L involucro opaco nell edilizia bioclimatica

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1 L involucro opaco nell edilizia bioclimatica Prof. Filippo de Rossi 1/51

2 In questa lezione, saranno mostrate alcune tecnologie bioclimatiche o solari passive, realizzabili sull involucro edilizio opaco. 1. Pareti Ventilate Opache 2. Tetti ventilati 3. Tetti Verdi 4. Muri di Tormbe-Michelle Benefici estivi / annuali Benefici estivi / annuali Benefici Estivi Benefici Invernali Prof. Filippo de Rossi 2/51

3 Pareti Ventilate: Generalità Con il termine facciate ventilate si intende un insieme di soluzioni tecniche, anche molto differenti tra loro, accomunate dalla presenza di un intercapedine d aria tra un involucro edilizio interno ed un involucro esterno. Per tale ragione, è spesso utilizzata anche la dizione facciate a doppia pelle. Prof. Filippo de Rossi 3/51

4 Pareti Ventilate: Generalità Le facciate ventilate possono essere classificate in funzione del tipo di superfici che le racchiudono: 1. Pareti vetrate e facciate continue. 2. Paramenti murari opachi. In realtà, sono possibili molteplici altre classificazioni, in funzione di: 1. Tipo di ventilazione (naturale, meccanica, naturale con supporto di ventilatori); 2. Origine del flusso d aria (dall interno, dall esterno); 3. Destinazione del flusso d aria (verso l interno o verso l esterno); 4. Verso di percorrenza del flusso d aria (verso l alto, o verso il basso in caso di ventilazione meccanica); 5. Larghezza della intercapedine (stretta fino a 20 cm, larga fino a 2 metri). Prof. Filippo de Rossi 4/51

5 Pareti Ventilate OPACHE: descrizione e funzionamento In tali sistemi, il principale obiettivo della progettazione è contenere le rientrate termiche estive per irraggiamento sulle superfici opache dell involucro edilizio. In più, in inverno presentano anche tutti i benefici delle pareti coibentate a cappotto. T i = 30 C T i = 26 C ESTERNO INTERNO ESTERNO INTERNO PARETE TRADIZIONALE PARETE VENTILATA Prof. Filippo de Rossi 5/51

6 Pareti Ventilate OPACHE: descrizione e funzionamento La facciata ventilata opaca, naturalmente ventilata, è generalmente costituita (dall esterno verso l interno) da: 1. Paramento murario esterno (in gres, pannelli plastici, metallici, pietra, etc). 2. Sottostruttura di ancoraggio ed intercapedine. 3. Isolante termico. 4. Paramento murario interno. Il moto ascendente dell aria nell intercapedine è dovuto all effetto 1 T i = 26 C camino che si genera all interno della camera d aria. ESTERNO 2 INTERNO In particolare, il riscaldamento dell intercapedine determina il moto convettivo dell aria, che si riscalda all interno della cavità e si sposta verso la parte alta. 3 4 PARETE VENTILATA Prof. Filippo de Rossi 6/51

7 Pareti Ventilate OPACHE: descrizione e funzionamento Più nel dettaglio, l aria esterna che entra dal basso per depressione, riscaldandosi risale la cavità (raffrescandola), per poi uscire dalle feritoie poste superiormente. Sezione orizzontale Fonte: GRANITECH Fonte: FLOORNATURE Sezione verticale Prof. Filippo de Rossi 7/51

8 Pareti Ventilate OPACHE: descrizione e funzionamento In INVERNO, una facciata ventilata opaca consente: 1. la protezione dell isolante termico da pioggia (le murature bagnate sono maggiormente conduttive) e vento (minore scambio termico convettivo); 2. l aerazione dell intercapedine, che evita il ristagno di vapore ed umidità condensata; 3. l isolamento continuo dell involucro murario esterno, con eliminazione di discontinuità strutturali e ponti termici. In teoria, eventuali serrande poste sulle griglie di aerazione inferiori e superiori, potrebbero consentire la chiusura dell intercapedine. In tal modo, sarebbe possibile avere all interno della camera d aria temperature dell aria maggiori di quelle esterne, grazie al riscaldamento della cavità indotto dalla radiazione solare sul paramento esterno e conseguente trasmissione dell energia verso l interno dell edificio. In pratica, l assemblaggio delle lastre esterne, di grandi dimensioni, determina presenza di giunti (riempiti con colle siliconiche) non a tenuta d aria, ragione per cui tale obiettivo non è comunemente cercato e/o raggiunto. Prof. Filippo de Rossi 8/51

