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Efficienza energetica dell段nvolucro edilizio trasparente

Le superfici trasparenti dell段nvolucro edilizio per il comfort microclimatico e per il bilancio energetico degli edifici

Le superfici trasparenti dell'involucro edilizio costituiscono un elemento critico per il comfort microclimatico e per il bilancio energetico degli edifici. Le aree vetrate, da un lato, devono garantire il contatto con l'esterno e l'ingresso della radiazione solare mentre, dall'altro, devono costituire una barriera termica e acustica, garantire la sicurezza delle persone, la manutenibilità e la durabilità del componente tecnologico. Il contatto tra ambiente interno ed esterno, infatti, è necessario per assicurare i corretti ricambi d'aria e per migliorare il comfort olfattivo degli utenti.
La visione dell'esterno e la presenza di illuminazione naturale, invece, sono psicologicamente importanti per migliorare il benessere visivo, la produttività e l'umore degli individui, oltre che per favorire il risparmio energetico attribuibile agli impianti di illuminazione. È necessario, però, evitare i fenomeni di abbagliamento diretto o riflesso degli occupanti dovuti alla penetrazione incontrollata della radiazione solare. Pertanto, è importante scegliere i sistemi di vetratura più appropriati per il contesto climatico in cui devono essere inseriti e per i compiti che devono svolgere.
In sostanza, l'involucro vetrato deve assicurare:
• Resistenza e sicurezza;
• Comfort visivo, termoigrometrico e acustico per gli occupanti;
• Razionalizzazione del bilancio energetico dell'edificio (riduzione delle dispersioni termiche invernali e dei surriscaldamenti estivi);
• Nuove funzionalità di auto-pulizia, privacy, produzione di energia.
 
Il "vetro float" è un materiale fragile, facilmente danneggiabile in superficie, limitatamente resistente agli sforzi e ai fenomeni di fatica. La rottura avviene in modo istantaneo e senza alcun preavviso e i bordi delle superfici di frattura sono taglienti e pericolosi. I vetri di nuova generazione sono stati realizzati per supplire a tutte le problematiche del materiale tradizionale, che si caratterizza per prestazioni di resistenza meccanica e chimica, termiche e di controllo solare piuttosto contenute.
 
Vetro trasparente di tipo float


Per migliorare la resistenza del vetro float sono stati attuati dei processi di rinforzo del materiale che hanno portato alla produzione dei vetri di sicurezza caratterizzati dall'elevata resistenza agli urti e all'assenza di spigoli vivi anche in seguito a fenomeni di rottura. Tali vetri sono prodotti mediante processi di stratificazione o di tempera.
I "vetri stratificati", detti anche "vetri laminati", si ottengono intercalando un foglio di polivinilbutirrale (PVB) che incolla le lastre a caldo e sotto pressione. Il comportamento flessionale varia con la durata dei carichi: per sollecitazioni brevi gli strati di PVB sono rigidi rispetto alla deformazione a taglio mentre, per carichi più lunghi, occorre considerare le singole lastre che lavorano in parallelo.
Appartengono a questa categoria anche i "vetri infrangibili, armati, retinati, antinfortunio, antivandalismo e antiproiettile" che si ottengono combinando strati alternati di vetro caratterizzato da una buona resistenza termica, di policarbonato a elevata tenacità e di resina poliuretanica.
I "vetri temperati", invece, subiscono un processo di tempera di tipo termico o chimico che migliora la resistenza della lastra tramite l'inserimento di uno strato di precompressione superficiale.
Dal punto di vista del comfort ambientale e della razionalizzazione energetica, l'innovazione nel settore vetrario si muove verso due strade principali. Da un lato, si producono sistemi caratterizzati da prestazioni termiche sempre più elevate e prossime a quelle dell'involucro opaco mentre, dall'altro, si studiano vetri capaci di adattarsi alle mutevoli esigenze di comfort dell'utente, di variazione delle caratteristiche climatiche dell'ambiente esterno e di soddisfazione estetica.
Per migliorare le prestazioni termiche del vetro float sono stati introdotti i "vetri basso emissivi", costituiti da un vetro float sul quale viene applicato un trattamento specifico per aumentare l'emissività normale del materiale, al fine di ridurre le dispersioni per irraggiamento.
 
