Ing. GIUSEPPE DESOGUS - LABORATORIO INTEGRATO DI PROGETTAZIONE TECNOLOGICA PRESTAZIONI COMPONENTI TRASPARENTI. 2

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI CAGLIARI FACOLTÁ DI ARCHITETTURA Lezioni del Laboratorio integrato di progettazione tecnologica 2017-18 Modulo Tecnologie innovative per l Architettura PRESTAZIONI E SCELTA DEI COMPONENTI TRASPARENTI DELL INVOLUCRO Docente: Ing. GIUSEPPE DESOGUS

ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA Edifici aggressivi o edifici difensivi? La scelta fra l uno o l altro tipo dipende da alcuni fattori che possono essere così schematizzati: Quando l orientamento di una facciata dell edificio è compreso tra ± 25 rispetto al sud, si può optare per una forma aggressiva, dotando la facciata di elementi vetrati, trasparenti o opachi, che catturino l energia solare; Se per vari motivi (orientamento non ottimale, problemi di sicurezza o rumore) non è possibile realizzare una facciata tipica di un edificio aggressivo, allora bisogna cercare di sopperire alla mancanza di apporto energetico solare riducendo le dispersioni (basso rapporto superficie/volume, alto potere isolante dell involucro, eliminazione dei ponti termici). Una forma aggressiva non dovrebbe mai essere scelta per una facciata esposta a nord che non beneficia dell irraggiamento solare, o esposta ad est od ovest, che presentano problemi di surriscaldamento. Un edificio aggressivo può costare molto di più di un edificio difensivo. Le superfici vetrate con opportune caratteristiche termiche possono costare tre volte le chiusure verticali opache. Se l efficacia delle tecniche solari passive permesse dall approccio aggressivo non è sicura, i tempi di ritorno in termini di costi e benefici ambientali posso incrementare notevolmente.. 2

ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA L irraggiamento su superfici con differente esposizione Diverso angolo di incidenza del sole nel periodo invernale e in quello estivo. 3

ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA L irraggiamento su superfici con differente esposizione Irradiazione solare giornaliera media mensile su superfici con diverso orientamento. Andamento teorico per lat 40 N attraverso vetro chiaro. Irradiazione solare giornaliera media mensile su superfici con diverso orientamento. Valori reali per la città di Cagliari (Fonte: UNI 10349).. 4

ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA L effetto combinato dell irraggiamento solare e della temperatura dell aria. Temperatura fittizia per sup orizzontale Temperatura fittizia per facciata sud 70,00 70,00 60,00 60,00 50,00 50,00 40,00 40,00 30,00 Tf ( C) 30,00 Tf ( C) Ta ( C) 20,00 20,00 Ta ( C) 10,00 10,00 0,00 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Effetto combinato della temperatura dell aria e dell irraggiamento solare (temperatura fittizia) su una superficie con diversi orientamenti e coefficiente di assorbimento della radiazione solare pari a 0,8. Dati climatici di un giorno estivo per la città di Cagliari.. 5

ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA L effetto combinato dell irraggiamento solare e della temperatura dell aria. Temperatura fittizia per facciata ovest Temperatura fittizia per facciata est 70,00 70,00 60,00 60,00 50,00 50,00 40,00 40,00 30,00 Tf ( C) 30,00 Tf ( C) Ta ( C) 20,00 20,00 Ta ( C) 10,00 10,00 0,00 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Effetto combinato della temperatura dell aria e dell irraggiamento solare (temperatura fittizia) su una superficie con diversi orientamenti e coefficiente di assorbimento della radiazione solare pari a 0,8. Dati climatici di un giorno estivo per la città di Cagliari.. 6

ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA Facciate sud (± 25 ) Nelle condizioni climatiche mediterranee è possibile incrementare la superficie captante dell energia solare (superfici vetrate o muri di Trombe e similari) non oltre il 50% della superficie complessiva; Parte delle superfici vetrate possono essere sostituite con altre captanti, se l eccesso di trasparenza crea altri problemi (assenza di privacy, sicurezza, rumori etc..); Ottimizzare la distribuzione degli spazi interni; Mantenere comunque elevata le proprietà isolanti della facciata, per evitare la dispersione dell energia accumulata; Utilizzare dispositivi in grado di diminuire la trasmittanza delle superfici vetrate durante la notte (schermi, avvolgibili etc..); Garantire adeguata ventilazione agli spazi interessati dal guadagno solare diretto; Evitare le schermature non desiderate che ombreggino la facciata (vegetazione, edifici prospicienti etc..); Utilizzare pavimenti con alta capacità termica negli ambienti interessati dal guadagno solare diretto.. 7

ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA Facciate Nord Avere una superficie vetrata sufficiente a garantire le condizioni minime di illuminamento naturale (FLD=2%); La capacità isolante deve essere aumentata del 20% rispetto alla facciata sud; In caso di presenza di venti dominanti invernali dai quadranti settentrionali è necessaria la perfetta tenuta all aria della facciata, per evitare l infiltrazione di aria fredda che aumenterebbe notevolmente il carico necessario per il riscaldamento; Evitare aperture sovradimensionate; Proteggere la facciata con schermature vegetali o di altro tipo, che la riparino dai venti freddi e riducano la dispersione per irraggiamento durante il periodo invernale; Realizzare facciate ventilate per ridurre la possibilità di formazione di condensa.. 8

ESPOSIZIONE, FORMA E DISTRIBUZIONE INTERNA Le facciate est ed ovest Avere il tipo di schermatura appropriata per l orientamento; Gli ambienti con questa esposizione dovrebbero beneficiare della ventilazione naturale; Se è inevitabile creare delle superfici vetrate utilizzare, se possibile, vetri con caratteristiche termiche adatte (vetri a bassa emissività a controllo solare) Ridurre comunque al minimo la superficie vetrata.. 9

LE PRESTAZIONI TERMICHE DELL INVOLUCRO TRASPARENTE IL VETRO Il vetro come materiale per l involucro edilizio ha assunto negli ultimi anni una grande rilevanza legata soprattutto all edilizia del settore terziario, le cui tendenze architettoniche sembrano prediligere sempre più ampie (se non integrali) facciate trasparenti. Queste scelte esaltano al tempo stesso le potenzialità e le criticità d elemento in vetro. La visione verso e dall esterno ha un evidente impatto psicologico. Accanto a ciò bisogna però considerare una maggiore esposizione alle sollecitazioni climatiche esterne, come ad esempio alle fredde temperature invernali e alla radiazione solare estiva. In questo senso una progettazione energeticamente efficiente dovrebbe portare ad un dimensionamento della superficie trasparente basato sulle effettive necessità visive e di guadagno solare durante la stagione fredda. 10

LE PRESTAZIONI TERMICHE DELL INVOLUCRO TRASPARENTE IL VETRO IN EDILIZIA Il primo uso del vetro in architettura risale all età imperiale romana. Esempi di vetro come chiusura dell involucro edilizio sono stati trovati in alcune ville a Pompei e in Inghilterra. L applicazione nella zona più settentrionale dei domini romani non è casuale e testimonia come si avesse già conoscenza del miglioramento delle prestazioni termiche dell'involucro nei climi freddi ottenibile con l'inserimento del vetro. Il vetro nel Medioevo viene completamente trascurato nelle residenze e l uso rimane limitato agli edifici di culto per scopi principalmente artistici. Viene reintrodotto nelle residenze solamente nel 400 in Italia, ma impiegherà più di tre secoli per affermarsi definitivamente almeno nelle case delle persone più abbienti. Negli ultimi anni il vetro come materiale per l involucro edilizio ha assunto una grande rilevanza legata soprattutto all edilizia del settore terziario, le cui tendenze architettoniche sembrano prediligere sempre più ampie (se non integrali) facciate trasparenti. Queste scelte esaltano al tempo stesso le potenzialità e le criticità d elemento in vetro. Alla semplice visione dall interno verso l esterno è stata sostituita la completa trasparenza dall esterno verso l interno. Ciò ha un evidente impatto psicologico e di percezione dell oggetto architettonico, ma comporta una maggiore esposizione alle sollecitazioni climatiche esterne, come ad esempio alle fredde temperature invernali e alla radiazione solare estiva. In questo senso una progettazione energeticamente efficiente dovrebbe portare ad un dimensionamento della superficie trasparente basato sulle effettive necessità visive e di guadagno solare durante la stagione fredda. 11

LE PRESTAZIONI TERMICHE DELL INVOLUCRO TRASPARENTE I VETRI AD ALTE PRESTAZIONI I vetri ad alte prestazioni devono essere scelti a seconda della necessità di riscaldare l edificio in inverno o di evitare il surriscaldamento d estate. Non esiste un vetro che risolve entrambi i problemi. I vetri a isolamento termico migliorano le prestazioni invernali dell edificio. Quelli solar control le prestazioni estive. 12

LE PRESTAZIONI TERMICHE DELL INVOLUCRO TRASPARENTE I VETRI AD ALTE PRESTAZIONI La conformazione dei vetri ad isolamento termico e di quelli a controllo solare è abbastanza simile. Entrambi sono vetri composti (almeno vetri doppi con intercapedine) su una faccia dei quali viene realizzato un deposito metallico basso emissivo. Per i vetri ad isolamento termico il deposito è in faccia 3, mentre per i vetri a controllo solare il deposito è in faccia 2. 13

