ShadecalC Software è finalizzato al calcolo del parametro tecnico del fattore solare totale g tot ai fini delle detrazioni fiscali del 65% (rif. Legge 190/14).
Introduzione: Ambiente, sostenibilità ed energia sono temi primari nell agenda politica dei paesi dell Unione Europea. Entro il 2012 infatti l emissione di gas serra in Europa dovrebbe ridursi dell 8% rispetto ai livelli del 1990, in accordo al Protocollo di Kyoto. Gli edifici sono i maggiori consumatori di energia in Europa: il 40% circa dell energia primaria totale è utilizzata per la costruzione e la gestione degli stessi. Molto più che per trasporti ed industria. Ciò spiega perché la Commissione Europea ha istituito la Direttiva 91/2002/CE, relativa alla Performance Energetica degli Edifici (EPDB). Questa Direttiva stimola gli Stati Membri a perseguire, con ogni strumento a disposizione, il risparmio, l efficienza energetica degli edifici e la riduzione dei gas serra, per ridurre il consumo d energia più del 20%. Oggi gli architetti prediligono la trasparenza, ma le grandi superfici vetrate costituiscono i punti deboli dell edificio, a causa Domanda energetica finale nei principali settori in Europa (dati estratti dal del surriscaldamento estivo. Se a Libro Verde sull Efficienza Energetica della Commissione Europea) ciò sommiamo i cambiamenti climatici e le maggiori esigenze di comfort legate al più elevato tenore di vita, risulta che la climatizzazione estiva degli edifici è diventata una delle maggiori voci di consumo energetico che ormai caratterizzano il nostro Paese e l Europa intera. Impianti di condizionamento e semplici ventilatori rendono il periodo estivo fortemente energivoro, determinando una cronica instabilità del sistema energia, e quindi un pericoloso rischio black-out. Proiezioni sul consumo nel settore civile in Italia per impieghi (elaborazione su dati del Ministero dello sviluppo economico, Enea, Istat e Terna) Negli ultimi decenni l attenzione maggiore verso l isolamento termico degli edifici ha prodotto una riduzione dei consumi per riscaldamento (cosa assolutamente positiva), ma ultimamente, a causa dei cambiamenti climatici e delle maggiori esigenze di comfort, la climatizzazione estiva degli edifici è diventata una delle maggiori voci di consumo energetico che ormai caratterizzano il nostro Paese e l Europa intera. E quindi chiaro che lo sviluppo di nuove tecnologie di controllo dei parametri climatici, nonché il miglioramento delle modalità applicative delle tecniche esistenti, per esempio attraverso l integrazione con meccanismi passivi di raffrescamento o moderni sistemi di schermatura solare, sono sempre più aspetti chiave di una progettazione tesa a conciliare il conseguimento degli standard di comfort desiderati e l ottenimento di una buona efficienza energetica. - 2 -
Le schermature solari rivestono quindi un enorme importanza nell economia energetica di un edificio. Una schermatura solare deve essere correttamente dimensionata prendendo in considerazione sia il periodo invernale che quello estivo. È dunque necessario progettare tali sistemi di ombreggiamento in relazione alla latitudine e alle condizioni specifiche del contesto. L ottimizzazione del comportamento passivo dell edificio in estate e in inverno comporta una riduzione del carico termico da surriscaldamento mediante l utilizzo di sistemi di controllo della radiazione solare, l efficienza dei quali dipende dalla tipologia del materiale utilizzato, dalla posizione e dalla adattabilità alla variabilità della luce cui sono esposte. All interno della vasta gamma di sistemi di schermatura, prima di applicare qualsiasi tipo di sistema, va fatta una scelta appropriata che tenga conto di alcuni parametri quali: la localizzazione dell edificio, il suo orientamento, la tipologia edilizia e costruttiva e le misure integrate per il raffrescamento, il riscaldamento e l illuminazione naturale, adottate in fase di progetto. Il controllo solare ha quindi un importanza fondamentale sull efficienza energetica di un edificio, e per questo è necessario soffermarsi anche sulla necessità della valutazione energetica, ed in particolare del comportamento estivo degli