Gli elementi di fabbrica e costruttivi Parte 2b

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1 Università degli Studi di Cagliari _ Facoltà di Architettura _ Dipartimento di Architettura Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE Il sistema edilizio Gli elementi di fabbrica e costruttivi Parte 2b A.A. 2009/2010 Martina Basciu

2 elementi di fabbrica e costruttivi 1. Requisiti degli elementi costituenti l'involucro e degli elementi che separano due unità abitative 2. Richiamo dei concetti base di termotecnica 2.1 conducibilità termica 2.2 trasmittanza 2.3 inerzia ia termica 2.4 formazione di condensa 3. Le chiusure orizzontali 4.1 le possibili alternative e le prestazioni ottenibili (materiali, stratigrafia ) 4. Le chiusure verticali 5.1 le possibili alternative e le prestazioni ottenibili (materiali, stratigrafia ) 5. Richiamo dei concetti base di acustica 6. Gli infissi 6.1 le possibili alternative e le prestazioni ottenibili (materiali, stratigrafia ) 6.2 ottimizzazione dell'illuminazione naturale Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 2

3 I serramenti Le finestre ed i cassonetti degli avvolgibili sono i maggiori responsabili del rumore proveniente dall esterno. Per ottenere un buon risultato si devono migliorare le caratteristiche del vetro, del serramento, del cassonetto, del sottofinestra, delle bocchette di aerazione. La semplice sostituzione di un vetro semplice con un vetro camera a non dà buoni risultati. Meglio posare due vetri più pesanti o meglio ancora stratificati. La tenuta all aria aria dei serramenti è un buon sistema per migliorare il fonoisolamento. L isolamento acustico di un infisso deve essere certificato da chi lo vende! Devono essere certificati anche l isolamento termico, la permeabilità all aria, prestazioni meccaniche - norma UNI EN Controsoffitto fonoassorbente Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 3

4 Le finestre Le finestre devono: garantire l illuminazione naturale; garantire apporti termici solari in inverno; non disperdere troppa energia in inverno; non causare surriscaldamento estivo. Due componenti: 1. vetro; 2. telaio. CARATTERISTICHE TERMICHE DEI COMPONENTI FINESTRATI Descrizione i Struttura: tt finestra bagno con telaio di legno e vetro doppio DESCRIZIONE S E R R A M E N T O S I N G O L O Ag [m²] Af [m²] Lg [m] Ug [W/m²K] Uf [W/m²K] kl [W/mK] Uw [W/m²K] INFISSO Ag = Area vetro; Af = Area telaio; Lg = Lunghezza superficie i vetrata; t Ug = Trasmittanza termica elemento vetrato; t Uf = Trasmittanza termica telaio kl = Trasmittanza lineica (nulla se singolo vetro); Uw = Trasmittanza termica totale serramento. RESISTENZA UNITARIA SUPERFICIALE INTERNA RESISTENZA UNITARIA SUPERFICIALE ESTERNA m²k/w m²k/w CONDUTTANZA UNITARIA SUPERFICIALE INTERNA W/m²K CONDUTTANZA UNITARIA SUPERFICIALE ESTERNA W/m²K La normativa fissa: la trasmittanza del vetro; la trasmittanza dell infisso completo di telaio. RESISTENZA TERMICA TOTALE TRASMITTANZA TOTALE m²k/w W/m²K Il telaio I telai delle finestre sono costruiti in legno, alluminio, acciaio o in PVC (cloruro di polivinile) Nel caso di telai di alluminio devono essere a taglio termico Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 4

5 GRANDEZZE FONDAMENTALI L energia solare è costituita dalla radiazione compresa tra le lunghezze d onda di circa 0.3 e 3 µm. in questo intervallo è compresa: la radiazione ultravioletta (circa da 0.3 a 0.4 µm); la radiazione visibile (circa da 0.4 a 0.8 µm); la radiazione termica (oltre 0.8 µm). A seconda delle caratteristiche del vetro la radiazione è in parte riflessa in parte assorbita e in parte trasmessa: 1. Trasmittanza termica U 2. Fattore solare: rapporto tra il flusso totale di energia che attraversa un componente trasparente e il flusso incidente sullo stesso g = τ e + q i 3. Coefficiente di trasmissione luminosa Tv: è il rapporto tra il flusso luminoso trasmesso e quello incidente la superficie Percentuali di radiazione solare incidente in un vetro convenzionale chiaro (float): 8% riflessa 9% assorbita 83% trasmessa Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 5

6 un vetro float trasmette circa l 83% riflette della radiazione solare incidente La radiazione solare termica (lunghezza d onda compresa nel vicino infrarosso) viene trasmessa quasi completamente nell ambiente interno,investendo le superfici presenti ed aumentandone la temperatura. Le superfici riemettono energia termica sottoforma di radiazioni infrarosse di lunghezza d onda superiore ai 3 μm per le quali il vetro risulta opaco. UV visibile vicino infrarosso lontano infrarosso Radiazione solare Float chiaro Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 6

7 TIPI DI VETRO Il vetro può essere: semplice (vetro singolo) assorbenti (colorati o rivestiti con pellicole colorate, possono rappresentare un problema, in relazione al loro elevato coefficiente di assorbimento della radiazione solare incidente (35-75%), che produce temperature elevate del vetro e, quindi, alta emissività) a controllo solare riflettenti selettivi basso emissivi Cromogenici TIM (Transparent Insulation Materials) Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 7

8 Vetri cromogenici Vetri con proprietà ottiche variabili ; la loro trasmittanza solare varia secondo l'intensità della luce incidente: "fotocromici" (che mutano le loro caratteristiche di trasparenza per effetto della luce) "termocromici" (sensibili alla temperatura) "elettrocromici" (che possono essere controllati elettricamente). FOTOCROMICI mutano le loro caratteristiche di trasparenza, e in generale le proprietà ottiche e cromatiche in relazione all intensità della radiazione solare TERMOCROMICI mutano le loro caratteristiche di trasparenza per effetto della temperatura La temperatura di transizione è compresa tra C: a temperature inferiori il materiale è trasparente, mentre temperature superiori riducono il flusso di energia radiante e il materiale diventa opaco. Il tempo di reazione è dell ordine di 10-9s Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 8

9 ELETTROCROMICI mutano le loro caratteristiche di trasparenza per effetto di un controllo dinamico che varia gradualmente le proprietà ottiche in funzione di un segnale elettrico comandato da un operatore esterno che memorizza gli impulsi fino a 24h Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 9

10 TIM (Transparent Insulation Materials) Sistema geometrico et complesso costituito tu to da un tessuto in fibra di vetro composto da materiali al isolanti di natura vetrosa o polimerica inseriti in una doppia lastra protettiva di vetro. I materiali isolanti hanno una struttura alveolare o capillare e sono formati da file parallele di micro-elementi cilindrici o prismatici a sezione circolare, quadrata o rettangolare. Il sistema permette la riflessione e la diffrazione delle radiazioni solari Si ottiene un sistema con ottime proprietà di trasmissione della luce e di isolamento termico. I materiali usati possono essere: aerogel omogenei o granulari di natura inorganica policarbonati o polimetilmetacrilati a struttura a nido d ape di natura organica ESEMPI DI TIM A- pellicole plastiche pallele B- tubi disposti a nido d ape C- schiume, bolle o alveoli a disposizione casuale D- struttura omogenea (aerogel) Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 10

11 VETRO BASSO EMISSIVO Grazie ad uno specifico rivestimento (coating) permettono di migliorare notevolmente l isolamento termico della vetrata isolante mantenendo un elevato valore di trasmissione luminosa. Il rivestimento metallico "basso emissivo" depositato una delle superfici è costituito da depositi atomici di ossidi o metalli selettivi che rendono il vetro altamente riflettente e poco assorbenti. La Funzione è quella di riflettere l'energia emessa dai corpi scaldanti all'interno dell'edificio difi i (elementi di riscaldamento, fonti di luce, persone) evitando la dispersione termica verso l'ambiente esterno. La trasparenza del basso emissivo consente sempre il passaggio della radiazione solare che determina un guadagno termico dal punto di vista energetico oltre che un aspetto perfettamente neutro. Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 11

