Note di Sintesii: L involucro edilizio come sistema di controllo dei flussi e produzione energetica

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1 Corso di Energia e Sostenibilità del Progetto Martino Milardi Note di Sintesii: L involucro edilizio come sistema di controllo dei flussi e produzione energetica

2 Un codice genetico diventato luogo comune: ABITARE basi fisiologiche del corpo umano: il concetto di COMFORT e l approccio termodinamico i livelli di COMFORT tra costi realizzativi e costi energetici l edificio come organismo il concetto di frontiera mediativa tra i sistemi globale e scatolare: dalla massa alla stratificazione funzionale. il ruolo dei sistemi di connessione nei diversi sistemi di involucro

3 un ruolo inconsapevole : dalle prestazioni dell involucro deriva il livello di sostenibilità dell edificio.

4 L involucro di un edificio è la superficie attraverso la quale si realizzano gli scambi termici tra interno ed esterno. Si compone di forma, orientamento e materiali. Tutti questi elementi interagiscono tra di loro a realizzare il risultato energetico del fabbricato.

5 Requisiti ambientali: Mantenimento della temperatura dell aria negli spazi abitativi nelle stagioni di esercizio degli impianti di riscaldamento entro i limiti di legge di C. Mantenimento delle condizioni di comfort termico negli ambienti interni nel periodo estivo. Requisiti tecnologici: Controllo dei fenomeni di condensa superficiale e interstiziale Controllo della combinazione Temperatura Umidità Ventilazione Resistenza termica e inerzia termica ai fini del risparmio energetico e del comfort ambientale interno.

6 Involucro conservativo, caratterizzato da grandi masse murarie con poche aperture per ridurre le dispersioni termiche nelle varie stagioni dell anno. Involucro selettivo, controllo basato su principi analoghi all involucro conservativo ma con l innovazione di utilizzare grandi pareti trasparenti per l illuminazione e il riscaldamento passivo. (Es: parete trasparente semplice o doppia con dispositivi per il controllo solare) Involucro rigenerativo, che affida a sistemi impiantistici tutti i problemi di controllo e assume l involucro esclusivamente come barriera per diminuire l interazione tra l interno e l esterno. (Es: parete trasparente con vetrata normale o selettiva) Involucro ecoefficente o ambientalmente interattivo o bioclimatico avanzato, che propone un controllo basato sull armonia tra ambiente esterno ed edificio con la possibilità di gestire i complessi flussi di energia attraverso le modifiche dell intorno, forma dell edificio, organizzazione degli spazi interni, configurazioni e azioni dell involucro.

7 Fattore Climatico Cosa determina Gli effetti sull edilizia Latitudine / Longit. Altezza Solare, T, h irr., Um.,. Altitudine T, Umidità, Precipit., Orientamento Azimut, Altezza Solare, T, h irr., Intensità Irr., Esposizione Venti T, Um., Vel. Dispers., Vel. Ventil., Clivometria Morfologia Terr. Materiali Superfic. T, h irr., Um., Prec., Eff. Vent., T, Um, Eff. Vent., h irr.,.,. T,Um., Eff.Vent., Prec., Intensità Irr,

8 Elemento Climatico da cosa dipende Come si manifesta Effetti positivi Effetti negativi El.contr. Tecnolog. Soleggiamento / irraggiamento Temperatura Umidità Movimenti d aria Precipitazioni

9 La base di partenza per il controllo normativo delle prestazioni energetiche degli edifici

10 IL BILANCIO ENERGETICO

11 Normativa vigente Legge 9 gennaio 1991, n 10 D.P.R. 26 agosto 1993, n 412 D.M. 13 dicembre 1993 D.M. 6 agosto 1994 D.P.R. 21 dicembre 1999, n. 551 Norme UNI e collegate, UNI L.R. 21 dicembre 2004, n. 39 D.Lgs. 19 agosto 2005, n. 192 D.Lgs. 29 dicembre 2006, n. 311 D.P.R. 2 aprile 2009, n. 59 Regolamento di attuazione dell'articolo 4, comma 1, lettere a) e b), del decreto legislativo 19 agosto 2005, n. 192, concernente attuazione della direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico in edilizia comunque superata dalla 2010/30/CE

12 I decreti 192/2005 e 311/2006 hanno infatti stabilito che il rendimento energetico di un edificio, ovvero la quantità di energia effettivamente consumata o che si prevede possa essere necessaria per soddisfare i bisogni di riscaldamento, riscaldamento dell acqua, raffrescamento, illuminazione e ventilazione, può essere definito attraverso una duplice chiave di lettura: considerando i limiti sul fabbisogno energetico primario Fep (Fabbisogno Energetico Primario) oppure quelli sulle trasmittanze dei componenti.

