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Le funzioni svolte in edilizia dai PCM sono molteplici e vi sono molte tipologie di prodotti in commercio, molte volte sconosciute o poco utilizzate.

Ecco un approfondimento sui contenitori per PCM e sui loro utilizzi.

In comparto edilizio i PCM possono venire utilizzati:

• sfusi,
• con microincapsulamento,
• con macroincapsulamento,
• immersi in matrici porose.

Le modalità di utilizzo sono invece molteplici, a seconda delle finalità che si vogliono ottenere. Una prima grande distinzione riguarda l’applicazione. Si sono distinte le seguenti principali applicazioni edilizie:

• involucro opaco: PCM inseriti in aggiunta ai normali isolanti, nell’interfaccia tra interno ed esterno oppure in alcuni casi (molto rari) nelle pareti interne;
• controsoffittatura o in pavimenti radianti: elementi inseriti in controsoffitti o pavimenti radianti, che permettono di ottenere da questi sistemi di climatizzazioni risultati migliori;
• involucro trasparente: in sostituzione dell’intercapedine d’aria presente tra lastre di vetro oppure in aggiunta ad essa, con opportune lastre schermanti o riflettenti;
• sistemi tecnologici e di climatizzazione: PCM inseriti all’interno di scambiatori di calore a fascio tubiero che ne incrementano le prestazioni, oppure inseriti direttamente nella parte terminale dell’impianto di ventilazione nel caso di impianti a tutt’aria.

Queste sono le principali applicazioni ora presenti in edilizia, ma non sono le uniche. Sono infatti in corso numerose sperimentazioni per applicare i PCM in molte altre parti dell’edificio, non citate nell’elenco precedente in quanto non ancora direttamente utilizzate.

Curiosità sui PCM

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Una prima casa contente PCM venne costruita nel 1946 e completata nel 1948, negli Stati Uniti, in una tenuta a 5 km da Boston. Villetta con una superficie di 135 metri quadrati, si sviluppava solo su un piano.

L’energia solare era raccolta grazie a 18 collettori solari composti da pannelli costituiti da sottili lastre zincate verniciati di nero. Il calore generato da tali pannelli era trasferito tramite un ventilatore a tre bidoni di stoccaggio situati su entrambi i lati della camere.

Nei bidoni erano contenuti 21 tonnellate di sale Glauber aventi una capacità di accumulo pari a 11 MJ. Questo era in grado di accumulare calore per ben 12 giorni e la temperatura di fusione di tali sali era di 32 gradi centigradi. I risultati furono molto positivi e la temperatura interna era costantemente di 21 gradi, senza l’ausilio di sistemi di riscaldamento aggiuntivi.

Pregi e Difetti dei Materiali a Cambiamento di Fase (PCM)

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Dopo aver descritto in breve le caratteristiche dei PCM e i loro principali utilizzi in edilizia, concludo con quelli che sono i pregi e i difetti riscontrati dallo studio di questi materiali:


VANTAGGI

• Materiali facilmente reperibili sul mercato
• Presenza di molte case produttrici e svariate tipologie di incapsulamento
• Risultati teorici sperimentali molto buoni
• Riduzione delle spese di riscaldamento e raffrescamento teoriche, nell’ordine del 5 – 10%
• Possibilità di utilizzo sia sulle nuove costruzione che nei casi di recupero edilizio
• Applicazione in sistemi tecnologici e di climatizzazione, oltre che in sistemi solari passivi.

SVANTAGGI

• Assenza di risultati reali affidabili e di applicazioni che giustifichino l’utilizzo
• Scarsa informazione sui prezzi e sulla convenienza economica di un tale investimento
• Scarsa diffusione sul mercato italiano
• Possibilità, dopo svariati cicli di utilizzo, di variazione delle capacità di accumulo termico
• Necessità di incapsulamento per il contenimento durante la fase liquida
• Assenza di capacità portante.

A cura di Paolo Albertino








Approfondimenti

• Introduzione ai materiali a cambiamento di fase
• Materiali a cambiamento di fase incapsulati
• Caratteristiche e applicazioni di alcuni materiali a cambiamento di fase
• Uso dei materiali a cambiamento di fase microincapsulati in applicazioni edilizie

BIBLIOGRAFIA

Austin R. TES Systems limited. UK : s.n., 1994. p. 2.

Albertino Paolo. Materiali a cambiamento di fase (PCM) in edilizia. Sperimentazioni sull’involucro a blocchi portanti e su rivestimenti ad intonaco. Politecnico di Torino, Torino ,: 2009. p. 2.

