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Valutare il comportamento energetico dell’edificio – SAIE 2009
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LA CASA COSTRUITA PER L’UOMO VALUTARE IL COMPORTAMENTO ENERGETICO DELL’EDIFICIO
Arch. Daniele Maffia Ing. Leonardo Maffia maffia@studiolce.it maffia@studio-maia.it
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LA CASA COSTRUITA PER L’UOMO
Il 60-65% del patrimonio edilizio italiano risale al periodo fra gli anni ‘50 e ’80 (Fonte ENEA 22/01/2008)
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Involucro edilizio - definizione
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L’involucro edilizio costituisce l’elemento di separazione tra l’ambiente esterno, per sua natura variabile, e l’ambiente interno, che per ragioni di comfort deve presentare condizioni ambientali stabili. Al suo interno, la presenza di sistemi tecnologici e impiantistici garantisce la produzione dell’energia necessaria al mantenimento della stabilità delle citate condizioni sia durante l’estate che durante l’inverno.
Le caratteristiche dei singoli componenti influiscono sull’efficienza globale dell’involucro dalla quale dipende gran parte dell’efficienza di un edificio.
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Involucro edilizio – componenti di efficienza
SISTEMA IMPIANTO: -Impianto di riscaldamento -Impianto di raffrescamento -Impianto di trattamento dell’aria
SISTEMA EDILIZIO: -Involucro verticale opaco -Involucro obliquo opaco -Involucro orizzontale opaco -Involucro trasparente
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Involucro edilizio – Esempio perdite di calore
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Schema delle perdite di calore dei componenti dell’involucro di un edificio (non isolato) del XIX secolo poi restaurato negli anni ’80 VENTILAZIONE 15-20%
PERDITE DALLA CALDAIA 10-15% TETTO/ULTIMO SOLAIO DISPERDENTE 15-20%
FINESTRE 10-15%
UBICAZIONE: Avigliana (TO) Piemonte TIPOLOGIA: casa unifamiliare libera su 3 lati
PARETI ESTERNE 40-45%
PAVIMENTI DISPERDENTI 10-15%
ZONA CLIMATICA: E
Una parte consistente delle perdite di calore individuate si può evitare isolando perfettamente l’involucro dell’edificio.
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Approccio ed esemplificazioni
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Fonte: “Le nuove disposizioni legislative in materia di rendimento energetico nell’’edilizia”, Dott.Roberto QUAGLIA, Forum Regionale sull’energia, Torino, 27-28 giugno 2007
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Approccio ed esemplificazioni
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L’isolamento dell’involucro produce benefici anche quando nei periodi estivi, l’esigenza non è più quella di non far uscire il calore ma quella di non farlo entrare. Test a Brema: alla fine di maggio due blocchi di ghiaccio di 1,5 t ciascuno sono stati messi all’aperto e lasciati così esposti agli agenti atmosferici per ben 50 giorni. Uno dei blocchi era avvolto da una sorta di casetta termica, mentre l’altro era privo di protezioni. Dopo soli 5 giorni, il blocco di ghiaccio non protetto si era già sciolto. Dopo 7 settimane il blocco di ghiaccio protetto termicamente aveva mantenuto il 70,9% del
peso iniziale.
Nel 2008 lo stesso esperimento è stato fatto a Firenze, con uno scioglimento del blocco di ghiaccio protetto del 27%. Questo test rende evidente come una casa termicamente ben isolata non protegga solo dal freddo, ma anche dal caldo.
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Caso studio - Inquadramento
UBICAZIONE: Alessandria (AL) Piemonte TIPOLOGIA: villetta unifamiliare EPOCA: anni ‘70
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Caso studio - elaborazioni
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1.
ANALISI DELLA STRUTTURA E DEI COMPONENTI - stratigrafie, materiali, etc…
2.
INDIVIDUAZIONE DELLE ZONE CRITICHE - ponti termici
3.
SCELTA DEL RIFERIMENTO GEOMETRICO E DEL CORRISPETTIVO VALORE DI
4.
