Il raffrescamento passivo degli edifici - IV edizione
di Mario Grosso
Nonostante siano di recente entrati in vigore, a livello sia europeo sia nazionale, normative volte a promuovere la progettazione e costruzione di edifici a energia quasi-zero (nZEB), queste non tengono conto della potenzialità d’applicazione dei sistemi passivi in generale, e di raffrescamento, in particolare. Si fa, invece, affidamento, prevalentemente su tecnologie impiantistiche, benché dotate di una sempre maggiore efficienza energetica.
L’intento di questo volume è, invece, quello di promuovere l’utilizzo di sistemi passivi di raffrescamento degli edifici, nella consapevolezza che solamente attraverso questo approccio possono essere coinvolti i progettisti, architetti e ingegneri, non solamente strumentalmente, ma anche concettualmente. In tal modo, riteniamo, si può sperare in un reale cambiamento di prospettiva con effetti reali sui consumi energetici degli edifici.
A sette anni dalla pubblicazione della terza edizione si è avvertita l’esigenza di aggiornare il volume, sulla base degli sviluppi della ricerca e della normativa, nonché di alleggerirne il “peso”, riducendo il numero di pagine senza togliere nulla al contenuto. In particolare, si è tenuto conto degli aggiornamenti della normativa tecnica – serie UNI 11300 – seguita alla conversione in legge della Direttiva europea 2010/31/EU sulle prestazioni energetiche degli edifici.
Si sono considerati i risultati contenuti nell’ultimo rapporto, il quinto, dell’IPCC (Intergovernmental Panel of Climate Change) sugli effetti delle emissioni antropogeniche di gas serra sui cambiamenti climatici. Si è aggiunto un capitolo sulla determinazione del potenziale da raffrescamento passivo evaporativo diretto, completando così il quadro delle tecniche dissipative. Si è mantenuto inalterato il programma WINDCHILL, allegato al volume in Cd-Rom, che consente il calcolo del potenziale di riduzione del fabbisogno di raffrescamento da ventilazione naturale controllata.
Il volume contiene progetti di: Brian Ford, Maria Irene Cardillo, Andrea Dal Fiume
Mario Grosso, è professore ordinario di Tecnologia dell’architettura e Progettazione ambientale, presso il Dipartimento di Architettura e Design del Politecnico di Torino. Responsabile di programmi di ricerca nazionali, europei e internazionali, su tematiche energetico-ambientali, ha svolto attività di ricerca sulla ventilazione naturale degli edifici, presso il Lawrence Berkeley Laboratory dell’Università della California, Berkeley, U.S.A. È stato, altresì, docente in corsi di formazione e specializzazione per conto di Ordini professionali, associazioni, enti ed imprese e svolge attività di consulenza ambientale nella progettazione di edifici residenziali, scolastici e del terziario privato. Coordina il Gruppo di Lavoro sulla sostenibilità degli edifici della Commissione Tecnica Edilizia dell’UNI e partecipa come esperto ai lavori del CEN e dell’ISO sul medesimo argomento.
