Prof. Paolo Di Marco Business Plan II Operations & People Lezione 06.
Lezione 06 2013 Componenti-pareti1
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Componenti per le strutture opache e trasparenti degli edifici
prof. ing. Piercarlo Romagnoniprof. ing. Piercarlo Romagnoni
Universit IUAV di Venezia
Dipartimento di Pianificazione e Progettazioni di Ambienti Complessi
Dorsoduro, 2206 30123 Venezia
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Il calore definito come quella forma di energia che trasferita attraverso i confini di un sistema ad una datatemperatura ad un altro sistema (o verso l'esterno) ad unatemperatura pi bassa in virt della sola differenza ditemperatura tra i due sistemi
est < int
int
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Processi di scambio termico
Conduzione (trasferimento di energia dellemolecole)
Convezione (movimento di aria)
Scambi termici per radiazione
Scambi termici tra aria interna ed esterna
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Scambio termico globale
La potenza termica scambiata (W/m2) fornita come
Qc = (Differenza di temperatura) x Trasmittanza (U)
Qc = (Differenza di temperatura )/ Resistenza (R)
U la trasmittanza termica ed calcolata in W/(m2K) (pi piccola meglio ):U la trasmittanza termica ed calcolata in W/(m2K) (pi piccola meglio ):
U = 1/ R
R il reciproco del dato precedente ed chiamata resistenza termica (pi grande il valore meglio ) [(m2K) /W]
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La parete opaca si caratterizza con le seguenti propriet:
spessori s [m];
conducibilit termiche [W/(m K)]; conduttanze C [W/(m2 K)];
densit [kg/m3];calore specifico c [J/(kg K)]
La parete ha superficie A [m2]
La parete opaca
la resistenza termica totale di scambio Rtot la somma delle resistenze
termiche definite di seguito (UNI EN ISO 6946):
Rtot = Rt + R't + Rsi + Rse
Rt = resistenza termica di strato omogeneo;
Rt = resistenza termica di strato non omogeneo;
Rsi = resistenza superficiale interna;
Rse = resistenza superficiale esterna.
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Rt = resistenza termica di uno strato omogeneo di spessore s [m] e conducibilit
termica [W/(m K)]:
ricavata da valori tabulati secondo UNI EN ISO 10351
][2
WKmsRt =
Rt = resistenza termica di uno strato non omogeneo di spessore s [m] e
conduttanza termica C [W/(m2 K)]:
][1'2
WKm
CR t =
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[(m2 K)/W] Direzione del flusso termico Ascendente Orizzontale Discendente
Rsi 0,10 0,13 0,17 Rse 0,04 0,04 0,04
Per pareti verticali, andranno utilizzate le resistenze riportate nella colonna
centrale.
Resistenze superficiali
centrale.
Un flusso termico ascendente considerato tale su soffitti disperdenti; un
flusso termico discendente sotto pavimenti disperdenti.
E' considerato orizzontale anche un flusso termico inclinato fino a 30 sul piano orizzontale.
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Flusso termico attraverso la parete:
Per una serie di strati uno di seguito allaltro: si sommano le resistenze
Per strati in parallelo: si sommano i valori di U (pesati con la superficie)
K
0.5 1
K
K
K2
3
4
5
3.5
U4
R5
U3
R2
Tout
R =1/h1
T inR = 1/h61 6
U3=k3/D U4=k4/D
U34=f3U3+f4U4,
Dove f3 e f4 sono frazioni pesate nelle superfici
R34=1/U34
Rtotal = R1 + R2 + R34 + R5 + R6
Utotale = 1/Rtotale
Source of figures: Sherman and Jump (1997, CRC Handbook of Energy Efficiency, CRC Press, Boca Raton)
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Quindi
Il flusso termico attraverso una finestra o una parete varia con la
legge:
q = T/R
R (o RSI) varia con lo spessore d dello strato di materiale isolante:
R = d/, dove la conducibilit termica W/(m K) dellisolante
Il valore della resistenza totale R (o RSI) di una parete la
somma delle singole resistenze di ciascuno strato R di cui la
parete composta
Uoverall=1/Rtotal W/(m2 K)
Devono essere considerate le resistenze interne Rint e esterna Rest
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Trasmittanze termiche limite D.Lgs. 311 (dal 2010)
Zona climatica
Parete verticale
Copertura Pavimento verso locale
non risc.
