L'EDIFICIO PASSIVO  Standard - Requisiti - Esempi

Bilancio energetico

 

Perdite di calore

 

Le perdite d’energia termica (Q_L), che un edificio subisce durante il periodo di riscaldamento, avvengono per trasmissione (Q_T) e per ventilazione (Q_V). Il totale delle perdite è quindi:

Perdite per trasmissione

 

Le perdite per trasmissione (Q_T) dipendono dalla superficie dei singoli elementi costruttivi dell’involucro (A), dalla trasmittanza termica (valore U) di questi elementi (pareti, finestre, porte esterne, ecc.), dalla differenza di temperatura tra interno ed esterno (Dq) e dalla durata del periodo di riscaldamento espresso in giorni (N). La differenza di temperatura tra interno ed esterno e la durata del periodo di riscaldamento sono fattori già considerati nei gradi giorno (GG) che sono la somma delle differenze positive giornaliere tra la temperatura dell'ambiente, convenzionalmente fissata a 20°C, e la temperatura media esterna giornaliera, per tutti i giorni del periodo annuale di riscaldamento. La metodologia del Passivhaus Institut usa i gradi ore (in 1000) che sono i gradi giorno moltiplicati per 24.

 

Le perdite di calore per trasmissione attraverso i singoli elementi costruttivi vengono normalmente ponderate moltiplicandole per un certo fattore. Nel caso di elementi a contatto con l’aria esterna si applica di solito il fattore 1, mentre per quelli a contatto con la terra si usa il fattore 0,5, ipotizzando che la differenza tra la temperatura interna e quella della terra sotto l’edificio sia solo la metà di quella tra la temperatura interna e quella dell’aria esterna. Le perdite attraverso elementi a contatto con la terra si possono determinare più precisamente calcolando il flusso termico, per esempio secondo la norma UNI 10344. Lo scambio termico attraverso elementi divisori tra ambienti riscaldati e altri non riscaldati, per esempio scantinati e il vano della scala in palazzi residenziali, si può determinare usando o il fattore 0,5, oppure eseguire un calcolo basato sulla differenza di temperatura.

 

Ci sono inoltre da considerare le perdite attraverso ponti termici, detti lineari perché misurati per lunghezza (l). In un edificio passivo sono i collegamenti delle finestre alla parete e della parete esterna alle fondazioni che costituiscono i principali ponti termici. Le perdite per ponti termici sono date dal prodotto di Y * l, in cui Y è la trasmittanza termica lineare di ponte termico. In un edificio passivo questi ponti termici si dovrebbero evitare o ridurre ad un minimo. Il valore Y lineare è dato dalla formula:

Y [W/m] = (Q_2dim * Q_1dim) / l * D q (riferito alle dimensioni esterne)

dove:

D q	è la differenza di temperatura tra interno ed esterno
Q2dim	è il flusso di calore calcolato dal programma

dove:

Ai	è l’area dell’elemento i (considerata nel modello)
Ui	è il valore U dell’elemento “i”

L’energia scambiata per trasmissione durante il periodo di riscaldamento, QT, è data dalla formula:

Q_T = (å A * U) * f_t * G_T +  (å l *  Y)

dove:

A	è l’area dell’elemento costruttivo dell’involucro (m2). L’area delle superfici dell’involucro termico si calcola usando le dimensioni esterne; l’area delle finestre usando le dimensioni dell’apertura lorda.
U	è la trasmittanza termica dell’elemento (W/m2K). I valori U delle superfici opache sono da calcolare secondo la norma UNI 10344
ft	è il fattore di riduzione per ridotte differenze di temperatura. Il fattore tiene conto dei flussi di calore che attraversano elementi in condizioni di differenti temperature di superficie. Sono fattori abbastanza realistici: ft = 1,0 per elementi a contatto con l’aria esterna e ft = 0,5 Per elementi a contatto con il terreno e solai sopra scantinati non riscaldati. Gli elementi che confinano con costruzioni ventilate (per esempio il solaio sotto un tetto ventilato) sono da trattare come se fossero in contatto con l’aria esterna; ciò che varia è il coefficiente di adduzione ae. Il valore ft = 0,5 non è valido per elementi che confinano con ambienti non riscaldati (per esempio annessi non riscaldati); in questo caso si deve usare ft = 1,0. Volendo applicare fattori di riduzione più piccoli, l’ammissibilità è da dimostrare secondo le indicazioni della EN 832.
GT	sono i gradi ore che sono i gradi giorno (GG) moltiplicati per 24 ore (GG * 24). I GG sono indicati, per tutti i Comuni italiani, nell’allegato A del DPR, 23 agosto 1993, n. 412.
l	è la lunghezza dei ponti termici lineari (m)
Y	è la trasmittanza termica lineare di ponte termico. L’area dell’involucro di un edificio passivo è definita dalle sue dimensioni esterne. Se l’isolamento termico avvolge tutto l’edificio, le perdite di calore attraverso i ponti termici lineari sono trascurabili e già incluse in quelle per trasmissione. Nel caso di edificio passivo privo di ponti termici si applica Y £ 0,01 W/mK.

