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Le applicazioni delle risorse rinnovabili in edilizia, Le applicazioni delle risorse rinnovabili in edilizia,

soluzioni progettualisoluzioni progettuali bioclimatichebioclimatiche..

Università degli Studi di Pavia

EFFICIENZA ENERGETICA DEGLI EDIFICI

Corso di formazione

DottDott. . IngIng. Lucia Cattani. Lucia Cattani

Università di BergamoUniversità di Bergamo

ENERGIE NON INQUINANTI E RINNOVABILI

• EOLICA

• SOLARE

• IDROELETTRICA

• MARE

• GEOTERMICA

Contributo massimo teorico ottenibile: 20,5Contributo massimo teorico ottenibile: 20,5 Mtep Mtep meno del 5% del fabbisogno energetico meno del 5% del fabbisogno energetico nazionale del 2020 (Italia)nazionale del 2020 (Italia)

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Applicabili in edilizia

• EOLICA

• IDROELETTRICA (in parte)

• GEOTERMICA (sonde)

• SOLARE (attiva: pannelli fotovoltaici, collettori solari)

• SOLARE (passiva: architettura bioclimatica)

••rotore (a una, due o tre pale)rotore (a una, due o tre pale)••sistema frenante di emergenzasistema frenante di emergenza••generatore elettrico generatore elettrico ••(alternatore) collegato sullo stesso (alternatore) collegato sullo stesso asse asse ••sistema di controllosistema di controllo••densitdensit àà di potenza per unitdi potenza per unit àà di di superficie circa di 10 W/msuperficie circa di 10 W/m 22. .

ENERGIA EOLICA

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Energia eolicaL’aerogeneratore più diffuso è di media taglia (500-600KW), in grado di soddisfare il fabbisogno di 500 famiglie. H = 50 m con 1, 2 o 3 pale di circa 20 m Al di sotto di una certa velocità la macchina è incap ace di partire; Per l’avviamento è necessario che la velocità raggiun ga una soglia minima (tipica di ciascuna macchina ma prossima ai 4-5 m/s). La velocità del vento “nominale” è la minima velocità i n grado di far fornire alla macchina la potenza di pr ogetto (10-12 m/s per qualche centinaia di kW per taglie m edie). Per elevate velocità del vento (20-25 m/s)l’aerogeneratore deve venir posto fuori servizio per motivi di sicurezza.

Costi - Energia eolicaRealizzazione chiavi in mano di una centrale eolica : circa 1000 Euro/kW di potenza installata Il costo annuo di esercizio e manutenzione è, in genere, pari al 3% dell’investimento, La “disponibilità” delle macchine (rapporto tra il numero di ore durante il quale l’aerogeneratore è“disponibile” per la produzione di energia e il numero di ore dell’anno) è vicina al 98%.L'effettiva potenza generata è direttamente legata alla velocità del vento in modo che, se la velocitàdel vento cala di un 10 per cento, ci sarà una diminuzione del 30 per cento dell'energia disponibile.

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IMPATTO AMBIENTALE1. occupazione del territorio; 2. variazione del paesaggio;3. emissioni acustiche;4. interferenze elettromagnetiche;5. disturbo all'avifauna stanziale e migratoria;6. produzione di energia da immettere direttamente sulla rete

locale;7. disponibilità di potenza direttamente vicino ai c entri di carico

locali 8. emissioni inquinanti evitate dalla sostituzione di una quota parte

del parco termoelettrico Evitata generazione elettrica per via combustibile fossile:CO2 (anidride carbonica): 1.000 g/kWh SO2 (anidride solforosa): 1,4 g/kWh NO2 (ossidi di azoto): 1,9 g/kWh

Idroelettrica

• Per singole abitazioni prospicienti a corsi d’acqua a volte si possono realizzare piccoli impianti idroelettrici.

• Grazie a turbine idrauliche (si pensi ai mulini) collegate ad alternatori è possibile trasformare l’energia meccanica del fiume in energia elettrica.

• In Italia l’energia idroelettrica è ampiamente sfruttata data la particolare ricchezza della nostra Nazione di corpi idrici.

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Geotermica• Il terreno è caratterizzato

da:

– Grande inerzia termica

– Notevole capacità termica

Sotto i 20 m di profondità la temperatura del terreno è quasi indipendente dalle escursioni termiche superficiali (a circa 50 m di profondità si raggiungono mediamente gli 11°C). Il gradiente termico è di circa +3°C ogni 100 m.

Geotermica

Il principio delle sonde geotermiche è quello di far passare un fluido glicolato (acqua e anticongelante non tossico) a bassa temperatura all’interno di tubazioni a contatto col terreno in modo da sfruttare il salto termico e trasferire calore dal terreno al fluido stesso. Le tubazioni sono realizzate in modo da favorire lo scambio di calore.

Conviene prevedere terminali che funzionano a bassa temperatura

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Sonde: configurazioni

Configurazione orizzontale

Configurazione verticale

Geotermica

Il sistema può essere associato ad una pompa di calore

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Sole: sistemi attivi e passivi

Tutti i sistemi per lo sfruttamento dell’energia solare sono generalmente composti da:

• Apparato di captazione

• Sistema di trasferimento dell’energia termica all’accumulo (circuito primario)

• Elemento di conservazione dell’energia raccolta (serbatoio, accumulo,ecc.)

• Elemento di distribuzione finale (circuito secondario)

Sistemi attivi• I sistemi attivi sono dei veri e propri impianti

tecnologici in cui i vari elementi costitutivi (menzionati nella slide precedente) sono chiaramente distinguibili e necessitano di una qualche forma di alimentazione esogena al sistema.

