, cò fa s che l materale non s scald durante le ore durne; l elevata emttanza consente al materale d raffreddars durante la notte, rradando verso la volta celeste l calore assorbto durante l gorno. A partà d altr fattor (radazone solare ncdente, rscaldamento per convezone e/o conduzone), una superfce con queste caratterstche rmarrà pù fresca sotto l sole rspetto a una superfce che non present tal caratterstche. L utlzzo de suddett materal è molto utle per la realzzazone delle coperture e de tett, essendo materal da costruzone pù utlzzat caratterzzat da elevato assorbmento solare (e qund bassa rflettanza). S parla n quest cas d cool roof, tecnologa n grado d realzzare un proflo d temperature superfcal pù basso rspetto a un normale rvestmento, cosa che comporta una rduzone del flusso termco entrante nell edfco contrbuendo ad un effcace dmnuzone del valore medo della temperatura nterna dell ara n ambent non clmatzzat o una rduzone de consum per raffrescamento n ambent dotat d mpanto d clmatzzazone estva. L uso n larga scala d materal con queste partcolartà n un area urbana porta noltre ad un ndretto rsparmo energetco legato all alta rflettanza solare che contrbusce alla rduzone della temperatura dell agglomerato abtatvo graze ad un mglore blanco energetco relatvo alle superfc n goco e favorendo la mtgazone dell effetto d sola d calore urbana. È necessaro anche rcordare che cool roof non sono necessaramente ottenut con vernc; sono dverse nfatt le soluzon tecnologche che consentono d realzzare delle

6 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 6 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 coperture rflettent: vernc, membrane, guane, btum, mattonelle per lastrcat solar. La tabella 1 rassume alcun dat sgnfcatv. Sulla snstra sono elencat valor d rflettanza solare (SR) d una vernce organca con dverse varazon cromatche. Sulla destra s rportano valor msurat per alcun materal tpcamente utlzzat per coperture pane ed nclnate. Appare evdente la varazone n termn d rflettanza solare. I materal da costruzone s attestano nelle tpologe pù comun tra l 2 ed l 3%, con un carco solare che dventa sgnfcatvo per gl ambent sottostant. La fgura 1 presenta l andamento della rflettanza n funzone della lunghezza d onda per materal cool e per materal da costruzone comun. abella 1: Rflettanza, valore ntegrato Materal COOL SR SR Materal tpc da costruzone [%] [%] Banco 85 Guana mpermeablzzante 2 Verde 72 Pastrelle n cemento 29 Rosso 66 Pastrelle n arglla rossa 27 Gallo 73 Guana btumnosa 12 Bruno 58 Marmo 39 Fgura 1: Rflettanza solare materal COOL e tpc materal da costruzone L emssvtà termca non vara sensblmente tra materal da costruzone ed è generalmente compresa tra.8 e.9. Soltanto metall presentano valor pù bass d emttanza, cosa che lmta l raffrescamento notturno. Per questo motvo cool roof metallc sono effcac solo se hanno valor d rflettanza solare estremamente elevat (maggor d.75-.8). Un aspetto ancora poco esplorato è legato al mantenmento delle propretà nzal de prodott. Un depauperamento rapdo delle capactà rflettent del materale, renderebbe nutle l nvestmento realzzato.