in zone a clima temperato
- Principi e archetipi bioclimatici
- Criteri progettuali
- Metodi di calcolo
- Esempi progettuali e applicativi
Foreword di Matheos Santamouris, Prefazione di Federico Butera
Il Cd-Rom contiene il software Windchill
Pagine | 528 |
Data pubblicazione | Aprile 2017 |
Data ristampa | |
Autori | Mario Grosso |
ISBN | 8891622204 |
ean | 9788891622204 |
Tipologia prodotto | Cartaceo |
Editore | Maggioli Editore |
Parte I
CLIMA E BENESSERE
Capitolo I
Il clima
di Mario Grosso e Giacomo Chiesa
1.1. Lo scambio radiativo terra-sole ......................................................... »
1.2. L’atmosfera terrestre ........................................................................... »
1.3. Le classificazioni del clima .................................................................. »
1.3.1. Scale climatiche .......................................................................... »
1.3.2. Distribuzione geografica ............................................................. »
1.4. Il clima in Europa e in Italia ............................................................... »
1.4.1. Classificazione dei climi europei ................................................ »
1.4.2. Clima della penisola italiana e del bacino del Mediterraneo ..... »
1.4.2.1. Pianura padana e zone montane ................................... »
1.4.2.2. Clima mediterraneo ...................................................... »
1.4.3. Determinazione dei dati climatici di riferimento ....................... »
1.4.3.1. Variabili......................................................................... »
1.4.3.2. Fonti informative .......................................................... »
1.4.3.3. Caratteristiche delle variabili climatiche ...................... »
1.5. Cambiamenti climatici dovuti all’effetto serra ................................. »
1.5.1. Introduzione ............................................................................... »
1.5.2. Cambiamenti osservati del sistema climatico ............................ »
1.5.3. Previsioni di cambiamenti climatici ........................................... »
INDICE
INDICE
6 INDICE
Capitolo II
Il microclima
di Mario Grosso e Giacomo Chiesa
2.1. Gli scambi termici terreno-atmosfera ................................................ Pag.
2.1.1. Bilancio energetico ..................................................................... »
2.1.2. Bilancio radiativo ....................................................................... »
2.2. Effetti della corrugazione del territorio ............................................ »
2.2.1. Scambio radiativo ....................................................................... »
2.2.2. Temperatura dell’aria ................................................................. »
2.2.3. Vento ........................................................................................... »
2.2.4. Precipitazioni .............................................................................. »
2.3. Effetti della presenza di masse d’acqua ............................................. »
2.3.1. Temperatura e umidità ................................................................ »
2.3.2. Vento ........................................................................................... »
2.4. Effetti della vegetazione ...................................................................... »
2.4.1. Scambi termici e umidità ............................................................ »
2.4.2. Radiazione solare ....................................................................... »
2.4.3. Vento ........................................................................................... »
2.5. Effetti dell’ambiente costruito ............................................................ »
2.5.1. Edifici isolati e agglomerati edilizi ............................................. »
2.5.1.1. Scambi radiativi ............................................................ »
2.5.1.2. Temperatura e umidità dell’aria ................................... »
2.5.1.3. Vento ............................................................................. »
2.5.2. Aree urbane ................................................................................ »
2.5.2.1. Scambi radiativi ............................................................ »
2.5.2.2. Temperatura dell’aria ................................................... »
2.5.2.3. Velocità del vento ......................................................... »
Capitolo III
Il comfor t termico
di Elisabetta Parisi
3.1. Comfort termico e risparmio energetico ........................................... »
3.2. I parametri in gioco ............................................................................. »
3.3. Movimenti d’aria e comfort termico .................................................. »
3.4. Valutazione del comfort termico: il modello di Fanger .................... »
3.4.1. Il Voto Medio Previsto (PMV) ................................................... »
3.4.2. Percentuale prevista di insoddisfatti (PDD) ............................... »
3.4.3. Ventilazione e qualità dell’aria ................................................... »
3.5. Valutazione del comfort termico in condizioni estive ....................... »
INDICE 7
3.5.1. Esempio di valutazione in clima temperato ............................... Pag.
3.5.2. Un modello adattativo ................................................................ »
3.5.3. Il comfort termico negli edifici ventilati naturalmente ................. »
Parte II
IL RAFFRESCAMENTO PASSIVO NELLA PROGETT AZIONE
Capitolo IV
Arc hetipi bioclima tici
di Mario Grosso
4.1. Un archetipo del mondo animale: il termitaio .................................. »
4.2. Archetipi bioclimatici dell’area nordamericana ............................... »
4.2.1. Costruzioni leggere .................................................................... »
4.2.2. Costruzioni pesanti ..................................................................... »
4.3. Archetipi bioclimatici dell’area mediorientale ................................. »
4.3.1. Archetipi di controllo solare ....................................................... »
4.3.1.1. Mashrabìya .................................................................. »
4.3.1.2. Claustrum .................................................................... »
4.3.2. Sistemi per il controllo della ventilazione e il raffrescamento ... »
4.3.2.1. Elementi di captazione dell’aria .................................. »
4.3.2.2. Elementi di estrazione dell’aria ................................... »
4.3.2.3. Elementi a funzione combinata captazione/estrazione
dell’aria ....................................................................... »
4.3.2.4. Sistemi costruttivi a ventilazione naturale diretta ..... »
4.3.2.5. Sistemi costruttivi a ventilazione naturale indiretta e
raffrescamento passivo geotermico ............................. »
4.4. Archetipi bioclimatici dell’area mediterranea .................................. »
4.4.1. Architettura nella terra ............................................................... »
4.4.1.1. Insediamenti ipogei ..................................................... »
4.4.1.2. Insediamenti semipogei: le abitazioni rupestri............. »
4.4.1.3. La camera dello scirocco ............................................. »
4.4.2. L’architettura tra terra e cielo ..................................................... »
4.4.2.1. Il trullo ......................................................................... »
4.4.2.2. Il dammuso .................................................................. »
4.4.3. Archetipo dei sistemi di raffrescamento passivo ventilativo geotermico:
i covoli.......................................................................... »