13 TRASMITTANZA TERMICA fenomeno fisico che, per definizione, rappresenta il flusso di calore che passa attraverso una parete per metro quadrato di superficie della parete stessa e per grado K di differenza tra la temperatura interna ad un locale e la temperatura dell esterno o del locale attiguo. k era il simbolo comunemente usato per indicare la trasmittanza termica fino a qualche tempo fa, attualmente le norme internazionali hanno stabilito di usare il simbolo U. Si osservi che la trasmittanza è l inverso della resistenza termica e si misura in W/m²K. Nel calcolo della trasmittanza di pareti composte, si procederà sommando le resistenze termiche dei vari strati ai coefficienti liminari interno ed esterno. L inverso del numero ottenuto è la trasmittanza termica della parete.

14 Come ridurre la trasmittanza termica di una struttura: IL RUOLO DELL ISOLAMENTO Al fine di garantire un effettiva riduzione della trasmittanza, uno degli interventi più efficaci e semplici consiste nell impiego dell isolamento termico. Aggiungendo alla struttura edilizia del materiale isolante è infatti possibile aumentarne la resistenza termica e andare così ad ostacolare il passaggio di calore limitando le dispersioni. Il grado di isolamento necessario deve essere proporzionale all incremento di resistenza termica che si vuole ottenere. Una volta applicato, esso dovrà comportare un aumento della resistenza termica della superficie trattata almeno pari a: R = a. Δt dove: R = Resistenza termica (m²k/w) Δt = Salto termico di progetto

15 CONDUCIBILITA TERMICA Nel sistema internazionale la conducibilità termica si esprime in: Watt /metro kelvin = W (m K) dove: Watt è l unità di potenza. Metro è l unità di distanza. Kelvin è l unità di temperatura. La Conduttività o conducibilità Termica ha come simbolo la lettera greca lambda λ, ed è una caratteristica intrinseca di ogni materiale. Rappresenta il flusso di calore che in condizioni di regime stazionario passa attraverso una parete di materiale omogeneo dello spessore di 1 metro, su 1 mq di superficie e per una differenza di 1 grado Kelvin di temperatura tra le due facce opposte e parallele della parete. RESISTENZA TERMICA La Resistenza Termica simbolo R è data dal rapporto tra lo spessore dell isolante e il lambda λ del materiale. In una parete composta da vari strati la resistenza termica totale sarà la somma delle singole resistenze termiche.

16 INVOLUCRO EDILIZIO E RISPARMIO ENERGETICO Per impostare una corretta strategia di risparmio energetico primo e fondamentale passo è non disperdere energia: minori dispersioni invernali minori carichi estivi Minore consumo e spesa per il riscaldamento e per il raffrescamento La progettazione corretta dei sistemi vetrati risulta estremamente importante nel contenimento del fabbisogno energetico degli edifici: Clima freddo: soprattutto le dispersioni invernali da tenere sotto controllo Clima caldo o edifici con elevati carichi termici: carichi solari da tenere sotto controllo Clima moderato: sono da tenere sotto controllo sia le dispersioni che i carichi solari.

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18 CASA PASSIVA < 15 Kwh/mq annuo = < 1,5 litri gasolio/mq annuo Classe energetica A: < 30 Kwh/mq annuo = < 3 litri gasolio/mq annuo Classe energetica B: tra Kwh/mq annuo = 3,1-5 litri gasolio/mq annuo Classe energetica C: tra Kwh/mq annuo = 5,1-7 litri gasolio/mq annuo Classe energetica D: tra Kwh/mq annuo = 7,1-9 litri gasolio/mq annuo Classe energetica E: tra Kwh/mq annuo = 9,1-12 litri gasolio/mq annuo Classe energetica F: tra Kwh/mq annuo = 12,1-16 litri gasolio/mq annuo Classe energetica G: > 160 Kwh/mq annuo = > 16 litri gasolio/mq annuo

19 PARETI OPACHE E TRASPARENTI A CONFRONTO

20 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI ISOLANTI La conducibilità termica λ varia con la temperatura. In edilizia si considera costante. VETRO 1,4 λ [W/mK] GRANITO 2,79 GOMMA 0,13 MATTONE 1-1,8 CALCESTRUZZO 1,4 PINO 0,11 ABETE 0,14 SABBIA 0,27 NEVE 0,049 GHIACCIO 1,88 LATERIZIO ORDINARIO 0,72 INTONACO 0,25-0,72 Polistirene Lana minerale Lana di vetro Fibre di legno FIBRA DI VETRO 0,046 POLISTIRENE 0,027 SUGHERO 0,039 Sughero

21 W/mqK 1,600 CARATTERISTICHE PRESTAZIONALI A CONFRONTO TRASMITTANZA 1,400 1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 Laterizio tradizionale Laterizio porizzato Gasbeton Blocchi svizzeri 30 0,865 0,638 0,369 0,911 0,151 0,329 0,546 0, ,003 0,845 0,453 1,070 0,183 0,432 0,722 0, ,358 1,149 0,534 1,454 0,251 0,000 1,090 0,244 S&R Legnobloc Laterizio rettificato Legno lamellare

