Efficienza energetica dell’edificio
Involucro - Impianti
Marco Citterio
Enea – TER ENE SIST
Efficienza energetica dell’edificio: Involucro - Impianti
Obiettivi
• Uno degli obiettivi principali assegnati alla
progettazione architettonica è garantire
condizioni di comfort a costi economici ed
energetici accettabili
• Gli impianti suppliscono a necessità che non
possono essere soddisfatte con mezzi naturali
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Il controllo del microclima interno può essere ottenuto per mezzo
dell’interazione fra:
•
•
misure passive (concernenti principalmente variabili architettoniche,
morfologiche e tecnologiche)
misure attive (correlate agli impianti tecnologici)
I sistemi attivi e passivi dovrebbero essere bilanciati al fine di
ottenere le condizioni di comfort ottimali utilizzando la giusta
quantità di energia e risorse.
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Approccio alla definizione di Edificio
Sostenibile
Isolamento termico, tenuta all’aria,
recupero di calore, sistemi di
schermatura solare etc.
STEP 1: Riduzione
della domanda di
energia
STEP 2: Ricorso
alle Energie
Rinnovabili
Energy demand
Sole, pompe di calore,
vento, biomasse
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STEP 3: Conversione
efficiente della
energia fossile
Caldaie, Illuminazione ed
elettrodomestici ad alta efficienza
Bilancio energetico dell’edificio
Qaux=Qle+Qlv-Qgs-Qgi
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Bilancio energetico dell’edificio
Qaux=Qge+Qgv+Qgs+Qgi
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Un involucro efficiente si ottiene attraverso…
• La riduzione del trasferimento di calore
attraverso l'involucro (elevati Uvalue)
• La riduzione delle infiltrazioni (infissi a tenuta)
• L’aumento dei guadagni solari in inverno e la
loro riduzione in estate (orientamento e
aperture)
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Involucro
L’efficienza di un edificio dipende innanzitutto dalle
caratteristiche dell’involucro:
È necessario un corretto bilanciamento di
isolamento, massa termica, superfici vetrate ed
elementi schermanti
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Potreste dire
in quale clima
si trovano
questi edifici?
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Britomart Station (2003) Auckland
Design: Mario Madayag Architects, JASMAX Architects
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Isolamento termico
• Trasmittanza termica (U) quantità termica di
calore dispersa per unità di superficie (W/m2 °K)
• Resistenza termica (R=1/U) è determinata dal
rapporto fra lo spessore e la conduttività del
materiale (l, espressa in W/m°K) R=s/l
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Trasmittanza termica delle strutture opache
verticali
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Trasmittanza termica delle strutture opache
orizzontali o inclinate
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Trasmittanza termica delle chiusure trasparenti
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Conduttività di riferimento e conduttività
termica di calcolo
• Il valore di conduttività riportato nelle schede tecniche è
quella di riferimento, ottenuta in laboratorio.
• I valori effettivi in esercizio sono ben diversi, a causa
delle manipolazioni e della non corretta messa in opera.
• La norma UNI 10351 fornisce i valori dei principali
materiali edilizi indicando una percentuale di
maggiorazione (m %) al fine di ottenere la conduttività
termica di calcolo
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Valori di l e m dei principali materiali isolanti
Lana di roccia
r
l
m (%)
Feltri
30
0,045
10
Pannelli semirigidi
35 – 55
0,044 – 0,040
10
Pannelli rigidi
80 – 125
0,039 – 0,038
10
30 -33
0,05 - 0,048
20
Non reticolato
50
0,06
20
Reticolato
50
0,058
20
Polistirene espanso
20 - 30
0,036 – 0,041
10
Poliuretano in lastre
25
0,034
10
32
0,032
40
40
0,032
45
50
0,032
45
37
0,035
50
Materie plastiche
Polietilene espanso
Poliuretano espanso
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Valori di l e m dei principali materiali isolanti
Riempimenti
r
l
Argilla espansa
280
0,090
330
0,100
450
0,120
Fibre di cellulosa
32
0,058
Perlite espansa
100
0,066
Polistirolo espanso
15
0,054
Vermiculite espansa
80
0,077
120
0,082
Ciottoli e pietre
1500
0,70
Ghiaia grossa
1700
1,20
Sabbia secca
1700
0,60
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m (%)
Sistemi innovativi di isolamento termico: i VIP (pannelli
termoisolanti sottovuoto)
• L'isolamento termico con pannelli sottovuoto è una tecnologia
relativamente nuova capace di apportare un gran progresso nel
settore
• Conduttività termica dei pannelli, 10 volte inferiore rispetto a quella
dei migliori materiali termoisolanti convenzionali
• Variabile tra 0,004 e 0,008 W/m K.