9 Pareti Ventilate OPACHE: descrizione e funzionamento Un possibile svantaggio, in regime invernale, risiede nella ventilazione della camera d aria, che limita o anche azzera i guadagni termici gratuiti dovuti alla radiazione incidente sui componenti opachi dell involucro edilizio. Fonte: FLOORNATURE Fonte: FLOORNATURE Prof. Filippo de Rossi 9/51

10 Pareti Ventilate OPACHE: descrizione e funzionamento Come in precedenza descritto, in estate la parete ventilata risulta particolarmente utile: nel ridurre le rientrate termiche per irraggiamento sui componenti opachi dell involucro, essendo l energia radiante solare trasferita all interno dell intercapedine e smaltita attraverso la naturale ventilazione di questa. Prof. Filippo de Rossi 10/51

11 Pareti Ventilate OPACHE: descrizione e funzionamento Con riferimento all intero anno, una facciata ventilata opaca solitamente, oltre ai benefici energetici specifici ottenibili in estate, consente una serie di vantaggi tecnologici, tra cui: La parete dell edificio risulta protetta dalla azione degli agenti atmosferici. L isolamento termico, indipendentemente dal materiale adoperato, si conserva meglio nel tempo, non essendo soggetto a cicli asciuttobagnato, la qual cosa consente anche la conservazione delle proprietà termo-fisiche di progetto (bassa conduttività termica e, quando previsto, migliore isolamento acustico). Agevole installazione, manutenzione, ed uso dell intercapedine anche come cavedio tecnico. Prof. Filippo de Rossi 11/51

12 Pareti Ventilate OPACHE: descrizione e funzionamento In conclusione, una facciata ventilata opaca è utile (quando ben esposta e progettata): in presenza di elevati carichi termici estivi (esposizioni EST/OVEST), al fine di ridurre le rientrate termiche per irraggiamento. per proteggere le strutture murarie, principalmente in regime invernale, dall azione degli agenti atmosferici (asciugando anche eventuale condense). La giunzione tra le lastre del paramento esterno (pietra, pannelli metallici o ceramici), larghezza dell intercapedine, il regime di ventilazione che si instaura nella cavità, l intensità della radiazione solare sono parametri molto influenti sulla prestazione del sistema, per cui è necessaria una progettazione attenta alle specificità del contesto!!! Attenzione, l effetto camino rappresenta un concreto rischio per la propagazione di fiamme: Pertanto è raccomndato adoperare materiali (rivestimenti ed isolante termico, ignifughi e non infiammabili) Prof. Filippo de Rossi 12/51

13 Tetti ventilati: generalità La copertura rappresenta un elemento molto importante in un edificio. Oltre a costituire un importante elemento estetico di completamento del manufatto, dal punto di vista fisico-tecnico questa: - protegge dagli agenti atmosferici, - isola acusticamente, - ripara dalle dispersioni di calore in inverno e dalla irradiazione solare in estate, - deve consentire una corretta traspirabilità, fungendo da elemento igro-regolatore degli ambienti sottostanti. Per adempiere correttamente a tutte le funzioni cui è demandata, la copertura deve rispondere a precisi requisiti, che sono spesso trascurati, talvolta anche a discapito della salute degli abitanti della struttura. Uno dei requisiti spesso molto sottovalutato è la ventilazione. Prof. Filippo de Rossi 13/51

14 Tetti ventilati: generalità Il tetto ventilato è un avanzata tecnica di costruzione di tetti con isolamento termico in falda. È un sistema che garantisce ambienti salubri e maggior comfort abitativo; le caratteristiche fondamentali sono: sicurezza ventilazione traspirazione isolamento. Grazie alle sue caratteristiche, un tetto ventilato consente di ottenere un notevole risparmio sui costi energetici e sui costi di manutenzione. Esempio di Struttura 1. coppi 2. intercapedine ventilata 3. guaina impermeabile 4. strato isolante 5. barriera al vapore 6. strato portante del tetto Prof. Filippo de Rossi 14/51

