La casa è la terza pelle dell uomo

Transcript

1 L interazione tra l ambiente interno, l involucro e l ambiente avviene attraverso le superfici esterne di un edificio. La definizione della loro composizione è di fondamentale importanza per la progettazione dell isolamento dell edificio stesso. La casa è la terza pelle dell uomo Karl E. Lotz Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

2 Dati due fluidi a temperature diverse, sotto le seguenti ipotesi: t i e t e con t i > t e (caso invernale) separati da una parete piana a facce parallele in condizioni stazionarie (nessuna variazione nel tempo) Il flusso termico scambiato tra i due fluidi attraverso la parete S è pari a: (1) q ( t t dove: K è il come coefficiente di scambio termico globale o trasmittanza. S è la superficie della parete = KS i e ) Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

3 Se si definisce Rt resistenza termica di scambio: ti q = ( (2) t e ) R t Se il flusso termico attraversa una parete composta (come nella realtà) da più strati in successione (o in serie), possiamo scrivere: = n Rt Ri (3) K = n i= 1 Ri S i i= 1 1 R i : resistenza termica dell i-esimo strato S i : superficie dell i-esimo stato Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

4 Conduzione: il passaggio di calore all interno di corpi posti a contatto, senza apprezzabile scambio di materia, a causa di una differenza di temperatura (4) R = s λ S = 1 = 1 C C' S = R' S Con : s = spessore dello strato S = superficie dello strato?= conduttività termica dello strato W m 2 K C = conduttanza R e C = resistenza e conduttanze specifiche. Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

5 Per lo scambio superficiale, si tiene conto sia della convezione che dell irraggiamento: (5) R = 1 α S dove a = coeff. di scambio superficiale somma dei coeff. di convezione e irraggiamento. Da tutte queste considerazione ricaviamo il coefficiente di scambio termico globale : (6) K = 1 s R' + α1 λ C' α 2 Con a 1 e a 2 coeff. di scambio superficiale per i fluidi a t 1 e t 2. Come si può notare a seconda del tipo di materiale si ottiene un aumento o una diminuzione notevole dell isolamento termico, essendo a 1 e a 2 ostanti. Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

6 Estratto norma UNI Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

7 Estratto norma UNI Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

8 Estratto norma UNI Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

9 Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

10 Confrontiamo vari valori del coefficiente di scambio termico globale o trasmittanza specifica a seconda del tipo di muro o parete vetrata usata nell edilizia: materiale Spessore a? C' SRS m W/m 2 K W/mK W/m 2 K mqk/w Aria esterna 23,2 1/a=0,043 Intonaco esterno 0,02 0,87 s/?=0,023 Mattoni Uni 0,25 1,97 1/C'=0,508 Mattoni forati 0,08 4,23 1/C'=0,236 Intonaco interno 0,01 0,52 s/?=0,019 Aria interna 8,12 1/a=0,123 Da cui K della parete è pari a : K 2 1 = =1.05 RS W m K SRS=0,952 Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

11 materiale Spessore a? C' SRS m W/m 2 K W/mK W/m 2 K mqk/w Aria esterna 23,2 0,043 Lastra di rivestimento in Pietra 0,02 2, intercapedine d'aria 0,02 6,5 0,154 Mattoni pieni 0,012 1, pannelli di coibentazione 0,06 0, muratura in blocchi tufacei 0,2 0,63 0,317 intonaco di rinzaffo in cemento 0,01 1, Intonaco interno gesso e sabbia 0,01 0,81 0,012 Aria interna 8,12 0,123 SRS=2.386 Da cui K della parete è pari a : K 2 1 = = 0.42 RS W m K Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

12 Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

13 Vetro Triplo spessore (m)? (W/K m) SRS (mq K/W) aria esterna 0,043 vetro 0, ,004 intercapedine 0,13 vetro 0, ,004 intercapedine 0,13 vetro 0, ,004 aria interna 0,123 SRS=0,438 1 RS K = 2,28 2 = W m K Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