7 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 7 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Caso : CENRO SOCIALE CULURALE VASCA NAVALE L edfco sul quale è stato focalzzato questo lavoro è collocato a Roma vcno al quartere San Paolo. Esso è parte d un gruppo d stabl appartenent all Unverstà degl Stud Roma re e da qualche anno è stato dato n concessone ed utlzzato come centro rcreatvo per una comuntà d anzan della zona. La scelta è caduta su questo edfco perché presenta caratterstche standard adatte allo studo al quale è stato sottoposto. Infatt è un ottmo banco prova per verfcare le effettve prestazon d un tetto ad alta rflettanza. Cò è dovuto alla grande estensone delle superfc orzzontal che captano la radazone solare. La panta della struttura s estende prevalentemente n lunghezza e ha una superfce d 275 m 2. La dsposzone nterna degl ambent è molto semplce: sono present cnque stanze dsposte n fla lungo l asse Est Ovest e tutte sono caratterzzate da una panta rettangolare. I lat pù estes dell edfco hanno un orentamento Sud Nord. L ntera struttura presenta un basso lvello d solamento ed è caratterzzata da valor d trasmttanza nettamente superor a quell stablt dal decreto legslatvo 192/5 per la fasca clmatca alla quale appartene Roma. D seguto, nella tabella 2, sono rportat pacchett murar costtutv delle paret vertcal, del solao e del pavmento, relatv spessor e le trasmttanze. abella 2: Pacchett murar Parete Vertcal Solao Pavmento Intonaco Interno.5 m Intonaco Cemento.15 m Pastrelle.15 m Blocco Cemento.22 m Foratno.12 m Intonaco Cemento.1 m Mattone Peno.12 m Cemento Leggero.18 m Pgnatta.46 m Intonaco Esterno.5 m Btume.5 m Spessore otale.35 m Spessore otale.31 m Spessore otale.475 m rasmttanza 1.23 W/m 2 K rasmttanza.96 W/m 2 K rasmttanza.91 W/m 2 K Le paret nterne dvsore degl ambent prncpal presentano lo stesso pacchetto muraro delle paret vertcal esterne, stesso spessore e trasmttanza termca. I tramezz sono nvece realzzat con foratno e ntonaco, hanno uno spessore d 21 cm e una trasmttanza d 1.6 W/m 2 K. Gl nfss sono costtut da vetr sngol con un valore d trasmttanza d 2.8 W/m 2 K, montat su un telao d allumno d colore grgo scuro per l quale è stata potzzata un assorbanza della radazone solare dell 85%. Il telao occupa una percentuale molto estesa dell ntero nfsso che s attesta n meda ntorno al 3% della superfce totale d quest ultmo. D seguto n fgura 2 è rportata la panta dello stable.

8 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 8 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Fgura 2: Panta del CENRO SOCIALE CULURALE VASCA NAVALE

9 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 9 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Internamente l sofftto ha un altezza d 3.8 m tranne che nell aula e nella sala relax (Fgura 2) dove c è un controsofftto n cartongesso a 3.1 metr da terra. In quest due ambent, qund, fenomen d scambo termco con l esterno assumono caratterstche dverse rspetto alle altre tre stanze, a causa della presenza d un ntercapedne d ara d crca 7 cm. Per questo motvo le grandezze fsche nterne a queste due zone non possono venre raffrontate con quelle del resto dell edfco. In azzurro (Fgura 2) è evdenzata la porzone d tetto d 133 m 2 sulla quale è stato applcato l cool roof, corrspondente alla da. Il materale nnovatvo utlzzato per la copertura è un prodotto de Laborator Ecobos s.r.l. a base d latte e aceto. Le caratterstche sono rassunte nella tabella 3 e sono state estratte dal database de prodott cool redatto nell ambto dell EU Roofs Councl. abella 3: Caratterstche del prodotto Ecobos Clma NOME PRODOO NAZIONALIA PRODOO PRODOO COLORE COOL ROOF MAERIAL DAABASE ECOBIOS CLIMA IALIANA MEMBRANA ERMO RIFLEENE LAVABILE BIANCO RIFLEANZA SOLARE 86.4% EMISSIVIA.88 S (emperatura erfcale) 41.2 C SRI (Indce d Rflettanza Solare) 19 La copertura orgnara è una guana btumnosa. Lo strato superfcale è costtuto da ardesa. I campon delle due tpologe d materal sono stat analzzat con uno spettrofotometro a doppo raggo dal quale s è rcavato l andamento del valore della rflettanza n funzone della lunghezza d onda del fasco ncdente tra 3 e 25 nanometr. La guana btumnosa ardesata non presenta un colore unforme, per questo motvo sono state effettuate tre rlevazon n tre punt dvers n cu l fasco d luce generato dallo strumento colpsce l corrspondente campone. S è operata po una meda artmetca dalla quale s è rcavato l andamento della rflettanza. Con dat rcavat dallo spettrofotometro è stata eseguta un operazone d ntegrazone secondo la ISO 95 23, ovvero una meda pesata de valor d rflettanza nella banda consderata (3 nm 25 nm) seguendo la dstrbuzone energetca dello spettro solare, dando coè un peso maggore alla banda del vsble e a quella dell nfrarosso vcno fno a crca 12 nm e un peso molto basso alla banda UV.

