Capitolo 2: Contesto ambientale, strategia progettuale e fonti energetiche per gli edifici nZEB – 3° parte
Nella strategia progettuale di un abitazione nZEB, le superfici trasparenti sono importanti per la qualità degli ambienti interni, il benessere degli utenti e per il consumo energetico. Di fatti, in inverno, si possono utilizzare per lo sfruttamento passivo degli apporti solari; va considerata anche la loro dimensione. A sud dovrebbero occupare la massima superficie disponibile.
Durante la stagione estiva è necessario ridurre i rientri di calore con accorgimenti, tra cui particolari geometrie dell’edificio o l’utilizzo di schermature (fisse o mobili).
Le schermature solari sono caratterizzate da 3 aspetti:
- Posizione del corpo schermante rispetto alla lastra vetrata
- Tipologia del corpo schermante
- Orientamento del corpo schermante
La posizione determina il modo in cui intercetta e riflette la radiazione solare. Questo può essere messo in una posizione esterna, interna o integrata nell’intercapedine dell’infisso. Uno schermo può essere parallelo, inclinato o a sporgere rispetto alla superficie.
La ventilazione, e di conseguenza la quantità dell’aria, hanno assunto un valore importante in edifici con alte prestazioni, influendo nel bilancio energetico.
Un sistema di ventilazione permette un rinnovo dell’aria solo finché la temperatura esterna rimane poco inferiore a quella interna.
Nel caso in cui la diminuzione sia drastica, si avvia un percorso che favorisca il pre-riscaldamento oppure si creano due canali per il passaggio dell’aria.
Nel caso la temperatura esterna sia più alta di quella interna lo scambio dell’aria risulta sfavorevole.
Anche il tasso di umidità decide sullo scambio dell’aria. Si potrà umidificare naturalmente affinché i valori esterni saranno inferiori a quelli interni, o se la temperatura esterna è sensibilmente più bassa. Nel caso si superino questi parametri, sarà necessario utilizzare sistemi elettromeccanici.
Ridurre i consumi energetici con la ventilazione porta a 2 strategie: abbassare la portata di ventilazione e recuperare calore contenuto nell’aria espulsa.
La ventilazione naturale è gestita dall’utente manualmente, mentre quella meccanica è gestita da un impianto costituito da:
- 1 unità di ventilazione
- Canali di distribuzione
- Bocchette di immissione ed estrazione d’aria nei vari ambienti
Per una riduzione dei consumi energetici e una miglior gestione delle temperature degli ambienti, è consigliabile installare un impianto di ventilazione meccanica. Il sistema consumerà un’esigua quantità di energia grazie ai vari sensori presenti nei vari ambienti.
È necessario progettare, nel caso di voglia inserire nell’edificio, le seguenti modalità di integrazione:
- Ingombri e posizione dei componenti
- Accessibilità dei macchinari per la manutenzione periodica
- Controllo degli eventuali ponti acustici che si possono creare tra ambienti interni e quello esterno
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Capitolo 2: Contesto ambientale, strategia progettuale e fonti energetiche per gli edifici nZEB – 2° parte
Il rapporto tra superficie disperdente e volume riscaldato indica la compattezza dell’edificio.
- Nei paesi più freddi questo valore condiziona l’efficienza energetica in quanto c’è molto differenza tra temperatura esterna ed intera, è consigliato costruire edifici compatti per una maggior efficienza energetica.
- Nei paesi caldo-umidi sono favorite zone ombreggiate, che permettono una ventilazione naturale e limitare il surriscaldamento.
- Nei paesi caldo-secchi è preferibile creare zone di corte interna ombreggiata per facilitare illuminazione e ventilazione.
Il rapporto viene influenzato anche dalla presenza di superfici trasparenti totali. In fase di progettazione è importante scegliere una zona che non crei dispersione di calore e che faciliti l’ingresso dell’illuminazione degli ambienti e il guadagno del calore nelle stagioni invernali.
Oltre a queste variabili, è necessario inserire l’edificio nel contesto urbano (condizioni climatiche esterne).
Un buon isolamento termico dell’involucro permette di ridurre la quantità di energia utilizzata per riscaldare gli ambienti.
