Schermature solari per edifici a basso
consumo energetico
FEBBRAIO 2012
Edizione 1
Come persiane e avvolgibili riducono il fabbisogno energetico degli edifici e come
ne migliorano il comfort termico e visivo
Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
MEMBRI DEL COMITATO TECNICO ES-SO
Presidente: Hervé LAMY (SNFPSA)
Ralf BAUR (ITRS)
Richard BEUHORRY (SNFPSA)
David BUSH (BBSA)
Jean-Paul CLEMENT (SNFPSA)
Alberto DANIELI (ASSITES)
Yvon DEBIEZ (SNFPSA)
Gonzague DUTOO (SNFPSA)
Pascal NORDE (SNFPSA)
Gabriele TRÖSCHER (ITRS)
Copyright © ES-SO, 2012
Le richieste delle autorizzazioni per copiare parte di questo manuale devono essere indirizzate a:
ES-SO vzw
Naessenslaan 9
B-1860 Meise, Belgio
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Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
Cover page credits: Somfy, Warema, Mermet, Ferrari
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Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
PREMESSA
Argomento di questo opuscolo è la schermatura solare, la sua influenza sul bilancio e sul consumo
energetico di un edificio. Giacché gli edifici sono responsabili del 40% circa del consumo primario
complessivo di energia in Europa, è cresciuta la pressione per aumentare la loro efficienza energetica. Il
risparmio potenziale è enorme: oggi non è raro trovare edifici che consumano più di 250 kWh/m² a, mentre
negli edifici moderni la tecnologia di ultima generazione mostra dati ben sotto i 100 kWh/m² a. Molti paesi
stanno lavorando sulla normativa che limiterà l’utilizzo massimo di energia a 50 kWh/m² a entro il 2015 o
poco oltre. Allo stesso tempo, la tecnologia della casa Passiva e Attiva sta guadagnando quote di mercato e
il Parlamento Europeo ha affermato che vorrebbe tutti i nuovi edifici a energia prossima allo zero, dal 2019
in poi.
Con “schermatura solare” indichiamo tutte le tecniche volte a limitare l'ingresso di un’eccessiva quantità di
energia solare; esse spaziano dagli alberi da ombra alle tende da sole fisse, fino alle tende e alle persiane
completamente automatizzate. Le condizioni climatiche esterne - luce e calore - cambiano costantemente
durante la giornata. Ecco perché, in questo opuscolo, viene sottolineata l’importanza dei sistemi
automatizzati di schermatura solare (tapparelle, tende da sole, persiane, ecc.) per poter ottenere un effetto
ottimale.
Il controllo dell'ingresso del calore solare e della luce avrà una notevole efficacia sul fabbisogno energetico
di un edificio, come dimostreremo. Tuttavia, la schermatura solare costituisce solamente uno degli
elementi dell'involucro dell'edificio, insieme a vetri, infissi, pareti, tetti e pavimenti. Per ottenere una
protezione solare automatizzata in grado di ridurre il consumo energetico, la scelta del sistema migliore
deve avvenire nella fase iniziale di progettazione del processo di costruzione. Molti sono i fattori da
prendere in considerazione, dal clima esterno all'ambiente circostante, l'orientamento dell'edificio così
come il profilo dell'utente e molti altri ancora. La fisica delle costruzioni mostrerà come agisce ciascuno di
tali fattori. Il software per la simulazione degli edifici può quantificare questi effetti. Dal momento che gli
architetti si muoveranno verso edifici a 'energia quasi uguale a zero’, il maggior numero di strati di
isolamento termico può facilmente provocare il surriscaldamento in condizioni estive. Una schermatura
dinamica diventerà quindi un elemento essenziale nel concetto dell’edificio.
Gli impianti di schermatura solare vanno installati da professionisti: l'esperienza mostra come, in fase di
installazione, si debbano evitare errori al fine di garantire i risultati attesi. A volte, i sistemi di
schermatura esterna vengono considerati come i mattoni e il calcestruzzo del rivestimento dell'edificio: non
si presta loro particolare attenzione. Ma i sistemi con parti in movimento necessitano di assistenza.
Questi e altri aspetti verranno tratti in questo opuscolo. Il nostro augurio è che lo troviate interessante.
Peter Winters
Presidente
ES-SO, the European Solar-Shading Organization
www.es-so.com
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Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
INDICE
I. INTRODUZIONE
II. PRINCIPI BASILARI
II.1. Differenti tipi di radiazioni
II.2. Radiazioni solari
II.3. Influenza della posizione del sole
II.4. Raggi infrarossi a onda lunga
II.5. Influenza delle radiazioni sui materiali
III. CARATTERISTICHE TERMICHE E VISIVE DI TENDE E PERSIANE
III.1. Trasmittanza termica (valore U)
III.2. Trasmittanza totale dell’energia solare gtot (fattore solare)
III.2.1. Generale
III.2.2. Metodo di calcolo semplificato: EN 13363-1
III.2.3. Metodo di calcolo dettagliato: EN 13363-2
III.3. Trasmittanza τv della luce
III.3.1. Generale
III.3.2. Metodo di calcolo semplificato: EN 13363-1
III.3.3. Metodo di calcolo dettagliato: EN 13363-2
III.4. Confronto tra il calcolo semplificato e quello dettagliato
IV. COME TENDE E PERSIANE RIDUCONO IL FABBISOGNO ENERGETICO DI UN EDIFICIO
IV.1. Lo strumento “Textinergie®”
IV.1.1. Cos’è il Textinergie®?
IV.1.2. Influenza della posizione
IV.1.3. influenza dell’orientamento
IV.2. Guida ES-SO e REHVA
IV.2.1. Stoccolma
IV.2.2. Madrid
V. COME TENDE E PERSIANE MIGLIORANO IL COMFORT VISIVO E TERMICO DI UN EDIFICIO
V.1. Influenza delle persiane sul comfort estivo
V.2. Influenza delle schermature solari sul comfort visivo
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I. INTRODUZIONE
La schermatura solare rappresenta un elemento chiave per il miglioramento dell’efficienza energetica e
della gestione della luce diurna degli edifici già esistenti e per l’ottimizzazione dei progetti a basso consumo
energetico di quelli nuovi. Questa tecnologia è ancora sottoutilizzata, nonostante fornisca un forte
impatto sulla riduzione del consumo energetico dell'ambiente costruito, migliorando al contempo il
comfort termico e visivo degli occupanti.
Infatti, i dispositivi per la protezione solare consentono di regolare le proprietà delle finestre e delle
facciate in base alle condizioni climatiche e alla necessità degli occupanti. Una corretta gestione di tali
sistemi può quindi massimizzare i guadagni termici solari in inverno - riducendo quindi i carichi termici - e
minimizzali in estate - riducendo quindi i carichi di raffreddamento, fornendo contemporaneamente un
buon comfort visivo agli occupanti.
Per effettuare la giusta scelta in termini di prodotti e gestione della facciata, quando si progetta un nuovo
edificio o ci si appresta a operare su uno già esistente, è necessario prendere in considerazione le
caratteristiche dei dispositivi di schermatura solare. Tali prodotti, infatti, influiscono sul livello di isolamento
della facciata, sulla sua trasmittanza solare e su quella visiva. Di conseguenza, è necessario trovare il miglior
equilibrio tra tutte queste caratteristiche sulla base delle proprietà dell’edificio, della sua ubicazione e del
suo orientamento.
Questa guida tecnica ha lo scopo di fornire le conoscenze fondamentali per comprendere come vengano
valutate le caratteristiche delle schermature solari e quali siano le proprietà fisiche coinvolte nella
trasmissione delle radiazioni solari. Si basa, principalmente, sui metodi di calcolo previsti dalle normative
europee.
Vengono inoltre presentati esempi di simulazioni effettuate in Europa che mostrano l'impatto
della schermatura solare sui carichi energetici degli edifici.
Nonostante sia destinata all’utilizzo principalmente da parte di produttori e installatori di schermature
solari, questa guida sarà utile anche ai progettisti e agli ingegneri che si occupano di energia.
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II. PRINCIPI BASILARI
Questo capitolo mostra alcuni elementi di base dei diversi tipi di radiazioni da prendere in considerazione
nella performance dei dispositivi di schermatura solare e la posizione del sole. Viene illustrato, inoltre,
come si comporta un materiale quando è colpito da tali radiazioni.
