edificio passivo
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A.3 Edificio Passivo
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Per edificio passivo si intende un edificio in cui con opportune strategie di intervento si
cerca di sfruttare le caratteristiche micro-climatiche (sole, vento, morfologia delterreno) della zona in cui situato ledificio, per ottenere una riduzione dellapporto
di caldo o freddo interno altrimenti realizzabile per mezzo di impianti di
climatizzazione.
In questa tipologia di edificiovengono utilizzati i cos detti
detti sistemi solari passivi, in
grado di raccogliere e trasportare
il calore del sole con mezzi non
meccanici.
Edificio passivo
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Sistemi Attivi
Elemento captante
Conversione di energia solare in termica o elettrica
Trasferimento meccanico o elettrico dellenergia ottenuta
Eventuale accumulo dellenergia esterno al sistema captante
Museo dei Bambini Roma
Collettore a conentrazione
Wind Farm
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Sistemi passivi
Si sfruttano:
Le propriet termiche dei componenti della costruzione (inerzia, isolamento e
propriet del vetro)
La differenza di densit dellaria al variare della temperatura (effetto camino)
Progetto: Arch. A. Coletta (Anagni)
Progetto: Casa Verdone (Cassino)
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Criteri Fondamentali di progettazione nei climi temperati :
1. Orientamento delledificio: preferibilmente in direzione E-W con superficivetrate esposte a Sud e riduzione delle aperture a Nord;
2. Forma: piuttosto che la classica pianta quadrata preferibile una allungata lungo
lasse E-W;3. Superfici vetrate: il pi possibili ampie a sud, con apposite schermature mobili
per ridurre i contributi della radiazione solare estiva;
4. Muri massivi: con una inerzia termica che permetta laccumulo ed il rilascio dicalore in tempi differenziati nellarco del ciclo giorno/notte;
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La normativa europea definisce con edificio passivo" un precisostandard energetico, attribuito a edifici che hanno un fabbisogno
termico invernale inferiore alle 15 kWh/(m2anno), pari circa al
20% dell'energia consumata in un normale edificio residenziale.
Sono stati avviati progetti Europei:
S.H.E. per la realizzazione di 714 edifici bioclimatici in Italia, Portogallo,
Francia e Danimarca
CEPHEUS per la realizzazione di 250 edifici bioclimatici in Svizzera,Francia, Germania ed Austria
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Nella progettazione si devono raggiungere 3 Obiettivi:
1. riscaldamento delledificio, soprattutto nei climi freddi, attraversol'accumulo, la distribuzione e la conservazione dell'energia termica solare.
Al fine di raggiungere questo scopo, le principali tecniche passive possono
prevedere luso di :
muri termoaccumulatori (massa termica)
di un ottimo isolamento
di sistemi di preriscaldamento dell'aria
di superfici vetrate esposte a Sud, come serre addossate all'edificio
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2. raffrescamento naturale di un edificio, grazie alla ventilazione naturale, allaschermatura e all'espulsione del calore indesiderato attraverso dissipatori di calore
ambientali ( anche per mezzo di serpentine di scambio o scambiatori termici). Le
principali tecniche passive impiegate per il raffrescamento prevedono soprattuttol'utilizzo di condotte d'aria interrate, di camini solari, di una buona massa termica,
di una ventilazione indotta, di protezioni dall'irraggiamento diretto e di sistemi per
la deumidificazione o per l'evaporazione dell'acqua.
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3. Un altro importante contributo passivo che si pu ottenere dall'energia solare
riguarda l'illuminazione diurna di un edificio, sfruttando sia la luce solare
diretta sia quella diffusa. Per incrementare la luminosit e favorire la
penetrazione della luce naturale all'interno degli edifici sono molto importanti
l'illuminazione zenitale, le condotte di luce con specchi riflettenti, la capacitdi diffusione luminosa dei materiali e i meccanismi per l'inseguimento solare.
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A seconda del modo in cui viene captata la radiazione solare, possiamo dividere intre
categorie i sistemi solari passivi:
Guadagno diretto: la radiazione solare attraversa lo spazio interno e viene poi
immagazzinata nella massa termica interna alledificio (pavimentazioni)
Guadagno indiretto: la massa di accumulo nelle pareti esterni immagazzina il calore
e lo trasferisce allo spazio interno
Guadagno isolato: la radiazione solare, raccolta in uno spazio separato, viene
trasferita ad una massa di accumulo o distribuita nello spazio interno
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Il Sistema a guadagno diretto il pi semplice ed costituito da:
un edificio ben isolato con ampie finestre rivolte a sud. Le finestre permettono la
trasmissione della radiazione solare invernale, incidente con bassa angolazione. In
estate l'elevata altezza del sole riduce l'insolazione trasmessa che con un aggetto
opportuno si pu anche escludere completamente.
una massa termica per accumulare il calore durante il giorno e riemetterlodurante la notte. Questa massa termica generalmente costituita da pareti in
muratura un pavimento massivo con isolamento nell'estradosso.