10 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 1 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 La rflettanza ntegrata per l ardesa è rsultata essere del 13.7 % molto bassa se parnata all 86.4 % della membrana mnerale Ecobos. La Fgura 3 mostra l confronto tra le rflettanze msurate. In blu è evdenzato l materale cool ; le altre tendenze sono le tre msurazon relatve all ardesa, esse presentano leggere dfferenze a seconda del punto d ncdenza del fasco lumnoso dello spettrofotometro sul campone. S può notare come, a prescndere dall aspettato comportamento nella lunghezza d onda del vsble (la membrana mnerale è banca, l ardesa è grgo scuro), l materale cool abba de valor decsamente nteressant anche nel campo della lunghezza d onda degl nfraross vcn presentando un valore d rflettanza superore al 95 % n un ntervallo che va da 77 a 11 nanometr. La rflettanza della guana ardesata rmane costantemente al d sotto del 2 % n tutto l campo d msura. Fgura 3: Confronto rflettanze della membrana Ecobos Clma e della guana orgnara montata sul tetto del Centro Socale Culturale Vasca Navale POSA IN OPERA DELLA NUOVA COPERURA I laborator Ecobos s sono occupat anche della posa n opera della membrana mnerale. La semplctà della tecnca d posa d questo prodotto garantscono la possbltà d applcazone pratcamente su ogn superfce. La tecnca è quella della

11 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 11 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 posa n opera delle carte da parat o d altr rvestment mural sa estern che ntern, mpegando adesv compatbl con support da rvestre. Le strsce d membrana d lunghezza 1 m e larghezza.91 m sono state applcate dagl addett Ecobos drettamente sulla guana orgnara secondo la metodologa denomnata a tetto canadese. Vene applcato un substrato d adesvo EcobosGUM sulla superfce d applcazone, d seguto vene srotolata la membrana e fatta aderre ad essa. Sul bordo della membrana vene stesa una strsca d badesvo n modo che l 2 % della larghezza della strsca adersca su d essa e l rmanente 8 % facca presa sulla superfce nteressata dal substrato d collante (Fgura 4). Fgura 4: Stesura del badesvo sulla membrana Dopo questa operazone vene srotolata una nuova membrana e vene accostata alla prma n modo da far combacare l bordo con la strsca d badesvo applcata precedentemente con le modaltà sopra descrtte (Fgura 5). Fgura 5: Sovrapposzone della membrana alla strsca d badesvo

12 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 12 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Il lavoro d posa n opera d 133 m 2 è stato completato n due mattnate, l 19 e l 2 lo 21. La seguente Fgura 6 mostra la superfce nteressata prma e dopo l applcazone della membrana termo rflettente. Fgura 6: Porzone d tetto prma e dopo l applcazone della membrana termo - rflettente POSIZIONAMENO SENSORI Sul tetto dell edfco sono stat poszonat un pranometro per msurare l ntenstà della radazone solare globale e una sonda a campana per le msurazon d temperatura e umdtà dell ara (Fgura 7). In questo modo è stato possble rlevare dat meteo nel perodo relatvo alla campagna d msurazon, sa al fne d ntegrarl con dat d temperatura e umdtà acqust dagl altr strument d msura, sa per poterl nserre all nterno del processore d radazone del software d smulazone e rendere pù realstc rsultat estratt da esso. Fgura 7: Pranometro e sonda a campana

