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Schermature mobili: criticità dei requisiti minimi e calcolo del fattore di trasmissione solare

Un focus approfondito sulle criticità dei requisiti minimi richiesti per le schermature mobili e sul calcolo del fattore di trasmissione solare

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A cura di Alessandro Panzeri (Ricerca e Sviluppo Anit) e Daniela Petrone (Vice Presidente Anit)

Il D.M. 26 giugno 2015 ha introdotto requisiti minimi più restrittivi sulla progettazione delle chiusure trasparenti per gli edifici di nuova costruzione, per interventi di ristrutturazione importante e per gli interventi di riqualificazione energetica su edifici esistenti. Trascurando le difficoltà legate all’individuazione dell’ambito di applicazione e alla rappresentatività o meno del modello di calcolo semistazionario per il fabbisogno energetico per il raffrescamento delle zone termiche, il presente articolo ha un doppio scopo evidenziare da una parte le criticità legate al soddisfacimento dei nuovi requisiti e dall’altro indicare le possibilità di calcolo per il rispetto di tali requisiti.

La prima parte di questo focus è un approfondimento del tema “chiusura trasparente – schermatura mobile – sistema oscurante” alla luce proprio del recente decreto. La seconda parte è dedicata all’approfondimento dell’equazioni che propongono metodi di valutazione del fattore di trasmissione solare ggl+sh in riferimento alla normativa tecnica: UNI TS 11300-1 e UN EN 13363 (norme richiamate direttamente nell’Allegato del D.M. 26 giugno 2015).
Si propone infatti una sintesi che individui quando sono presenti i requisiti e come si realizzano i calcoli che possa servire al professionisti per la parte di chiusure trasparenti.

Parte 1. I requisiti minimi delle chiusure trasparenti nel D.M. 26 giugno 2015
L’immagine 1 sintetizza con il linguaggio della guida ANIT distribuita agli associati (scaricabile dal sito dalla sezione GUIDE ANIT) gli ambiti di applicazione del D.M. (le icone degli edifici) e i requisiti in cui è richiesta la padronanza della valutazione delle chiusure trasparenti e della loro schermabilità.

IMMAGINE 1

quadro sinottico requisiti minimi per le chiusure trasparenti in relazione alla guida Anit

Requisito A: indici di prestazione energetica
Il D.M. 26 giugno 2015 nel caso di nuova costruzione, demolizione e ricostruzione, ampliamento volumetrico di una certa entità con nuovo impianto e ristrutturazione importante di primo livello chiede di verificare che gli indici di prestazione energetica dell’edificio siano inferiori ai valori limite di legge calcolati con il metodo dell’edificio di riferimento. Nello specifico:
1. EPH,nd < EPH,nd,limite
2. EPC,nd < EPC,nd,limite
3. EPgl,tot < EPgl,tot,limite
Dove:
EPH,nd: è l’indice di prestazione termica utile per il riscaldamento [kWh/m2]
EPC,nd: è l’indice di prestazione termica utile per il raffrescamento [kWh/m2]
EPgl,tot: è l’indice di prestazione energetica globale dell’edificio totale (ovvero sia rinnovabile che non rinnovabile) [kWh/m2]

I primi due indici si valutano sul fabbisogno energetico utile del solo involucro e per il loro calcolo si utilizza la norma UNI TS 11300-1 che considera nei guadagni solari le dimensioni del vano del serramento, l’esposizione, gli ombreggiamenti esterni fissi, il fattore telaio e il fattore di trasmissione solare globale della parte vetrata ggl.