8 INDICE
Capitolo V
Proge ttazione clima tica di si to
di Mario Grosso e Giacomo Chiesa
5.1. Introduzione ......................................................................................... Pag.
5.2. Controllo della radiazione solare ....................................................... »
5.2.1. Metodo diacronico: determinazione dell’eliofania .................... »
5.2.2. Controllo della radiazione solare in spazi esterni ....................... »
5.3. Controllo dei flussi d’aria da vento .................................................... »
5.3.1. Criteri generali ............................................................................ »
5.3.1.1. Siti collinari e montani ................................................. »
5.3.1.2. Siti costieri .................................................................... »
5.3.1.3. Siti urbani ..................................................................... »
5.3.2. Flussi d’aria e distribuzione planimetrica degli edifici ................. »
5.3.3. Flussi d’aria e forma/orientamento degli edifici ........................ »
5.3.3.1. Metodo di calcolo semplificato della profondità della zona
di calma ......................................................................... »
5.3.4. Flussi d’aria e barriere ................................................................ »
5.4. Matrice microclimatica di sito ............................................................ »
5.5. Controllo degli scambi termici nella progettazione degli spazi esterni. »
5.5.1. Il comfort termico in ambiente esterno ...................................... »
5.5.2. Tecniche di controllo del microclima esterno ............................ »
Capitolo VI
i sis temi di raffrescamen to passivo nel proge tto
di un edificio
di Mario Grosso
6.1. D efinizione e classificazione dei sistemi di raffrescamento passivo . »
6.2. Metaprogetto degli interventi di raffrescamento passivo ................ »
6.2.1. Requisiti generali......................................................................... »
6.2.2. Requisito microclimatici di sito ................................................. »
6.2.3. Requisiti dell’organismo edilizio................................................ »
6.2.3.1. Requisiti progettuali per il controllo termico................ »
6.2.3.2. Requisiti progettuali per il raffrescamento naturale
microclimatico .............................................................. »
6.3. Aspetti morfologici e tipologici nel progetto dei sistemi di raffrescamento
passivo e loro effetti sul potenziale di raffrescamento...... »