13 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 13 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Fgura 8: Poszonamento sensor nell edfco

14 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 14 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Osservando la precedente Fgura 8 s nota l poszonamento sa de sensor d temperatura superfcale, sa de sensor per la temperatura e l umdtà degl ambent ntern: per effettuare un confronto delle temperature superfcal tra le due dfferent coperture s è proceduto con l poszonamento d due termo - resstenze sulla porzone d cool roof e altre due sulla guana btumnosa ardesata (Fgura 9). Al fne d poter montorare la temperatura su ogn lato del solao d copertura s è proceduto a montare altre due termo - resstenze sulla superfce nterna d esso, una n corrspondenza del cool roof e l altra n corrspondenza della copertura orgnale (Fgura 1). Fgura 9: ermo - Resstenze montate sulla copertura Fgura 1: ermo Resstenze montate sulla superfce nterna del solao d copertura Due sensor d temperatura e d umdtà da ambente sono stat poszonat nella da, uno nella zona denomnata e uno nello. In questo modo s è potuto verfcare l effcenza d un cool roof sulla temperatura nterna d un ambente n parne alla temperatura nterna delle zone nteressate dalla copertura n ardesa.

15 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 15 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Il 12 Agosto a seguto d un controllo d routne sulle condzon del cool roof è stato rscontrato sulla sua superfce un consstente strato d polvere e terra causato con ogn probabltà dalla presenza d un cantere confnante con lo stable n esame. Questo nconvenente ha causato l depauperamento delle propretà superfcal del materale cool compromettendone n parte l effcenza. Il software d smulazone, n questo caso, è servto a stablre l nuovo valore d rflettanza raggunto ne punt pù nteressat dal problema appena ctato. Confrontando nfatt valor d temperatura superfcale msurat dalle termo resstenze poszonate sul cool roof con rsultat estratt dalle smulazon s è proceduto a varare l valore d rflettanza del tetto nel modello fno ad ottenere un andamento delle temperature esterne calbrato con quello msurato. Eseguendo l suddetto procedmento, l nuovo valore d rflettanza solare ottenuto è par al 68%. ANALISI COMPARAIVA DEI DAI MISURAI Profl d temperatura Attraverso dat mmagazznat da sensor d temperatura superfcale è stato possble realzzare profl d temperatura delle superfc esterna ed nterna del solao d copertura. Sono mess a confronto profl relatv alla da al d sopra della quale è stato applcata la membrana ad alta rflettanza (n blu) e profl relatv alla zona denomnata caratterzzata dalla copertura n ardesa (n rosso). I confront, rportat nelle fgure seguent, s rferscono a dvers gorn del mese d sto. S può notare come la superfce esterna costtuta dalla membrana termo - rflettente present una temperatura superfcale nferore rspetto all ardesa. In molt cas la dfferenza d temperatura è superore a 2 C. Una mnore temperatura della superfce esterna dmnurà l flusso termco attraverso l solao modfcando anche l valore d temperatura dell ara nterna della zona. Fgura 11: Profl d temperatura relatv alle superfc del solao, 15 e 16 Agosto