Lo spessore dell’isolante non deve superare un determinato limite.
Il controllo dei ponti termici è fondamentale per i valori di termotransmittanza in quanto vicino alle chiusure opache e trasparenti possono esserci temperature notevolmente basse sulle superfici.
Ponte Termico: parte di edificio dove la resistenza termica cambia in modo significativo a causa di compenetrazioni totali o parziali di materiali con conduttività termica nell’involucro o per la variazione dello spessore della costruzione.
Per un notevole risparmio energetico è consigliabile un’intercapedine applicata sul lato esterno, insieme ad un sistema di schermatura solare delle chiusure trasparenti.
All’interno degli edifici le masse di accumulo termico permettono una propagazione del calore, a condizione che sia costruito l’edificio con una tecnologia stratificata a secco.
Uno degli obiettivi che ha l’involucro è quello di sfasare ed attenuare i picchi dell’onda termica esterna (la cosiddetta inerzia termica), cioè la capacità di accumulare calore e cederlo gradualmente nell’ambiente circostante.
Inerzia Termica: capacità di opporsi al passaggio di un flusso di calore e assorbirne una quota senza rilasciarlo in maniera immediata.
Un altro parametro per valutare l’inerzia termica è la diffusità termica, che misura la velocità con il quale il calore si diffonde all’interno di un corpo. Minore è il valore, maggiore è l’efficacia dei requisiti estivi delle chiusure.
Lo sfasamento in ore è la capacità termica di un materiale e indica la differenza di tempo fra l’ora in cui si è registrata la temperatura massima della superficie esterna e quella dove la temperatura massima è registrata all’interno (valore ottimale - 12 ore).
Attenuazione (o smorzamento) è la capacità isolante dei materiali di quanto tempo la temperatura esterna viene ridotta in base a quella media della superficie interna.
I materiali isolanti leggeri hanno una buona proprietà termoisolante, ma bassa capacità di sfasamento per evitare il surriscaldamento estivo. I materiali isolanti vegetali hanno un buon potere termoisolante e una buona capacità di accumulo termico, consigliati quindi nei paesi con climi caldi. Esempio: 12 cm di lana di legno in estate corrispondono a 50 cm di lana di roccia e 25 cm di poliuretano
Una parete esterna avrà un buon isolamento termico dinamico se:
- Ha un valore alto di sfasamento
- Ha un decremento del fattore di attenuazione
I livelli di comfort sono accettabili se rispettano:
- Elevati valori di sfasamento
- Valori bassi di attenuazione
- Elevata inerzia termica
- Elevata schermatura superfici trasparenti
Le linee guida per la certificazione energetica degli edifici ha posto come parametro di valutazione il fabbisogno di un involucro dei metodi di climatizzazione esterna: si considera la prestazione termica dell’edificio per il raffrescamento, pari al rapporto fra il fabbisogno energetico e la superficie calpestabile del volume climatizzato e i parametri quali lo sfasamento e il fattore di attenuazione.
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Capitolo 2: Contesto ambientale, strategia progettuale e fonti energetiche per gli edifici nZEB – 1° parte
Si parla di strategia progettuale a partire dagli anni ’70, durante la crisi petrolifera, dove fino a quel momento era indifferente l’utilizzo di combustibili fossili a causa del basso prezzo.
Le caratteristiche che in una località bisogna considerare sono: radiazione solare, escursioni termiche giornaliere, nuvolosità, ventosità, precipitazioni e umidità dell’aria.
La presenza della vegetazione che creano ombreggiatura ed evapotraspirazione incidono sul microclima. Anche l’agglomerato urbano influenza i fattori precedenti.
La prima strategia nella progettazione di un edificio nzeb riguarda al posizionamento degli ambienti vanno sempre considerati tutti i fattori sopraelencati per ottimizzare il fabbisogno energetico dell’edificio.
I vari sistemi di sfruttamento delle fonti rinnovabili sono utilizzati soprattutto nel nord Europa. In Italia il discorso lo si deve applicare analizzando i vari fattori che caratterizzano il territorio.