Finestra
A 0,62 0,38 0,65 4,6
B 0,48 0,38 0,49 3,0
C 0,40 0,38 0,42 2,6C 0,40 0,38 0,42 2,6
D 0,36 0,32 0,36 2,4
E 0,34 0,30 0,33 2,2
F 0,33 0,29 0,32 2,0
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DECRETO 26 gennaio 2010Aggiornamento del decreto 11 marzo 2008 in materia di riqualificazione energetica degli edifici.(Pubblicato su G.U. n. 35 del 12/2/2010)Trasmittanze termiche per le ristrutturazioni
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Come si qualifica un edificio a basso consumo energetico?
Passive houses:
richiesta energetica per il riscaldamento 15 kWh/(m2 anno) riscaldamento, acqua calda sanitaria ed usi elettrici 120 kWh/(m2 anno)
Lisolamento si traduce con una bassa trasmittanza U dei componenti dellinvolucro
Parete esterna U 0,15 W/(m2K)Copertura U 0,15 W/(m2K)Pavimento U 0,15 W/(m2K)Porte e finestre U 0,8 W/(m2K)Vetro U 0,8 W/(m2K)
Coeff. lineicoponte termico lineare 0,01W/(m K)
Tenuta allaria n50 0,6 h-1
(EN 13829)
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Linvolucro delledificio
Isolamento
Porte e finestre
Facciate continue in edifici commerciali
Infiltrazioni daria Infiltrazioni daria
Facciate doppia pelle (Double skin faades)
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Dispersione di una parete o di un soffitto
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
R
e
l
a
t
i
v
e
H
e
a
t
L
o
s
s
Walls at R12 (RSI 2.1, U=0.47 W/m2/K)
Walls at R20 (RSI 3.52,U=0.28 W/m2/K)
Roof at R32 (RSI 5.6,U=0.18 W/m2/K)
0.0
0.1
0.2
0.3
0 10 20 30 40 50 60
R
e
l
a
t
i
v
e
H
e
a
t
L
o
s
s
R-Value
Walls (R40, RSI 7.0)Roof (R60, RSI 10.6)Advanced House:
RSI-Value0 2 4 6 8 10
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Lenergia necessaria per il riscaldamento quella residuale (o la differenza)
tra le perdite, lenergia dovuta ai guadagni passivi e ai carichi interni.
Fabbisogno di energia termica per il riscaldamento
In tal modo ad una data percentuale di riduzione delle perdite termiche non
corrisponde una proporzionale riduzione dellenergia necessaria al
riscaldamento.
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Lenergia necessaria per il raffreddamento quella dovuta ai
guadagni passivi e ai carichi interni e alle trasmissioni di
energia attraverso i vetri e le pareti.
Anche in questo caso, ad una data percentuale di riduzione dei
guadagni termici non corrisponde una proporzionale riduzione
Fabbisogno di energia termica per il raffreddamento
guadagni termici non corrisponde una proporzionale riduzione
dellenergia necessaria al raffrescamento.
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Come agire per ridurre i fabbisogni energetici?