14 Inerzia Termica L analisi vista in precedenza vale sotto le ipotesi di regime stazionario e scambio termico di tipo convettivo. Nella realtà il fenomeno è molto più complesso, si deve considerare la radiazione solare incidente e la capacità della parete di accumulare energia e rilasciarla nel tempo, cioè l inerzia termica. Lo scambio non sarà più solamente convettivo ma avrà una componete dovuta alla radiazione solare incidente (W), definendo: t e : temperatura esterna t i : temperatura interna t i * : temperatura parete all intradosso h e : coefficiente di scambio termico convettivo per l aria esterma a: coefficiente di assorbimento della radiazione solare Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

15 Facendo un bilancio termico all estradosso possiamo scrivere: * * ( ) ( ) q= h t t + W a= h T t e e i e FS i In cui con T FS indichiamo la temperatura fittizia al sole cioè la temperatura a cui si porta la parete a causa dei due effetti convezione e irraggiamento: T FS aw = + t h e e Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

16 Definita ora questa temperatura possiamo analizzare cosa accade ad un muro durante il giorno in funzione di: Esposizione Massa Ora del giorno Tutto verrà analizzato osservando la differenza tra la temperatura interna della stanza (26 C) e la temperatura fittizia al sole ( grafico mese di Luglio a Roma) Differenza di Temperature equivalenti parete esposta a Sud Diff. Temp kg/mq 700 kg/mq Ora Solare Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

17 Massa Termica Si analizza l evoluzione di tre tipologie edilizie 1. Riproposizione della caverna, caratterizzata da masse murarie di grande spessore che conferiscono all edificio elevata inerzia termica, ammortizzando l interno dagli sbalzi di temperatura esterno/interno. Esempio perfetto di questa tipologia è il dammuso, struttura caratteristica dell isola di Pantelleria, la cui muratura esterna ha uno spessore variabile 0.8-2m, tale da ridurre l escursione termica interna. La volta sottile di copertura invece cede al fresco notturno il calore dell aria che vi si accumula. Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

18 2. Riproposizione della capanna. Caratteristico della fascia tropicale caratterizzata da sole, vento ed umidità. Si cerca di sfruttare l effetto camino prodotto dall aria a diversa temperatura, per asportare il calore in eccesso e raffrescare gli ambienti. Come esempio si riporta lo spaccato di due edifici, di un complesso di sei ville Palladiane a Costozza, in cui si vede come lo sfruttamento dei sistemi di cunicoli naturali (covoli) e artificiali ha effetti sorprendenti: a fine Luglio (33 o C) una delle stanze del pianterreno può avere una temperatura di 19 o C. Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

19 3. modello palazzina (o grattacielo), ovunque uguale a se stesso, al cui interno viene instaurato un clima artificiale, la temperatura interna è mantenuta da impianti dal consumo energetico proporzionale alla differenza di temperatura interno/esterno. Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

20 Foster Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

21 A parte i pochi esempi di eccellenza, l evoluzione ci ha portati ad un modello che, per quanto efficace, è il più inefficiente e fragile dal punto di vista della regolazione per il raggiungimento delle ottimali condizioni di benessere. Le ampie vetrate sono fonte di: enormi dispersioni di calore verso l esterno (in inverno) inutile accumulo calore all interno dell edificio (in estate) vedremo in seguito come limitare questi problemi. Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A

22 In Europa l'energia consumata negli edifici per: il riscaldamento, la climatizzazione, l'illuminazione, le funzioni tecnologiche e di servizio Pari a circa il 40% del consumo di energia primaria, dopo le crisi energetiche degli ultimi 30 anni, a maggior ragione dopo i black-out dell estate del 2003, si stanno rielaborando i modelli di costruzione del passato alla luce della evoluzione tecnologica per costruire edifici a basso consumo e alto comfort ambientali. Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A