Isolamento termico: principi e bilancio energetico degli edifici

Fabbisogno termico

Il fabbisogno termico è la quantità di calore che bisogna impiegare per mantenere una temperatura standard di 20 ℃ negli ambienti durante il periodo freddo. Bisogna fare un calcolo del fabbisogno mediante un bilancio energetico fra le perdite o dispersioni di calore attraverso l'involucro e gli apporti o guadagni gratuiti che si possono sfruttare per il riscaldamento.

Le perdite di calore

Perdite di trasmissione QT: il calore viene trasmesso attraverso gli elementi dell'involucro, sia opachi che trasparenti, passando dalle stanze riscaldate a temperatura più alta a quelle non riscaldate, all'esterno o al terreno. L'entità di queste perdite di calore dipende, oltre che dai parametri climatici (differenza di temperatura interno-esterno nei giorni di riscaldamento):

• Dal grado di isolamento del nostro edificio ossia dai valori di trasmittanza U degli elementi di confine fra ambienti riscaldati ed ambienti non riscaldati, esterno o terreno;
• Dall'area degli elementi disperdenti.

La strategia per ridurre le perdite è quella di isolare molto bene l'edificio, migliorando il valore di trasmittanza U degli elementi disperdenti dell'involucro. Bisogna anche eliminare anche i ponti termici per poter mantenere il calore all'interno per un lungo periodo.

Perdite di calore per trasmissione QT

• Copertura
• Finestre
• Pareti
• Solaio cantina o verso terreno

Perdite per ventilazione Qv

Il calore viene disperso all'esterno attraverso i ricambi termici d'aria necessari per motivi igienici e gli spifferi o fessure nelle costruzioni. I ricambi d'aria, che avvengono mediante la semplice apertura delle finestre, portano all'interno aria fredda che dovrà essere riscaldata aumentando così il fabbisogno energetico dell'edificio. Una strategia per ridurre le perdite di ventilazione è un sistema di ventilazione controllata con recupero di calore. Questo sistema recupera parte del calore dell'aria in uscita e lo cede all'aria in ingresso che necessità quindi di meno energia per essere portata alla temperatura di 20 °C.

Perdite di calore per ventilazione Qv

• Ricambio d'aria desiderato
• Ricambio d'aria indesiderato

Guadagno solare

Guadagni solari Qs: per riscaldare gli ambienti interni può essere sfruttata una parte del calore che arriva all'interno dell'involucro grazie alla radiazione solare che attraversa le superfici trasparenti. L'entità di questi apporti, oltre che dai parametri climatici (disponibilità della radiazione solare dei diversi orientamenti), è influenzata dai seguenti fattori:

• Area vetrata nei diversi orientamenti;
• Valore g del vetro;
• Ombreggiamenti.

Guadagni termici solari Qs

• finestra a sud
• massa d'accumulo termico

Guadagni interni Qi

Parte del calore prodotto all'interno dell'abitazione da apparecchiature elettriche, dispositivi di illuminazione, la presenza degli stessi abitanti e le loro attività può contribuire alla riduzione del fabbisogno energetico.

Guadagni termici per carichi interni Qi

Gli apporti di calore gratuiti possono essere sfruttati per il riscaldamento in maniera più efficace se l'edificio possiede una capacità di accumulo interna elevata. La capacità di accumulo è legata alla capacità termica massica ed alla massa volumica dei materiali di cui sono costituiti pareti, solai, soffitti. Edifici più pesanti, quindi massicci hanno una capacità di accumulo più elevata rispetto ad edifici leggeri a telai. Questo significa che sono in grado di immagazzinare il calore quando questo è maggiormente disponibile, evitando il surriscaldamento dell'aria, per poi ricederlo man a mano che la temperatura interna cala, cioè durante lo ore notturne, mantenendo così condizioni di confort per un periodo più lungo.

Bilancio termico

per ripristinare energia durante il periodo freddo la strategia da perseguire è quella di minimizzare le perdite e massimizzare i guadagni, tenendo presente che la minimizzazione delle perdite ha sempre la precedenza perché maggiori sono le potenzialità di risparmio e perchè più semplice da realizzare.

