Analisi dinamica del comportamento dell’involucro edilizio in estate

Data l’elevata richiesta energetica globale correlata al settore delle costruzioni, l’interesse riguardo l’efficienza energetica degli edifici è in crescente aumento. Nell’Unione Europea circa il 40% dell’energia totale primaria è legata agli edifici, soprattutto per la ventilazione, il condizionamento dell’aria e il controllo dell’umidità. Pertanto il miglioramento delle prestazioni energetiche degli edifici è un elemento fondamentale, insieme alle misure necessarie per la riduzione del fabbisogno energetico totale e, conseguentemente, dell’impatto ambientale in termini di emissioni di gas serra e inquinamento dell’aria. In particolare, l’ottimizzazione delle prestazioni dell’involucro di un edificio gioca un ruolo chiave nella riduzione del fabbisogno complessivo energetico dal punto di vista termico, in quanto quest’ultimo è funzione di fattori quali l’isolamento termico e le caratteristiche di assorbimento solare dei componenti di involucro del fabbricato.

Le normative nazionali si concentrano principalmente sul consumo energetico per il riscaldamento invernale, portando all’utilizzo di un involucro iper-isolato come una barriera termica anche laddove il contesto climatico non lo richiede. Questa strategia ha causato l’aumento del fenomeno del surriscaldamento estivo e quindi una maggiore necessità di sistemi per il raffrescamento per la regolazione del comfort ambientale interno in estate. Negli ultimi decenni, anche nei climi considerati prevalentemente caldi, è aumentata la percentuale di energia richiesta per il raffrescamento rispetto al fabbisogno energetico netto, anche a seguito dell’aumento delle aspettative di comfort ambientale in regime estivo. In particolare, il problema del consumo energetico imputabile all’ambiente costruito è evidente in climi temperati, dove il carico di raffrescamento è rilevante tanto quanto quello di riscaldamento. Di conseguenza, i regolamenti Europei come le Direttive 2010/31/EU e 2012/27/EU hanno evidenziato l’importanza di considerare le specifiche condizioni climatiche sia interne che esterne nella valutazione dell’efficienza delle misure di risparmio energetico dell’edificio, migliorando la prestazione estiva. Inoltre, gran parte delle normative citate sottostimano l’inerzia termica degli edifici, poiché le analisi energetiche vengono effettuate attraverso metodi semi-stazionari e sotto condizioni stazionarie. 

Si rende quindi necessario l’utilizzo di strumenti di valutazione transitoria più complessi al fine di valutare in maniera dettagliata l’effetto delle diverse strategie attive e passive sul miglioramento del comfort termico interno e delle prestazioni energetiche, ad esempio utilizzando metodi di simulazione dinamica.

Tali strumenti di valutazione assumono un ruolo ancor più importante quando affiancati ad un’attenta analisi delle complesse proprietà termo-fisiche dei componenti opachi e trasparenti dell’involucro dell’edificio mediante un continuo monitoraggio dell’ambiente interno ed esterno in reali casi di studio. Sia le simulazioni dinamiche che i metodi di analisi diventano quindi necessari per qualificare e quantificare a fondo le prestazioni energetiche e termiche dei componenti dell’edificio.

Conformemente alla necessità di studiare il comportamento dei componenti dell’edificio e dei sistemi energetici attivi in condizioni dinamiche reali, nel corso degli ultimi decenni sono state sviluppate diverse ricerche che hanno avuto come oggetto lo studio sperimentale ed in ambienti di simulazione dinamica di edifici prototipo su scala reale.  A causa della loro relativa semplicità rispetto a una costruzione reale, i campioni di prova (piccoli edifici prototipo, test-cells, ecc.) hanno permesso un maggiore controllo dei parametri dinamici che influenzano le proprie prestazioni energetiche, portando a risultati più accurati. 

Infatti, i campioni sono costituiti da un ambiente avente dimensioni tipiche di una stanza, ben controllato e realistico, senza tener conto degli effetti dovuti agli occupanti, i quali rappresentano un importante fattore che influenza i requisiti energetici degli edifici. In questo panorama, un contributo chiave è rappresentato dal Progetto Europeo PASSYS (Passive Solar Components and Systems Testing) il cui scopo è stato la progettazione di edifici campione utile allo studio dell’efficienza energetica e dei sistemi solari passivi degli edifici.

Il campione è stato progettato in modo che tutti i muri siano il più possibile adiabatici, eccetto quello di prova. Diverse interessanti ricerche sono state sviluppate per proseguire i risultati ottenuti su questo argomento. In particolare, il PASSLINK Network ha sviluppato e migliorato metodi di prova e procedure di analisi per determinare le caratteristiche termiche e solari dei componenti dell’edificio in condizioni esterne dinamiche e reali.

Per effettuare un confronto tra le prestazioni delle tradizionali tecnologie di involucro degli edifici e quelle innovative, sono state utilizzati due edifici di prova a scala reale, uno progettato seguendo le tipiche pratiche costruttive italiane della muratura a doppia cassetta, e l’altro con quelle più recenti, ad esempio il cappotto esterno.

Tuttavia, questi edifici prototipo hanno esattamente la stessa geometria e uguali proprietà stazionarie dei sistemi di involucro e di HVAC. La caratteristica che differenzia gli edifici di prova rispetto a quelli simili utilizzati in altri campi è l’utilizzo di soluzioni stratigrafiche di involucro complete e con materiali realistici, quali laterizio, intonaco di cemento e gesso e calcestruzzo armato, al fine di rappresentare le tipiche configurazioni delle costruzioni esistenti. In questo modo, l’influenza delle proprietà dinamiche dei componenti dell’edificio, quali la riflettanza dell’involucro o l’inerzia termica, che sono frequentemente trascurati nelle normative per la progettazione edilizia in Italia, possono essere valutate. In particolare, lo scopo della ricerca è stato quello di confrontare proprio gli effetti di queste proprietà sul comfort termo-igrometrico degli edifici di prova nelle condizioni estive, attraverso un monitoraggio in continuo delle condizioni ambientali interne ed esterne, anche simulando le emissioni termiche degli occupanti, tipiche di ambienti residenziali od adibiti ad uso terziario.

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