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Capitolo 4:
Il comportamento estivo del caso di studio
4.1 IL SOFTWARE TEMP_AIR
Nella valutazione del benessere all’interno di un ambiente chiuso è molto difficile identificare quali e quante sono le variabili che determinano le condizioni di comfort (o discomfort). In un ambiente troppo caldo, ad esempio, può non essere immediato capire in che modo il carico termico interno sia dovuto alle superfici opache, a quelle trasparenti, ai carichi interni o alla copertura. Uno strumento che permette di rendersi conto di quali sono i componenti su cui è più idoneo intervenire (sia in fase di progettazione che in quella di intervento su edifici esistenti), è un software di calcolo messo a punto dall’ANIT (Associazione Italiana per l’Isolamento Termoacustico) e messo gentilmente a disposizione del Dipartimento di Energetica L. Poggi per gli scopi di questa Tesi.
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Il software in questione si chiama Temp_Air, ed è in grado di simulare le condizioni interne estive di un locale in assenza di impianto di climatizzazione, secondo il metodo di calcolo delle ammettenze descritto dalla norma UNI EN 13792 precedentemente analizzato.
Il programma di calcolo fornisce, dopo una fase preliminare di inserimento dati (climatici, geometrici degli ambienti, caratteristiche termo fisiche dei componenti dell’involucro dell’edificio, destinazioni d’uso, tipo di ventilazione...), un grafico dettagliato con gli apporti termici gravanti sull’edificio a seconda del tipo di categoria (Figg. 9-12).
Vengono forniti inoltre, tutti i valori relativi alla trasmittanza e all’ammettenza dei componenti l’involucro, il fattore di smorzamento, lo sfasamento (ritardo temporale), e naturalmente i valori dei carichi termici del locale e della temperatura media giornaliera dell’aria interna.
Scopo delle applicazioni in oggetto è quello di valutare come e quanto variano le prestazioni energetiche dell’edificio al variare dei molti parametri in gioco.
Si è scelto inizialmente di studiare le prestazioni energetiche estive, in termini di temperatura media giornaliera dell’aria interna, di due locali identici, adibiti a soggiorno/cucina, facenti parte dello stesso edificio in esame, ma con orientazione diversa.
4.2 SOGGIORNO- APPARTAMENTO D1- PIANO TERRENO
Il primo locale fa parte di un appartamento (denominato D1, vedi Cap.2) situato al piano terreno, con le pareti disperdenti orientate prevalentemente a Nord, delimitato inferiormente dal piano interrato adibito ad autorimessa, superiormente da un altro appartamento con le stesse peculiarità. Le caratteristiche dell’involucro (geometria, stratigrafie, parametri termoigrometrici) sono già state studiate nell’ambito della valutazione del comportamento invernale (Ved. Cap. 2), e vengono riassunte nella tabella 22.
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Tabella 22: Caratteristiche termiche appartamento D1
CALCOLO DEL CARICO TERMICO DOVUTO ALLA TRASMISSIONE ATTRAVERSO ELEMENTI OPACHI E TRASPARENTI (soggiorno appartamento D1) ELEMENTI OPACHI
DATI GEOMETRICI, TERMOFISICI E DINAMICI Superficie Spessore Trasmittanza Resistenza
m2 mm W/m°K m2K/W PARETE ESTERNA 7,09 430 0,23 4,33 PARETE ESTERNA 9,09 430 0,23 4,33 PORTONE 2,16 80 0,5 2 PARETE INTERNA 11,9 300 0,36 2,72 PARETE INTERNA 11,2 300 0,36 2,72 SOLAIO INTERMEDIO 20,58 300 0,32 3,12 SOLAIO INTERMEDIO 20,58 300 0,32 3,12
ELEMENTI FINESTRATI Superficie Spessore Trasmittanza Impedenza
m2 mm W/m°K
FINESTRA 1,68 4+12+4+12+4 0,86 0,79 PORTA FINESTRA 2,16 4+12+4+12+4 0,97 0,88
ELEMENTI OPACHI Fattore di attenuazione Sfasamento Esposizione h PARETE ESTERNA 0,0656 14 h 51' NE PARETE ESTERNA 0,0656 14 h 51' NO PORTONE 0,8923 2 h 27' NO PARETE INTERNA 0,1044 14 h 16' interno PARETE INTERNA 0,1044 14 h 16' interno SOLAIO INTERMEDIO 0 5h 10' interno SOLAIO INTERMEDIO 0 5h 10' interno
ELEMENTI FINESTRATI Schermatura verticale
Schermatura
orizzontale Esposizione FINESTRA veneziane SI: 1m NE PORTA FINESTRA veneziane SI: 1m NO
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Come si può notare, per ogni elemento disperdente opaco (pareti esterne, interne e orizzontamenti) sono stati calcolati, sempre con il software Temp_Air, i parametri dinamici indispensabili per il calcolo dei carichi termici estivi, ovvero il fattore di attenuazione e lo sfasamento. Inoltre per le superfici finestrate, il software richiede informazioni dettagliate sul tipo di infisso, la sua stratigrafia, l’esposizione e la presenza di eventuali schermature esterne e/o interne. Nel nostro caso si ha la presenza di un unico elemento finestrato, composto da un triplo vetro camera 4+12+4+12+4 e fornito di veneziana esterna scura, con alette a 45°. Inoltre viene schematizzata una schermatura superiore orizzontale esterna per tenere conto della presenza del terrazzo soprastante. Nella figura 11 è riportata la schermata relativa al calcolo delle caratteristiche dei componenti finestrati del caso in esame.
