Il calcolo delle proprietà termiche, solari e ottiche sistemi di

TECNOLOGIE
• La dipendenza, in funzione dell’angolo di solare d’incidenza, della trasmissione solare e del visibile, della
riflessione, dell’assorbimento e del fattore solare
• La distribuzione delle temperature del vetro
Emanuele Naboni
Emanuele Naboni è consulente è consulente per lo
sviluppo di tecnologie ed edifici sostenibili presso
E3Lab.
Il calcolo delle proprietà
termiche, solari e ottiche
sistemi di schermatura
Window 6.2, disponibile gratuitamente, è uno strumento di
simulazione semplice e utilizzabile da una grande varietà di utenti.
Window 6.2 è un programma gratuito per il calcolo delle proprietà termiche e
solari di serramenti e relativi componenti (elementi trasparenti, infissi, sistemi
schermanti) attraverso codici di calcolo sviluppati in accordo con gli standard
internazionali, europei e americani (ISO, CEN, NFRC).
Gli utilizzi sono molteplici sia per chi si occupa di sistemi di schermatura sia
per chi si occupa di sistemi d’involucro in generale. Le finalità possono essere
didattiche, di ricerca e di applicazione nell’industria per la progettazione e lo
sviluppo di serramenti e componenti innovativi.
È infatti noto come le proprietà di un sistema d’involucro che integra un
elemento schermante hanno una notevole influenza sui consumi energetici degli edifici e sulla qualità termo-igrometrica e luminosa degli ambienti
interni. Il programma è scaricabile al sito http://windows.lbl.gov/software/
window/6/index.html.
Come funziona Window 6.2
Il software è strutturato in librerie corrispondenti ai diversi elementi che caratterizzano l’involucro:
Materiali di ombreggiamento (shade materials)
• Sistemi di ombreggiamento (shading layer)
• Lastre di vetro (glass)
• Materiali d’intercapedine (gas)
• Infissi (window)
• Sistemi vetrati (glass)
• Telai e divisori (frame – divider.)
• Condizioni ambientali (Environmental Conditions)
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Maschera per la composizione del sistema d’involucro attraverso la descrizione
degli strati di cui è composto
Esempio di risultati annuali per un sistema vetrato con schermante esposto a sudovest, in questo caso il parametro rappresentato è la trasmissione solare oraria
Le librerie hanno una serie di materiali e prodotti
pre-impostati ed è possibile inserire elementi personalizzati. Per ogni elemento della facciata si deve
specificare sia il tipo di materiale, sia le dimensioni; in
pratica, la combinazione di vetri ed elementi schermanti, permette infinite composizioni. Il software
ha un’interfaccia molto semplice e intuitiva, che
permette di scegliere e cambiare i parametri molto
velocemente.
Lo strumento permette l’accurata scelta di un sistema schermante e di un infisso, composto di telaio e
vetrazione, e poi di calcolarne tutti i parametri termici – ottici, tra cui:
La trasmissione termica (U-value)
• Il fattore solare (solar heat gain coefficient)
• Il coefficiente di ombreggiamento (shading coefficient)
• La trasmissione visibile (visible trasmittance)
• La riflessione
• Le proprietà di colore, le lunghezze d’onda prevalenti e la purezza della trasmissione solare trasmessa e
riflessa
• Le lunghezze d’onda comprese tra 0.3 e 0.38 micron
(damage weighted trasmittance).
I risultati standard sono forniti a incidenza normale e
integrati semisfericamente per la diffusione interna.
Window 6.2 può eseguire calcoli per ben 145 angoli incidenti, riuscendo a
coprire le condizioni di angolo solare che si verificano in ogni ora dell’anno.
