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CASA PASSIVA


Un criterio per classificare dal punto di vista termico gli edifici è quello di definire uno "standard energetico" caratteristico dell'edificio stesso.
Come tale possiamo assumere il: CONSUMO ENERGETICO ANNUALE AL METRO QUADRATO DI SUPERFICIE ABITABILE RISCALDATA (kWh/m²a) . L'energia a cui ci si riferisce qui è principalmente quella consumata per il riscaldamento invernale.

 


Si possono distinguere varie classi di standard energetici:


• edifici convenzionali che ancora adeguati alle normative sul risparmio energetico,
• edifici convenzionali che corrispondono a tali normative,
• edifici a basso consumo energetico,
• edifici passivi,
• edifici a consumo energetico zero.


I cosiddetti edifici passivi sono caratterizzati da perdite di calore così basse che il calore fornito dagli apporti solari (attraverso finestre e vetrate esposte a sud) e quello prodotto e recuperato da sorgenti interne (persone, apparecchiature, macchinari, illuminazione artificiale) può coprire quasi tutta l'energia necessaria per il riscaldamento invernale. Il fabbisogno energetico residuo da coprire è inferiore ai 15 kWh/(m² a).
Questo standard energetico permette di rinunciare a un convenzionale impianto di riscaldamento e, se necessario, di coprire il fabbisogno energetico residuo mediante una pompa di calore.

Parametri caratteristici degli edifici passivi
Fabbisogno termico (riscaldamento) ≤ 15 kWh/(m² a)
Assenza di ponti termici (Ø = trasmittanza di ponte termico lineare) 0,01 W/(m1 K)
Trasmittanza termica della facciata
a) Elementi opachi
b) Vetrate
- Criterio di comfort termico
- Criterio energetico

U < 0,15 W/(m²K)

Uv 0,8 W/(m²K)
Uv 1,6 W/(m²K)
Recupero di calore (media annuale) > 80%
Impermeabilità al vento (involucro) 50 < 0,6/h
Rendimento del sistema di recupero del calore rc 75%
Flusso d'aria orientato
Afflusso/deflusso d'aria equilibrato < (± 5) %


Consumi energetici di 3 diversi edifici confrontabili per superficie abitabile: un edificio tradizionale, uno a basso consumo energetico, e infine un edificio passivo.

Edificio convenzionale Italiano (dati ENEA)
200 m² di superficie abitabile
Consumo energetico per il riscaldamento 106 kWh/m²a 68%
Consumo energetico per la produzione di acqua calda 20 kWh/m²a 12%
Consumo energetico per l'illuminazione e cucina 31 kWh/m²a 20%
Consumo energetico complessivo 157 kWh/m²a 100%
Edificio a basso consumo energetico
con 185 m² di superficie abitabile
Consumo energetico per il riscaldamento 69,5 kWh/m²a 69%
Consumo energetico per la produzione di acqua calda 11 kWh/m²a 12%
Consumo energetico per l'illuminazione 16 kWh/m²a 19%
Consumo energetico complessivo 86,5 kWh/m²a 100%
Edificio Passivo
con 185 m² di superficie abitabile
Consumo energetico per il riscaldamento e ventilazione 15 kWh/m²a 36%
Consumo energetico per la produzione di acqua calda 11 kWh/m²a 26%
Consumo energetico per l'illuminazione 16 kWh/m²a 38%
Consumo energetico complessivo 42 kWh/m²a 100%


Si può notare come il consumo energetico per il riscaldamento di un edificio italiano tipico superi di sette volte quello di un edificio passivo.


Criteri progettuali

Introduzione

Caratteristiche che consentono di classificare una costruzione come casa passiva:

il super-isolamento,
la ventilazione meccanica controllata con recupero di calore e altri guadagni interni,
i guadagni solari,
l'efficienza elettrica degli elettrodomestici,
la capacità di rispondere alla restante esigenza di energia con energia rinnovabile.

La forma dell'edificio

La forma dell'edificio influisce in maniera significativa sulle perdite termiche. Lo scambio termico tra interno ed esterno di un edificio, avviene attraverso la superficie dell'involucro: tanto più elevata è la superficie che racchiude il volume, tanto più elevato è lo scambio

» per essere energeticamente efficiente un edificio deve avere: un basso indice di compattezza dato come rapporto tra superficie e volume (S/V); in un edificio passivo dovrebbe essere inferiore a 0,6,

» per avere una forma compatta, si deve quindi rinunciare a sporgenze e rientranze,

» balconi, terrazzi, verande si possono costruire, purché all'esterno dell'involucro termico.


Orientamento dell'edificio e vetrate

La maggior parte del fabbisogno energetico di un edificio passivo viene coperta dagli apporti solari, per cui negli edifici a consumi energetici controllati l'orientamento è di importanza fondamentale.

L'orientamento verso sud è il migliore per due motivi:
» il lato sud riceve il massimo della radiazione in inverno, quando è più richiesta,
» in estate, quando il sole è alto, e i suoi raggi incidono ad angolo acuto a sulla superficie terrestre, l'edificio riceve meno radiazione.