1) Agisco sullinvolucro edilizio2) Agisco sullimpianto di riscaldamento o raffrescamento
Riduzione del fabbisogno di energia termica
Nel primo caso dovr considerare:1) Isolamento termico dellinvolucro edilizio2) Scelta delle tipologie di vetri e telai
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Isolanti: materiali a struttura fibrosa o cellulare e di bassa densit
La bont dellisolante misurata dalla conducibilit termica
< 0.05 W/(m K)
Pu essere inserito nelle strutture
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Isolanti: tipologie
Fibra di vetro (fibreglass) batts
Fibre minerali
Cellulosa
Schiuma Schiuma
Fibra di legno
Pannelli isolanti sottovuoto
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Materiale [W/(m K)] [kg/m3]Lana di roccia 0,035 0,05 20 140Lana di vetro 0,035 0,05 20 140Perlite espansa 0,05 -0,055 90 - 100Vetro cellulare 0,045 0,06 125 - 150Argilla espansa 0,130 0,25 400 - 1800Fibra di cellulosa 0,045 35 60 Sughero espanso 0,04 0,05 120Fibra di legno 0,050 -0,06 130 - 270(pannello)Fibra di legno mineralizzato
0,09 360 - 570
Paglia e giunco 0,06 0,130 -Lana di pecora 0,04 -EPS pol. Espanso 0,035 0,04 15 30XPS pol. estruso 0,030 - 0,04 20 - 50PUR poliuretano 0,020 0,035 30 - 35
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Alcune questioni legate agli isolanti
spessore
costo
ponti termici
embodied energy (ovvero lenergia richiesta per la loro fabbricazione)loro fabbricazione)
dispersione in ambiente di alocarburi (agenti schiumanti, quali HFC, CO2, H2O, o pentano)
degrado nel tempo (importante per schiume a base di HFC)
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Il ponte termico
Radiatori in nicchia allinterno
Cordolo interpiano
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Il ponte termico una configurazione strutturale o geometrica che produce una deviazione del flusso termico dalla condizione di flusso monodirezionale tra superficie interna ed esterna di una parete.
a) Ponte termico di forma
b) Ponte termico di struttura
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Isolamento sottofinestra
Interventi sullinvolucro opaco
Isolamento cassonetto
http://efficienzaenergetica.acs.enea.it/tecnici.htmhttp://efficienzaenergetica.acs.enea.it/tecnici.htm
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Interventi sullinvolucro opaco spessore dellisolante per il rispetto dei nuovi limiti di trasmittanza
Pareti verticali controparete lana di vetro
Lana di vetro con conduttivit da 0.032 a 0.04 W/(m K)Lana di vetro con conduttivit da 0.032 a 0.04 W/(m K)
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Interventi sullinvolucro opaco-spessore dellisolante
Pareti verticali isolamento in intercapedine lana di vetro
Solaio su non riscaldato lana di vetro
Valori indicativi, www.isover.itValori indicativi, www.isover.it
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Interventi sullinvolucro vantaggi/svantaggiISOLAMENTO A CAPPOTTO
la posa in opera necessita di impalcature esterne
possibili difficolt di posa in opera derivanti dalla presenza di elementi sporgenti in facciata
limitati disagi alle unit abitative durante la posa in opera
si riducono i rischi di condensa sia superficiale che interstiziale
si corregge leffetto dei ponti termici
si riduce lo scambio termico radiativo con gli occupanti dato che la temperatura superficiale interna pi elevata
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Interventi sullinvolucro vantaggi/svantaggi
RIEMPIMENTO INTERCAPEDINI
rischio di condensazione interstiziale
problemi di ponti termici
scarso controllo della corretta esecuzione dellopera, se non prevista unaccurata valutazione preliminare
lapplicazione non richiede finiture di carattere estetico
semplicit e basso costo di posa in operasi riduce lo scambio termico radiativo con
gli occupanti (temperatura superficiale interna pi elevata)
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Interventi sullinvolucro vantaggi/svantaggi
ISOLAMENTO DALLINTERNO
riduzione del volume utile delledificio
possibile interferenza dei pannelli isolanti con componenti degli impianti termici, elettrici, etc.
problemi legati ai ponti termici
elevato rischio di condensa interstiziale
possibile disagio per gli occupanti se si opera possibile disagio per gli occupanti se si opera dallinterno
semplicit di posa in opera
possibilit dintervento su edifici con facciate sottoposte a vincoli storici o architettonici (es. mattoni faccia a vista, bugnato, etc.)