II.1. Differenti tipi di radiazioni
Le persone sono esposte a una grande varietà di radiazioni che possono essere naturali o artificiali. Le
radiazioni hanno lunghezze d'onda differenti (vedere Figura 1).
FIGURA 1 – CLASSIFICAZIONE DELLE VARIE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IN BASE ALLA LORO LUNGHEZZA
D’ONDA
Un dispositivo per la protezione solare è interessato da questi due tipi di radiazione:
•
•
La radiazione solare con lunghezza d'onda tra 280 nm e 2500 nm; essa è suddivisa in tre
parti: onda UV, visibile e infrarosso corto. Questa radiazione viene emessa dal sole (vedere II.2).
L’infrarosso lungo, con lunghezza d'onda compresa tra 2500 nm e 10000 nm, dovuto al livello di
temperatura di un materiale (ad esempio un calorifero o qualsiasi superficie calda). Questa
radiazione appartiene agli infrarossi che rientrano nell’intervallo non visibile (vedere II.4).
II.2. Radiazioni solari
Il sole produce una quantità enorme di energia (66 milioni di W/m²), che viene trasmessa alla terra per
irraggiamento. Solo una piccola parte di tale energia raggiunge l'atmosfera (circa 1300 W/m²).
Approssimativamente il 15% di questa radiazione viene assorbito dall'atmosfera ed emanato in tutte le
direzioni sotto forma di radiazione diffusa. Circa il 6% viene riflesso nello spazio. La parte restante (79%)
viene inviata direttamente al suolo attraverso l’atmosfera.
Di conseguenza, l'energia della radiazione solare che colpisce il suolo è ben inferiore a quella al limite
dell'atmosfera. Si ritiene, generalmente, che l'energia che raggiunge il suolo in condizioni di cielo blu
limpido sia di circa 1000 W/m².
Quindi, prendendo in considerazione un dispositivo di schermatura solare, è necessario suddividere la
radiazione incidente globale in tre parti (vedere Figura 2).
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•
•
•
La radiazione diretta, che è la radiazione solare
né assorbita né riflessa dall’atmosfera,
La radiazione diffusa, che è la parte di
radiazione solare assorbita dall’atmosfera ed
emessa in tutte le direzioni
La radiazione riflessa, che corrisponde alla
riflessione della radiazione diretta e diffusa sul
terreno.
FIGURA 2 – PARTI INCIDENTI DELLA RADIAZIONE SOLARE
Questa radiazione è raggruppata in tre sezioni principali che formano lo Spettro Solare:
•
•
•
Raggi ultravioletti (UV): da 250 nm a 380 nm; questi
raggi sono invisibili all'occhio umano e potrebbero
risultare pericolosi in caso di
sovraesposizione. Invecchiano i materiali e
danneggiano superfici e colori.
Raggi visibili: da 380 nm (violetti) a 780 nm (rosso),
questi raggi sono rilevati dalla retina umana e
consentono la vista di forme, rilievi e colori.
Raggi infrarossi a onda corta (IR): da 780 nm a 2500
nm, questi raggi sono invisibili, ma sono percepiti
sottoforma di calore.
FIGURA 3 – IRRADIANZA SPETTRALE A LIVELLO DEL MARE PER LO SPETTRO SOLARE
La “potenza” di una radiazione è rappresentata dalla sua irradianza (in W/m²); per una data lunghezza
d’onda è definito irradianza spettrale (in W/m².nm). Nella Figura 3 viene mostrata la distribuzione
dell’irradianza spettrale dello spettro solare a livello del mare.
II.3. Influenza della posizione del sole
L’irraggiamento solare dipende, inoltre, dalla posizione del sole
nel cielo (altitudine e azimuth). Tale posizione varia nell’anno e
durante il giorno (vedere Figura 4); e dipende anche dalla
latitudine.
La Figura 5 mostra l’irraggiamento su una superficie verticale in
estate (21 giugno) e in inverno (21 dicembre). Dal momento che
questi grafici sono stati calcolati con un cielo senza nuvole e
senza prendere in alcun modo in considerazione gli edifici
circostanti, il livello indicato può essere considerato come
l’irradiazione massima che una superficie verticale possa
ricevere.
FIGURA 4 – POSIZIONE DEL SOLE NEL CIELO
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Queste cifre si riferiscono a una latitudine di 50° N. Ad altre latitudini, tali cifre saranno diverse. Tuttavia, in
Europa, lo schema generale è lo stesso.
FIGURA 5 – IRRADIAMENTO PER UNA SUPERFICIE VERTICALE NORD, EST, OVEST E SUD A 50° N DI LATITUDINE
(FONTE:GUIDA ES-SO & REHVA)
Si può notare che:
•
•
•
Le facciate esposte a nord ricevono il livello minore d’irraggiamento solare. In estate solamente una
piccola quantità di radiazioni solari colpisce la superficie verticale al mattino presto e a sera tardi.
Le facciate orientate verso est e ovest mostrano uno schema simmetrico: la superficie a est riceverà la
maggior parte delle radiazioni prima di mezzogiorno, mentre quella a ovest la riceverà nel
pomeriggio. Si può vedere come l'irradiazione sia massima quando è costituita dalla parte della
radiazione diretta. Dopo mezzogiorno per la facciata a est, e prima di mezzogiorno per quella a ovest, la
radiazione è composta principalmente dalla parte diffusa proveniente dal cielo. Questo è il motivo per
cui è minore.
Le facciate esposte a sud ricevono l’irraggiamento solare quasi per tutto il giorno. Ecco perché è
fondamentale massimizzare le superfici vetrate da questo lato, al fine di ottimizzare il guadagno solare
che potrebbe entrare nell’edificio in inverno e proteggere le facciate in estate, per evitare il
surriscaldamento. A causa della bassa quota del sole, è possibile osservare come l’irraggiamento sia
maggiore in inverno che in estate. In questo caso è importante garantire agli utenti dell’edificio anche
la protezione dai raggi solari.
II.4. Raggi infrarossi a onda lunga
Tutti i materiali emettono continuamente radiazioni sotto forma di energia, in tutte le direzioni. Mentre lo
spettro solare comprende radiazioni a lunghezza d'onda breve emesse a varie temperature, la radiazione
termica è composta principalmente da raggi infrarossi a onda lunga emessi a basse temperature.
In pratica, questo significa che un materiale irradiato dalla radiazione solare si riscalda ed emette
radiazioni a onda lunga nella zona circostante. Tali radiazioni poi riscaldano i materiali nelle vicinanze, che
ancora una volta emettono radiazioni, e così via.
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Un calorifero costituisce un perfetto esempio di materiale che emette radiazioni infrarosse a onda
lunga. Qualsiasi materiale riscaldato dalla radiazione solare si comporta come una specie di calorifero.
La capacità di un materiale di emettere questo tipo di radiazione è data dalla sua emissività (vedere
II.5). Quando un materiale non ha aperture risulta opaco agli infrarossi a onda lunga. Pertanto, i muri e le
vetrate non consentono la trasmissione di questo tipo di radiazione, quindi il calore viene mantenuto
nella stanza; questo è noto come"effetto serra".
II.5. Influenza delle radiazioni sui materiali
Quando irradia una superficie (per esempio: vetro, tessuto o listelli), la radiazione incidente si divide in tre
parti (vedere Figura 6):
•
•
•
Una parte che viene trasmessa attraverso il
materiale; caratterizzata dalla trasmittanza τ, il
rapporto tra flusso trasmesso e flusso incidente.
Una parte che viene riflessa dal materiale;
caratterizzata dalla riflettenza ρ, il rapporto tra
flusso riflesso e flusso incidente.
Una parte che viene assorbita dal materiale, che è
caratterizzata dall’assorbanza α
Così che τ + ρ + α = 100%
FIGURA 6 – COMPORTAMENTO DI UNA RADIAZIONE A CONTATTO CON UN MATERIALE
Per una data radiazione incidente E, la radiazione trasmessa è uguale a τ x E, la radiazione assorbita ad
α x E e quella riflessa a ρ x E.
Trasmittanza, riflettenza e assorbanza costituiscono le caratteristiche specifiche dei materiali. Con un
tessuto, per esempio, tali valori dipenderanno principalmente dal tipo di materiale, dall’apertura del
tessuto e dal colore.