LE PRESTAZIONI TERMICHE DELL INVOLUCRO TRASPARENTE CONFRONTO FRA VETRI A ISOLAMENTO TERMICO E SOLAR CONTROL 14

LE PRESTAZIONI TERMICHE DELL INVOLUCRO TRASPARENTE I SERRAMENTI TRADIZIONALI MEDITERRANEI 15

LE PRESTAZIONI TERMICHE DELL INVOLUCRO TRASPARENTE I SERRAMENTI TRADIZIONALI MEDITERRANEI Affidare al solo vetro, per quanto tecnologicamente avanzato, il compito di regolare gli scambi energetici tra interno ed esterno non è una scelta vincente. Come più volte ripetuto le strategie energetiche migliori sono quelle dinamiche, che si adattano in maniera intelligente alle mutevoli condizioni climatiche, sfruttandone appieno gli aspetti positivi e minimizzando quelli negativi. I vetri da questo punto di vista non sono assolutamente adattabili, eccezion fatta per tecnologie ancora sperimentali come i vetri termocromici o elettrocromici, che esulano dagli obiettivi di questo laboratorio. Per quanto sofisticato sia un vetro, un basso fattore solare, ad esempio, è sempre costante e se da un lato può garantire una protezione dal surriscaldamento, dall altro riduce drammaticamente il guadagno solare durante l inverno diminuendo l efficienza energetica dell intero edificio. Una schermatura solare ben progettata invece ha un comportamento dinamico: scherma il sole quando non serve (estate) e lo lascia passare quando porta beneficio (inverno). Ovviamente deve essere accuratamente progettata e devono essere attentamente valutati tutti i possibili aspetti negativi (ad esempio la riduzione del fattore di luce diurna). L architettura tradizionale offre sempre esempi interessanti in tema di adattamento degli elementi costruttivi alle condizioni climatiche. La persiana mediterranea non fa eccezione. L anta esterna realizzata con lamelle inclinate, ed in alcuni casi ruotabile verticalmente nella parte inferiore, permette al contempo la schermatura dal sole e il passaggio dell aria per la ventilazione naturale durante la stagione estiva. Durante l inverno, invece, gli scuri interni incardinati sul telaio mobile dell anta vetrata consentono di diminuire la trasmittanza termica durante la notte mentre l apertura completa delle persiane consente di massimizzare il guadagno solare di giorno. 16

LE PRESTAZIONI TERMICHE DELL INVOLUCRO TRASPARENTE PRESTAZIONI GLOBALI DEI SERRAMENTI 17

LE PRESTAZIONI TERMICHE DELL INVOLUCRO TRASPARENTE PRESTAZIONI GLOBALI DEI SERRAMENTI Da quanto esposto finora risulta evidente come i serramenti siano la sede principale degli scambi energetici e materiali tra l ambiente interno e quello esterno e per questo motivo devono assolvere a funzioni che diventano sempre più articolate e delicate. A titolo di esempio si citano solo alcuni requisiti che i serramenti ormai devono possedere: Isolamento termico Isolamento acustico Trasparenza alla luce e ottimizzazione delle condizioni di benessere visivo interno Oscurabilità quando richiesto Trasparenza alla radiazione termica infrarossa durante l inverno Schermatura della radiazione termica infrarossa durante l estate Impermeabilità all aria in assenza di condizioni di comfort esterne Permeabilità controllata all aria per garantirne il rinnovo e per raffreddare naturalmente l edificio quando possibile Impermeabilità all acqua ed alla polvere Durabilità, facilità di manutenzione e pulizia È quindi chiaro che un edificio che voglia definirsi sostenibile non può prescindere da una corretta progettazione delle aperture dell involucro. L elevata complessità delle funzioni cui devono assolvere rende sempre più difficile attribuire ad un solo elemento costruttivo tutti i requisiti richiesti ed è inevitabile che i serramenti siano destinati a trasformarsi in sistemi sempre più articolati, costituiti da parti differenti ognuna con funzioni specifiche (ventilazione, schermatura, trasparenza, isolamento etc..). 18

DETTAGLI COSTRUTTIVI Leggere la sezione dell infisso a battente 19

DETTAGLI COSTRUTTIVI Sezioni di infissi: 1 - telaio fisso e telaio mobile 20

DETTAGLI COSTRUTTIVI Sezioni di infissi: 2 - le battute 21

DETTAGLI COSTRUTTIVI Sezioni di infissi: 3 - il taglio termico 22

DETTAGLI COSTRUTTIVI Leggere la sezione dell infisso scorrevole 23

DETTAGLI COSTRUTTIVI Sezioni di infissi: 1 guida fissa e ante a scorrere 24

DETTAGLI COSTRUTTIVI Sezioni di infissi: 2 le spazzole di tenuta 25

DETTAGLI COSTRUTTIVI Sezioni di infissi: 3 il taglio termico 26

DETTAGLI COSTRUTTIVI La correlazione con l involucro opaco 27