• Il trasferimento di energia tra il circuito primario e quello secondario non avviene mediante meccanismi naturali ma con l’ausilio di impianti tradizionali

• Per questi dispositivi l’integrazione con l’edificio è paragonabile a quella degli impianti tradizionali e quindi (escluse le verifiche preventive precipue di ogni sistema solare) il loro impiego può essere previsto in una fase avanzata della progettazione e proposto in edifici esistenti.

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L'acqua viene riscaldata L'acqua viene riscaldata dal sole,dal sole,

trasferita all'interno del trasferita all'interno del serbatoio serbatoio

attraverso una pompa di attraverso una pompa di circolazione (forzata) circolazione (forzata)

o per circolazione naturaleo per circolazione naturale

SOLARE Attiva TERMICA

Principali applicazioniPrincipali applicazioniimpianti per acqua impianti per acqua calda sanitaria, calda sanitaria, riscaldamento degli riscaldamento degli ambienti ambienti piscinepiscineImpatto Ambientale:

realizzazionesmaltimentono emissioni nocive

SOLARE Attiva FOTOVOLTAICA• I pannelli fotovoltaici sfruttano l’energia del sole per

produrre direttamente elettricità. Essi si basano sulla filosofia costruttiva dei diodi. Un diodo è composto da un materiale semiconduttore, ad esempio il silicio, drogato in modo tale da avere da una parte un’eccedenza di elettroni e dall’altra una carenza degli stessi (ci si possono immaginare dei buchi). Questo dispositivo ha la particolarità di lasciar passare corrente elettrica, che si può vedere come un flusso di elettroni, in una sola direzione, vale a dire quella in cui le particelle negative in eccedenza vadano a tappare i “buchi”.

elettroni in eccesso elettroni in difetto

corrente elettrica

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SOLARE FOTOVOLTAICA

elettroni in eccesso elettroni in difetto

corrente elettrica

La radiazione solare La radiazione solare colpisce un materiale colpisce un materiale semiconduttore, semiconduttore, libera elettroni che si libera elettroni che si muovono muovono producendo direttamente producendo direttamente energia elettricaenergia elettrica ..

La corrente elettrica La corrente elettrica prodotta prodotta èè continua, continua, mediante un mediante un inverterinverter si pusi pu òòavere corrente alternata.avere corrente alternata.

SOLARE FOTOVOLTAICA

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SOLARE FOTOVOLTAICAla cella fotovoltaica (0.01 m 2) può produrre circa 1,5 Watt di potenza in condizioni standard: (T=25°C e radiazione solare = 1000 W/m²). La potenza in uscita da un dispositivo FV in condiz ioni standard = “potenza di picco” (Wp). sistemi stand-alone (autonomi): utenze difficilmente collegabili alla rete (aree poco accessibili), nece ssità di coprire la totalità della domanda energetica, necess itàperciò di un sistema di accumulo (batteria). sistemi grid-connected (connessi alla rete).Integrazione architettonica favorita dall’applicabi lità del modulo sulla superficie dell’edificio (ad es. tetto piano, tetto inclinato, facciata). centrali fotovoltaiche. Moduli fotovoltaici di grandi dimensioni installati a terra. Grande estensione.

SOLARE FOTOVOLTAICA - Costi

50% per i moduli e 50% resto del sistema1 kWp installato / 8.000 eurobassa capacità di conversione dei moduli fotovoltaici: per pannelli commerciali è dell'ordine del 10-15%;Pannelli integrati rendimenti attorno al 4%Per produrre 1 kWh elettrico bruciati mediamente l'equivalente di 2,56 kWh sotto forma di combustibi li fossili emessi nell'aria circa 0,58 kg di anidride carbonic a ogni kWh prodotto dal sistema fotovoltaico evita l'emissione di 0,58 kg di anidride carbonica.

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MADE IN ITALY I PANNELLI FOTOVOLTAICI A BASSO COSTO

• Brevettati all’ Università di Parma e sperimentati nei paesi mediterranei del Maghreb e del Medio Oriente.

• pellicola trasparente a base di tellururo di cadmio

• L'efficienza di conversione fotovoltaica dei moduli al di sopra dell'11%.

• Previsioni sul costo industriale del modulo:1 €/W, contro gli attuali 5€/W.

• Verranno prodotti in Lombardia

• http://www.arendi.eu/ http://www.solar-sse.com/index-it.htm

• http://www.marcegaglia.com/energy/it/pannelli_telluro.html

• A. Romeo, G. Khrypunov, S. Galassini, H. Zogg, A.N. Tiwari,Bifacial Configurations for CdTe solar cells, «Solar Energy Materialsand Solar Cells», vol. 91, 2007, pp. 1388-1391

Sistemi fotovoltaici Sistemi fotovoltaici -- PotenzialitPotenzialit àà

Studio della Studio della Commissione Europea: Commissione Europea: in Italia la superficie di in Italia la superficie di tetti disponibili (con tetti disponibili (con orientamento verso Sud, orientamento verso Sud, Est o Ovest) Est o Ovest) èè di di 370.000.000 m370.000.000 m22, , quella delle facciate quella delle facciate èè di di quasi 200.000.000 mquasi 200.000.000 m 22. .

sarebbe possibile produrre circa 130 mila milioni d i sarebbe possibile produrre circa 130 mila milioni d i kWh lkWh l ’’anno, pari al consumo annuo di energia anno, pari al consumo annuo di energia elettrica di oltre 30 milioni di famiglie (consider ando elettrica di oltre 30 milioni di famiglie (consider ando una media di 4.000 kWh/anno per nucleo familiare) una media di 4.000 kWh/anno per nucleo familiare)

calcoli ipotetici, ma calcoli ipotetici, ma ……..

