EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICI Paradigmi progettuali ...

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EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICI

Paradigmi progettuali, le tecnologie rilevanti ed esempi di intervento

UNIVERSITA’DEGLI STUDI MEDITERRANEA DI REGGIO CALABRIA CdL SCBAACorso di Storia e Conservazione dei Beni Architettonici e Ambientali-Classe L-43

DASTECDipartimento "Arte Scienza e Tecnica del Costruire"Anno Accademico 2010-2011

Materiali tradizionali dell’architettura e del risparmio energetico (8 cfu)

Docente: Cherubina Modaffari

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In Europa i consumi complessivi di energia per riscaldamento superano di poco il 40% del totale, con grande influenza sulle emissioni di CO2, responsabile del 50% dell’effetto serra. Questo quadro vede i consumi dell’Europa al 15% del totale mondiale e l’Europa stessa ha il non invidiabile primato di essere il maggior importatore di energia.

Sulla base delle tendenze attuali, entro il 2030 l’UE dipenderà per il 90% dalle importazioni per coprire il suo fabbisogno di petrolio e per l’80 % per quello di gas naturale.

EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICI Ripartizione del fabbisogno energetico

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Attraverso lo studio degli usi finali e del settore di trasformazione è possibile individuare i settori maggiormente energivori per definire successivamente politiche mirate ad un uso razionale dell’energia.

EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICI Consumi energetici per settore d’uso finale

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I consumi del settore civile sono spesso dovuti ad un alto grado di inefficienza energetica delle utenze, sia per il fabbisogno termico che per quello elettrico.Il primo dovuto alla necessità di riscaldamento degli ambienti abitativi e alla produzione di acqua calda sanitaria mentre il secondo legato principalmente alla illuminazione e alimentazione di utenze termiche. Pur mantenendo gli stessi comfort è possibile ridurre drasticamente i consumi termici attraverso interventi che rendano efficiente l’ involucro dei fabbricati. Altri interventi riguardano la sostituzione di utenze termiche con sistemi a fonte rinnovabile come il solare termico o utilizzo di pompe di calore e caldaie a condensazione o per l’illuminazione interventi che indirizzino verso una migliore tecnologia per i corpi illuminanti (lampade ad alta efficienza).

EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICI Consumi finali italiani per settore e per fonti

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Incrociando i risultati ottenuti con i dati relativi ai consumi elettrici finali si ottiene un dato che deve far riflettere: i consumi dovuti a stand-by,carica batterie e simili ammonta al 10% circa.Appare chiaro che nel settore terziario occorre intervenire su illuminazione e condizionamento mentre nel residenziale i consumi sono + articolati e in gran parte costituiti dal riscaldamento.

I principali consumi elettrici sono suddivisi in:•Motori 45-50%•Illuminazione 12-15%•Elettrodomestici 12-15%Stand-by, carica batterie, … 10%!!

(Cesi Ricerca, 2006)

EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICI Consumi elettrici finali italiani

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Le tecnologie rilevanti ai fini dell’efficienza energetica individuate sono:•GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA•COGENERAZIONE/TRIGENERAZIONE (compresa la microcogenerazione e generazione distribuita)•CLIMATIZZAZIONE•COIBENTAZIONE E/O ALTRI INTERVENTI EDILI•ILLUMINAZIONE•ELETTRODOMESTICI•ICT/AUTOMAZIONE (BUILDING AUTOMATION)

Di particolare interesse gli interventi riguardanti la climatizzazione, coibentazione e illuminazione, settori che danno da subito i maggiori ritorni con le tecnologie esistenti

EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICI Tecnologie rilevanti nel settore civile

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Direttiva Comunitaria 2002/91/CE: rendimento energetico in ediliziaFine principale:riduzione delle emissioni di CO2 in atmosfera e dei consumi


Logica della Direttiva 2002/91/CEInizialmente gli obiettivi di risparmio energetico si sono concentrati sulla promozione di tecnologie di produzione energetica alternative erinnovabili (solare termico e fotovoltaico) ponendo l’ attenzione sulla riduzione dei consumi di combustibili fossili per la continua scarsità dellerisorse mentre oggi appare importante la riduzione dell’ inquinamento e quindi è fondamentale contenere il fabbisogno energetico in modo da non dover produrre energia.

