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L'EDIFICIO PASSIVO  Standard - Requisiti - EsempiO

Impianto di ventilazione

 

Riscaldamento

 

È vero che le perdite di calore in un edificio passivo sono molto ridotte, ma non a zero, quindi si deve anche avere un calorifero. In un edificio passivo il riscaldamento avviene tramite il sistema di ventilazione, il termovettore è quindi l’aria. In un edificio convenzionale il riscaldamento ad aria comporta però molti svantaggi (1):

 

la temperatura dell’aria insufflata deve essere più elevata rispetto a quella richiesta per gli ambiente (circa 20°C); la regolazione individuale delle temperature è onerosa o comporta altri svantaggi (per esempio il riutilizzo dell’aria in uscita e questo non è igienico); i locali tecnici e i canali di distribuzione occupano molto spazio; il buon funzionamento di un sistema di riscaldamento ad aria richiede un’elevata precisione di progettazione. Gli errori tollerabili sono notevolmente minori di quelli ammissibili nei sistemi di riscaldamento ad acqua.

Un edificio passivo invece si riscalda con il normale ricambio d’aria insufflando aria che ha una temperatura di circa 20°C, la stessa che in inverno è richiesta. Questo tipo di riscaldamento è possibile solo quando la potenza necessaria non supera i 10 W come si può dimostrare con un semplice calcolo. La capacità termica dell’aria è di 0,33 Wh/(m3K). In giorni invernali molto freddi, per alzare la temperatura di 1 m3 d’aria esterna dai –10°C ai 20°C richiesti, cioè di 30 K, occorre una potenza di:

1 m³ * 30 K * 0,33 Wh/(m³K) = 10 W

Superficie media occupata da una persona secondo la destinazione dell’ambiente

Ipotizzando un ricambio d’aria di 45 m3 a persona e ora (medio della categoria 2, zona non fumatori), in un alloggio abitato da 4 persone si devono ricambiare 180 m3 ogni ora. Nel caso in cui l’abitazione abbia una superficie di 160 m2 (alloggio in una palazzina), la quantità d’aria da ricambiare è di 1,125 m3/m2. Per raggiungere all’interno la temperatura di 20°C quando all’esterno è a –5°C, quella dell’aria esterna si deve alzare di 25 K. Si ha quindi:

1,125m³/m² * 25 K * 0,33 Wh/(m³K) = 9,28 W/m²

Il seguente nomogramma consente di determinare la potenza specifica al metro quadrato (W/m2) sulla base del ricambio d’aria al metro quadrato (m3/h m2) per tre differenze di temperatura (Dt).

 

Potenza specifica richiesta (W/m2) per il riscaldamento in rapporto tra ricambio d’aria al metro quadrato (m3/h m2) e differenza di temperatura

Il nomogramma va letto nella seguente maniera: dato un tasso di ricambio di 30 m3/(h p) e una superficie di 40 m2/persona (alloggio in una palazzina) si ha un ricambio di 0,75 m3/(h m2). Questo valore lo troviamo sull’ascissa del diagramma (asse orizzontale). Nel grafico sono indicate tre rette, ciascuna delle quali riferita ad una specifica differenza di temperatura (Dt). Su queste rette troviamo la potenza necessaria (W/m2). Per un ricambio di 0,75 m3/(h m2) troviamo così i seguenti valori della potenza richiesta: 4,95 Wm2 per Dt = 20K; 6,2 Wm2 per Dt = 25K e 7,4 Wm2 per Dt = 30K. Per un ricambio di 1,0 m3/(h m2) e una differenza di temperatura di 30K troviamo il valore di 10 W/m2. 10 W/m2, per un alloggio di 120 m2, significa una potenza di 1200 W. Questa potenza permette di rialzare di 30 K, ogni ora, la temperatura di 120 m3 d’aria fresca (120 * 0,33 * 30 = 1188 W), cioè riscaldare un ambiente, tramite l’aria e senza impianto di riscaldamento convenzionale, anche nei giorni più freddi.

 

Lo standard dell’edificio passivo [15 kWh/(m2a)] significa, per un alloggio di 120 m2, un consumo di energia termica di 1800 kWh/anno. Le esperienze fatte con gli edifici realizzati hanno dimostrato che, in queste condizioni, la potenza massima richiesta non supera mai i 10 W/m2, nemmeno nei giorni più freddi.