Questi parametri sono calcolati attraverso una serie
di algoritmi che considerano tutti i gli aspetti influenti, in particolare:
• Le caratteristiche termo – ottiche della vetrata
• Le caratteristiche termo – ottiche dell’ombreggiante
• La posizione dell’ombreggiante rispetto alla vetrata
• La distanza dell’ombreggiante rispetto alla vetrata
• La permeabilità all’aria del sistema di ombreggiamento
Il software può utilizzare diversi modelli di calcolo,
tra cui alcuni utilizzabili nel nostro contesto, secondo le normative:
• UNI EN 410 - Formule per i calcoli luminosi e solari
delle vetrate
• UNI EN 673 - Formule per i calcoli termici delle vetrate e dei sistemi di ombreggiamento
• ISO 15099 - Algoritmi per calcolo sistemi di ombreggiamento
• EN/ISO 10077 - Modello per i calcoli termici Serramento
I risultati delle simulazioni dipendono non solo dalla
tipologia di schermo adottato, ma anche dalle condizioni al contorno scelte e gli aspetti climatici presi
in considerazione attraverso le così dette boundary
conditions, che descrivono:
• La temperatura esterna e interna
• L’intensità del flusso radiativo solare
• La tipologia dell’irraggiamento solare
• L’angolo d’incidenza della radiazione solare
• La velocità dell’aria.
• Il software è dotato di condizioni al contorno standard tra cui quelle CEN (di riferimento per l’Europa)
ma è possibile inserire condizioni personalizzate.
I sistemi di ombreggiamento simulabili
Window 6.2 offre un efficace aiuto per l’analisi dell’efficacia dei sistemi di protezione solare, tramite lo studio di parametri fondamentali per il controllo solare.
Diversi sistemi di ombreggiamento, collocati all’interno, all’esterno o in intercapedine, ad esempio per
soluzioni di vetrazioni a doppia pelle, possono essere simulati.
Questi sono i sistemi di schermatura base, attraverso cui è possibile caratterizzare la maggior parte dei
schermanti in commercio:
• Sistemi di veneziane orizzontali (Horizontal Venetian Blinds)
• Materiali diffusori omogenei (Diffusing Materials)
• Materiali intrecciati (Woven Shades)
• Serigrafie applicati ai vetri (Fritted Glass)
• Sistemi BSDF (bi-directional scattering distribution)
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Per ogni tipologia di schermante possono essere
calcolati i principali parametri ottici ed energetici,
che permettono di confrontare e valutare gli effetti.
In questo modo, secondo le esigenze di efficienza
energetica e visibilità richieste, è più facile valutare
l’efficacia di un sistema rispetto a un altro.
Maschera di composizione geometrica di un sistema di veneziane
Con l’effettuazione delle simulazioni è ad esempio
possibile scegliere:
• La posizione dei dispositivi di schermatura confrontando i fattori solari per schermi interni (generalmente più alti) o esterni
• Il materiale e il colore del sistema di schermatura
• Tra diversi tipi di tendaggio
• La tessitura di reti metalliche
• La geometria di elementi fissi di protezione della
facciata
• Il tipo di veneziana, e l’inclinazione
Risultati con radiazione solare perpendicolare o
per angoli specifici
Il fattore solare e gli altri parametri sopra menzionati, sono calcolati in conformità a una sola condizione
d’irraggiamento ideale: quella con radiazione solare
perpendicolare, che di fatto raramente occorre nella
realtà. Questo tipo di calcolo è presente in Window 6.2
come possibilità base di calcolo, ma vi è anche la possibilità di fare dei calcoli per angoli che si riferiscono a
determinati momenti dell’anno.
Database dei sistemi vetrati che comprende migliaia di prodotti in commercio
In aggiunta ai risultati calcolati perpendicolarmente, il
programma produce dei risultati angolari che possono essere visualizzati in un foglio di calcolo Excel chiamato “MatrixReader.xls”, che è compreso nel software.
Ciò consente di calcolare il variare del fattore solare (e
di altri parametri) in funzione del momento dell’anno,
dell’angolo solare e dell’orientamento della facciata.
Ciò può essere molto utile per valutare l’efficienza
stagionale di un sistema di schermatura, ad esempio
confrontando il fattore solare in un giorno invernale
ed uno estivo, in momenti diversi della giornata: al
mattino, a mezzogiorno e nel pomeriggio.
Dati geometrici considerati nella descrizione di sistemi di ombreggiamento
costituiti da reti
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