Bonacina C., Cavallini A., Mattarolo L. Trasmissione del calore. Bologna : CLEUP editore, 1993.

McKay.E.M, Bromley.A.K.R &. Incorporating Phase Change Materials into the Building Fabric. CIBSE Conference 1994.

Serway Raymond A. Principi di fisica. James Madison University, Pomona : EdiSES, 2002.

Photo credit: b-tal

Da più di vent’anni i materiali a cambiamento di fase sono oggetto di studi e ricerche al fine di un possibile utilizzo come energia rinnovabile. Negli ultimi 10 – 15 anni, la ricerca sul calore latente e sui materiali per l’immagazzinamento di energia termica si è evoluta rapidamente e l’uso dei PCM in edilizia si sta diffondendo sempre di più, grazie alla presenza sul mercato di un numero crescente di prodotti che utilizzano tale tecnologia.

L’ostacolo principale di qualsiasi dispositivo di raccolta di energia destinato a fornire il riscaldamento di una abitazione è la necessità di conservare il calore raccolto per l’uso in una fase successiva.


L’accumulo di calore latente fornisce uno strumento pratico per immagazzinare energia solare raccolta durante la giornata, per l’uso durante la notte o quando c’è necessità. Il calore latente di accumulo e di scarico durante il cambiamento di fase può essere illustrato con l’esempio più classico: l’acqua.

Ci sono due zone di temperatura dove si verifica questo carico e scarico del calore latente:

• fase di carico, quando l’acqua si trova in uno stato cristallizzato (ghiaccio), e viene sottoposta ad una fonte di calore, si osserva un aumento della temperatura con conseguente fusione e accumulo del calore latente;
• fase di scarico, che si verifica quando l’acqua passa dallo stato liquido allo stato cristallizzato, dopo essere stata raffreddata cedendo calore. Questo processo è simile a ciò che può avvenire a 100 gradi centigradi: ebollizione con conseguente immagazzinamento di calore e condensazione con conseguente scarico.

Il calore latente di accumulo e di scarico per l’acqua a 100 gradi centigradi è scientificamente definito calore latente di vaporizzazione e il calore di accumulo e di scarico a 0 gradi centigradi è chiamato calore latente di fusione. Nel caso dei materiali a cambiamento di fase per usi edilizi viene preso in considerazione solamente il calore latente di fusione.

Il funzionamento dei PCM è quindi basato sul processo di accumulo e scarico, nelle condizioni e nei tempi voluti, del calore esterno o precedentemente accumulato.

Il problema è individuare opportuni materiali che abbiano un punto di cambiamento di fase corrispondente alla temperatura di comfort da ottenere. Tali materiali sono usati in edilizia per ridurre i consumi energetici necessari alla climatizzazione degli ambienti. In sostanza accumulano calore di giorno, sottraendolo all’ambiente interno, per rilasciarlo di notte quando la temperatura esterna si abbassa.


La capacità di accumulo tra i materiali destinati a tale funzione (paraffina, cere…) e i classici materiali da costruzione è notevole come si vede dal grafico sottostante.

Photo credit: Termofisica involucro edilizio

I materiali a cambiamento di fase operano quindi un cambiamento di fase giorno/notte, sfruttando il differenziale di temperatura delle diverse ore del giorno. Nel momento in cui la temperatura (T) supera un certo valore di soglia, essi si sciolgono accumulando calore che viene sottratto all’ambiente; se la T scende, il materiale si solidifica e cede calore.


I materiali che contengono i PCM possono essere diversi:

• cartongesso,
• legno,
• intonaco,
• plexiglas,
• cemento

e possono essere applicati anche in soluzioni impiantistiche, quali riscaldamento, raffrescamento, collettori solari e scambiatori di calore.


I PCM sono materiali termoregolanti che ottimizzano le fluttuazioni giornaliere della temperatura attraverso la riduzione dei picchi di calore interni, consentendo un risparmio energetico e di climatizzazione dell’ambiente.

I più utilizzati sono i materiali a cambiamento di fase organici, di cui fanno parte le paraffine e gli acidi grassi. Vi sono poi materiali inorganici, come i sali idrati ed infine, ultima categoria e meno presente sul mercato quella dei materiali eutettici.



A cura di Paolo Albertino









Approfondimenti

• Programma di pianificazione e simulazione per l’utilizzo di materiali a cambio di fase (PCM)

BIBLIOGRAFIA

Austin R. TES Systems limited. UK : s.n., 1994. p. 2.

Albertino Paolo. Materiali a cambiamento di fase (PCM) in edilizia. Sperimentazioni sull’involucro a blocchi portanti e su rivestimenti ad intonaco. Politecnico di Torino, Torino ,: 2009. p. 2.