La parte di schermatura mobile si può calcolare in accordo con una tabella semplificata della norma oppure con le valutazioni più dettagliate della norma dedicata alle schermature mobili: UNI EN 13363 1 o 2. Nel metodo di calcolo della norma UNI TS 11300-1 è rilevante segnalare che il guadagno solare dipende in ogni mese dal coefficiente ggl e dal coefficiente ggl+sh che vengono pesati rispetto a una frazione di tempo di utilizzo che dipende dal mese e dall’esposizione. Il coefficiente ggl+sh è quindi indicativo del comportamento dell’insieme “parte vetrata + schermatura mobile” in utilizzo. Il rispetto dei requisiti di indice di fabbisogno è legato alla progettazione di un edificio che sia almeno di pari efficienza di quello di riferimento. L’attuale modello di calcolo prevede che la leva per il rispetto del requisito sia di tenere sotto controllo nelle superfici trasparenti oggetto di irraggiamento solare il parametro di riferimento di ggl+sh = 0.35.

Requisiti H: l’area solare equivalente estiva
Sempre nel caso di nuova costruzione, demolizione e ricostruzione, ampliamento volumetrico di una certa entità con nuovo impianto e ristrutturazione importante di primo livello, il Decreto chiede di verificare anche ulteriori parametri di progettazione e controllo della radiazione solare estiva. Nello specifico è richiesta la verifica dell’Area solare equivalente estiva.
Il requisito di area solare equivalente introduce una prescrizione ben definita ( non più rapportato all’edificio di riferimento) con l’obiettivo di guidare il progettista verso una attenzione mirata e oculata nella progettazione dell’involucro in modo da mettere in campo tutte quelle strategie progettuali atte a ridurre la richiesta di energia nei mesi estivi.
Ridurre la necessità di climatizzare vuol dire evitare l’ingresso della radiazione solare diretta estiva all’interno degli ambienti, da una parte riducendo le dimensioni delle aperture, compatibilmente con le necessità legate anche alle altre norme vigenti, dall’altra ricorrendo alle schermature mobili.
Il parametro limite è un numero che si calcola come rapporto tra l’area solare equivalente estiva Asol,est e la superficie utile Asup utile dell’edificio di progetto.
Il limite dipende dalla destinazione d’uso dell’edificio:
– per il residenziale Asol,est/Asup utile < 0.030
– per gli altri edifici Asol,est/Asup utile < 0.040

formula 1

dove:
Fsh,ob è il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni riferito al mese di luglio (mese di massimo soleggiamento)
ggl+sh è la trasmittanza di energia solare totale della finestra quando la schermatura è utilizzata
FF è il fattore telaio
Aw,p è l’area del vano finestra [m2]
Fsol,est è il fattore di correzione per l’irraggiamento incidente, ricavato come rapporto tra l’irradianza media del mese di luglio e l’irradianza media annuale sul piano orizzontale riferita alla località di Roma

Il parametro di area solare equivalente è strutturato per avere diverse leve di ombreggiamento. Si può esprimere in estrema sintesi, che più area vetrata ho, maggiore è la necessità di oscurarla e ombreggiarla con tutti i parametri che ho a disposizione: schermature fisse, mobili, trattamento del vetro.

Requisito I: efficacia delle chiusure trasparenti
In caso di sostituzione dei componenti finestrati, il D.M. 26 giugno 2015 prevede, sia che l’intervento ricada nell’ambito di applicazione della ristrutturazione importante di secondo livello sia nell’ambito della riqualificazione energetica, le seguenti verifiche e pratiche:
1. verifica della trasmittanza limite in base alla tabella 4 app. A
2. verifica del fattore di trasmissione solare ggl+sh per componenti finestrati con orientamento da Est a Ovest passando per Sud (tabella 6 app. A)
3. al punto 2.2 comma 1 delle predette prescrizioni generali si stabilisce che, anche in caso di interventi definiti come riqualificazioni energetiche, va redatta la relazione tecnica di progetto con riferimento alle parti su cui si è intervenuto.

