Le prestazioni dell involucro

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1 Le prestazioni dell involucro Componenti opachi Coefficiente di conduzione λ (W/mK) Conduttanza C (W/m 2 K) Densità ρ (kg/m 3 ) Inerzia termica Calore specifico c p (J/kg K) Permeabilità al vapor d acqua δ (kg/m s Pa) Trasmittanza termica U (W/m 2 K) Ponti termici Coefficiente lineare di ponte termico ψ (W/mK) Componenti trasparenti Trasmittanza termica telaio U f (W/m 2 K) Trasmittanza termica vetro U g (W/m 2 K) Trasmittanza termica infisso completo U w (W/m 2 K) Fattore solare g Componenti finestrati di involucro Attraverso le superfici vetrate in regime invernale avvengono due modalità di scambio di calore: Perdita di calore dall interno verso l esterno Apporto di energia dall esterno verso l interno U w g 25

2 Trasmittanza termica U dei componenti finestrati di involucro (UNI EN ISO : 2002) U g = trasmittanza vetrata U W Ψ g = trasmittanza distanziatore U f = trasmittanza telaio U W = ( A g U g + A f U f + I g Ψ g )/(A g + A f ) (W/m²K) Aspetti di scambio termico presi in esame radiativi Bassa emissività conduttivi convettivi Gas speciali e frazionamento dell intercapedine Conduttivi di telaio e del bordo di unione Miglioramento di telai e distanziatori 26

3 L evoluzione tecnologica Vetri semplici Uso di doppi vetri uniti al perimetro; Uso di vetri stratificati ai fini acustici; Incremento dell isolamento termico dell intercapedine vetrata; Interventi sul telaio per ridurre le dispersioni conduttive e aumentare la tenuta all aria aria anche ai fini acustici; Trattamento superficiale dei vetri per ridurre l irraggiamento. Trasmittanza termica U del vetro Vetro semplice λ= 1 W/mK U g = 6 W/m²K Doppio vetro unito al perimetro (4-6-4) λ= 0,025 W/mK U g = 3,3 W/m 2 K Doppio vetro con altri gas ( con Argon) U g = 2,6 W/m 2 K Doppio vetro con vetri bassoemissivi (4 e= ) U g =2,1 W/m 2 K (4 e=0.2-12a-4) U g =1,7 W/m 2 K Triplo vetro ( ) U g = 1,9 W/m 2 K 27

4 Miglioramento prestazioni dei vetri (vetrocamera, triplo vetro, ecc.) Vetro Singolo Vetrocamera Basso emmissivo Doppio vetrocamera Futuro: sottovuoto o multifoglio Ug [W/m²K] 5,60 2,80 1,20 0,65 0,35 Temperatura superficiale Trasmittanza termica U del vetro -1,8 C 9,1 C 15,3 C 17,5 C 18,6 C Valore g 0,92 0,80 0,62 0,48 0,45 Le temperature superficiali sono così alte da non dare luogo a fenomeni di asimmetria radiante, non causando quindi né fastidiosi scambi termici per irraggiamento né correnti d aria; no condensa. 500 Bilancio energetico annuale kwh/m² Perdite Guadagni solari passivi Perdite nette Guadagni netti Trasmittanza termica U del telaio Telai con taglio termico (listelli di poliammide) U f 2,7 3 W/m²K Telai in PVC U f 2,0 (PVC con profilo vuoto) 2,8 W/m²K (con anima di metallo) U f Telai in legno 1,9 2,3 W/m²K Telai PVC, legno a taglio termico o schiumati U f =0,7 0,8W/m 2 K 28

5 Permeabilità all aria aria (UNI 12207) Fattore solare g (UNI EN 410: 2000) L energia solare trasmessa g (o fattore solare) è il rapporto tra il flusso totale di energia che attraversa un componente trasparente e il flusso incidente sullo stesso; è una grandezza adimensionale. Vetrata antisolare riflettente TL = 18 % g = 22 % U g = 2,4 W/m²K Trattamento in faccia 2 29

6 Il Decreto Legislativo 192/2005 e s.m.i. Principali verifiche da rispettare negli interventi edilizi ai sensi del D.Lgs. 192/2005 e s.m.i. (Allegato I) (Sintesi proposta da ANIT 30