Bonacina C., Cavallini A., Mattarolo L. Trasmissione del calore. Bologna : CLEUP editore, 1993.

McKay.E.M, Bromley.A.K.R &. Incorporating Phase Change Materials into the Building Fabric. CIBSE Conference 1994.

Serway Raymond A. Principi di fisica. James Madison University, Pomona : EdiSES, 2002.

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Tetti Freddi in Relazione ai Problemi di Umidità

Photo credit: rene_ehrhardt

La progettazione di un tetto in grado di resistere e tenere sotto controllo l’umidità è fondamentale, dato che l’umidità può causare danni al tetto e all’intero edificio. Vediamo come si comportano i tetti freddi in relazione all’umidità rispetto ai tetti normali.

Quando un tetto ha una pendenza insufficiente (causato da una cattiva progettazione o deterioramenti) o gli scarichi di drenaggio sono bloccati, ovviamente si creano i ristagni d’acqua.


Per far evaporare l’acqua da un tetto freddo occorre più tempo rispetto ad uno tradizionale, a causa della temperatura superficiale più bassa. Se per questi motivi ti accorgi che il tuo tetto freddo non può tollerare l’acqua stagnante, considera la necessità di ispezionarlo più frequentemente per evitare danni o infiltrazioni.

L’umidità dell’aria interna può anche condensare sui materiali interni del tetto. Se la condensa può accumularsi nel corso di mesi o anni, magari perchè non si è prevista una barriera al vapore, si arriva al deterioramento dei materiali.


Di solito, il calore del sole asciuga esternamente i materiali da costruzione durante il giorno e per tutta l’estate. Nei climi costantemente caldi, vi è scarso rischio di problemi dovuti all’umidità. In climi più freddi, c’è meno calore disponibile per asciugare il tetto e maggiore rischio che si verifichi condensa.

In assenza di una corretta progettazione, quindi, sia i tetti freddi che tradizionali possono presentare problemi di umidità nei climi freddi. Sono in corso delle ricerche per capire quali livelli di umidità sono problematici per diversi tipi di tetto in relazione a diversi climi.

Attenzione agli Edifici Circostanti

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Prima di realizzare un tetto freddo, considera la morfologia dell’ambiente circostante. Realizzare un tetto freddo per ottenere risparmio energetico in fase estiva è relativamente semplice, ma per evitare problemi futuri, occorre non rimanere circoscritti al proprio edificio. Prima di installare un tetto freddo, quindi, fatti questa domanda: dove andrà a finire la luce riflessa dal tetto?

Un tetto riflettente potrebbe riflettere la luce e il calore che porta con se verso le finestre di un edificio vicino più alto. In condizioni soleggiate, questo potrebbe provocare abbagliamento, disagio e un surplus di calore indesiderato per te o i tuoi vicini.

L’eccesso di calore causato dai riflessi del tetto aumenta l’energia necessaria per l’aria condizionata. Ciò diminuisce il risparmio energetico potenziale dovuto al tetto freddo relativo all’edificio stesso o in un bilancio a livello urbano se gli edifici interessati sono diversi.

Tetti Freddi in Edifici a Consumo Energetico Zero e Uso dei Pannelli Solari

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Gil edifici a consumo energetico zero producono tanta energia quanta ne consumano su base annuale, applicando in loco delle energie rinnovabili quali pannelli fotovoltaici per l’energia elettrica e collettori solari termici per il riscaldamento dell’acqua.

Generalmente, gli edifici a consumo energetico zero sono altamente isolati e con un’altissima tenuta all’aria. Di conseguenza, l’aggiunta di superfici riflettenti su un tetto molto ben isolato non produrrà un risparmio energetico percettibile.


I tetti che sono in gran parte coperti dai tradizionali pannelli fotovoltaici non potranno beneficiare del rivestimento riflettente sotto ai pannelli stessi.

I moduli fotovoltaici in film sottile, che possono essere integrati nei tetti, sono in grado di raggiungere un efficace fattore di riflessione solare, soddisfando i requisiti di un tetto freddo ad elevata pendenza. Nei casi in cui i pannelli solari coprono solo una parte del tetto, può essere utile installare un materiale riflettente sulle parti esposte del tetto.


da: Guidelines for Selecting Cool Roofs

Photo credit: the-o

I rivestimenti per i tetti freddi contengono dei pigmenti riflettenti bianchi o speciali che riflettono la luce solare. I rivestimenti sono simili a delle vernici, in grado di proteggere la superficie del tetto dai raggi ultravioletti (UV) e dai danni chimici; alcuni fungono anche da materiali impermeabilizzanti prolungando la vita di servizio del tetto stesso.