E’ proprio il caso della sola sostituzione dei componenti finestrati che pone una serie di dubbi interpretativi relativi alle prescrizioni minime in materia di efficienza energetica al fine di una corretta applicabilità dei requisiti stessi.
In merito al il punto relativo al fattore ggl+sh, è importante evidenziare che al professionista è chiesto di verificare un parametro che non comprende il contributo di ombreggiamenti fissi o di sistemi oscuranti ma dipende dal fattore solare del vetro con il contributo delle schermature mobili. Il progettista dovrebbe quindi certificare la presenza di schermi che, sulla base dei riferimenti normativi, potrebbero essere anche delle tende interne scelte dell’utente finale.
Il valore minimo previsto dal decreto di ggl+sh pari almeno a 0,35 richiede obbligatoriamente la presenza e installazione di schermature necessariamente mobili in modo da ottimizzare gli apporti invernali ed estivi e garantire un buon livello di illuminazione naturale ma solleva un problema pratico legato alla prassi edilizia. L’intervento di sola sostituzione degli infissi ricade spesso nel caso di edilizia libera per cui si crea un rapporto diretto di vendita tra privato e serramentista senza la figura intermedia del tecnico pertanto poiché la valutazione del fattore solare vetro+schermo richiede un calcolo non immediato, potrebbe essere disattesa dai più.

Infatti la criticità riguarda:
– il professionista che deve certificare qualcosa di cui non è certo ( presenza di schermature)
– il produttore di serramenti che non potrebbe vendere singolarmente il suo prodotto se non associato a qualcuno che propone schermature
– l’utente finale che si trova a dover fare un lavoro ulteriore non previsto e che solitamente si occupa di schermare dall’irraggiamento solare estivo in modo autonomo
Si sottolinea che tale indicazione incide anche nella pura sostituzione del vetro.

Per il punto 3 essendo la sola sostituzione di infissi normalmente considerata manutenzione ordinaria (meno frequentemente come manutenzione straordinaria) rientra quindi in quelle attività di edilizia libera non soggetta a particolari obblighi di comunicazione al Comune. In questo caso quindi la stesura di una relazione tecnica sarebbe solo una carta protocollata senza nessuna valenza specifica. Ma soprattutto tale relazione, che va eseguita da un tecnico abilitato, potrebbe avere un costo superiore all’intervento stesso disincentivando così la sua esecuzione. Inoltre anche per le detrazioni fiscali del 65% non viene ad oggi richiesta nessuna pratica comunale ma basta l’attestazione del produttore o di un tecnico che accerti il rispetto dei requisiti minimi.

Parte 2. Calcolo secondo UNI TS 11300-1
Si richiama la parte di calcolo del componente finestrato per valutare l’area di captazione che è pari a :

formula 2

dove:
Fsh.gl è il fattore di riduzione relativo alle schermature mobili
ggl è la trasmittanza di energia solare della parte trasparente del componente
1- FF è il fattore di riduzione dovuto al telaio dato dal rapporto tra l’area proiettata del telaio e l’area complessiva del componente (di default pari a 0.8)
Aw.p è l’area proiettata totale del componente finestrato (area del vano finestra)

Parte 2. Calcolo

Fattore telaio FF
Il fattore di correzione dovuto al telaio è pari al rapporto tra l’area trasparente e l’area proiettata totale del componente finestrato. In assenza di dati è possibile assumere il valore convenzionale pari a 0.8.

Trasmittanza solare totale degli elementi vetrati ggl
Il valore da attribuire alla parti vetrate trasparenti è dato dal prodotto del valore di trasmittanza di energia solare totale per incidenza normale ggl.n e il fattore di esposizione Fw che tiene conto dell’angolo di incidenza della radiazione e dipende dal mese e dal tipo di stratigrafia della parte vetrata (vetro singolo, doppio o triplo). Rispetto alla versione precedente il calcolo è stato quindi reso più raffinato poiché prima era presente un solo valore medio stagionale pari a 0.9. Segue un estratto del prospetto 20 della norma.