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In Italia, il D.Lgs 192/2005, modificato dal D.Lgs 311/2006 ha recepito la direttiva2002/91/CE stabilendo i criteri, le condizioni e le modalità per migliorare leprestazioni energetiche degli edifici al fine di favorire lo sviluppo, la valorizzazione e l’ integrazione delle fonti rinnovabili e la diversificazione energetica. Il decreto contribuisce a conseguire gli obiettivi nazionali in termini di emissioni di gas aeffetto serraposti dal Protocollo di Kyoto. Si sono poste le basi per la Certificazione energetica in edilizia dettando i procedimenti di calcolo e le verifiche da effettuare. L’ ambito di applicazione è quello delle nuove costruzioni, delle ristrutturazioni totali e parziali, nuova installazione o ristrutturazione integrale di impianti termici e sostituzione di generatori di calore. Il D.Lgs 311/2006 prevede l’installazione di impianti solari termici per l’ acqua calda sanitariae gli impianti fotovoltaici per la produzione di energia elettrica.

Decreto Ministeriale 26/06/2009- Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici

Direttiva Ue 2010/31/Ue sulla prestazione energetica nell’edilizia

Incentivi:Finanziaria 2008 per la riqualificazione energetica degli edifici.

Quarto Conto Energia 2011


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Prestazione energetica di un edificioIn Italia, gli edifici costruiti prima della L. 10/91 hanno consumi energetici di200-250 kWh/m²a; quelli dopo la L. 10/91 100-130 kWh/m²a il D.Lgs 192/05 impone per un edificio in classe C valori che non superino i 70kWh/m²a.

Prenderemo in esame il bilancio energetico dell’ edificio che deve tener contodi:Conduzione attraverso l’ involucro;Scambio di ariaGuadagno solare attraverso le superfici vetrateGuadagno internoRisorse energetiche ausiliarie

Il bilancio energetico dell' intero sistema edificio-impianto è legato al mantenimento delle condizioni climatiche interne. L’ energia necessaria può provenire dall' energia primaria (combustibile ed energia elettrica) sia da apporti gratuiti come l' irradiazione solare e gli apporti connessi con le attività svolte all' interno dei locali. Si hanno due tipologie di apporti energetici, quelli che hanno un costo (da ridurre) e quelli gratuiti (da massimizzare). In sede di progettazione questo implica un' analisi congiunta delle componenti architettonica, strutturale ed impiantistica.


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In inverno il calore dell’ impianto termico deve compensare la quantità dicalore che viene dispersa


In estate è necessario bloccare gli apporti di calore esterni per evitare unulteriore surriscaldamento.

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Il calore si disperde attraverso:

• le pareti opache;• i serramenti;• le coperture;• i solai interpiano che confinano con ambienti a temperatura più bassa;• le pareti che delimitano l’ambiente verso locali non riscaldati o riscaldati a temperatura inferiore;• la ventilazione.


Parametri che influenzano le performance energetiche di un edificio

Ruolo fondamentale è svolto dall’isolamento termico dell’involucro e dall’impermeabilitàall’aria

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I parametri che entrano in gioco nella progettazione per ottenere un basso consumo energetico perché influenzano le performance di unedificio sono:

- la coibentazione termica dell’ edificio (incremento nell’ uso di materiali isolanti);- un corretto orientamento dell’ edificio rispetto al sole;- un corretto rapporto tra le parti vetrate, parti opache dell’ involucro;- lo sfruttamento passivo dell’ energia solare tramite vetrate rivolte a sud (schermabili in estate);- l’ uso di collettori solari per la produzione di acqua calda e di pannelli fotovoltaiciper la produzione di energia elettrica (sfruttamentoattivo dell’ energia solare);- l’ uso di sistemi impiantistici basati su energie rinnovabili o ad alto rendimento energetico


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La progettazione deve essere attenta a:

• Clima locale (temperatura, umidità relativa, ventosità e irraggiamento solare);• Sito (ombreggiamento e morfologia);• Forma compatta• Destinazione d’ uso• Distribuzione e orientamento dei sistemi di protezione dall’irraggiamento nel periodo estivo• Uso passivo dell’ energia solare• Uso di tecnologie solari attive• Uso di tecnologie ad alto rendimento


