Progettazione bioclimatica Autori:Paola Caputo Isa Zanetti Fonti:Corso Post diploma E.00 Energy Management Corso E.26 Architettura e ed energia solare:

Progettazione bioclimatica

• Autori: Paola Caputo

Isa Zanetti

• Fonti: Corso Post diploma E.00 Energy Management

Corso E.26 Architettura e ed energia solare: parte 3 solare passivo

Architettura ed energia solare – Alessandro Rogora

Documenti internet

Clima e ambiente costruito - Angelo Mingozzi

Progettazione bioclimatica – Alberto Raimondi

Progetto di residenze con l'utilizzo di sistemi solari passivi e di raffrescamento naturale ad Alfonsine – Giampaolo Silvestri & Cristina Bucchi

Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 2

SUPSIScuola Universitaria Professionaledella Svizzera Italiana

DipartimentoAmbienteCostruzioni eDesign

Istituto diSostenibilitàApplicata all’AmbienteCostruito 1

UNIVERSITÀDELLASVIZZERAITALIANA

ACCADEMIA DIARCHITETTURA

Indice







Definizione degli aspetti principali

Rapporto fra clima e forma

Efficienza solare della forma

Descrizione delle varie tipologie per il riscaldamento e il raffrescamento

Sistemi solari passivi: a guadagno diretto, indiretto, isolato

Raffrescamento

Controllo della radiazione solare

Definizione







In generale, la passive house è un edificio con una domanda di energia inferiore a 15 kWh/m2 anno.

Un edificio è definito “passivo” quando la somma degli apporti di calore dell’irraggiamento solare trasmessi dalle finestre e il calore generato internamente all’edificio da elettrodomestici e dagli occupanti stessi sono quasi sufficienti a compensare le perdite dell’involucro.

L’energia necessaria a pareggiare il bilancio termico dell’edificio è fornita con sistemi non convenzionali (pannelli solari, pompa di calore, caldaia a pellets).

Comparazione consumi energetici

Aspetti che caratterizzano l’edificio come sistema passivo







Queste prestazioni si ottengono con una progettazione molto attenta, specie nei riguardi del sole, con l'adozione di isolamento termico ad altissime prestazioni su murature perimetrali, tetto e superfici vetrate e mediante l'adozione di sistemi di ventilazione controllata a recupero energetico.

Edificio come sistema passivo

Sistemazioni esterne

Forma e dimensioni

Orientamento

Distribuzione interna

Tecnologie costruttive

Materiali

Sistemi solari passivi

Guadagno diretto

Guadagno indiretto

Guadagno isolato

Caratteristiche di un edifico passivo 1/2







• Forma compatta e buon isolamento termico.

• Orientamento verso sud. Valutare l’ombreggiatura.

• Serramenti ad alta efficienza energetica.

• Eliminazione dei ponti termici.

• Preriscaldamento passivo dell’aria fresca.

• Recupero di calore dell’aria in uscita attraversouno scambiatore di calore.

• Utilizzo di energia rinnovabile per la produzionedi acqua calda.

• Elettrodomestici a basso consumo.

Caratteristiche di un edifico passivo 2/2







Trasmittanza termicaTutti i componenti della struttura esterna sono isolati fino a raggiungere valori di max. U 0.15 W/(m2K) 20-40 cm di isolamento.

Ermeticità dell’involucroAttraverso una adeguata applicazione dell’isolamento, la trasmissione termica lineare è ridotta al di sotto di 0.01 W/mK.

Superficie vetrataLe finestre (ampia sup. rivolta a sud) sono costituite da vetri tripli a bassa immissione (0.75 W/(m2K) e infissi altamente isolati (0.8 W/m2K).

Geometria solareLe finestre permettono la trasmissione della radiazione solare invernale incidente con bassa angolazione mentre in estate l’elevata altezza del sole riduce l’insolazione trasmessa.

Controllo della radiazione solareTramite superfici di separazione, schermi rigidi / flessibili, filtri solari.

Massa termicaÈ necessaria per accumulare calore durante il giorno e immetterlo durante la notte.

Componenti della forma: orientamento 1/2







Sud: si può massimizzare il carico solare medio annuale, tuttavia in estate, quando cioè il sole è più alto e il flusso risulta più inclinato rispetto al piano d’incidenza, la quantità di energia che può ricevere una superficie verticale è molto bassa.

Sud-Est e Sud-Ovest: si ottengono valori dell’apporto energetico medio annuale minori ma caratterizzati da un andamento più costante nei mesi estivi però è maggiore il rischio di surriscaldamento.