Fig. 11: Software Temp_Air, caratteristiche elemento finestrato
Nello specifico, il sistema finestrato in esame (finestra a triplo vetro + veneziana esterna + schermatura orizzontale) ha una trasmittanza di 0,8634 W/m2K, un fattore di trasmissione solare pari a 0,2477 e un fattore di assorbimento di 0,0599.
Successivamente il programma richiede informazioni riguardo al tipo di ventilazione prevista per il locale in esame e alla presenza di sorgenti termiche interne (apparecchi
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tecnologici e/o persone). Tali parametri verranno descritti in dettaglio per l’esempio successivo.
Inseriti i dati di ingresso, il programma li elabora e fornisce i risultati richiesti, che consistono nei carichi termici, nelle temperature dell’aria interna, di quella media superficiale interna e di quella operante interna, come descritte dalla normativa, per ogni ora del giorno del mese più caldo. I dati sono forniti in tabelle e in grafici di facile lettura, come riportato in Fig. 12.
Fig. 12: Software Temp_Air, risultati
Il locale in esame presenta come dato significativo, che verrà preso in considerazione nelle elaborazioni successive, la temperatura media giornaliera dell’aria interna, pari a 27,5°C .
Successivamente le operazioni sopra esposte sono state ripetute per lo stesso tipo di locale, appartenente però ad un altro appartamento, con esposizione diversa.
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4.3 SOGGIORNO- APPARTAMENTO D8- PIANO SECONDO
Il secondo locale fa parte di un appartamento (denominato D8, vedi Cap.2) situato al piano secondo, con le pareti disperdenti orientate prevalentemente ad Est. Esso è delimitato inferiormente da un altro appartamento con le stesse peculiarità, e superiormente dal solaio di copertura, direttamente esposto all’irraggiamento solare, e per questo notevolmente più svantaggiato termicamente rispetto all’appartamento studiato in precedenza.
Le caratteristiche dell’involucro (geometria, stratigrafie, parametri termoigrometrici) sono già state studiate nell’ambito della valutazione del comportamento invernale, e vengono riassunte nella tabella 23.