15 Tetti ventilati: descrizione e funzionamento Alcuni dei numerosi vantaggi tecnico-funzionali apportati dalla ventilazione sono: INVERNO. Avviene lo smaltimento del vapore acqueo che tende dagli ambienti sottostanti a trasferirsi verso l'alto. La ventilazione impedisce il suo condensarsi sull'intradosso freddo delle tegole. INVERNO. Avviene una omogenea distribuzione dell energia termica che sale dall'alloggio evitando localizzati scioglimenti del manto nevoso. INVERNO. La ventilazione del tetto espelle ed asciuga eventuali infiltrazioni dovute alla concomitanza di forti piogge e vento o dal caratteristico assorbimento delle tegole. ESTATE. Tramite la ventilazione, si smaltisce la rientrata termica solare (analogamente a quanto visto nelle pareti ventilate opache). Ciò riduce il flusso termico dall esterno verso gli ambienti sottostanti. Prof. Filippo de Rossi 15/51

16 Tetti ventilati: descrizione e funzionamento ESTATE. Considerando una elevata temperatura del manto di copertura (l asfalto esposto al sole arriva anche oltre i 50 C) e una temperatura dell aria di 25 C, osserviamo il differente comportamento termico dopo alcune ore di irraggiamento di un tetto non ventilato ed un tetto ventilato isolati con uguale materiale coibente. Tetto non ventilato La copertura, riscaldata dall irraggiamento solare, trasmette energia termica al materiale coibente, che sebbene riduca la trasmissione del calore, è sottoposto a una significativa forzante (differenza di temperatura). La temperatura della superficie interna del tetto supera facilmente i 30 C. Tetto ventilato Temperatura interna del tetto non supera i C. L aria fresca che arriva dalla linea di gronda si riscalda nell intercapedine per effetto dell energia raggiante solare, diventa più leggera e fuoriesce dal colmo, sottraendo l energia termica accumulata dal materiale di copertura. Prof. Filippo de Rossi 16/51

17 Tetti ventilati: descrizione e funzionamento In entrambe le stagioni invernali ed estiva, la camera d aria, che consente la ventilazione del tetto e del sottomanto, favorisce lo smaltimento dell umidità mantenendo la salubrità del manto, riduce i costi di manutenzione ed accresce le prestazioni dell isolamento. TETTO VENTILATO IN LEGNO STRATI 1. Orditura 2. Tavolato/assito 3. Barriera al vapore 4. Isolamento termico 5. Listelli orditura verticale 6. Impermeabilizzazione 7. Listelli porta tegole 8. Tegole Fonte immagine: Prof. Filippo de Rossi 17/51

18 Tetti ventilati: descrizione e funzionamento VANTAGGI ESTIVI DEL TETTO VENTILATO Rapido smaltimento dell energia termica per effetto camino Barriera all irradiazione verso l interno Salvaguardia delle strutture del tetto (sottoposte a minori shock termici) Tetto non ventilato Tetto ventilato Prof. Filippo de Rossi 18/51

19 Tetti ventilati: descrizione e funzionamento VANTAGGI INVERNALI IN PRESENZA DI NEVE Minore accumulo di ghiaccio, con scioglimento distribuito Salvaguardia delle strutture in legno del tetto Barriera alle infiltrazioni verso l interno Tetto non ventilato Tetto ventilato Prof. Filippo de Rossi 19/51

20 Tetti ventilati: descrizione e funzionamento VANTAGGI INVERNALI Eliminazione dei fenomeni di condensa Maggiore durata degli elementi costruttivi del tetto Risparmio energetico Tetto non ventilato Tetto ventilato A causa delle basse temperature, nella struttura del tetto possono verificarsi fenomeni di condensa, causa di muffa, umidità e gocciolamenti. La circolazione garantisce che il materiale isolante rimanga asciutto, evitando la formazione di condensa. Prof. Filippo de Rossi 20/51