Per garantire il comfort abitativo all’interno dell’edificio è necessario considerare le zone microclimatiche per integrare una corretta progettazione degli impianti e un involucro adeguato.
Lo standard definito per i climi continentali europei, per permettere l’edificazione di strutture nzeb, sono i seguenti:
- Fabbisogno energetico per il riscaldamento non superiore a 15 Kwh/mq annui
- Tenuta dell’aria dell’involucro n50 £ 0,6/h
- Richiesta di energia per i servizi energetici £ 120 Kwh/mq annui
- Se rispettati questi criteri è possibile mantenere una temperatura interna superiore ai 20 gradi in inverno.
Lo standard passivhouse, nato negli anni ’90 in Germania, ha stilato un elenco di criteri che, se rispettati, permettono un notevole risparmio energetico nei paesi europei più caldi (Italia, Spagna, Portogallo, …).
Il clima, che in Italia è molto variabile nelle varie zone, influisce talmente tanto sull’efficienza energetica che è necessario colmare le escursioni termiche giornaliere con sistemi di alta flessibilità che permettono un adeguamento rapido dell’ambiente interno, ottimizzando l’involucro.
Un esempio per rispondere a questa richiesta è l’utilizzo di un sistema di ventilazione situato nei vuoti della muratura per lo scambio di aria calda/fredda, isolando comunque l’involucro.
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Capitolo 1: Che cosa significa nZEB?
nZEB (Nearly Zero Energy Building) è la definizione che viene data ad un edificio ad altissima prestazione energetica il cui fabbisogno energetico è coperto in maniera significativa dalle fonti rinnovabili.
FABBISOGNO ENERGETICO: quantità di energia necessaria per assicurare clima adeguato e comfort in un edificio.
FONTI RINNOVABILI: energia proveniente da fonti rinnovabili non fossili, tra cui eolica, solare, geotermica...
Per poter soddisfare il requisito di edificio nZEB è necessario che la domanda di energia sa estremamente ridotta e che venga soddisfatta da fonti rinnovabili.
Un altro aspetto per valutare edificio nZEB è l'autosufficienza energetica e se l'energia necessaria la si può scambiare con impianti di fonti rinnovabili esterni all'abitazione.
Negli edifici residenziali il bilancio energetico è da calcolare in base alla climatizzazione estiva ed invernale, ventilazione, produzione acqua calda, illuminazione ed impianti elettrici.
Progettare un edificio nZEB significa combinare processi di analisi energetica e ambientale volti ad ottimizzare soluzioni per l'involucro per ridurre le dispersioni energetiche e il conseguente fabbisogno energetico. Questo è possibile combinando impianti di consumo integrati che sfruttano fonti di energia rinnovabili, che variano durante l'arco della giornata e durante le stagioni.
INVOLUCRO: lo si definisce di un edificio tutto ciò che separa l'interno dell'esterno. È opaco se gli elementi non sono trasparenti (pareti, strutture orizzontali e coperture).
Le soluzioni tecnologiche in fase di progetto devono tener conto anche dell'impatto ambientale, cioè che sono di origine naturale, rinnovabili, riciclati o riciclabili. Rispetto a soluzione di natura sintetica, i materiali di origine naturale potrebbero richiedere più lavorazioni per aumentare il tempo del deterioramento.
La destinazione d'uso dell'edificio varia su quali tecnologie utilizzare, ad esempio il monolocale, con un buon involucro ad alte prestazioni, è possibile installare significativi pannelli solari e fotovoltaici che possono aumentare sistemi di climatizzazione e/o pompe di calore.
L'obiettivo principale dell'nZEB è la riduzione della domanda di energia di un edificio e l'approvvigionamento di elettricità e calore a zero emissioni.
Oltre al metodo di costruzione innovativo, è necessario modifiche lo stile di vita di residenti/utenti, onde evitare inutili sprechi di risorse; si può grazie solo ad una gestione intelligente, consapevole e accorto dell'edificio.
L'utilizzo di strumenti diagnostici permettono di individuare eventuali criticità di funzionamento degli impianti, oltre che visualizzare i consumi energetici con e reali prestazioni dell'edificio.