12 VETRI A CONTROLLO SOLARE Il vetro a controllo solare incorpora degli strati invisibili di speciali materiali che possiedono la duplice proprietà di consentire il passaggio della luce solare respingendone però il calore. Di norma è presente anche una vetrocamera, che garantisce in più un buon isolamento. Come i vetri tibasso emissivi, i i anche i vetri tiacontrollo solare si ottengono con il coating. Rispetto ai vetri basso emissivi, la gamma dei vetri a controllo solare si potrebbe definire infinita.. I vetri a controllo solare possono essere divisi i due grandi gruppi: Vetri Riflettenti (ottenuti con uno strato sottile di metalli nobili o ossidi metallici, riducono di molto la radiazione in ingresso, soprattutto quella luminosa, e non sono, quindi, consigliabili per ambienti che richiedono elevata illuminazione o apporti solari invernali; inoltre, producono un impatto ambientale negativo verso l esterno, per effetto di possibili fenomeno di abbagliamento); Vetri Selettivi combinano il controllo solare con caratteristiche di bassa emissività. non deve essere necessariamente colorato o a specchio (anche se è possibile applicare tali finiture) Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 12

13 COME SCELGO IL VETRO? L ideale è la combinazione tra caratteristiche basso emissive e selettive 1. Fattore solare (g = τ e + q i ) basso 2. Coefficiente di trasmissione luminosa Tv alto Il vetro deve essere isolante due lastre di vetro e un'intercapedine d'aria immobile e asciutta che limita gli scambi termici per convezione, sfruttando la scarsa conduttività termica dell'aria MIGLIORAMENTO DELLA TRASMITTANZA TERMICA DEI VETRI U è necessario ridurre gli scambi termici per conduzione, convezione ed irraggiamento:.gliscambi per irraggiamento possono essere ridotti utilizzando vetri trattati con depositi atomici di ossidi o metalli selettivi che li rendono altamente riflettenti e poco assorbenti. Quindi riflettono all interno del locale il calore emesso dall ambiente medesimo e, poiché hanno un assorbimento molto basso, riemettono poco calore, sono infatti detti basso emissivi (isolamento termico rinforzato).. Gli scambi per conduzione e convezione possono essere ridotti sostituendo l'aria laria racchiusa tra le due lastre con un gas più pesante a conduttività termica inferiore (argon okrypton). Vantaggi vetri basso emissivi: invernali, conservano il calore d inverno grazie al coefficiente di trasmittanza molto basso; estivi, mantengono il fresco grazie al fattore solare poco elevato e alla bassa trasmissione energetica. Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 13

14 COME SCELGO IL VETRO? Nella scelta del vetro è fondamentale valutare: L indice di selettività, rapporto tra la trasmissione luminosa e il fattore solare, più il valore dell indice è vicino i a 2, maggiore è la selettività ità del vetro cioè la quantità di luce che fa passare pur controllando il flusso termico Può succedere che un vetro dalle alte prestazioni termiche abbia una trasmissione luminosa troppo bassa VETRI SELETTIVI Vetro camera con vetro a controllo solare: prestazioni di riflessione e assorbimento dei raggi solari superiori a quelle di un vetro standard. Combinano: Alta trasmissione luminosa, cioè passaggio di una grande quantità di luce naturale; Azione schermante ai raggi ultravioletti e ai raggi infrarossi sia di onda lunga sia di onda corta. Vantaggi vetri selettivi: invernali, i raggi di onda lunga sono caratteristici del calore di riscaldamento che viene riemesso in ambiente durante l inverno estivi, i raggi di onda corta sono quelli emessi dal sole Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 14

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16 Facciate con esposizione nord Le superfici finestrate orientate verso Nord non sono vantaggiose da un punto di vista termico: maggiori dispersioni nessun guadagno solare Tuttavia, la luce naturale che proviene da nord: presenta caratteristiche di elevata costanza Si tratta di un'esposizione particolarmente adatta a: sale di lettura laboratori artigianali locali provvisti di computer. I vetri ad isolamento termico rinforzato consentono di prevedere aperture anche a Nord mantenendo al tempo stesso il controllo delle perdite termiche nella stagione invernale Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 16

17 ILLUMINAZIONE NATURALE L illuminazione naturale degli ambienti è un aspetto fondamentale del risparmio energetico Sfruttare al meglio l illuminazione naturale significa ifi ridurre i consumi elettrici per l illuminazione artificiale L illuminazione naturale degli interni è di solito dovuta a tre componenti: 1. La luce diretta del Sole 2. La luce proveniente dalla volta celeste 3. La luce proveniente per riflessione dalle superfici interne ed esterne. La luce solare diretta associata ad alcuni effetti indesiderabili, quali abbagliamento, scolorimento degli oggetti e temperatura eccessiva durante i periodi più caldi. Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 17