Fig. 11: Appartamento D8
Anche in questo caso, per ogni elemento disperdente opaco (pareti esterne, interne e orizzontamenti) sono stati calcolati, sempre con il software Temp_Air, i parametri dinamici indispensabili per il calcolo dei carichi termici estivi, ovvero il fattore di attenuazione e lo sfasamento. Il software fornisce anche il valore del carico termico scambiato con l’esterno per trasmissione attraverso le superfici opache,
φop
,espresso in W, per ogni ora del giorno. (Fig.12).72
Tabella 23: Caratteristiche termiche appartamento D8
CALCOLO DEL CARICO TERMICO DOVUTO ALLA TRASMISSIONE ATTRAVERSO ELEMENTI OPACHI E TRASPARENTI (soggiorno appartamento D8 )
ELEMENTI OPACHI
DATI GEOMETRICI, TERMOFISICI E DINAMICI Superficie Spessore Trasmittanza Resistenza
m2 mm W/m°K m2K/W PARETE ESTERNA 7,09 430 0,23 4,33 PARETE ESTERNA 11,23 430 0,23 4,33 PORTONE 2,16 80 0,5 2 PARETE INTERNA 11,23 300 0,36 2,72 PARETE INTERNA 11,9 300 0,36 2,72 SOLAIO COPERTURA 20,58 300 0,32 3,12 SOLAIO INTERMEDIO 20,58 300 0,32 3,12
ELEMENTI FINESTRATI Superficie Spessore Trasmittanza Impedenza
m2 mm W/m°K
FINESTRA 1,68 4+12+4+12+4 0,86 0,79 ELEMENTI OPACHI Fattore di
attenuazione Sfasamento Esposizione h PARETE ESTERNA 0,0656 14 h 51' NE PARETE ESTERNA 0,0656 14 h 51' SE PORTONE 0,8923 2 h 27' NO PARETE INTERNA 0,1044 14 h 16' interno PARETE INTERNA 0,1044 14 h 16' interno SOLAIO COPERTURA 0 5h 10' esterno orizz. SOLAIO INTERMEDIO 0 5h 10' interno
ELEMENTI FINESTRATI Schermatura verticale
Schermatura
orizzontale Esposizione FINESTRA veneziane SI: 1m NE
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Fig. 12: Carico termico per trasmissione attraverso le superfici opache
E’ chiaro dal grafico che il carico termico per trasmissione attraverso le superfici opache, non varia significativamente durante il giorno, a parte un leggero incremento durante le ore mattutine di maggior insolazione. Questo perché l’edificio in esame presenta un involucro molto isolato e con massa termica superficiale elevata (grande inerzia termica).
Per quanto riguarda le superfici finestrate, il locale in esame ha le stesse caratteristiche di quello analizzato in precedenza. Nel dettaglio, l’unico elemento finestrato è composto da un triplo vetro camera 4+12+4+12+4 fornito di veneziana esterna scura, con alette a 45°. Inoltre viene schematizzata una schermatura superiore orizzontale esterna per tenere conto della presenza dell’aggetto di copertura. Nella figura 13 è riportato il grafico relativo al carico termico
φw
dovuto alla trasmissione e alla radiazione attraverso l’elemento finestrato del locale oggetto di studio (espresso in W, per ogni ora del giorno) . 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23φ
φ
φ
φ
op(w)
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Fig. 13: Carico termico per trasmissione e radiazione attraverso le superfici finestrate
Dal grafico si evince che il carico termico dovuto alla trasmissione e alla radiazione attraverso gli elementi finestrati presenta un andamento molto variabile durante le ore del giorno. In particolare è presente un picco massimo durante le prime ore di luce della giornata, quando i raggi solari incidono direttamente sull’elemento, esposto a Nord-Est. In generale, il fattore che influenza l’andamento del carico termico è l’esposizione, mentre quelli che influenzano l’entità di tale grandezza sono le caratteristiche fisiche e geometriche dell’elemento finestrato (V. nel seguito).
Il carico termico dovuto alla ventilazione, cioè al numero e alla modalità di ricambio dell’aria interna con quella esterna, è una grandezza di fondamentale importanza ai fini del calcolo della temperatura interna estiva di un locale. Il software tiene conto di questo aspetto e richiede (come previsto dalla normativa) dati di ingresso dettagliati sul tipo di ventilazione.
In particolare, il programma richiede in prima istanza la modalità di apertura delle finestre. Si hanno 3 opzioni:
1. Finestre sempre aperte durante tutte le ore del giorno; 2. Finestre sempre chiuse;
3. Finestre aperte soltanto durante le ore notturne; 0 50 100 150 200 250 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
φ
φ
φ
φ
w(w)
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E’ richiesto di specificare se la ventilazione è trasversale oppure no, ovvero se le aperture che determinano i ricambi d’aria sono inserite su pareti opposte tra loro, e di definire il numero di ricambi d’aria (espressi in vol/h) nelle ore di apertura e chiusura delle finestre.
Nel caso in oggetto è stata scelta la condizione di ventilazione intuitivamente più vantaggiosa, cioè ventilazione trasversale (considerate le posizioni delle altre aperture), apertura delle finestre durante la notte e numero di ricambi d’aria orari pari a 12 e 1 rispettivamente durante la notte ed il giorno.
L’andamento del carico termico dovuto alla ventilazione
φv
(espresso in W), è riportato in Fig.14.Fig. 14: Carico termico dovuto alla ventilazione (finestre chiuse durante il giorno)
Dal grafico si nota che l’ordine di grandezza del carico termico dovuto alla ventilazione è nettamente maggiore a quello dovuto ai fattori studiati in precedenza.
