Sull’Impiego Delle Pareti Ventilate - Ciampi/Leccese/Tuoni

8/16/2019 Sull’Impiego Delle Pareti Ventilate - Ciampi/Leccese/Tuoni

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Sull’impiego delle paretiventilate per la riduzione

dei carichi termici estivi

Mario Ciampi, Francesco Leccese, Giuseppe Tuoni

Il risparmio energetico conseguibile con l’impiego di strutture ventilate viene discusso

mediante una funzione semplice di cinque parametri adimensionali che ben si presta

per verifiche progettuali. Come esempio di applicazione vengono esaminate varie tipologie

di facciate e coperture ventilate

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i c e r c a

egli ultimi anni le pareti ventilate sono state oggettodi numerosi studi, sia dal punto di vista architetto-nico,per i contenuti estetico formali che questa

particolare scelta può comportare,sia dal punto di vista fisico-tecnico, per i possibili risparmi energetici conseguibili conl’impiego di tali strutture [1-11].Nel nostro Paese la crescente domanda di impianti di condi-zionamento e sistemi split ha comportato un sensibile au-mento dei consumi di energia elettrica nella stagione estiva esi prevede,a breve scadenza,che la potenza necessaria possa su-

perare nettamente quella richiesta nel periodo invernale. Diqui la necessità di un’accurata progettazione dell’involucro de-gli edifici tesa a ridurre i carichi termici estivi:le pareti venti-late,se ben progettate,possono contribuire al raggiungimentodi questo obiettivo [8-10].Le pareti ventilate possono trovare utile applicazione anchenegli interventi di restauro e risanamento conservativo e di ri-strutturazione edilizia.A questo proposito risultano significa-tivi i recenti provvedimenti legislativi[11] atti a favorire au-menti di volume quando questi producano un miglioramentodel comportamento energetico dell’edificio(1).Nel presente lavoro si propone un metodo,utilizzabile per ap-

plicazioni progettuali, in grado di fornire tutte le indicazioniutili per la scelta della più opportuna tipologia di strutturaventilata da utilizzare [9]. Si osservi, a questo proposito,chenella maggior parte dei casi non interessa tanto il valore pre-ciso del risparmio energetico conseguibile con una data solu-zione,quanto piuttosto le indicazioni, anche qualitative, sulposizionamento dell’isolante,sulle dimensioni dell’intercape-dine e sul tipo di materiale da utilizzare per la realizzazione deidue paramenti.Come esempio di applicazione di tale metodo

viene riportata un’analisi del comportamento termico di al-cune facciate e coperture ventilate,scelte tra quelle di più co-mune realizzazione.

Il risparmio percentuale La struttura ventilata (copertura ofacciata) viene schematizzata mediante due paramenti, Aesterno eB interno,delimitanti una intercapedine di sezionerettangolare nella quale viene fatta fluire dell’aria.L’intercape-dine ha lunghezzaL (nella direzione del moto dell’aria), lar-ghezza l ,spessored ;siaϑ l’angolo di inclinazione rispetto al-

l’orizzontale che nel caso di facciata è ovviamente ϑ = 90°(fig.1).Si assumono condizioni stazionarie e la trasmissionedel calore viene schematizzata unidimensionale,trascurandocon ciò ogni effetto dovuto ai ponti termici;tutte le resistenzetermiche devono intendersi riferite all’unità di superficie.Nonostante la complessità del problema e il gran numero digrandezze fisiche che influenzano il comportamento termicodi una parete ventilata,è possibile riassumerne le prestazionienergetiche in un’unica formula, avente come grandezze diingresso solo 5 parametri adimensionali[9].Più precisamente,si può introdurre il risparmio percentualeS ,dovuto alla ven-tilazione della struttura,nella forma:

S = (Q0– Q)/Q0oveQ è il flusso termico medio entrante nel locale quando lastruttura è ventilata,mentreQ 0 è quello entrante quando l’in-tercapedine di ventilazione è chiusa.Il significato diS è forte-mente intuitivo,soprattutto quando assume valori compresitra 0 ed 1;valori negativi di S indicano chiaramente che laventilazione non è conveniente.Si noti cheS può, in talunicasi (assai particolari),presentare dei valori superiori ad 1:ciòsignifica cheQ è negativo e cioè che la ventilazione è in grado

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di effettuare addirittura una sottrazione di calore al locale.L’analisi sviluppata in [9] permette di esprimere il risparmiopercentuale nella forma:

χS = l –χ +γ z (ϕ – z) [1 – exp (– –––––––––––––)] (1)γ[H + z (l – z)]in funzione dei 5 parametri adimensionali qui di seguito de-finiti.Il parametro ambientale ϕ caratterizza il campo termico e l’ir-raggiamento solare ed è definito da:ϕ = (Te– T0)/(Te–Ti)in cui T i è la temperatura interna del locale,T 0 è la tempera-tura dell’aria esterna all’ombra e T e la temperatura sole-aria.Si ha Te=T0+areI, cona coefficiente di assorbimento alla ra-diazione solare della faccia esterna della struttura, r e resistenza

liminare tra la parete e l’ambiente esterno e I (W/m2) l’in-tensità della radiazione solare incidente. In assenza di insola-zione, il parametro ambientale è nullo; durante la stagioneestiva esso assume valori positivi,solitamente minori di 1,neilocali serviti da un impianto di condizionamento (Te>Ti),an-che se,in taluni casi,può superare il valore 1 (per esempio inambienti non condizionati in cui sia Ti>T0).I valori di ϕ ne-gativi non appaiono qui interessanti (corrispondono a Ti>Te).La frazione z di resistenza affacciata sull’ esterno è definita me-diante il rapporto z = Re/R t,cioè tra la resistenza termicaR e vista tra l’aria di ventilazione e l’esterno e la resistenza termicaR t complessiva vista tra l’aria del locale e quella esterna.Tale

quantità è sempre positiva e minore di 1 (0


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di sopra di una certa soglia di insolazione;peraltro S crescerapidamente conϕ per cui le pareti ventilate risultano,dalpunto di vista energetico, tanto più convenienti quantomaggiore è l’irraggiamento solare;(b) influenza dello spessore dell’ intercapedine del canale di ventilazione. Per pareti ventilate in modo naturale, lo spessoredell’intercapedine d influisce, attraverso il diametro idrau-

lico,sulle perdite di carico distribuite nel canale e quindi,attraverso la velocità W 0 , sulla portata termica specificaγ ;come è intuitivo,al crescere di d cresce γ e,nei casi signifi-cativi,anche il risparmio S ;(c) influenza dell ’ angolo di incli nazione per le coperture. Anchel’incremento dell’angolo ϑ dà luogo ad un aumento dellavelocità W 0 della ventilazione naturale e quindi conducead un incremento del risparmio percentuale;(d) influenza della lunghezza del canale di venti lazione. In con-dizioni di ventilazione naturale, l’incremento della lun-ghezza L pur causando un incremento nella velocità W 0 del moto di ventilazione naturale, provoca una diminu-

zione di W0/L e quindi del parametro γ .L’incremento di Ldetermina dunque una diminuzione del risparmio energe-tico:conviene pertanto separare la ventilazione di una fac-ciata alta in vari tronchi;(e) influenza della disposizione dello strato di isolante nell ’ intercapedine. Generalmente lo strato di isolante termico vieneposto in aderenza al paramento interno; è lecito doman-darsi se non sia più conveniente distribuire in modo di-verso l’isolante tra i due paramenti. E’ chiaro che una di-versa distribuzione dell’isolante influisce sul parametro z ;come si è rilevato sopra, al variare di z il risparmio ener-getico può presentare un valore ottimale, fortemente in-

fluenzato dal valore degli altri parametri. In questa sede sipuò concludere che,per alcune pareti e per alcune condi-zioni di impiego,esiste una scelta ottimale nella distribu-zione dell’isolante.