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Fattori determinanti per il profilo energetico di un edificioI requisiti dominanti che un edificio energeticamente efficiente deve avere sono legati a:

•Condizioni climatiche del sito•Forma e orientamento•Isolamento termico e assenza di ponti termici•Impermeabilità dell’ involucro•Parti finestrate correttamente progettate•Illuminazione•Ventilazione controllata con recupero di calore•Impiantistica•Utilizzo di fonti rinnovabili per il riscaldamento e produzione ACS


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Condizioni climatiche del sitoÈ importante prendere in considerazione tutti gli elementi che caratterizzano ilsito in cui verrà collocato l’ edificio. I fenomeni metereologici che influisconomaggiormente nella progettazione sono:•Temperatura dell’ aria;•Precipitazioni;•Umidità relativa;•Stato del cielo;•Regime dei venti;•Radiazione solare.Altri fattori morfologici sono:•Altitudine e rilievi;•Cliviometria;•Orientamento dei pendii;

Altri fattori che influiscono sono:•Suolo ed effetto albedo;•Corsi d’ acqua;•Vegetazione per l’ ombreggiamento, l’effetto frangivento e il raffrescamentoestivo naturale


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Forma e orientamentoLa forma di un edificio influisce in maniera determinante sulle dispersioniattraverso l’ involucro. Maggiore è la superficie che racchiude il volume riscaldatoe maggiore sarà lo scambio.Per risultare energeticamente efficiente un edificio deve avere:• un basso indice di compattezza (0.6-0.8) (rapporto S/V);•Assenza o bassa % di sporgenze e rientranze

Per l’ orientamento, una buona parte del fabbisogno energetico potrebbe esserecoperta dagli apporti solari. Dal punto di vista architettonico ciò implica grossevetrate verso sud e aperture ridotte sul lato nord.Ne deriva una disposizione interne dei locali opportuna:•Ambienti con maggiori esigenze di comfort a sud;•Camere da letto a sud-est;•Spazi di studio a sud-ovest;•Ambienti di servizio a nord.


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Caratteristiche termiche dell’ involucro e isolamentoLe caratteristiche che influiscono sul comportamento termoigrometrico deglielementi che compongono un edificio sono:•Resistenza termica;•Ponti termici;•Capacità termica;•Inerzia termica;•Permeabilità al vapore.

L’ isolamento termico è la soluzione più efficace ed economica per la riduzionedel fabbisogno termico. In genere si pensa all’ isolamento in riferimento all’isolamento dal freddo e poco al comportamento nel periodo estivo. L’isolamento si valuta tramite la trasmittanza termica unitaria U.Bisogna tener conto anche dell’ inerzia termica, effetto combinato dell’accumuloe della resistenza termica.


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Prestazione energetica di un edificio


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Diversi sono i sistemi di isolamento di pareti verticali e coperture. Fra questicappotto esterno e interno, isolamento nell’ intercapedine, parete ventilata.


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EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICIIsolamento di coperture piane, solai interpiano e non riscaldati

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EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICIApplicazioni per coperture a falde

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EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICIIsolamento delle finestre

È importante migliorare la tenuta all’ aria dei serramenti e ridurre le dispersioni o i

rientri di calore attraverso i vetri e i cassonetti. La trasmissione termica attraverso

i vetri avviene per:

•Cessione di calore dalla stanza verso il vetro;

•Cessione di calore attraverso il vetro;

•Cessione di calore dalla superficie esterna del vetro verso l’ ambiente esterno.

Il vetro monolitico offre una scarsa resistenza. Un modo per incrementarla è aggiungere un altro vetro con intercapedine che fornisce un ulteriore strato resistente (o utilizzare vetri speciali o gas diversi nell’intercapedine o vetri tripli)

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EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICIPonti termici

Il calcolo delle dispersioni termiche in genere si effettua con ipotesi di regime

termico stazionario (temperature int ed est costanti).

In realtà questa ipotesi non si verifica per la non omogeneità della parete, per la

disomogeneità termica degli strati o geometrica di punti particolari (nodi d’

angolo, pilastri, giunti,….).

