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Strategia dei guadagni energetici + Esempi di case solari
• Autori: Paola Caputo
Isa Zanetti
• Fonti: Corso Post diploma E.00 Energy Management
Corso E.26 Architettura e ed energia solare: parte 3 solare passivoArchitettura sostenibile – Dietrich Schwarz
ArticoliUn edificio solare a Domat / Ems (CH) –
Othmar Humm, traduzione di Uwe Wienke
Una villetta a bassissimo consumo energetico a Ebnat-Kappel (CH)
Miniwatt
Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4
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DipartimentoAmbienteCostruzioni eDesign
Istituto diSostenibilitàApplicata all’AmbienteCostruito 1
UNIVERSITÀDELLASVIZZERAITALIANA
ACCADEMIA DIARCHITETTURA
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Indice
Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 4
SUPSIScuola Universitaria Professionaledella Svizzera Italiana
DipartimentoAmbienteCostruzioni eDesign
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UNIVERSITÀDELLASVIZZERAITALIANA
ACCADEMIA DIARCHITETTURA
Strategie
Le quattro componenti della strategia dei guadagni energetici
Edificio solare a Domat / Ems
Villetta a Ebnat - Kappel
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Strategie
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Strategiadel risparmio
• Buon isolamento termico
• Involucro impermeabile all’aria
• Ventilazione meccanica con recupero di calore
Strategia dei guadagni energetici
• Gestione e controllo dei guadagni termici dell`energia solare - passivamente ed attivamente
• Tecnica fotovoltaica
• Pompe di calore
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Le quattro componenti della strategia dei guadagni solari
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1 ISOLAMENTO TERMICO TRASPARENTE
• La luce solare viene trasmessa• Il calore viene isolato
2 L’ASSORBITORE
• La luce solare viene trasformata in calore
3 L’ACCUMULATORE
• Il calore viene immagazzinato sotto forma di massa riscaldata
4 LA PROTEZIONE CONTRO IL SURRISCALDAMENTO
• Impedisce il surriscaldamento dell’accumulatore
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Isolamento termico trasparente
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Elemento assorbente - strutture parallele• Vetrocamera a camere multiple• Film plastico – vetro stratificato• Depositi selettivi per la riflessione delle radiazioni
dell’infrarosso (IR)
Elemento assorbente - strutture perpendicolari• Strutture a nido d’ape• Strutture capillari• Strutture lamellari
Strutture cellulari• Lastre di policarbonato alveolare• Schiumati• Sfere cave di vetro
Strutture semi-omogenee• Lastre di aerogel• Microsfere di aerogel
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L’assorbitore selettivo
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Fattore di riflessione basso
Assorbitore selettivo
Emissività alta
Irraggiamento a 373 K
Ha la funzione di assorbire la radiazione solare incidente a onde corte e di trasformarla in calore (trasformazione foto-termica).
• Il calore viene riflesso
• ½ dell’energia solare è composto da infrarossi
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Domat/Ems – 1996 – Dietrich Schwarz
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• Casa a consumo energetico zero
• Forte ombreggiamento all’orizzonteper la presenza di rilievi montuosi
• Durata minima della luce solare di 21/2
Necessità di grandi superfici captanti
Costruire tutto l’involucro, escluso il lato nord, come collettori solari
Utilizzo di cinque diverse tecnologie scelte secondo tre criteri:
• architettura
• qualità abitativa
• orientamento
Pannelli fotovoltaici (30 mq)Collettori solari (8 mq)Finestre U = 0.84 W(mq/K); g = 0.29Materiale termoisolante trasparente (ITT)Intercapedine ventilata (10 cm)
Sei strati: pareti accumulatrici dotate di ITT
• vetro extraduro (6mm)
• ITT (10 cm)
• intercapedine (2 cm)
• assorbitore nero di lamiera in acciaio cromato (0.5 mm)
• intercapedine ventilata (20 cm)
• muro di cemento armato (20 cm)
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Domat/Ems – Pianta Pt, primo piano e sezione
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N
Piano terreno
Primo piano Sezione
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Le quattro componenti della strategia dei guadagni solari
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1 ISOLAMENTO TERMICO TRASPARENTE
• Struttura a nido d’ape• Spessore 10 cm• In materiale simile al plexiglas• L’aria contenuta nelle celle della struttura funziona come isolante
2 L’ASSORBITORE
• Azione selettiva: assorbe la luce visibile e le radiazioni ultraviolette, non emette radiazioni termiche ad onda lunga• < 1 mm di spessore, posato a 2 cm
dall’isolamento
3 L’ACCUMULATORE
• Materiali che presentano un’elevata capacità di immagazzinare calore• Noti materiali da costruzione sono il
calcestruzzo e la pietra calcarea
4 LA PROTEZIONE CONTRO IL SURRISCALDAMENTO• In estate
Ribalte di aerazione aperte Canale largo 10 cm L’aria sale lungo le lastre calde dell’assorbitore
• In inverno Ribalte di aerazione chiuse Calore viene trasmesso per convezione
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Domat/Ems: la casa come collettore e stufa di maiolica
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• Collettori alti quanto la facciata, su lato est, sud e ovest
• Separati da finestre alte quanto un piano
• Nella facciata (280 mq) sono integrati tre sistemi: circa un quinto della superficie è costituito dalle finestre, il resto è coperto da materiale termoisolante trasparente. Sui lati sud, est ed ovest questo materiale è applicato su una parte di cemento armato, mentre la facciata nord (18 m) è totalmente trasparente, perché è costituita, oltre che da una schiera di finestre, da materiale traslucido posto tra due lastre di vetro.