• Un pannello sottovuoto dello spessore di 5 cm equivale ad uno
strato di polistirolo di 40 cm
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VIP: come sono fatti
•
•
•
Sono composti di un nucleo (pannello) di
materiale nanoporoso (silice pirogena o
aerogel) resistente alla pressione, dal quale
è stata evacuata l'aria
I pannelli hanno una durata di vita che,
secondo la qualità dei teli e della saldatura,
dovrebbe superare almeno i 20 anni.
Il nucleo è ermeticamente racchiuso in un
telo multistrato (AL, Nylon, PET)
impermeabile e resistente alla pressione.
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VIP: Svantaggi
•
•
Richiedono molta attenzione
durante il trasporto e la
manipolazione in cantiere a causa
del fatto che l’involucro di tali
pannelli non può essere
danneggiato, pena la perdita di
efficacia isolante.
Non possono essere tagliati in
cantiere: i pezzi devono essere
messi in opera così come
vengono consegnati dal
produttore.
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VIP: Costi
• I prezzi dei VIP variano molto da prodotto a prodotto, anche in base
alla necessità di dover realizzare dei pezzi speciali. Si va da un
minimo di 20 €/m2 a un massimo di circa 60 – 70 €/m2 per il
materiale installato in opera.
• Nel caso siano necessari spessori di isolante molto elevati, nel
conto economico andrebbe considerata la superficie utile
guadagnata con l’impiego dei VIP al posto dei materiali tradizionali
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L’involucro edilizio e l’inerzia termica
• Sia l’involucro che gli
elementi strutturali sono
dotati di “capacità
termica”: possibilità di
accumulare energia
termica e ritardare il
trasferimento di energia.
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• Strutture pesanti hanno tempi di risposta
più lunghi ed escursioni termiche limitate,
se confrontate con le strutture più leggere.
• Questo fenomeno aiuta a limitare le
fluttuazioni della temperatura interna
dovute alle escursioni giornaliere e
stagionali della temperatura esterna.
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• I consumi energetici di edifici ad alta inerzia termica possono essere
considerevolmente inferiori di quelli di edifici più leggeri, sia in climi
caldi che in climi freddi.
• L’accumulo termico nella massa dell’edifico talvolta consente di
spostare il picco di massima richiesta di condizionamento ad ore in
cui l’edificio non è in uso.
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Gli effetti dell’inerzia termica: sfasamento ed
attenuazione
•
•
Lo sfasamento φ rappresenta il ritardo temporale del massimo flusso di calore della parete in
esame confrontato con il flusso istantaneo di un muro a capacità termica nulla;
Il fattore di attenuazione µ rappresenta il rapporto fra il massimo flusso di calore del muro in
esame e il flusso massimo di un muro a capacità termica nulla.
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Φ e μ in funzione della massa e della
conducibilità
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Impiego della inerzia termica
•L’efficacia dell’inerzia termica aumenta con
l’aumentare della escursione termica giornonotte.
•Nei climi freddi, la massa termica aiuta ad
accumulare energia solare durante il giorno,
mitigando il clima interno durante la sera e la
notte.
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Inerzia termica nei climi caldi
• Nei climi caldi, le pareti accumulano calore durante il
giorno e lo rilasciano durante la notte: questo fenomeno
è particolarmente utile nel caso in cui l’edificio è
utilizzato solo durante il giorno.
• La massa termica può inoltre essere raffreddata
mediante la ventilazione notturna (naturale o
meccanica).