Dipende, inoltre, dalla lunghezza d’onda della radiazione solare. È possibile misurare tali proprietà per la
lunghezza d’onda specifica (per esempio per 250, 260, 270, ecc.). Questi valori vengono chiamati “dati
spettrali”.
Tuttavia, essi sono spesso definiti per:
•
Lo spettro solare completo, cioè da 250 nm a 2500 nm (vedere Figura 3). Tali proprietà sono
identificate dal pedice "e" (per "energetico" o "solare"): τe, ρe e αe
• La parte visibile dello spettro, cioè da 380 nm a 780 nm. In questo caso, tali caratteristiche vengono
utilizzate per calcolare le proprietà visive del prodotto (in particolare la trasmittanza della luce) e
sono identificati dal pedice "v" (per "visibile"): τv, ρv e αv,
• La radiazione a raggi infrarossi a onda lunga, cioè da 2500 nm a 10000 nm. Questi valori
sono necessari per il calcolo dettagliato di alcune delle caratteristiche termiche dei prodotti.
Essi sono identificati dal pedice "IR": τir, ρir e dall’emissività ε (in questo caso l'emissività è
uguale a αir).
In questo caso vengono chiamati “dati integrati”.
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NOTA In tutti i casi, la relazione tra trasmittanza, assorbanza e riflettenza è disciplinata dalle seguenti
formule generiche:
• 1 = τe + ρe + αe per lo spettro solare completo
• 1 = τv + ρv + αv per la parte visibile dello spettro solare
• 1 = τIR + ρIR + ε per le radiazioni a raggi infrarossi a onda lunga
In pratica, per caratterizzare il materiale sono necessari due soli valori (ad es. τe e ρe oppure τIR e ε).
Va inoltre notato che una radiazione viene trasmessa
in due modi. La trasmittanza τ comprende:
Trasmittanza diretta, dichiarata come τn-n, per
cui la radiazione non è influenzata dal
materiale,
e
Trasmittanza diffusa, indicata con τn-dif, che
corrisponde alla diffusione della radiazione in
ogni direzioni da parte del materiale (vedere
Figura 7).
FIGURA 7 – TRASMITTANZA VISIVA DIRETTA E DIFFUSA
La somma della parte di trasmittanza diretta e di quella diffusa è uguale al valore totale: ad es. τv,n-n + τv,n-dif =
τv.
Infine, riflettenza e assorbanza possono dipendere anche dai lati del prodotto, ad esempio in caso di
rivestimento o differenza di colore. Possono quindi essere necessari due valori: ρ e ρ', corrispondenti, ad
esempio, alle due facce di un tessuto.
La Figura 8 illustra le caratteristiche del materiale di persiane o tende (tessuto, stecche o asticelle)
necessarie per un calcolo dettagliato delle proprietà termiche e visive del prodotto. Queste cifre non
tengono in considerazione le caratteristiche del vetro, anch’esse necessarie. Questa parte viene trattata in
dettaglio nei capitoli III.2 e III.3.
FIGURA 8 – ILLUSTRAZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL MATERIALE
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Queste caratteristiche vengono misurate secondo la Norma Europea EN 14500 "Tende e persiane - Comfort
termico e visivo - Metodi per i test e i calcoli".
III. CARATTERISTICHE TERMICHE E VISIVE DI TENDE E PERSIANE
Il capitolo precedente ha presentato le proprietà della radiazione solare e il modo in cui questa viene
modificata dal materiale delle persiane o delle tende. In questo
capitolo verrà identificato come vengono stabilite
le caratteristiche visive e termiche dei prodotti di schermatura
solare.
III.1. Trasmittanza termica (valore U)
Il valore U (indicato con Uw) rappresenta le perdite termiche che
passano attraverso una finestra. Per una singola finestra (con una
tenda o una persiana in posizione retratta), questo coefficiente
dipende dal valore U del vetro (Ug) e del telaio (Uf), e dal
collegamento tra vetro e telaio (Ψg).
Viene calcolato secondo la norma europea EN ISO 10077-1
secondo la seguente formala:
Minore è il valore di Uw, migliore sarà l’isolamento della finestra. Un valore U viene dato in W/m².K.
FIGURA 9 – ILLUSTRAZIONE DEL VALORE UW
Un dispositivo di schermatura solare esteso davanti a una finestra introduce uno spazio aereo ulteriore
caratterizzato da un’altra resistenza termica indicata con ∆R (in m2.K/W). Il valore ∆R viene calcolato
secondo la norma europea EN 13125 e dipende principalmente dalla permeabilità all'aria del
dispositivo e dalla resistenza termica della tenda (indicata con Rsh).
Secondo la norma EN 13125, la permeabilità all’aria di una persiana o di una tenda va calcolata tenendo in
considerazione gli interstizi periferici della tenda (vedere Figura 10).
FIGURA 10 – CALCOLO DELL’ETOT SECONDO L’EN 13125
Per le tende esterne e interne, la norma EN 13125 prende in considerazione anche le aperture che possono
essere presenti nella schermatura (il fattore di apertura di un tessuto, per esempio). Il criterio di
permeabilità all'aria viene quindi espresso dalla seguente formula:
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Pe = etot + 10p
dove etot viene calcolato secondo la Figura 10 e p costituisce il rapporto tra area totale dell’apertura e area
totale della tenda.
Le seguenti tabelle forniscono le formule fissate dalla norma EN 13125 per il calcolo del valore ∆R di
persiane, tende esterne e interne, e tende a mezzo-vetro.
TABELLA 1 – CALCOLO DI ∆R DELLE PERSIANE
Permeabilità all’aria molto elevata (etot > 35 mm)
∆R = 0,08 m².K/W
Permeabilità all'aria elevata (15 mm < etot ≤ 35 mm)
∆R = 0,25.Rsh + 0,09
Permeabilità all'aria media (8 mm < etot ≤ 15 mm)
∆R = 0,55.Rsh + 0,11
Permeabilità all'aria bassa (etot ≤ 8 mm)
∆R = 0,8.Rsh + 0,14
Permeabilità all'aria molto bassa (etot ≤ 3 mm ed e1+ e3=0 oppure e2+ e3=0 )
∆R = 0,95.Rsh + 0,17
TABELLA 2 - CALCOLO DI ∆R DELLE TENDE ESTERNE
∆R = 0,08 m².K/W
Permeabilità all’aria elevata e molto elevata (Pe ≥ 35 mm)
Permeabilità all'aria media (8 mm ≤ Pe < 35 mm)
∆R = 0,11 m².K/W
∆R = 0,14 m².K/W
Permeabilità all'aria bassa (Pe < 8 mm)
TABELLA 3 - CALCOLO DI ∆R DELLE TENDE INTERNE E A MEZZO-VETRO
Permeabilità all’aria elevata e molto elevata (Pe ≥ 80 mm)
∆R = 0,08 m².K/W
Permeabilità all'aria media(20 mm ≤ Pe < 80 mm)
∆R = 0,11 m².K/W
∆R = 0,14 m².K/W
Permeabilità all'aria bassa (Pe < 20 mm)
L’effetto della resistenza termica aggiuntiva di una persiana o di una tenda è dato dalla seguente formula:
Uws=1/[(1/Uw)+∆R]
Questa formula è definita dalla norma EN ISO 10077-1. Per una data finestra, può essere utilizzata per
valutare il miglioramento del valore U di una finestra fornita di una tenda o di una persiana in posizione
estesa. La Tabella 4 fornisce esempi di calcolo per tre diversi valori di ∆R e tre diversi tipi di finestra. I valori
∆R presi in considerazione sono:
0,08 m².K/W, per esempio una tenda esterna molto permeabile,
0,15 m².K/W, per esempio una persiana avvolgibile in alluminio,
0,25 m².K/W, per esempio una persiana avvolgibile a tenuta d’aria.