ψ utilizzando valori di progetto oppure un atlante dei ponti termici
CALCOLO DELLA TRASMITTANZA TERMICA MEDIA DI PARETE – per la verifica delle strutture a ponte termico non corretto secondo D.Lgs 192/05 e s.m.i
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Caso studio - Inquadramento
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SCHEMA DELL’ESPLOSO VOLUMETRICO
DATI CLIMATICI
TEMPERATURA SOTTOTETTO
-9 °C
ZONA CLIMATICA
E
GRADI GIORNO
2559
TEMPERATURA ESTERNA DI PROGETTO
-9 °C 15 ottobre
PERIODO CONVENZIONALE RISCALDAMENTO TEMPERATURA INTERNA
20 °C
ALESSANDRIA (Spinetta Marengo)
(183 gg)
15 aprile
MEDIAMENTE OMBREGGIAMENTI
OMBREGGIATO
DATI EDIFICIO TEMPERATURA VANO SCALA
2,6 °C
TEMPERATURA GARAGE
-3,2 °C VOLUME RISCALDATO VOLUME NON RISCALDATO
RAPPORTO S/V
0,76
SUPERFICIE DISPERDENTE
650,30 m2
VOLUME RISCALDATO
851,30 m3
SUPERFICIE UTILE
193 m2
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Caso studio - Inquadramento
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EST
Murature di tamponamento in laterizio, non isolata (U =1,12 - 2,10 W/m²k) * CARATTERISTICHE
INT
Soffitto
DEI COMPONENTI DELL’ INVOLUCRO DISPERDENTI
Soletta in latero cemento, parzialmente isolata e non
Pavimenti
(U = 0,60 - 1,37 W/m²k) *
Infissi in legno e vetro singolo (Uw =3,10 – 3,20 W/m²k) ** * Viene riportato il valore di trasmittanza termica media, comprensiva del contributo di ponti termici e di strutture oggetto di riduzione di spessore, come indicato all’Allegato I, commi 2 lettere a), b) e c) del DLgs 311/06. ** Nel caso dei serramenti è riportata la trasmittanza termica del sistema telaio + vetro, non comprensiva dei ponti termici e di eventuali schermi esterni
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Caso studio - Inquadramento 1.
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ANALISI DELLA STRUTTURA E DEI COMPONENTI Sezione rappresentativa
Prospetto ovest
Copertura
Piano primo
Piano terra
Area di parete analizzata
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Caso studio - Inquadramento
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Struttura tipo dell’edificio in esame: La trasmittanza di questa parete è pari a 1,03 W/m2K Stratigrafia (dall’interno verso l’esterno) Componente
Spessore [mm]
Densità [kg/m3]
Conducibilità [W/mK]
Intonaco
20
1800
0,900
Mattone forato
140
1400
0,500
Aria
100
~1
0,556
Mattone forato
140
1400
0,540
Intonaco
15
1800
0,900
* Valore secondo UNI 10351
Stratigrafia, grafico dell’andamento delle temperature e verifica della condensa interstiziale (Fonte: Edilclima)
Ora si effettueranno gli isolamenti, nel primo caso dall’interno, nel secondo caso dall’esterno, utilizzando 100 mm di eps e 15 mm di intonaco per cappotti in entrambi i casi.
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Caso studio – Confronto isolamento interno / isolamento esterno
ISOLANTE
I N T E R N O
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ISOLANTE E S T E R N O
I N T E R N O
E S T E R N O
Andamenti della temperatura in caso di isolamento dall’interno e in caso di cappotto esterno. (Fonte: Edilclima)
Nel caso di cappotto esterno (a parità di trasmittanza), l’inerzia termica è sicuramente maggiore, ciò implica che in caso di spegnimento dell’impianto, la superficie interna della parete manterrà la temperatura per un periodo di tempo maggiore rispetto al caso alternativo. Quindi l’impianto termico avrà a suo carico meno ore di funzionamento, e i consumi saranno ridotti, anche se le due configurazioni presentano la stessa trasmittanza (pari a 0,26 W/m2K).
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Caso studio – Individuazione delle zone critiche 2.
INDIVIDUAZIONE DELLA ZONA CRITICA
PONTE TERMICO DI COPERTURA
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Ponte termico da considerare 1 volta: all’intersezione parete /soffitto (M1)
M1
M2 PONTE TERMICO SOLETTA INTERMEDIA Sezione rappresentativa
Ponte termico da considerare 2 volte: all’intersezione parete /pavimento (M1) e all’intersezione parete/soffitto (M2)
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Ponti termici
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Si ha un ponte termico quando il comportamento termico di una parte dell’edificio differisce da quello delle parti circostanti a causa di una disomogeneità di forma o di materiali. Più tecnicamente, “I ponti termici nelle costruzioni edilizie producono una modifica del flusso
termico e una modifica delle temperature superficiali rispetto a strutture prive di ponti termici”. [Introduzione UNI EN ISO 14683:1999] In prima approssimazione si possono suddividere in: ponti termici “geometrici”
si presentano negli angoli, in coincidenza di variazioni di direzione delle strutture, e degli elementi aggettanti.
ponti termici “costruttivi”
si manifestano nei punti in cui materiali ad alta conducibilità termica penetrano in un elemento strutturale che presenta una maggiore coibentazione: balconi in calcestruzzo senza isolamento, architravi non coibentati, pilastri in c.a. che attraversano la muratura perimetrale.