Possibilit di intervento parziale (appartamento singolo)
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ISOLAMENTO PER COPERTURE PIANE o
INCLINATE
Isolamento ultimo solaio - rivestimento con
materiale isolante appoggiato sulla soletta
del solaio in spazi aperti dove la
pedonabilit non richiesta
Tetto isolato esternamente - il materiale
isolante pu essere posizionato sopra o isolante pu essere posizionato sopra o
sotto lo strato impermeabile
Tetto ventilato - intercapedine daria di 8 10
cm sotto la copertura.
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In coperturaLutilizzo di ricoprimenti riflettenti e/o basso-emissivi
Ricoprimento riflettente
isolamento
Barriera low-e
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VIP Vacuum insulation panels
La conducibilit termica pari a ~ 1/10 di quella di una schiuma, della fibra di vetro o di un isolante a base cellulosa
Per cui circa 1-cm di VIP fornisce la stessa resistenza termica di 10 cm di un normale isolante
Ideali dove lo spazio ridotto Ideali dove lo spazio ridotto
Utilizzo nelle porte e nei frigoriferi e nei freezers
Costo pari a circa 10x il costo di un normale isolante
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Pannelli Prefabbricati VIP
Source: Binz and Steinke (2005, 7th International Vacuum Insulation Symposium, EMPA, Duebendorf,
Switzerland, www.empa/ch/VIP-Symposium)
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VIP in unit di copertura prefabbricate
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Finestre - Infisso
TELAI PER FINESTRA
Telai in legno
Telai in alluminio
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VETRATE SPECIALI
Adozione di vetri basso-emissivi - aumenta la resistenza radiativa. La radiazione infrarossa proveniente dallinterno riflessa (effetto serra). Il risultato ottenuto attraverso il trattamento superficiale del vetro.Adozione di vetri a controllo solare - la radiazione infrarossa solare riflessa allesterno. Unaliquota della radiazione visibile solare assorbita dalla lastra.
da www.guidafinestra.itda www.guidafinestra.it
Fattore di trasmissione
Lunghezza donda
VisibileVisibile
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PCMpassaggio di fase a temperature sufficientemente basse: accumulo di calore che pu essere rilasciato in tempi sfasati anche di parecchie ore
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Applicazioni dei PCM
PCM Microcapsule
Telaio in legno
Isolante
PCM + Cartongesso
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Riscaldamento sotto pavimento con PCM
PCM granulates
Source: ZAE Symposium 04, http://www.zae-bayern.de
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Vetro e finestre
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Caratterizzazione: prestazioni termiche U-value
UNI EN ISO 10077-1, 2007 - Prestazione termica di finestre, porte e chiusure
oscuranti - Calcolo della trasmittanza termica - Parte 1: Generalit;
UNI EN 673, 2005 - Vetro per edilizia - Determinazione della trasmittanza termica
(valore U) - Metodo di calcolo
Ug
(W/m2 K)Aria Argon Kripton
(W/m K)
Lastra singola 5.7
Doppia 2.8 2.7 2.5
Tripla 1.9 1.7 1.6
Muratura 30 cm 1
Valori calcolati secondo UNI EN 673 per vetri con spessore di 6 mm ed intercapedini con spessore di 12 mm
fg
ggffggw
AA
LAUAUU
+
++=
-
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Protezione dalla radiazione solare
Controllo e riduzione delle dispersioni termiche
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Grundschule am Reidburg, Frankfurt (D)
(schermi esterni)
Fonte: Danny Harvey
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La normale pratica nella progettazione degli edifici quella di collocare sistemi riscaldanti al di sotto delle finestre e questo perch le finestre normalmente sono disperdenti. In tal modo possibile:
Mantenere la finestra calda evitando asimmetrieradianti
Prevenire spifferi daria (draft) Prevenire spifferi daria (draft)
Prevenire la condensazione
Con finestre ad elevata prestazione, possibile avereminori dispersioni e collocare i sistemi scaldanti altrovenella stanza
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Valore di trasmittanza termica richiesta alla finestra per evitare il
riscaldamento perimetrale
in funzione della temperatura di progetto pi fredda
3
4W
i
n
d
o
w
U
-
v
a
l
u
e
(
W
/
m
2
/
K
)
Perimeter Heating
0
1
2
-30 -20 -10 0 10
Design Temperature (oC)
W
i
n
d
o
w
U
-
v
a
l
u
e
(
W
/
m
Perimeter HeatingNot Needed
Perimeter HeatingNeeded
-
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Per garantire elevate prestazioni del sistema necessario utilizzare telai ad elevate prestazioni:
legno materiali polimerici (PVC) con anima in metallo profilato metallico (alluminio,acciaio) con taglio termico misto metallo legno e metallo polimero
Telai
misto metallo legno e metallo polimero
Alluminio con taglio termico
PVC
PVC-Alluminio Legno
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fgggffgg
w AALAUAU
U+
++=
Telai: trasmittanza termica, valori di riferimento (UNI EN ISO
10077-1)
Fig. 2: Aree di riferimento nel calcolo della
trasmittanza termica di un serramento
vetrato.