Vediamo i dettagli:

Tetti Freddi: Cosa Sono e Quali Benefici Portano sul Consumo Energetico in Casa

Photo credit: omad

I tetti freddi possono contribuire a far risparmiare soldi sui costi per l’aria condizionata, tutelando l’ambiente. Utilizzare materiali superficiali riflettenti sui tetti aiuta a mantenere la temperatura superficiale e quindi anche quella interna più bassa, proprio come l’indossare abiti di colore chiaro può aiutare a mantenere fresca una persona durante una giornata di sole. I tetti freddi rientrano nelle strategie per una progettazione energeticamente efficiente.

I tetti tradizionali, di solito scuri, sotto il sole estivo possono raggiungere temperature superficiali oltre i 65 ºC. Un tetto freddo, alle stesse condizioni, potrebbe rimanere sotto i 30 ºC.


I tetti freddi sono in grado di migliorare il comfort termico degli spazi interni che non sono dotati di aria condizionata.

Il risparmio sui costi energetici che si può realizzare con un tetto freddo dipende da molti fattori, compreso il clima locale, la quantità di isolamento nel tetto, in che modo è utilizzato l’edificio, i prezzi dell’energia, nonché il tipo e l’efficienza dei sistemi di riscaldamento e raffreddamento.


I tetti freddi possono anche fornire vantaggi per l’ambiente:

• sono in grado di ridurre la temperatura dell’aria a livello locale,
• migliorano la qualità dell’aria,
• rallentano la formazione di smog,
• riducono il riscaldamento globale,
• riflettendo la luce solare verso lo spazio, riducono il picco di domanda di energia elettrica, prevenendo così interruzioni di corrente riducendo le emissioni delle centrali elettriche, tra cui anidride carbonica , biossido di zolfo, ossidi di azoto e mercurio.

Materiali di Rivestimento per Tetti Freddi Lievemente Inclinati

Photo credit: Linee guida tetti freddi

Le membrane monostrato sono dei fogli prefabbricati che vengono posizionati sul tetto e bloccati con fissaggi meccanici e fatte aderire mediante collanti chimici.

Alcuni tipi di membrane, come quelle TPO (poliolefine termoplastica) e PVC (polivinil cloruro) sono in genere di colore chiaro e riflettono bene la luce solare. Le membrane di tipo EPDM (etilene-propilene-diene) sono le classiche membrane nere e devono essere rivestite per renderle riflettenti.


Le membrane composte sono costituite da uno strato di base, uno di rinforzo e una finitura superficiale protettiva, solitamente di colore scuro. Lo strato superficiale può essere realizzato in diversi modi e reso riflettente:

• il primo modo è quello di realizzare un impasto con ghiaia e asfalto. Sostituendo la ghiaia con granuli di marmo riflettente o scorie di colore grigio è possibile realizzare il tetto freddo;
• un secondo modo di rivestire la parte superficiale della membrana composta consiste nell’utilizzare dei fogli minerali sui quali applicare dei granuli minerali riflettenti;
• un altro metodo consiste nel rivestire la membrana con un’emulsione a base di asfalto su cui applicare una vernice riflettente.

Le membrane in fogli di bitume modificato sono composte da uno o più strati di materiale plastico o di gomma rinforzati con dei tessuti. Esse sono rivestite con granuli minerali riflettenti o con finiture liscie, applicate anche in fabbrica.


Le schiume poliuretaniche sono costituite dalla miscela di due prodotti chimici che reagiscono insieme e si espandono fino a formare un unico materiale che aderisce al tetto. Queste schiume sono sensibili meccanicamente, all’umidità e ai raggi UV, per cui necessitano di un rivestimento protettivo. Questi rivestimenti sono solitamente riflessivi e rendeno il tetto freddo.

Materiali di Rivestimento per Tetti Freddi Molto Inclinati

Photo credit: tanakawho

I tetti inclinati sono generalmente coperti con tegole in argilla, cemento, asfalto, legno o metallo e possono essere rivestiti con granuli di materiale riflettente sia in loco che in fabbrica.


Le tegole a base argillosa hanno dei colori che variano in base alla composizione della terra. Alcune di esse riflettono sufficientemente la luce solare, altre no; per cui, ad esempio, è necessario smaltarle per fornire loro proprietà di riflessione e perchè no, anche ulteriore impermeabilizzazione.


