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68 Tecnologia/Il contributo delle schermature solari Dietro gli schermi... Obiettivo comfort e rispamio energetico. Caratteristiche prestazionali rilevanti, modalità di calcolo e classificazione in termini di efficacia. Parte prima/by arch. Ester Marino, esperto CasaClima Le schermature solari giocano un ruolo molto importante nella creazione di condizioni di comfort ambientale interno. Allo stesso tempo contribuiscono in maniera anche determinante alla funzione di controllo termico svolta dall’intero edificio, cioè al suo bilancio energetico. Il presente articolo individua le caratteristiche prestazionali che determinano la capacità di un dispositivo di schermatura solare di: - modulare e filtrare l’energia solare e luminosa incidente sulla sua facciata in maniera da limitare - quando necessario - gli apporti solari e regolare i livelli di illuminamento all’interno dell’ambiente ottimizzando l’utilizzo della luce diurna; - concorrere al benessere termico e visivo degli occupanti; - ridurre le dispersioni termiche dovute al serramento. Di ciascuna di esse descrive brevemente criteri di calcolo o metodi di prova riportando altresì una classificazione che consente di valutarne l’efficacia ai fini del raggiungimento di condizioni di comfort e anche di contributo al miglioramento dell’efficienza energetica complessiva del “sistema finestra” (vedi Nuova Finestra n. 400, 401, 402). Gli indicatori di prestazione termica Per esprimere il comportamento del sistema nei confronti dell’energia solare incidente sulla sua facciata esterna si fa riferimento ai seguenti parametri: t*MFattore totale di trasmissione dell’energia solare o Fattore solare totale (“gtot”) che ci dice quanta energia penetra nell’ambiente interno attraverso il sistema finestra+schermatura solare; esso tiene conto sia dell’energia che entra direttamente sia dell’energia solare che, assorbita dal sistema, viene introdotta nell’ambiente interno sotto forma di calore. t*M Fattore di trasmissione solare diretta (τ e, tot) che ci dice quanta dell’energia incidente sulla facciata esterna del sistema finestra+schermatura solare penetra direttamente nell’ambiente (e che non tiene perciò conto della porzione assorbita dal sistema e successivamente ri-emessa verso l’ambiente interno sotto forma di calore). t*MFattore di trasferimento secondario del calore (qitot) che ci dice quanta dell’energia assorbita dal sistema finestra+schermatura solare fluisce verso l’interno dell’ambiente sotto forma di calore. 409 NUOVAFINESTRA Tali parametri sono utilizzati anche come indicatori prestazionali per valutare l’efficacia del sistema ai fini della creazione di condizioni di comfort termico durante il periodo estivo. Il benessere termico, cioè la condizione di piena soddisfazione psicofisica dell’individuo nei confronti dell’ambiente termico in cui si trova, è infatti strettamente legato alla temperatura operativa media1) all’interno della stanza, che a sua volta è fortemente condizionata dalla quantità d’energia che entra attraverso le finestre e le altre superfici vetrate. Un ulteriore parametro, utile soprattutto ai fini del contenimento delle dispersioni termiche invernali, è la Trasmittanza Termica Complessiva (UWS) che consente di calcolare l’energia dispersa dal sistema finestra+schermatura solare. Un dispositivo schermante, quando ovviamente è chiuso, contribuisce infatti a ridurre le dispersioni termiche che avverrebbero attraverso il solo serramento in quanto fornisce una resistenza termica addizionale. Naturalmente l’efficacia del dispositivo è tanto maggiore quanto più scadente è il serramento dal punto di vista della resistenza termica; comunque anche in caso di serramenti di ottima qualità si ottengono risultati apprezzabili. Gli indicatori di prestazione visiva Per quanto invece riguarda la trasmissione dell’energia luminosa attraverso il sistema, il parametro di riferimento è: t*MFattore di Trasmissione Luminosa (τ v,t) che ci dice quanta energia luminosa penetra in totale nell’ambiente interno attraverso il sistema finestra+schermatura