 
Schema di funzionamento di un vetro basso emissivo per il controllo della dispersione di calore dell'edificio (© Arianna Palano)
 

 
Con i coating si possono raggiungere valori di emissività di 0.2 (hard coating) o 0.01 (soft coating), contro l'emissività normale del vetro che è pari a 0.89. Pertanto, il deposito basso emissivo consente di mantenere un'alta trasmissione luminosa e, contemporaneamente, di far riflettere il calore verso l'ambiente interno. Per avere una buona prestazione energetica, il vetro basso emissivo deve essere realizzato all'interno di un vetrocamera, accoppiato con un vetro float o di altro tipo.
 
Dettaglio di una doppia vetrazione con vetro basso emissivo e intercapedine riempita con argon 
 
 
 
Il valore di trasmittanza termica, ovviamente, non dipende dalla posizione del deposito, ma dallo spessore del vetro e dell'intercapedine, dalle caratteristiche del coating e dal materiale di riempimento della camera ventilata. Il vetro è adatto per i climi freddi e temperati. Nel primo caso può essere utilizzato come doppio o come triplo vetro, in base alle prestazioni di efficienza energetica che si vogliono ottenere. Nei climi temperati, la vetrata è particolarmente indicata per le esposizioni a nord dove può essere utilizzata anche senza i sistemi di schermatura solare per ridurre il guadagno gratuito nella stagione estiva.
Per garantire buone prestazioni di controllo solare, sono stati introdotti i "vetri a controllo solare" che selezionano la radiazione visibile e schermano quella ultravioletta, grazie all'introduzione di un particolare deposito metallico che riduce notevolmente l'ingresso della radiazione solare esterna.
 
Schema di funzionamento di un vetro riflettente a controllo solare per il controllo della radiazione solare entrante nell'edificio (© Arianna Palano)


 
Il controllo solare assume un ruolo di primaria importanza per il risparmio energetico nei climi caldi e temperati, in quanto consente di limitare gli apporti solari gratuiti, specialmente nella stagione estiva, abbassando notevolmente i costi di condizionamento e migliorando il comfort e la vivibilità degli ambienti.
 
Vetrazione realizzata con un vetro riflettente a controllo solare di tipo magnetronico  

 
Infine, i "vetri selettivi" uniscono le prestazioni di controllo termico, luminoso e solare; si caratterizzano infatti per l'elevata trasmissione luminosa, il limitato apporto solare e i bassi valori di emissività. Sono ottenuti mediante deposizione catodica sottovuoto di più strati di metalli nobili su un vetro float o colorato in pasta. Sono particolarmente adatti per gli edifici collocati in aree climatiche caratterizzate da condizioni variabili in estate e in inverno.
 
Schema di funzionamento di un vetro selettivo a controllo solare che regola le dispersioni termiche e la captazione del calore attraverso l'involucro vetrato (© Arianna Palano)

 
Questi materiali sono ormai noti e diffusi sul mercato nazionale, grazie al costo abbastanza contenuto, alle prestazioni controllate, alle possibilità di lavorazione con processi di taglio, tempera e molatura.
Parallelamente, si stanno diffondendo sul mercato sistemi più innovativi che si adattano alle esigenze di comfort, di regolazione climatica, di pulizia e di produzione energetica.
I "vetri autopulenti" hanno lo strato superficiale trattato con un processo "fotocatalitico" che si attiva in presenza di raggi ultravioletti, decomponendo e sciogliendo lo sporco organico. La pioggia o l'acqua, entrando in contatto con la superficie del vetro, si diffondono in modo uniforme e scivolano via portando con sé le particelle di sporco. Il vetro può essere assemblato in vetrata isolante e le sue proprietà meccaniche, termiche e acustiche sono identiche a quelle di un vetro classico. Nuova frontiera dell'innovazione in questo ambito, sono i "vetri anti-batterici" che bloccano la proliferazione superficiale di funghi e batteri. L'azione antibatterica si basa sulle proprietà dell'argento: gli ioni bloccano il metabolismo e la proliferazione dei batteri, determinandone la distruzione. Il sistema può essere utilizzato per tutti i tipi di superfici: dalle vetrate ai rivestimenti murali, agli specchi.
 