Le coperture metalliche sono disponibili con finiture naturali, vernici al forno o rivestimenti superficiali granulari. Generalmente, i metalli non verniciati sono buoni riflettori di luce solare, ma poveri emettitori di energia termica. Per questo, raramente soddisfano i requisiti di un tetto freddo.

Dei colori applicati in fabbrica o in loco possono aumentare la riflettanza solare di un tetto in metallo nonché il potere di emissione termica, permettendo così di ottenere lo status di tetto freddo.



Fonte: Linee Guida Tetti Freddi

I tetti freddi riflettono la luce solare riducendo quindi gli apporti di calore all’interno della casa; ciò riduce il fabbisogno di aria condizionata risparmiando energia e CO2.

Photo credit: Andrea Ursini Casalena

I tetti freddi riducono anche l’effetto isola di calore urbana che avviene in quei luoghi dove la concentrazione di tetti scuri e superfici pavimentate crea l’innalzamento della temperatura e un peggioramento della qualità dell’aria.

Sono a disposizione le Linee Guida per la Selezione dei Tetti Freddi. La guida spiega come funzionano i tetti freddi, i loro benefici e come scegliere quello più adatto alla tua situazione.

All’interno della guida sui tetti freddi, si parla di Indice di Riflettanza Solare (SRI), un parametro per confrontare la “freddezza” della superficie di un tetto.

Ecco un foglio excel per calcolare il valore SRI e la temperatura superficiale del tetto in funzione della riflettanza solare (1- assorbanza solare)[vedi sotto] e dell’emissività del materiale di rivestimento esterno. Più è alto SRI e più il tetto sarà “freddo”. Per esempio, un tetto nero potrebbe avere un SRI pari a 0, mentre un tetto bianco potrebbe avere un SRI di 100. I tetti scuri, di solito, hanno un SRI inferiore a 20.



Tutti i dettagli li trovi nella guida:

Assorbanza Solare ed Emissività dei Materiali

Photo credit: Nasa

Tutti i materiali hanno le proprietà di assorbimento solare e di emissività. L’assorbanza solare si riferisce alla capacità di un materiale di assorbire radiazioni. L’emissività si riferisce alla capacità di un materiale di emettere radiazioni.

• Il fattore di assorbimento solare è riferito alla superficie di un vero corpo nero che per definizione ha assorbanza solare pari a 1. La radiazione che non viene assorbita si perde a causa della riflessione e quindi del parametro “riflettanza solare”.
• L’emissività si riferisce all’energia irraggiata da una superficie di un materiale ad una certa temperatura. Il fattore di emissività fa riferimento alla superficie di un vero corpo nero che per definizione ha emissività pari a 1. L’emissità di un materiale può quindi essere compreso tra zero e uno. La potenza irradiata da una superficie è solitamente maggiore a temperature più alte.

Nei pannelli solari termici, la vernice nera ha un fattore di assorbimento di 0,98. Ciò significa che il 98% dell’energia solare disponibile è convertita in calore all’interno del collettore solare: il collettore si scalda. Una parte del calore, però, viene emesso sotto forma di radiazione.

Se il fattore di emissività è basso, si riesce a conservare più energia nel collettore. Idealmente l’emissività dovrebbe essere zero. Naturalmente questo è impossibile. La strategia che puoi utilizzare in questo caso è cercare quei materiali che hanno un elevato assorbimento solare e bassa emissività.

Nel caso dei tetti freddi, invece, la strategia da utilizzare è esattamente l’opposta: utilizzare materiali con bassa assorbanza solare ed elevata emissività in quanto l’obiettivo è proprio quello di riflettere la radiazione solare.

Ecco una tabella con i valori di assorbanza solare ed emissività di alcuni materiali. I fattori di emissività sono misurati ad una temperatura di circa 25 °C.





Vai alla tabella estesa






Risorse utili

• Il calcolatore europeo per i tetti freddi
  
• Guida al calcolatore online per i tetti freddi
• Tetti freddi in Europa: iniziative ed esempi (pdf in italiano da scaricare)

Photo credit: curiouslee

Scegliere il tipo di isolante termico e acustico per il tuo edificio è un passo importante in sede di progettazione ex-novo o riqualificazione energetica. Infatti l’isolamento termico è uno dei fattori che incide di più sul risparmio energetico, ma anche sul comfort termico – igrometrico.


Non è la stessa cosa utilizzare un isolante in materiale sintetico, come può essere un EPS (polistirene espanso sinterizzato) e XPS (polistirene estruso), rispetto ad un isolante in fibra di legno. Ad esempio, nei confronti del comfort ambientale interno, spesso è più performante isolare una parete con un pannello isolante in fibra di legno, quindi con valori di calore specifico e densità migliori rispetto a quelli sintetici.