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TABELLA 4 – ESEMPIO DI CALCOLO DI UWS
Uws (W/m².K)
Fattore di miglioramento
Finestra a vetro singolo
Uw = 4,90
∆R (m².K/W )
0,08
0,15
0,25
3,52
2,82
2.20
28,2% 42,4% 55,1%
Finestra a doppio vetro
Uw = 1,8
∆R (m².K/W )
0,08
0,15
0,25
1,57
1,42
1,24
12,6% 21,3% 31,0%
Finestra a doppio vetro
Uw = 1,2
∆R (m².K/W )
0,08
0,15
0,25
1,09
1,02
0,92
8,8% 15,2% 23,0%
Da questi esempi è possibile notare come, in tutti i casi, le persiane o le tende abbassano il valore U della
finestra (Uws < Uw), riducendo quindi le perdite di calore in presenza di una temperatura fredda all’esterno.
Naturalmente l'efficacia della persiana o della tenda è maggiore quando la finestra ha una bassa
prestazione: in caso di vetro singolo il valore di U si dimezza; mantiene, però, ancora una buona efficacia
per una finestra ad alte prestazioni: una tenda a tenuta d'aria ridurrà ulteriormente del 23% il valore U di
una finestra a doppio vetro con un valore Uw di 1,2 W/m².K (il che significa una finestra con un vetro con
Ug = 1,0 W/m². K) del 23%.
III.2. Trasmittanza totale dell’energia solare gtot (fattore solare)
III.2.1. Generale
La trasmittanza totale di energia solare, chiamata anche fattore solare, rappresenta la parte del flusso
incidente che viene trasmessa all’interno di una stanza.
g è il fattore solare del vetro da solo. gtot è il fattore solare dell’associazione tra un vetro e un dispositivo di
schermatura solare.
Il valore di g o gtot è compreso tra 0 e 1: 0 indica che nella stanza non
viene trasmessa alcuna radiazione e 1 indica la trasmissione di tutta la
radiazione.
Il valore g del solo vetro viene determinato con il metodo di
calcolo indicato nella norma EN 410.
Esistono due metodi per calcolare il gtot di un dispositivo di
schermatura solare associato a un vetro:
•
•
o un metodo semplificato indicato nella norma EN 13363-1,
o un metodo dettagliato indicato nella norma EN 13363-2.
Entrambi i metodi utilizzano le proprietà del vetro e del materiale del quale è costituito il dispositivo di
schermatura solare - tessuto, assicelle o listelli - come mostrato in II.5.
III.2.2. Metodo di calcolo semplificato: EN 13363-1
La norma EN 13363-1 fornisce un metodo semplificato per valutare il valore di gtot; tale calcolo prende in
considerazione il valore U e il valore g del vetro, e la trasmittanza e la riflettenza energetiche del dispositivo
di schermatura solare.
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Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
La norma specifica come lo scarto del calcolo semplificato, rispetto ai valori esatti, rientri nel range
compreso tra +0,10 e -0,02. È quindi vivamente consigliato utilizzare il metodo di calcolo dettagliato
(vedere III.2.3) per determinare i vantaggi del guadagno solare e del comfort termico.
Il vantaggio di questa norma è che il calcolo può essere effettuato agevolmente senza l’ausilio di uno
strumento di calcolo.
Infatti, le formule da utilizzare sono le seguenti:
• Per una tenda esterna o una persiana:
Con G1 = 5 W/m².K ; G2 = 10 W/m².K e
•
Per una tenda interna:
Con G2 = 30 W/m².K e
•
Per una tenda a mezzo-vetro:
Con G3 = 3 W/m².K e [formula]
In tutte queste equazioni:
τe indica la trasmittanza solare della tenda o della persiana
ρe indica la riflettenza solare della tenda o della persiana
αe indica l’assorbenza solare della tenda o della persiana
g indica il fattore solare del vetro
Ug indica la trasmittanza termica del vetro
G1, G2 e G3 indicano i valori fissi definiti dalla norma
con 1 = τe + ρe + αe (vedere II.5)
Va osservato che tali formule possono essere applicate solamente qualora la trasmittanza e la riflettenza
solari dei dispositivi di schermatura solare risultino comprese nei seguenti intervalli:
0 ≤ τe ≤ 0,5 e 0,1 ≤ ρe ≤ 0,8
e con il requisito aggiuntivo che il fattore solare g del vetro sia compreso tra 0,15 e 0,85.
In tutti gli altri casi si dovrà effettuare il calcolo secondo la norma EN 13363-2.
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III.2.3. Metodo di calcolo dettagliato: EN 13363-2
Dal momento che questo metodo cerca di rappresentare il comportamento fisico reale dell’associazione di
una tenda e di un vetro quando colpiti da una radiazione, questo metodo di calcolo risulta molto
più complesso di quello fornito da EN 13363-1. Esso richiede l'uso di uno strumento di calcolo specifico.
Il principio del calcolo è considerare la tenda, il vetro e lo spazio del gas come strati separati in posizioni
definite (vedere Figura 11), ogni strato con le sue proprietà (trasmittanza, riflettenza, emissività, ecc.).
Vengono prese in considerazione anche le condizioni esterne (temperatura, irraggiamento solare,
ventilazione, ...). Obiettivo del calcolo è valutare l'interazione di ogni strato con queste condizioni.
FIGURA 11 – ESEMPI DI STRATI IN CASO DI TENDA ESTERNA ASSOCIATA A UN DOPPIO VETRO
Questo calcolo consiste, pertanto, in tre parti:
Trasmissione della radiazione solare
Questa parte del gtot consiste nel quantificare la parte di radiazione solare incidente che viene
trasmessa all’interno della stanza attraverso la trasmissione e la riflessione multiple di entrambe le
facce di ogni strato del sistema. La temperatura del sistema non influisce in alcun modo su questo
calcolo.
La Figura 12 offre un esempio di calcolo da effettuare con un sistema costituito da una tenda
esterna e un doppio vetro. In questo esempio, il calcolo porta a risolvere la seguente
matrice di flusso:
E1 = Φ
E2 = ρ1E3 + τ’1E4
E3 = ρ'eE2 + τeE1
E4 = ρ2E5 + τ'2E6
E5 = ρ'1E4 + τ1E3
E6 = 0
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FIGURA 12 – ILLUSTRAZIONE DELLA TRASMITTANZA SOLARE DIRETTA PER UNA TENDA ESTERNA E UN DOPPIO VETRO
Questa trasmissione è caratterizzata dalla trasmittanza solare diretta τe del sistema “tende e vetri”. Si
riferisce allo spettro solare completo.
Trasmissione del calore
Questo tipo di trasmissione prende in considerazione l'impatto della temperatura esterna e interna
in associazione con l'effetto dell’irradiazione solare (che aumenterà la temperatura di
ciascun materiale per l’assorbimento).
Questa trasmissione è suddivisa in due parti (vedere Figura 13):
o Trasmissione per radiazione termica
Essa è dovuta all’emissione di raggi infrarossi a onda lunga (vedere II.4) da parte di ogni strato che
viene riscaldato dalla temperatura esterna e dalla radiazione solare. Il calore viene trasmesso da
uno strato al successivo attraverso tale radiazione.
Questa trasmissione è caratterizzata dal fattore gth della radiazione termica.
o Trasmissione conduttiva e convettiva del calore
La trasmissione conduttiva del calore è dovuta alla circolazione diretta di calore all’interno del
materiale dello strato e dello spazio per il gas nell’intermezzo, per interazione molecolare diretta.
La trasmissione convettiva del calore è data dallo spostamento del calore dal materiale dello strato
allo spazio del gas (ad es. lo spazio d’aria di un doppio vetro).
Questa trasmissione è caratterizzata dal fattore di convenzione gc.
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FIGURA 13 – ILLUSTRAZIONE DELLA TRASMISSIONE DI CALORE PER UNA TENDA ESTERNA E UN DOPPIO VETRO
Presenza dell’effetto camino in caso di tenda interna
Tale effetto è dovuto allo spostamento dell’aria all’interno dello spazio d’aria creato tra il vetro e la
tenda interna. È dovuto al riscaldamento dello spazio d’aria da parte del vetro che genera un flusso
ascendente di calore tra il vetro e la tenda (vedere Figura 14).
Tale effetto è caratterizzato da un fattore di ventilazione gv.