Principio: La radiazione solare colpisce direttamente la massa termica e l'energia viene
accumulata, riducendo cos le fluttuazioni di temperatura dell'aria interna.
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La radiazione solare filtra dalle grandi
aperture vetrate disposte a sud incidendosulla massa termica costituita da pavimenti,
muratura o solai.
Le vetrate in figura hanno due
comportamenti differenti:
la prima consente alla radiazione solare
di colpire un'area concentrata di massa
termica
la seconda diffonde o riflette la luce
solare in modo da distribuirla su una pi
ampia area di massa termica
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nei climi temperati con temperatura media invernale da 2 a 7C occorrono da 0,11 a
0,25 m2 di superficie vetrata per ogni m2 di superficie abitata .
Criteri di progettazione:
nei climi freddi con temperatura media invernale da 7 a 0C occorrono da 0,19 a0,38 m2 di superficie vetrata per ogni m2 di superficie abitata .
Esempio:
Appartamento a Roma ( inverno 6 7 C) di 100 m2 dovrebbe avere unasuperficie
vetrata esposta a sud di 25 m2 che con un altezza di interpiano di 2,70 m corrisponde
ad una lunghezza di 9,25 m.
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Si possono far sporgere dal corpo di fabbrica spazi con coperture vetrate (serre)
abitabili, se comunicanti con l'edificio tramite pannellature mobili (trasparenti o no),
oppure separate dall'edificio da un
muro massiccio o contenente una
massa d'acqua che faccia da
accumulatore di giorno e da
radiatore nelle ore notturne. In tal
caso sono assimilabili ad un sistema
a guadagno indiretto.
Progetto: Arch. A. Coletta (Anagni)
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Accorgimenti:
Dimensionamento della massa termica: L'ampia superficie vetrata richiesta dagli
edifici a guadagno diretto pu produrre variazioni di temperatura troppo elevate
all'interno del locale abitato: disponendo di un sufficiente accumulo termico, si pu
assorbire e accumulare l'energia in eccesso.
Schermature (estivo): per evitare il surriscaldamento sono richiesti sistemi dischermatura della superficie vetrata. In estate un aggetto costituisce uno schermo
adeguato, data la maggiore altezza del sole, mentre la ventilazione dei locali interni
pu ridurre l'eccessiva temperatura dell'aria.
Schermature (invernale): per evitare perdite di calore in inverno o di notte
necessario isolare la superficie vetrata: possono avere la loro efficacia pannelli mobili
isolanti, tende o serrande.
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Vantaggi: Il guadagno diretto il pi semplice sistema di riscaldamento solare e quindi il pi
facile da realizzare. In molti casi possibile ottenere un analogo effetto ridistribuendo
semplicemente le finestre
l'ampia superficie vetrata non consente soltanto l'ingresso di un'elevata quantit di
radiazione solare per il riscaldamento, ma permette di ottenere un elevato standard diilluminazione naturale assieme ad un migliore rapporto visuale con l'esterno
le vetrate possono essere a doppio o a triplo vetro ( che garantisce un K fino a 0,71
W/m2K )
il sistema pu essere considerato uno dei metodi meno dispendiosi per il
riscaldamento solare degli ambienti
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Difetti: grandi aree vetrate possono produrre abbagliamento di giorno e una perdita di privacy
di notte
la radiazione ultravioletta contenuta nella radiazione solare pu degradare tessuti e
fotografie
per raggiungere un elevato risparmio energetico sono necessarie ampie superfici
vetrate e quindi grandi masse termiche per attenuare le variazioni di temperatura:
queste masse possono essere costose, se non hanno funzioni strutturali
anche con una massa termica adeguata si possono avere fluttuazioni della temperatura
diurna intorno ai 10C
l'isolamento notturno dell'apertura solare sicuramente necessario per i climi pi
freddi e questo pu risultare costoso e difficoltoso
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I Sistemi a guadagno indiretto possono essere classificati in due categorie:
Muro Solare: muro di Trombe e massivo
Roof-pond (tetto dacqua)
Muro di Trombe Tetto dacqua
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Muro solare
I sistemi a muro solare possono essere di tipo massivo o di Trombe. In entrambi lamassa termica per l'accumulo costituita da una parete rivolta a sud realizzata in
muratura o in calcestruzzo,verniciatura con colori scuri con la superficie esterna protetta
da una vetrata per ridurre le dispersioni di calore.
La differenza
muro massivo non vi sono aperture
muro di Trombe sono praticate aperture di aerazione, sia nella parte bassa che in
quella alta della parete, per permettere la circolazione dell'aria attraverso lo spazio
riscaldato.