La presenza di un ponte termico comporta una diversa distribuzione delle

temperature che provoca un aumento del calore disperso e può portare alla

formazione di condense superficiali con formazione di muffe.

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EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICIVentilazione

L’ enorme incremento della domanda di climatizzazione estiva ha messo in

risalto l’ aspetto della ventilazione, naturale o meccanica, in relazione al comfort

e benessere termoigrometrico in quanto influisce sui valori di temperatura,

velocità e umidità relativa dell’ aria.

I sistemi di ventilazione vengono normalmente classificati in:

•Ventilazione naturale (effetto camino);

•Ventilazione meccanica;

•Ventilazione ibrida.

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In genere l' attenzione dei progettisti è rivolta maggiormente alle nuove costruzioni per le infinite soluzioni tecniche percorribili mentre gli interventi di recupero si devono conciliare con i vincoli posti dal preesistente.

La riqualificazione energetica deve tener conto degli aspetti di massima funzionalità (oltre a ridurre i consumi deve assolvere altre funzioni di importanza e interesse); integrazione architettonica, adeguamento alle norme vigenti e convenienza economica. Le tipologie di intervento + ricorrenti riguardano la riduzione dei fabbisogni con interventi sull' involucro; interventi di efficienza sugli impianti convenzionali; utilizzo di fonti rinnovabili.

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Esempio di intervento di isolamento / coibentazione per edificio esistente

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Edifici energeticamente efficienti

Sono considerati edifici energeticamente efficienti gli edifici a basso consumo energetico, gli edifici passivi e gli edifici a consumo energetico zero.

Un indicatore dell'efficienza energetica degli edifici è il fabbisogno energetico per metro quadrato e anno (khW/m2a) necessario per il riscaldamento e la produzione di acqua calda.

Nelle regioni climatiche caratterizzate da estati caldi sarebbe da includere anche il fabbisogno energetico per il raffrescamento estivo. Includendo inoltre il consumo energetico dell’illuminazione e degli apparecchi elettrici, ottenendo così un indicatore energetico complessivo.

Edifici convenzionali non corrispondenti alle normative sul risparmio energetico 220-250 Edifici convenzionali corrispondenti alle più recenti normative 80-100 Edifici a basso consumo energetico 30-50 Edifici passivi < 15 Edifici a consumo energetico zero 0

I consumi energetici (riscaldamento) in (khW/m2a)

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Progetti

Alcuni esempi di progettazione attenta ai consumi energetici e al comfort ambientale, sfruttando la risorsa CLIMA.

Fonte: ENEA (Ente per le nuove tecnologie , Energia e Ambiente)

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CENTRO RICERCHE A GARSTON GB-Feilden Clegg Architects

Progetti

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Camino solare

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SURREY HILLS HOUSE Melbourne, Austrialia

Progetti

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SURREY HILLS HOUSE

Progetti

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SURREY HILLS HOUSE

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BERLINO SEDE DEBISVista doppiapelle prospetto

Progetti

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AMBURGO DEUTSCHER RING

Progetti

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Nottingham GB

Section Diagram Showing Façade Strategies1. Integrated lightshelf shades space in the perimeter zone and reflects light into the space.2. Light-colored ceiling improves reflectance of daylightHigh ceiling (3.2 m) helps with thermal stratification. Exposed concrete soffit acts as thermal mass, absorbingdaytime heat gain.3. Triple glazing with between-pane adjustable blinds4. Balcony and shading devices.5. Fresh-air inlet with occupant-controlled fans allowwindows to be closed in winter or to protect outside noise from entering the space.6. External brick piers provide lateral solar shading.

Progetti

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Quartiere Kronsberg - HannoverQuartiere Quartiere Kronsberg Kronsberg -- HannoverHannover

Obiettivo: Creare un quartiere a basso consumo energetico e ridurre del 60% i consumi e le emissioni di CO2 .