7 Tipologie di strutture da utilizzare nel rispetto del D.lgs 192/2005 e smi Il Decreto 192/2005 introduce la verifica dei seguenti parametri: Componenti opachi verticali ed orizzontali (pavimenti e coperture) verifica trasmittanza termica verifica formazione di condensa superficiale ed interstiziale verifica capacità inerziale controllo ponti termici Componenti finestrati verifica trasmittanza termica componente globale verifica trasmittanza termica vetro I valori indicati come riferimento sono articolati in tre fasce temporali: valori da adottare dal 1 gennaio 2006 valori da adottare dal 1 gennaio 2008 valori da adottare dal 1 gennaio 2010 La verifica dei componenti di involucro Regime invernale Valori di trasmittanza U ( W/m 2 K) limite per l involucro al 2006, 2008 e 2010 (UNI 6946) Verifica dell assenza di condensazioni superficiali e verifica che le condensazioni interstiziali delle pareti opache siano limitate alla quantità rievaporabile secondo la normativa vigente (UNI 13788) All. I, comma 8 31

8 Le chiusure trasparenti richiedono due verifiche 2010 U g U w Ad Ad esempio nel nel zona zona D U g g 1,9 1,9 W/m²K W/m²K U w w 2,4 2,4 W/m²K W/m²K L inerzia termica inerzia termica DPR 59 del 2/4/2009 Attuazione dell art.4, comma 1, lettere a) e b) del D.Lgs. 192/2005 e s.m.i. 32

9 Carichi termici in regime invernale ed estivo Edificio-Impianto come sistema termodinamico chiuso AMBIENTE ESTERNO o CONTORNO - Equilibrio termodinamico - Convenzione termodinamica CONFINE - Trasformazione termodinamica -Q +Q SISTEMA CHIUSO -L +L 1 Principio della Termodinamica La variazione di energia totale uguaglia la quantità netta di Q e L scambiate dall ambiente al sistema durante la trasformazione ΔE c + ΔE p + ΔU = Q - L - sistema stazionario (immobile nello spazio) - trasformazioni cicliche (mantenere la temperatura fissa e costante) - lavoro scambiato trascurabile [J] Q = 0 33

10 Quantità di calore in gioco Q T Q T Q S Q T Q T Q i Qi Q V QT Q P radiatore Q T Q T = energia termica scambiata per trasmissione attraverso l involucro opaco, trasparente e i pt verso ambienti esterni e/o a T diversa (negativa o positiva) Q i = energia termica dovuta agli apporti interni gratuiti (positiva) Q S = energia termica dovuta agli apporti solari gratuiti (positiva) Q V = energia termica scambiata per ventilazione attraverso l involucro trasparente (negativa o positiva) Q P = energia fornita dai terminali dell impianto (positiva o negativa) -Q T + Q i + Q S -Q V + Q P = 0 Generalità Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nell edificio o trasmessi attraverso le strutture. I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura, positive o negative, vengono definiti sensibili; Sono definiti latenti quelli corrispondenti alla potenza termica scambiata nei processi di deumidificazione/umidificazione dell aria. L aria esterna di ventilazione/infiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente. 34

11 Tipologia dei carichi termici I carichi termici sensibili sono di due tipi: in ingresso/interni all edificio per convenzione assunti positivi (regime estivo) in uscita dall edificio per convenzione assunti negativi (regime invernale) I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura. Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificare/umidificare l aria di ventilazione (carico latente). Negli impianti cdz questo è fatto centralmente. In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantità di energia e vapor d acqua Il dimensionamento degli impianti La somma dei carichi termici relativi a ciascun ambiente da climatizzare sono la base per il dimensionamento degli impianti di climatizzazione. A livello di centrale ed a seconda del tipo di impianto si dimensionano: generatore di calore, gruppo frigorigeno, batterie di scambio termico, elettroventilatori, elettropompe A livello locale si dimensionano i terminali d impianto : radiatori, ventilconvettori, pannelli radianti, bocchette, anemostati. 35

12 Condizioni di progetto All interno degli ambienti tipicamente si assume in regime invernale: una temperatura dell aria interna θ a pari a 20 C una umidità relativa compresa tra il 40-60% In regime estivo una temperatura dell aria θ a pari a 26 C una umidità relativa compresa tra il 40-60% Le condizioni di progetto esterne Le condizioni esterne di progetto sono determinate in funzione della località climatica: ad esempio la temperatura esterna θ e può essere pari a 0 C e 35 C rispettivamente in inverno ed estate. I valori di progetto in inverno sono definiti dal DPR n 1052/77, i valori estivi sono reperibili nella UNI La UNI fornisce i valori dei ricambi d aria necessari per assicurare condizioni igieniche accettabili. La norma UNI UNI riporta le condizioni climatiche, compreso i valori di irraggiamento solare, per i capoluoghi di Provincia. 36