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Vengono mostrate le manovre da
effettuare in inverno e in estate per
sfruttare al meglio il Muro diTrombe:
Inverno
giorno le aperture di aerazione
interne vengono alzate per permettere
il passaggio dellaria fredda che dalbasso si riscalda e sale ( per effetto
camino) per tornare nella stanza pi
calda.
notte le aperture interne vengono
chiuse per impedire che laria cedacalore a contatto con la superficie
vetrata pi fredda.
N.B.: Le aperture di aerazione
esterne sono sempre chiuse.
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Criteri di progettazione
Superficie vetrata rivolta a Sud
massa termica (muro in muratura, calcestruzzo o acqua) posta a10 cm circa
dalla superficie vetrata
muro di solito dipinto di scuro, accorgimento che permette al muro di assorbire
maggiormente la radiazione solare incidente
le aperture di aerazione sono nella misura di 1 m2 per ogni 100 m2 di superficiedi muro
84%Rosso
90%Blue
95%Nero
AssorbimentoColore
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possibile sostituire il muro con una parete dacqua, essendo questa molto pi
efficiente della muratura, 1 m3
di acqua in grado di accumulare 1000 Kcal perogni C di aumento di temperatura, il muro ne assorbe 450 Kcal per ogni C di
aumento di temperatura. La differenza per anche nel fatto che il calore
nellacqua viene trasmessa velocemente cosa che non accade nella muratura.
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Dimensionamento del muro
I fattori che maggiormente influenzano le sue dimensioni sono:
il clima maggiore la differenza di temperatura interno esterna maggiore devono
essere le dimensioni del muro, per garantire un maggiore accumulo termico
la latitudine tanto pi la latitudine nord delledificio tanto deve essere
maggiore il muro
dispersione termica delle superfici un edificio ben isolato richiede una quantit
minore di calore quindi una muratura pi piccola
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Si pu comunque dire che:
nei climi freddi con temperatura media invernale da 7 a 0C occorrono da 0.42
a 1 m2 di parete solare rivolta a sud per ogni m2 di superficie abitata e da 0.31 a
0.83 m2 nel caso di muro dacqua.
nei climi temperati con temperatura media invernale da 2 a 7C occorrono da
0.22 a 0,6 m2 di parete solare rivolta a sud per ogni m2 di superficie abitata e da
0.16 a 0.43 m2 nel caso di muro dacqua.
Esempio:
Nel caso precedente di un appartamento di 100 m2 a Roma, la superficie della parete
solare dovrebbe essere di 22 m2. Considerando laltezza dellin
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Vantaggi:
abbagliamento, maggiore privacy e minori problemi legati al problema della
degradazione ultravioletta dei tessuti
le variazioni della temperatura nello spazio abitato sono pi basse rispetto a
quelle di un sistema a guadagno diretto
il ritardo nel tempo tra assorbimento dell'energia solare e rilascio nell'ambiente
dell'energia termica pu essere utile per integrare disponibilit energetica e modelli
occupazionali
maggiore semplicit nel dimensionamento del muro rispetto al caso di un sistema
a guadagno diretto
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Difetti:
la superficie esterna del muro massivo relativamente calda (poich la trasmissione
dell'energia attraverso il muro lenta) e sente la vicinanza del clima esterno: ci porta a
considerevoli perdite di calore e quindi di efficienza.
sono richieste due pareti rivolte a sud, una vetrata e l'altra massiva, con le ovvie
penalizzazioni in termini di costo e spazio impegnato;
disagi possono essere prodotti, all'inizio e alla fine della stagione del riscaldamento,
dal surriscaldamento dell'aria (nel caso del muro Trombe) durante il giorno o da una
radiazione termica incontrollata proveniente dalla superficie interna del muro, durante le
serate calde. Questi problemi possono essere controllati mediante la ventilazione;
la necessit di una sufficiente massa termica deve essere mediata con i requisiti di
visibilit e di illuminazione naturale dell'ambiente interno;
il progetto del muro Trombe deve consentire l'accesso per la pulizia della superficie
vetrata;
la condensa sulla superficie vetrata pu essere un problema;
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Roof-Pond
In questo tipo di sistemi la massa termica posta sulla copertura piana delledificio, disolito vengono utilizzati materassi dacqua coprenti parte o tutta la copertura.
Inverno:
Lacqua esposta alle radiazioni solari durante il giorno ed isolata per mezzo di panelli
durante la notte, il calore accumulato irradiato direttamente dal soffitto allambiente.
Estate:
Lacqua protetta durante il giorno da pannelli
isolanti tolti durante la notte per consentire il
raffreddamento. Inoltre lacqua, raffreddatasi
durante la notte, pronta ad assorbire il calore
dellambiente sottostante durante la il giorno.