solare. www.guidafinestra.it 69 Ai fini però della valutazione dell’efficacia del sistema schermante per la creazione di condizioni di comfort visivo, occorre tener conto anche delle seguenti caratteristiche prestazionali (UNI EN 14501:2006 - “Tende e chiusure oscuranti - Benessere termico e visivo - Caratteristiche prestazionali e classificazione”): tControllo dell’opacità, cioè la capacità di ridurre l’illuminamento interno o di oscurare completamente l’ambiente; tControllo dell’abbagliamento, cioè la capacità di ridurre o addirittura eliminare l’abbagliamento e anche di migliorare il comfort per coloro che operano con videoterminali, come ad esempio il monitor del computer; tPrivacy notturna, cioè la capacità di evitare che un ambiente illuminato sia visibile dall’esterno nelle ore notturne; tContatto visivo con l’esterno, cioè la capacità di poter osservare e distinguere ciò che si trova all’esterno; tUtilizzazione diurna, cioè la capacità di ottimizzare l’utilizzo della luce esterna diffusa e quindi di ridurre il periodo in cui è necessario l’uso di illuminazione artificiale in un ambiente; tIndice di resa dei colori, che rappresenta la capacità di non alterare la colorazione degli oggetti illuminati attraverso il dispositivo di schermatura. Come si vede alcune di tali caratteristiche sono in antitesi tra loro: ciò significa che non esistono dispositivi che garantiscano per ciascuna di essa le migliori prestazioni. Nella scelta di una schermatura solare bisognerà quindi di volta in volta - in funzione dello specifico intervento edilizio in cui andrà inserita e delle esigenze espresse dalla committenza - decidere preliminarmente quelle cui attribuire un peso maggiore. Un aiuto in questo compito ci viene dalla già citata UNI EN 14501 che consente di confrontare tra loro dispositivi di tipo diverso: la norTabella 1. Corrispondenza classi/efficacia (termica o visiva) Classe Efficacia ma indica infatti come vengono calcolate/testate le singole caratteristiche termiche e visive e suddivide i risultati ottenuti in classi di efficacia ai fini del comfort. Per ciascuna caratteristica 2) vengono individuate cinque classi secondo i criteri riportati nella tabella1: La norma indica quattro tipologie di vetrate di riferimento per il calcolo di quelle caratteristiche che tengono conto della combinazione vetrata+dispositivo schermante: - Tipo A: Vetro singolo chiaro (float da 4 mm) - Tipo B: Vetro doppio chiaro con intercapedine ad aria (4 - 12 - 4) - Tipo C: Vetro doppio con coating basso-emissivo in faccia 3 e intercapedine riempita con gas Argon (4 - 16 - b.e.4) - Tipo D: Vetro doppio riflettente con coating in faccia 2 e intercapedine riempita con gas Argon (4b.e. - 16 - 4). Di ciascuna di esse fornisce i valori di trasmittanza termica, trasmissione solare, riflessione solare ed emissività da utilizzare quali dati di input. La vetrata di Tipo C è considerata quella di default, cioè quella cui Tabella 2. Proprietà termiche della vetrata di Tipo C (vetrata di default) Trasmittanza Fattore Fattore di termica U solare g trasmissione (in W/mq K) solare diretta τe Fattore di riflessione solare della superficie esterna ρe Fattore di riflessione solare della superficie interna ρ’e 1,2 0,29 0,27 0,59 0,49 Tabella 3. Proprietà ottiche delle vetrata di Tipo C (riferite ai singoli vetri) Caratteristiche ottiche Vetro esterno Vetro interno Fattore di trasmissione solare diretta τe 0,83 0,58 0 1 2 3 4 Fattore di riflessione solare della superficie esterna ρe 0,08 0,30 Praticamente nessuna efficacia Minima efficacia Discreta efficacia Buona efficacia Ottima efficacia Fattore di riflessione solare della superficie interna ρ’e 0,08 0,24 Emissività della faccia esterna ε 0,84 0,05 Emissività della faccia interna ε’ 0,84 0,84 NUOVAFINESTRA 409 70 Tecnologia La UNI EN 14501 è la base di riferimento delle misurazioni ottico-energetiche e per la comprensione e la valutazione del contributo che un certo tipo di schermatura solare può dare alla riduzione degli apporti solari nella stagione calda e al raggiungimento di condizioni di comfort termico e