16 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 16 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Fgura 12: Profl d temperatura relatv alle superfc del solao, 18 e 19 Agosto Fgura 13: Profl d temperatura relatv alle superfc del solao, 21 e 26 Agosto La dfferenza tra le due superfc esterne caratterzzate da dversa rflettanza dmnusce nelle ore notturne per po crescere nettamente n prossmtà delle ore central della gornata caratterzzate dal pcco d radazone solare ncdente dove l cool roof manfesta la massma effcenza. Confronto delle temperature nterne Non è stato possble montore drettamente e con contemporanetà la dfferenza tra le temperature nterne ndotte dalla membrana con caratterstche cool e dal manto orgnale n ardesa nella stessa zona termca. Per questo motvo s sono scelt due perod d due gorn cascuno, corrspondent all nzo d due ondate d caldo tra lo e sto, n cu fossero quas dentc gl andament della radazone solare e delle temperature esterne e n modo tale che nel prmo de due perod scelt l cool roof non fosse stato ancora applcato sul solao della zona d nteresse. Nella Fgura 14 sono evdenzate le radazon solar relatve a perod consderat.

17 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 17 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Fgura 14: Radazone solare globale (2 3 Luglo e Agosto) In questo modo s sono potut raffrontare valor d temperatura nterna n uno stesso ambente equpaggato con e senza cool roof, a partà d apport solar attraverso le superfc non opache, volum d ara crcolant e senza sstem d clmatzzazone. Fgura 15: Proflo d temperature nterne con e senza cool roof Nella precedente Fgura 15, l andamento della tendenza n blu, propra del cool roof, parnato alla caratterstca assocata alla copertura orgnale (n rosso) denota l rscontro postvo d questa tecnologa d raffrescamento passvo lmtando massm d temperatura al d sotto d 28,5 a fronte d valor superor a 31 nell altro caso. Bsogna

18 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 18 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 noltre rcordare che le prestazon msurate rguardano un cool roof non al massmo della sua effcenza, ma con prestazon superfcal lmtate da polvere e terra depostat su d esso. RISULAI DELLE SIMULAZIONI Il modello nserto nel software d smulazone RNSys è stato realzzato consderando nzalmente le real trasmttanze dell nvolucro edlzo e rspettando, n manera l pù possble fedele alla realtà, le caratterstche termo fsche assocate all edfco. Il modello è stato calbrato rspetto all andamento msurato della temperatura nterna e della temperatura della superfce esterna della copertura prendendo a campone un ntervallo d esame n cu le caratterstche termche dell edfco sono state rese pù faclmente rproducbl nel modello. Per raggungere la calbrazone ottmale s è ntervenuto su parametr d nfltrazone dell ara e su fattor d schermatura nterna ed esterna delle superfc trasparent ottenendo uno scostamento massmo tra le temperature real e quelle ottenute col smulatore al d sotto de tre decm d grado. La prma sessone d smulazon è mrata ad ottenere rsultat, n assenza d carch d condzonamento, relatv alle temperature operatve nterne al varare della rflettanza del solao d copertura. La seconda parte comporta la smulazone d un sstema d clmatzzazone estva a potenza llmtata per valutare la potenza termca spesa, per mantenere la temperatura al d sotto d un valore prefssato d set pont, al varare della trasmttanza dell ntero nvolucro e del solo solao d copertura ed esamnando le prestazon d queste tpologe d edfc assocandole a tre dvers valor d rflettanza. La terza sessone rguarda la valutazone degl effett del cool roof che s hanno sulle temperature operatve nella zona presa n esame ncrementando l proflo d occupazone. S sono creat tre modell, ognuno con una dverso valore d solamento: 1. Valor real d solamento dell nvolucro edlzo; 2. Valor real d solamento dell nvolucro edlzo con trasmttanza del tetto secondo la normatva talana; 3. Isolamento secondo la normatva talana. Nella successva tabella 4 sono rportat valor d trasmttanza a norma secondo l D.Lgs. 192 del 25 relatv alla zona clmatca D d cu Roma fa parte.