edifici. Mentre molti Stati hanno da tempo definitivo un preciso quadro normativo nazionale, in Italia il legislatore ha emanato, seppur con ritardo, il Decreto Legislativo del 19.08.2005, n. 192, successivamente integrato e corretto dal Decreto Legislativo del 29.12.2006, n.311. Il decreto di modifica, tuttavia, non ha ancora esteso l attenzione del legislatore ad una valutazione globale che includa anche il fabbisogno dovuto alla climatizzazione in periodo estivo. Per il momento ci si limita a chiedere la valutazione e l installazione di sistemi schermanti solo per certe categorie di edifici. Il Decreto chiarisce che la schermatura solare non deve essere fissa ma regolabile, cioè utilizzabile dinamicamente al variare delle condizioni energetiche e luminose:... sistemi che, applicati all'esterno di una superficie vetrata trasparente permettono una modulazione variabile e controllata dei parametri energetici e ottico luminosi in risposta alle sollecitazioni solari. Infine, in presenza di schermature solari esterne, si prescrive al professionista di allegare, insieme ai documenti che certificano la qualificazione energetica dell'edificio, la documentazione attestante il rispetto dell'obbligo di marcatura CE, come previsto dalle norme EN UNI 13561 e 13659. - 3 -
Istruzioni per l uso: UNICMI (Unione Nazionale delle Industrie, delle Costruzioni Metalliche, dell Involucro e dei Serramenti) e la sua divisione ASSITES (Associazione Italiana Tende, Schermature Solari e Chiusure Tecniche Oscuranti), ha avviato con forza la riflessione e le iniziative volte a valorizzare l importante ruolo delle schermature solari per il risparmio energetico degli edifici tra cui anche l inserimento degli interventi di installazione delle schermature solari tra quelli di riqualificazione energetica detraibili al 65%. Di questa strategia dell associazione fa parte anche il software ShadeCalc finalizzato proprio ad agevolare gli operatori di mercato ad ottemperare agli obblighi previsti per l accesso ai benefici fiscali del 65% in relazione all installazione di schermature solari (rif. Legge 190/14).. Shade Calc è stato interamente elaborato e sviluppato dall arch. Sergio Fabio Brivio, attualmente vicepresidente FINCO, anche grazie alla collaborazione fornitagli in passato da una Commissione di lavoro di ASSITES costituitasi ad hoc per approfondire il ruolo delle Schermature Solari al risparmio energetico. ShadeCalc è un software-calcolatore che permette ad un operatore del settore (architetto, ingegnere, produttore, installatore, distributore, ) di valutare l efficacia di un particolare sistema di schermatura, tramite il calcolo del g tot, cioè il fattore solare globale del sistema vetro-schermo, ottenibile con ogni tipologia di schermatura. Attualmente esistono sul mercato vari software più o meno complessi, che possono essere distinti in due categorie: software calcolatori e software simulatori. I primi si basano sul calcolo di precisi parametri termici, ottici o energetici, mentre i secondi (molto più costosi e articolati) permettono di simulare ampie e complicate situazioni, richiedendo d altra parte conoscenze e capacità progettuali approfondite. La strada per incrementare l efficienza è però spesso limitata ad un solo aspetto, in quanto molti programmi sono pensati ed impostati per rispondere a problematiche specifiche. Anche i dati immessi ed i risultati variano considerevolmente nei diversi programmi: modelli semplici forniranno risultati non sufficienti alla risoluzione di problematiche generali del caso studio, ma potranno fornire un primo aiuto al progettista per una progettazione di massima e per la scelta di specifiche soluzioni al posto di altre. ShadeCalc si colloca nella prima categoria, ed è in grado di calcolare rapidamente la riduzione dei guadagni solari tramite l utilizzo di diverse tipologie di schermi solari: interni, integrati, esterni ed aggettanti. Analizzando la variazione del fattore solare con e senza schermo solare, il software mostra quanta energia si può risparmiare utilizzando i diversi dispositivi di oscuramento. È stato infatti provato che le schermature solari fanno risparmiare energia, soprattutto attraverso la riduzione dell utilizzo dei condizionatori in estate. Il software non è distribuito tramite i classici canali commerciali, ma è messo a disposizione degli operatori su piattaforma web attraverso il collegamento al sito di UNICMI www.unicmi.it. Ciò consente un aggiornamento continuo del database dei prodotti, subito dopo l uscita di nuovi tessuti o materiali. In questo modo l operatore avrà a disposizione sempre nuovi dati e parametri coi quali lavorare. ShadeCalc si basa sulle norme tecniche relative alle schermature solari (EN 410, EN 10077, EN 13363, EN 14500, EN 14501), che sarà possibile aggiornare direttamente in rete, in caso di uscita di nuove disposizioni. Per quanto riguarda il funzionamento, il software prende in considerazione tre tipologie di schermaure solari: tende interne (a lamelle, in tessuto), esterne (a lamelle, a caduta/a proiezione) ed integrate nelle vetrate isolanti (a lamelle, in tessuto),. Per ogni tipologia di schermatura solare vengono calcolati i principali parametri ottici ed energetici, che permettono di confrontare e valutare gli effetti delle moltissime soluzioni disponibili. In questo modo, a seconda delle esigenze di efficienza energetica e visibilità richieste, è più facile valutare l efficacia di un sistema rispetto ad un altro. In particolare viene calcolato il parametro fattore solare gtot la cui dichiarazione è obbligatoria ai fini dell accesso alle detrazioni fiscali del 65%. - 4 -
Manuale d uso: Il software ha un interfaccia molto semplice ed intuitiva, che permette di scegliere e cambiare i parametri molto velocemente. L unica (e fondamentale) differenza tra la versione liberamente fruibile in linea e quella utilizzabile previa registrazione, è la possibilità di salvare i calcoli eseguiti e stampare un report completo delle simulazioni effettuate on line. La schermata iniziale è la seguente: Tale videata offre la possibilità di scelta della tipologia di installazione tra tenda esterna, integrata ed interna. Alla sommità della pagina si trova sempre il tasto che permette di tornare alla schermata iniziale, con le tre opzioni principali di scelta. Scegliendo l opzione tenda esterna ci si trova di fronte ad un ulteriore possibilità di scelta fra tre tipologie: tenda a lamelle (veneziane con inclinazione di 45 e 90, cioè parzialmente aperte e completamente chiuse), tenda a caduta (tende a rullo verticali) e tenda a proiezione. Scegliendo invece le opzioni tenda integrata e tenda interna, le possibilità di scelta tipologica sono due: tende a lamelle (veneziane con inclinazione di 45 e 90 ) e tende in tessuto (tende a rullo verticali). - 5 -
Schermi esterni Tenda esterna a lamelle: I parametri fondamentali che si devono sempre inserire prima di effettuare il calcolo del fattore solare sono quelli relativi alla tipologia di vetro e di schermo. La scelta della vetrata può essere fatta tra quattro tipologie, considerate di riferimento dal legislatore all interno delle norme tecniche (Allegato A Vetri di riferimento UNI EN 14501): - vetro singolo da 4 mm chiaro, - vetro doppio chiaro (4+12+4) con aria, - vetro doppio chiaro basso emissivo (4+16+4) con argon, - vetro doppio riflettente basso emissivo (4+16+4) con argon. Le caratteristiche ottico-energetiche di ogni tipologia sono sintetizzate nella striscia superiore di ogni schermata relativa ai vari sistemi. Qui troviamo il fattore solare del vetro, la trasmissione e la riflessione energetica e visiva, oltre alla trasmittanza termica. Nel riquadro sottostante sono invece sintetizzate le caratteristiche relative al solo sistema schermante, che in questo caso è una tenda alla veneziana. Ogni volta che viene scelta una particolare tipologia di lamella presente nel database, nella schermata appaiono i parametri energetici ed ottici relativi: - assorbimento, riflessione e trasmissione energetica con lamelle a 90 (chiuse), - assorbimento, riflessione e trasmissione energetica con lamelle a 45, - assorbimento, riflessione e trasmissione visiva con lamelle a 90, - riflessione e trasmissione visiva con lamelle a 45, - fattore d apertura della lamella (OF: openess factor). Una volta scelti il vetro e lo schermo, il software calcola istantaneamente i seguenti parametri: - fattore solare totale g tot con lamelle a 45, - fattore solare totale g tot con lamelle a 90, - trasmissione solare (energetica) con lamelle a 45, - trasmissione solare (energetica) con lamelle a 90, - trasmissione luminosa (visiva) con lamelle a 45, - trasmissione luminosa (visiva) con lamelle a 90, - fattore di trasmissione di calore secondario qi,tot con lamelle a 45, - fattore di trasmissione di calore secondario qi,tot con lamelle a 90. Il parametro fondamentale, che permette di fare valutazioni importanti sul risparmio energetico derivante dall utilizzo di un particolare dispositivo di schermatura solare, è sicuramente il fattore solare totale (g tot 45 /90 ), o meglio il confronto tra quello relativo al solo vetro (Gv) e quello totale derivante dalla combinazione di vetro e schermo (parametri evidenziati in verde nella figura sottostante). Ovviamente è possibile anche fare valutazioni di tipo luminoso e visivo, confrontando il parametro Tv derivante da diverse scelte schermanti. Tutti i valori ottenuti si basano su formule matematiche desunte da modellizzazioni e prove di laboratorio, che si trovano nelle norme tecniche precedentemente citate. Il tasto CALCOLA permette di resettare i parametri relativi ad una tipologia schermante e calcolarne di nuovi, riguardanti un altro tipo di lamella di cui si vogliono studiare le performance. Il tasto SALVA E STAMPA permette di salvare su pc i dati calcolati e di stampare il report di sintesi delle simulazioni che più interessano, per poter confrontare in ogni momento le performance dei sistemi scelti. Queste opzioni sono disponibili solamente effettuando la registrazione gratuita direttamente sul sito internet della associazione (www.assites.it/shadecalc). - 6 -
Tenda esterna a caduta e a proiezione: Anche in questo caso i parametri fondamentali che si devono inserire prima di effettuare il calcolo del fattore solare g tot sono quelli relativi alla tipologia di vetro e di schermo. Le vetrate utilizzabili per la simulazione sono le medesime del caso precedente, e anche dei seguenti. Le caratteristiche ottico- energetiche delle quattro tipologie (fattore solare del vetro, trasmissione e riflessione energetica e visiva, trasmittanza termica) sono sintetizzate nella striscia superiore della schermata. Nel riquadro sottostante sono invece sintetizzate le caratteristiche relative al solo sistema schermante, che in questo caso è una tenda in tessuto verticale. Ogni volta che viene scelta una particolare tipologia di tessuto presente nel database, nella schermata appaiono i parametri energetici ed ottici relativi: - assorbimento, riflessione e trasmissione energetica, - riflessione e trasmissione visiva, - fattore d apertura del tessuto (OF: openess factor), - peso del tessuto (g/m 2 ). Una volta scelti il vetro e il tipo di tessuto, il software calcola istantaneamente i seguenti parametri: - fattore solare totale g tot, - trasmissione luminosa (visiva) totale, - fattore di trasmissione di calore secondario qi,tot, - trasmissione solare (energetica) totale del sistema. - 7 -
Anche per i tessuti il parametro fondamentale è il fattore solare totale (g tot ), o meglio il confronto tra quello relativo al solo vetro (Gv) e quello totale derivante dalla combinazione di vetro e schermo (parametri evidenziati in rosso nella figura sottostante). Ovviamente è possibile anche fare valutazioni di tipo luminoso e visivo, confrontando il parametro Tv derivante da diverse scelte schermanti. I tasti a fondo pagina hanno le stesse funzioni viste nel caso precedente. / a proiezione Il caso della tenda a proiezione esterna è leggermente più complicato rispetto ai precedenti, in quanto, per un analisi rigorosa, sarebbe necessario tenere conto di ulteriori ulteriori parametri oltre alla tipologia di vetro e di tessuto (per esempio l angolo di proiezione della tenda e la località in cui avviene la simulazione). Le norme tecniche (EN 13363 ed EN 14500) prevedono metodo di valutazione del fattore solare totale g tot per tende a proiezione con inclinazione inferiore ai 30 assimilandole a tende a caduta verticale. mentre per le tende con inclinazione da 30 a 90 (sporto orizzontale) non vengono fornite indicazioni normative. Ai fini delle detrazioni fiscali del 65% - in un ottica di semplificazione e al fine di utilizzare un metodo di calcolo normato - si ritiene pertanto valido estendere alle tende con inclinazione da 30 a 90 i risultati ottenuti nell ipotesi di tende con inclinazione da 0 a 30. - 8 -