18 ILLUMINAZIONE NATURALE Progettare sfruttando il contributo derivante dall illuminazione naturale significa sfruttare e controllare le seguenti variabili: opportuno dimensionamento delle superfici finestrate in rapporto alla profondità dei locali, in modo da evitare ilo verificarsi di fenomeni di abbagliamento. zonizzazione degli ambienti in base alla maggiore o minore necessità di illuminazione, soprattutto in funzione alle attività svolte; adeguato colore delle superficie interne ed esterne in modo da controllare la riflessione della luce, a colori chiari corrispondono maggiori valori dei coefficienti di riflessione ρ a colori scuri minori valori di ρ Colore Fattore di riflessione i medio ρ, % beige 45 Bianco 70 Blu 20 Bruno 25 Giallo 50 Grigio 35 Rosso 20 verde 30 I parametri di riflessione raccomandati per un ambiente sono: soffitto: 70-85% muri vicini alle aperture (inclusi quelli delle aperture): 60-70% altri muri: 40-50% pavimenti: 15-30%. Scelta delle finiture: un muro liscio, bianco splendente, rifletterà sino all'85% della luce che lo colpisce; un muro color crema rifletterà sino al 75%; un muro giallo solo il 65%; un muro color arancio, o vermiglio, assorbirà più del 60% della radiazione luminosa incidente. Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 18

19 ILLUMINAZIONE NATURALE Ambienti con destinazione d uso residenziale sono normalmente illuminati da un lato; in genere l'illuminazione naturale non crea molti problemi, perché le stanze sono relativamente poco profonde; una buona illuminazione è ottenibile già con delle finestre di dimensione pari all 8% dell area del pavimento; attenzione la luminosità non cresce proporzionalmente con l'aumento della dimensione delle finestre; raddoppiando la superficie vetrata, la luminosità aumenterà solo del 60% circa. Uffici normalmente hanno una profondità maggiore di quelli abitativi; sono illuminati artificialmente per quasi tutto il giorno; l'ottimizzazione richiede in primo luogo una progettazione mirata che tenga conto delle attività svolte cioè dell'illuminamento richiesto per un determinato lavoro; l illuminazione di un ambiente lavorativo dovrebbe consentire l uso della luce del giorno il più a lungo possibile. autonomia di luce diurna: parametro che esprime la percentuale delle ore di lavoro durante le quali si può lavorare senza accendere le lampade; in un ufficio dove annualmente si lavora per 2750 ore, l autonomia di luce diurna del 75% è considerata molto buona; ciò significa che l illuminazione artificiale è necessaria per meno di 700 ore l anno. Ancora buona è considerata un autonomia del 60%. Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 19

20 ILLUMINAZIONE NATURALE Modelli di illuminazione naturale: 1. sidelighting (attraverso aperture laterali ); 2. toplighting (attraverso aperture in alto); 3. corelighting (attraverso atri e cortili ); 4. sistemi ottici Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 20

21 ILLUMINAZIONE NATURALE sidelighting ambienti illuminati lateralmente: finestre solo su un lato (caso più diffuso) finestre su due o più lati si ha prevalentemente: 1. luce diffusa 2. riflessa dal cielo 3. riflessa dalle superfici i interne ed esterne La luce diretta penetra solo in quei momenti in cui il sole è visibile dalla finestra schermature In ambienti illuminati lateralmente, il livello d illuminamento sulle superfici orizzontali diminuisce rapidamente con l aumento della distanza dalla finestra, perché l angolo visivo si restringe e la porzione visibile del cielo diventa sempre più piccola. Il massimo di luce si ha nell immediata prossimità ità della finestra e, per questo motivo, i tavoli da lavoro e le scrivanie si trovano normalmente in quel luogo. Generalmente una stanza è bene illuminata quando la sua profondità non eccede 2-2,5 volte l'altezza della finestra, misurata da terra Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 21

22 ILLUMINAZIONE NATURALE Un piano di studio o lavoro deve essere disposto perpendicolarmente alle finestre Abbagliamento diretto Abbagliamento riflesso Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 22