I vetri a produzione energetica si dividono in vetri fotovoltaici, termici e luminosi.
I "vetri fotovoltaici" sono costituiti da due strati nei quali è inserito un film fotovoltaico composto da moduli quadrati o rettangolari, collegati tra loro attraverso un circuito elettrico.
 
Vetro fotovoltaico inserito in una doppia vetrata trasparente

 
L'efficienza del sistema dipende dal tipo di celle fotovoltaiche (che possono essere di tipo monocristallino, policristallino o amorfo), dalla conformazione e dalla densità di copertura del pannello. I moduli monocristallini hanno un'efficienza attorno al 16÷18 %, i policristallini del 14÷16 % e l'amorfo al 5÷7 %. I vetri fotovoltaici sono utilizzati per applicazioni speciali, specialmente in coperture e facciate caratterizzate da una forte immagine architettonica, oppure nei sistemi di schermatura solare orientabili per la produzione dell'energia elettrica necessaria al funzionamento del sistema.  
 
Vetro fotovoltaico  


I "vetri riscaldanti" sono costituiti da un doppio vetro con interposte due pellicole di PVB che contengono dei fili elettrici per la produzione di energia termica. Il materiale è adatto quando vi è una forte umidità relativa nell'ambiente e differenze termiche elevate tra le due facce del vetro, in quanto mantiene la temperatura costante ed elimina la condensa, il vapore, la brina e la neve. Le applicazioni possono riguardare le serre, i giardini d'inverno, le piscine, gli acquari e le coperture vetrate.
Infine, i "vetri luminosi a LED" sono vetri con integrati con delle sorgenti luminose a LED che illuminano l'ambiente interno in modo dinamico.
 
Facciata mediatica "Spots" progettata da realities:united con vetro luminoso (© Aleix Baguè) 

 
 
Dettaglio del mattone di vetro con LED (documentazione Ningbo Yuanhe Trader)


 
I "pannelli ad emissione luminosa", invece, sono costituiti da una stratigrafia complessa di vetri temperati, layer conduttivi trasparenti, gas xenon e neon e vetri con fosforo che permettono di creare un vetro luminoso, adatto per gli ambienti interni e per l'arredamento.
Infine, i vetri possono essere assemblati tra loro per ottenere prestazioni energetiche molto elevate. È il caso dei "vetri sotto-vuoto" che sono costituiti da due lastre di vetro ermeticamente sigillate, separate da un'intercapedine d'aria aspirata che determina una forte diminuzione della conducibilità termica.
 
Dettaglio di un vetro sotto-vuoto

 
I sistemi commerciali sono costituiti da due lastre di vetro basso emissivo, sigillate in modo ermetico sul perimetro e separate da uno spazio evacuato. Questa conformazione impone sforzi meccanici molto elevati dovuti alla pressione atmosferica: per evitare che le lastre collassino l'una sull'altra, a causa della depressione interna, prima dell'assemblaggio è necessario inserire dei sistemi distanziatori cilindrici di separazione. La trasmittanza di una finestra sottovuoto realizzata con vetri basso emissivi, infatti, è pari a 0.6-0.8 W/m2K. L'utilizzo di vetri sotto-vuoto è adatto principalmente ai climi freddi e alle Passive House, dove sono richieste prestazioni di trasmittanza termica ridotta. 
 
 
 

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