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Domat/Ems: la casa come collettore e stufa di maiolica
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• L’apporto di energia sul lato nord è limitato, non è necessario alcun accumulatore
• La facciata nord: parete di luce
• Finestra a nastro
• Lo sfruttamento dell’energia solare avviene in due modi: attraverso l’involucro opaco (lato sud) entra il calore, mentre la luce penetra attraverso la parete trasparente (lato nord), illuminando i locali con luce diffusa.
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Domat/Ems: la casa come collettore e stufa di maiolica
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• Pareti piene in cemento a vista
• In inverno cedono calore radiante
• La stufa di maiolica – clima mediterraneo
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Domat/Ems: la casa come collettore e stufa di maiolica
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• Vetro come materiale da costruzione trasparente – tipico dell’architettura solare
• L’aspetto esterno cambia in funzione delle condizioni meteorologiche e del momento del giorno
• Distintamente nero, chiaro iridescente, di notte si crea un effetto “lanterna magica”
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Ebnat/Kappel – 2000 – Dietrich Schwarz
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I quattro componenti della strategia del risparmio energetico vengono integrati in un solo elemento.
• isolamento termico trasparente
• assorbitore
• accumulatore
• protezione contro il surriscaldamento
Edificio di un solo piano costruito interamente in elementi lignei prefabbricati.
• la facciata nord è lunga 25 m ed è alta 3.3 m
• la facciata sud è più alta e contiene vari elementi che sfruttano passivamente l’energia solare (38% vetrato, 62% elementi in cui sono stati inserite cassette di paraffina che accumulano il calore)
Non potendo racchiudere la paraffina direttamente tra due lastre di vetro, questa è stata inserita in cassette di plastica trasparente ermeticamente sigillate
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Ebnat/Kappel – pianta PT e sezione
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Piano terreno
Sezione
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Le quattro componenti della strategia dei guadagni energetici
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1 ISOLAMENTO TERMICO TRASPARENTE
• Pacchetto di lastre di vetro isolante temprato• Rivestimento low-E• All’interno del quale è inserito del gas inerte
2 L’ASSORBITORE
• Al fondersi della paraffina, cambia la resistenza alla trasmissione della luce
del materiale• La superficie assorbente si sposta
dall’esterno verso l’interno• La radiazione solare può fondere la massa in maniera ideale
3 L’ACCUMULATORE
• L’energia solare dapprima carica la massa di accumulo• Successivamente cede l’energia termica all’ambiente interno• In forma di gradevole calore radiante
4 LA PROTEZIONE CONTRO IL SURRISCALDAMENTO• Vetro prismato• Legge fisica della rifrazione della luce sulle superfici dei corpi trasparenti• In estate i raggi incidenti vengono deviati all’esterno per effetto della riflessione totale
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Ebnat/Kappel – GlassX® Crystal
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estate g ≈ 17% inverno g ≈ 48%
Il plexiglas prismatico fa passare la luce diretta solo in inverno, quando la posizione del sole è bassa, mentre a posizioni più alte la riflette. L’effetto si ha solo quando la parete solare è esposta direttamente verso sud (± 20°)
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Ebnat/Kappel - Paraffina
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La paraffina ha la proprietà di fondere e gelare a temperatura ambiente, inoltre assorbe, o cede, una quantità di energia termica dieci volte maggiore rispetto di calcestruzzo.
Le cassette di paraffina hanno la dimensione di 100 x 100 x 20 mm e pesano 140 g.
La liquefazione della paraffina avviene gradualmente, partendo dalla superficie esterna sulla quale incide il sole, verso l’interno.
Fino alla sua totale liquefazione, la temperatura della paraffina rimane tra 27 e 35°C. Quando la temperatura della superficie esterna delle cassette raggiunge circa i 40°C, quella della superficie interna non supera quasi mai i 25°C, perché la paraffina si raffredda durante la notte.
La paraffina si scioglie completamente solo dopo alcune giornate consecutive di sole.
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Ebnat/Kappel – Il sistema solare perfetto
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• Vantaggi legati al comportamento fisico dei materiali – effetto estetico
• All’ampliarsi dello spazio interno, con un tetto a uno spiovente sul lato sud,
• Aumenta la superficie utile solare
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Ebnat/Kappel – Il sistema solare perfetto
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• L’interazione con il mondo esterno
• Viene percepita all’interno grazie alla luminosità della parete
• Gli spazi abitati sono disposti a contatto con le pareti solari
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Ebnat/Kappel – Il sistema solare perfetto
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• Sistema di aerazione di tipo meccanico
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SITI WEB
http://www.swissolar.ch/Cos.122.0.htmlSito Swissolar - Costruzione solare
http://solarbuildings.org/informazioni utili sulle varie tecnologie solari
PAPER
http://www.detail.de/Db/DbFiles/hefte/127/ital.pdfedifici solari – presupposti per un’architettura postfossile (Detail)
http://www.miniwatt.it/mwEEE/Mod4/Edifici%20solari.htmprogettazione di edifici energeticamente efficienti (MiniWatt.it)
Approfondimenti