21 Pareti Ventilate e Tetti Ventilati: effetti sui bilanci energetici invernali/estivi In definitiva, rispetto al bilancio energetico di un edificio: Sì VANTAGGI No SVANTAGGI Funzionamento invernale: ( ) ( ) Q = Q + Q Q + Q η RISC,INVOL TRASMISS VENTIL ENDOGENI SOLARI UTILIZZAZ Parete asciutta Sì maggiore resistenza termica. (isolamento a cappotto senza ponti termici) Ventilazione intercapedine minori guadagni solari No Funzionamento estivo: ( ) ( ) Q = Q + Q Q + Q η RAFFRESC,INVOL ENDOGENI SOLARI TRASMISS VENTIL UTILIZZAZ Sì Ventilazione intercapedine minori rientrate termiche solari Prof. Filippo de Rossi 21/51

22 Coperture a verde: generalità Il tetto verde è un sistema tecnologico complesso, in cui lo strato vegetale è parte integrante della copertura. Una corretta progettazione consente numerosi vantaggi energetici ed ambientali: 1. in riferimento al microclima interno al singolo edificio. 2. per quanto concerne problematiche di più larga scala, quali ad esempio l impatto benefico sulla riduzione delle isole di calore urbane, la qualità dell aria, il sostegno al sistema di smaltimento acque reflue. Prof. Filippo de Rossi 22/51

23 Coperture a verde: generalità Il D.P.R. 59/2009, riportante le misure legislative definitive inerenti il contenimento della domanda energetica in edilizia, impone una obbligatoria attenzione agli aspetti estivi, sia al fine di contenere il surriscaldamento interno degli ambienti sia per limitare la domanda energetica da parte degli impianti di climatizzazione. Oltre alle misure inerenti la massa termica e la trasmittanza termica periodica, ai sistemi di schermatura, alle vetrate a controllo solare, alla ventilazione, il D.P.R. 59/2009 fa esplicito riferimento anche a soluzioni quali i TETTI VERDI. Prof. Filippo de Rossi 23/51

24 Coperture a verde: generalità Testualmente il D.P.R. riporta: 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. Tale tecnologia bioclimatica di copertura, in rapida diffusione soprattutto nell Europa centrale e settentrionale, sta iniziando ad essere applicata di frequente anche nelle nostre condizioni climatiche. Nelle prossime slides, saranno brevemente illustrate le principali caratteristiche tecniche ed energetiche. Prof. Filippo de Rossi 24/51

25 Coperture a verde: descrizione e funzionamento Al contrario delle pareti verdi, solitamente realizzate mediante crescita, più o meno spontanea, di rampicanti sulle pareti verticali di un edificio, i TETTI VERDI richiedono un attenta e consapevole progettazione. Oltre alle differenze tecnologiche, PARETI e TETTI VERDI si distinguono per il principio di funzionamento: 1. Le pareti verdi offrono un buon comportamento in regime estivo, soprattutto a causa della maggiore riflessione della radiazione solare. 2. I tetti verdi, sfruttano, invece, soprattutto massa inerziale ed evapo-traspirazione. Prof. Filippo de Rossi 25/51

26 Coperture a verde: descrizione e funzionamento Comunemente un tetto verde può essere realizzato con struttura vegetale: - MULTISTRATO - MONOSTRATO Nel caso di tecnologia multistrato, sono posti in serie 3 diverse funzioni (strato drenante, strato filtrante e substrato di vegetazione). Nel primo caso, lo strato vegetale è direttamente poggiato sull impermeabilizzazione antiradice del tetto Inverdimento 2. Miscela di substrato 3. Telo di filtraggio 4. Strato drenante 5. Feltro di protezione meccanica, Membrana impermeabilizzante, Separazione con geotessile 6. Isolamento termico 7. Barriera al vapore 8. Soletta in calcestruzzo su solaio strutturale Prof. Filippo de Rossi 26/51

