L’involucro edilizio - CIRI Edilizia e costruzioni · (ponte termico: UNI EN ISO 10211, UNI EN...

Bologna, 20 Ottobre 2012

Prof. Piercarlo ROMAGNONI

Università IUAV di Venezia

Dorsoduro 2206 – 30123 Venezia

L’involucro edilizio: innovazione tecnologica e implicazioni energetiche

Sistemi integrati per l’edilizia e le costruzioni


Edificio convenzionale recente 100-150 kWh/m2a

Legge 373 / 1976

170 kWh/m2a

Legge 10 / 1991

140 kWh/m2a

Edificio degli anni 1950-80

200-250 kWh/m2a

Prestazioni energetiche degli edifici


Bilancio energetico dell'edificio (attuale)

INVERNO

ESTATE

Fabbisogno Qh

Guadagni netti hQg

Trasmissione QT

Ventilazione QV

Fabbisogno Qh

Ventilazione QV

Trasmissione QT

Guadagni netti hQG



Le indicazioni tematiche

Risparmio energetico: gli edifici a zero energy

nuova costruzione

esistenti

impiego energia rinnovabili

L’evoluzione normativa e legislativa

Il progetto e la costruzione (e i controlli ?)



Direttiva 31/2010 CE (Recast 2002/91/CE) Definizioni 2) «edificio a energia quasi zero»: edificio ad altissima prestazione energetica, determinata conformemente all’allegato I. Il fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo dovrebbe essere coperto in misura molto significativa da energia da fonti rinnovabili, compresa l’energia da fonti rinnovabili prodotta in loco o nelle vicinanze;

D.Lgs 3 marzo 2011, n° 28 (rinnovabili) Allegato 3 Nel caso di edifici nuovi o edifici sottoposti a ristrutturazioni rilevanti, gli impianti di produzione di energia termica devono essere progettati e realizzati in modo da garantire il contemporaneo rispetto della copertura, tramite il ricorso ad energia prodotta da impianti alimentati da fonti rinnovabili, del 50% dei consumi previsti per l’acqua calda sanitaria e delle seguenti percentuali della somma dei consumi previsti per l’acqua calda sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento: a) il 20 per cento: dal 31 maggio 2012 al 31 dicembre 2013; b) il 35 per cento: dal 1° gennaio 2014 al 31 dicembre 2016; c) il 50 per cento quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è rilasciato dal 1° gennaio 2017.


Direttiva 31/2010 CE (Recast 2002/91/CE) Allegato I 3. Ai fini della determinazione della metodologia di calcolo si deve tener conto almeno dei seguenti aspetti: a) le seguenti caratteristiche termiche effettive dell’edificio, comprese le sue divisioni interne: i) capacità termica; ii) isolamento; iii) riscaldamento passivo; iv) elementi di rinfrescamento; e v) ponti termici; b) impianto di riscaldamento e di produzione di acqua calda, comprese le relative caratteristiche di isolamento; c) impianti di condizionamento d’aria; d) ventilazione naturale e meccanica, compresa eventualmente l’ermeticità all’aria; e) impianto di illuminazione incorporato (principalmente per il settore non residenziale); f) progettazione, posizione e orientamento dell’edificio, compreso il clima esterno; g) sistemi solari passivi e protezione solare; h) condizioni climatiche interne, incluso il clima degli ambienti interni progettato; i) carichi interni.


Caratterizzazione energetica

Isolamento e ponti termici Controllo solare Gli impianti illuminazione (ottimizzazione) riscaldamento raffrescamento ventilazione Materiali Energia rinnovabile Co-generazione

Verifica operativa Monitoraggio dei risultati



Condizioni invernali dispersioni termiche trasmittanza termica L’involucro viene caratterizzato dalla trasmittanza termica U (inverso della resistenza termica R) (UNI EN ISO 6946) Le giunzioni tra elementi sono caratterizzate dal coefficiente lineico y

(ponte termico: UNI EN ISO 10211, UNI EN ISO 14683)

Condizioni estive apporti di calore capacità termica sfasamento temporale smorzamento L’involucro viene caratterizzato dalla trasmittanza termica dinamica YIE (UNI EN ISO 13786)



Come si qualifica un edificio a basso consumo energetico?

(www.europeanpassivehouses.org)

Passive houses: richiesta energetica per il riscaldamento ≤ 15 kWh/(m2 anno) riscaldamento, acqua calda sanitaria ed usi elettrici ≤ 120 kWh/(m2 anno) 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. lineico ponte termico lineare y ≤ 0,01W/(m K) Tenuta all’aria n50 ≤ 0,6 h-1

(EN 13829)

Involucro edificio


I materiali

Isolanti: materiali a struttura fibrosa o cellulare e di bassa densità

La bontà dell’isolante è misurata dalla conducibilità l < 0.05 W/(m K)

Può essere inserito nelle strutture



Isolante sottovuoto l = 0,005 W/(m K)

Pannelli sottovuoto formati da polvere di silicio pressata avvolti in un involucro di poliestere e polietilene.