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Sistemi fotovoltaiciSistemi fotovoltaici

facciate e coperturefacciate e coperture

Costi elevati, maCosti elevati, ma ……....

si tratta di elementi strutturalisi tratta di elementi strutturali , , sostitutivi di altri materiali (pannelli vetrati us ati nelle sostitutivi di altri materiali (pannelli vetrati us ati nelle facciate che, installati, hanno anchfacciate che, installati, hanno anch ’’essi un costo non essi un costo non indifferente)indifferente)ll ’’edificio diventa energeticamente attivoedificio diventa energeticamente attivola facciata o il tetto fotovoltaico consentiranno r ilevanti la facciata o il tetto fotovoltaico consentiranno r ilevanti risparmi sulle bollette elettriche, risparmi sulle bollette elettriche, eviteranno leviteranno l ’’ immissione nellimmissione nell ’’atmosfera di grandi atmosfera di grandi quantitquantit àà di COdi CO 22 (0,3(0,3--0,4 kg di CO0,4 kg di CO 2 2 per ogni kWh per ogni kWh prodotto da fonte fotovoltaica);prodotto da fonte fotovoltaica);

oltre che essere un investimento di carattere oltre che essere un investimento di carattere energetico energetico èè anche un investimento di tipo anche un investimento di tipo promozionalepromozionale , visto il grande impatto che riesce ad , visto il grande impatto che riesce ad avere sul pubblicoavere sul pubblico

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TETTI E PARETI SOLARITETTI E PARETI SOLARI

TETTI E PARETI SOLARITETTI E PARETI SOLARIFacciate: le celle sono inserite tra due pannelli d i

vetro. Le celle fotovoltaiche e le connessioni elettriche sono sigillate e irrigidite in resine altamente trasparenti e resistenti agli ultravioletti. Per le vetrate sono normalmente impiegati pannelli con vetri di sicurezza e struttura metallica alleggerita.

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TETTI E PARETI SOLARITETTI E PARETI SOLARIStruttura delle facciate fotovoltaiche

l'umidità e la pioggia possono compromettere le performance delle celle che devono essere mantenute sufficientemente ventilate e drenate.

funzione di supportare i cablaggi (alcuni costruttori le forniscono con specifiche canalinein cui far correre i cavi).

Vetrate schermate per edifici come per uffici o aziende sono talvolta costosi come le facciate in marmo o granito

SUN WALL SUN WALL INTERNATIONAL INTERNATIONAL

DESIGN COMPETITIONDESIGN COMPETITIONConcorso indetto dal Concorso indetto dal

Dipartimento Dipartimento dell'Energia dell'Energia StatunitenseStatunitense

nel 2000 concorso per dotare la parete Sud dell'edificio

di un sistema solare fotovoltaico e termico

tale da garantire il massimo in termini di efficienza energetica e dall'estetica gradevole

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SUN WALLSUN WALLPiani 1-8 Uffici Piano 9 locale tecnologico

Fabbisogno energetico:riscaldamento raffreddamentoilluminazione

SUN WALLSUN WALL la facciata è stata ripartita in tre sezioni:

due laterali per l'alloggiamento dei moduli fotovoltaici

una centrale per il sistema solare termico

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SUN WALLSUN WALL la facciata è stata ripartita in tre sezioni:

due laterali per l'alloggiamento dei moduli fotovoltaici

una centrale per il sistema solare termico

SUN WALLSUN WALL Il sistema fotovoltaicoIl sistema fotovoltaicoèè assemblato su una maglia assemblato su una maglia

costituita da colonne curve di costituita da colonne curve di alluminio alluminio

collegate da travi reticolari collegate da travi reticolari il tutto irrigidito da tiranti e il tutto irrigidito da tiranti e

montanti. montanti.

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SUN WALLSUN WALL L'intero sistema

crea un parete ventilata strozzata

alla sommità della quale

i flussi d'aria calda ascensionali

vengono incanalati

e integrati nel sistema di ventilazione dell'edificio

tramite scambiatori di calore

SUN WALLSUN WALL Il sistema rende dinamica la facciata

e produce un considerevole quantitativo di energia

pari a:

192 Kwp elettrici,

172 Kwp termici

9,6 Kwp per stoccaggio dell'H 2

utilizzabile come carburante per vetture a celle a combustibile.

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EuroEuro --Gate Gate DuisburgDuisburg

facciata produttrice di energia, celle fotovoltaiche con una capacità massima di 10 kWh.

•esposizione a sud •forma curva •riflesso dell'acqua

sostengono questo uso estensivo del fotovoltaico

Business Promotion Business Promotion Centre DuisburgCentre Duisburg

Il tetto a forma di lente è un grande collettore solare,

con celle fotovoltaiche che trasformano l'energia del

sole in elettricitàcon pannelli solari per il riscaldamento dell'acqua

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Business Promotion Business Promotion Centre DuisburgCentre Duisburg

Produzione dell'energia:

cogeneratore non collegato alla rete brucia gas per produrre calore e elettricità;

l'elettricità viene inviata alle stanze, il calore scalda l'acqua per generare il freddo richiesto, con una macchina frigorifera ad assorbimento che produce acqua fredda inviata agli uffici per raffrescarli.

