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I PCM e l'involucro edilizio: definizione progettuale di un sistema schermante

Stefania Condò

I PCM e l'involucro edilizio: definizione progettuale di un sistema schermante.

Rel. Orio De Paoli, Valentina Serra. Politecnico di Torino, Corso di laurea specialistica in Architettura, 2013

Abstract:

LA QUESTIONE ENERGETICA

In Europa, gli ingenti consumi energetici nel campo dell'edilizia sono la causa del 40% del consumo globale di energia comunitaria, percentuale da ripartirsi tra i settori del terziario e residenziale; di quest'ultimo, quasi due terzi sono attribuibili al riscaldamento invernale ed al raffrescamento estivo, inducendo un fabbisogno in costante crescita.

A fronte della continua espansione del settore delle costruzioni, i consumi sono destinati ad incrementare ulteriormente. Per tale ragione, in ambito normativo, da alcuni anni viene discussa l'adozione di misure e vengono promulgate leggi, raccomandazioni, consigli volti a decurtare gli sprechi energetici ed a favorire la diminuzione dell'emissione di gas a effetto serra, avallando il potenziamento e la massima utilizzazione delle fonti energetiche rinnovabili e, parallelamente, stimolando una maggiore consapevolezza energetica sociale.

Tali interventi hanno lo scopo di coadiuvare i principi del risparmio energetico, che si conformano agli obiettivi preposti dal Protocollo di Kyoto, allegato alla Convenzione Quadro delle Nazioni Unite sui Cambiamenti Climatici (UNFCCC), ovvero:

un aumento di temperatura globale non superiore ai 2°C;

una riduzione delle emissioni globali di gas serra entro il 2020 di almeno il 20% al di sotto dei livelli del 1990 e di almeno il 30%, qualora venga raggiunto un accordo internazionale.

L'Unione Europea avalla tali principi mediante la strategia del "20-20-20", approvata nel dicembre 2008, in cui si prevede, entro il 2020:

la diminuzione della domanda energetica del 20%;

la riduzione delle emissioni di C02 del 20% (rispetto ai livelli misurati nel 1990);

la produzione energetica tramite energie rinnovabili, per sopperire al 20% del consumo energetico totale europeo.

La riduzione del consumo energetico e l'incremento di impiego dell'energia prodotta da fonti rinnovabili rappresentano inoltre strumenti importanti per promuovere la sicurezza dell'approvvigionamento energetico e ulteriori progressi tecnologici, altresì per creare posti di lavoro e uno sviluppo regionale soprattutto nelle zone rurali.

L’UE è divenuta promotrice di programmi, progetti e Direttive, quali la 2002/31/CE, 2006/32/CE e 2010/31 UE ecc. per definire indirizzi, strumenti, criteri e soluzioni anche ambiziosi sul tema specifico dell'efficienza energetica degli edifici, esistenti e nuovi, del settore civile.

In Italia, oltre all'emissione dei vari Piani Energetici Ambientali regionali da parte delle Regioni, originanti raccomandazioni, consigli, proposte, finanziamenti di progetti e solo successivamente di leggi e decreti attuativi, è entrato in vigore il D.Lgs. 19/08/2005 n. 192, il quale ha recepito la Direttiva Europea 2002/91/CE, stabilendo l'obbligatorietà della cosiddetta 'certificazione energetica' degli edifici, senza tuttavia definire le norme tecniche necessarie per l'attuazione, demandate a successivi decreti.

L'anno successivo viene approvato il D. Lgs. 311/06, con lo scopo di integrare il decreto precedente.

Nei paragrafi successivi sono analizzate le principali norme inerenti l'edilizia dal punto di vista energetico, considerando le parti specifiche inerenti l'involucro edilizio e i sistemi di protezione solare.
Relatori: Orio De Paoli, Valentina Serra
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: A Architettura > AO Progettazione
Corso di laurea: Corso di laurea specialistica in Architettura
Classe di laurea: NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3136
Capitoli:

1. INTRODUZIONE

1.1 LA QUESTIONE ENERGETICA

1.2 LA NORMATIVA SULL'EFFICIENZA ENERGETICA

1.2.1 La Direttiva Europea 2002/91/CE

1.2.2 La Direttiva Europea 2010/31/CE

1.2.3 D. Lgs. 192/2005

1.2.4 D. Lgs. 311/2006

1.3 IL CONCETTO DI INVOLUCRO DINAMICO

2. INERZIA TERMICA

2.1 I PARAMETRI TERMICI DINAMICI

2.2 ACCUMULO DI ENERGIA TERMICA

2.2.1 Calore sensibile

2.2.2 Calore latente

2.2.3 Accumulo di energia termochimico

2.3 CALORE LATENTE: FORME DI TRANSIZIONE DI FASE

3. MATERIALI A TRANSIZIONE DI FASE

3.1 CLASSIFICAZIONE DEI PCM

3.1.1 PCM ORGANICI

3.1.1.1 Paraffine

3.1.1.2 Non-paraffine

3.1.2 PCM INORGANICI

3.1.2.1 Sali idrati

3.1.2.2 Sali metallici

3.1.3 MISCELE EUTETTICHE

3.1.4 CONFRONTO PRESTAZIONALE TRA LE CLASSI DI PCM

3.1.5 REQUISITI PRESTAZIONALI

3.2 SISTEMI DI CONTENIMENTO

3.3.1 MATERIALI COMPOSITI

3.3.2 INCAPSULAMENTO

3.2.2.1 Macroincapsulamento

3.2.2.2 Microincapsulamento

3.2.3 PCM A FORMA STABILIZZATA

3.2.4 ULTERIORI ESEMPI SPERIMENTALI

3.3 PROBLEMATICHE INERENTI I PCM

3.3.1 Breve accenno alla teoria della nucleazione

3.3.2 La segregazione di fase

3.3.3 Supercooling

3.4 STABILITA' A LUNGO TERMINE

3.4.1 Stabilità dei sistemi di contenimento dei PCM

3.4.2 Deterioramento dei metalli

3.4.3 Comportamento del fuoco

3.4.4 Conduttività termica

3.5 SVILUPPI NELLA RICERCA SUI PCM

3.5.1 La ricerca a livello internazionale

3.5.2 Progetto "Innovative PCM Technology"

3.5.3 Il progetto "C-TIDE"

4. I PCM NEL SETTORE EDILIZIO

4.1 INVOLUCRO AD ACCUMULO PASSIVO

4.1.1 INCORPORAZIONE NELLE PARETI OPACHE

4.1.1.1 PCM Integrati nel Muro di Trombe

4.1.1.2 Pannelli di rivestimento in PCM

4.1.1.3 Blocchi e miscele composite in PCM

4.1.1.4 Intonaco di PCM

4.1.2 COMPONENTI DELL'INVOLUCRO TRASPARENTE

4.1.2.1 Chiusure trasparenti

4.1.2.2 Dispositivi schermanti in PCM

4.1.3 CHIUSURE ORIZZONTALI

4.1.3.1 Pavimentazioni in PCM

4.1.3.2 Integrazione dei PCM nel tetto e nel soffitto

4.2 SISTEMI AD ACCUMULO ATTIVO

4.2.1 Sistemi di riscaldamento a pavimento elettrici con PCM

4.2.2 Sistemi a soffitto in PCM per riscaldamento e raffrescamento

4.2.3 Free cooling

5. EDIFICI REALIZZATI CON LA TECNOLOGIA DEI PCM

5.1 REALIZZAZIONI DAL 2000 AD OGGI

Solarhouse III, Svizzera, 2000

3-Liter-House, Germania , 2001

Alloggi per anziani Domat/Ems, Svizzera 2004

Haus der Gegenwart, Germania, 2005

Eulachoff, Svizzera, 2006

Marché International, Svizzera 2007

E3 - Edificio Energeticamente Efficiente, Lodi 2008

Crossway, Regno Unito, 2009

Busipolis, Mets, 2010

Centre Professionel, Svizzera, 2010

Meno6+una, Mostra temporanea, Verona 2010

Icon Innovation Center, Northampton, 2011

Wealden District Council, Inghilterra, 2012

5.2 ALTRI ESEMPI

Nuovi Uffici della Badenova, Offenburg, 2002

DSC Service Centre, Ludwigshafen, 2003

Office EGS Plan, Berlino, 2004

Liceo Classico Holderlin, Luaffen am Neckar, 2005

Wohnuberbauung Silence, Svizzera, 2009

Napier University, Edinburgh, 2009

5.3 SOLAR DECATHLON

Prototipo tedesco, 2007

Home+, GErmany, 2010

Bamboo House, China, 2010

Luukku House, Finland, 2010

Natural Fusion, PennState, 2009

North House, Ontario, 2009

Cube House, Germany, 2009

B&W House, Spain, 2009

6. INTEGRAZIONE DEL PCM NEI COMPONENTI TRASPARENTI

6.1 SCHERMATURE SOLARI

6.1.1 Valutazione energetico-lulminosa

6.2 SCHERMI ESTERNI

7. CASO STUDIO

7.1 DEFINIZIONE PROGETTURALE DI SISTEMI SCHERMANTI IN PCM

7.1.1 Scelta dei PCM

7.2 LAMELLE "TRASPARENTI" IN PCM

7.2.1 Concept

7.2.2 Dimensionamento "ideale" delle lamelle in funzione del PCM

7.2.3 Materiale di contenimento del PCM

7.2.4 Funzionamento del sistema

7.3 PERSIANA SCHERMANTE IN PCM

7.3.1 Concept

7.3.2 Il materiale del dispositivo schermante: il PVC

7.3.3 Materiale contenente il PCM: il PC

7.3.4 Scelta del PCM

7.3.5 Funzionamento del sistema

7.3.6 Verifica numerica del funzionamento del sistema

7.3.6.1 Applicazione del PCM RT 21

7.3.6.2 Confronto delle prestazioni del dispositivo con altri PCM

7.4 DISEGNI DI PROGETTO

CASO STUDIO 1: DISPOSITIVO SCHRMANTE CON LAMELLE IN PMMA E PCM

CASO STUDIO 2: PERSIANA SCORREVOLE CON LAMELLE IN PMMA E PCM

CASO STUDIO 3: DISPOSITIVO SCHERMANTE CON LAMELLE IN PVC E PCM

8. CONCLUSIONI

BIBLIOGRAFIA
Bibliografia:

1. INTRODUZIONE

Libri:

A. GRECO, E. QUAGLIARINI (A cura di), L'involucro edilizio: una progettazione complessa, Alinea Editrice, Firenze 2007

A. S. TREVISI, D. LAFORGIA, F. RUGGIERO, Efficienza energetica in edilizia, Maggioli Editore, Repubblica di San Marino 2007

A. GIACHETTA, A. MAGLIOCCO, Progettazione sostenibile. Dalla pianificazione territoriale all'ecodesign, Carocci Editore, Marzo 2007

Articoli:

M. PERINO, V. SERRA, F. ZANGHIRELLA, A. KINDINIS, Elementi responsivi e concetti integrati edificio/impianto. Rapporto sulle attività della IEA ECBS Annex 44. Report RSE 2009/4

6. IANNACCONE, "Prestazioni variabili". Modulo n. 293, Luglio-Agosto 2003, pg. 624-627

T. POLI, L. P. GATTONI, "Attitudine al cambiamento". Modulo n. 293, Luglio-Agosto 2003, pg. 596- 599

C. SALANI, "Caratteristiche termiche dinamiche". Neo-Eubios n. 24, Giugno 2008, pg. 22-26

M. MEDOLA, "Prestazioni termiche dell'involucro edilizio". Costruire in Laterizio n. 118, Luglio- Agosto 2007, pg. 62-67

L. BARI, "Isolamento termico ed inerzia termica", www.crsoft.it

Siti:

www.theplan.it

www.europa.eu

www.camera.it

www.osservatoriokyoto.it

Norme tecniche:

Direttiva 2002/91/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio emanata il 16 dicembre 2002 relativa al rendimento energetico nell'edilizia

Direttiva 2010/31/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio emanata il 19 maggio 2010 sulla prestazione energetica nell'edilizia

D. Lgs. N. 192 del 19 agosto 2005 "Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell'edilizia"

D. Lgs. N. 311 del 29 agosto 2006 "Disposizioni correttive ed integrative al decreto legislativo 19 agosto 2005, n. 192, recante attuazione della direttiva 2002/91/CE, relativa al rendimento energetico nell'edilizia"

D.P. R. n.59 del 2 aprile 2009 "Regolamento di attuazione dell'articolo 4, comma 1, lettere a) e b), del decreto legislativo 19 agosto 2005, n. 192, concernente attuazione della direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico in edilizia”

2. INERZIA TERMICA

Libri:

F. FIORITO, Involucro edilizio e risparmio energetico, Flaccovio, Palermo 2009

IH. MEHLING, L. F. CABEZA, Heat and cold Storage with PCM. An up to date introduction into basics and applications, Springer, Berlino 2008

F. TUCCI, Involucro ben temperato. Efficienza energetica ed ecologica in architettura attraverso la pelle degli edifici, Alinea editrice, Firenze 2006

Articoli:

M. PERINO, V. SERRA, "Oltre il concetto di isolamento termico". Aicarr Journal, n. 10, 2011, pg. 50- 60

V. AUGENTI, P. STEFANIZZI, "Considerazioni su soluzioni di involucro opaco in regime termico dinamico". Costruire in laterizio n. 125, 2007, pg. 50-53

M. MEDORA, "Prestazioni termiche dell'involucro edilizio". Costruire in laterizio n. 118, 2007, pg. 62-67

A. SHARMA, V.V. TYAGI, C.R. CHEN, D. BUDDHI, "Review on thermal energy storage with phase change materials and applications". Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009), pg. 318-345

A. BARATTA, L. VENTURI,"Prestazioni termiche di pareti perimetrali in regime dinamico". Costruire in laterizio, n. 121, 2009, pg. 62-67

Siti:

www.crsoft.it

www.icoslarco.it

www.rw-buildingschool.it

3. MATERIALI A TRANSIZIONE DI FASE

G. MASERA, I materiali a cambiamento di fase in edilizia: l'esperienza della ricerca europea C-TIDE, Politecnico di Milano, JRC 2007

P. PRINCIPI, C. DI PERNA, Analisi sperimentale del comportamento energetico di pareti leggere utilizzanti materiali in passaggio di fase per il conferimento di elevata inerzia termica, 60° Congresso Nazionale ATI, Art. 03/07,Roma, Settembre 2005

Libri:

M. IMPERADORI, "La spugna termica". Modulo n. 293, Luglio-Agosto 2003, pg. 632-635

M. ROSSI, "Specialisti in termoregolazione". Costruire n. 282, Novembre 2006, pg. 72-78

H. MEHLING, L. F. CABEZA, Heat and cold storage with PCM. An up to date introduction into basics and applications, Springer, Berlino 2008

D. FRANCESE, Architettura bioclimatica. Risparmio energetico e qualità della vita nelle costruzioni, UTET, Torino 1996

Articoli:

L.F. CABEZA, A. CASTELL, C. BARRENECHE, A.DE GRACIA, A.I. FERNANDEZ, "Materials used as PCM in thermal energy storage in buildings: A review". Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (2011), pg. 1675-1695

F. KUZNIK, D. DAVID, K. JOHANNES, JJ. ROUX, "A review on phase change materials integrated in building walls". Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (2011), pg. 379-391

A. PASUPATHY, R. VELRAJ, R.V. SEENIRAJ, "Phase change material-based building architecture for thermal management in residential and commercial establishments". Renewable and Sustainable Energy Reviews 12 (2008), pg. 39-64

G. LI, Y. HWANG, R. RADERMACHER, "Review of cold storage materials for air conditioning application". International Journal of Refrigeration XXX (2012), pg. 1-25

M. KENISARIN, K. MAHKAMOV, "Solar energy storage using phase change materials". Renewable and Sustainable Energy Reviews 11 (2007), pg. 1913-1965

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D. ZHOU, C. Y. ZHAO, Y. TIAN, "Review on thermal energy storage with phase change materials (PCMs) in building applications". Applied Energy 92 (2012), pg. 593-605

Articoli Sperimentali:

D. FELDMAN, M. A. KHAN, D. BANU, "Energy storage composite with an organic PCM". Solar Energy Materials 18 (1989), pg. 333-341

D. FELDMAN, D. BANU, D. HAWES, E. GHANBARI, "Obtaining an energy storing building material by direct incorporation of an organic phase change material in gypsum wallboard". Solar Energy Materials 22 (1991), pg. 231-242

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C. CASTELLON, M. NOGUES, J. ROCA, M. MEDRANO, L. F. CABEZA, "Use of microencapsulated phase change materials (PCM) in building applications". ASHRAE (2007)

M. N. A. HAWLADER, M. S. UDDIN, M. M. KHIN, "Microencapsulated PCM thermal- energy storage system". Applied Energy 74(2003), pg. 195-202

...etc.
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