LA PRESTAZIONE ENERGETICA DI FACCIATE E COPERTURE VERDI: PARAMETRI CARATTERIZZANTI E NORME TECNICHE DI RIFERIMENTO

Transcript

1 LA PRESTAZIONE ENERGETICA DI FACCIATE E COPERTURE VERDI: PARAMETRI CARATTERIZZANTI E NORME TECNICHE DI RIFERIMENTO Valentina Serra Politecnico di Torino Dipartimento di Energetica, TEBE Research Group valentina.serra@polito.it

2 FACCIATE E COPERTURE VERDI E PRESTAZIONE ENERGETICA L integrazione della vegetazione nell involucro edilizio consente: INCREMENTO DELL EFFICIENZA ENERGETICA DELL EDIFICIO NEL PERIODO INVERNALE incremento della resistenza termica (coperture verdi) INCREMENTO DELL EFFICIENZA ENERGETICA DELL EDIFICIO NEL PERIODO ESTIVO - incremento dell inerzia termica (coperture verdi) - schermatura alla radiazione solare e raffrescamento evapotraspirativo (coperture e facciate verdi) Inoltre (nel caso di utilizzo diffuso) - mitigazione del fenomeno isola di calore - miglioramento della qualità dell aria - mitigazione dell inquinamento acustico Riduzione della temperatura superficiale 76 C 23 C Effetto sulla temperatura dell aria: riduzione di 4 C

3 COPERTURE VERDI E LEGISLAZIONE ENERGETICA Da DPR 59/2009 Coperture a verde, si intendono le coperture continue dotate di un sistema che utilizza specie vegetali in grado di adattarsi e svilupparsi nelle condizioni ambientali caratteristiche della copertura di un edificio. Tali coperture sono realizzate tramite un sistema strutturale che prevede in particolare uno strato colturale opportuno sul quale radificano associazioni di specie vegetali, con minimi interventi di manutenzione, coperture a verde estensivo, o con interventi di manutenzione media e alta, coperture a verde intensivo. In relazione al controllo climatico estivo Gli effetti positivi che si ottengono con il rispetto dei valori di massa superficiale o trasmittanza termica periodica delle pareti opache.possono essere raggiunti, in alternativa, con l'utilizzo di tecniche e materiali, anche innovativi, ovvero coperture a verde, che permettano di contenere le oscillazioni della temperatura degli ambienti in funzione dell'andamento dell'irraggiamento solare. In tale caso deve essere prodotta una adeguata documentazione e certificazione delle tecnologie e dei materiali che ne attesti l'equivalenza con le predette disposizioni.

4 COPERTURE VERDI E LEGISLAZIONE ENERGETICA

5 UNI Istruzioni per la progettazione, l esecuzione, il controllo e la manutenzione di coperture a verde. La UNI non fornisce però indicazioni sulle modalità di calcolo della prestazione energetica QUINDI QUALI INDICATORI E QUALI STRUMENTI per certificarne la prestazione?

6 INCREMENTO DELLA RESISTENZA TERMICA DELLA COPERTURA Riduzione delle dispersioni termiche invernali Schemi tratti da P. Principi,R. Fioretti Comportamento energetico del tetto verde dell edificio della Regione Marche ad Ancona, Congresso Nazionale sull Edilizia Sostenibile, Torino, ottobre 2009 PARAMETRI PRESTAZIONALI CONVENZIONALI [UNI EN ISO 6946/2008] Trasmittanza termica [W/m 2 K] U = 1 h i + n 1 j= 1 d λ j j 1 + n 2 j= 1 R j + 1 h e Ma λ terreno varia sensibilmente in funzione del contenuto di acqua

7 MONITORAGGIO COPERTURE ENVIRONMENT PARK Ricerca condotta da UR TEBE/DENER/POLITO proff.ri M. Perino e V.Serra Strato vegetativo Strato coltivo Tessuto filtrante Strato drenante Strato antiradice Strato impermeabile TNT (tessuto non tessuto) Strato isolante TETTO H Struttura portante in calcestruzzo Barriera al vapore Soletta: 22cm Isolante polistirene espanso estruso: 5 cm Strato drenante (lapillo): 4 cm Strato coltivo: 12 cm

8 IL SISTEMA DI MONITORAGGIO Sensore Tipo Precisione Frequenza di N acquisizione 1 Termocoppia tipo K 0.5 C 15 minuti 2 Termoflussimetro autocalibrante Rif. par minuti (autocalibrazione ogni 2 ore) 3, 4 Termoresistenza PT C 15 minuti 5, 6 Termoflussimetro standard ± 20% 15 minuti 7 T-type thermocouple 0.5 C 15 minuti 8 Thetaprobe Rif. par TP01 (Thermal Properties Sensor) ± 5% - λ% ± 20% - a 2 ore 2 ore 6 7 7