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Ponti termici
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Esempio 1: Ponte termico geometrico
Trattandosi di differenze di temperature superficiali, i ponti termici possono essere facilmente visibili attraverso un’analisi termografica delle strutture dell’involucro edilizio.
Esempio 2: Ponte termico costruttivo
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Ponti termici
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Alla base di un ponte termico c’è sempre un difetto progettuale o di realizzazione. Gli effetti negativi sono: perdite di calore: aumento del flusso di calore con il conseguente aumento delle dispersioni e dei consumi per il riscaldamento; condense superficiali, formazione di muffe, diminuzione del comfort termico e igrometrico;
La temperatura superficiale interna, nelle zone dove sono presenti i ponti termici, è minore che nella parete piena. In queste zone la temperatura può facilmente essere al di sotto del punto di rugiada, provocando una condensazione superficiale del vapore acqueo e quindi possibile formazione di macchie di umidità dove possono proliferare le muffe.
danni alle strutture;
La regola principe per evitare i ponti termici è realizzare una coibentazione ottimale e completa dell’edificio.
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Ponti termici
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Esempio indicativo di attenuazione di ponte termico nel nodo parete-solaio causato dall’interruzione di materiale isolante
U Parete= bassa U Struttura= elevata
Le condizioni al contorno ipotizzate simulano una giornata invernale. Il ponte termico tra solaio e parete è evidente poiché la temperatura nello spigolo dell’ambiente interno è compresa tra 7 e 11°C e provoca un elevato rischio di condensa superficiale.
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Ponti termici
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Esempio indicativo di attenuazione di ponte termico nel nodo parete-solaio
Per correggere il ponte termico ed evitare il rischio di condensa è necessario inserire, in corrispondenza del ponte termico, uno strato di materiale isolante; l’intera struttura in cemento armato in seguito all’intervento ha una temperatura che poco si discosta da quella dell’aria: temperatura nello spigolo = 18°C.
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Ponti termici
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Altri esempi di realizzazione in cui si è trascurato il problema dei ponti termici
Nota:
Grazie alla termografia è possibile individuare preventivamente zone soggette alla formazione di muffe e visualizzare le aree a maggiore dispersione termica, permettendo così di pianificare gli interventi di isolamento termico
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Caso studio – Individuazione delle zone critiche 3.
SCELTA DEL CORRISPETTIVO VALORE DI
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ψ
[ W/mK]
3.1 CASO 1 : Isolamento dall’esterno
Valore secondo UNI EN ISO 14683:2008 Tab A.2
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Caso studio – Individuazione delle zone critiche
3.2 CASO 2 : Isolamento dall’interno senza attenuazione
Valore secondo UNI EN ISO 14683:2007 Tab A.2
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Caso studio – Individuazione delle zone critiche 3.3 CASO 3 : Isolamento dall’interno con attenuazione
Valore secondo UNI EN ISO 14683:2008 Tab A.2
3.4 CASO 4 : Isolamento dall’interno con attenuazione
Valori secondo UNI EN ISO 14683:2008 Tab A.2
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Caso studio – CONCLUSIONI 4.
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CALCOLO DELLA TRASMITTANZA TERMICA MEDIA DI PARETE
.A
[W/m2K] TRASMITTANZA TERMICA MEDIA = DI PARETE
U parete
parete
.
[W/mK]
[m2]
+
∑ψ
[m]
lungh ponte termico
A totale
[W/m2K]
[m2]
ISOLAMENTO ESTERNO
ISOLAMENTO INTERNO
LIMITI NORMATIVI DI RIFERIMENTO
U parete = 0,26 W/m2K
U parete = 0,26 W/m2K
/ (!)