Fig. 3: Andamento della trasmittanza termica di riferimento
per telai in legno (da UNI EN ISO 10077 parte 1).
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MATERIALE TIPO DI TELAIO Uf W/(m2K)Poliuretano Con anima di metallo e spesso pi di 5 mm 2,6
PVC profilo vuoto
Con due camere 2,1Con tre camere 1,9
Materiale Spessore d [mm] Uf W/( m2 K)]
Legno
20 2,6030 2,2040 2,0050 1,9070 1,65
100 1,42100 1,42130 1,22160 1,10
Metallo
4 4,26 3,78 3,5
10 3,312 3,215 3,120 3,1
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Riduzione delle dispersioni: i profili distanziatori
profilo in alluminio,
profilo in acciaio,
metallo variamente rivestito
metallo con taglio termico
fibra di vetro-polimero, poli-iso-butilene polimeri espansi (siliconici) materiali plastici (policarbonato)
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Distanziatori: il coefficiente di dispersione lineico, valori di
riferimento (UNI EN ISO 10077-1)
50
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Distanziatori: il coefficiente di dispersione lineico, valori di
riferimento (UNI EN ISO 10077-1)
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Ingresso dellenergia solare attraverso la finestra
Trasmissione diretta della radiazione solare
Assorbimento parziale della radiazione solare da parte degli
strati vetrati; il riscaldamento dello strato:
- causa una riemissione (dalla superficie interna della lastra
verso linterno) di parte dellenergia assorbita come IRverso linterno) di parte dellenergia assorbita come IR
- riduce il flusso termico tra la stanza e la superficie della lastra,
riducendo la differenza di temperatura tra laria ambiente e la
lastra vetrata (se la lastra di vetro diviene pi calda dellaria
interna, il flusso termico si dirige verso linterno)
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Parametri energetici: fattore solare FS o g
I)(cI)(FS
+=
Rapporto tra lenergia globale trasmessa oltre la lastra e quella incidente su di essa;
si considera sia lenergia direttamente trasmessa che quella assorbita e scambiata per
radiazione e convezione con linterno;
I
I)(cI)(FS
+= II I
c (I)(1-c) I
Il fattore solare anche indicato come total solar energy transmittance
TSET, e Solar heating gain coefficient SHGC.
Per lastre non trattate il valore di c viene di solito assunto pari a 0,3; con
ricoprimenti bassoemissivi si pu arrivare a 0,5.