27 Coperture a verde: descrizione e funzionamento Il monostrato, economico e di facile installazione, presenta problemi dovuti al drenaggio delle acque e alle possibili infiltrazioni. Oggi, la soluzione multistrato, pur richiedendo costi iniziali maggiori, consente prestazioni energetiche migliori, così come maggiore tenuta nel tempo del sistema. Il monostrato continua ad essere ampiamente usato nei climi dell Europa settentrionale, soprattutto in ambito extraurbano. Ai fini di questa prestazione, è comunque soluzione non di interesse applicativo. Ulteriore suddivisione possibile per le coperture a verde riguarda il tipo di vegetazione realizzata sul tetto pensile: - VERDE INTENSIVO - VERDE ESTENSIVO Il verde intensivo richiede maggiori oneri, sia per quanto riguarda i costi che la complessità delle opere di manutenzione, così come maggiori sono anche i costi dei substrati ed i carichi sollecitazionali (difficile installazione su edifici esistenti). Il verde estensivo richiede costi iniziali minori, minore spessore e pesi, costi di gestione ed oneri manutentivi più bassi. Prof. Filippo de Rossi 27/51

28 Coperture a verde: descrizione e funzionamento Un tetto verde determina, per quanto concerne gli scambi energetici edificio - ambiente in estate, effetti benefici sul microclima interno, dovuti principalmente a: Prato vegetazione intensiva Terreno di crescita 1. Elevata capacità termica indotta dal substrato terroso di coltura, che attenua e sfasa la trasmissione del calore dall esterno verso l interno. 2. Raffrescamento degli spazi interni, dovuto ai flussi energetici dall interno verso l esterno, forzati dall evaporazione dell acqua contenuta dal manto erboso (evaporative cooling). Strato di drenaggio Filtrazione Isolamento in polistirene Impermeabilizzazione Fonte: Altri vantaggi annuali concernono: - elevato potere fono-isolante del tetto; - filtraggio delle polveri; - protezione degli strati impermeabilizzanti; - minore carico sulla rete fognaria durante i picchi di pioggia. Prof. Filippo de Rossi 28/51

29 Coperture a verde: approfondimento sull evapo-traspirazione L evapotraspirazione è una grandezza fisica usata in agrometeorologia. Essa misura la quantità d'acqua (riferita all'unità di tempo) che dal terreno passa nell'aria allo stato di vapore per effetto congiunto della: 1. traspirazione, attraverso le piante, 2. dell'evaporazione, direttamente dal terreno. Prof. Filippo de Rossi 29/51

30 Coperture a verde: approfondimento sull evapo-traspirazione LE FOGLIE SONO COSTITUITE DAI SEGUENTI 4 TESSUTI PRINCIPALI 1. L'epidermide, che copre la superficie superiore ed inferiore. 2. Il mesofillo, costituito da parenchima a palizzata superiormente e uno lacunoso inferiormente (caratterizzato da ampi spazi intercellulari). 3. I fasci cribro-vascolari, e quindi i tubi che consentono il trasporto dei prodotti della fotosintesi fino ai siti di utilizzo o accumulo. 4. Gli stomi, che sono aperture microscopiche (presenti su tutte le parti erbacee delle piante) e soprattutto sulle foglie. Gli stomi hanno la funzione di mantenere lo scambio gassoso con l esterno. Prof. Filippo de Rossi 30/51

31 Coperture a verde: approfondimento sull evapo-traspirazione Evapotraspirazione e Stomi Prof. Filippo de Rossi 31/51

32 Coperture a verde: approfondimento sull evapo-traspirazione Resistenza all evapotraspirazione La gran parte della traspirazione foliare avviene attraverso gli stomi. In particolare: 1. Circa il 95% a livello stomatico 2. Circa il 5% a livello della cuticola. Prof. Filippo de Rossi 32/51

33 Coperture a verde: approfondimento sull evapo-traspirazione W traspirazione = ( C C ) WATER( FOGLIA) r s + r b WATER( ARIA) W traspirazione = velocità di traspirazione delle foglie, espressa in [moli m -2 s -1 ] C WATER(FOGLIA) = Concentrazione del vapore d acqua nella foglia, espresso in [moli / m 3 ] C WATER(ARIA) = Concentrazione del vapore d acqua nell aria, espresso in [moli / m 3 ] Somma delle resistenze dello strato-limite (r b ) e della rima stomatica (r s ), espresso in [s/m]. La resistenza, al passaggio del vapore d acqua, dello strato limite (r b ) è proporzionale al suo spessore. La resistenza stomatica (r s ) è regolata dall'apertura e chiusura degli stomi. Un tetto verde funziona quando vi è elevata evapo-traspirazione, che innesca un evaporative cooling della copertura. Pertanto, piante grasse e poca irrigazione non determinano ottimali prestazioni. Prof. Filippo de Rossi 33/51