FIGURA 14 – ILLUSTRAZIONE DELL’EFFETTO CAMINO IN CASO DI TENDA INTERNA
Il valore gtot è quindi dato dalla somma della trasmittanza solare diretta τe, del fattore di radiazione termica
gth, del fattore di convezione gc e di quello di ventilazione gv:
gtot = τe + gth + gc + gv(1)
(1)
gv = 0 in caso di una tenda esterna
Pertanto la norma EN 13363-2 fornisce una buona descrizione del fattore solare. Essa tuttavia richiede di
prendere in considerazione diversi fenomeni fisici, che devono essere esaminati simultaneamente. È quindi
necessario l’utilizzo di uno strumento di calcolo specifico.
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In questo caso il dispositivo di
schermatura è retratto
In questo caso il dispositivo di
schermatura esterna è abbassato
In questo caso il dispositivo di
schermatura interno è abbassato
FIGURA 15 – ILLUSTRAZIONE DEL GTOT
III.3. Trasmittanza τv della luce
III.3.1. Generale
La trasmittanza τv della luce rappresenta la parte di luce del giorno che viene trasmessa all’interno di una
stanza.
Come per il fattore solare, è necessario distinguere la trasmittanza visiva di un solo vetro da quella di un
vetro utilizzato con un dispositivo di protezione solare. Sfortunatamente, stando alle norme europee, la
notazione utilizzata è la stessa (τv in entrambi i casi). Per maggiore chiarezza, in questa guida la notazione
τv, tot verrà utilizzata per identificare il caso di un dispositivo di schermatura solare utilizzato con un vetro.
Il valore di τv è compreso tra 0 e 1: 0 significa che nessuna luce viene trasmessa nella stanza, e 1 indica
che viene trasmessa l’intera radiazione visibile.
Le norme per il calcolo del τv di riferimento sono le stesse del fattore solare: EN 410 per un vetro da solo
e due possibilità per un dispositivo di schermatura solare associato a un vetro:
un metodo semplificato indicato nella norma EN 13363-1,
oppure un metodo dettagliato indicato nella norma EN 13363-2.
III.3.2. Metodo di calcolo semplificato : EN 13363-1
Le condizioni d’uso di questa norma sono le stesse di quelle per il calcolo
del fattore solare (vedere III.2.2).
Secondo la norma EN 13363-1, le formule da utilizzare per il calcolo di
τv,tot sono:
Per una tenda esterna o una persiana:
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Per una tenda interna o una persiana:
Dove:
τv indica la trasmittanza visiva del vetro
τv, tenda indica la trasmittanza visiva della tenda o della persiana
ρv indica la riflettenza visiva del lato del vetro rivolto verso la radiazione incidente
ρ’v indica la riflettenza visiva del lato del vetro opposto alla radiazione incidente
ρv, tenda indica la riflettenza visiva del lato della tenda o della persiana rivolto verso la radiazione
incidente
ρ’v, tenda indica la riflettenza visiva del lato della tenda o della persiana opposto alla radiazione
incidente
III.3.3. Metodo di calcolo dettagliato: EN 13363-2
Nella parte visiva dello spettro non devono essere presi in considerazione alcuna trasmissione di calore
o fattore di ventilazione. Pertanto, il principio di calcolo della trasmissione della radiazione
solare (vedere III.2.3) richiede una radiazione compresa tra 380 nm e 780 nm, invece dello spettro solare
completo.
Questo metodo di calcolo prende in considerazione la parte della radiazione che viene trasmessa senza
alcuna deviazione dalla tenda o dalla persiana, ossia la trasmittanza visiva diretta τv, n-n, e la parte della
radiazione che viene diffusa in tutte le direzioni dopo la riflessione dalla tenda o dalla persiana, vale a dire
la trasmittanza visiva diffusa τv, n-dif (vedere Figura 16).
La trasmittanza visiva totale è quindi costituita da due parti:
τv,tot = τv,n-n + τv,n-dif
FIGURA 16 – ILLUSTRAZIONE DELLA TRASMITTANZA VISIVA DI UNA TENDA INTERNA
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III.4. Confronto tra il calcolo semplificato e quello dettagliato
Entrambi i metodi di calcolo, semplificato e dettagliato, possono essere utilizzati per calcolare il fattore
solare gtot e la trasmittanza visiva τv,tot.
Per la stessa combinazione di vetro e tenda, è possibile effettuare un confronto dei diversi colori dello
stesso tessuto. Nella Tabella 5 vengono mostrate tre configurazioni di combinazioni di colori.
TABELLA 5 – PROPRIETÀ DEL TESSUTO
Trasmittanza solare τe
Riflettenza solare ρe(1)
Trasmittanza visiva τv
Trasmittanza visiva diffusa τv,n-dif
Riflettenza visiva ρv(1)
Trasmittanza IR onda lunga τIR(2)
Emissività ε (1)
(1)
(2)
Colore del tessuto
Bianco perla
0,13
0,53
0,11
0,08
0,58
0,03
0,89
Bianco sporco
0,09
0,44
0,07
0,04
0,47
0,03
0,89
Grigio
0,05
0,21
0,03
0,01
0,18
0,03
0,89
Le proprietà di entrambi i lati della tenda sono identiche. Quindi: ρe = ρ’e;ρv = ρ’v ed ε = ε'
Uguale al coefficiente di apertura del tessuto
Nell’EN 14501 sono stati definiti i vetri tipici utilizzati come punti di riferimento, per consentire i
confronti. Sotto viene preso in considerazione il vetro standard C secondo la norma (doppio vetro 4-164, con rivestimento a bassa emissività in posizione 3 [superficie esterna della lastra di vetro interno],
riempito di argon) (vedere Tabella 6).
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TABELLA 6 – PROPRIETÀ DEL VETRO
Trasmittanza solare τe
Riflettenza solare sul lato del raggio incidente ρe
Riflettenza solare sul lato opposto al raggio incidente ρ’e
Trasmittanza visiva τv
Riflettenza visiva sul lato del raggio incidente ρv
Riflettenza visiva sul lato opposto al raggio incidente ρ’v
Trasmittanza IR onda lunga τIR
Emissività sul lato del raggio incidente ε
Emissività sul lato opposto al raggio incidente ε'
Lastra di vetro esterna
0,85
0,08
0,08
0,90
0,08
0,08
0,00
0,89
0,89
Lastra di vetro interna
0,58
0,30
0,24
0,82
0,08
0,04
0,00
0,04
0,89
Nella Tabella 7 vengono mostrati i risultati relativi a una tenda esterna.
TABELLA 7 – CALCOLO DI GTOT E τV,TOT PER UNA TENDA ESTERNA
Metodo di calcolo
Bianco perla
Bianco sporco
Grigio
Semplificato
gtot
τv,tot
0,12
0,09
0,10
0,06
0,10
0,02
τe
0,08
0,05
0,03
gtot
0,11
0,09
0,08
Dettagliato (1)
gth + gc
0,03
0,04
0,05
τv,tot
0,09
0,06
0,02
τv,n-diff
0,06
0,03
0,01
(1)
calcoli effettuati con il software “Win-Shelter” sviluppato dall’agenzia Nazionale Italiana per le nuove tecnologie,
l’energia e lo sviluppo economico sostenibile, e disponibili al seguente indirizzo: www.pit.enea.it
Nella Tabella 8 vengono mostrati i risultati relativi a una tenda interna.
TABELLA 8 – CALCOLO DI GTOT E τV,TOT PER UNA TENDA INTERNA
Metodo di calcolo
Bianco perla
Bianco sporco
Grigio
Semplificato
gtot
τv,tot
0,40
0,09
0,43
0,06
0,50
0,02
gtot
0,38
0,41
0,49
τe
0,06
0,04
0,015
Dettagliato (2)
gth + gc
gv
0,13
0,19
0,16
0,21
0,225
0,25
τv,tot
0,09
0,06
0,02
τv,n-diff
0,06
0,03
0,01
(2)
calcoli effettuati con il software “Physalis” sviluppato dalla BBS Slama (12, via Colbert BP 382 63010 ClermontFerrand Cedex 1 Francia ; +33 (0)4 73 34 96 60 ; [email protected])
In ogni caso, per determinare gtot, il metodo di calcolo dettagliato fornisce risultati migliori rispetto a
quello semplificato. In questi esempi andrebbe osservato come la differenza nei risultati ottenuti sia
superiore per i tessuti scuri quando la tenda è esterna, e per quelli chiari quando la tenda è interna.
Il maggior vantaggio del metodo di calcolo dettagliato è differenziare la parte del flusso che viene
trasmessa come radiazione o calore.
