MATERIALI INNOVATIVI AD ELEVATE PRESTAZIONI PER IL MIGLIORAMENTO DEL COMFORT ABITATIVO: I cool materials e gli intonaci isolanti

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1 MATERIALI INNOVATIVI AD ELEVATE PRESTAZIONI PER IL MIGLIORAMENTO DEL COMFORT ABITATIVO: I cool materials e gli intonaci isolanti LA LINEA CASA BENESSERE DI CVR Ing. Anna Laura Pisello, PhD, LEED 1 GA

2 I. OBIETTIVI DELLA RICERCA dal 2012 ad oggi II. Premesse tecnico-scientifiche III. Il MIGLIORAMENTO DELLE PRESTAZIONI ESTIVE IV. Il MIGLIORAMENTO DELLE PRESTAZIONI INVERNALI V. CONCLUSIONI 2

3 MECCANISMI DI SCAMBIO TERMICO CONDUZIONE, CONVEZIONE, IRRAGGIAMENTO 3

4 MECCANISMI DI SCAMBIO TERMICO CONDUZIONE CONVEZIONE IRRAGGIAMENTO 4

5 MECCANISMI DI SCAMBIO TERMICO: IRRAGGIAMENTO A differenza della conduzione e della convezione lo scambio termico radiativo non richiede la presenza di massa tra i sistemi che scambiano energia. La sua importanza è notevole, non solo in problemi ambientali, sia su piccola, sia su grande scala, ma anche in numerosi processi industriali di riscaldamento, raffreddamento, essiccazione e nei sistemi di conversione dell energia, caratterizzati dall utilizzo di combustibili fossili o dall impiego dell energia solare. Ogni corpo emette radiazione termica. Il meccanismo è legato alla transizione degli elettroni da uno stato quantico ad un altro. L emissione, essendo legata allo stato della materia, non può che avere caratteristiche volumetriche (GEOMETRICHE). Tale fatto è ben evidente nei gas e nei solidi semitrasparenti come il vetro. 5

6 MECCANISMI DI SCAMBIO TERMICO: IRRAGGIAMENTO Legge di Stefan-Boltzmann Direttamente proporzionale a T 4 6

7 CONDUZIONE, CONVEZIONE, IRRAGGIAMENTO 7

8 Condizioni di COMFORT DELL ESSERE UMANO. Tre meccanismi di scambio 8

9 MECCANISMI DI SCAMBIO TERMICO: IRRAGGIAMENTO ma anche quello che ci riscalda nei nostri edifici Radiazione termica: Emessa dai corpi scaldanti e da ogni superficie a T superiore dello Zero Assoluto Fuoco 900 C Aria 5 C Irraggiamento termico Persona 30 C 9

10 MECCANISMI DI SCAMBIO TERMICO: IRRAGGIAMENTO E il fenomeno grazie a cui il sole ci tiene in vita... Radiazione termica: 40% dell energia solare nel vicino infrarosso + radiazione infrarossa 10

11 Comfort indoor e risparmio energetico in estate ed inverno REGIME ESTIVO: RIFLESSIONE DELLA RADIAZIONE SOLARE VERSO L ESTERNO G A Riflessa riemessa Trasmessa Non è solo una questione di trasmittanza o di isolamento Perché possiamo agire anche sull irraggiamento, e NON SOLO SULLA CONDUZIONE 11

12 Comfort indoor e risparmio energetico in estate ed inverno REGIME INVERNALE AUMENTO DELLA TEMPERATURA SUPERFICIALE INTERNA E DELLA SUPERFICIE ADSORBENTE: RADIAZIONE TERMICA VERSO L INTERNO E DIMINUZIONE DELL UMIDITà RELATIVA - Pareti più asciutte minore perdita di calore per conduzione in opera Non è solo una questione di trasmittanza o di isolamento Perché possiamo agire anche sull irraggiamento, e NON SOLO SULLA CONDUZIONE 12

13 Percezione del comfort termico interno: concezione moderna Temperatura dell aria TA Temperatura media radiante TMR 13

14 Radiatori Pannelli Radianti Pareti calde Percezione del comfort termico interno: REGIME INVERNALE Indice di comfort termico globale TEMPERATURA OPERATIVA INTERNA Risparmio energetico -1 C Taria -6% risparmio energetico * IN AMBIENTI MODERATI 14