19 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 19 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 abella 4: rasmttanza termca zona clmatca D SRUURE OPACHE VERICALI SRUURE OPACHE ORRIZZONALI PAVIMEN I CHIUSURE RASPARENI COMPRENSIVE DI ELAIO CHIUSURE RASPAREN I.36 W/m 2 K.32 W/m 2 K.36 W/m 2 K 2.4 W/m 2 K 1.9 W/m 2 K emperature operatve La temperatura operatva d una zona termca è quella temperatura che tene conto sa della temperatura nterna dell ara, sa della temperatura meda delle superfc nterne della struttura, moltplcate per opportun coeffcent. Nel caso trattato coeffcent scelt fanno s che la temperatura operatva rappresent la meda artmetca delle due temperature. Da rsultat delle smulazon è stato estratto l numero totale d ore n cu la temperatura operatva della da supera alcun valor prestablt nell arco d tempo consderato dal 17 Gugno al 1 Settembre e al varare de parametr d rflettanza solare scelt ad arte: 16% per smulare la copertura orgnale, 86% per la membrana mnerale e 68% per la membrana mnerale soggetta ad mpovermento delle sue prestazon superfcal. D seguto sono rportat gl stogramm per tre lvell d solamento dell nvolucro. Fgura 16: emperature operatve, solamento reale

20 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 2 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Fgura 17: emperature operatve, solamento reale e solao d copertura con solamento a norma Fgura 18: emperature operatve, solamento a norma

21 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 21 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Nelle smulazon condotte s evnce che l utlzzo d un materale ad alta rflettanza è un fattore che contrbusce ad ncrementare l numero d ore n cu s rspettano le condzon d comfort termco. D altra parte dalle fgure precedent s può notare come all aumentare dell solamento l decremento del numero d ore n cu la temperatura s attesta al d sopra d un valore prestablto, a seguto d un aumento d rflettanza del tetto, sa d enttà mnore. Inoltre a partà d rflettanza l caso con solamento dell ntera struttura a norma presenta delle temperature nterne maggor rspetto al caso reale. Questo fenomeno s manfesta nella fasca clmatca del medterraneo centrale, n edfc caratterzzat da elevat apport solar attraverso le superfc trasparent. La temperatura all nterno dell nvolucro aumenta a causa della potenza termca assocata alla radazone solare che attraversa le fnestre raggungendo valor anche sensblmente pù alt rspetto alla temperatura esterna. A quel punto l basso valore d trasmttanza, determna un flusso d calore uscente scarso anche nelle ore notturne. Il calore rmane ntrappolato all nterno creando una sorta d effetto serra. Nelle fasce clmatche pù calde l dvaro tra temperature nterna ed esterna è n genere nferore e l fenomeno sopra descrtto s presenta n manera meno accentuata. La confgurazone che prevede l solamento reale, addzonato ad un lvello d trasmttanza del tetto a norma, non presenta l nconvenente sopra evdenzato, nfatt le temperature operatve assumono valor n meda pù bass rspetto alle altre due confgurazon d solamento trattate: un eventuale rfacmento della copertura che comporterebbe l duplce ntervento sulla trasmttanza e sulla rflettanza ncrementerebbe n manera sgnfcatva l comfort termco n un edfco come quello esamnato. Un altro fatto rscontrato ne rsultat d questa prma sere d smulazon rguarda l elevato numero d ore n cu la temperatura operatva s attesta a valor superor a 29 C anche nella confgurazone a rflettanza maggore. Cò potrebbe essere vsto come un rsultato che s scontrerebbe con valor d temperatura nterna msurat con sensor (Fgura 15). Bsogna però pensare che la temperatura operatva, come gà rcordato, è funzone, oltre che della temperatura nterna dell ara, anche della meda delle temperature superfcal d tutto l nvolucro (paret vertcal, solao e pavmento) cosa che gustfca ampamente gl alt valor raggunt da essa. Varazon de carch d clmatzzazone estva Le smulazon rguardant l modello equpaggato con un sstema d clmatzzazone a potenza llmtata, condotte nel perodo estvo stablto (17 Gugno - 1 Settembre), hanno lo scopo d valutare l enttà del rsparmo energetco n klowattora n funzone della rflettanza della superfce del tetto. La rflettanza della copertura della zona consderata, ovvero la da, assumerà tre valor gà utlzzat nella smulazon precedent: 16%, 68%, 86%. In base a quest valor s è rcavata l energa termca netta spesa per mantenere la temperatura della zona al d sotto del valore d set pont d 26 C per tre lvell d solamento termco. Osservando le tre fgure seguent (19, 2, 21) s nota un decremento del carco proporzonale all aumento dell solamento della struttura. Anche n questo caso, come