Fattore di esposizione Fw per vetro doppio
Mese S E/O N Orizz.
Gen 0.978 0.861 0.901 0.812
Feb 0.950 0.890 0.901 0.851
Mar 0.897 0.904 0.901 0.895
Apr 0.833 0.912 0.890 0.923

Tabella 1. Estratto della tabella con fattori di esposizione Fw. [Fonte: UNI/TS 11300–1, paragrafo 14.3.1, prospetto 20]

I valori ggl.n possono essere determinati in accordo con la norma UNI EN 410 o si può usare il seguente prospetto:

Trasmittanza solare ggl.n di alcuni tipi di vetro
Tipo di vetro ggl.n
Vetro singolo 0.85
Doppio vetro normale 0.75
Doppio vetro con rivestimento basso emissivo 0.67
Triplo vetro normale 0.70
Triplo vetro con rivestimento basso emissivo 0.50
Doppia finestra 0.75

Tabella 2. Valori di trasmittanza di energia solare totale ggl.n proposti dalla norma. [Fonte: UNI/TS 11300-1, appendice B, prospetto B.5]

Effetto delle schermature mobili ggl+sh/ggl
Per il calcolo dell’effetto delle schermature mobili nei casi di calcolo previsti per le UNI TS 11300-1 le schermature sono applicate in modo solidale con l’involucro edilizio e non liberamente smontabili e montabili dall’utente. Il calcolo, in assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, può essere fatto in accordo con le UNI EN 13363-1 e 2 o, se applicabile, con il prospetto B 6 riportato di seguito. Il fattore dovuto a tendaggi è dato dal rapporto tra l’energia solare media entrante all’interno dell’edificio in presenza di tendaggi e quella che potrebbe entrare in assenza di esse.

tabella 3

Tabella 3. Valori del coefficiente di riduzione dovuto al tendaggio installato all’interno o all’esterno della finestra. [Fonte: UNI/TS 11300–1, appendice B, prospetto B.6]

Gestione delle schermature mobile e fattore di riduzione Fsh.gl
Il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all’utilizzo di schermature mobili è ricavato dalla seguente espressione:

formula 3

dove:
ggl è la trasmittanza di energia solare totale quando la schermatura non è utilizzata
ggl+sh è la trasmittanza di energia solare totale quando la schermatura è utilizzata
fsh.with è la frazione di tempo in cui la schermatura solare è utilizzata pesata sull’irraggiamento solare incidente; dipende dal clima. dalla stagione e dall’esposizione come da tabella seguente

Frazioni di tempo per le schermature mobili fsh.with
Mese Nord Est Sud Nord
1 0.00 0.52 0.81 0.39
2 0.00 0.48 0.82 0.55
3 0.00 0.66 0.81 0.63
4 0.00 0.71 0.74 0.62
5 0.00 0.71 0.62 0.64
6 0.00 0.75 0.56 0.68
7 0.00 0.74 0.62 0.73
8 0.00 0.75 0.76 0.72
9 0.00 0.73 0.82 0.67
10 0.00 0.72 0.86 0.60
11 0.00 0.62 0.84 0.30
12 0.00 0.50 0.86 0.42

Tabella 4. Valori della frazione di tempo per le schermature mobili. [Fonte: UNI/TS 11300].

Calcolo secondo UNI EN 13363-1
Lo scopo della norma è di valutare con metodo semplificato la trasmittanza solare e luminosa dei dispositivi di protezione solare in combinazione con vetrate. Come si evince dal metodo di calcolo non è necessario ricadere nelle “definizioni” del prospetto B.6 per eseguire una valutazione.
I casi di calcolo semplificati previsti sono quelli indicati in figura ovvero per tipologie di protezione solare parallele alla parte vetrata e con posizione rispetto alla parte vetrata esterna, interna e tra parti vetrate.

CALCOLO 1

CALCOLO 2

CALCOLO 3

Dati in ingresso necessari:
– trasmittanza termica della parte vetrata Uw
– trasmittanza solare globale della parte vetrata ggl
– trasmittanza e riflessione luminosa del dispositivo di protezione
Dati in uscita:
– trasmittanza solare globale della parte vetrata con dispositivo di protezione in uso ggl+sh
E’ possibile stimare i valori indicati nelle tabelle anche per dispositivi orientati a 45°C variando i valori in accordo con un’equazione presente nella norma.