Tali esempi, tuttavia, mostrano come il metodo semplificato fornisca gli stessi risultati per la trasmittanza
visiva. Questo potrebbe consentire un calcolo semplice e preciso utilizzando tale metodo. Nonostante i
risultati non siano mostrati in queste tabelle (in quanto non presi in considerazione nell’EN 13363-1), è
possibile osservare come un calcolo della trasmittanza visiva diffusa sia possibile anche con il metodo di
calcolo semplificato.
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Banca dati Shade Specifier
La British Blind & Shutter Association (BBSA), in collaborazione con i partner della European
Solar Shading Organisation (ES-SO), ha sviluppato una banca dati dei materiali di schermatura
solare. Questo database include, in maniera indipendente, dati di rendimento
energetico convalidati relativi a tessuti per tende e persiane e materiali degli standard
europei. Il database calcola il rendimento energetico di tende e persiane quando utilizzati in
associazione ai vetri di riferimento definiti nell’EN 13363-1 e nell’EN 14501. Tutti i
calcoli vengono eseguiti in conformità con le norme europee e le procedure che sono state
trattate nel capitolo III.
I benefici della schermatura solare sono noti da secoli. Finora non è però stato possibile il
confronto tra le caratteristiche specifiche e indipendentemente provate dei materiali di
schermatura solare. Shade Specifier consente al progettista e al proprietario dell'edificio di
compiere una scelta informata.
Il processo utilizzato dal database Shade Specifier è identico a quello utilizzato dall’industria
del vetro, e costituisce un modo affidabile ed efficace per garantire l'integrità del database.
Gli output comprendono:
Trasmittanza totale dell’energia solare, gtot
Trasmittanza visibile, Tvis
Trasmittanza termica, valore di U
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IV. COME TENDE E PERSIANE RIDUCONO IL FABBISOGNO ENERGETICO DI UN EDIFICIO
I capitoli precedenti mostrano le caratteristiche dei prodotti e quale potrebbe essere l'impatto delle
schermature solari quando vengono utilizzate in associazione con una finestra o un sistema di
vetrate. Questo capitolo presenta l'impatto della schermatura solare sul fabbisogno energetico di un
edificio. Fa riferimento agli strumenti o agli studi esistenti.
IV.1. Lo strumento “Textinergie®”
IV.1.1. Cos’è il Textinergie®?
Il Textinergie ® è un semplice strumento che quantifica i potenziali risparmi energetici degli edifici per uffici
che utilizzano dispositivi di protezione solare in tessuto. È stato sviluppato dall’associazione
francese dei produttori e degli installatori di tende e persiane (SNFPSA) ed è consultabile al seguente
indirizzo: www.textinergie.org.
Textinergie ® confronta i fabbisogni energetici all'interno di una stanza prima e dopo essere stata dotata di
dispositivi per la protezione solare.
L’utente seleziona:
La zona climatica,
L’orientamento della facciata,
La superficie in vetro della stanza,
Il tipo di doppio vetro (B, C o D secondo l’EN 14501),
La posizione della tenda (interna o esterna),
Il tipo di tessuto,
Il colore del tessuto.
Una volta definita la configurazione, Textinergie® fornisce due livelli di risultati diversi:
Risultati semplificati: percentuale di risparmio energetico associato ad aria condizionata e ad altri
impianti (aria condizionata + riscaldamento + illuminazione artificiale),
Risultati dettagliati: temperatura calcolata (° C); esigenze (kWh) e percentuale di risparmio
energetico per ogni unità (aria condizionata, riscaldamento e illuminazione); luce del giorno (lux).
I risultati si riferiscono a un vetro con o senza tende.
I calcoli sono stati effettuati utilizzando un software di simulazione dinamica per un anno intero, con un
intervallo di tempo di cinque minuti. Sono state eseguite le simulazioni e i risultati sono stati inseriti in un
database. Le selezioni dell’utente attingono direttamente da questo database. Esso consente una
stima dell'impatto dei vari parametri e di aiutare l'utente nella scelta della soluzione tecnica ottimale.
IV.1.2. Influenza della posizione
La sottostante Figura 17 mostra i fabbisogni energetici relativi a riscaldamento, climatizzazione e
illuminazione per un ufficio di 20 m² in diverse città europee. L’ufficio è dotato di doppi vetri trasparenti
(vetro C secondo l’EN 14501) ed è rivolto verso sud. La superficie vetrata occupa l’80% della facciata.
La tenda, di colore neutro scuro, viene istallata esternamente.
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Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
FIGURA 17 – FABBISOGNO ENERGETICO CON TEXTINERGIE® PER DIVERSE CITTÀ EUROPEE
L'utilizzo di una tenda esterna apporta costantemente importanti risparmi energetici, in tutti i casi.
È possibile notare come le esigenze di riscaldamento siano maggiori quando la tenda viene istallata. Questo
è dovuto al fatto che non vi sia energia solare libera che entra nella stanza, quando la tenda è abbassata.
Infatti, il principio di funzionamento della tenda si basa sul comfort visivo dell'occupante: la
tenda scorre verso il basso quando la luce naturale che colpisce un sensore posto su una
scrivania raggiunge i 500 lux in estate e i 900 lux in inverno. Pertanto, è possibile una schermatura
prolungata nei giorni invernali di sole, limitando così il riscaldamento libero della stanza.
Il principio di funzionamento presuppone, inoltre, che l'illuminazione artificiale venga attivata solo
quando il dispositivo di schermatura solare è completamente retratto e il livello di luce del giorno è
insufficiente. La presenza della tenda non ha quindi alcun impatto sulle esigenze di luce artificiale.
Tuttavia, data la significatività del fabbisogno energetico per l’aria condizionata, i risultati complessivi sono
ancora molto positivi e portano a importanti risparmi energetici.
IV.1.3. Influenza dell'orientamento
La Figura 18 presenta l'impatto dell'orientamento dell’ufficio in tre città europee: Stoccolma, Parigi e Roma.
Come previsto, i risultati sono ottimali per le facciate esposte verso est, ovest e sud.
Tuttavia, l’orientamento che offre il massimo tasso di risparmio energetico varia a seconda della città: per
Stoccolma è la facciata a est (-28,1%), per Parigi quella rivolta a occidente (-31%) e per Roma la facciata
verso sud (-75,2%).
Nonostante i risultati inferiori, l’utilizzo delle tende per le facciate esposte a nord-ovest porta comunque a
un risparmio energetico per le tre città.
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Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
FIGURA 18 – FABBISOGNI ENERGETICI CON TEXTINERGIE® PER VARI ORIENTAMENTI IN TRE CITTÀ EUROPEE
IV.2. Guida ES-SO e REHVA
Nel 2010, ES-SO e REHVA (Federazione delle associazioni europee di riscaldamento, ventilazione e
aria condizionata) hanno pubblicato congiuntamente una guida sulle schermature solari1. Essa contiene i
riferimenti ai calcoli per il fabbisogno energetico effettuati su un ufficio modello in tre città europee (qui ne
vengono presentate solamente due). Per eseguire i calcoli è stato utilizzato il software EnergyPlus ™. I
dettagli relativi ai parametri utilizzati per i calcoli sono disponibili nella guida ES-SO & REHVA. Segue una
sintesi dei risultati di tali calcoli.
IV.2.1. Stoccolma
La Figura 19 mostra il fabbisogno energetico annuale relativo a diversi orientamenti per un ufficio modello
a Stoccolma.
1
“Solar Shading, how to integrate solar shading in sustainable buildings [Schermature solari, come integrare la
schermatura solare negli edifici sostenibili”
Pagina 26
Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
La linea rossa rappresenta il calore fornito alla stanza dal sistema di riscaldamento, la linea blu il
calore sottratto alla stanza dal sistema HVAC. La linea gialla indica l'energia elettrica necessaria per
l'illuminazione. La linea verde l'energia primaria totale per il riscaldamento, il condizionamento e
l'illuminazione (vedere la guida ES-SO/REHVA per il metodo di calcolo dettagliato).