6.3.1. Raffrescamento microclimatico ventilativo................................ »
6.3.1.1. Effetto sui flussi d’aria delle chiusure permeabili laterali. »
6.3.1.2. Effetto sui flussi d’aria degli schermi............................ »
6.3.1.3. Effetto sui flussi d’aria delle chiusure permeabili superiori. »
INDICE 9
6.3.2. Raffrescamento naturale geotermico........................................... Pag.
6.3.2.1. Caratteristiche ed effetti sul potenziale di raffrescamento
degli edifici ipogei o semipogei......................... »
6.3.3. Raffrescamento naturale evaporativo.......................................... »
6.3.3.1. Sistemi di raffrescamento evaporativo ibrido................ »
6.3.4. Raffrescamento naturale radiativo............................................... »
6.3.4.1. Caratteristiche degli elementi spaziali........................... »
6.3.4.2. Caratteristiche degli elementi tecnici............................ »
Parte III
I SISTEMI DI RAFFRESCAMENTO PASSIVO
PER ZONE A CLIMA TEMPERATO
Capitolo VII
Il con trollo termico della ra diazione solare
di Luca Raimondo
7.1. Generalità ............................................................................................. »
7.2. Strategie e tecnologie ........................................................................... »
7.2.1. Chiusure opache ......................................................................... »
7.2.1.1. Controllo della temperatura superficiale ....................... »
7.2.1.2. Controllo dell’inerzia termica ....................................... »
7.2.2. Chiusure trasparenti .................................................................... »
7.2.2.1. Dimensionamento della chiusura trasparente................ »
7.2.2.2. Proprietà termofisiche del componente trasparente ...... »
7.3. Schermature solari .............................................................................. »
7.3.1. Definizione e classificazione ...................................................... »
7.3.1.1. Schermi vegetali ........................................................... »
7.3.1.2. Schermi artificiali ......................................................... »
7.3.2. Criteri di progetto di un sistema schermante .............................. »
7.3.2.1. Fase preliminare ........................................................... »
7.3.2.2. Fase definitiva .............................................................. »
7.3.2.3. Integrazione architettonica dello schermo .................... »
7.3.3. Sistemi di schermatura e benessere psicofisico .......................... »
Capitolo VIII
Sis temi di raffrescamen to passivo ven tila tivo
di Mario Grosso
8.1. D efinizioni e classificazione dei sistemi di raffrescamento passivo
ventilativo.............................................................................................. »
10 INDICE
8.2. Raffrescamento ventilativo microclimatico ....................................... Pag.
8.2.1. Movimentazione controllata dei flussi d’aria.............................. »
8.2.1.1. Motori della VNC ......................................................... »
8.2.1.2. Tipi di VNC .................................................................. »
8.2.1.3. Efficacia della ventilazione ......................................... »
8.2.2. Raffrescamento ventilativo corporeo ......................................... »
8.2.3. Raffrescamento ventilativo ambientale ...................................... »
8.2.4. Raffrescamento ventilativo strutturale ....................................... »
8.2.4.1. Massa termica ............................................................... »
8.2.4.2. Ventilazione .................................................................. »
8.2.4.3. Efficacia di dissipazione ............................................... »
8.3. Raffrescamento ventilativo geotermico (di Luca Raimondo).................. »
8.3.1. Tipi di scambiatori geotermici ad aria......................................... »
8.3.1.1. Scambiatori a singola canna.......................................... »
8.3.1.2. Scambiatori a collettore ................................................ »
8.3.2. Criteri di progettazione degli scambiatori geotermici ad aria .... »
8.3.2.1. Dimensionamento dei condotti ..................................... »
8.3.2.2. Disposizione dei condotti ............................................. »
8.3.2.3. Materiali ....................................................................... »
8.3.2.4. Sistema di filtraggio e ventilazione .............................. »
8.3.2.5. Posa in opera ................................................................ »
8.3.2.6. Sistemi d’allontanamento delle acque meteoriche e di
condensa........................................................................ »