Business Promotion Business Promotion Centre DuisburgCentre Duisburg

D'estate il processo utilizza l'energia solare invece del

gas

bilancio positivo tra la domanda di raffrescamento e la disponibilità di radiazione

solare

che fornisce gratis l'energia necessaria per il sistema di

condizionamento.

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Sistemi fotovoltaici Sistemi fotovoltaici integrati negli edifici (BIPV)integrati negli edifici (BIPV)

serie di pannelli da 40 kWpsulla facciata sud di un

edificio del campus dell’Università di

Northumbria, UK (1995). 465 moduli integrati sulla

parete con un’inclinazione di 25°

rispetto alla verticale per massimizzare la resa e

rispettare l’estetica dell’edificio.

In un anno, il sistema fornisce in media il 30 - 40% dell’energia elettrica necessaria agli impianti.

Sole: sistemi attivi e passivi

Tutti i sistemi per lo sfruttamento dell’energia solare sono generalmente composti da:

• Apparato di captazione

• Sistema di trasferimento dell’energia termica all’accumulo (circuito primario)

• Elemento di conservazione dell’energia raccolta (serbatoio, accumulo,ecc.)

• Elemento di distribuzione finale (circuito secondario)

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Sistemi passivi• Sistemi passivi sono tutti i dispositivi, accorgimenti e

criteri finalizzati al riscaldamento, raffrescamento e climatizzazione degli edifici mediante l’apporto energetico gratuito del sole e delle possibili risorse naturali del microclima locale , senza l’ausilio di mezzi meccanici alimentati con fonti esogene di distribuzione dell’energia. La distribuzione dell’energia avviene tramite flussi termici naturali (conduzione, convenzione ed irraggiamento)

• Nei sistemi passivi la distinzione tra i diversi elementi vista precedentemente non è netta, anzi, spesso un componente assume diverse funzioni (ad esempio il collettore può coincidere col sistema d’accumulo).

• Maggiore è il grado di identificazione dei diversi elementi con l’edificio stesso, maggiore sarà l’efficienza energetica finale dell’edificio stesso.

Sistemi passivi

• L’obiettivo di massima identificazione tra i sistemi passivi e l’edificio stesso è raggiungibile solo se l’adozione di questi sistemi viene presa in considerazione nelle primissime fasi della progettazione in modo da sviluppare l’intero progetto in maniera coerente ed efficiente.

• Prevedere tempestivamente l’adozione di sistemi passive permette, inoltre, di minimizzare l’impatto economico degli stessi sia in fase di realizzazione che di manutenzione.

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In dettaglio: Sistemi passivi e…Captazione dell’energia…

• Il collettore è composto da una superficie trasparente e un assorbitore. L'assorbitoreconverte, assorbendola in parte, la radiazione solare incidente in calore.

• L'accumulo, composto da materiali caratterizzati da una elevata capacità di immagazzinare calore, svolge una funzione di volano termico (spesso le stesse pareti possono svolgere tale funzione L'elemento assorbitore puo' essere parte integrante dell'accumulo (muro di Trombe) o del pavimento (guadagno diretto).

…E suo controllo• La trasmissione del calore tra collettore, spazio e

accumulo avviene attraverso meccanismi di scambio naturali (conduzione, irraggiamento, convezione naturale), o forzati, secondo diverse modalità di controllo.

• I componenti che attuano il controllo possono essere fissi o mobili, azionati manualmente o automaticamente, e si possono raggruppare nelle seguenti categorie:

• schermature (regolano l'ingresso della radiazione solare)

• riflettori (aumentano la radiazione che raggiunge le aperture)

• sistemi di isolamento mobili (riducono le dispersioni di calore)

• sistemi di regolazione del moto dei fluidi termovettori

• aperture regolabili (controllano la circolazione dell'aria esterna).

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Architettura Bioclimatica• Per architettura bioclimatica si può intendere un

complesso di soluzioni progettuali che consentono di assicurare all'interno di un edificio il mantenimento di condizioni di comfort ambientalelimitando al minimo l'intervento degli impiantiche comportano consumi energetici da fonti convenzionali.

• Tale architettura affida in modo prevalente allastruttura, alla conformazione fisica dell'edificio, al suo orientamento ed al contesto climatico in cui viene realizzato, il compito di captare o rinviare le radiazioni solari e di sfruttare il microclima locale, ad esempio i venti prevalenti, per ottenere il comfort ambientale

Architettura BioclimaticaL’obiettivo della progettazione bioclimatica è

comunque la realizzazione di edifici che consentano:

• Sfruttamento dell’ energia solare sia con sistemi attivi che passivi

• Sistemi raffrescamento passivi e ventilazione naturale

• Schermature solari e controllo microclima naturali

• Raccolta e riciclaggio acque piovane

Il tutto sia per minimizzare l’utilizzo di impianti di climatizzazione tradizionali sia per ottenere un miglioramento del comfort ambientale e degli standard qualitativi di vita dell’utenza

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Solare passivo (illuminazione, aria calda, ventilazione)

Solare attivo (acqua calda)

Fotovoltaico

Integrazione dei sistemi di produzione di energia solare negli edifici

Principi di funzionamento dei sistemi passivi

Convenzionale

Estate Inverno

schermi Finestre speciali

Massa di accumulo

Sistema passivo

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Comportamento "ideale" di un sistema solare passivo

• A. capacità di "aprirsi" alla radiazione solare quando questa è disponibile ed utile (ore diurne della stagione fredda) e di immagazzinare il calore corrispondente.