Tetto dacqua
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Vantaggi:
il tetto d'acqua la soluzione opportuna nel giusto clima, particolarmente alle basse
latitudini con climi secchi, dove richiesto sia riscaldamento che raffrescamento;
il sistema permette di realizzare un microclima interno stabile ed uniformemente
distribuito;
le fluttuazioni di temperatura nell'edificio possono essere basse;
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Difetti:
il trasferimento di calore sotto forma radiativa vuole che con questo sistema sipossano riscaldare edifici ad un solo piano o l'ultimo piano di un edificio multipiano.
Lo specchio d'acqua deve coprire almeno la met del soffitto, se si vuole raggiungere
un risparmio energetico significativo;
la pesante massa d'acqua sopra il soffitto impone maggiori requisiti e costi strutturali e
pu essere psicologicamente inaccettabile, soprattutto nelle zone sismiche;
il sistema non valido per i climi in cui la neve frequente;
la bassa angolazione dei raggi solari in inverno suggerisce che il sistema non valido
per le alte latitudini, a meno che non sia inserito in un tetto inclinato, ma anche cos la
sua efficienza discutibile;
il tetto d'acqua richiede un'attenta progettazione e realizzazione.
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Sistemi a Guadagno Isolato
In questo tipo di sistemi la captazione dellenergia e laccumulo termico possono essere
separati dagli ambienti, delledificio si hanno due tipi di sistemi:
Termosifone: sfrutta leffetto camino.
Sistema Barra Costantini: molto simile al muro di trombre
Sistema a termosifone Sistema Barra-Costantini
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Termosifone:
Gli elementi base di tale sistema comprendono:
collettore con piastra assorbitrice ed una massa d'accumulo termico distaccata. Il
calore solare assorbito da una superficie metallica di colore scuro, riscaldata l'aria
che quindi si eleva naturalmente per poi entrare nell'accumulo termico. Il calore
accumulato viene poi distribuito nell'aria ambiente per convezione.
massa d'accumulo termico pu essere situata sotto il pavimento dell'edificio,sotto le finestre o in elementi di tamponamento prefabbricati.
Nel collettore posso essere inserite superfici selettive
migliorando l'assorbimento e l'efficienza del
collettore stesso, in quanto si riducono le perdite
radiative e quindi aumenta la temperatura superficialedella piastra assorbitrice.
Sistema a termosifone
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Vantagi / Difetti:
abbagliamento, visuale e degradazione ultravioletta dei tessuti non sono un problema
i collettori a termosifone possono essere separati dall'edificio per ottenere il massimo
guadagno solare e possono essere facilmente integrati in edifici esistenti
poich il collettore termicamente isolato dal resto dell'edificio, le perdite di calore diquest'ultimo sono minori rispetto agli altri sistemi passivi
richiesta un accurata progettazione e costruzione per assicurare isolamenti e flussi
dell'aria efficienti
l'efficienza del sistema. quando usato con accumulo distaccato, discutibile nei climi
freddi e nuvolosi
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Sistema Barra-Costantini
Particolare tipo di collettore a termosifone
stato sviluppato da O. Barra e T. Costantini
nel sud dell'Italia, sistema ha un pannello
metallico nell'intercapedine fra la vetratura e
il muro. Il pannello riscaldandosi, cede calore
all'aria che con un sistema di aperture
valvolate raggiunge i canali nei solai.In Estate ad esempio le aperture sulla vetrata
permettono la fuoriuscita dellaria calda,
richiamando cos aria dai locali posti sul lato
in ombra, permettendo lentrata di aria fresca
da aperture nei lati in ombra .
sistema Barra-Costantini
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Albergo di ghiaccio
Ice Hotel: Canada
Ice Hotel: Svezia
Esempio estremo di architettura
bioclimatica rappresentato dallice
hotel, un albergo quasi
completamente in ghiaccio, che ha
la durata di una stagione invernale
da ottobre a dicembre.
La costruzione si articola in tre fasi:
realizzazione struttura portante metallica in estate
produzione di mattoni di ghiaccio che serviranno
per costituire le pareti
fase in cui si lavora sul ghiaccio per creare forme,
oggetti, elementi di arredo.
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La temperatura allinterno delle camere si
assesta intorno ai -5C, accettabile, quindi,rispetto a quella esterna pu arrivare a -30C.
Ledificio costituito da 3000 tonnellate di
ghiaccio e 30.000 metri cubi di neve
Ice Hotel: SveziaIce Hotel: Svezia
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Limiti:
Costi maggiori di investimento ( ~ il 10%) a fronte di risparmi sulla gestione
Limitata libertdi configurazione degli spazi;
Tipologia edilizia preferibilmente monofamiliare, bifamiliare
Dispersione dovuta ai muri perimetrali(a cui sono riferiti i costi maggiori)
Quantit daria di rinnovo, si introduce di solito da 0,5-1 volume/ora di aria
presa dallesterno