34 Coperture a verde: approfondimento sull evapo-traspirazione Resistenza all evapotraspirazione Famiglia r smin [s/m] Succulente Conifere sempreverdi Piante decidue Erbe dall habitat ombreggiato Piante sempreverdi Desertiche e steppa Alberi da frutta decidui Graminacee Piante C Piante C Colture Erbe dall habitat aperto Piante acquatiche Prof. Filippo de Rossi 34/51

35 Coperture a verde: approfondimento sull evapo-traspirazione Resistenza all evapotraspirazione Napoli Prof. Filippo de Rossi 35/51

36 Coperture a verde: descrizione e funzionamento Comunemente il tetto giardino è impiegato, laddove la scelta è tecnologica e non estetica, per il miglioramento delle prestazioni energetiche estive. In realtà, quando il sistema è correttamente progettato, sono conseguibili benefici anche in inverno. In particolare, si tratta di una soluzione che prevede un elevato isolamento sottostante. Inoltre, lo strato vegetativo riduce l azione del vento e quindi il flusso termico dall interno verso l esterno. Dal prospetto 2 della Norma UNI Riscaldamento e raffrescamento degli edifici. Scambi di energia termica tra terreno ed edificio. Metodo di calcolo si desumono conduttività e capacità termica del suolo. Per la progettazione di coperture a verde, lo standard tecnico di riferimento è la norma UNI / 2007 Istruzioni per la progettazione, l'esecuzione, il controllo e la manutenzione di coperture a verde. Prof. Filippo de Rossi 36/51

37 Coperture a verde: effetti sui bilanci energetici invernali/estivi In definitiva, rispetto al bilancio energetico di un edificio: Sì VANTAGGI No SVANTAGGI Funzionamento invernale: ( ) ( ) Q = Q + Q Q + Q η RISC,INVOL TRASMISS VENTIL ENDOGENI SOLARI UTILIZZAZ Circa cm di terreno maggiore resistenza termica Sì Elevata capacità termica minori guadagni solari No Funzionamento estivo: ( ) ( ) Q = Q + Q Q + Q η RAFFRESC,INVOL ENDOGENI SOLARI TRASMISS VENTIL UTILIZZAZ Sì Elevata capacità termica ridotte rientrate termiche solari Massa termica umida e carica: elevato evaporative cooling diurno e radiative cooling notturno Sì Prof. Filippo de Rossi 37/51

38 Muri di Trombe: generalità Si tratta di un tipo di collettore solare a parete inventato negli anni '60 dal francese Felix Trombe e applicato per la prima volta in Odeillo nei Pirenei. E costituito da un muro massiccio (mattoni pieni, calcestruzzo) con una superficie esternamente annerita e protetta da una lastra a doppio vetro posta a 5-10 cm di distanza. La radiazione solare attraversa il vetro e riscalda il muro, il quale, grazie alla sua inerzia termica, accumula l energia assorbita e la diffonde con un certo ritardo all'interno degli ambienti. Prof. Filippo de Rossi 38/51

39 Muri di Trombe: descrizione e funzionamento La radiazione solare attraversa il vetro e riscalda il muro. Il vetro impedisce che il muro sia raffreddato dal vento, per convezione (stesso ruolo che ha il vetro a chiusura dei pannelli solari). Tra il muro e il vetro si forma dell'aria calda che può essere convogliata negli ambienti retrostanti attraverso delle aperture regolabili poste nella parte alta e bassa del muro. Prof. Filippo de Rossi 39/51