Appare inoltre evidente come la modalità di apertura delle finestre influisca in maniera determinante ai fini della determinazione del carico termico. Nello specifico, durante le ore del giorno, quando le finestre sono chiuse, il carico termico subisce un abbattimento sostanziale, mentre durante le ore notturne di apertura tale carico termico varia in funzione della temperatura dell’aria esterna.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
φ
φ
φ
φ
v(w)
76
Infatti l’espressione che descrive il carico termico è la seguente:
· ·
Con c = capacità termica dell’aria (J/Kg °C), m = portata d’aria entrante(Kg/s), θe= temperatura dell’aria esterna(°C),
θim= temperatura media giornaliera di riferimento dell’aria interna.
E’ chiaro quindi che all’aumentare del numero di ricambi d’aria o all’aumentare della temperatura esterna, il carico termico aumenta di conseguenza. Ciò significa che nelle ore più calde della giornata è necessario abbattere tale valore (chiudendo le finestre) mentre nelle ore della notte, quando l’aria esterna è più fresca, è importante avere il massimo ricambio d’aria.
Infine il programma di calcolo richiede di specificare la funzione del locale oggetto di indagine, per stimare e considerare l’entità dei carichi termici dovuti alla presenza di persone o apparecchiature, che scambiano calore con l’aria interna. Nel caso in esame, il locale (adibito a soggiorno con angolo cottura) è stato schematizzato dal software come ‘cucina’, che in base all’estensione in pianta del locale e alle indicazioni suggerite dalla normativa, ha stimato i carichi termici orari riportati nel grafico di Fig.15(
φi
,espresso in W):Fig. 15: Carico termico dovuto alle sorgenti interne 0 50 100 150 200 250 300 350 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
φ
φ
φ
φ
i(w)
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E’ evidente dal grafico che i carichi termici maggiori si hanno nelle ore di massimo utilizzo del locale da parte dell’utenza (ora del risveglio, del pranzo e della cena), mentre per le altre ore del giorno viene ipotizzato un carico fisso minimo. Si tratta di una semplificazione necessaria in quanto l’utilizzo dei locali non è prevedibile poiché dipende da variabili aleatorie (le abitudini di vita di ognuno). Tale semplificazione non influisce significativamente sul calcolo globale, in quanto le grandezze in gioco sono minori rispetto a quelle determinate dalle altre cause precedentemente descritte.
Anche in questo caso, inseriti i dati di ingresso, il programma li elabora e fornisce i risultati richiesti, riportati in Fig. 16.
Fig. 16: Software Temp_Air, risultati
Il locale in esame presenta come dato significativo, che verrà preso in considerazione nelle elaborazioni successive, la temperatura media giornaliera dell’aria interna, pari a 28,3°C .
Si nota immediatamente, confrontando il risultato con l’esempio precedente (che ha come unica differenza l’esposizione e la presenza di un elemento di copertura direttamente soggetto all’irraggiamento solare), che la temperatura interna media è più alta di (28,3-27,5)= 0,8°C.
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4.4 LE VARIABILI IN GIOCO NEL CALCOLO DELLA
TEMPERATURA INTERNA ESTIVA: CASI DI STUDIO
Nell’ottica di questa prima applicazione, è stato deciso di prendere come caso base di riferimento il secondo esempio analizzato (il più sfavorito), e di ripetere i calcoli facendo variare caso per caso un’unica condizione, per poter stimare quanto le singole variabili influiscano sulla temperatura interna estiva del locale oggetto di studio.
Sono state quindi ripetute le procedure sopra descritte per il caso base dell’appartamento D8 (chiamato CASO A), con i medesimi parametri, ad eccezione di uno solo, diverso ogni volta. In particolare i casi analizzati sono i seguenti:
CASO A: Caso base;
CASO B: Caso A, con colore del tetto chiaro; CASO C: Caso A, con colore del tetto scuro; CASO D: Caso A, con finestre sempre aperte ; CASO E: Caso A, senza isolante alle pareti;
CASO F: Caso A, con massa superficiale delle pareti dimezzata; CASO G: Caso A, con finestra senza oscuramento;
CASO H: Caso A, con finestra composta da vetri riflettenti;
Le caratteristiche di ogni caso di studio e i risultati forniti dal calcolo (espressi come temperatura media dell’aria interna Tmi) sono riportati nella tabella 23.