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Influenza del posizionamento
dell’isolante termico sull’inerzia
termica delle pareti


[h]
Interno
0,28
11
Intermedio
0,22
11
Esterno
0,20
11
Interno
0,48
8
Intermedio
0,44
8
Esterno
0,44
8
Insulation
thickness: 6 cm
0,75
4
1
0
Wall type
Insulation
positioning
Muro portante con
isolante localizzato
Muro non portante con
isolante localizzato
Pareti multistrato
Finestre
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L’involucro trasparente
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Tipo di vetro
• La scelta del giusto tipo di vetro è una questione
importante:
– Diversi tipi di vetro, disponibili sul mercato,
con caratteristiche ottiche variabili, possono
adattarsi alle necessità climatiche (vetri
selettivi)
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Influenza della scelta del tipo di vetro sulla Percentuale di Persone
Insoddisfatte (PPD) nel corso di un giorno soleggiato invernale
Glass type
ΔPPV
Radiant
asymmetry
ΔPPV
Direct
radiation
ΔPPV
Convection
ΔPPV
Total
Light 3 mm
+35
-30
+8
+13
Light 3 mm + Air 13 mm
+ Light 3 mm
+28
-25
+6
+9
Light 3 mm + Argon 13 mm + Low
Emissivity 3 mm
+8
-7
-
+1
Selective 3 mm + Argon 13 mm +
Light 3 mm
+12
-5
-
+7
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Effetti della forma e dell’orientamento
dell’edificio
•Il corretto orientamento dell’edificio;
•La corretta forma dell’edificio;
•La razionale organizzazione spaziale e funzionale
degli spazi interni;
Consentono, senza extra costi:
•Risparmi energetici significativi (30 – 40%)
•Un comfort termico migliore
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La forma dell’edificio:
IL RAPPORTO S/V
L’edificio dovrebbe avere il minimo rapporto
possibile fra superficie disperdente e volume
interno.
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Tener conto degli effetti dei venti prevalenti sulla
forma dell’edificio e delle condizioni al contorno
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Orientamento
La soluzione migliore è
orientare l’asse principale
dell’edificio nella direzione EstOvest;
La facciata sud riceve più
energia solare in inverno
(quando il sole è basso) che in
estate.
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Quantità di radiazione solare su superfici diversamente orientate a diverse
latitudini
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L’Impianto
•
•
Finora è stato valutato solo il comportamento dell’edificio. Ma per la
stima dei consumi energetici (e quindi dei costi) è necessario far
riferimento anche all’impianto termico.
L’impianto può essere schematizzato in quattro sub-sistemi,
ognuno con delle perdite e quindi dei rendimenti
1. SISTEMA DI PRODUZIONE
2. SISTEMA DI DISTRIBUZIONE
3. SISTEMA DI EMISSIONE
4. SISTEMA DI REGOLAZIONE
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Rendimenti di impianto
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Rendimenti di impianto
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Rendimenti di impianto
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Normativa di riferimento
•
•
DATI CLIMATICI
– UNI 10349 Dati climatici
DISPERSIONI TERMICHE
– UNI EN 13789, Prestazione termica degli edifici. Coefficiente di perdita
di calore per trasmissione
– UNI EN ISO 13370, Prestazione termica degli edifici. Trasferimento di
calore attraverso il terreno . Metodi di calcolo
– UNI EN ISO 14683, Ponti termici in edilizia – Trasmittanza termica
lineare – metodi semplificati e valori di progetto
– UNI EN ISO 6946, Componenti ed elementi per edilizia. Resistenza
termica e trasmittanza termica
– UNI EN ISO 10077-1, Prestazione termica di finestre, porte e chiusure –
calcolo della trasmittanza termica – metodo semplificato
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Normativa di riferimento
• FABBISOGNO DI CALORE
– UNI TS 11300 parte 1
• FABBISOGNO DI ENERGIA PRIMARIA E
CALCOLO RENDIMENTI DI IMPIANTI DI
RISCALDAMENTO E ACS
– UNI TS 11300 parte 2
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Normativa di riferimento
(in preparazione)
• DETERMNAZIONE DEI RENDIMENTI E DEI
FABBISOGNI DI ENERGIA PRIMARIA PER LA
CLIMATIZZAZIONE ESTIVA
– UNI TS 11300 parte 3
• UTILIZZO DI FONTI RINNOVABILI ED ALTRI
METODI PER IL RISCALDAMENTO E LA
PRODUZIONE DI ACQUA CALDA
– UNI TS 11300 parte 4
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Grazie per l’attenzione
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