22 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 22 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 nel precedente gruppo d smulazon, è rscontrata una mnore sensbltà alla varazon d rflettanza nell edfco con le trasmttanze pù elevate. Fgura 19: Carch d clmatzzazone, lvello d solamento dell nvolucro reale Fgura 2: Carch d clmatzzazone, lvello d solamento dell nvolucro reale, tetto con solamento a norma

23 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 23 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Fgura 2: Carch d clmatzzazone, lvello d solamento a norma Osservando le tre fgure precedent s nota un decremento del carco proporzonale all aumento dell solamento della struttura. Anche n questo caso, come nel precedente gruppo d smulazon, è rscontrata una mnore sensbltà alla varazon d rflettanza nell edfco con le trasmttanze pù elevate. Analzzando l caso peggore, ovvero l edfco con l solamento pù vcno al caso reale col tetto n ardesa, potzzando de lavor d rfacmento della copertura per dmnure la trasmttanza fno a lvell stablt dal D.Lgs. 192/5 e applcando la membrana mnerale ad alta rflettanza (86%), s passa, nell ntervallo d studo, da un consumo energetco d pù d 32 kwh a meno d 25 kwh spes per clmatzzare la sola da, rsparmando crca 9 kwh per metro quadro. Se lavor d rfacmento, per portare lvell d solamento a norma, s estendessero a tutta la struttura dello stable, comprese, qund, le paret vertcal, l pavmento, gl nfss e munendo sempre l edfco d un cool roof, s passerebbe da un consumo d pù d 32 kwh a crca 17 kwh con un rsparmo energetco per la clmatzzazone della zona d crca 12 kwh per metro quadro. Consderando un perodo relatvo all ntera stagone calda, compres anche l ntero mese d Maggo e tutto Settembre, rsparm energetc sarebbero pù evdent; ancor d pù se s applcasse l cool roof su tutta la copertura e s valutasse la dmnuzone de carch per tutte le stanze che compongono l edfco n questone.

24 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 24 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Influenza de profl d occupazone della da sulle temperature operatve Mantenendo fsse tutte le consderazon fatte n precedenza sulle temperature operatve, s è proceduto con la stma dell nfluenza che hanno dfferent profl d occupazone sulle suddette temperature relatve della zona termca da, sempre n funzone del parametro d rflettanza. Sono stat smulat tre lvell d occupazone, caratterzzat dal numero d persone present nella stanza (25, 15, 5 persone) ed essendo una sala da, s è potzzato che stessero ballando. Cò corrsponde, secondo la ISO 773, ad una potenza termca, assocata al calore sensble emesso, par a 12 Watt per persona e una potenza termca d 255 Watt assocata al calore latente. Le smulazon sono state condotte solo per l edfco con l lvello d solamento pù fedele alla realtà, consderando la presenza d persone dalle ore 15 alle ore 21. S può subto notare dalla Fgura 21, come la presenza d 25 persone nnalz l numero d ore n cu la temperatura supera 29 C. Esamnando a partà d rflettanza (86 %) l caso consderato e parnandolo al numero d ore ottenuto per la stanza vuota s passa da un numero d ore d poco nferore a 6 per quest ultma ad uno d crca 7. Fgura 21: emperatura operatva, proflo d occupazone 25 persone