 

Nell’Italia peninsulare, una temperatura di –10°C è molto rara. La temperatura dell’aria esterna si deve quindi raramente innalzare di 30 K. La potenza di 10 W/m2 è dunque richiesta solo eccezionalmente e per pochi giorni. A questo proposito bisogna anche considerare che un edificio passivo reagisce con molto ritardo ad ogni temporaneo e brusco calo della temperatura esterna, perché le strutture perdono il calore accumulato solo molto lentamente. Quando, nel gennaio del 1992, il sistema di riscaldamento dell’edificio passivo di Darmstadt-Kranichstein si è fermato, il fatto fu avvertito dagli abitanti solo quattro giorni più tardi.

 

10 W/m2 per una stanza di 20 m2 significano una potenza di 200 W, corrispondente a quella di due normali lampadine. Qualcuno potrebbe allora pensare di coprire il fabbisogno termico residuo potenziando le sorgenti interne di calore, per esempio usando lampadine ad incandescenza ed elettrodomestici a basso rendimento che emettono molto calore. Questa soluzione è però assurda e assolutamente inconciliabile con il risparmio energetico e la riduzione dell’inquinamento ambientale.

 

Negli edifici passivi si attuano altre soluzioni. Per ottenere il calore ancora necessario sono in uso varie tecnologie: scambiatori che recuperano calore dall’aria in uscita, pompe di calore, collettori solari e scambiatori di calore interrati (subsoil heat exchangers) che sfruttano la costanza della temperatura del terreno. La scelta del sistema è una questione tecnica ed economica. In regioni dove in inverno gli apporti solari sono abbastanza alti, come nell’Italia peninsulare, l’aria si può facilmente riscaldare tramite un collettore solare ad acqua.

Il comfort termico

 

Secondo i fisiologici, le condizioni termiche sono confortevoli quando la somma della temperatura dell'aria e quella delle pareti corrisponde a quella media del corpo di 37°C. Meglio ancora, quando la temperatura delle superfici circostanti supera leggermente quella dell’aria. In questo caso il corpo riceve calore per irradiazione, come avviene sotto l’azione dei raggi del sole. Il benessere termico che si avverte ha però anche un aspetto soggettivo e culturale, e non dipende solo dal rapporto tra la temperatura dell’aria e quella delle pareti. Per questo motivo i fisiologi hanno eseguito dei test con delle persone e definito dei campi di benessere termico.

 

Ciò che si intende con comfort termico varia anche da paese a paese. Nell’Europa centrale la gente è abituata a vivere in ambienti con temperature intorno ai 20-22°C. Infatti, nell’ambito delle misurazioni effettuate in 11 edifici passivi con oltre 100 unità abitative si è potuto constatare che, in inverno, la temperatura media nei locali era di 21,4°C. La maggior parte degli abitanti ha scelto per i loro alloggi una temperatura tra 21 e 22°C, ma i valori misurati sono compresi tra 17°C e 25°C. La temperatura di 17°C è stata però rilevata solo in alloggi non abitati. Molti italiani considerano invece gli ambienti tedeschi quasi “surriscaldati” e preferiscono nella loro casa una temperatura d’esercizio leggermente più bassa.

 

Temperatura considerata piacevole dagli abitanti e quella rilevata nell’ambito delle misurazioni in 15 alloggi (Edifici passivi di Kassel-Marbachshöhe)

Nel primo edificio passivo, quello di Darmstadt-Kranichstein, si è potuto notare che una temperatura dell’aria interna di 18,6 °C non crea disagi, perché le pareti dei locali hanno quasi la stessa temperatura, mentre in altri edifici meno coibentati, la temperatura delle pareti è inferiore a quella dell’aria, e questa differenza provoca la sensazione che l’ambiente non sia sufficientemente riscaldato.

 

I fisiologi ritengono inoltre che la temperatura all’interno di un alloggio non dovrebbe essere totalmente uniforme e consigliano temperature differenti per i singoli locali. La tabella 9 riporta le temperature ritenute più idonee da autori italiani e tedeschi. In un edificio passivo creare delle zone di differente temperatura è difficile, perché l’aria, e quindi anche il calore, si diffonde rapidamente in tutta l’abitazione dove si stabilizza una temperatura quasi uniforme.

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