• B. possibilità di "chiudersi" nelle ore notturne della stagione fredda, riducendo le dispersioni attraverso le superfici trasparenti, e sfruttando il calore immagazzinato.

Comportamento "ideale" di un sistema solare passivo

• C. protezione delle superfici trasparenti dalla radiazione solare quando questa sia indesiderabile (ore diurne della stagione calda).

• D. capacità di efficiente dissipazione di calore nelle ore notturne della stagione calda.

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Sistemi passivi: indicazioni di massima sulla progettazione.

• Principi di funzionamento dei diversi sistemi

• Alcuni esempi di realizzazione di sistemi passivi integrati con sistemi attivi.

• Osservazioni correlate alla gestione dell’edificio

• Esempi di progetti di Edilizia sostenibile

• http://www.sistemieditoriali.it

Serre Solari: Definizione

• Serra o veranda: spazio chiuso, vetrato, in adiacenza a una o più superfici opache di un ambiente riscaldato.

• La sua efficacia energetica è legata a :– Contesto climatico

– Caratteristiche della superficie (opaca e vetrata) che separa la zona riscaldata dalla veranda

– Caratteristiche della superficie esterna che delimita la veranda

– Orientazione

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Componenti della veranda o serra

SCAMBIO TERMICO PER IRRAGGIAMENTO Effetto serra

lastra di vetro:ττττλλλλ dipende da:

composizione del vetro, spessore, angolo di incidenzadella radiazione.

comportamento "selettivo": ττττλλλλ 0,9 (trasparente) per radiazioni con lunghezza

d'onda tra 0,4 - 2,5 µm ττττλλλλ 0,03 (opaca) per le radiazioni a lunghezza d'onda >

2,5 µm (infrarosso)

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SCAMBIO TERMICO PER IRRAGGIAMENTO

effetto serra

Effetto serra • Serre abitabili

• Serre non abitabili

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Sistemi a Guadagno diretto

• Senza diffusione massa termica concentrata di colore scuro esposta alla radiazione diretta

• Con diffusione massa

termica in superfici ampie di spessore ridotto di colore chiaro, per riflessione della radiazione all’interno dello spazio vetri diffondenti che scompongano la radiazione incidente in tutte le direzioni

Accumulo interno

• elementi di grande capacità termica all’interno dell’edificio, nelle vicinanze di superfici vetrate

• Per ottimizzare la correzione del ciclo breve giorno -notte è preferibile distribuire la massa su una superficie ampia di spessore sottile.

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Come decidere se una serra è conveniente oppure no?

• Perché una serra sia conveniente è necessario che sia efficace dal punto di vista energetico

• In altre parole la presenza di una serra deve influire positivamente sul bilancio energetico dell’involucro edilizio.

• Per la Regione Lombardia il calcolo, ai fini della certificazione, viene eseguito nel seguente modo

Parte relativa alla trasmissione

Spazio riscaldato Serra

HTS = Hi He / (Hi + He)

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La parte della trasmissione rientra nella:

• Definizione delle perdite di trasmissione dell’involucro edilizio

Parte relativa al guadagno solare

Qs,s

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La parte di guadagno solare della serra rientra nella:

• Definizione degli apporti di calore dovuti alla radiazione solare

Riduzione perdite per trasmissione

b = He / (Hi + He)

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Il termine di riduzione rientra direttamente

• Nella definizione del fabbisogno energetico per il riscaldamento dell’ambiente

Serra solare

Casa Unifamiliare - S. Pietro Capofiume (BO)•Tecnologie di risparmio energetico

•Isolamento pareti•intercapedine isolata con 20 cm di argilla espansa.

•Sistemi solari passivi•Serra: 141 m2 di vetro doppio inclinato di 58° e 56 m2 di vetro doppio verticale racchiudono una serra di 27 m3.

•Impianto•riscaldamento integrato con stufa a legna.

•produzione di acqua calda: boiler elettrico

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Serra solareCasa Unifamiliare S. Pietro Capofiume

(BO)•Considerazioni

•Funzionamento della serra:

•durante il periodo invernale riscalda quasi completamente l’intera abitazione,

•nel periodo estivo, vista la mancanza di sistemi di schermatura, eccessivo riscaldamento dei vani abitati.

•schermatura estiva affidata al verde ma nei primi anni di vita dell’edificio le piante non avevano un’altezza adeguata per espletare tale funzione

Guadagno diretto•Casa a schiera S.Lazzaro di Savena(BO)

•Tecnologie di risparmio energetico

•Isolamento pareti:

•polistirolo espanso nel rivestimento esterno 5 cm solo sulla facciata di testata,

•lana di roccia 5 cm nelle pareti longitudinali

•Finestre su facciate non a sud: doppio vetro 72 m2

•Sistemi solari passivi - Guadagno diretto:

•facciata sud di ogni edificio 185 m2 di superfici vetrate realizzate con doppi vetri, che consentono la captazione dell’irraggiamento direttamente all’interno degli ambienti.

•schermatura per il controllo della temperatura interna per mezzo di tapparelle avvolgibili esterne.

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Guadagno diretto

•Sistemi solari attivi

•Produzione acqua calda e riscaldamento ambientale:

•330 m2 di collettori piani ad acqua inclinati di 30°rispetto all’orizzontale, integrati sulla copertura.

•Accumulo: 10 m3 di acqua.

•Impianto

•Riscaldamento e produzione d’acqua calda:

•impianto centralizzato a metano con distribuzione del calore a ventilconvettori e con contabilizzazione del calore.