Il caso base di riferimento è quello studiato precedentemente, che ha fornito come risultato una temperatura media dell’aria interna TB=28,3°C. Tale risultato è stato
fornito, tra le altre ipotesi, considerando il tetto di colorazione media (quale è una ordinaria copertura in elementi di laterizio).
Il caso B è stato ottenuto ipotizzando di avere un tetto di colorazione chiara, a parità di altre condizioni. Tale ipotesi ha consentito di ottenere una temperatura Tmi= 28,2°C.
Il caso C infine si è caratterizzato per avere un colore del tetto scuro, ottenendo una Tmi= 29,6°C.
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Si può subito concludere che nel caso in esame la sola colorazione del tetto può portare ad una variazione massima di (29,6-28,2=1,4°C) della temperatura dell’aria interna.
Il caso D è stato ottenuto considerando una situazione limite: si ha una ventilazione incrociata durante tutte le ore del giorno e della notte, con un elevato ricambio d’aria (12 vol/h). Questo ha consentito di ottenere una Tmi= 27,9°C , con una diminuzione di
0,4°C rispetto al caso base. Si tratta di un caso limite in quanto una ventilazione così sostenuta produce una sensazione di discomfort durante le ore del giorno dovuta alle forti correnti d’aria che si vengono a creare nei locali utilizzati.
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CASO COLORE DEL TETTO OSCURAMENTO DELLE FINESTRE APERTURA FINESTRE RICAMBI (NELLE ORE DI APERTURA) RICAMBI (NELLE ORE DI CHIUSURA) TEMPERATURA MEDIA INTERNA Tmi (°C) DIFFERENZA (TB- Tmi)
colore tetto chiaro
B
chiaro veneziana scura la notte 12 /h 1 /h TB=28,2 -0,1colore tetto medio
A
medio veneziana scura la notte 12 /h 1 /h 28,3 CASO BASE colore tetto scuroC
scuro veneziana scura la notte 12 /h 1 /h 29,6 1,3 finestre sempre aperteD
medio veneziana scura sempre 12 /h 1 /h 27,9 -0,4 nessun isolamentoE
medio veneziana scura la notte 12 /h 1 /h 28,4 0,1 metà massa superficialeF
medio veneziana scura la notte 12 /h 1 /h 28,9 0,6finestre senza
oscuramento
G
medio nessuno la notte 12 /h 1 /h 31,9 3,6 vetri riflettentiH
medio veneziana scura evetro riflettente la notte 12 /h 1 /h 27,7 -0,6
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Per questo successivamente verranno analizzate situazioni dove l’entità della ventilazione, unica variabile in gioco, non produce effetti negativi sul benessere delle persone.
Il caso E è stato ottenuto ipotizzando di avere delle pareti prive di isolamento termico. Ciò ha comportato la riduzione dello spessore delle pareti (-10 cm) e una variazione delle caratteristiche termiche statiche e dinamiche. Il calcolo globale non ha prodotto una sensibile variazione della temperatura dell’aria interna (Tmi=28,4°C, + 0,1°C
rispetto al caso base).
Il caso F è caratterizzato dalla presenza di pareti perimetrali con massa superficiale dimezzata (123 Kg/m2 a fronte dei 255 Kg/m2 del caso base). Il calcolo ha prodotto una discreta variazione della temperatura dell’aria interna (Tmi=28,9°C, + 0,6°C rispetto al
caso base).
Il caso G presenta la finestratura priva di schermatura esterna (nel caso base consistente in veneziane esterne scure con alette a 45°). In questo caso il risultato ha prodotto un aumento della temperatura media interna molto significativo (Tmi=31,9°C, + 3,6°C
rispetto al caso base).
Infine il caso H è stato ottenuto sostituendo alla finestra del caso base dei vetri riflettenti con caratteristiche di trasparenza e riflessione migliori del vetro ordinario considerato in precedenza (Tabella 24). Il risultato ha prodotto una discreta diminuzione della temperatura media interna (Tmi=27,7°C, - 0,6°C rispetto al caso base).
Tabella 24: Caratteristiche dei vetri
CONFRONTO VETRI spessore trasmissione riflessione mm
vetro riflettente 4 0,28 0,19 vetro ordinario (sodico-calcico) 4 0,88 0,07
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4.5 L’INFLUENZA DELLA VENTILAZIONE
L’analisi del caso D (variabile: apertura finestre) ha messo in luce l’influenza determinante della ventilazione per il raggiungimento del comfort interno nel periodo estivo. Per questo si è deciso di studiare nel dettaglio questo aspetto analizzando ulteriori casi di studio dove le variabili in gioco sono la modalità e la consistenza della ventilazione.