visivo all’interno dell’ambiente fare riferimento in assenza di indicazioni specifiche sul tipo di vetrata utilizzata per il calcolo: La UNI EN 14501 è dunque la base di riferimento delle misurazioni ottico-energetiche e per la comprensione e la valutazione del contributo che un certo tipo di una schermatura solare può dare alla riduzione degli apporti solari nella stagione calda e al raggiungimento di condizioni di comfort termico e visivo all’interno dell’ambiente. Criteri di calcolo e classificazione dell’efficacia ai fini del comfort Di seguito vengono eesaminati uno per uno i singoli indicatori di prestazione termica e riportati i relativi i criteri di calcolo (o modalità di prova) e le classificazioni previste dalla EN UNI 14501. Il successivo articolo tratterà invece le singole caratteristiche visive. Il fattore solare gtot è dato dal rapporto tra l’energia solare totale trasmessa in una stanza attraverso il sistema finestra + dispositivo di schermatura solare e l’energia solare che arriva sulla superficie esterna del sistema. Si esprime in valori compresi tra 0 e 1: i valori prossimi a 0 corrispondono a bassi guadagni solari e quindi ad ottime prestazioni solari del sistema vetrata-dispositivo di protezione; al contrario i valori prossimi a 1 corrispondono ad alti guadagni solari e quindi a basse prestazioni del sistema. In pratica fornisce la misura della percentuale di energia solare incidente che penetra in una stanza attraverso lo schermo e il vetro: ad esempio gtot = 0,3 significa abbattere del 70% il carico solare totale. Può essere calcolato in due modi: con un metodo semplificato (secondo UNI EN 13363-1) o con un metodo dettagliato basato sui dati di trasmissione spettrale dei materiali (secondo UNI EN 13363-2). Il primo è di più immediata applicazione e sostanzialmente consente di ottenere gtot con una formula matematica, noti la trasmittanza termica e il fattore solare della vetrata e alcune caratteristiche tipiche del dispositivo schermante (cioè il fattore di trasmissione solare e il fattore di riflessione solare della sua faccia verso l’esterno che vengono forniti dal produttore). Può essere applicato a tutti i dispositivi di protezione solare paralleli alle vetrata, posizionati all’esterno del serramento o all’interno dell’ambiente o tra le lastre della vetrocamera, purché ricorrano alcune condizioni relativamente ai valori del fattore solare della vetrata e dei fattori di trasmissione solare e riflessione solare del dispositivo di protezione (che devono essere compresi rispettivamente tra 0.15 e 0.85, tra 0 e 0.5 e tra 0.1 e 0.8). 409 NUOVAFINESTRA La norma parte dal presupposto che il dispositivo sia posizionato in maniera che i raggi solari diretti non possano penetrare all’interno e che lo spazio tra vetrata e dispositivo non sia ventilato in caso di dispositivo posto all’esterno o, al contrario, sia ventilato se il dispositivo è situato all’interno. Vengono fornite tre formule diverse per il calcolo del fattore solare a seconda della posizione del dispositivo rispetto alla vetrata: esterno, interno (cioè posto nell’ambiente) o integrato nella vetrocamera. Vengono anche indicate alcune formule correttive da utilizzare in caso le lamelle del dispositivo siano inclinate a 45°. Il secondo metodo di prova (UNI EN 13363-2) specifica invece un metodo dettagliato per determinare la trasmittanza solare di sistemi 71 Tabella 4. Valutazione dell’efficacia termica di una schermatura solare in funzione del valore del fattore solare gtot Valore gtot Classe di efficacia gtot ≥0,50 0,35≤gtot< 0,50 0,15≤gtot< 0,35 0,10≤gtot< 0,15 gtot<0,1 0 1 2 3 4 Tabella 5. Valutazione dell’efficacia termica di una schermatura solare in funzione del valore della trasmissione solare con geometria normale-normale τe,n-n Valore τe,n-n Classe di efficacia τe,n-n ≥0,20 0,15≤ τe,n-n < 0,20 0,10≤ τe,n-n < 0,15 0,05≤ τe,n-n < 0,10 τe,n-n < 0,05 0 2 3 4 1 Tabella 6. Valutazione dell’efficacia termica di una schermatura solare in funzione del valore del fattore di trasferimento secondario del calore qitot Valore qitot Classe di efficacia qitot ≥0,30 