Schermi integrati Come già accennato in precedenza, per le tende integrate le possibilità di scelta tipologica sono due: tende a lamelle (veneziane con inclinazione di 45 e 90 ) e tende in tessuto (tende a rullo verticali). I dati di input sono i medesimi del caso esterno, mentre i risultati di calcolo dal software riguardano il solo fattore solare (G tot). La normativa, per le tende integrate, non prevede il calcolo degli altri parametri energetici e visivi. - 9 -
Schermi interni Tra gli schermi interni troviamo due tipologie: tende a lamelle (inclinate di 45 e 90 ) e tende a caduta verticale in tessuto. L interfaccia, i dati di input e i parametri calcolati sono i medesimi del caso esterno. Quindi si scelgono il tipo di vetro e di schermo e si ottengono i seguenti dati: fattore solare (g tot ), trasmissione energetica (Te) e visiva (Tv), fattore di trasmissione di calore secondario q i,tot. Per le tende in tessuto si ottiene un solo valore per parametro, mentre per le lamelle si hanno due parametri a seconda dell inclinazione (45 o 90 ). - 10 -
Conclusioni: Attualmente in molti paesi europei sta emergendo il problema del risparmio energetico in fase estiva, che nei nostri climi temperati ha un peso prioritario e non è trascurabile neanche nei climi più freddi. L importanza del raffrescamento è un problema emergente ed attuale, collegato alla crescita della richiesta, in questi ultimi anni, di miglioramento della qualità ambientale che comporta la diffusione, sempre più estesa, degli impianti di condizionamento. Cercare di limitare, per quanto più possibile, l uso dell energia attraverso l adozione di dispositivi di schermatura solare che cerchino di assicurare uno stato di benessere termico e visivo accettabile all interno dell edificio, è un compito al quale i progettisti oggi non possono più sottrarsi. Le strategie che consentono di realizzare un controllo naturale del surriscaldamento degli ambienti interni nei periodi caldi (senza ricorrere alla climatizzazione meccanica) sono essenzialmente attribuibili all inerzia termica delle superfici esterne, alla ventilazione naturale degli ambienti ed alla protezione dell edificio dall irraggiamento solare. Laddove il raffrescamento passivo non è sufficiente per raggiungere adeguati livelli di comfort, e si ricorre alla climatizzazione artificiale, è necessario ottimizzare il modo d uso dell impianto e la progettazione dei sistemi schermanti. È infatti dimostrato che le schermature solari possono contribuire ampiamente alla diminuzione dei consumi energetici necessari al condizionamento, tramite la riduzione del carico massimo e della domanda annuale di energia. Lo strumento di simulazione ShadeCalc offre un efficace aiuto per l analisi dell efficacia dei sistemi di protezione solare, tramite lo studio di parametri fondamentali per il controllo solare, ai fini delle detrazioni fiscali del 65%. L analisi del fattore solare di un sistema finestrato in combinazione con dispositivi interni o esterni di schermatura solare permette di arrivare ad alcune considerazioni generali molto importanti. Dall analisi dei calcoli è possibile fare un riepilogo dei più importanti risultati: - La posizione dei dispositivi di schermatura è un aspetto fondamentale per il controllo del flusso solare all interno degli ambienti, e quindi nella percentuale di riduzione della domanda di raffrescamento (50-60%). - Gli schermi interni mostrano i valori più alti di fattore solare, mentre quelli esterni sono circa due volte più efficienti rispetto ad essi. Gli schermi esterni hanno un potenziale più elevato per la riduzione dei carichi di raffrescamento e dei guadagni solari indesiderati, poichè il calore assorbito dal dispositivo di schermatura è principalmente dissipato nell aria esterna. Per gli interni il calore