•sistema di regolazione automatico •potenzialità della caldaia 80.000 kcal/h

•impianto per l’acqua calda unicamente ad integrazione del sistema solare attivo.

Guadagno diretto

• Considerazioni

• Il sistema solare attivo non funzionava correttamente

• si è dovuto ristrutturare l’intero complesso eliminando i collettori solari dai tetti.

• La mancanza di un tetto ventilato o la poca coibentazione di esso, ha indotto molte persone ad installare un impianto di condizionamento estivo.

• Ben progettato e curato il verde che si integra perfettamente con l’edificio

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Serra solare

•Case a schiera

•Pieve di Campo (PG)

•Tecnologie di risparmio energetico

•Isolamento pareti: pannelli

•Finestre su facciate non esposte a sud: doppi vetri.

•Sistemi solari passivi: Serra

•superficie vetrata 17 m2 che racchiude un volume di 33 m3, con superficie di accumulo costituita da un muro termico posta sulla parete sud di ogni alloggio.

Serra solare

•Sistemi solari attivi: produzione d’acqua calda con pannelli solari 4 m2 con inclinazione di 60°rispetto all’orizzontale per ogni alloggio.

•Impianto

•pompa di calore reversibile aria-acqua, ventilconvettori, termostato ambiente,

•serbatoio di accumulo per acqua calda sanitaria,

•caldaietta per integrazione a metano, elettronica di controllo.

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Serra solare

• Considerazioni

• la serra solare garantisce un ottimo comfort invernale,

• ottimo comfort estivo grazie alla possibilità di aprire i vetri della serra ed al sistema di schermatura integrato

• facciata nord correttamente presenta piccole aperture, ed è protetta da una folta vegetazione.

Muro Trombe

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Muro Trombe• La parete solare in muratura assorbe la radiazione solare

sulla superficie esterna e trasmette il calore per conduzione attraverso il muro. La superficie esterna della parete è generalmente dipinta di nero per assorbire maggiormente la radiazione, mentre il calore trasmesso attraverso il muro per conduzione viene poi distribuito per irraggiamento allo spazio interno e per convezione dalla faccia interna.

• Se nella muratura sono praticate delle aperture la distribuzione del calore avviene per lo più per convezione naturale; la radiazione solare passa attraverso la superficie vetrata, viene assorbita dalla muratura e ne riscalda la superficie: l’aria compresa tra la muratura ed il vetro viene riscaldata.

Muro Trombe• L’aria calda ascendente nell’intercapedine entra nello

spazio abitato attraverso le aperture disposte nella parte superiore della muratura, mentre, l’aria fredda della stanza viene richiamata attraverso le aperture poste nella parte inferiore della muratura. Questa circolazione naturale dell’aria continua per un paio d’ore dopo il tramonto. Di notte il ciclo si inverte: l’aria raffreddandosi diventa più pesante, entra nell’edificio attraverso le aperture della parte inferiore del muro richiamando aria calda dalle aperture in alto.

• Generalmente per impedire questo flusso vengono montati dei pannelli regolabili sul lato interno delle aperture.

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Muri Trombe

• Muro Trombe esposto a Sud: massimizza i guadagni nel periodo invernale e minimizza quelli estivi

A - situazione nelle ore diurne della stagione fredda;B - ore notturne della stagione fredda, con termocircolazioneinversa inibita;C - ore diurne della stagione calda, se dotato di apertura esterna , favorisce laventilazione naturale.

Muro Trombe

•Edificio di abitazione -I.A.C.P. Bologna

•Tecnologie di risparmio energetico•Isolamento pareti:

•rivestimento esterno con 5 cm di polistirolo estruso.

•doppio vetro 20 m2 per le finestre su facciate non esposte a sud

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Muro Trombe• Sistemi solari passivi

• Logge vetrate: superficie vetrata di 62 m2 chiude parte della facciata sud creando delle logge per un volume complesso di 27 m3

ed una superficie di calpestio totale di 10 m2. La schermatura avviene per mezzo di scuri interni.

Muro Trombe•Parete ad accumulo 468 m2

costituita da

•vetro singolo e muro ad elevata inerzia in mattoni pieni, spessore 40 cm, con isolamento interno;

•isolamento esterno ricoperto di lastra metallica annerita.

•bagni della facciata sud: muri Trombe, senza bocchette per la termocircolazione

•La schermatura avviene per mezzo di tende alla veneziana esterne.

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Muro Trombe• Sistemi solari attivi

• Produzione d’acqua calda:

• 18 mq di collettori piani ad acqua inclinati di 45°

• Accumulo:

• 1,2 m3 di acqua

ImpiantoImpianto

Riscaldamento ambientale e produzione d’acqua calda con impianti autonomi a gas con distribuzione del calore mediante ventilconvettori.

Impianto dell’acqua calda elettrico.

Muro Trombe

•Considerazioni

•scarso rendimento del sistema solare passivo scelto: muro freddo d’inverno e caldo d’estate,

•gli abitanti hanno otturato le bocchette nel muro per limitare l’entrata di aria fredda o calda all’interno dei vani

•difficoltà nello gestione del sistema solare

•difficoltà nella pulizia dei vetri interni

•sbagliata la scelta di un sistema di oscuramento costituito da tende alla veneziana poste esternamente all’edificio, subito rese inservibili dagli agenti atmosferici.