Analisi di alcuni casi di rilevante importanza praticaAlfine di precisare in modo quantitativo le problematiche delprecedente paragrafo,si devono determinare i valori dei 5parametri di ingresso della (1);pertanto occorre precisarein dettaglio sia le caratteristiche delle pareti ventilate,sia lecondizioni termofisiche dell’aria.A questo scopo sono state studiate quattro tipologie di fac-

ciate indicate con F i (i = 1,…4) e tre di coperture, indi-cate con C j ( j = 1,…3); fra queste la facciataF 2 e la co-perturaC 2 sono completamente in laterizio.Le facciate F i e le copertureC j presentano uno stesso va-lore della resistenza termica (R t0 =1,89 per le facciate eR t0 =1,87 m2K/W per le coperture) ed hanno uno stessocomportamento energetico a intercapedine chiusa.La facciataF 1 ha un paramento esterno metallico (allumi-nio) ancorato ad una muratura in calcestruzzo alleggerito;

la facciata F 2 presenta un rivestimento esterno in laterizio(elementi in cotto preassemblati in pannelli) ancorato aduna muratura in laterizio;la facciataF 3 ha uno strato di ri-vestimento in fibrocemento ancorato ad una muratura incalcestruzzo alleggerito; la facciataF 4 è realizzata con unoparamento esterno in ceramica (grès fine porcellanato inlastre) fissato ad una muratura in laterizio.

La coperturaC 1 ha un manto metallico realizzato in scan-dole di rame ancorate ad un solaio in laterocemento;la co-perturaC 2 presenta un rivestimento esterno in tegole di la-terizio fissate ad un solaio in laterocemento; la coperturaC 3 ha un manto in lastre di ardesia su un solaio in calce-struzzo alleggerito. Tutte le facciate e le coperture esaminate presentano unostrato di isolante termico (lana di vetro in pannelli rigidi)con spessore 4 cm,posizionato all’interno del condotto diventilazione in aderenza al supporto murario.Le caratteristiche termofisiche e geometriche degli straticomponenti le pareti descritte sono riportate in tabella 1 e

si riferiscono ai valori indicati nella normativa sui materialida costruzione (UNI 10351/1994).Nella tabella 1 sono anche riportati, per ciascuna parete, ivalori della resistenza termica totaleR t0 (m2K/W) e del pa-rametro adimensionalez 0 .In tabella 2 sono precisati i valori di riferimento assunti perle grandezze necessarie per il calcolo; nei grafici riportatinel seguito le quantità d, I ,L eϑ sono state fatte variare at-torno ai valori di riferimento.L’elevato valore della rugosità λ delle superfici interne al-l’intercapedine è giustificato per la presenza delle strutturedi sostegno del paramento esterno.I valori assunti perλ′ i e

λ′ u devono intendersi come valori indicativi;la presenza distrozzature, sagomature varie, prolungamenti di gronde,griglie di protezione, accumulo di sporco, possono deter-minare un notevole incremento di tali valori [8].Per le resistenze liminari sulla faccia esterna (r e ) e interna(r i ) della struttura si sono assunti i valori consigliati dallanormativa (UNI EN ISO 6946/1999).Si noti che l’incer-tezza nella valutazione di r e è notevole,sia per la variabilitàdelle condizioni climatiche,sia per la difficoltà di disporredi correlazioni valide per superfici molto ampie;un’analisidegli effetti della variazione di r e sul risparmio energeticoS è riportata in [8].

