Clicca qui per visionare l`articolo

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