FIGURA 19 – BILANCIO ENERGETICO ANNUALE RELATIVO A UN UFFICIO MODELLO A STOCCOLMA (FONTE: GUIDA ESSO & REHVA)
Il fabbisogno energetico è chiaramente dominato dal riscaldamento. In inverno, per quanto riguarda gli
orientamenti verso sud, l'energia per il riscaldamento è significativamente inferiore per tutti i tipi
di vetro rispetto agli orientamenti verso nord grazie al riscaldamento solare passivo. In estate, vi è un
considerevole guadagno di calore solare per quanto riguarda gli orientamenti verso sud, che porta a un
significativo fabbisogno energetico per il raffreddamento. Tale effetto è chiaramente più forte per i
vetri con valori g elevati .
La situazione cambia notevolmente con l’istallazione di una schermatura solare esterna, come mostrato
nella colonna di destra della Figura 19. Il fabbisogno energetico annuale per il raffreddamento si riduce
notevolmente di oltre il 70% sugli orientamenti verso sud. Le schermature solari portano a un lieve
incremento della richiesta di energia per il riscaldamento e l’illuminazione; questo è dovuto al fatto che la
schermatura intercetta l’energia solare che avrebbe contribuito a fornire luce del giorno e riscaldamento
Pagina 27
Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
solare passivo. È possibile notare come il minor fabbisogno energetico primario, in termini assoluti, sia
quello dato dall’associazione tra la scarsa emissività associata alla schermatura solare.
La Figura 20 mostra il carico di raffreddamento in funzione dell’orientamento della finestra per tre
diversi tipi di vetro. Le linee continue rappresentano la situazione in assenza di schermatura, quelle
tratteggiate i carichi di raffreddamento con le schermature solari. Il rosso rappresenta i doppi
vetri, l’arancione i vetri a bassa emissività e il blu quelli a controllo solare.
FIGURA 20 - CARICO DI RAFFREDDAMENTO IN FUNZIONE DELL’ORIENTAMENTO DELLA FACCIATA (FONTE: GUIDA ESSO & REHVA)
IV.2.2. Madrid
La Figura 21 mostra il fabbisogno energetico in funzione dell'orientamento dell’ufficio di Madrid. In questo
caso, tale fabbisogno è chiaramente dominato dal raffreddamento. Per quanto riguarda gli
orientamenti verso sud, il riscaldamento è quasi trascurabile, grazie al riscaldamento solare passivo in
inverno. In estate, vi è un notevole guadagno di calore solare negli orientamenti verso sud, che porta a
un significativo fabbisogno energetico per il raffreddamento.
La schermatura solare riduce in maniera sostanziale il fabbisogno energetico primario per gli orientamenti
che non siano verso nord. In questo caso si raggiunge il minor fabbisogno energetico con una
combinazione di vetro a controllo solare e schermatura solare esterna.
L’associazione tra vetri a controllo solare e schermatura solare costituisce una scelta piuttosto
insolita. Normalmente i vetri a controllo solare sono considerati come un’alternativa alla tenda
esterna. In questo caso, il fabbisogno energetico primario per un ufficio dotato di vetri a controllo solare e
schermatura solare è di circa il 30% inferiore rispetto allo stesso ufficio dotato solamente di vetri a
controllo solare.
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Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
La linea rossa rappresenta il calore fornito alla stanza dal sistema di riscaldamento, la linea blu il
calore sottratto alla stanza dal sistema HVAC. La linea gialla indica l'energia elettrica necessaria per
l'illuminazione. La linea verde l'energia primaria totale per il riscaldamento, il condizionamento e
l'illuminazione (vedere la guida ES-SO/REHVA per il metodo di calcolo dettagliato).
FIGURA 21 – BILANCIO ENERGETICO ANNUALE RELATIVO A UN UFFICIO MODELLO A MADRID (FONTE: GUIDA ES-SO &
REHVA)
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V. COME TENDE E PERSIANE MIGLIORANO IL COMFORT VISIVO E TERMICO DI UN EDIFICO
Nel capitolo precedente è stato presentato l'impatto delle schermature solari sul fabbisogno energetico dei
locali di uffici raffreddati. Tuttavia, tali prodotti possono svolgere anche un ruolo considerevole per quanto
riguarda il comfort termico e visivo interno, per gli occupanti. Questo capitolo presenta i risultati di
studi relativi a tale importante aspetto nella progettazione degli edifici.
V.1. Impatto delle persiane sul comfort estivo
Nel 2010 è stato realizzato uno studio da parte dell’Engineering Office TBC per la French Association of
Blinds and Shutters Manufacturers (SNFPSA).
Stando ai risultati delle simulazioni termiche effettuate con il software di calcolo Comfie +
Pleïade2 in un’abitazione tipica in tre località della Francia, l'utilizzo di tapparelle in condizioni calde riduce
la temperatura massima fino a 6°C.
La Figura 22 mostra la temperatura massima raggiunta nell’abitazione per le diverse modalità di
funzionamento delle tapparelle:
-
Modalità orologio: le tapparelle sono abbassate dalle 8 alle 18,
Modalità temperatura esterna: le tapparelle sono abbassate al 50% se la temperatura esterna è
superiore ai 23°C e completamente abbassate con temperatura esterna superiore a 26°C,
Modalità "livello luce": le tapparelle sono completamente abbassate quando la luminanza incidente
è superiore a 10000 Lux.
FIGURA 22 – TEMPERATURE MASSIMA PER LE DIVERSE MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO DELLE TAPPARELLE (FONTE
TBC AND SNFPSA)
Nella sottostante Tabella 9 vengono mostrati i risultati dettagliati.
2
Pleiades + Comfie ha utilizzato il sistema di calcolo Comfie sviluppato dall’Energetic Centre of the Engineering
School “Mines ParisTech”.
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TABELLA 9 – TEMPERATURA MASSIMA PER LE DIVERSE MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO DELLE TAPPARELLE
Persiane aperte tutto il giorno
Modalità orologio
Modalità temperatura esterna
Modalità livello luce
Parigi
34,46°C
-3,41°C
-3,31°C
-5,05°C
La Rochelle
36,26°C
-3,04°C
-3,10°C
-3,23°C
Nizza
38,89°C
-5,13°C
-1,78°C
-6,37°C
L’utilizzo di tapparelle nei giorni caldi riduce la temperatura massima in tutti i casi.
Il funzionamento in modalità luce offre il compromesso migliore, essendo il più efficiente in termini
di limitazione del surriscaldamento, ma anche perché permette agli occupanti di beneficiare della luce del
giorno quando la luminanza incidente è inferiore a 10000 lux o quando la facciata non è esposta.
Il periodo di disagio viene definito come il tempo durante il quale la temperatura interna è inferiore a 16°C
o superiore a 27°C. È quindi possibile determinare un tasso di disagio definito come il rapporto del
numero di ore in cui la casa è occupata e la temperatura sia inferiore a 16°C o superiore a 27°C, e il numero
complessivo di ore di occupazione.
La Tabella 10 presenta i risultati del calcolo del tasso di disagio per tre località e modalità di funzionamento
prese in considerazione. In pratica, va osservato come il riscaldamento venga attivato a 19°C; tali
valori prendono in considerazione solamente il periodo in cui la temperatura è superiore ai 27°C.
TABELLA 10 – TASSO DI DISAGIO PER LE DIVERSE MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO DELLE TAPPARELLE
Persiane aperte tutto il giorno
Modalità orologio
Modalità temperatura esterna
Modalità livello luce
Parigi
19,6 %
4,1 % (- 15,5 %)
14,9 % (- 4,7 %)
4,3 % (-15,3 %)
La Rochelle
23,6 %
6,9 % (- 16,7 %)
18,1 % (- 5,5 %)
5,8 % (- 17,8 %)
Nizza
39,1 %
30,4 % (- 8,7 %)
39,0 % (- 0,1 %)
27,6 % (- 11,5 %)
La modalità del livello di luce rappresenta l'opzione migliore per ridurre il tasso di disagio (tra 11% e il
18% secondo la zona climatica). La modalità orologio fornisce risultati simili, ma ancora una
volta non prenderebbe in considerazione il livello della luce diurna a disposizione, che potrebbe essere
ritenuto un disagio dagli occupanti.
La modalità della temperatura esterna è la meno efficace, soprattutto nella zona di Nizza dove non vi sono
benefici. Va osservato come la zona di Nizza sia la più calda della Francia, e come andrebbero adottate
disposizioni aggiuntive (quali l'inerzia termica dell'edificio) per ottenere un ragionevole livello di comfort.