40 Muri di Trombe: descrizione e funzionamento L apertura delle feritoie poste sull infisso agisce anche sul deviatore di flusso. Le lastre di vetro sono di dimensioni ridotte per permettere un adeguata manutenzione; nel dettaglio, sono realizzate con vetro ad alta trasmittanza solare, per incrementare l effetto serra e di conseguenza anche l accumulo di energia. Il canale di ventilazione deve essere periodicamente controllato per verificare il perfetto funzionamento del sistema e l assenza di sporcizia e sostanza nocive. Il muro ad alta inerzia accumula l energia termica, che viene rilasciata gradualmente mantenendo costante la temperatura per molte ore. La pavimentazione galleggiante è il sistema integrato che permette di ottenere una buona circolazione d aria per riscaldare in modo uniforme l ambiente. Prof. Filippo de Rossi 40/51

41 Muri di Trombe: descrizione e funzionamento Da quando sono disponibili i materiali termoisolanti trasparenti, il muro Trombe è stato leggermente modificato: sulla superficie annerita del muro massiccio viene direttamente applicato il materiale trasparente e questo protetto da una lastra di vetro normale. Prof. Filippo de Rossi 41/51

42 Muri di Trombe: descrizione e funzionamento Per evitare il surriscaldamento estivo del muro, il materiale trasparente deve essere esternamente ombreggiato. A questo scopo viene spesso inserito, tra il vetro e lo strato termoisolante, un telo avvolgibile, oppure si dispone, all'esterno del vetro, un opportuno sistema di ombreggiatura. Analogamente a quanto vedremo per le pareti ventilate trasparenti, un sistema di griglie esterne sulla lastra di vetro (in basso ed in alto), può essere predisposto per raffreddare il muro in estate. Nelle ore notturne, sono invece aperte le griglie interne, in modo che l aria calda degli ambienti entri dalla parte alta nell intercapedine, si raffreddi lambendo il vetro e rientri nell edificio dalla parte bassa. Prof. Filippo de Rossi 42/51

43 Transparent Insulation Materials: generalità Come sopra accennato, oggi la ricerca scientifica e commerciale ha prodotto una nuova classe di materiali: I TIM (Transparent Insulation Materials). Tali materiali combinano le proprietà di alta trasmissione della radiazione solare con ottime prestazioni termiche, presentando una alta capacità termoisolante e una trasparenza alla radiazione solare paragonabile a quella di un vetrocamera. Prof. Filippo de Rossi 43/51

44 Transparent Insulation Materials: descrizione e funzionamento Tali materiali, pertanto, consentono notevoli risparmi energetici indotti dallo sfruttamento passivo dell energia solare, ma anche risparmio prodotto dalla minore trasmittanza termica usualmente alta per gli elementi trasparenti di involucro. I materiali isolanti trasparenti sono utilizzati, come componenti di involucro edilizio, principalmente in due modi: 1. come strato esterno di un muro opaco entro un sistema solare passivo (esempio, MURO DI TROMBE) al fine di ridurre al minimo le dispersioni di calore; 2. come componente trasparente, in sostituzione di vetrate, per migliorare le condizioni di illuminazione senza aumentare le dispersioni termiche e quindi i connessi consumi energetici. Prof. Filippo de Rossi 44/51

45 Transparent Insulation Materials: descrizione e funzionamento I TIM possono essere divisi in due categorie, in funzione della natura organica o inorganica del materiale che li costituisce: 1. Natura organica: i policarbonati (PC) o polimetilmetacrilati (PMMA) a nido d'ape. 2. Natura inorganica: gli aerogel e i composti silicei omogenei o granulari. Prof. Filippo de Rossi 45/51

46 Transparent Insulation Materials: descrizione e funzionamento POLICARBONATI AEROGEL Prof. Filippo de Rossi 46/51

47 Transparent Insulation Materials: descrizione e funzionamento Natura organica: I policarbonati (PC) o polimetilmetacrilati (PMMA) a nido d'ape. Questa tipologia di TIM sfrutta principalmente l'assemblaggio geometrico al fine di ottenere ottimali prestazioni termiche ed ottiche. Lo schema strutturale prevede disposizione, a file parallele o alternate, di tubicini a sezione circolare o retta, con dimensioni interne (lato o diametro) variabili tra i 2-3 mm. Cilindri e lastre cave hanno lunghezza non superiore ai 15 cm. La struttura a nido d'ape, invece, presenta lunghezze non superiori ai 10 cm. Le proprietà di isolamento termico dipendono dalla massa, dalle dimensioni dei tubicini, dalla sezione interna dei tubicini e dalle proprietà del materiale di base. Prof. Filippo de Rossi 47/51