25 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 25 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Fgura 22: emperatura operatva, proflo d occupazone 15 persone Fgura 23: emperatura operatva, proflo d occupazone 5 persone

26 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 26 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 Le pù elevate temperature operatve rlevate n quest ultma sessone d smulazon rspetto a cas precedentemente trattat dpendono ancora da valor medat delle temperature delle superfc nterne, ma l loro ulterore aumento è causato dalla temperatura nterna dell ara, fortemente nfluenzata dalla quanttà d persone che occupano l volume nterno della zona termca. Infne s nota dalla tre fgure precedent come la varazone d rflettanza nflusca maggormente sul numero d ore relatve a temperature superor a 29 C puttosto che su temperature pù basse. CONCLUSIONI Il blanco termco d qualsas edfco è nfluenzato da numeros parametr. Adottare per una struttura un cool roof sgnfca dmnure le temperature superfcal del tetto lmtando così l flusso d calore entrante da esso e facendo regstrare, n ogn caso, un decremento delle temperature dell ambente nterno. Per quantfcare, però, real benefc apportat da questa tecnologa sa sul comfort termco sa sul rsparmo energetco legato a carch ntern bsogna studarne l applcazone caso per caso. Il caso studo preso n esame n questo report ha dmostrato, graze ad opportune msurazon d temperatura, le potenzaltà d un cool roof. La membrana termo rflettente Ecobos Clma s è rvelata n tal senso un ottmo materale. La facltà d stesura su ogn superfce è un'altra qualtà rlevata n questo prodotto. La zona dello stable che ha rcevuto benefc dall applcazone della suddetta membrana rsulta termcamente nfluenzata da una sere d fattor che hanno messo alla prova le funzonaltà del cool roof. Le ampe superfc vetrate esposte a Sud n corrspondenza del lato pù lungo sono sottoposte a ngent apport solar e anche se schermate fanno sentre l loro peso sulla temperatura nterna. Sommando a cò, lo scarso solamento e l basso volume d rcrcolo dell ara, quest fattor rendono l ambente preso n consderazone l pù termcamente crtco dello stable. Il cool roof ha comunque abbassato le temperature nterne n meda d 2,5 C, rsultato decsamente nteressante consderando anche l fatto che esso non ha lavorato al massmo della sua effcenza a causa d un mpovermento delle caratterstche superfcal dovuto ad agent estern. I rsultat ottenut dal software d smulazone, rguardant le temperature operatve e carch ntern d clmatzzazone estva, ntegrano dat ottenut con le msurazon. In partcolare s è notata un amplfcazone de vantagg rguardant l raffrescamento dell edfco con questo metodo passvo, se assocato ad un ncremento del lvello d solamento del tetto. S è noltre potuto quantfcare l enttà del rsparmo energetco su carch ntern, notando anche n questo caso come esso aument n manera drettamente proporzonale al lvello d solamento. Dalle consderazon fatte n questa relazone s evnce noltre che un cool roof presenta vantagg sa se applcato drettamente su un edfco preesstente, sa su nuov edfc n fase d costruzone.

27 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 27 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 APPENDICE D seguto sono rportat dat acqust da sensor. Dat Meteo e emperature erfcal h Rad Sol Rad Sol kj/hr - - C - m 2 C C C C - C - kj/hr 2 C C C C m gu gu

28 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 28 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre 21 gu h Rad Sol Rad Sol kj/hr - - C - m 2 C C C C - C - kj/hr 2 C C C C m gu gu

29 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 29 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre h Rad Sol Rad Sol kj/hr - - C - m 2 C C C C - C - kj/hr 2 C C C C m gu gu gu

30 Accordo d Programma MSE-ENEA pag. 3 d 58 ema d rcerca / Determnazone de fabbsogn e de consum energetc de RAPPORO FINALE DELLA RICERCA Settembre h Rad Sol Rad Sol kj/hr - - C - m 2 C C C C - C - kj/hr 2 C C C C m gu gu