0,20≤ qitot < 0,30 0,10≤ qitot < 0,20 0,03≤ qitot < 0,10 qitot < 0,03 0 1 2 3 4 vetrate-dispositivi di protezione solare. Esso si basa sui dati di trasmissione spettrale dei materiali ed è valido per tutti i dispositivi di protezione solare paralleli alle vetrata, posizionati all’esterno o all’interno del serramento o tra le lastre della vetrocamera. Rispetto al precedente richiede la conoscenza di molti più parametri e un procedimento di calcolo abbastanza complesso con l’uso di specifici software. Nel calcolo infatti si considerano il dispositivo schermante, le singole lastre di vetro e le camere con il gas come strati separati in posizioni definite, ciascuno con le sue proprietà (trasmittanza, riflettenza, emissività ecc.); vengono stabilite le condizioni esterne (temperatura, irraggiamento solare, ventilazione, ecc.) e valutate le interazioni tra i singoli strati. La classificazione che ne dà la UNI EN 14501 in termini di efficienza ai fini del comfort termico è riportata nella Tabella 4. Anche il fattore di trasmissione solare diretta (τe, tot) può essere calcolato con un metodo semplificato (secondo UNI EN 13363-1 e, Note 1) La temperatura operativa θ è la temperatura op uniforme dell’aria e delle pareti di un ipotetico ambiente con il quale il corpo umano scambia la medesima potenza termica per radiazione e convezione scambiata con l’ambiente reale. 2) ad eccezione di: controllo dell’opacità e resa del colore (per i quali viene utilizzato un altro criterio); Trasmittanza Termica Complessiva e Fattore di Trasmissione Luminosa (che la norma non prende in considerazione). Come rilevare le caratteristiche termiche rilevanti per i sistemi finestra + schermatura solare Tabella 7. Classe permeabilità all’aria Permeabilità all’aria degli schermi Resistenza termica addizionale δr (mqK/w) molto alta 0,08 alta 0,25 RSH + 0,09 media 0,55 RSH + 0,11 bassa 0,80 RSH + 0,14 scarsa 0,95 RSH + 0,17 Resistenza termica addizionale per finestre con schermi chiusi secondo UNI EN ISO 10077-1, Allegato G per i sistemi integrati in vetrocamera, UNI EN 410) o con un metodo dettagliato (secondo UNI EN 13363-2). La classificazione che ne dà la UNI EN 14501 è riportata nella Tabell 5 e si riferisce alla sola componente con geometria normale/normale, ovvero alla frazione di energia solare che attraversa direttamente la schermatura senza interagire con essa (cioè senza essere da questa diffusa): Il fattore di trasferimento secondario del calore (qitot), trattandosi della quantità di energia assorbita dal sistema finestra+schermatura solare che fluisce verso l’interno dell’ambiente sotto forma di calore, si ottiene abbastanza semplicemente sottraendo dalla quantità totale di energia che penetra nell’ambiente la quota di trasmissione diretta, quindi è dato da gtot - τe, tot (come precedentemente calcolati).Viene classificato secondo la UNI EN 14501 come riportato nella Tabella 6. La trasmittanza termica complessiva (U WS) viene calcolata secondo la norma UNI EN 10077-1 con una semplice formula matematica nella quale figurano la trasmittanza termica del serramento (UW) e la resistenza termica addizionale ∆R dovuta al dispositivo stesso (ipotizzato chiuso) e allo strato d’aria compreso tra questo e il serramento. Se si conosce (in base a un calcolo o ai dati forniti dal produttore) il valore della resistenza termica del dispositivo di oscuramento (R sh), i valori di ∆R possono essere desunti in funzione della classe di permeabilità all’aria del dispositivo (ricavata secondo la UNI EN 13125) utilizzando la Tabella 7. Fin qui l’individuazione delle caratteristiche termiche rilevanti per i sistemi finestra + schermatura solare, una breve descrizione dei relativi criteri di calcolo o metodi di prova e una classificazione in termini di efficacia ai fini del raggiungimento di condizioni di comfort ambientale interno e - implicitamente - di miglioramento dell’efficienza energetica complessiva dell’involucro edilizio in cui sono inseriti. Nel successivo articolo la medesima analisi verrà condotta sulle singole caratteristiche visive. (fine parte prima) NUOVAFINESTRA 409