Caso B3
In primo luogo sono stati ripetuti i calcoli per il caso limite di chiusura permanente delle finestre (garantendo un ricambio minimo orario dovuto all’apertura temporanea degli infissi e alle infiltrazioni).
Il risultato è stato l’ottenimento di una temperatura media dell’aria interna giornaliera pari a 38,2°C, un valore inaccettabile dal punto di vista del comfort.
Caso B2
Il caso in cui le finestre sono ipotizzate sempre aperte è stato già analizzato precedentemente (caso D), ma considerando un numero di ricambi d’aria troppo elevato (12/h) e causa anch’esso di discomfort dovuto alle correnti d’aria. Quindi si è ripetuto il calcolo ipotizzando l’apertura permanente delle finestre ma con un numero di ricambi d’aria che non provochi sensazioni di disagio, cioè 3/h.
Il calcolo ha portato ad un risultato pari a 30,9°C, molto minore del caso precedente ma ancora alto dal punto di vista del comfort.
Tab. 25: Casi di studio, modalità di ventilazione
CASO APERTURA FINESTRE RICAMBI (APERTURA) RICAMBI (CHIUSURA) TEMPERATURA MEDIA INTERNA (°C)
finestre sempre chiuse
B3
mai 12 /h 1 /h 38,2 finestre sempre aperteB2
sempre 3 /h 1 /h 30,9 finestre aperte la notteB1
la notte 12 /h 1 /h 27,783
Caso B1
Si è deciso infine di considerare il caso che tra quelli studiati precedentemente, ha fornito il risultato migliore dal punto di vista del comfort interno, sia per quanto riguarda la temperatura che per la ventilazione. Il caso H è risultato il migliore, perché contempla in sé tutte le caratteristiche più vantaggiose (tetto chiaro, oscuramento alle finestre, vetri riflettenti, ventilazione incrociata notturna). La temperatura interna risultata dai calcoli è la più bassa che si è riuscita ad ottenere (Tmai=27,7°C) che,
paragonata con il caso più svantaggioso dal punto di vista della ventilazione (caso B3), dimostra che la sola ventilazione può far variare di oltre 10°C la temperatura dell’aria interna.
Quindi, come ipotizzato precedentemente, il fattore che risulta determinante per il raggiungimento delle condizioni interne più confortevoli è la presenza della ventilazione trasversale (o incrociata), durante le ore della notte, che è in grado di abbassare la temperatura interna di valori notevolmente maggiori a quelli ottenibili intervenendo unicamente su altri fattori.
A partire da questo risultato si è deciso infine di studiare quanto influisce l’entità dei ricambi d’aria (espressi in ricambi/h) durante le ore di apertura delle finestre, nel caso che ha prodotto il risultato migliore dal punto di vista del comfort interno.
Sono quindi stati ripetuti i calcoli del caso H, facendo variare il numero di ricambi d’aria orari durante la notte, per un numero complessivo di 6 casi: 2-4-6-8-10-12 /h. I risultati, in termini di temperatura media interna, sono riassunti nella tabella 26. Tab. 26: Casi di studio, entità della ventilazione
CASO APERTURA FINESTRE RICAMBI (APERTURA) RICAMBI (CHIUSURA) TEMPERATURA MEDIA INTERNA (°C)
finestre aperte la notte
B22
la notte 2 /h 1 /h 34,6 finestre aperte la notteB24
la notte 4 /h 1 /h 31,4 finestre aperte la notteB26
la notte 6 /h 1 /h 29,9 finestre aperte la notteB28
la notte 8 /h 1 /h 29,0 finestre aperte la notteB210
la notte 10 /h 1 /h 28,5 finestre aperte la notteB212
la notte 12 /h 1 /h 27,784
Osservando i risultati (Fig.16) e confrontandoli sia tra loro che con gli esempi precedentemente studiati, si evince che per ottenere le condizioni migliori di comfort estivo all’interno di un ambiente, è estremamente importante considerare sia la modalità che l’entità della ventilazione.