15 Percezione del comfort termico interno: REGIME ESTIVO Indice di comfort termico globale TEMPERATURA OPERATIVA INTERNA Cool roof Cool facade +1 C Taria anche abbattimento del fabbisogno ai nostri climi.. Tetto fresco e parete fresca * IN AMBIENTI MODERATI 15

16 Percezione del comfort termico interno: REGIME ESTIVO La radiazione solare riscalda la superficie insolata Una frazione della radiazione solare pari alla riflettanza solare (SR) viene riflessa La superficie riemette energia sotto forma di radiazione IR per una frazione del massimo teorico pari all emissività IR ( ) Energia è ceduta anche all aria per convezione Ciò che non viene riflesso, riemesso verso il cielo o ceduto all aria, va in definitiva a surriscaldare l edificio! (con vento debole, l energia irradiata nell IR è spesso superiore a quella ceduta per convezione) 16

17 Percezione del comfort termico interno: REGIME ESTIVO Una superficie cool non si surriscalda quando è insolata grazie a: elevata capacità di riflettere la radiazione solare, cioè elevata riflettanza solare (o albedo), e elevata capacità di riemettere nell infrarosso l energia assorbita, cioè elevata emissività termica (o emissività infrarossa). radiazione solare incidente radiazione solare riflessa assorbimento e trasmissione T surf radiazione termica emessa T indoor T sky T air convezione 17

18 Percezione del comfort termico interno: REGIME ESTIVO Danni da surriscaldamento delle superfici edili I danni economici causati dal discomfort per surriscaldamento delle coperture (perdita di produttività, sospensione delle attività industriali, malori e infortuni sul lavoro) possono essere anche maggiori! 18

19 Percezione del comfort termico interno: REGIME ESTIVO Danni da surriscaldamento delle superfici edili Pisello et al

20 Percezione del comfort termico interno: REGIME ESTIVO 45 C 85 C 32 C 50 C RISPARMIO ENERGETICO 45 C 85 C COMFORT INDOOR EFFICIENTAMENTO POMPA DI CALORE OTTIMIZZAZIONE FOTOVOLTAICO - stress termico: DURABILITA 20

21 Principio di funzionamento del MONOTECH SUN REFLEX 21

22 Principio di funzionamento del cool roof MONOTECH SUN REFLEX 22

23 Principio di funzionamento del cool roof: COME SI MISURA? IL Solar Reflectance Index (SRI) Il carattere cool di una superficie esterna, sia in copertura che a terra o a parete, può essere sintetizzato dal Solar Reflectance Index (SRI), un parametro definito dallo standard ASTM E1980 (e da non confondere con la riflettanza solare SR). L SRI è valutato in una scala in cui: una superficie di riferimento nera con bassissima riflettanza (SR=0.05, =0.90) è caratterizzata da SRI=0, mentre una superficie di riferimento bianca con elevata riflettanza (SR=0.80, =0.90) è caratterizzata da SRI=100.) 23

24 Logo azienda partner IL Solar Reflectance Index (SRI) I tetti freschi e la certificazione LEED 24 Ing. Anna Laura Pisello, PhD, LEED AP

25 D.M. 26/06/2015 «Requisiti minimi (degli edifici e degli impianti)» 2.3. Prescrizioni [ ] 3. Al fine di limitare i fabbisogni energetici per la climatizzazione estiva e di contenere la temperatura interna degli ambienti, nonché di limitare il surriscaldamento a scala urbana, per le strutture di copertura degli edifici è obbligatoria la verifica dell efficacia, in termini di rapporto costibenefici, dell utilizzo di: a) materiali a elevata riflettanza solare per le coperture (cool roof), assumendo per questi ultimi un valore di riflettanza solare non inferiore a: - 0,65 nel caso di coperture piane; - 0,30 nel caso di copertura a falde; b) tecnologie di climatizzazione passiva (a titolo esemplificativo e non esaustivo: ventilazione, coperture a verde). 25