48 Transparent Insulation Materials Natura inorganica: Si evidenziano le caratteristiche dell aerogel di silice, un materiale inorganico caratterizzato da una struttura porosa costituita da sfere di silice microscopiche. Questo aerogel può essere prodotto in lastre monolitiche di dimensioni pari a circa 50 cm * 50 cm, oppure sono disponibili materiali "sfusi" in forma granulare. L aerogel presenta una bassissima trasmittanza ed una trasparenza allo spettro solare superiore all'80%. Prof. Filippo de Rossi 48/51

49 Nuove tecnologie e legislazione Anche la Legislazione italiana inizia a spingere verso l uso di tali nuove tecnologie D.Lgs. 115/2008 Nel caso di edifici di nuova costruzione e riqualificazioni. il maggior spessore dei solai e tutti i maggiori volumi e superfici necessari ad ottenere una riduzione minima 10% dell EP i non sono considerati (NB con identificazione di spessori minimi e massimi) nei computi per la determinazioni dei volumi, delle superfici e nei rapporti di copertura. è permesso derogare in merito alle distanze minime tra edifici, alle distanze minime di protezione del nastro stradale, nonché alle altezze massime degli edifici. D.P.R. 59/2009 Tali prestazioni possono essere raggiunte, 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. Prof. Filippo de Rossi 49/51

50 Nuove tecnologie e legislazione Ma la normativa tecnica non è adeguata a risolvere compiutamente ed apprezzare l effetto benefico o negativo di tali tecnologie. Tetti Verdi. La UNI 11235:2007 Istruzioni per la progettazione, l'esecuzione, il controllo e la manutenzione di coperture a verde non consente una compiuta valutazione degli aspetti energetici. Tratta, infatti, solo regole di progettazione/istallazione. Serre Solari e Pareti Ventilate trasparenti. Una procedura di calcolo, generica per tutti i sunspaces, è contenuta nell appendice E della UNI EN ISO 13790, che propone 3 approcci, uno standard, uno conservativo ed uno dettagliato, per il calcolo del contributo radiativo dovuto alla presenza della serra. Indipendentemente dall approccio adottato, non si valuta la reale T dell ambiente serra o cavità della DSF. Pareti Ventilate Opache. Il recepimento italiano del pacchetto CEN, elaborato sotto il mandato M343, ed in particolare le UNI TS 11300, né le UNI 10375, 13786, UNI EN ISO e consentono una compiuta determinazione degli scambi termici attraverso componenti di involucro in cui si sfrutta l effetto camino quale strumento per ventilare cavità d aria interne alla muratura. Né l approccio totalmente stazionario della UNI 6946 può essere ritenuto valido. Prof. Filippo de Rossi 50/51

51 SONO PERTANTO NECESSARI METODI DI CALCOLO DETTAGLIATI, COME STRUMENTO DI VERIFICA E PROGETTAZIONE. Tali metodi: dettagliati, invece: Tetti Verdi. Contemplano congruamente l inerzia termica della struttura, lo sfasamento temporale e l attenuazione del flusso termico da essa indotti, l evapotraspirazione indotta da terreno e vegetazione, il rapporto di copertura a verde, la resistenza degli stomi, e tutti i parametri che concorrono a trasformare un carico radiativo in calore latente smaltito per evaporazione e fotosintesi. Serre Solari e Pareti Ventilate trasparenti. Valutano congruamente la temperatura all interno dello spazio solare, sia esso cavità della DSF o serra, valutando l innalzamento della T interna indotto dall effetto serra e dalle interflessioni radiative interne all ambiente. Pareti Ventilate Opache e Tetti Ventilati. Il principio di funzionamento è connesso in primo luogo allo stack effect interno all cavità areata. E pertanto, necessario contemplare l entità dell effetto camino, connesso a caratteristiche geometriche (altezza parete e larghezza cavità), costruttive (materiali adoperati, inerzia, dimensione e posizione delle aperture) e climatiche (ventosità, temperature ed irradiazione) della parete ventilata e del luogo di installazione. Prof. Filippo de Rossi 51/51