13 UNI temperature di progetto estive Dati climatici: UNI

14 UNI Azioni degli impianti Il controllo delle condizioni termoigrometriche interne al fine del benessere degli individui si esercita mediante l azione degli impianti di climatizzazione con: uno scambio di calore (azione termica); la fornitura di aria esterna (azione di ventilazione) uno scambio di vapore (azione igrometrica). Gli impianti di condizionamento dell aria attuano tutte le azioni suddette. Senza il controllo dello scambio di vapore (umidificazione o deumidificazione) e dell aria di ventilazione si è in presenza di impianti di solo riscaldamento o raffrescamento. 38

15 Azioni in regime invernale Fornire calore in quantità pari a quello disperso per trasmissione per differenza di temperatura (eventualmente diminuito per tener conto degli apporti gratuiti interni ed esterni) Riscaldare ed umidificare l aria esterna di rinnovo. NB in genere si trascurano i guadagni interni positivi Azioni in regime estivo Asportare il calore entrato dall esterno per differenze di temperatura e irraggiamento; Asportare il calore emanato dalle persone e altre fonti interne; Asportare il vapore acqueo emanato dalle persone; Raffreddare e deumidificare l aria esterna di ventilazione. 39

16 Convenzione dei segni inverno --- asporto calore all aria ambiente + fornisco calore all aria ambiente estate Carico termico per trasmissione verso l esterno: l Q T = Σ i =1,n [Ui Si (θ a θ e )] i + Σ i =1,p [ψ L (θ a θ e )] i (W) U = Trasmittanza termica del componente S = superficie del componente ψ = trasmittanza lineare del ponte termico L = dimensione caratteristica del ponte termico 40

17 Carico termico per ventilazione Una volta sommati i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata d aria q v e quindi il carico termico Q v dovuto alla ventilazione è dato dalla relazione: Q v = q v ρ a c a (θ a θ e ) (W) q v = portata d aria in m 3 /s ρ a = densità dell aria (circa 1,2 kg/m 3 ) c a = calore specifico dell aria (0,29 J/kg C) Oppure : Q v = 0,34 n V (θ a θ e ) (W) n = n ricambi orari (h 1 ) V = volume dell ambiente (m 3 ) ρ a c a = 0,34 (Wh/m 3 C) UNI

18 Ricambi d ariad Nel caso di ventilazione naturale: - per gli edifici residenziali si assume convenzionalmente un numero di ricambi d aria pari a 0,3-0,5 vol/h; - per tutti gli altri edifici si assumono i valori di ricambio d aria riportati nella norma UNI I valori degli indici di affollamento sono assunti pari al 60% di quelli riportati all appendice A di detta norma. Carichi termici solari Carico termico dovuto all irraggiamento solare Q S : Q S = Q SE +Q SI (W) Q S = potenza termica attribuita all irraggiamento solare Q SE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi; Q SI apporti attraverso componenti trasparenti; 42

19 Apporti solari attraverso componenti trasparenti L energia solare che attraversa le finestre è funzione della natura del vetro, di eventuali schermi e dell effetto di ombre portate; quando l energia solare ha attraversato il vetro viene in parte assorbita dalle pareti ed in parte riflessa: non diviene pertanto un carico termico immediato, ma dipende dall effetto di accumulo nelle strutture e quindi dalla loro massa superficiale. Per tenere conto dell effetto di accumulo si introduce un fattore di accumulo f a tale che Q SI diviene: Q SI = Σ i (Q smax f a ) i (W) Q max = I max S f f f f s g Dove I max si determina dalla UNI 10349, S f è la sup. della finestra, f f è funzione del telaio (1 per legno, 1,17 per metallo) f s è il fattore di ombreggiatura, e g è il fattore solare del vetro fornito dal costruttore (vetro chiaro 0,76 singolo - 0,67 doppio) Contributo di apporti gratuiti Gli apporti gratuiti possono ridurre anche significativamente i carichi termici dispersi; essi possono essere riferiti a: apporti da fonti interne (illuminazione, persone, elettrodomestici, ecc.) Q I ; recupero di calore, ad esempio sull aria di ventilazione espulsa all esterno Q R. 43

20 Carichi endogeni Qi Il ruolo del progettista Per quanto precede si vede come il progetto influenzi i carichi termici e conseguentemente il dimensionamento delle macchine e dei consumi energetici nei seguenti modi: percentuale delle superfici vetrate e loro orientamento; presenza o meno di schermi alla radiazione solare; fattore di trasmissione solare del vetro; massa superficiale delle pareti opache; trasmittanza dei componenti opachi e trasparenti; ventilazione trasversale. 44