Nello specifico si è dimostrato che la modalità di ventilazione ottimale è quella trasversale notturna, mentre l’entità di tale ventilazione deve essere pari o superiore a 6/h (per avere valori di temperatura inferiori a 30°C). Per ottenere tali requisiti è necessario quindi intervenire sia in fase di progettazione (prevedendo il posizionamento delle aperture su pareti tra loro opposte) che in fase di utilizzo del locale da parte dell’utenza (aprendo le finestre soltanto durante le ore notturne e oscurandole durante il giorno).
Fig.16: Interazione tra numero di ricambi d’aria e temperatura interna 27,00 28,00 29,00 30,00 31,00 32,00 33,00 34,00 35,00 2 4 6 8 10 12 T e m p e ra tu ra ( °C )
Ricambi d'aria orari
'Temperatura media interna (°c)'
Temperatura massima esterna (°c)
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4.6 CONSIDERAZIONI FINALI
Dall’analisi dei risultati precedentemente ottenuti (Tabb. 23-25-26-27), è possibile trarre le seguenti indicazioni di carattere generale:
1. La presenza dell’isolamento termico delle pareti riveste un ruolo fondamentale per quanto riguarda il comportamento dell’edificio nella stagione fredda, come dimostrato negli studi effettuati precedentemente [6] su questo stesso edificio. Nella stagione estiva, invece, l’isolamento influisce in maniera marginale sull’ottenimento del benessere interno.
2. La massa superficiale delle pareti riveste un ruolo importante ai fini del benessere termico nella stagione estiva. Infatti un suo dimezzamento nel caso di studio ha portato ad un aumento della temperatura media interna di 0,61°C. Questo perché la massa è uno dei fattori che determinano le caratteristiche termofisiche in regime dinamico (sfasamento e attenuazione), dei componenti l’involucro edilizio.
Tab. 27: Casi di studio, risultati generali
Variabile
Influenza sulla
temperatura
interna dell'aria
Ventilazione 10,5°C
Oscuramento delle finestre 3,6°C Colore del tetto 1,4°C Esposizione (NE-SO) 0,7°C
Massa superficiale
(dimezzamento) 0,6°C Vetri riflettenti 0,6°C Isolamento termico delle
86
Appare quindi giustificata la scelta effettuata in sede normativa (DLGS 311/06, Allegato I, comma 9, lettera “b”) di richiedere per le strutture di involucro dei nuovi edifici una massa superficiale minima (230 Kg/m2), come garanzia di una buona inerzia termica.
3. L’esposizione di un locale influisce molto sul suo comportamento estivo. Nel nostro caso il medesimo locale, considerato in due esposizioni diverse (Sud-Ovest e Nord-Est) ha portato ad una differenza, in termini di temperatura media dell’aria interna giornaliera, di circa 0,8°C. Risulta quindi molto importante, in fase di progettazione di un edificio, prevedere, per quanto possibile, il posizionamento delle aperture su esposizioni meno soggette in estate ad irraggiamento solare.
4. Ancora in fase di progettazione, è utile prevedere coperture e pareti perimetrali con alte caratteristiche di riflessione ai raggi solari (colori chiari e/o superfici riflettenti). Nel nostro caso, infatti, cambiare il colore del tetto da un colore scuro ad uno chiaro ha portato ad un abbassamento della temperatura interna di 1,4°C. A riprova di questo basti citare il caso di alcune amministrazioni statunitensi, che mettono a disposizione incentivi per chi rende più chiare o riflettenti le superfici esterne delle coperture degli edifici. Tale incentivo sarebbe opportuno nel nostro Paese, dove più della metà del territorio è interessato per molti mesi dell’anno, da un intenso irraggiamento solare.
5. Importanza fondamentale ai fini di un vantaggioso comportamento estivo di un edificio è la corretta progettazione dei componenti finestrati. La sola sostituzione degli ordinari vetri sodico-calcici (il 7% dei raggi solari incidenti vengono riflessi)con dei vetri riflettenti (il 20% dei raggi vengono riflessi), ha portato ad una diminuzione della temperatura media interna di 0,6°C, nonostante il locale avesse solo una apertura di limitata estensione. La presenza di una schermatura esterna (costituita da delle ordinarie veneziane scure in legno), ha consentito di ottenere una riduzione della temperatura interna di ben 3,6°C. La normativa (DLGS 311/06) ha timidamente recepito questa opportunità rendendo
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obbligatoria, per talune tipologie di edifici, la presenza di sistemi schermanti esterni (Allegato I, comma 10). Non esistono però ancora, indicazioni normative di tipo quantitativo su quali siano i fattori di ombreggiamento e schermatura da ottenere. E’ attualmente necessario, quindi, affidarsi alla sensibilità dei progettisti che prevedano nei nuovi edifici e negli interventi sul costruito, sistemi di schermatura dei componenti finestrati sia di tipo naturale (ad esempio piante a foglia caduca, che schermano i raggi solari d’estate e consentono l’irraggiamento d’inverno) che di tipo tecnologico (schermature esterne o interne delle finestrature). I sistemi di schermatura esterna, in particolare, sono di fondamentale importanza, in quanto permettono di respingere la radiazione solare ancora prima che essa raggiunga il vetro e lo riscaldi, e di evitare così il micro-effetto serra che si crea fra la superficie dello schermo e il vetro.