9 conducibilità termica λ e contenuto d acqua θv del terreno λ θ Conducibilità termica Contenuto volumico d'acqua /06/ /07/ /08/ /09/ /10/ /11/ /12/ /01/ /02/ /03/ /04/ /05/ /06/ gg/mm/aa & hh.mm

10 λ vs θ v Dati annuali y = 0.30x λ Serie1 Periodo invernale Periodo estivo Best-fit Θ v [m 3 /m 3 ]

11 TRASMITTANZA TERMICA Considerando le proprietà termofisiche di progetto, con opportune semplificazioni, la trasmittanza termica dell insieme può essere stimata in circa: U = W/m 2 K MA

12 Trasmittanza termica calcolata da dati misurati Mese U eq Ordine del [W/m 2 K] modelo [-] 0.46 giu lug ago set ott Nel 28 periodo nov invernale 26 varia tra 0.19 dic W/m 28 2 K gen feb mar apr mag giu

13 INCREMENTO DELL INERZIA TERMICA DELLA COPERTURA L elevata inerzia termica smorza le fluttuazioni di temperatura e riduce i flussi entranti Schemi tratti da P. Principi,R. Fioretti Comportamento energetico del tetto verde dell edificio della Regione Marche ad Ancona, Congresso Nazionale sull Edilizia Sostenibile, Torino, ottobre 2009 PARAMETRI PRESTAZIONALI CONVENZIONALI [UNI EN ISO 13786/2008] - Trasmittanza termica periodica: - Fattore di attenuazione: - Sfasamento termico: ϕ f a [ h] = Y ie U Y ie [W / m [ ] 2 K]

14 MONITORAGGIO COPERTURE ENVIRONMENT PARK EFFETTO DI ATTENUAZIONE E SFASAMENTO DEL FLUSSO TERMICO Flussi termici - luglio 30,0 25,0 20,0 15,0 Attenuazione pari a circa 0,36 Flussi termici [W/m2] 10,0 5,0 0,0 centro strato coltivo strato lapillo -5,0-10,0-15,0-20, ora Sfasamento pari a circa 4 ORE

15 COMPORTAMENTO ESTIVO Andamento temperature - luglio 34,0 32,0 30,0 Temperatura [ C] 28,0 26,0 strato erba strato coltura strato drenante 24,0 22,0 20, ora

16 L approccio della UNI non permette di tenere conto degli scambi termici radiativi all interno dello strato fogliare, degli scambi termici convettivi, del processo evapotraspirativo caratteristico delle piante H 2 O Vapore acqueo H 2 O Vapore acqueo H 2 O Schemi tratti da P. Principi,R. Fioretti Comportamento energetico del tetto verde dell edificio della Regione Marche ad Ancona, Congresso Nazionale sull Edilizia Sostenibile, Torino, ottobre 2009

17 MODELLI PER LA VALUTAZIONE DELLA PRESTAZIONE ENERGETICA ESTIVA Esistono alcuni modelli complessi implementati in software per il bilancio energetico orario dell edificio (es. Energy plus) o per la certificazione energetica (es. Termus di ACCA, Edilclima in preparazione ) PROBLEMATICHE parametri di ingresso caratterizzanti la copertura verde (ogni specie vegetale è caratterizzata da una propria tipologia fogliare, da una densità specifica delle foglie, da un altezza sul livello del terreno, da un particolare colore, ) difficili da ottenere.

18 APPLICAZIONE AD UN CASO STUDIO RICERCA DELL UR del Gruppo TEBE/DENER/POLITO prof. Corrado 1. Vegetazione 2. Terreno 3. Geotessile 4. Strato drenante 5. Strato impermeabile 6. Isolante termico 7. Barriera al vapore 8. Massetto di pendenza 9. Solaio in laterocemento 10.Intonaco [Materiale fornito da Alice Gorrino, Ettore Stagi]