23 ILLUMINAZIONE NATURALE sidelighting Le finestre poste in alto della parete fanno arrivare più luce in profondità, ma non consentono la vista verso l esterno. Le finestre poste in basso consentono invece un buon rapporto visivo con l ambiente esterno, ma hanno alti architravi che appaiono sempre scuri, oscurano una parte del soffitto e riducono il livello di illuminamento. L illuminamento è migliore se all esterno si trovano delle superfici chiare che riflettono la luce verso il soffitto. La luce che penetrata dalle finestre viene riflessa dalle pareti, dal soffitto, dal pavimento e dall arredo arredo. Di particolare rilevanza è la riflettanza del soffitto: un soffitto molto chiaro riflette e diffonde la luce in tutto l ambiente. Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 23

24 ILLUMINAZIONE NATURALE toplighting L'illuminazione dall alto è caratterizzata da un illuminamento irregolare. La luce dall alto illumina in primo luogo i piani orizzontali: i tavoli da lavoro e il pavimento. I piani orizzontali meglio illuminati sono quelli che si trovano direttamente sotto un apertura la luce dall alto ha spesso l effetto che le ombre delle persone si proiettano proprio sull area che dovrebbe essere meglio illuminata. Le aperture in alto non consentono un contatto visivo con l esterno, perciò, in grandi ambienti di lavoro, bisogna prevedere anche finestre laterali. Se un ambiente può essere sufficientemente illuminato dai lati, l illuminazione dall alto è inopportuna e conviene solo in ambienti di grandi dimensioni. Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 24

25 ILLUMINAZIONE NATURALE toplighting Secondo una regola generale, la superficie vetrata necessaria per illuminare sufficientemente uno spazio dall alto dovrebbe corrispondere al 15-20% dell area del pavimento. Le aperture che possono illuminare un ambiente dall alto alto sono di vario tipo: vetrate orizzontali, verticali e inclinate di varia forma e dimensione Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 25

26 ILLUMINAZIONE NATURALE corelighting Corti interne: spazi interni che intersecano tutti i piani e che sono coperti da tetti vetrati. funzione multipla: spazi filtro tra clima interno e esterno; illuminazione delle parti interne dell edificio; ventilazione; interrompono l uniformità dell ambiente interno giovando al benessere psicofisico delle persone. Attenzione al surriscaldamento estivo: posizione del sole alta, radiazione molto forte Le vetrate in alto devono essere apribili: l aria calda che si è formata durante il giorno deve poter uscire durante la notte; la ventilazione notturna funziona solo quando si può formare una corrente d aria dal basso verso l alto, e questa corrente può formarsi solo se al piano terra affluisce sufficiente aria fresca Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 26

27 ILLUMINAZIONE NATURALE corelighting unatriodeveessereprogettatocomeuncanalechedirigeun massimo di luce dall alto verso il basso: Le superfici in alto devono essere riflettenti per far giungere la luce fino al piano terra. Negli atri ristretti conviene avere in alto delle superfici molto riflettenti in grado di dirigere la luce verso il basso Il maggiore effetto lo procurano le superfici riflettenti sul lato nord, che ricevono luce diretta dalle vetrate esposte a sud. Attenzione ai fenomeni di abbagliamento! Perché l illuminazione sia ottimale conviene conferire ad un atrio un apertura maggiore in alto e una più piccola in basso Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 27

28 ILLUMINAZIONE NATURALE Sistemi ottici I sistemi ottici passivi e attivi illuminano, con la luce del giorno, gli spazi interni sprovvisti di finestre I sistemi passivi hanno uno specchio fisso (eliostato) in alto che capta la luce e la indirizza nel sistema di trasporto e un altro, in basso, che la riflette orizzontalmente nei locali da illuminare. Il sistema di trasporto più semplice è un pozzo con superfici molto riflettenti che indirizzano la luce dall alto verso il basso. Nella maggior parte dei sistemi, il trasporto della luce avviene tramite specchi e lenti che convogliano la luce fino al luogo da illuminare dove viene deconcentrata ed illumina i piani di lavoro I sistemi attivi Sono dotati di un dispositivo meccanico, regolato automaticamente, che dirige l eliostato sempre verso il sole. La luce captata è poi indirizzata verso l ingresso del sistema ottico di trasporto che la convoglia all apertura d uscita. Più precisi, ma più costosi Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 28

29 Illuminazione naturale Sistemi ottici Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 29

30 TUNNEL SOLARE PER COPERTURE PIANE Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 30

31 TUNNEL SOLARE PER COPERTURE INCLINATE Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 31

32 ESEMPIO DA SITO VELUX Corso di PROGETTAZIONE INTEGRALE - A.A. 2009/10 32