Il valore U indica la quantità complessiva di calore che attraversa 1 m² di un elemento costruttivo, nell'unità di tempo (h), quando la differenza di temperatura dell'aria aderente alle due facce è di 1 K. L’unità di misura è W/(m²K). Per elementi composti la trasmittanza termica U è data dalla formula:

dove:

ai	è il coefficiente di adduzione interna [W/(m2K)]
ae	è il coefficiente di adduzione esterna [W/(m2K)]
sx	è lo spessore del materiale x [m]
lx	è il coefficiente di conducibilità termica del materiale x [W/(m2K)]

 

I valori dei coefficienti di adduzione bisogna scegliere secondo la posizione in cui si trova l’elemento costruttivo (vedi seguente tabella).

Perdite per ventilazione

 

Le perdite per ventilazione (Q_V) si calcolano tenendo conto del ricambio d’aria e delle infiltrazioni d’aria fredda.

 

In un edificio passivo, il ricambio d’aria avviene tramite l’impianto di ventilazione controllata. Il tasso di ricambio in regime normale dovrebbe essere di circa 0,4 h^-1.

 

L’involucro di un edificio passivo deve essere impermeabile al vento (n₅₀ < 0,6), in questo caso, nel bilancio termico, si tiene conto delle infiltrazioni d’aria applicando un valore standard di 0,042 h^-1.

 

Il calore recuperato dall’impianto di ventilazione è da detrarre dalle perdite. L’entità recuperata dipende dal rendimento dello scambiatore. Per gli edifici passivi si presume l’utilizzo di apparecchi con un rendimento non inferiore all’80 per cento.

 

Tenendo conto di questi fattori, le perdite di calore per ventilazione (Q_V) sono date dalla seguente formula:

Q_V = n_equ * V * c_{p, aria} * G_t

dove:

nequ	è il numero di ricambi rilevante per i consumi energetici
V	è il volume d’aria rilevante. Il volume d’aria è la superficie abitabile Aab (di riferimento) moltiplicata per l’altezza del locale.
cp, aria	è la capacità termica dell’aria: 0,33 Wh/(m3K)
Gt	sono i gradi ore

Usando un impianto di ventilazione controllata con recupero di calore, il tasso di ricambio d’aria è dato dalla seguente formula:

n_V = n_{V, impianto} * (1 - F_recupero) + n_infiltazioni

dove:

nV, impianto	è il tasso di ricambio d’aria medio conferito dal sistema di ventilazione. Il valore standard per abitazioni è di 0,4/h. Un’altezza di 2,70 m dei locali consente l’applicazione di un valore di 0,37/h. Per altri usi il tasso di ricambio è da calcolare secondo la norma UNI 10344.
ninfiltrazioni	è il tasso di ricambio dovuto a infiltrazioni d’aria. Il valore standard per edifici passivi è di 0,042 h-1. Questo valore presume un’alta impermeabilità dell’involucro alla pressione del vento e a un ricambio d’aria massimo di 0,6 h-1 in condizioni di una differenza di pressione di 50 Pa (Pascal). L’effettiva impermeabilità al vento è da dimostrare tramite un Blower-Door-Test.
Frecupero	è la potenza termica nominale dello scambiatore che recupera il calore dall’aria in uscita.

F_recupero = 1 –  (1 - h_v) * (1 -  h_sci)

dove:              

hv	è la percentuale del calore recuperato dall’aria in uscita. Il valore del parametro si determina in test di laboratorio e comprende anche il calore emesso dai motori del sistema di ventilazione, le perdite di calore dell’apparecchio, nonché quelle indotte da infiltrazioni d’aria. Nel caso di edifici passivi, si presume che il rendimento dello scambiatore sia dell’80%.
hsci	è il rendimento dello scambiatore di calore interrato (SCI). Il parametro indica la quantità del calore recuperato. Questa quantità dipende essenzialmente dalla temperatura del terreno e dalla superficie dello scambiatore. Nel caso in cui non sia previsto uno scambiatore di calore interrato, il valore hsci è 0.

L'EDIFICIO PASSIVO Standard - Requisiti - Esempi

di Uwe Wienke