L'aspetto architettonico di questi edifici è perciò caratterizzato:
» da ampie finestre vetrate sul lato sud,
» da aperture di dimensione ridotta sul lato nord.

Negli edifici passivi, le vetrate orientate verso sud assumono pertanto il carattere di superfici "utili".

Da simulazioni al computer si è potuto capire che:
» la superficie ottimale delle vetrate sul lato sud è dell'ordine del 40% della superficie complessiva della facciata,
» un aumento della superficie vetrata oltre il 50% della superficie complessiva della facciata sud non aumenterà in modo significativo i guadagni solari in inverno e quindi influirà solo in misura trascurabile sul fabbisogno termico. Per contro in estate si avvertirà un surriscaldamento temporaneo dei locali che ridurrà sensibilmente il benessere termico,
» una riduzione della superficie vetrata al di sotto dell'optimum riduce il pericolo di surriscaldamento in estate, ma riduce anche l'illuminazione naturale e aumenta quindi i consumi energetici dell'illuminazione artificiale.

Anche le finestre orientate verso ovest richiedono una particolare attenzione infatti:
» non migliorano molto il bilancio energetico invernale,
» in estate contribuiscono notevolmente al surriscaldamento più di quelle orientate verso sud e quindi devono essere dotate di efficaci sistemi di ombreggiatura.


Ombreggiamento

L'ombreggiamento esterno (monti, alberi, edifici adiacenti) è difficilmente modificabile. Ma l'ombreggiamento endogeno di balconi, tettoie e simili è molto più importante.
Il motivo: il maggiore apporto solare è fornito nelle ore più calde, quando il sole è relativamente alto nel cielo. La presenza di balconi e tettoie sopra le finestre a sud incrementa di molto il fabbisogno termico per il riscaldamento.


Disposizione dei locali

Le prime costruzioni passive realizzate erano tutte villette unifamiliari. In questi edifici si è dimostrata molto utile la suddivisione dei piani in differenti zone climatiche:
» soggiorno e camere da letto dotati di grandi finestre sul lato sud,
» cucina, bagni e dispense con finestre di ridotte dimensioni sul lato nord, dove questi locali assumono la funzione di "cuscinetti termici".

Attenzione particolare merita l'inserimento del vano scala negli edifici: deve trovarsi o interamente all'interno o interamente all'esterno dell'involucro termico.


I telai delle finestre

I telai delle finestre sono i componenti a maggiore dispersione dell'intero involucro. E' importante che la percentuale di telaio sia ridotta al minimo.
I normali telai sono inadatti agli edifici passivi nei quali si utilizzano quelli speciali con alte prestazioni termiche. Le strutture delle finestre per le case passive necessitano quindi di buon isolamento termico; può essere realizzato in vari modi.
Parecchi costruttori realizzano le strutture di legno con un nucleo in gomma piuma o in Purenit (un materiale riciclato, con conducibilità termica relativamente bassa).


Finestratura

Negli edifici a consumi controllati le finestre vengono munite di speciali vetri termici, generalmente tripli.
Tre lastre di vetro normale assorbono molta luce ed è per questo che tali vetri debbono essere molto trasparenti (parametro g > 0,6) e le intercapedini riempite con gas nobile - argon o krypton.

- Un aumento della finestratura incrementa l'importanza del valore U e diminuisce quello del valore g.

Motivo: ampie finestre a sud garantiscono un apporto termico adeguato anche con un valore di g ridotto.
- Da un punto di vista energetico, le finestrature superiori al 40% della SRE (superficie di riferimento energetico) non sono utili, poiché l'apporto termico non può essere sfruttato appieno.

Tipo di vetro Valore U (W/m²K) Valore g (%)
3 lastre di vetro isolante a bassa remissività ( 2x11mm krypton) 0,6 - 0,7 45 - 53
3 lastre di vetro isolante a bassa remissività ( 2x16mm argon) 0,7 - 0,8 45 - 53
3 lastre di vetro isolante a bassa remissività ( 2x7mm xenon) 0,5 41
3 lastre di vetro isolante a bassa remissività, extrachiaro (krypton) 0,7 60
2 lastre a bassa remissività e 1 lastra di cristallo all'esterno 0,8 52


La coibentazione dell'involucro

L'involucro di un edificio passivo dell'Europa centrale deve soddisfare la condizione U < 0,15 W/(m² K).
Per ottenere questo valore occorre:

» uno strato termoisolante dello spessore di 25 cm sui muri perimetrali e di 40 cm sui tetti;
» finestre con caratteristica trasmittanza termica U < 0,8;
» assenza di ponti termici;
» si dovrà rinunciare a balconi e ad altri elementi sporgenti (per esempio le gronde) o costruirli in modo tale che non abbiano diretto contatto con l'edificio;
» montare le finestre all'estradosso della parete, in modo che l'isolamento termico copra almeno una fascia di 5 cm. del telaio;
» l'alto costo dell'elevato spessore della coibenza termica è compensata dai risparmi energetici nell'esercizio dell'edificio e dall'assenza di costi per l'impianto di riscaldamento.

In un edificio dotato di un elevato isolamento termico le perdite di calore per trasmissione risultano molto ridotte e quindi acquistano una maggiore importanza le perdite causate dall'infiltrazione incontrollata d'aria fredda attraverso i giunti (finestre, porte).
Viene quindi richiesta:

» altissima qualità d'esecuzione dei particolari costruttivi. Guasti alle barriere al vapore, per esempio, possono causare perdite di calore nella misura di 800 - 1000 kWh/anno;
» l'involucro termico deve essere ininterrotto;
» l'involucro termico deve essere applicato a cappotto, cioè all'esterno di pareti perimetrali, solai, copertura.


Ventilazione e recupero di calore

a) Ventilazione forzata

In un edificio passivo viene a crearsi un conflitto tra buona ventilazione e risparmio energetico: più ventilazione significa meno risparmio energetico. Si pone quindi il problema della definizione del ricambio d'aria ottimale. Generalmente si ritiene necessario un ricambio d'aria compreso tra 0,4 e 0,8/h, ma alcuni autori ritengono sufficiente, per un edificio passivo, un tasso di ricambio dello 0,25 - 0,375/h. Ciò significa, per un'abitazione standard con una superficie di 120 m², un volume di 320 m3 d'aria/h, se abitata da 4 persone, un ricambio d'aria di 20 - 30 m3/h e persona.
In base ad alcune esperienze fatte, le perdite di calore, in caso di ventilazione regolata con un ricambio d'aria di circa 0,5/h, si aggirano attorno ai 3000 kWh/a e scendono a circa 1800 kWh/a quando il tasso di ricambio viene ridotto a soli 0,3/h. Bisogna però considerare non solo il risparmio energetico, ma anche la qualità abitativa che dipende in gran parte dalla qualità dell'aria.
Gli impianti di ventilazione meccanica devono perciò essere regolabili caso per caso: per esempio, in presenza di fumatori deve essere possibile aumentare il rateo di ventilazione. Un tasso di ricambio più alto di 0,25 - 0,375/h è necessario anche per asportare l'umidità che si forma all'interno, quando le temperature esterne salgono sopra i 10°C. Negli edifici passivi questo problema è però meno sentito perché a questa temperatura non si deve più riscaldare e l'umidità può fuoriuscire attraverso le finestre aperte.
Perdite di calore possono risultare anche da comportamenti sbagliati degli abitanti. Lasciare aperte le finestre in posizione inclinata può comportare perdite di calore di oltre i 4500 kWh/a. Si è però potuto notare che negli edifici passivi questo tipo di perdite di calore risultano inferiori a quelle contemplate nelle normative in quanto in questi edifici risultano anche meno i giorni di riscaldamento. In altre parole, è come se si trovassero in aree con un valore inferiore dei Gradi-Giorno.

Avendo questi edifici un sistema di ventilazione regolata, il recupero di calore avviene mediante scambiatori a flusso d'aria incrociato che recuperano almeno l'80% del calore dell'aria in uscita. Dal punto di vista energetico i comuni ventilatori a 100 W sono inadatti in quanto consumano troppa energia; normalmente vengono installati ventilatori con una potenza inferiore ai 40 W (incluse regolazione e periferiche) e ventilatori a corrente continua di 24 W prodotta da un piccolo pannello fotovoltaico.


b) Scambiatore di calore interrato

Con uno scambiatore interrato si sfrutta il fatto che, a una determinata profondità del terreno, normalmente 60-100 cm, la temperatura della terra rimane più o meno costante per tutto l'anno. Questo fenomeno può essere sfruttato sia in inverno per il riscaldamento che in estate per raffrescare gli ambienti. Gli scambiatori interrati sono in uso da molto tempo come sorgente d'energia di pompe di calore. Essi consistono in una serie di tubi paralleli posati in trincea sotto o all'esterno dell'edificio. Nei tubi circola un fluido, normalmente acqua, che scambia energia termica con il terreno. In inverno, il fluido freddo, passando per lo scambiatore, aumenta la sua temperatura e l'energia assunta è estratta dalla pompa che la trasferisce all'acqua del circuito di riscaldamento. Questo sistema è molto pratico ed economico nel caso di impianti di riscaldamento a bassa temperatura, come per esempio quelli con pavimento radiante. L'importante è che la pompa di calore abbia un buon coefficiente di prestazione (COP). Tale coefficiente esprime il rapporto tra la quantità d'energia elettrica necessaria per azionare la pompa di calore e l'energia utile prodotta. Un COP = 4 significa che la macchina fornisce il triplo dell'energia che consuma, per esempio con 1 kWh elettrica si producono 3 kWh termiche.Lo stesso sistema è utilizzabile per raffrescare in estate gli ambienti di una casa. In questo caso la pompa funziona all'inverso: estrae calore dall'acqua che circola nel sistema di riscaldamento e lo smaltisce nel terreno. Non dimentichiamoci che per riscaldare o raffrescare un edificio convenzionale occorre trasferire elevate quantità di energia; per questo motivo l'acqua è il mezzo di trasporto più adatto.

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