26 D.M. 26/06/2015 «Requisiti minimi (degli edifici e degli impianti)» 2.3. Prescrizioni [ ] 3. Al fine di limitare i fabbisogni energetici per la climatizzazione estiva e di contenere la temperatura interna degli ambienti, nonché di limitare il surriscaldamento a scala urbana, per le strutture di copertura degli edifici è obbligatoria la verifica dell efficacia, in termini di rapporto costibenefici, dell utilizzo di: a) materiali a elevata riflettanza solare per le coperture (cool roof),.; b) tecnologie di climatizzazione passiva Tali verifiche e valutazioni devono essere puntualmente documentate nella relazione tecnica di cui al paragrafo

27 D.M. 26/06/2015 «Requisiti minimi (degli edifici e degli impianti)» Tali verifiche e valutazioni devono essere puntualmente documentate nella relazione tecnica di cui al paragrafo 2.2. D.M. 26/06/2015 «Relazione tecnica (di progetto)» 27

28 Prestazioni «COOL» del MONOTECH SUN REFLEX RIFLETTANZA SOLARE: + 6% DAL BIANCO, + 55% DAL GRIGIO Ing. Anna Laura Pisello, PhD, LEED AP 28

29 Prestazioni «COOL» del PITTURA SUN REFLEX Indice di riflessione solare (SRI) 102 Parametro UV (%) VIS (%) NIR (%) Riflettanza Emissività ε 0.90 ±

30 MONOTECH SUN REFLEX + PITTURA SUN REFLEX - Monitoraggio in continuo a Perugia, in regime estivo dal Effetto di raffrescamento passivo della copertura: cool roof - Effetto combinato della copertura e delle facciate: cool facade 30

31 MONOTECH SUN REFLEX + PITTURA SUN REFLEX - Analisi della temperatura operativa interna in edifici isolati termicamente (effetto minimizzato) S: situazione standard (prima del cool roof) CR: solo Cool Roof CE: Cool Envelope (involucri fresco integrale) CR+SF: Cool Roof e Facciata Sud 31

32 MONOTECH SUN REFLEX + PITTURA SUN REFLEX - Analisi della temperatura operativa interna in edifici isolati termicamente (effetto minimizzato) - S: situazione standard (prima del cool roof) - CR: solo Cool Roof - CE: Cool Envelope (involucri fresco integrale) -2 C -3 C -5 C Ing. Anna Laura Pisello, PhD, LEED AP 32

33 MONOTECH SUN REFLEX + PITTURA SUN REFLEX 33

34 Premio mondiale contromisure vs. Isola di calore urbana

35 Premio mondiale contromisure vs. Isola di calore urbana 2016 Premio mondiale miglior gruppo di ricerca vs. UHI

36 Premio mondiale contromisure vs. Isola di calore urbana 2014 Premio mondiale miglior gruppo di ricerca vs. UHI

37 OTTIMIZZAZIONE DELLE PRESTAZIONI INVERNALI: NANOCAP RASATURA CVR Aumento delle temperature superficiali ed omogeneizzazione per deumidificazione Diminuzione dei ponti termici Disaccoppiamento rispetto al substrato: assenza di extraflussi verso l esterno sulla parete irradiata Ing. Anna Laura Pisello, PhD, LEED AP 37

38 Logo azienda partner OTTIMIZZAZIONE DELLE PRESTAZIONI INVERNALI: NANOCAP RASATURA CVR Pochi millimetri di spessore Fondo omogeneizzante ruvido 0,6 mm + NANOCAP Ing. Anna Laura Pisello, PhD, LEED AP 38

39 Logo azienda partner OTTIMIZZAZIONE DELLE PRESTAZIONI INVERNALI: NANOCAP RASATURA CVR Fondo omogeneizzante ruvido 0,6 mm + NANOCAP + Nanocap Pittura Fondo omogeneizzante ruvido 0,6 mm + NANOCAP Ottimizzato Ing. Anna Laura Pisello, PhD, LEED AP 39

40 T superficiale interna del soffitto OTTIMIZZAZIONE DELLE PRESTAZIONI INVERNALI: NANOCAP RASATURA CVR Riscaldamento superficiale ed aumento della TMR T aria esterna Misure in campo: inverno

41 Consumo energetico per riscaldamento OTTIMIZZAZIONE DELLE PRESTAZIONI INVERNALI: NANOCAP RASATURA CVR Riduzione del consumo energetico alle basse T -10% con Testerna=6 C \ Con nanocap Senza nanocap Misure in campo: inverno

42 OTTIMIZZAZIONE DELLE PRESTAZIONI INVERNALI: NANOCAP RASATURA CVR Riduzione del consumo energetico alle basse T: -7% medio - Simulazione dinamica calibrata degli edifici prototipo nei vari climi italiani: - In particolare, per ciascuna condizione al contorno climatica (Roma, Palermo, Milano, Perugia, Firenze, Pescara, Potenza, Ancona, Bologna) sono stati valutati diversi scenari, ottenuti facendo variare lo spessore dell isolamento a cappotto a partire dalla configurazione di base costituita da muratura tradizionale piena (30 cm) con isolamento a cappotto esterno (10 cm) 42

43 ANALISI INVERNALE: SISTEMA NANOCAP RASANTE E PITTURA CVR - LA SOLUZIONE NANOCAP RASANTE E PITTURA FUNZIONA OTTIMAMENTE PER MANTENERE LE TEMPERATURE INTERNE SUPERFICIALI Più ELEVATE SENZA PROVOCARE UNA EXTRA PERDITA TERMICA VERSO L ESTERNO - NANOCAP MINIMIZZA I PONTI TERMICI E LA CONDENSAZIONE SUPERFICIALE: BENEFICI IN TERMINI DI DEUMIDIFICAZIONE - NANOCAP PRODUCE REALE OTTIMIZZAZIONE DEL COMFORT E RISPARMIO ENERGETICO (MISURATO) DI UN ISOLAMENTO A CAPPOTTO DI 5-6 CM (SIMULATO) IN VARI CLIMI ITALIANI A PARTIRE DA UNA CONFIGURAZIONE REALE DI EDIFICIO MONITORATO IN SITU SENZA GLI EFFETTI NEGATIVI DI PERDITA DI PERMEABILITà ESTIVA DEL CAPPOTTO 43

44 ANALISI ESTIVA: MONOTECH SUN REFLEX E PITTURA PER ESTERNI - IL MONOTECH SUN REFLEX PRESENTA MIGLIORE RIFLETTANZA SOLARE DEL 75% RISPETTO AD UNA MEMBRANA BITUMINOSA, DEL 55% RISPETTO AL MONOTECH GRIGIO E DEL 6% RISPETTO AL BIANCO BASE - L EFFETTO COOL ROOF SI TRADUCE -15 C DI T SUPERFICIALE E MINORE TEMPERATURA OPERATIVA DI 2-3 C MISURATA IN EDIFICI REALI - L EFFETTO DI RISPARMIO ENERGETICO IN ESTATE è SUPERIORE RISPETTO AD UN QUALSIVOGLIA SPESSORE FITTIZIO DI ISOLAMENTO A CAPPOTTO ESTERNO IN TUTTI I CLIMI ITALIANI 44

45 ANALISI ESTIVA: MONOTECH SUN REFLEX E PITTURA PER ESTERNI - IL MONOTECH SUN REFLEX PRESENTA MIGLIORE RIFLETTANZA SOLARE DEL 75% RISPETTO AD UNA MEMBRANA BITUMINOSA, DEL 55% RISPETTO AL MONOTECH GRIGIO E DEL 6% RISPETTO AL BIANCO BASE - L EFFETTO COOL ROOF SI TRADUCE -15 C DI T SUPERFICIALE E MINORE TEMPERATURA OPERATIVA DI 2-3 C MISURATA IN EDIFICI REALI - L EFFETTO COMBINATO DEL MONOTECH SUN REFLEX E DELLA PITTURA PER ESTERNI RIFLETTENTE è IN GRADO DI ABBASSARE LA TEMPERATURA OPERATIVA INTERNA FINO A 3-4 C IN CONDIZIONI ESTIVE, COME MISURATO IN EDIFICI REALI SOTTOPOSTI A MONITORAGGIO - L EFFETTO DI RISPARMIO ENERGETICO IN ESTATE è SUPERIORE RISPETTO AD UN QUALSIVOGLIA SPESSORE FITTIZIO DI ISOLAMENTO A CAPPOTTO ESTERNO IN TUTTI I CLIMI ITALIANI 45

46 inverno estate I PRODOTTI 46

47 Grazie per l attenzione 47