6. La ventilazione gioca un ruolo determinante nell’ambito dell’ottenimento di confortevoli condizioni estive interne di un locale . La presenza della ventilazione in condizioni di alta temperatura ambientale, può spostare di diversi gradi i livelli della temperatura e rendere accettabili situazioni anche estreme nella percezione del comfort (vd. Norme Ashrae). Gli studi effettuati nel caso in esame hanno dimostrato che può esserci un’influenza della ventilazione sulla temperatura interna media dell’aria , fino a oltre 10°C.
Nello specifico si è dimostrato che requisito necessario ai fini di un sufficiente grado di benessere termico in un locale, nel periodo estivo, in assenza di impianti di condizionamento, è la presenza di ventilazione trasversale (o incrociata). Inoltre è necessario prevedere il ricambio d’aria con l’esterno soltanto durante le ore della notte, con una consistenza minima di 6 ricambi d’aria orari. La non soddisfazione di tali requisiti minimi può portare a variazioni molto significative della risposta dell’edificio alle condizioni esterne, tali da rendere non confortevoli, o addirittura insopportabili agli utenti le condizioni interne del locale in questione, in assenza di impianto di climatizzazione.
La normativa (DLGS 311/06) considera questo aspetto in modo molto riduttivo, consigliando di favorire per gli edifici la ventilazione naturale, preferendola a quella meccanica (Allegato I, comma 9, lettera “c”). A fronte dei risultati ottenuti in questo lavoro, tale riferimento normativo appare decisamente
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insufficiente se si considera l’obiettivo primario della normativa, quello di ridurre i consumi energetici in edilizia. E’ auspicabile quindi che al più presto la normativa recepisca la necessità di guidare, con prescrizioni e non solo con generiche affermazioni, la corretta progettazione degli edifici ai fini di un risparmio energetico concreto anche durante la stagione più calda dell’anno.
Per concludere, i risultati ottenuti dallo studio effettuato, mostrano quanto il surriscaldamento degli ambienti nel periodo estivo sia oggi più che mai un problema da affrontare e che è spesso possibile risolvere con semplici strategie progettuali anche su edifici esistenti. Per ottenere il comfort estivo di un ambiente, oltre ad una corretta progettazione dell’involucro edilizio (nei suoi componenti opachi e trasparenti), è indispensabile tener conto della sua esposizione alla radiazione solare e ai flussi di corrente d’aria . E’ necessario poi massimizzare la schermatura delle aperture soggette a irraggiamento e soprattutto ottimizzare la ventilazione. Da qui si rende evidente il ruolo fondamentale, nel periodo estivo, del comportamento degli utenti di un ambiente costruito.
In estate, un’utenza attenta, oscurerà le finestre durante il giorno e ventilerà gli ambienti di notte, in modo da ottenere temperature interne più basse possibili, come studiato nel dettaglio in questo studio. Sempre a carico dell’utenza è il compito di ridurre gli apporti interni dovuti agli apparecchi domestici di uso quotidiano.
E’ dunque anche responsabilità dell’utente (oltre che del progettista) il buon comportamento di un ambiente durante la stagione calda; sarebbe utile fornire all’utente un libretto/manuale (obbligatorio p.e. nel settore degli elettrodomestici) per il corretto utilizzo dell’ambiente costruito.
Tale manuale (e la sua corretta attuazione), associato all’ormai obbligatorio Certificato Energetico (che dichiara la corretta progettazione energetica dell’oggetto ‘edificio’), consentirebbe di avere per un locale costruito, sufficienti garanzie di un vantaggioso comportamento termico durante tutte le stagioni dell’anno, al fine della riduzione dei consumi energetici degli edifici.