Progetti

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Quartiere Kronsberg - NiedrigenergiehäuserQuartiere Quartiere Kronsberg Kronsberg -- NiedrigenergiehNiedrigenergiehääuseruserConsumo massimo ammesso: 55 kWh/m2a

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SOLUZIONI E INTEGRAZIONE

Progetti

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SOLUZIONI E INTEGRAZIONE

Progetti

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Quartiere Kronsberg - PassivehäuserQuartiere Kronsberg - Passivehäuser

CONSUMO MASSIMO AMMESSO 15kWh/mqCONSUMO MASSIMO AMMESSO 15kWh/mq

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Energie Plus HausEnergie Plus Haus

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Quartiere Vauban - Friburgo Quartiere Vauban - Friburgo

Obiettivo:Obiettivo: Creare un quartiere a basso consumo energetico e ridurre del 50% i consumi e le emissioni di CO2 .Creare un quartiere a basso consumo energetico e ridurre del 50% i consumi e le emissioni di CO2 .

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Quartiere Vauban - NiedrigenergiehausQuartiere Vauban - NiedrigenergiehausConsumo massimo: 50 kWh/m2aConsumo massimo: 50 kWh/m2a

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Quartiere Vauban - PassivehausQuartiere Vauban - Passivehaus

Consumo massimo: 15 kWh/m2aConsumo massimo: 15 kWh/m2a

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Quartiere Vauban - PassivehausQuartiere Vauban - Passivehaus

Consumo massimo: 15 kWh/m2aConsumo massimo: 15 kWh/m2a

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Quartiere Vauban - PlusenergiehäuserProducono più energia di quanto ne consumano

Quartiere Vauban - PlusenergiehäuserProducono più energia di quanto ne consumano

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APPLICAZIONI INTEGRATE DEL FOTOVOLTAICO

ESEMPI E PARTICOLARI TECNOLOGICI

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Prototipo di facciata pv

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INTEGRAZIONE PV E VENTILAZIONE

filtro aria

pannello isolante

intercapedineventilata

persiana allaveneziana

doppio vetroisolante

vetro esternonormale o fotovoltaico

semitrasparente

ventilazione naturale(effetto camino)

o forzata

vetro esternofotovoltaico opaco

filtro aria

ingresso aria

filtro aria

pannello isolante

sistema orientamento lamelle

lamelle riflettenti

doppio vetro isolantevetro esterno trasparente

intercapedine ventilatalamelle fotovoltaiche

ventilazione naturale(effetto camino) o forzata

filtro aria

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NICOLAS GRIMSHAW & PARTNERSBRITISH PAVILLONSIVIGLIA, 1992

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PARTICOLARI

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JOURDA & PARRAUDIN ARCHITECTSMONT – CENIS ACADEMYHERNE, Germania 1999

Integrazione in facciata e in copertura

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ROLF + HOTSSOLAR FABRIKFRIBURGO, Germania 1998

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Riferimenti bibliografici

AA.VV., Architettura solare, CLUP, Milano 1985Benedetti Cristina, Manuale di architettura bioclimatica, Maggioli, Rimini 1994Butera Federico, Architettura e Ambiente, Etas Libri, Milano 1995Del Bino Delfo, Di Sivo Michele, Santi Fedelina, Clima ed edilizia, Alinea, Firenze 1984ENEA, Manuale di risparmio energetico in edilizia, Edizioni ENEA, Roma 1991ENEA, Promozione del risparmio energetico nel settore civile e nel terziario, Edizioni ENEA, Roma 1990ENEA, Indirizzi per la progettazione bioclimatica degli edifici, Edizioni ENEA, Roma 1998Faconti Daniela, Piardi Silvia (a cura di), La qualità ambientale degli edifici, Maggioli, Rimini 1998Falasca Carmine, Dal clima alla tipologia edilizia, Alinea, Firenze 1984Gallo Concetta (a cura di), Architettura bioclimatica, Roma 1995Grosso Mario, Il raffrescamento passivo degli edifici, Maggioli, Rimini 1997Gruppo Energia Solare dell’Università di Napoli, Il clima come elemento di progetto nell’edilizia, Liguori, Napoli 1977Isard Jean Louis, Guyot A., Architettura bioclimatica, CLUP, Milano 1982Mazria Edward, Sistemi solari passivi, Muzzio, Padova 1990Olgyay Victor, Progettare con il clima, Muzzio, Padova 1990Peretti A., Simonetti P. (a cura di), Edilizia e Ambiente, Atti del Convegno 18-20 febbraio 1998, TrentoWienke Uwe, Manuale di bioedilizia, DEI, Roma 2000

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