V.2. Impatto delle schermature solari sul comfort visivo
Basandosi su una percezione personale, il comfort visivo varia da individuo a individuo. È una
questione soggettiva. Tuttavia, non vi è dubbio che la luce del giorno generalmente è preferibile
all’illuminazione artificiale quale fonte primaria di luce.
Tuttavia, in un ufficio illuminato con luce naturale possono facilmente sorgere situazioni che provocano un
fastidio visivo. Saltuariamente, la luce può essere troppo chiara o vi può essere un contrasto troppo forte.
Per raccogliere appieno i vantaggi della luce del giorno, è necessario un controllo.
Pagina 31
Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
L’abbagliamento solitamente è provocato dalla luce diretta del sole che colpisce gli oggetti in ufficio, o da
elevati valori esterni di luminanza all'interno del campo visivo. L'abbagliamento può verificarsi
anche quando si utilizza uno schermo di computer: la luminanza della riflessione di quanto si ha attorno
può essere superiore alla luminanza dello schermo del PC.
La Figura 23 presenta il livello di luminanza in un ufficio quando la schermatura solare è abbassata o
retratta. Esso dimostra come la schermatura solare riduca significativamente i rapporti di
luminanza evitando un'importante differenza di luminanza tra schermo del computer e quanto stia attorno
che potrebbe creare un fastidio visivo.
Senza schermatura solare
Con schermatura solare
FIGURA 23 – LIVELLO DI LUMINANZA IN UN UFFICIO CON E SENZA SCHERMATURA SOLARE (PHOTOS SOMFY)
La guida ES-SO e REHVA pubblicata nel 2010 (vedere IV.2) presenta una sintesi della ricerca scientifica, che
mostra l’influenza dell’utilizzo della luce del giorno sui fattori legati alla produttività del lavoratore e dello
studente:
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La Carnegie Mellon University ha riscontrato un vantaggio di produttività media del 3,75%
ottimizzando l'uso della luce diurna senza abbagliamento e fornendo controlli della luce che
rispondano alla luce del giorno. [CMU 2004]
In media, i principali problemi sanitari risultano inferiori del 20-25% per gli occupanti posti vicino a
una finestra esterna, rispetto a quelli che lavorano nella parte centrale senza accesso alla vista e
alla luce diurna. [Hart 1999, Hart 1994]
L’accesso alle finestre e alla luce naturale determina una riduzione dell’assenteismo del
15%. [Thay 1995]
La penetrazione del sole diretto nelle classi, in particolare attraverso finestre senza schermatura
affacciate a est o a sud, risulta associata a un rendimento negativo degli studenti. [Hesh 2003b]
Gli studenti con una luce naturale adeguata nelle proprie classi hanno mostrato progressi più rapidi
del 20% nei test di matematica e del 26% in quelli di lettura, nel corso di un anno. [Hesh 1999]
Da quanto finora esposto è possibile concludere che la luce naturale ha un effetto significativo e
positivo sulla salute degli occupanti, sul benessere e sulla produttività. È tuttavia necessario un
controllo che si adatti alla luce del giorno per garantire le condizioni di un buon comfort visivo in qualsiasi
momento.
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Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
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Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
Bibliografia
(1) Norme europee
EN 14501 “Blinds and shutters - Thermal and visual comfort - Performance characteristics and
classification”
EN 14500 “Blinds and shutters - Thermal and visual comfort - Test and calculation methods”
EN 13125 “Shutters and blinds - Additional thermal resistance - Allocation of a class of air permeability to a
product”
EN 13363-1 “Solar protection devices combined with glazing - Calculation of solar and light transmittance Simplified method”
EN 13363-2 “Solar protection devices combined with glazing - Calculation of total solar energy
transmittance and light transmittance - Detailed calculation method”
EN ISO 10077-1 “Thermal performance of windows, doors and shutters - Calculation of thermal
transmittance - General”
EN 410 “Glass in building - Determination of luminous and solar characteristics of glazing”
(2) Guide
“Guide de la Fermeture et de la Protection Solaire », 2010, co-edited by SEBPTP and Metal’Services
“Solar Shading, how to integrate solar shading in sustainable buildings”, 2010, edited by REHVA, 40 rue de
Washington, 1050 BRUSSELS, BELGIUM; [email protected]
(3) Ricerca
“Création d'un outil d'aide au choix optimisé du vitrage du bâtiment selon des critères physiques,
écologiques et économiques, pour un meilleur confort visuel et thermique”, Magali Bodart, UCL, Avril 2002.
Analyse de l’apport énergétique du volet roulant, TBC & SNFPSA, Mars 2010
[CMU 2004] Guidelines for High Performance Buildings 2004
http://cbpd.arc.cmu.edu/ebids/images/group/cases/Daylighting.pdf
[Hart 1994] Hartkopf, V., V. Loftness, S. Duckworth, S. Lee, P. Drake, J. Posner, and G. Rainer. The Intelligent
Workplace Retrofit initiative: DOE Building Studies. Produced under contract for the U.S. Department of
Energy, December 1994.
[Hart 1999] Hartkopf, V., Loftness, V. Global relevance of total building performance, Automation in
Construction 8, (1999) pp. 377-393.
[Hesh 1999] Heschong, Mahone, Daylighting in Schools: An investigation into the relationship between
daylighting and human performance, 1999.
[Hesh 2003b] Heschong, L., Windows and Classrooms: A Study of Student Performance and the Indoor
Environment. Report prepared for the California Energy Commission, 2003.
[Thay 1995] Thayer, Burke Miller, Daylighting & Productivity at Lockheed, Solar Today, Vol.9, 1995.
(4) Link
ES-SO web site: www.es-so.com
Textinergie tool: www.textinergie.org
Win-Shelter software : www.pit.enea.it
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Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
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Schermature solari per edifici a basso consumo energetico
L’Energy Performance of Buildings Directive (‘EPBD’), e in particolare la sua rigida versione Recast del
2010, richiede che, a partire dal 2020, in Europa tutti i nuovi edifici siano realizzati a 'energia quasi uguale a
zero'. Tale obiettivo è raggiungibile solo attraverso l'ottimizzazione dell'involucro edilizio.
All'interno dell'involucro dell'edificio, la parte vetrata svolge un ruolo chiave in quanto consente alla luce e
al calore di entrare nella costruzione. Tuttavia, livelli di luce e di calore variano durante l'anno, ed è
necessario tenerli sotto controllo in primo luogo per raggiungere l'obiettivo di 'energia quasi uguale a
zero' e, dall'altro, per garantire il comfort degli occupanti dell'edificio. La schermatura solare - che include
una grande varietà di prodotti e di controlli - è stata progettata per rispondere a tali esigenze, in quanto
adatta le proprietà del rivestimento a vetri alle condizioni meteorologiche e alle esigenze umane.
Questo è il motivo per il quale la schermatura solare non può essere considerata come un dispositivo
secondario del rivestimento in vetri, ma dovrebbe essere integrata nella progettazione dell’edificio nella
primissima fase di sviluppo del progetto. In questo modo è possibile valutare l'impatto sulle
prestazioni dello sviluppo dell'edificio e specificare di conseguenza i dispositivi di riscaldamento e
raffreddamento. È possibile ben determinare il comfort visivo e termico degli occupanti anche in
anticipo, evitando eventuali modifiche della facciata o dell’ambiente dopo l’inaugurazione.
Questa guida ha lo scopo di fornire le informazioni tecniche necessarie per valutare la performance delle
schermature solari. Contiene i principi di base necessari per comprendere le proprietà fisiche coinvolte
nella trasmissione delle radiazioni. Sottolinea poi i metodi di calcolo standardizzati che vengono utilizzati
per valutare le caratteristiche termiche e visive di tende e persiane. Infine, con gli studi tecnici e di ricerca,
fornisce una panoramica dell'impatto delle schermature solari sul consumo energetico degli edifici e del
comfort degli occupanti.
Pur essendo destinata a essere utilizzata dai produttori e installatori di schermature solari, questa
guida potrà essere d’interesse per i progettisti di edifici e gli ingegneri energetici.
ES-SO vzw
Naessenslaan 9
B-1860 Meise, Belgium
Email: [email protected]
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