8.3.2.7. Gestione e manutenzione periodica............................... »
Parte IV
METODI DI CALCOLO
Capitolo IX
De terminazione del fabbisogno di raffrescamen to
di Luca Raimondo
9.1. Il bilancio energetico dell’edificio ....................................................... »
9.1.1. Definizione generale ................................................................... »
9.1.2. Flussi di calore sensibile............................................................. »
9.1.2.1. Trasferimenti di calore per differenza di temperatura .. »
9.1.2.2. Apporti di calore ........................................................... »
9.2. Il fabbisogno di energia per il raffrescamento .................................. »
9.2.1. Definizione e particolarità del calcolo ........................................ »
9.3. Metodologia di calcolo ......................................................................... »
9.3.1. Lo Standard Europeo................................................................... »
9.3.1.1. Caratteristiche del metodo dinamico ............................ »
INDICE 11
9.3.1.2. Caratteristiche del metodo quasi statico ....................... Pag.
9.3.2. Strumenti automatici di calcolo................................................... »
9.3.2.1. Trnsys ........................................................................... »
9.3.2.2. WindChill ..................................................................... »
9.4. La norma UNI TS 11300...................................................................... »
Capitolo X
ri duzione del fabbisogno di raffrescamen to
da sc herma tura
di Luca Raimondo
10.1. Le prestazioni di un sistema di schermatura..................................... »
10.1.1. Il fattore di ombreggiamento per elementi esterni..................... »
10.1.2. La trasmittanza di energia solare totale per schermi paralleli al
vetro........................................................................................... »
10.1.2.1. Gli schermi esterni...................................................... »
10.1.2.2. Gli schermi interni...................................................... »
10.1.2.3. Gli schermi incorporati nel vetro................................ »
10.1.2.4. Il fattore di riduzione degli apporti solari per schermature
mobili.................................................................. »
Capitolo XI
Potenziale di raffrescamen to da ven tilazione
na turale con trolla ta
di Mario Grosso
11.1. D eterminazione della portata d’aria da VNC ................................... »
11.1.1. Velocità locale del vento ............................................................ »
11.1.2. Variazione di pressione ............................................................... »
11.1.2.1. Effetto del vento ......................................................... »
11.1.2.2. Effetto della differenza di temperatura ....................... »
11.1.3. Flusso d’aria attraverso chiusure permeabili .............................. »
11.1.4. Flussi d’aria passanti in ambiente termico monozona ................... »
11.1.4.1. Ventilazione passante da vento .................................. »
11.1.4.2. Ventilazione passante da gradiente termico .................. »
11.1.4.3. Ventilazione passante combinata vento-gradiente termico »
11.1.5. Flussi d’aria passante tra due zone termiche .............................. »
11.1.5.1. Flusso da gradiente termico ........................................ »
11.1.5.2. Flusso da vento .......................................................... »
11.1.5.3. Flusso combinato ........................................................ »
11.2. Metodo semplificato di dimensionamento delle aperture per la ventilazione
naturale controllata............................................................... »
12 INDICE
11.2.1. Requisito di ricambio per la qualità dell’aria...................................... Pag.
11.2.2. Requisito di ricambio per il raffrescamento dell’aria......................... »
11.2.3. Verifica del corretto dimensionamento delle aperture........................ »
Capitolo XII
Potenziali tà di raffrescamen to da scambio
evapora tivo dire tto
di Giacomo Chiesa
12.1. Introduzione.......................................................................................... »
12.1.1. Raffrescamento evaporativo - principio di funzionamento........ »
12.2. Sistemi evaporativi diretti a caduta d’aria......................................... »
12.3. Modelli semplificati di calcolo............................................................. »
12.3.1. Modelli empirici........................................................................ »
12.4. Integrazione architettonica.................................................................. »
Capitolo XIII
Potenziale di raffrescamen to
da scambia tore geo termico ad aria
di Luca Raimondo
13.1. Caratteristiche dello scambio termico aria-terreno ......................... »
13.2. T emperatura del terreno ..................................................................... »
13.3. Efficacia di scambio termico ............................................................... »
13.3.1. Definizione e parametri di riferimento ..................................... »
13.3.2. Procedura semplificata di calcolo ............................................. »
13.4. D eterminazione del potenziale di raffrescamento ............................ »
13.4.1. Generalità ................................................................................. »
13.4.2. Metodi di calcolo semplificato ................................................. »
13.4.2.1. Uno strumento di calcolo automatico: Gaea ........... »
13.4.2.2. Un metodo di calcolo manuale ................................. »
13.5. Monitoraggio di un caso studio .......................................................... »
13.5.1. Descrizione del caso studio ...................................................... »
13.5.2. Misurazioni ............................................................................... »
13.5.3. Risultati .................................................................................... »
13.5.3.1. Valutazione delle prestazioni dello scambiatore geotermico.......................................................................
»