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Barra - Costantini• Nel caso del muro di Trombe la prossimita'

dell'accumulo con l'esterno porta a perdite di calore rilevanti attraverso la superficie trasparente, con riduzione del rendimento complessivo del sistema. I sistemi passivi con accumulo distante dal captatore sono i sistemi con collettori ad aria di vario tipo; in particolare i sistemi con accumulo a letto di pietre, e i camini solari.

• Il sistema "Barra-Costantini" è in pratica un muro di Trombe in cui il muro è posto in orizzontale sul soffitto.

Barra-costantini

•Nelle ore diurne l'aria che si trova nell'intercapedine tra vetro e superficie captante, si scalda, sale e penetra in canalizzazioni ricavate nello spessore del solaio di calcestruzzo. Nel percorrere tali canali, l'aria calda cede parte del suo calore alle pareti, che lo accumulano scaldandosi. L'aria, ancora calda, penetra negli ambienti attraverso bocchette. Il circuito si chude con l'ingresso di aria fredda nell'intercapedine tra vetro e superficie captante, attraverso bocchette simili a quelle di un muro di Trombe. Di notte il solaio-accumulatore cede il suo calore all'ambiente per irraggiamento. Il sistema ha un rendimento maggiore di quello di un muro di Trombe, in quanto l'accumulo ha luogo lontano dall'involucro disperdente. Come nel caso di muro di Trombe, nel periodo caldo il sistema può favorire una ventilazione forzata indotta dal tiraggio dovuto all'effetto camino.

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Camino solare – Barra Costantini

• Scuola media S. Viola • Comune di Bologna• Tecnologie di risparmio

energetico• Isolamenti Pareti• isolamento a cappotto 8 cm, • muri interni polistirolo 3 cm • intercapedine polistirolo 6 cm • Finestre su facciate non

esposte a sud:• 510 m2 di doppio vetro

Camino solare – Barra Costantini• facciata a sud, 550 m2, pannello ad

aria con funzionamento passivo. • Collettore composto da: • superficie vetrata con doppi vetri,

inclinati di 60° rispetto all’orizzontale;

• intercapedine con lamelle orientabili per consentire l’ingresso dell’irraggiamento invernale e schermare la radiazione estiva;

• bocchette nella muratura della facciata a sud e nelle murature a nord

• bocchette aperte nei solai.

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Camino solare – Barra Costantini

•In inverno•l’aria calda che si forma nell’intercapedine del pannello circola per convezione naturale, entrando attraverso le bocchette del muro a sud e dei solai (le bocchette a nord sono chiuse).•In estate•le bocchette dei solai vengono chiuse mentre si aprono quelle sulla muratura a nord e alcune parti vetrate della facciata a sud creando un effetto camino che permette il raffrescamento degli ambienti interni.

Camino solare – Barra Costantini• Sistemi solari attivi• Produzione acqua calda: 50 m2 di collettori ad aria

inclinati di 60° rispetto all’orizzontale integrati nella facciata dell’edificio.

• Impianto• Per riscaldamento e produzione d’acqua calda:• impianto centralizzato

a metano con distribuzione del calore per mezzo di unitàtermoventilanti. Potenzialità nominale della caldaia 4.000.000 Kcal/h

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Camino solare – Barra Costantini• Considerazioni sulla gestione• il sistema passivo utilizzato è troppo difficile da gestire da

parte degli alunni, i quali sono costretti a girare le manovelle che servono a ruotare le lamelle, per potersi garantire un adeguato comfort termico

• il camino solare oltre che a trasportare l’aria calda veicola i rumori da un’aula all’altra, creando così delle interferenze sonore molto fastidiose

• la convezione naturale si è dimostrata insufficiente per garantire un efficace circolo dell’aria

• sono state montate ventole che con il loro brusio disturbano ulteriormente la lezione dei professori

• durante il periodo estivo si è riscontrato un eccessivo riscaldamento in quanto le lamelle inserite fra le due vetrate non assicurano un’adeguata schermatura e nei confronti della radiazione solare

• difficoltosa la pulizia ordinaria dei vetri esterni.

Guadagno diretto+Serra solare

• Edificio di abitazione• Ponte Felcino (PG)• Tecnologie di risparmio

energetico• Isolamento pareti:• Cappotto con polistirolo

espanso ad alta densità.• Finestre su facciate rivolte

a sud: doppi vetri 151 m2

• Sistemi solari passiviGuadagno diretto

• vetro doppio verticale 302 m2.• Serra: 768 m2 di vetro singolo

per una superficie totale di calpestio di 288 m2 ed un volume totale di 806 m3.

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Guadagno diretto+Serra solare

• Camino solare: facciate Barra-Costantini" 1.382 m2 costituite da vetro singolo, lamina in alluminio e 2,5 cm di poliuretano.

• L’accumulo del calore avviene nel soffitto. • Impianto autonomo con pompa di calore a gas

metano. • Distribuzione del calore tramite radiatori

Guadagno diretto+Serra solare

• Considerazioni

• L’impiego di diversi sistemi solari passivi rende molto complicato la gestione di essi da parte degli utenti.

• L’edificio possiede un buon comfort invernale

• D’estate è presente qualche problema di eccessivo riscaldamento, causa la mancanza di un sistema di schermatura

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PARETI VENTILATE

• Le pareti ventilate sono composte da un rivestimento da un’ intercapedine d’aria in cui avviene la ventilazione (tramite bocchette di presa) e da un opportuno strato di materiale isolante da associare alla struttura opaca dell’involucro edilizio.

• Questo tipo di parete permette, se opportunamente dimensionato, un raffrescamento passivo d’estate e una deumidiifcazione dell’involucro opaco d’inverno.