U media parete = 0,31 W/m2K
U media parete = 0,56 W/m2K
SI
NO
U media parete = 0,37 W/m2K (Valore limite zona climatica E, tabella 2 punto 2 allegato C, DL 311/06)
VERIFICA
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Confronto indice di prestazione energetica
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EPi a seguito degli interventi [kWh/m2anno]
EPi prima degli interventi [kWh/m2anno]
Risparmio ottenuto a seguito degli interventi pari a 93 kWh/m2anno
ca. 40%
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LCA: parametri calcolati e loro importanza
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ENERGIA PRIMARIA (RINNOVABILE/NON RINNOVABILE) Indicatore di riferimento: GER
MATERIE PRIME (RINNOVABILI/NON RINNOVABILI) EMISSIONI IN ARIA
Indicatore di riferimento: GWP (Global Warming Potential)
EMISSIONI IN ACQUA RIFIUTI SOLIDI
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GER GER (Energia)
FASE D’USO Indicatore di consumo
1200 1000 800 600
Punto pareggio
400 200
FASE DI PRODUZIONE Indicatore d’impatto del costruito
0 0
2
4
6
8
10
12
14
Anni Produzione
Uso
GWP GWP (Effetto Serra) 90
kg CO2-eq.
GJ
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La “Firma LCA”: fase di produzione + fase d’uso
60
30
0 0
2
4
6
8 Anni
Produzione
Uso
10
12
14
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GER GER (Energia) 1800 1600 1400
~ 420 MWh
GJ
1200 1000
~ 515 MWh
800
Casa nuova “a norma” 70 kWh/(m2*anno)
600 400 200 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Anni Produzione
Uso
GER 1400 1200 1000 GJ
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Il “paradosso” dell’efficienza
~ 480 MWh
~ 450 MWh
800
Casa “efficiente” Consumo = 1/3 Impatti costruito = 2
600 400 200 0 0
2
4
6
8
10
12
Anni Produzione
Uso
14
16
18
20
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Eco-Design www.studio-maia.it
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Eco-Design
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CEMENTO
CALCESTRUZZO
COPPI
ISOLANTI: PES
ISOLANTI: EPS
ISOLANTI: PU
TEGOLE CALCESTRUZZO
MATTONI
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Slides di backup
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Involucro edilizio - prerequisiti L’involucro edilizio deve quindi soddisfare molteplici requisiti prestazionali al fine di garantire: • Protezione dagli agenti atmosferici e dall’irraggiamento solare • Benessere igrotermico • Isolamento acustico • Durabilità • Sicurezza • Attrezzabilità
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Caso studio – CONCLUSIONI 4.
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CALCOLO DELLA TRASMITTANZA TERMICA MEDIA DI PARETE [W/m2K]
TRASMITTANZA TERMICA MEDIA = DI PARETE
.
U parete
[W/m2K]
4.1 CASO 1 : Isolamento dall’esterno U parete = 0,26 W/m2K
[W/mK]
∑ψ
[m2]
A parete
+
A totale
.
[m]
lungh ponte termico
[m2]
Verifica Trasmittanza termica media
U media = 0,31 W/m2K
< 0,37 W/m2K (Valore limite zona climatica E, tabella 2 punto 2 allegato C, DL 311/06)
4.2 CASO 2 : Isolamento dall’interno U parete = 0,26 W/m2K
NON verifica trasmittanza termica media
U media = 0,56 W/m2K
> 0,37 W/m2K (Valore limite zona climatica E, tabella 2 punto 2 allegato C, DL 311/06)
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PRODUZIONE MATERIALI (no AQE/ACE)
PRODUZIONE VETTORI ENERGETICI
EPgl Giacimenti di combustibili primari
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Approccio LCA
ADDITIVES (stabilisers and others additives)
Produzione di Combustibili Solidi
Produzione di Coke
Produzione di Gas Naturale
Produzione di Gas
Produzione di Petrolio
Produzione di energia elettrica Produzione di benzina, gasolio, ecc.
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Involucro edilizio - componenti
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1. COMPONENTI VERTICALI OPACHI
2. COMPONENTI ORIZZONTALI OPACHI
Componenti dell’involucro edilizio
3. COMPONENTI INCLINATI OPACHI
4. COMPONENTI TRASPARENTI
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Involucro edilizio - caratteristiche Con lo scopo di garantire un comportamento del sistema edificio energeticamente efficace e, al contempo, soddisfacente in relazione al benessere
igrotermico
degli ambienti, è
necessario porre attenzione a: • Materiali e tecniche di isolamento degli elementi dell’involucro opaco, sia orizzontali sia verticali e/o inclinati • Tipologia e prestazioni dell’involucro trasparente • Analisi dei ponti termici e loro attenuazione • Comportamento degli elementi dell’involucro opaco nei confronti della condensa superficiale e nella massa
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Ponti Termici – Riferimenti Normativi – D.Lgs 192/05 e D.Lgs. 311/06
Allegato C, tabella 3 punto 3