Il bilancio termico per il riscaldamento

Fabbisogno termico per riscaldamento = (QT + Qv) - 1] (Qs + Qi)

• Perdite per trasmissione QT
• Perdite per ventilazione Qv
• Guadagni solari Q5
• Guadagni interni Qi

La localizzazione

Una posizione favorevole può ottimizzare in partenza il comportamento energetico dell'edificio. Gli aspetti che devono essere presi in considerazione sono:

• La topografia del luogo: quota del terreno, orientamento e pendenza;
• La presenza di ostacoli che possono impedire il soleggiamento nel periodo invernale e quindi l'utilizzo sia passivo che attivo dell'energia solare del nostro edificio.

Per non incrementare le dispersioni durante il periodo invernale è quindi preferibile:

• Evitare posizioni sopraelevate rispetto al terreno circostante perchè più esposte ai venti ed alle precipitazioni;

Perdite energetiche dovute alle diverse posizioni e relativa variazione delle temperature esterne nel periodo invernale

83% +2 100% +/-0 pendio verso sud posizione aperta 110 % 125% -2 -3 posizione sopraelevata posizione di fondovalle o lago freddo

Perdite energetiche per il vento

100 % posizione aperta 200% 50 % posizione esposta posizione riparata

• Evitare localizzazioni di fondovalle dove si accumula l'aria fredda con l'aumento dell'umidità, delle nebbie e della foschia, che possono ridurre l'accesso alla radiazione solare per molte ore al giorno;
• Evitare localizzazioni esposte ai venti freddi invernali.

Le migliori posizioni per incrementare gli apporti gratuiti sono quelle orientate a sud dove la disponibilità di radiazione solare può raggiungere anche il 30% in più rispetto ai pendii esposti a nord con lo stesso clima.

L'orientamento

L'orientamento migliore è quello che consente di avere le maggiori superfici vetrate rivolte a sud per captare l'energia gratuita dal sole in quanto:

• In inverno una parete verticale esposta a sud riceve un irraggiamento solare di debole intensità ma con un angolo di incidenza dei raggi molto piccoli, vista la modesta altezza del sole sull'orizzonte: questo garantisce un flusso energetico comunque piuttosto elevato;
• In estate, viceversa, l'intensità dell'irraggiamento sulla facciata sud è ridotta rispetto alle facciate est ed ovest perchè il sole è più alto all'orizzonte e quindi i raggi solari arrivano quasi radenti, limitando gli apporti di calore all'interno.

Orientamento e sistemazione del lotto

Intensità della radiazione solare incidente sulle diverse facciate dell'edificio in inverno ed estate

Estate dal surriscaldamento estivo N O F E S Alta Media Bassa Scarsa lasciare libero da alberature K .. Inverno SO SE N O 21 dicembre 21 marzo/settembre K 21 giugno E S Fonte: www.passivhaus-platform.de Fonte: www.servizi lifegate.it

La forma allungata permette una disposizione degli ambiente interni con stanze di soggiorno, pranzo e stanze da letto sul lato sud per godere del massimo soleggiamento; cucine, stanze di servizio, bagni, wc e distribuzione dovrebbero invece occupare il lato nord. La facciata nord dovrebbe avere poche finestre per ridurre le perdite, le facciate est ed ovest dovrebbero avere un'area finestrata limitata e possibilmente ben schermata nel periodo estivo perchè più a rischio surriscaldamento. Un edificio che si sviluppa in direzione est-ovest risulta vantaggioso anche per lo sfruttamento attivo dell'energia solare: la lunga falda inclinata esposta a sud si adatta infatti in modo ottimale per l'inserimento di pannelli solari o fotovoltaici.

vegetazione per la protezione N

La forma dell'edificio o compattezza

Un edificio dalla volumetria complessa, con portici, aggetti, terrazze o logge, a parità di volume riscaldato, consumerà di più di un edificio dalla forma più regolare perchè maggiori sono le superfici a contatto con l'esterno; un edificio su un solo piano, a parità di volume, per lo stesso motivo consumerà di più di un edificio su due piani. Più superfici esposte significano più energia in uscita, più superfici da isolare ma anche maggiori spessori di isolamento per poter mantenere lo stesso standard energetico.

Fabbisogno energetico

Un edificio deve assicurare un'alta efficienza energetica con conseguente risparmio di energia e riduzione dei costi per la climatizzazione. La strategia per una progettazione prevede di:

• Costruire un edificio in cui siano minimizzati i fabbisogni energetici (per riscaldamento, raffreddamento, illuminazione);
• Coprire il fabbisogno energetico residuo con un impiantistica moderna ed efficiente, che possibilmente impieghi fonti energetiche rinnovabili.ò