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Coefficiente di Solar heat gain (SHGC)
o g-value (in Europa)
Considera entrambi gli effetti diretto (trasmissione ridotta) e
indiretto (ri-emissione di radiazione IR nella stanza e ridotte
perdite di flusso termico)
Per doppi vetri non trattati, SHGC = 0.7 e U = 2.5 W/m2/K
Le finestre potrebbero essere utilizzate con i seguenti valori: Le finestre potrebbero essere utilizzate con i seguenti valori:
- SHGC = 0.23 con U = 0.4 W/(m2 K), oppure
- SHGC = 0.60 con U = 0.7 W/(m2K)
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Dipendenza del fattore solare FS o g dallangolo di incidenza della radiazione
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DPR 59 -2009
Art. 4,comma 20
Nel caso di ristrutturazione di edifici esistenti di cui all'articolo 3, comma 2, lettera c),
numeri 1) e 2), del decreto legislativo, per tutte le categorie di edifici, cos come
classificati in base alla destinazione d'uso all'articolo 3, del DPR 26 agosto 1993, n. 412,
ad eccezione delle categoria E.6 ed E.8, il progettista, al fine di limitare i fabbisogni
energetici per la climatizzazione estiva e di contenere la temperatura interna degli
Valori limite di legge
energetici per la climatizzazione estiva e di contenere la temperatura interna degli
ambienti, valuta puntualmente e documenta l'efficacia dei sistemi filtranti o schermanti
delle superfici vetrate, tali da ridurre l'apporto di calore per irraggiamento solare.
Gli eventuali impedimenti di natura tecnica ed economica all'utilizzo dei predetti sistemi
devono essere evidenziati nella relazione tecnica di cui al comma 25. La predetta
valutazione pu essere omessa in presenza di superfici vetrate con fattore solare (UNI EN
410) minore o uguale a 0,5.
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Parametri ottici: e, e, v, v
60
80
100T
r
a
s
m
i
t
t
a
n
z
a
(
%
)
visibile infrarossoUV
v
visibile Solare: visibile + IR + UV
0
20
40
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400Lunghezza d'onda (nm)
T
r
a
s
m
i
t
t
a
n
z
a
(
%
)
ChiaroGrigioBronzo
Verdee
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1 vetro assorbente e 2 vetro basso-emissivo
Senza basso emissivo 59%
Senza basso emissivo 2.9
emissivo 59%
Senza basso emissivo 40%
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Radiazione solare e vetro
La radiazione che giunge sulla superficie composta da
- Ultravioletto (poca)
- Visibile (0.4-0.7 m)
- Vicino Infrarosso (NIR) (0.7-4.0 m)
Circa la met dellenergia solare che raggiunge il suolo nel Circa la met dellenergia solare che raggiunge il suolo nel
campo del visibile e la met nellinfrarosso (NIR)
Le finestre che hanno un coefficiente SHGC pari a ~ 0.25
hanno circa il 50% di trasmissione nel visibile e ~ 0 nel
campo NIR cos da poter essere utilizzate per la luce
naturale (daylighting) ma riducono fortemente i guadagni
solari e quindi i carichi per il condizionamento estivo
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Riduzione della trasmissione di calore
attraverso le finestre
Uso di pi lastre di vetro
Vetro bassoemissivo (low-e)
Uso di gas inerte tra le lastre (Ar, Kr, Xe)
Vuoto tra le lastre
Telaio altamente isolato
Tenuta allaria
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Aspetti acustici
Lincremento delle prestazioni termiche favorisce la riduzione del rumore in ambiente ma nelle ambiente ma nelle ristrutturazioni occorre verificarne anche il rispetto dei limiti secondo il DPCM 05.12.97 sui requisiti acustici passivi degli edifici
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www.anit.itwww.anit.it
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Classificazione acustica di unit immobiliari in funzione dei requisiti prestazionali (UNI 11367)
Classe
Isolamento acustico
normalizzato di facciata
D2m,nT,w [dB]
Potere fonoisolante apparente di
divisori verticali e orizzontali fra ambienti di
differenti unit immobiliariRw [dB]
Livello di pressione sonora di calpestio normalizzato fra
ambienti sovrapposti e/o
adiacenti di differenti unit
immobiliariLnw [dB]
Livello sonoro corretto
immesso da impianti a
funzionamento continuo
Lic,eq [dB(A)]
Livello sonoro corretto
immesso da impianti a
funzionamento discontinuo
Lic,max, [dB(A)]
Qualora un requisito abbia caratteristiche peggiori rispetto a quelle proprie della classe IV, esso si considera non classificabile e viene caratterizzato con lacronimo NC.
Lnw [dB]
IIIIIIIV
43 40 37 32
56 53 50 45
53 58 63 68
25 28 32 37
30 33 37 42
-
11/03/2013
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