Calore specifico e densità maggiori migliorano il fattore di attenuazione e lo sfasamento termico, a vantaggio del benessere abitativo.


In questa tabella ho riportato le proprietà termo-fisiche di alcuni materiali edili (Conducibilità termica [W/mqK], Calore specifico [J/kgK], Densità [kg/mc]). I valori, reperiti da schede tecniche dei produttori, letteratura e norme tecniche, vanno considerati come indicativi:





Un pannello isolante sintetico, però, ha generalmente un potere isolante maggiore rispetto a quello in fibra di legno, con il vantaggio di poterne utilizzare spessori minori per ottenere gli stessi valori di trasmittanza termica sulla parete.

Prima di considerare parametri di valutazione quali l’utilizzo preferenziale di un edificio (estate-inverno), piuttosto che il ciclo di vita del materiale isolante, puoi fare una scelta iniziale del tipo di isolamento termico – acustico mediante il software gratuito ISOLA-ONLINE messo a disposizione dall’ANIT.


Ecco un breve video tutorial che ho realizzato sull’uso del software. E’ veramente immediato.

Photo credit: tecnosophia

Siamo consapevoli che occorre correggere lo squilibrio energetico denunciato dell’edilizia contemporanea, caratterizzata da involucri fortemente disperdenti e da un approccio ai sistemi di climatizzazione prevalentemente orientato all’uso di impianti ad alta efficienza piuttosto che ad un uso sapiente delle relazioni edificio-ambiente e spazio-clima.

E’ quanto mai urgente limitare gli sprechi di energia intervenendo direttamente con azioni progettuali tese ad interpretare meglio le logiche prestazionali e le relazioni fondamentali con l’ambiente esterno.

Nella distribuzione dei consumi energetici dell’edificio la percentuale più elevata è quella corrispondente alle necessità per riscaldamento e raffrescamento. Il componente edilizio cui attribuire la maggiore dispersione per unità di superficie è certamente quello trasparente, posto a confine tra involucro e ambiente con l’obiettivo di rendere più fruibile il rapporto interno-esterno.


Il componente trasparente ha una grande valenza sociale, psicologica ed etica, la cui assenza renderebbe l’edificio totalmente chiuso, impenetrabilmente separato da ambiente esterno e luce naturale, prigioniero di se stesso.

Mi voglio soffermare sulla possibilità, oggi, di utilizzare e applicare sull’involucro edilizio sistemi innovativi come l’isolamento trasparente, in grado di soddisfare allo stesso tempo esigenze architettoniche ed energetiche.


Vediamo in dettaglio:

Isolamento Termico Trasparente

Sappiamo che il vetro tradizionale è un materiale idoneo alla captazione dell’energia solare, sia termica che luminosa, ma ciò diviene tuttavia svantaggioso nei casi in cui l’irraggiamento solare superi certi livelli, sia per l’effetto del surriscaldamento, frequente alle nostre latitudini, sia per l’eventuale verificarsi dei fenomeni di abbagliamento.

Photo credit: energyplus

Le frecce indicano i raggi solari e il percorso che questi fanno all’interno dell’isolamento termico trasparente TIM.


Il TIM (Transparent lnsulation Material o Materiale Isolante Trasparente) è un materiale di recente introduzione sul mercato, che unisce le prestazioni di trasparenza e di isolamento termico. La sua peculiarità è la capacità di trasmissione della luce combinata con un elevato livello di isolamento termico.



L’isolamento trasparente può essere classificato in quattro categorie principali:

1. a cavità parallele alla muratura: possono presentare prestazioni termiche assai elevate, benché talvolta comportino una riduzione del coefficiente di trasparenza
2. con cavità perpendicolari alla parete: viene facilitato l’effetto serra e dunque il relativo guadagno solare
3. con cavità reticolare, viene garantito un buon grado di isolamento termico
4. struttura quasi omogenea in aerogel, viene garantito un buon grado di isolamento termico e di trasmissione luminosa

I materiali isolanti trasparenti con buona resistenza termica (un pannello da 3 cm può raggiungere valori di trasmittanza termica di 0,4-0,5 W/mqK) sono più adatti ad essere accoppiati con sistemi solari passivi, quali muro Trombe, per aumentare la captazione della radiazione solare. Quelli con una buona trasmissione luminosa, ovviamente, sono più idonei per realizzare l’involucro edilizio trasparente.