Gli isolanti sotto vuoto



VIP Vacuum insulation panels

• La conducibilità termica è 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 è ridotto

• Utilizzo nelle porte e nei frigoriferi e nei freezers

• Costo pari a circa 10x il costo di un normale isolante



VIP in unità di copertura prefabbricate



PCM passaggio di fase a temperature sufficientemente basse: accumulo di calore che può essere rilasciato in tempi sfasati anche di parecchie ore



Riscaldamento sotto pavimento con PCM

Source: ZAE Symposium 04, http://www.zae-bayern.de

PCM granulates

http://www.zae-bayern.de/




In copertura L’utilizzo di ricoprimenti riflettenti e/o basso-emissivi

isolamento

Barriera low-e

Ricoprimento riflettente



Edificio

commerciale

a Davis - California


Bologna, 20 Ottobre 2012 Sistemi integrati per l’edilizia e le costruzioni


Il tetto verde. E’ sempre efficace?



Trasmittanze termiche limite in W/(m2 K)

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 2,6

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



DECRETO MINISTERO DELLO SVILUPPO ECONOMICO 26 gennaio 2010 Aggiornamento del decreto 11 marzo 2008 in materia di riqualificazione energetica degli edifici. (Pubblicato su G.U. n. 35 del 12/2/2010) ART. 2, comma 1 «Ai fini dell'applicazione del comma 345, dell'art. 1, della legge finanziaria 2007, e ai sensi di cui all'art. 1, comma 20, della legge finanziaria 2008, i valori di trasmittanza termica delle strutture opache verticali, orizzontali e inclinate e delle chiusure apribili e assimilabili, che delimitano l'edificio verso l'esterno o verso locali non riscaldati, devono rispettare i corrispondenti limiti massimi riportati in allegato B, in funzione delle zone climatiche di ubicazione dell'edificio oggetto della riqualificazione energetica.»;


Il ponte termico

Radiatori in nicchia all’interno

Cordolo interpiano



Isolamento del tipo cordolo e aggiunta controsoffitto

Esempio di sezione verticale solaio interpiano

Non isolata

y = 0,1444 W/(m K)

y = 0,0406 W/(m K)

Il passaggio dalla sezione non isolata a quella isolata comporta una riduzione del 68% delle perdite del solo ponte termico



Capacità termica E' la caratteristica del materiale ad immagazzinare una significativa quantità di energia termica e di ritardarne le riemissione. Tempi di risposta bassi consentono di moderare le fluttuazioni interne di temperature La richiesta di energia termica da parte dell'edificio può essere controllata con l'interazione tra capacità termica dell'edificio e sistema di condizionamento.


L’effetto della massa nelle pareti

ritardo attenuazione


5

10

15

20

25

30

35

3 6 9 12 15 18 21 24 63 h

°C

3 6 9 12 15 18 21 24

AMBIENTE

ESTERNO

AMBIENTE

INTERNO

Smorzamento S = Ai / Aest

S1(soggiorno) 0,15-0,35

S2(camera da letto) 0,07-0,18

Sfasamento orario qext massima

f1(soggiorno) = 5h10m

f2(camera da letto) = 7h

Valori misurati – Vigo di TON (TN) estate 2004

La dinamica: l’azione dell’involucro in regime

estivo (UNI EN ISO 13786)


fg

ggffggw

AA

LAUAUU

y

aeaiUNIENggg UAq )673(

Le prestazioni “termiche” di un sistema vetrato : Il coefficiente di scambio termico U-value

aeaiUNIENwww UAq )110077(

La caratterizzazione del sistema finestra

(vetro e telaio)

Ug = trasmittanza termica del vetro [W/(m2 K)]

Uw = trasmittanza termica del telaio [W/(m2 K)]



Impatto della frazione vetrata e scelta della finestra:

esempio in Svezia

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

30% Base 60% Base 60%

Upgraded

100% Base 100%

Upgraded

En

erg

y In

ten

sit

y (

kW

h/m

2/y

r)

Heating Cooling LightingEquipment Pumps & fans Server rooms

Uw = 1,85 W/(m2 K) e g = 0,69; Uw = 1,11 W/(m2 K) e g = 0,22



Il vetro: il controllo solare

La trasmissione luminosa non è la trasmissione energetica


L’involucro: gli schermi

Art. 4, comma 19 DPR 59/ 2009

Scuola media – Empoli (I)

Sevilla (E): Società Telefonica

Joensuu (SF)


Sistemi ombreggianti esterni

Source: Danny Harvey



Vetro ventilato: i risultati di una campagna di ITC - CNR


Abu Dhabi Investment Council New Headquarters (Al-Bahr Towers) Sistemi di schermatura del vetro della facciata ventilata

Il sistema è concepito per variare la sua trasparenza aprendosi come un ombrello al variare dell’incidenza del sole


Protezione dalla radiazione solare

Controllo e riduzione delle dispersioni termiche



Il DPR 59/2009

Limiti per l’estivo (art.4 comma 18)