I calcoli sono stati effettuati in ambiente di programma-zioneMAPLE , con la metodologia indicata in [9].I risultati ottenuti in condizioni di ventilazione naturaleper il risparmio percentualeS possono essere così riassunti:(a) influenza dell ’ intensitàdi insolazione . I risultati per le fac-ciate e le coperture ventilate sono riportati nelle figg.2a e2b, rispettivamente, al variare dell’intensità dell’irraggia-mento solare per 100


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35% (inclinazioneϑ≅ 19°) usuale in Italia.Risulta evidenteche il risparmio percentuale aumenta notevolmente al cre-scere di I . La parete migliore risulta essere laF 2 , la coper-tura migliore è laC 2 ,entrambe realizzate in laterizio;(b) influenza dello spessore dell’ intercapedine di ventil azione.I risultati,al variare dello spessore per 0,06


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2a. Facciate ( d =10 cm, L=15 m). Andamento delrisparmio percentuale S in funzione dell’intensitàdella radiazione solare I.

2b. Coperture ( d =10 cm, L=15 m, θ=19°).Andamento del risparmio percentuale S infunzione dell’intensità della radiazione solare I.

3a. Facciate ( L=15 m, I=400 W/m2 ). Andamentodel risparmio percentuale S in funzione dellospessore dell’intercapedine d .

3b. Coperture ( L=15 m, θ=19°, I=400 W/m2 ).Andamento del risparmio percentuale S in funzionedello spessore dell’intercapedine d .

4. Coperture ( d =10 cm, L=15 m, I=400 W/m2 ).Andamento del risparmio percentuale S in funzionedell’angolo di inclinazione della falda θ (gradi).

5a. Facciate ( d =10 cm, I=400 W/m2 ). Andamentodel risparmio percentuale S in funzione dellalunghezza del condotto di ventilazione L.

5b. Coperture ( d =10 cm, θ=19°, I=400 W/m2 ).Andamento del risparmio percentuale S in funzionedella lunghezza del condotto di ventilazione L.

6. Facciate ( d =10 cm, L=15 m, I=400 W/m2 ).Andamento del risparmio percentuale S in funzionedella frazione ε di isolante disposta sul paramentoesterno.

7. Facciate ( d =10 cm, L=15 m, I=400 W/m2 ),ventilazione forzata. Andamento del risparmiopercentuale S in funzione della velocità dell’aria W0nell’intercapedine.

walls: the influence of air-space position upon room temperature , 3rd Interna-tional Thermal Energy & Environment Congress, ITEEC ’97, Mar-

rakesh (Marocco),1997,Vol. II,522-527.7.Ciampi M.,Tuoni G., Ventilated walls and energy saving in summer coo- li ng of buildings. 4th ISESEurope Solar Congress,EuroSun 2002,Bolo-gna (Italy),2002,CD-Rom (Book of Abstracts pag.38).8.Ciampi M., Leccese F.,Tuoni G., Influenza di alcuni parametri termici sulle prestazioni energetiche dell e pareti venti late ,XX°Congresso Nazionalesulla Trasmissione del Calore,UIT, Maratea,2002,pp.357-362.9.Ciampi M.,Leccese F.,Tuoni G.,Sul comportamento termico di facciate e coperture venti late , La Termotecnica 2002, I,pp.87-97.10.Leccese F.,Sull ’ ottimiz zazione energeti ca dell ’ involucro opaco degli edifici: pareti multi strato e pareti venti late ,Tesi di Dottorato,Facoltà di Ingegneria,

Pisa, febbraio 2002.11.Ciampi M.,Leccese F.,Tuoni G.,Pareti venti late e normativa tecnica ,56°

Congresso Nazionale,ATI,Napoli, 2001,vol.2,95-106.12.Leccese F.,Le pareti venti late. Una recente legge regionale per i l comfort e il risparmio energeti co degli edifici , Ingenium,2001,49,25-26.

I l presente lavoro èstato sviluppato dall ’Unitàdi Ri cerca di Pisa “Intera-zione edificio-impianto: ottimizzazione delle pareti esterne” nell ’ am- bito del Programma di Ricerca scientifica di rilevante interesse nazionale: “Svi-luppo di algoritmi di base per modelli dinamici di sistemi edificio-im-pianto per tipologie edilizie mediterranee” cofinanziato dal MIUR nel- l’ anno 2000.

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