Per approfondire sull’isolamento termico trasparente e l’involucro edilizio

• Sistemi e materiali per la dolcevita in architettura
• L’involucro trasparente
• Guida agli isolanti naturali
• Architettura ed energia solare
• Dalla casa passiva alla casa solare

Così la definisce il DPR n°59 del 2 Aprile 2009, decreto di attuazione dell’art.4, comma 1, lettera a) e b) del D.Lgs. 311/06 e ss.mm.





La trasmittanza termica periodica cos’è? E’ una delle proprietà termiche dinamiche che caratterizza l’inerzia termica dell’involucro edilizio e gioca un ruolo importante nei confronti dei carichi termici esterni che lo attraversano, quindi sui consumi energetici e sul benessere abitativo. La trasmittanza termica periodica e le altre proprietà termiche in regime dinamico si calcola con la norma tecnica UNI EN ISO 13786.

Ho preparato un foglio di calcolo excel sulla base della suddetta norma, molto pratico e intuitivo, che può esserti utile nello studio dei componenti edilizi. Con tale software puoi analizzare e verificare sia proprietà termiche stazionarie (trasmittanza termica U, massa superficiale, ecc.), sia proprietà termiche dinamiche (trasmittanza termica periodica, capacità termica areica periodica, ammettenza termica, fattore di attenuazione, sfasamento, ecc.).

Le proprietà termiche dinamiche che puoi calcolare con il foglio di calcolo ti saranno utili sicuramente in due ambiti diversi dell’attuale normativa nazionale sul risparmio energetico:

1. Prestazioni energetiche degli edifici e degli impianti
2. Valutazione della qualità termica estiva dell’involucro edilizio

Ti farò vedere come usare il foglio di calcolo, con il quale puoi inserire una parete con e senza intercapedine d’aria, un tetto con intercapedini non ventilate, solai verso il terreno o verso porticati.


Ecco un’approfondimento teorico sulla trasmissione del calore in regime periodico stabilizzato e sul calcolo della trasmittanza termica periodica secondo la UNI EN ISO 13786:2008.

Per scaricare il foglio di calcolo continua a leggere sotto.

• Prestazioni Energetiche degli Edifici e degli Impianti

  
  
  Riporto l’articolo 4, comma 18, lettera b) del DPR 2 aprile 2009 n° 59, dove si stabiliscono criteri generali e requisiti delle prestazioni energetiche degli edifici e degli impianti in merito alla riduzione del fabbisogno di energia per la climatizzazione estiva.

  Il progettista, al fine di limitare i fabbisogni energetici per la climatizzazione estiva e di contenere la temperatura interna degli ambienti, nel caso di edifici di nuova costruzione e nel caso di ristrutturazioni totali di edifici esistenti:

  b) esegue, in tutte le zone climatiche ad esclusione della F, per le localita’ nelle quali il valore medio mensile dell’irradianza sul piano orizzontale, nel mese di massima insolazione estiva, sia maggiore o uguale a 290 W/mq:

  1) relativamente a tutte le pareti verticali opache con l’eccezione di quelle comprese nel quadrante nord-ovest / nord / nord-est, almeno una delle seguenti verifiche:

  • che il valore della massa superficiale Ms sia superiore a 230 kg/mq;
  • che il valore del modulo della trasmittanza termica periodica (YIE) sia inferiore a 0,12 W/mq°K;

  2) relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore del modulo della trasmittanza termica periodica YIE sia inferiore a 0,20 W/mq°K;









• Valutazione della Qualità Termica Estiva dell’Involucro Edilizio

  
  
  Le linee guida nazionali sulla certificazione energetica pongono finalmente l’attenzione sui consumi per il raffrescamento degli edfici.

  La valutazione della qualità termica dell’involucro edilizio è ritenuta opportuna e dovrà essere riportata negli attestati di certificazione energetica. Tale valutazione non è obbligatoria nella certificazione di singole unità immobiliari ad uso residenziale con superficie utile non superiore a 200 mq, per le quali si calcoli il fabbisogno per il raffrescamento con il metodo semplificato (paragrafo 5.2, punto 3 delle linee guida). Se la valutazione delle prestazioni termiche dell’involucro edilizio non viene fatta, all’unità immobiliare viene assegnata la categoria “V”, quella meno performante.

  La predetta valutazione può essere fatta attraverso due metodi:

  a) metodo basato sulla determinazione dell’Epe,invol (vedi linee guida)

  b) metodo basato sulla determinazione di parametri qualitativi, per il quale puoi usare il foglio di calcolo excel che ho preparato.

  I parametri qualitativi di cui si parla nelle linee guida sono il fattore di attenuazione e lo sfasamento termico.