Il progettista … per tutti gli edifici

a) valuta puntualmente e documenta l’efficacia dei sistemi schermanti delle superfici vetrate, esterni o interni, tali da ridurre l’apporto per irraggiamento solare

e, escluse le categorie E5, E6, E7 e E8,

b) esegue, in tutte le zone climatiche ad eccezione della F, per le località in cui il valore medio mensile dell’irradianza sul piano orizzontale, nel mese di massimo insolazione estiva, Im,s, è superiore a 290 W/m2:

1) pareti verticali (ma non quelle a N, NE, NW) almeno 1 verifica:

1.1) Ms > 230 kg/m2;

1.2) YIE < 0,12 W/(m2 K)

2) pareti orizzontali o inclinate: YIE < 0,2 W/(m2 K)



Il DPR 59/2009

Limiti per l’estivo (art.4 comma 3)

Edifici di nuova costruzione e ristrutturazione edifici esistenti (art. 3 comma 2, lettere a) e b) D.Lgs. 311/2006, si determina il limite della prestazione energetica per il raffrescamento estivo Epe, involucro secondo UNI TS 11300-1

Edifici classe E1

Zona climatica A e B Epe, involucro ≤ 40 kWh/(m2 anno)

Zona climatica C, D, E e F Epe, involucro ≤ 30 kWh/(m2 anno)

Altri edifici

Zona climatica A e B Epe, involucro ≤ 14 kWh/(m3 anno)

Zona climatica C, D, E e F Epe, involucro ≤ 10 kWh/(m3 anno)



Un altro aspetto dell’isolamento… Tenuta all’aria (n50) di pratica comune per alcuni paesi europei Austria: 1,0 h-1

Belgio: 7,8 h-1 (raccomandato nello standard nazionale: 1-3 h-1) Denimarca: 2,3 h-1

Germania: 1,5 - 3 h-1

Olanda: 2,32 h-1

Norvegia: 2,0 h-1

UK: 4,0 h-1

La tenuta all’aria definisce la possibilità di infiltrazioni non controllate (Dp = 50 Pa)

controllo delle infiltrazioni qualità dell’aria interna

(CO2, vapore acqueo,…)



Ventilazione: Unità centrale e scambiatore aria-aria collocati in prossimità delle pareti (meglio sarebbe nella parete o nel piano interrato). Il recuperatore deve avere efficienza superiore al 75%, e dovrebbe avere una tenuta T < 3%, con un’efficienza elettrica < 0,4 Wh/m³, a portata variabile e con un buon isolamento termico ed acustico. Scambiatore sotterraneo terreno-aria (opzionale): Il sistema dovrebbe essere a tenuta con le parti più fredde lontane dagli ambienti.



Ventilazione La produzione interna di umidità può avere un forte impatto sul tasso di ventilazione richiesto per un’adeguata qualità dell’aria (IAQ). Lo standard Passive House propone n = 0,4 ach-1 oppure 30 m3/pers/h altrimenti il valore proposto dallo standard nazionale, se più alto. Gli esempi di edifici passivi propongono un range di valori pari a 0,22 ÷ 0,69 ach-1. In molti paesi sono proposti valori leggermente più elevati: Austria: n = 0,4 ach-1 o 30 m3/pers/h Belgio: n = 30 m3/pers/h Denimarca: n ~ 0,5 ach-1

Germania: n ~ 0,5 ach-1

Olanda: n ~ 0,9 ach-1

Norvegia: n ~ 0,5 ach-1



La ventilazione diviene una quota importante del fabbisogno complessivo (può incidere per 20 - 30 kWh/m2 ) e deve essere attentamente progettata


Riassumendo … sulle prestazioni dell’involucro

parete opaca trasmittanza termica adeguata

(inferiori ai livelli del 2010 in DPR 311/06)

capacità termica dell’intero involucro

trasmittanza termica dinamica

parete vetrata trasmittanza termica adeguata

fattore di guadagno solare

uso di schermature

copertura schermo riflettente

spessore di ventilazione Sistemi integrati per l’edilizia e le costruzioni


una linea guida progettare l’involucro progetto integrato progettare l’impianto Alcuni concetti chiave dovranno guidare lo sviluppo futuro dell’involucro esterno di un edificio dovrebbero essere:

adattabilità comportamento dinamico (active response) integrazione / interattività accoppiamento con tecnologie RES armonizzazione (tuning) con l’ambiente esterno.



Grazie per l’attenzione …

Riferimenti www.aicarr.it www.itaca.org www.cti2000.it www.retscreen.net www.uni.com www.ashrae.org www.enea.it www.rehva.eu www.gse.it www.gbcitalia.org www.iea.org


http://www.aicarr.it/

http://www.itaca.org/

http://www.cti2000.it/

http://www.retscreen.net/

http://www.uni.com/

http://www.ashrae.org/

http://www.enea.it/

http://www.rehva.eu/

http://www.gse.it/

http://www.gbcitalia.org/

http://www.iea.org/

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