22 Metri INCREMENTO DEI VALORI DELLA TRASMITTANZA 0,25 Spessori di isolamento a cappotto per involucri da 20 cm 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Base 0,46 0,37 0,30 0,25 0,20 0,15 Laterizi tradizionali 0,00 0,06 0,08 0,10 0,13 0,17 0,24 Laterizi porizzati 0,00 0,06 0,08 0,10 0,13 0,16 0,23 Gasbeton 0,00 0,02 0,04 0,06 0,09 0,12 0,20 Blocchi svizzeri 0,00 0,06 0,08 0,11 0,13 0,17 0,24 Laterizi rettificati 0,00 0,05 0,07 0,10 0,12 0,16 0,23

23 POSIZIONE DELL ISOLANTE Temperatura interna = 20 C Temperatura esterna = -10 C +20 C +15 C +10 C +5 C +17,5 C +18,5 C 0 C -5 C -10 C

24 ISOLAMENTO NELL INTERCAPEDINE

25 ISOLAMENTO NELL INTERCAPEDINE

26 ISOLAMENTO A CAPPOTTO

27 ISOLAMENTO A CAPPOTTO

28 I SISTEMI BASATI SUL LEGNO Assonometria di un sistema costruttivo tipico in legno.

29 I SISTEMI BASATI SULL ACCIAIO Sistema Profilhaus: gli strati di completamento sono applicati direttamente sui profili portanti.

30 RIDUZIONE DELLE DISPERSIONI: VETROCAMERA Il vetro ha una conducibilità intorno a 1W/mK: non è un materiale isolante ma neppure conduttore; gli spessori delle lastre con cui si usa sono però limitati, 3-6 mm, per cui la resistenza termica risultante è bassa, 0,04-0,06 m 2 K/W. La trasmittanza U per una lastra semplice 3 mm con gli usuali valori per i coefficienti di adduzione (a i =8 W/m 2 K, a e =23 W/m 2 K) è sui 5.7 W/m 2 K. Per aumentare le proprietà di isolamento si sono introdotte le cosiddette vetrocamere ossia una coppia di lastre con interposta un intercapedine riempita di gas il quale presenta bassa conducibilità - aria, argon, xenon, kripton.

31 RIDUZIONE DELLE DISPERSIONI: VETROCAMERA Sigillante secondario Distanziator e metallico Sigillante primario distanziatore: garantisce la resistenza meccanica in alluminio, metallo, polimeri rinforzati sigillante primario (polisobutilene): mastice di adesione tra i pannelli vetrati garantisce la tenuta dell intercapedine sigillante secondario (polisolfuro): costituisce una seconda sigillatura e connessione tra i vari componenti essiccante (zeolite): adsorbe il vapor d acqua, evita la condensa all interno dell intercapedine

32 RIDUZIONE DELLE DISPERSIONI: IL TELAIO Per garantire elevate prestazioni del sistema è necessario utilizzare telai ad elevate prestazioni: legno materiali polimerici (PVC) con anima in metallo profilato metallico (alluminio,acciaio) con taglio termico misto metallo legno e metallo polimero PVC-Alluminio Alluminio con taglio termico PVC

33 TIPOLOGIE DI SISTEMI VETRATI BASSOEMISSIVI Prestazioni depositi superficiali di metalli o ossidi metallici: ε < 0,3 trasmittanza vetro-vetro: U = 1,0 2,0 W/m²K guadagno solare: F = 50 70% coefficiente di trasmissione visibile: t v = 70 75%

34 TIPOLOGIE DI SISTEMI VETRATI: CONTROLLO SOLARE Prestazioni trasmittanza vetro-vetro: U= 2,0 W/m²K guadagno solare: F = 40 50% coefficiente di trasmissione visibile: tv = 50 65% depositi superficiali di metalli o ossidi metallici: vetri colorati in massa

35 ISOLAMENTO DELL INVOLUCRO: IL D.lgs 192/05 AII.C Tabella 2.1 Valori limite della trasmittanza termica U delle strutture opache verticali espressa in W/m 2 K Tabella 3.2 Valori limite della trasmittanza termica U delle strutture opache orizzontali di pavimento espressa in W/m 2 K Zona clim. Dall 1 gennaio 2006 Dall 1 gennaio 2008 Dall 1 gennaio 2010 Zona climatica Dall 1 gennaio 2006 Dall 1 gennaio 2008 Dall 1 luglio 2010 A 0,85 0,72 0,62 B 0,64 0,54 0,48 C D 0,50 0,40 0,36 E 0,46 0,37 0,34 F 0,44 0,35 0,33 A 0,80 0,74 0,65 B 0,60 0,55 0,49 C 0,55 0, D 0,46 0,41 0,36 E 0,43 0,38 0,33 F 0,41 0,36 0,32 Tabella 3.1 Valori limite della trasmittanza termica U delle strutture opache orizzontali di copertura espressa in W/m 2 K Zona clim. Dall 1 gennaio 2006 Dall 1 gennaio 2008 Dall 1 gennaio 2010 A 0,80 0,42 0,38 B 0,60 0,42 0,38 C 0, D 0,46 0,35 0,32 E 0,43 0,32 0,30 F 0,41 0,31 0,29