  Ecco i limiti e le rispettive categorie qualitative consigliate dalle linee guida nazionali sulla certificazione energetica.
  
  
  
  
  





• Trasmittanza Termica Periodica Yie e Foglio di Calcolo excel UNI EN ISO 13786

  Adesso ti faccio vedere come calcolare la trasmittanza termica periodica e le altre proprietà termiche dinamiche di un componente edilizio.

  1. Per prima cosa devi scegliere il tipo di componente edilizio che vuoi analizzare; parete, tetto, solaio su portico (flusso termico discendente) ecc.
     
     

  
  
  

  2. Scegli il periodo delle variazioni termiche. Generalmente si usa 24 ore, ma la norma consiglia una caratterizzazione del componente edilizio su quattro periodi di riferimento: 3,6,12 e 24 ore.

  
  
  

  3. Inserisci gli strati del componente edilizio partendo dal lato interno per un massimo di 10 strati.
     Per quanto riguarda le proprietà termiche e fisiche dei principali materiali da costruzioni, ti segnalo le norme tecniche di riferimento sulle quali poter reperire i valori:

     - UNI 10351
     - UNI 10355
     - UNI 12524
     - UNI EN 1745

     Per inserire una intercapedine d’aria non ventilata, devi spuntare la casella corrispondente sotto “aria”, inserirne una descrizione, lo spessore, cancellare le proprietà termiche, inserire la resistenza termica sotto la colonna blu (la resistenza termica delle intercapedini d’aria non ventilate puoi trovarle sotto la scheda “materiali”, in basso a sinistra, o sulla norma tecnica UNI EN ISO 6946).
     
     

  
  
  

  4. Leggi i risultati, sia in regime stazionario che in regime periodico. In fondo noterai la stratigrafia del tuo componente edilizio e la possibilità di conoscerne l’indice del potere fonoisolante calcolato in modo semplificato.
     
     








• Aggiornamento: Aggiunta la Resistenza Termica come Input negli Strati

  Ho aggiornato il foglio di calcolo excel aggiungendo la possibilità di inserire la resistenza termica di un materiale (a), piuttosto che la sua conduttività termica (resistenza termica=spessore/conduttività termica); lo spessore dei vari materiali va sempre inserito per necessità di calcolo periodico stabilizzato (vedi s/d), nonchè per la restituzione grafica del pacchetto stratigrafico.
  
  
  
  
  
  Per inserire la resistenza termica di un materiale, tenendo per buoni densità e calore specifico (stiamo parlando di materiali che partecipano nell’inerzia termica in quanto costituiti da massa; per le intercapedini d’aria vale ancora quanto sopra), basta inserire il rispettivo valore nella casella corrispondente (b) e lasciare vuota quella della conduttività termica (c).

  Lo spessore dello strato va sempre inserito.









• Aggiornamento 06/12/2010: Aggiunta la Verifica delle Prestazioni Estive e Aumentati gli Strati dei Materiali

  Il foglio di calcolo è stato aggiornato alla versione 2 apportando tre principali novità:

  1. sono stati aumentati gli strati del componente edilizio, da 10 a 15 (sotto richiesta dei tuoi colleghi);
     
     

  
  
  

  2. è stata inserita la verifica delle prestazioni estive dell’involucro edilizio secondo il metodo dei parametri qualitativi indicato dalle Linee Guida per la Certificazione Energetica degli Edifici. Tale verifica è valida per tutti gli edifici esistenti con superficie utile inferiore a 1000 mq;
     
     

  
  
  

  3. sei un’azienda che vende materiali? Da oggi hai la possibilità di sponsorizzare i tuoi prodotti sia attraverso il foglio di calcolo, sia attraverso la home page di MyGreenBuildings.org. Per saperne di più contattami su:
     adv[chiocciola]mygreenbuildings.org.
     
     
     
     









• Usa al Massimo il Foglio di Calcolo

  Una potenzialità del foglio di calcolo scaturisce dall’uso della funzione “ricerca obiettivo”, che puoi attivare sotto “Strumenti/Ricerca obiettivo”. Ad esempio puoi ricercare automaticamente lo spessore di isolante termico per il quale si ottiene il valore 0,12 W/mqK della Trasmittanza Termica Periodica come indicato dalla legge.
  
  
  
  
  
  Hai dei dubbi sull’uso del foglio di calcolo? Hai suggerimenti o sapresti ottimizzarlo, magari implementando nuove funzioni? Per qualsiasi cosa sei il benvenuto.
  
  
  
  Se riscontri dei problemi nel foglio di calcolo puoi indicarli nei commenti a questo articolo in modo da correggerli tempestivamente.

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