13.5.3.2. Valutazione dell’efficacia di scambio ....................... »
13.5.3.3. Capacità termica del terreno e inerzia ...................... »
13.5.3.4. Modalità di funzionamento continuo ed intermittente.. »
INDICE 13
Parte V
esempi applica tivi e CASI STUDIO
Capitolo XIV
ESEMPI APPLICATIVI DI TECNICHE VNC CON RVA/RVS
di Mario Grosso
14.1. Edificio della Facoltà di Ingegneria di Leicester, UK ....................... Pag.
14.1.1. Caratteristiche localizzative e morfologiche ............................ »
14.1.2. Sistema VNC con RVA/RVS .................................................... »
14.2. Edificio residenziale a Mezzocammino, Roma .................................. »
14.2.1. Descrizione del progetto ........................................................... »
14.2.2. Sistema VNC con RVA/RVS .................................................... »
14.3. Concorso internazionale per la progettazione del Centro della promozione
della scienza a Belgrado ....................................................... »
14.3.1. Descrizione del progetto ........................................................... »
14.3.2. Sistema di ventilazione e raffrescamento ibrido con VNC ...... »
14.4. Concorso per la progettazione del recupero di un edificio industriale
ex bricchettificio, da destinare a uffici e servizi della società La Castelnuovese
a San Giovanni Valdarno (AR) ...................................... »
14.4.1. Descrizione del progetto ........................................................... »
14.4.2. Sistema ibrido con VNC/RVA e raffrescamento evaporativo ... »
14.5. Concorso di idee per la riqualificazione della piazza San Giorgio nel
Comune di Quartucciu (CA) .............................................................. »
14.5.1. Descrizione del progetto ........................................................... »
14.5.2. Sistema VNC/RVA .................................................................... »
Capitolo XV
Scuola secon daria di primo gra do “L. ORSINI”,
Imola (Bo)
di Mario Grosso
15.1. Localizzazione, dati climatici e metaprogettuali ............................... »
15.1.1. Localizzazione .......................................................................... »
15.1.2. Dati climatici ............................................................................ »
15.1.3. Dati metaprogettuali ................................................................. »
15.2. Caratteristiche progettuali architettoniche ....................................... »
15.3. Strategie di climatizzazione e analisi energetica ............................... »
15.3.1. Strategie complessive di climatizzazione e produzione energetica. »
15.3.2. Analisi energetica ..................................................................... »
15.3.2.1. Stima dei fabbisogni annuali ..................................... »
14 INDICE
15.3.2.2. Contributo dei sistemi ecocompatibili di climatizzazione.................................................................................
Pag.
15.3.2.3. Prestazioni energetico-ambientali ............................. »
15.4. Controllo solare .................................................................................... »
15.4.1. Strategie generali ...................................................................... »
15.4.2. Sistemi di schermatura.............................................................. »
15.4.3. Efficacia energetica dei sistemi di schermatura delle aule S-SO »
15.5. Sistema di raffrescamento ventilativo strutturale ............................ »
15.5.1. Descrizione del sistema ............................................................ »
15.5.2. Analisi fluidodinamica (di Marco Simonetti) ........................... »
15.5.2.1. Simulazione bidimensionale ..................................... »
15.5.2.2. Modello 2D delle tre aule .......................................... »
15.5.2.3. Modello 3D di un’aula tipo e segmento d’atrio connesso »
15.5.3. Analisi termica .......................................................................... »
15.5.3.1. Effetti energetici ........................................................ »
15.5.3.2. Effetti sulla temperatura dell’aria .............................. »
15.6. Sistema di raffrescamento ventilativo geotermico ............................ »
15.6.1. Descrizione del sistema ............................................................ »
15.6.2. Caratteristiche dimensionali e funzionali.................................. »
15.6.3. Caratteristiche fisiche e di posa in opera .................................. »
15.6.3.1. Materiali .................................................................... »
15.6.3.2. Filtraggio e drenaggio................................................ »
15.6.3.3. Posa in opera ............................................................. »
15.6.4. Analisi energetica ..................................................................... »
15.6.4.1. Simulazione con Gaea: dati di input ......................... »
15.6.4.2. Simulazione con Gaea: dati di output ....................... »
15.6.4.3. Prestazione energetica complessiva........................... »
15.7. Monitoraggio......................................................................................... »
15.7.1. Misure microclimatiche esterne ............................................... »
15.7.2. Monitoraggio della diffusione dell’aria nelle aule ................... »
15.7.3. Monitoraggio dei sistemi di raffrescamento ventilativo ...... »
15.7.3.1. Sistema di raffrescamento ventilativo strutturale ...... »
15.7.3.2. Sistema di raffrescamento ventilativo geotermico .... »
Bibliografia...................................................................................................... »
Nomenclatura ................................................................................................. »
Appendici ........................................................................................................ »
Indice analitico ............................................................................................... »