19 Calcolo della trasmittanza termica periodica attraverso modello complesso implementato in ENERGY PLUS Parametri di ingresso Manto vegetale Altezza: altezza del manto vegetale - limitata nell intervallo di valori 0,01m-1m. Indice LAI: indice dell area fogliare (leaf area index) [proiezione sul piano orizzontale dell area delle foglie per unità di superficie del terreno] - limitato tra i valori 0,001 e 5 [-]. Coefficiente di riflessione delle foglie: percentuale di radiazione solare che viene riflessa dall unità di superficie fogliare. Emissività delle foglie: rapporto tra radiazione termica emessa dalla superficie delle foglie e quella emessa da un ideale corpo nero caratterizzato dalla stessa temperatura. Resistenza stomatica minima: resistenza offerta dalle piante alla diffusione del vapore acqueo in unità [s/m]. Piante con valori bassi di resistenza stomatica avranno un tasso evapo-traspirativo superiore rispetto a piante con valori di resistenza stomatica elevati - valori variabili tra 50 e 300 s/m. Strato di coltura Rugosità: rugosità relativa di un particolare strato di materiale ( VeryRough, Rough, MediumRough, MediumSmooth, Smooth, VerySmooth ) Spessore: la profondità dello strato di coltura in metri Conduttività: la conduttività termica per terreni asciutti espressa in [W/mK]. Densità: la densità riferita al terreno asciutto espressa in [kg/m 3 ]. Calore specifico: riferito a terreni asciutti misurato in [J/kgK] Coefficiente di assorbimento termico: frazione di radiazione infrarossa (long-wave) incidente che è assorbita dallo stato di terreno Coefficiente di assorbimento solare: frazione di radiazione solare incidente che è assorbita dal terreno in condizioni asciutte Contenuto massimo di umidità del terreno: quantità di acqua nel terreno per la quale si hanno condizioni di saturazione. Generalmente il suo valore è inferiore a 0,5. Contenuto residuo di umidità del terreno: quantità di acqua nel terreno per la quale le piante cominciano ad appassire. I valori ricadono all interno dell intervallo 0,01-0,1. Contenuto iniziale di umidità del terreno: i valori ricadono all interno dell intervallo 0,1-1. [Materiale fornito da Alice Gorrino, Ettore Stagi]

20 ANALISI PARAMETRICA elementi di maggiore influenza

21 CONFRONTO TRA VALORI DI TRASMITTANZA TERMICA PERIODICA CON MODELLO UNI E ENERGYPLUS 0.03 Confronto tra metodologie di calcolo Trasmittanza termica periodica [W/(m 2 K)] Energy Plus UNI EN ISO Energy Plus UNI EN ISO Energy Plus UNI EN ISO Energy Plus UNI EN ISO Spessore del terreno Conducibilità termica del terreno Densità del terreno Calore specifico del terreno min med max Il metodo UNI è meno sensibile alle variazioni dei parametri Grandi variazioni tra i risultati ottenuti con modelli diversi NECESSARI CONFRONTI CON DATI SPERIMENTALI

22 ALTRI RISULTATI : MONITORAGGIO DELLA COPERTURA DEL PALAZZO LEOPARDI REGIONE MARCHE RICERCA DELL UR del Dip. Energetica, Università Politecnica delle Marche, proff.ri Principi e Fioretti Materiale fornito da P. Principi,R. Fioretti, Dipartimento di Energetica, Università Politecnica delle Marche

23 Riduzione della radiazione solare Materiale fornito da P. Principi,R. Fioretti, Dipartimento di Energetica, Università Politecnica delle Marche

24 Temperatura superficiale della copertura Materiale fornito da P. Principi,R. Fioretti, Dipartimento di Energetica, Università Politecnica delle Marche

25 Utilizzo dei dati misurati per modellazioni energetiche Riduzione del carico termico max di circa il 15% Materiale fornito da P. Principi,R. Fioretti, Dipartimento di Energetica, Università Politecnica delle Marche

26 LE FACCIATE VERDI controllo del microclima estivo Materiale fornito da ELT Easy Green Living Wall Canada Vegetalis Francia [Materiale fornito da Federica Ariaudo]

27 COME SI VALUTA LA PRESTAZIONE? Ricerche condotte da UR DENER/POLITO proff.ri G.V. Fracastoro e S. Corgnati Campagna di misurazioni in campo [Materiale fornito da Federica Ariaudo]

28 PRINCIPALI RISULTATI Temperatura [ C] Irradianza [W/mq] :00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 Temperatura aria Temperatura parete verde Temperatura parete nuda Irradianza Ora Flusso [W/mq] : :00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6: Temperatura [ C] [Materiale fornito da Federica Ariaudo] Flusso parete nuda Temperatura parete nuda Flusso parete verde Temperatura parete verde

29 IDENTIFICAZIONE DI UN PARAMETRO PER LA PROGETTAZIONE trasmittanza del componente opaco radiazione solare incidente sulla superficie esterna Φ A =U K h v e I Flusso termico non entrante costante verde coefficiente di scambio convettivo K v = T T se se T T sev ae [Materiale fornito da Federica Ariaudo]

30 CONFRONTO TRA LE VARIE SPECIE Temperatura C :00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 Ora Temperatura parete nuda TSEV ACTINIDIA TSEV GLICINE TSEV EDERA TSEV AMPELOPSIS TSEV RINCOSPERMO TSEV PARTHENOCISSUS [Materiale fornito da Federica Ariaudo]

31 CONCLUSIONI L utilizzo del verde in facciate e coperture si sta diffondendo, anche grazie alle indicazioni negli Allegati Energetico Ambientali dei Regolamenti Edilizi Campagne di monitoraggio e simulazioni con strumenti di modellazione avanzata dimostrano le potenzialità di questi sistemi in termini di efficienza energetica Necessario e urgente un adeguamento normativo

32 GRAZIE PER L ATTENZIONE valentina.serra@polito.it