assorbito contribuisce invece al surriscaldamento dell ambiente interno. - Nel caso di veneziane, l inclinazione delle lamelle, e in secondo luogo il colore, hanno un importanza rilevante nella variazione del fattore solare, e nella conseguente diminuzione del fabbisogno di raffrescamento estivo. - Nel caso delle tende in tessuto, ciò che ne influenza il comportamento sono i parametri energetici di trasmissione, riflessione ed assorbimento, i quali dipendono dal colore della tenda, dal tipo di materiale, dal fattore di apertura del tessuto e dal suo peso. - Tutti i dispositivi di schermatura esterni sono efficienti in estate e penalizzanti in inverno, mentre i dispositivi interni sono meno efficienti in estate e poco penalizzanti in inverno. Da qui il ricorso ad un sistema doppio di schermatura: - schermo esterno con funzione di modulazione termica e visiva per l estate, con o senza l ausilio di dispositivi interni per il controllo dell abbagliamento; - schermo interno con sola funzione di controllo visivo per la stagione invernale, quando i guadagni solari sono ben accetti. - I sistemi esterni hanno il potenziale di ridurre sostanzialmente la domanda di condizionamento negli ambienti (sia il carico massimo che la domanda totale). - Il sistema schermante contribuisce all isolamento termico delle chiusure trasparenti, soprattutto durante le notti invernali, quando non è necessario l utilizzo dei dispositivi con funzione di controllo solare. Quando il flusso di calore si inverte, come capita in inverno o nelle nottate estive, il dispositivo di schermatura funge da strato isolante, creando un intercapedine d aria chiusa che riduce la trasmittanza termica laddove si hanno le maggiori perdite (chiusure trasparenti e zone di connessione tra muratura ed infisso). - 11 -
I risultati delle simulazioni dipendono non solo dalla tipologia di schermo adottato, ma anche da alcune condizioni al contorno scelte. In particolare si evidenzia quanto segue: - la trasmissione solare diretta e totale del vetro scelto, influiscono sul fattore solare totale del sistema associato finestra-schermo, e quindi sul bilancio energetico dell edificio. - la quantità di radiazione solare incidente su un sistema finestrato e le temperature esterne dipendono dalla località (e quindi dal clima) in cui è situato l edificio, ma anche dall orientamento e dall esposizione delle facciate. - la grandezza della superficie vetrata, e la sua percentuale rispetto all intera facciata, influisce sul carico massimo e sulla domanda totale di raffrescamento. Normativa tecnica per dispositivi di protezione solare (schermature solari): - UNI EN 410: 2000 Vetro per edilizia - Determinazione delle caratteristiche luminose e solari delle vetrate. - UNI EN ISO 10077.1: 2007 Prestazione termica di finestre, porte e chiusure - Calcolo della trasmittanza termica - Metodo semplificato. - UNI EN ISO 10077.2: 2004 Prestazione termica di finestre, porte e chiusure - Calcolo della trasmittanza termica - Metodo numerico per i telai. - UNI EN 12216: 2001 Chiusure oscuranti, tende esterne ed interne; terminologia, glossario e definizioni. - UNI EN 13363.01: 2004 Dispositivi di protezione solare in combinazione con vetrate; calcolo della trasmittanza totale e luminosa, metodo di calcolo semplificato. - UNI EN 13363.02: 2006 Dispositivi di protezione solare in combinazione con vetrate; calcolo della trasmittanza totale e luminosa, metodo di calcolo dettagliato. - UNI EN ISO 13561: 2004 Tende esterne, requisiti prestazionali compresa la sicurezza (in obbligatorietà della marcatura CE). - UNI EN ISO 13659: 2004 Chiusure oscuranti, requisiti prestazionali compresa la sicurezza (in obbligatorietà della marcatura CE). - UNI EN 13120: 2004 Tende interne, requisiti prestazionali compresa la sicurezza (in obbligatorietà della marcatura CE). - UNI EN 14500: 2006 Tende e chiusure oscuranti, benessere termico e visivo, test e metodi di calcolo. - UNI EN 14501: 2006 Tende e chiusure oscuranti, benessere termico e visivo, caratteristiche prestazionali e classificazione. - ISO/DIS 15099 Performance termiche di finestre, porte e dispositivi di schermatura; calcolo dettagliato. - 12 -