Nord, Nord-Est e Nord-Ovest: sono sconsigliate in quanto il soleggiamento risulta minimo, inoltre le zone sono spesso sottoposte a forti venti invernali.

Est e Ovest: sono da evitare perché caratterizzati da grandi variazioni termiche giornaliere che comportano una scarsa continuità del carico solare.

Componenti della forma: orientamento 2/2







Oltre all'orientamento delle superfici finestrate, anche l'orientamento della facciata principale e quello degli ambienti interni riveste grande importanza. La facciata principale di un edificio dovrebbe essere rivolta verso il sole per ottimizzare l'utilizzo passivo dell'energia solare.

Gli ambienti interni maggiormente utilizzati per la vita quotidiana mantengono di più il calore del sole se sono rivolti a sud. Verso sud-est e verso sud-ovest vanno rivolte le stanze che richiedono illuminazione. AI contrario, quelle che non abbisognano di molta illuminazione.

Le zone poste tra gli ambienti caldi e la facciata fredda rivolta a nord, possono fungere da "vani intercapedine".

N

N

Efficienza energetica della forma costruita







La forma dell'edificio influisce in maniera significativa sulle perdite termiche. Lo scambio termico tra interno ed esterno di un edificio, avviene attraverso la superficie dell'involucro:

tanto più elevata è la superficie che racchiude il volume, tanto più elevato è lo scambio

Per essere energeticamente efficiente un edificio deve avere: un basso indice di compattezza dato come rapporto tra superficie e volume (S/V); in un edificio passivo dovrebbe essere inferiore a 0,6,

Per avere una forma compatta, si deve quindi rinunciare a sporgenze e rientranze: balconi, terrazzi, verande si possono costruire, purché all'esterno dell'involucro termico.

Forma dell’edificio in relazione all’ambiente urbano







Sotto il profilo energetico è l’impatto sole-aria ad influenzare maggiormente la forma assunta dal singolo edificio e dal tessuto urbano.

La forma ottimale di un edificio non è quindi definibile in assoluto ma è strettamente dipendente, tra i vari fattori, dalla realtà ambientale e climatica del luogo.

Quattro zone macroclimatiche (Victor Olgyay)

Zona fredda: forma compatta - pianta quadrata.

Zona temperata: forma allungata – piante più articolate e flessibili.

Zona caldo-secca: forma quasi quadrata e il più possibile compatta – pianta base si trasforma in uno schema rivolto verso l’interno.

Zona caldo-umida: forma stretta e allungata – pianta libera

freddo

temperato

caldo secco

caldo umido

estate

estate

estate

estate

inverno

inverno

inverno

inverno

guadagni termici MJ/giorni

rapporto fra i lati

perdite termiche MJ/giorni

optimum

Distribuzione interna







Indicazioni progettuali per la distribuzione degli spazi interni in condizioni di clima temperato

Distribuzione degli spazi interni in riferimento all’orientazione e alle ore di permanenza nei singoli ambienti secondo Mazria

Tipi di accumulo termico







Sistemi solari passivi: guadagno diretto







Sfruttamento del calore solare accumulato grazie all’inerzia termica naturale delle pareti, del soffitto e del pavimento dell’ambiente.

Le varianti più comuni riguardano la scelta e il posizionamento dei materiali della massa termica, l'accumulo primario può avere varie configurazioni: a pavimento o come massa libera all'interno del locale, a soffitto o come parete interna o esterna. La distribuzione o la concentrazione della massa termica consente una prima suddivisione dei sistemi passivi a guadagno diretto. Entrambi hanno una vetrata rivolta a sud, ma differiscono per il modo con cui la luce solare viene distribuita quando penetra nell'edificio. Uno consente alla radiazione solare di colpire un'area concentrata di massa termica e l'altro diffonde o riflette la luce solare in modo da distribuirla su una più ampia area di massa termica.

L'uso di vetri diffusori, tendine o della riflessione tramite superfici di colore chiaro, ha l'effetto di diffondere la radiazione solare ovunque attraverso il locale.

Radiazione diffusa

Radiazione non diffusa

Guadagno diretto: esempio realizzativo







Patrick H. Dollard Discovery Health Center (2003) –Sullivan Country (New York State) - Guenther 5 Architects

L’involucro esterno è concepito per sfruttare il calore prodotto per mezzo di sistemi solari passivi e la luce naturale, ciò comporta una riduzione della domanda energetica.

Un sistema a bris-soleil è incorporato in tutte le grandi vetrate in modo da contenere i guadagni solari diretti durante i caldi mesi estivi.

