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Rivestimenti a bassa emissività per componenti opachi : analisi teorico-sperimentale sul miglioramento delle prestazioni energetiche e del comfort termoigrometrico

Palermo, Simone

Rivestimenti a bassa emissività per componenti opachi : analisi teorico-sperimentale sul miglioramento delle prestazioni energetiche e del comfort termoigrometrico.

Rel. Valentina Serra, Stefano Fantucci. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile, 2017

Abstract:

Introduzione

Negli ultimi quarant’anni l’effetto delle attività umane sull’ambiente ha provocato ingenti danni con un relativo aumento del consumo e della richiesta di energia di circa il 70%, anche le relative previsioni per il futuro evidenziano come questo problema diverrà sempre più importante.

Tra le principali attività responsabili di quest’incremento vi è il settore dell’edilizia, esso infatti, rappresentando circa il 10% della produzione economica mondiale, ne richiede un’importante fetta. L’energia consumata all’interno di questo settore, divisa tra uso residenziale e commerciale, rappresenta circa un quinto del totale consegnato in tutto il mondo e, secondo le previsioni dell’IEO' 2016, vi sarà un continuo aumento al passo dell’1,5% annuo fino al 2040. L’impiego di energia nel settore residenziale è destinata principalmente al riscaldamento, raffrescamento, illuminazione, produzione di acqua calda e funzionamento di altri dispositivi presenti in ambiente. I livelli di reddito degli occupanti e i prezzi dell’energia influenzano notevolmente le modalità di consumo, così come diversi altri fattori quali: posizione, caratteristiche della costruzione, tempo, tipo di apparecchiature, efficienza degli elementi e programmi energetici nazionali 0 sovra-nazionali. Le stime al 2040 mostrano come la crescita nel consumo di energia, dal periodo attuale a quello di riferimento aumenterà del 48% causa da addebitarsi alla crescente domanda da parte del settore residenziale dei paesi appartenenti all’area non OCSE. A conferma di quanto appena detto basta pensare che nel 2040 due super potenze quali Cina ed India richiederanno circa il 27% del consumo mondiale di energia per gli ambienti domestici. Oltre che per quanto concerne i consumi, il settore è responsabile del 17% di prelievi di acque dolci, del 25% di sfruttamento di legname raccolto e della trasformazione di circa tre miliardi di tonnellate annue di materiali.

Il settore commerciale, che comprende al suo interno istituzioni o organizzazioni fornitrici di servizi, ha mostrato fino a questo momento una crescita del 1,6% annuo e sempre secondo le previsioni dell’IEO arriverà nel 2040 a rappresentare circa l’8% del consumo totale di energia. Nell’area OCSE per esempio, complice la lenta risalita del PIL e della popolazione, si osserva come i tassi di crescita, che si attestano al 1,1%, siano molto frenati. Così come per il settore residenziale, anche in quello commerciale si osserva come l’area al di fuori dal trattato di cooperazioni cresca ad un ritmo praticamente insostenibile del 2,4% annuo. Da questi dati appena descritti è facile comprendere la pericolosità della situazione futura, proprio per questo motivo lo sviluppo del mercato edilizio dei prossimi anni dovrà essere duale: da una parte continuando a garantire le condizioni di comfort ai soggetti, dall’altra operando una svolta “green”, conseguenza dell’impiego di fonti energetiche rinnovabili, in grado di garantire una sostanziale riduzione delle emissioni di gas in atmosfera oltre che un importo riduzione nei consumi.

L’attenzione contemporanea nei confronti di questi problemi ha dunque portato alla nascita di nuove discipline, alla discussione di nuovi fenomeni e soprattutto sta facendo breccia nell’immaginario collettivo, l’unico vero e proprio motore del cambiamento.

Se nelle nuove costruzioni le normative nazionali e regionali stanno indirizzando verso una politica di sostenibilità energetica ed economica, il problema rimane essere quello del patrimonio edilizio esistente.

Come appena descritto il problema maggiore nella penisola italiana è rappresentato dalla grossa presenza di edifici datati, massimi responsabili degli sprechi in ambito energetico. Secondo uno studio dell’ENEA, esistono infatti circa 2.000.000 di abitazioni che dovrebbero essere soggette ad interventi di riqualificazione energetica, garantendo in tal modo una notevole diminuzione di consumi di energia proveniente da fonti non rinnovabili e un cospicuo risparmio anche in termini economici. Oltre che in riferimento al consumo energetico, questi vecchi edifici presentano problemi correlati che non possono essere sottovalutati. La mancanza di isolamento nei componenti orizzontali e verticali così come la facilità con cui questi elementi tendono a surriscaldarsi durante il periodo estivo giocano un ruolo determinante nel bilancio termico dell’edificio. Al tempo stesso i problemi appena evidenziati influenzano notevolmente anche le sensazioni psico-fisiche dell’occupante interno che nella gran parte dei casi si trova in condizione di discomfort. Tali condizioni sono differenti e variano da zona a zona 0 da soggetto a soggetto in funzione anche della loro condizione psicologica; in molte situazioni per esempio le condizioni di discomfort possono essere anche localizzate, ovvero dipendono da condizioni specifiche di un elemento senza interessare l’interno ambiente, risultando così più semplici da gestire.

In riferimento a tutte queste problematiche emerse, è naturale porsi delle domande su ciò che avverrà in futuro, in particolare: quali dovranno essere le linee programmatiche di sviluppo? Quali potranno essere le soluzioni applicabili al patrimonio edilizio esistente per migliorare la salute dell’edificio e le condizioni degli occupanti?

Gli aspetti su cui porre attenzione sono diversi: il surriscaldamento, le prestazioni energetiche ma anche e soprattutto le condizioni di comfort dell’occupante. Per quanto concerne l’involucro opaco questo è interessato soprattutto dai primi due aspetti ma è in molti casi fortemente responsabile in riferimento al terzo.

Il surriscaldamento porta infatti alla nascita dell’Urban Heat Island, fenomeno che determina la formazione di un microclima più caldo all’interno delle aree urbane con conseguente incremento del fabbisogno energetico per il raffrescamento. Esso si origina data la grande presenza di superfici asfaltate a terra e di materiali scarsamente riflettenti sulla pelle degli edifici; la gravità del fenomeno è dipendente sia dalle caratteristiche tecniche del materiale utilizzato come rivestimento sia dai colori delle facciate, quelli scuri presentano infatti una scarsissima riflettanza alle lunghezze d’onda tipiche della radiazione solare tendendo ad assorbire gran parte dell’energia per poi riemetterla in ambiente.

L’efficientamento della finitura del componente opaco assume grande importanza non solo per il lato esterno ma anche per quello interno. Recentemente sono sempre più diffusi nella sperimentazione scientifica materiali per componenti opachi dotati di un valore di emissività molto bassa. La scelta di questi prodotti deriva fondamentalmente dal fatto che le superfici tradizionali come quelle presenti nella quasi totalità delle abitazioni, presentano valori molto alti di emissività tendendo ad assorbire gran parte della radiazione termica incidente su di esse. I prodotti innovativi invece sono in grado di assorbire una minore quantità di energia contribuendo sia al miglioramento delle prestazioni degli impianti ma anche e soprattutto attraverso la garanzia di condizioni di comfort per gli occupanti.

Dunque, scelte mirate, consce dell’importanza dell’edificio in sé ma anche dell’ambiente esterno e delle relazioni che questo ha con il manufatto dovranno essere la base da cui partire per assicurare risposta alle sopra citate domande e per avviare un’importante politica di rinnovamento con conseguente miglioramento delle condizioni del parco edilizio esistente.

Diventa semplice ed intuitivo cogliere le potenzialità di prodotti, da rivestimento interno ed esterno, in grado di mitigare le radiazioni incidenti su di essi.

L’obiettivo di questa tesi sarà quello di indagare una possibile soluzione per gli interni, in grado di migliorare le condizioni di comfort, valutando in maniera oggettiva i possibili benefici e i possibili problemi derivanti dall’applicazione di un prodotto basso-emissivo. In tal modo sarà possibile ottenere un quadro generale di questi nuovi prodotti in grado di fare chiarezza, permettendo a chiunque ma soprattutto agli addetti ai lavori di operare scelte consapevoli.

La presente ricerca, articolata su diversi livelli, partirà dalla definizione di sviluppo sostenibile, della domanda e dei consumi a livello mondiale europeo ed italiano.

Si affronterà il tema della legislazione nazionale e dei meccanismi di incentivazione che hanno permesso una rapida diffusione dei prodotti ad elevata efficienza energetica. Nella seconda parte si procederà invece con l’analisi del fenomeno dello scambio termico, soffermandosi sui meccanismi attraverso cui avviene, dedicando attenzione particolare al fenomeno della trasmissione per irraggiamento. Nella terza parte si analizzeranno attraverso la letteratura scientifica dei coating innovativi impiegati come rivestimento, si introdurranno i cool materials, concentrandosi però su quelli che sono i rivestimenti basso emissivi per ambienti interni. Nel quarto capitolo verranno introdotti i concetti della disciplina che studia il comfort termico all’interno degli ambienti confinati. In particolare si tratterà dell’equazione del bilancio termico del corpo umano valutando successivamente la possibilità di prevedere una sensazione termica attraverso l’impiego degli indici PMV e PPD elaborati da Povl Ole Fanger. Nell’ultimo capitolo si procederà invece alla descrizione della prova sperimentale svolta. Innanzitutto prima attraverso la spiegazione del metodo impiegato per la valutazione dell’emissività della vernice e successivamente attraverso le campagne di misure del comfort svolte all’interno della Bet-Cell del DENERG.

Relatori: Valentina Serra, Stefano Fantucci
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: S Scienze e Scienze Applicate > SH Fisica tecnica
T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TC Protezione degli edifici
T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TE Tecnologia dei materiali
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile
Classe di laurea: NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/6325
Capitoli:

Introduzione

1 Sviluppo sostenibile ed efficienza energetica

1.1 II contesto Internazionale

1.1.1 Le conferenze sul clima

1.1.2 II consumo energetico

1.1.3 H settore delle costruzioni

1.2 II contesto Europeo

1.2.1 I consumi energetici

1.2.2 II settore residenziale

1.2.3 I Piani di sviluppo

1.3 11 contesto Italiano

1.3.1 La domanda e il consumo di energia

1.3.2 II contesto normativo

1.3.3 H patrimonio edilizio esistente

2 Lo scambio termico

2.1 Cenni di termodinamica

2.2 I meccanismi di scambio termico

2.2.1 La conduzione termica

2.2.2 La convezione termica

2.2.3 L’irraggiamento termico

3 Cool e Low-emissivity materials

3.1 Cool materials

3.1.1 Stato dell’arte

3.2 Low-e materials

3.2.1 Stato dell’arte

4 II comfort termoigrometrico negli ambienti confinati

4.1 L’evoluzione degli studi sul comfort termoigrometrico negli

ambienti confinati

4.2 La condizione di benessere termico del corpo umano

4.3 II benessere negli ambienti confinati

4.3.1 II discomfort localizzato

5 Analisi sperimentale di un coating basso emissivo per

componenti opachi

5-1 Valutazione dell’emissività del coating

5.1.1 Scelta del prodotto

5.1.2 Metodologia

5.1.3 Prove sperimentali e risultati

5.2 Valutazione del miglioramento delle prestazioni di comfort

all’interno dell’ambiente confinato

5.2.1 Descrizione dell’apparato impiegato per l’esperimento

5.2.2 Metodologia

5.2.3 Prove sperimentali

6 Conclusioni

7 Appendice

7.1 Prove per la valutazione dell’emissività

7.2 Valutazione della sensazione di comfort termico

8. Bibliografia

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