STRUTTURA DELLA PARETE VENTILATA

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Protezione dall’acqua battente, ma non impermeabile al passagio di vapore

Effetto Camino

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In Estate ed in Inverno…

Chignolo d’Isola

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Schermature solari

• Una schermatura solare deve essere correttamente progettata tenendo conto dell’orientamento dell’edificio e delle diverse stagioni

• I nostri climi son caratterizzati da una duplice esigenza: protezione dalla radiazione in estate ed esigenza di guadagni solari in inverno.

• L'adozione di schermi e di protezioni mobili per le superfici vetrate consente di ridurre le dispersioni di calore nelle ore notturne e il surriscaldamento nelle ore diurne contribuendo a migliorare l'efficienza del sistema.

Per poter dimensionare la schermatura occorre conoscere:

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Schermature solariIn base a:

• posizione e tipo di schermatura che si intende adottare

• “Cammino solare”

si può studiare la porzione di area che verrà ombreggiata.

• In generale si possono realizzare sistemi– Fissi (frangisole, tettoie, ecc.)

– Mobili (tende, veneziane, ecc.)

– “Verdi” (schermature realizzate tramite vegetazione)

Esempio di Schermature solari mobili: Glattzentrum a Zurigo

Tende in lamelle di alluminio regolate automaticamente da una centralina elettronica (sensori che attivano le schermature in base al livello di luminosità impostato)

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Banca d’Austria: Vetro Prismatico e Lamelle

Business Business Promotion Promotion Centre Centre

DuisburgDuisburgRivestimento:Rivestimento:

strato esterno di strato esterno di vetraturavetraturasemplice, semplice, cavitcavit àà ventilata con ventilata con schermi regolabili schermi regolabili strato interno a doppia strato interno a doppia vetraturavetratura

Gli schermi sono perforati Gli schermi sono perforati in modo che anche in modo che anche quando sono chiusi si quando sono chiusi si abbia un contatto visivo abbia un contatto visivo con l'esterno.con l'esterno.

facciata a tripla facciata a tripla vetraturavetraturaben isolataben isolata

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Business Promotion Business Promotion Centre DuisburgCentre Duisburg

Dato che l'edificio Dato che l'edificio èè situato su una strada a forte situato su una strada a forte traffico di camion, la ventilazione naturale non traffico di camion, la ventilazione naturale non poteva essere presa in considerazione.poteva essere presa in considerazione.

Sistema di raffrescamento:Sistema di raffrescamento:

raffreddamento raffreddamento radiativo radiativo del soffitto, fornito da tubi del soffitto, fornito da tubi sottili di acqua fredda.sottili di acqua fredda.

climatizzazione invernale:climatizzazione invernale:strisce riscaldanti poste strisce riscaldanti poste sotto il pavimento.sotto il pavimento.

Business Promotion Business Promotion Centre DuisburgCentre Duisburg

Controllo delle condizioni all'interno degli uffici :Controllo delle condizioni all'interno degli uffici :pannello di controllo mediante il quale pannello di controllo mediante il quale èè possibilepossibile

regolare individualmente regolare individualmente le luci, le luci, gli schermi solari, gli schermi solari, il ricambio d'aria, il ricambio d'aria, il riscaldamento il riscaldamento il raffrescamento. il raffrescamento.

provvisto di un sensore in modo che, quando il provvisto di un sensore in modo che, quando il livello di illuminazione livello di illuminazione èè troppo basso, regola gli troppo basso, regola gli schermi per dirigere la luce solare disponibile schermi per dirigere la luce solare disponibile all'interno della stanza, e se necessario accende all'interno della stanza, e se necessario accende le luci. le luci.

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Frangisole •Finestre verticali con aggetto dimensionato per consentire la massima captazione invernale e la protezione estiva. •Per il loro dimensionamento è opportuno conoscere la latitudine del sito in modo da ricavare l’altezza minima (inverno) e massima (estate) del sole sull’orizzonte e valutare così in modo preciso la dinamica delle ombre nell’arco dell’anno

Alcuni accorgimenti

• Sul lato sud, conviene realizzare un aggetto orizzontale sopra le finestre, questo, per le nostre latitudini, consente, da un lato di sfruttare l’angolo alto d’incidenza delle radiazioni solari invernali e, dall’altro di proteggere l’edificio dalle radiazioni estive.

•Sulle pareti poste ad est ed ovest conviene prevedere schermature verticali in grado di riparare i componenti vetrati, ubicati su tali pareti, dalle radiazioni solari durante tutta la giornata.

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Chignolo d’Isola

Aggetti orizzontali con doppia funzione: protezione dall’eccesiva radiazione e produzione d’energia

Schermature Solari Verdi

• Un altro approccio per garantire la protezione dal surriscaldamento estivo ed il guadagno termico in inverno è quello di realizzare dei sistemi di schermatura tramite vegetazione

• Quanto detto può esser fatto con la progettazione di giardini con piante a foglie caduche, giardini pensili, tetti verdi.

• Nel caso di tetti verdi e giardini pensili è necessaria una progettazione molto attenta ed accurata, esiste una norma UNI che ne detta i criteri di progettazione.

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Tetti Verdi UNI 11235

Stratigrafia di massima di un tetto verde

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Due possibili soluzioni

Tetti Verdi

Tetti Verdi UNI 11235

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Attenzione al “Fai da te”!Errori ricorrenti

• Terreno non idoneo

• Errore sulla tipologia di piante

• Cattiva impermeabilizzazione

• Poca manutenzione

Recupero e stoccaggio acque piovane