Sistemi solari passivi: guadagno indiretto







Sfruttamento del calore solare accumulato da una massa ad alta inerzia termica posta tra il sole e l’ambiente da riscaldare.

Parete di Trombe: consente per termocircolazione naturale dalla captazione all’ambiente retrostante attraverso delle aperture poste nella parte bassa ed in quella alta della parete.

Roof pond: o tetto ad acqua, si basa sul fenomeno dell’inerzia termica determinato da ampie masse d’acqua, che poste sulle coperture nella stagione fredda, restano esposte al sole durante il giorno e coperte, durante la notte, con pannelli isolanti. In estate il processo si inverte.

Muro massivo

Parete di Trombe

Guadagno indiretto: esempio realizzativo







OHSU River Campus Building One (2006) –

Portland (Oregon) – GBD Architects

La parete di Trombe si estende dal 15esimo al 16esimo piano e corrisponde ad un collettore solare di 552 metri quadrati. Preriscaldando l’aria in inverno e l’acqua calda sanitaria durante tutto, questo sistema sostituisce circa 1%

dell’energia utilizzata annualmente senza necessitare di manutenzione o costi operativi.

Vista della parete di Trombe

Sistemi solari passivi: guadagno isolato







Il collettore solare è termicamente isolato dagli ambienti dell'edificio. Nei sistemi passivi il trasferimento di energia dal collettore all'ambiente o all'accumulo e dall'accumulo all'ambiente avviene solo attraverso processi non meccanici, come la convezione e l'irraggiamento.

Termosifone: l'aria è riscaldata nel collettore, diventa meno densa e si alza, richiamando aria più fredda dal basso; l'aria più calda trasferisce la sua energia all'accumulo isolato o alla stanza ed ai suoi occupanti, si raffredda e ricade verso il basso per essere ripresa dal collettore

Sistema Barra-Costantini: l’aria riscaldata da questo collettore, circola attraverso condotti ricavati in solai, pareti e pavimenti massivi e rilascia la sua energia a questi elementi prima di ritornare al collettore. Detti elementi sono coibentati esternamente e forniscono calore all'ambiente per convezione e irraggiamento.

Termosifone

Sistema Barra-Costantini

Sistemi solari passivi: serra solare







Una serra solare addossata, o aggiunta, consiste di uno spazio chiuso e vetrato disposto sul lato sud di un edificio. A seconda del clima e del tipo di utilizzo della serra solare, può esserci una parete di accumulo termico che separa la serra dall'edificio, o altri accumuli termici all'interno dello spazio solare: ciò serve per normalizzare la temperatura sia nella serra che nella casa.

Normalmente la serra non viene termoregolata, per cui non è necessario fornire calore ausiliario. In molti casi la serra è utilizzata per preriscaldare l'aria di rinnovo della casa.

Serra solare

Serra solare: esempio realizzativo







Abitazione (1979) –Regensburg (Germania) – Studio Herzog

and partners

Le parti inclinate della costruzione, che a sud sono costituite da vetrate, racchiudono serre che di giorno incamerano l'energia nei pavimenti e nelle ore notturne la cedono agli ambienti interni

Raffrescamento







Controllo della radiazione solare







Schermi fissi: La schermatura più efficace per una finestra rivolta a sud è quella orizzontale, mentre per le finestre rivolte ad est oppure ovest si devono usare schermi verticali. I dispositivi più semplici sono gli aggetti ed i frangisole. Il difetto principale degli schermi fissi è che l'entità della schermatura è determinata dalle stagioni solari, piuttosto che da quelle climatiche e ciò produce effetti schermanti anche in periodi in cui è richiesto un riscaldamento passivo. Gli schermi fissi tagliano sempre una parte della radiazione diffusa e quindi riducono l'illuminazione naturale.

Schermi mobili: schermi mobili dovrebbero essere progettati anche allo scopo di isolare di notte, durante la stagione del riscaldamento. Gli schermi interni sono meno efficaci in quanto la luce solare entra comunque nell'edificio e non può essere efficacemente riflessa all'indietro. Schermi mobili

Riferimenti e risorse







SITI WEB

http://www.casapassiva.com/Progetto realizzato per promuovere la cultura delle abitazioni a basso consumo

http://www.passive-on.org/it/Progetto di ricerca e divulgazione per promuovere il concetto di case passive

LIBRI

Sistemi solari passiviManuale dedicato alla progettazione di edifici passivi – Edward Mazria – 1980Fondo librario DACD Codice 621.42

Documents

Progettazione bioclimatica Autori:Paola Caputo Isa Zanetti Fonti:Corso Post diploma E.00 Energy Management Corso E.26 Architettura e ed energia solare: