Architettura Tecnica - Appunti per orale

I. Daylighting design – architettura e ingegneria della luce

Luce naturale

Permette di ridurre il fabbisogno energetico degli edifici:

Il fattore solare g del vetro

• Illuminare, ridurre uso energetico incrementando illuminamenti;
• Condizionare, contrastare carichi interni.

Indispensabile per: G = radiazione incidente UV

• Garantire benessere psico-fisiologico,
• Accettazione dello spazio,
• Svolgimento delle attività.

τ ρτ + +α = 1 ρ e e α

Materia di progetto, connota in modo e dinamico gli spazi e l’involucro: q qe i

• Indoor, per sottrazione,
• Outdoor, per riflessione.

Esterno interno

È fondamentale sapere come si distribuisce la radiazione rispetto alle lunghezze d’onda, la lunghezza d’onda nel campo del visibile è compresa tra i 700 nm – 400 nm.

Tiziana Poli

Clima luminoso e comfort visivo

Un clima luminoso inadeguato può essere un fattore di rischio.

Cause:

• Abbagliamento,
• Inadeguato livello di illuminamento,
• Attività a distanza di osservazione.

Sintomi:

• Affaticamento apparato visivo,
• Abbassamento proprietà occhio,
• Diminuzione efficienza produttiva, …

Il comfort visivo garantisce la neutralità sensoria, ovvero la non alterazione della percezione di un oggetto.

Come definire un corretto obiettivo di progetto – prestazionale, innanzi tutto reperendo le seguenti informazioni:

• Destinazione d’uso,
• Attività svolte negli spazi,
• Caratteristiche del compito visivo,
• Requisiti di velocità e precisione della percezione,
• Età media degli occupanti.

Parametri per la costruzione del clima luminoso

Descrittori quantitativi – norme:

1. Livello di illuminamento luce e benessere: descrittori quantitativi del flusso luminoso che colpisce una superficie in un determinato ambiente.

Densità

UNI EN 12665:2004 Luce e illuminazione - Termini fondamentali e criteri per i requisiti illuminotecnici.

2. Uniformità, variazione dei livelli di illuminamento livello di illuminamento.

Data una destinazione d’uso viene definito un numero di livello di illuminamento di riferimento, basandosi su quello si dimensionano le finestre e gli impianti di illuminazione.

FLD. Rapporto espresso in per cento tra l’illuminamento medio dell’ambiente, Em, e l’illuminamento.

Tenere conto anche delle pulizie, se il vetro si sporca, si riduce anche del 20% la luminanza.

Stessa cosa vale per un corpo illuminante, se la lampada si sporca, il suo rendimento decade.

La prestazione, in generale, deve durare nel tempo.

Eo che si ha nelle stesse condizioni di tempo e spazio, su una superficie orizzontale esterna che riceve luce dall’intera volta celeste, senza irraggiamento solare diretto.

Livelli di illuminamento: rappresentano quegli intervalli di illuminamento raccomandati per le diverse attività, sono tabulati.

Sono fissati dei valori limite dell’illuminamento:

Minimo: 20 lux, quantità richiesta al fine di percepire in modo corretto i lineamenti del volto umano.

FLD = C.C. / Eo + C.R.E. / Eo + C.R.I. / Eo

Massimo: 2000 lux, oltre tale valore il grado di prestazione visiva aumenta ma risulta altamente probabile l’insorgenza di fenomeni collaterali, che disturbano la visione.

http://www.federica.unina.it/

Componente cielo “visibile”.

In estate la volta celeste vanta 130.000 lux.

Riflessioni esterne.

Fattore di luce diurna (FLD)

Rapporto tra l’illuminamento medio dell’ambiente (Em) e l’illuminamento che si ha nelle medesime condizioni di tempo e spazio su però una superficie orizzontale esterna che riceve luce dall’intera volta celeste, senza irraggiamento solare diretto (Eo).

Riflessioni Fonte: interne.

Luce e benessere: descrittori quantitativi 25.

Al fine di garantire un’uniformità ambientale luminosa rispettare: Emin/Emed ≥ 0.8 (area con c.v.).

Tiziana Poli

Livello di illuminamento.

FLDm = DF (Daylight Factor) = Coefficiente di trasparenza del vetro (τ tau).

Coefficiente imbotte (psi).

Sup. finestra ostruzioni A epsilon) τ(ε serramento Ψ.

BIL S = 1+2+3+4+N TOT.

Superfici totali confinato 1 2 3.

Coefficiente di contesto spazio riflessione (rho) 4 5.

LO IL Fattore d’ombra.

3. Controllo del rapporto tra flusso luminoso diffuso e diretto.

NB: Quando il rapporto tra flusso luminoso diretto e diffuso è minore di un certo valore assegnato si avrà una forte componente diretta della luce, dunque un’illuminazione sgradevole:

Φ diffuso / Φ diretto ≥ 1/4 o 1/5

Contrasto, equilibrio delle luminanze

4. Generalmente non si osserva un campo visivo di luminanza uniforme, ma si ha a che fare con zone di diversa luminanza.

Il contrasto in un'immagine è il rapporto o differenza tra il valore più alto (punto più luminoso) e il valore più basso (punto più scuro) della luminosità nell'immagine.

Per rendere visibile un oggetto non è sempre necessario aumentarne le dimensioni; in certe situazioni può essere sufficiente aumentare il contrasto per renderlo visibile; dunque il contrasto è una risorsa che può essere utilizzata per ottimizzare i livelli di comfort.

Abbagliamento

5. In funzione delle destinazioni d’uso è necessario mantenere dei valori del DGI inferiori a quelli prescritti dalla norma.

Resa cromatica

6. Misura quanto il colore degli oggetti possa essere percepito correttamente.

L’indice generale di resa dei colori Ra di un vetro, ad esempio, misurato in base alla norma DIN 67507, dà una misura della naturalezza dei colori assunti dagli oggetti illuminati da tale superficie vetrata.

Vetri con Ra>90 vengono definiti ottimi per la resa del colore, con Ra>80 buoni.

Descrittori qualitativi

Descrittori qualitativi – soft qualities, descrittori di comfort – immedesimarsi nell’utente per comprendere le sue esigenze:

• Veduta.
• Interattività e regolarità.
• Orientamento temporale.
• Privacy.

Processo di progettazione

1. Prestazione visiva per destinazione.

2. Disponibilità di luce naturale.

La quantità di luce dipende dalla collocazione geografica dell’organismo edilizio.

• Latitudine;
• Condizioni prevalenti di cielo (copertura – nuvolosità media mensile);
• Illuminamenti e luminanza cielo;
• Durata del giorno;
• Ostruzioni provenienti dal contesto (costruito o naturali);
• Coefficiente di riflessione delle superfici esterne circostanti.

3. Possibili strategie.

• Filtrare la luce naturale, controllando perciò i livelli di illuminamento ed il fenomeno dell’abbagliamento;
• Escludere la luce naturale;
• Potenziare la luce naturale, incrementandola in profondità.

4. Possibili soglie di intervento.

I. Sull’organismo edilizio.

• Morfologia (forma involucro);
• Lay-out distributivo e dimensione unità ambientali (L,H,P);
• RAI. Rapporto superficie finestrata/superficie pavimentata;
• Collocazione finestre e forma;
• Coefficiente di riflessione delle superfici interne.

II. Sul sistema dell’involucro.

• Dimensione sup. trasparente (sup. trasparente/sup. pavimentata);
• Posizione rispetto all’involucro opaco;
• Posizione rispetto imbotte.

III. Sulla componente finestra.

• Rapporto sup. trasparente/sup. telaio.

IV. Sulla protezione solare.

• TL (%), RL (%),
• Forma.

Verifica della compatibilità prestazionale e tecnologica

Gli indicatori da controllare per la prestazione tecnologica.

TL - trasmissione luminosa [%] [livello di illuminamento, variazione livello illuminamenti, Glare index, contrasti e luminanze];

RL - riflessione luminosa [%].

Possibili soluzioni tecnologiche:

• Vetrazioni per filtrare,
• Protezione solare per intercettare la luce,
• Protezione solare per filtrare,
• Componente per proteggere dall’abbagliamento,
• Componente per potenziare i livelli di illuminamento.

Metodi di calcolo semplificati o metodi grafici (nomogrammi, norme UNI, codici di pratica).

• BRE protractors.
• Diagrammi di Waldram.

Metodi tabellari:

• Metodo BRE.
• Simulazioni mediante software mirati.

Uso di software:

• Dialux,
• Ecotect,
• Radiance, radiance download,
• Daylight 1-2-3.

Modelli in scala reale.

III. Prestazione energetica dell’edificio

Il bilancio energetico e gli elementi edilizi che entrano in gioco

L bilancio energetico e gli elementi edilizi che entrano in gioco 7.

Classificazione edifici:

QH: Energia utile di involucro edilizio.

Dato un obiettivo di temperatura, estiva o invernale, tale parametro rappresenta la quantità di energia necessaria a garantire costante la temperatura di obiettivo, sarà dunque un punto di partenza per la scelta ed il dimensionamento dell’impianto.

Dispersioni termiche per ventilazione, tenuta all’aria delle chiusure, controllo giunti e discontinuità in corrispondenza dei serramenti e delle prese ricambi aria.

Capacità termica edificio massa); (+ recupero.

Ep: Prestazione energetica globale dell’edificio.

Serramento sup trasparente sup. pavimentata, sup. trasparente / sup. opaca verticale, caratteristiche ottico energetiche, vetrazione, orientamento, ostruzioni.

Edificio energivoro:

• QH > 120 kWh/m²a,
• EPH > 250 kWh/m²a.

Protezione solare caratteristiche geometriche, posizionamento, modello di funzionamento e caratteristiche ottico energetiche.

Edificio a basso fabbisogno energetico:

• QH < 70 kWh/m²a,
• EPH < 120 kWh/m²a.

Q2 s EPH< 120 kWh/m²a Q funzionamento e caratteristiche ottico Vη Q) g energetiche.

Edificio passivo:

• QH < 15 kWh/m²a,
• EPH < 42 kWh/m²a.

QA, attività metabolismo impianti i PC (illuminazione dimensione finestra per Q2 TDF) Q h.

Resistenza termica parti opache e trasparenti.

Edificio a consumo energetico zero:

• QH = 0,
• EPH < 30 kWh/m²a.

Ponti termici e nodi costruttivi.

Tiziana Poli

Certificazione energetica

I. Valutazione del fabbisogno di energia primaria per riscaldare, raffrescare ed illuminare un edificio.

Definito l’edificio (la sua forma, l’orientamento, le caratteristiche costruttive), il modo d’uso (occupazione, utilizzo di apparecchiature), in funzione del clima, si determina quanta energia termica utile è necessario fornire all’edificio al fine di mantenere una temperatura interna prestabilita.

Definito il sistema impiantistico (sistema di produzione del calore o freddo, rete di distribuzione e terminali all’interno degli ambienti e sistema di regolazione), si determina l’energia termica finale fornita all’impianto per garantire l’energia utile dell’edificio.

Oltre a questo si determina anche quanta energia ausiliaria (consumata dai sistemi ausiliari) viene utilizzata per far funzionare l’impianto.

NB: Gli impianti sono composti da differenti parti, ognuna delle quali prevede delle perdite:

• Di produzione, al mantello e al camino,
• Di distribuzione, nella rete interna ed esterna,
• Di emissione, erogazione e regolazione,
• All’accumulatore, se l’impianto prevede la sua presenza.

Energia utile e energia primaria 11.

Vettore energetico verso richiesta.

EPH apporti primaria perdite rinnovabili finale distribuzione utile regolazione produzione emissione accumulo.

Energia rinnovabili, energia termica, energia primaria, energia elettrica non parte involucro, energia impiantistica edilizio [E] THO STE O ATGGETTO corso GGETTO corso verso fornitura.

E: Dificio ed energia consumi e riferimenti normativi 12.

Energia termica/utile (involucro).

Energia primaria (vettore energetico).

Tiziana Poli

EP indice di prestazione termica utile per i(ndicatori di prestazione non H,nd la climatizzazione invernale; AT).

Tutti solo quelli utili per dell’edificio < EP (ed.rif.).

Verifica EP H,ND H,ND,LIM.

Indice di prestazione termica utile per EP C,nd EP - FGL fabbisogno energetico la climatizzazione estiva dell’edificio globale di un edificio < EP (ed.rif.).

Verifica EP C,ND C,ND,LIM.

Rispetto edificio di: coefficiente medio globale di scambio H’ T termico per trasmissione per unità di riferimento superficie disperdente (UNI EN ISO 13789).

EP = EPH + EPC + EPW + EPV + GL < H’.

Verifica H’ T T,LIM.

EPL + EPT (non residenziale A /A: area solare equivalente SOL,EST sup utile estiva /A ≤ (A / verifica: ASOL,EST SUPUTILE SOL,EST ASUPUTILE)LIM.

U limite per divisori: solo per C,D,E,F.

Verifica delle prestazioni estive dell’involucro (massa superficiale, trasmittanza termica periodica).

Riferimenti normativi

Tiziana Poli

I. Direttiva 2010/31/UE del Parlamento europeo del 19 maggio 2010 sulla prestazione energetica nell’edilizia.

Disposizioni:

• Entro il 31 dicembre 2020 tutti gli edifici di nuova costruzione dovranno essere edifici ad energia quasi zero,
• A partire dal 31 dicembre 2018 tutti gli edifici di nuova costruzione occupati da enti pubblici e di proprietà di quest’ultimi siano edifici ad energia quasi zero.

II. Decreti legislativi sull’efficienza energetica: DL 63/2013, Legge 90/2013 + decreti attuativi (pubblicati DM 26 giugno 2015 e in vigore dal 1/10/2016).

Disposizioni:

• Prescrizioni minime e modalità di verifica per edifici di nuova costruzione e recupero.

Nuova costruzione: permesso di costruire presentato dopo 1 ottobre 2015;

• Demolizione e ricostruzione: qualunque sia il titolo abitativo e la dimensione dell’intervento; V V V
• Ampliamento e sopraelevazione: nuovo clim > 15% esistente; nuovo clim > 500 mc.
• Ristrutturazione I livello: intervento che interessa più del 50% della superficie disperdente esterna + rifacimento dell’impianto termico invernale e/o estivo.
• Ristrutturazione II livello: intervento che interessa dal 25% al 50% della superficie disperdente esterna + eventuale rifacimento dell’impianto termico invernale e/o estivo.
• Ristrutturazione III livello: intervento che interessa più del 50% della superficie disperdente.

Tipologie di verifica:

• Nuove costruzioni: rispetto di tutti i requisiti,
• Ampliamenti edifici esistenti: H’T < H’T,LIM A /A ≤ (ASOL,EST /ASUPUTILE)LIM SOL,EST SUPUTILE +
• Ristrutturazione II livello: rispetto delle trasmittanze termiche + H’T < H’T,LIM A /A ≤ (ASOL,EST /ASUPUTILE)LIM SOL,EST SUPUTILE +

Prescrizioni:

• Verifica dell’assenza di – rischio di formazione di muffe, con particolare attenzione ai ponti termici di nuova costruzione,
• Rischio di formazione di condensa interstiziale;

Al fine di evitare UHI Effect e controllare temperature superficiali estive sarà necessario che il valore di riflettanza solare sia non inferiore a:

• 0,65 per coperture piane,
• 0,30 per coperture a falde.

E: Dificio ed energia consumi e riferimenti normativi 23.

H’: coefficiente medio globale di scambio termico per trasmissione per unità di superficie disperdente.

E: Dificio ed energia consumi e riferimenti normativi 25.

A: area solare equivalente estiva SOL,EST.

Caratteristiche vetro+schermo ostruzione correzione irraggiamento dim. finestra.

E: Dificio ed energia consumi e riferimenti normativi 26.

A /A: area solare equivalente per superficie SOL,EST SUPUTILE (calpestabile) utile.

Tiziana Poli 30.

C: “Certificazione energetica la targatura”.

Modello di relazione tecnica,

• Nuova classificazione energetica.

Tiziana Poli Tiziana Poli

Disperdimenti e apporti

Disperdimenti:

• Trasmissione.
• Ventilazione.

Attraverso l’involucro, per ventilazione naturale o artificiale, per infiltrazioni;

• Apporti solari.

Dipendono dall’apertura dell’edificio verso l’esterno, superfici trasparenti, dalla loro ostruzione, dalla loro caratterizzazione ottico energetica e dal clima;

• Apporti interni.

Macchina, occupanti, illuminazione.

• Fattore di utilizzazione.

Il fabbisogno energetico 14/31.

Dipende dalla capacità di rapido accumulo dei guadagni da parte della struttura edilizia, più questa riesce ad accumulare gli apporti in eccesso, meno l’ambiente si surriscalderà e gli apporti saranno sfruttati maggiormente.

Il bilancio dell’involucro.

I foglio di calcolo e le formule per il bilancio 51.

Ing. Giorgio Galbusera Gradi ora = GG x 24.

Superfici e volumi

Zona termica (Zt).

Costituita da uno o più ambienti caratterizzati da:

• Uniformità spaziale della temperatura,
• Unico e comune valore di temperatura ed umidità,
• Stessa tipologia di occupazione e destinazione d’uso,
• Servito dalle medesima tipologia di sistema impiantistico.

Superficie di involucro opaco.

Area lorda dell’elemento termicamente uniforme al netto dei serramenti ma al lordo dei ponti termici:

Area lorda chiusure verticali.

Comprensiva dell’intero spessore del solaio se quest’ultimo confina con l’ambiente esterno, il terreno o un ambiente non riscaldato.

Fino alla mezzeria dello spessore del solaio se questo confina con un ambiente climatizzato o un’altra zona termica.

Area lorda chiusure orizzontali.

Comprensiva dell’intero spessore della muratura se quest’ultimo confina con l’ambiente esterno, il terreno o un ambiente non riscaldato.

Fino alla mezzeria dello spessore della muratura se questo confina con un ambiente climatizzato o un’altra zona termica.

Area lorda.