tabella 5

Tabella 5. Valori di riferimento della parti vetrate. [Fonte: UNI EN 13363-1, allegato A]

tabella 6

Tabella 6. Valori di riferimento dei dispositivi di protezione. [Fonte: UNI EN 13363-1, allegato A]

I risultati sono generalmente prudenziali ai fini dei calcoli del fabbisogno di raffrescamento e quindi sottostimano l’efficacia della schermatura.
Delle tre situazioni descritti si riporta l’esempio dell’equazione semplificata della protezione posta all’esterno:
Esempio di calcolo di equazione per il calcolo di ggl+sh =

formula 4

dove:
gt è la trasmittanza di energia solare totale quando la schermatura è utilizzata
τe,B è la trasmittanza di energia solare della protezione in utilizzo
g è la trasmittanza solare della parte vetrata sull’irraggiamento solare incidente; dipende dal clima. dalla stagione e dall’esposizione come da tabella seguente
ɑe,B 1- τe,B – ρe,B
G1 5 W/m2K
G2 10 W/m2K

formula 5

Segue un esempio di calcolo completo di tapparella:

 

Calcolo 4

formula 6

Esempio di calcolo con doppio vetro non basso emissivo e con tapparella esterna non completamente chiusa

Esempio di calcolo

E’ possibile quindi valutare conoscendo le caratteristiche della schermatura e della parte vetrata il fattore di ggl+sh.

Calcolo secondo ALLEGATO H – Regione Lombardia
Oltre alla procedure semplificata delle UNI TS 11300 e al metodo semplificato della UNI EN 13363-1 si segnala che la regione Lombardia ha implementato un metodo di valutazione simile a quello della UNI EN 13363-1. Al punto 3.3.8. della procedura lombarda infatti gli apporti solari mensili attraverso le strutture trasparenti esterne sono valutati con delle correzioni simili.
Il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all’utilizzo di schermature mobili o fisse complanari al serramento, si calcola secondo:

formula 7

con

formula 8

Corrispondenza regione Lombardia calcolo UNI TS 11300-1

tabella 7

Tabella 7. Riferimenti e denominazione dei parametri nel metodo di calcolo delle UNI TS e di quello della regione Lombardia

tabella 8

Tabella 8. Fattori di peso dell’irraggiamento diretto sul totale fb

 

Rispetto ai calcoli nazionali e alle casistiche della norma UNI EN 13363-1 la regione Lombardia divide il contributo dell’energia diretta e dell’energia diffusa.

La regione Lombardia quindi richiama esplicitamente l’applicazione di elementi schermanti disposti sul piano parallelo a quello del sistema trasparente e del seguente tipo:
– tende avvolgibili
– tende veneziane
– persiane
– frangisole a lamelle orizzontali o verticali
– tapparelle

Calcolo secondo UNI EN 13363-2
Ultima possibilità normativa è offerta del metodo dettagliato della norma UNI EN 13363-2. Lo scopo della norma è di valutare con metodo dettagliato la trasmittanza solare e altri parametri ottici dei dispositivi di protezione solare in combinazione con vetrate. Il metodo è valido per tutti i dispositivi di protezione solare paralleli alle vetrate, quali tende a bande, veneziane, persiane avvolgibili.

Per quali tipologie di protezioni?
– protezioni parallele alla parte vetrata
Posizione della protezione?
– all’esterno
– all’interno
– tra le parti vetrate
L’intercapedine d’aria tra la protezione e la lastra vetrata è ventilata?
– può essere valutata per ogni posizioni dell’intercapedine

I principi del modello di calcolo sono di descrivere l’insieme di vetrata e protezione solare come una successione di strati omogenei costituiti da strati omogenei e da intercapedini d’aria attraversati da un flusso di calore caratterizzato dalla modalità di trasmissione del calore per irraggiamento e convezione. Gli strati solidi sono infatti ipotizzati costituita da una resistenza termica trascurabile. Nei casi di ventilazione dell’intercapedine il metodo di calcolo si riconduce ad un flusso monodimensionale.

CALCOLO 5

Conclusioni
La valutazione estiva del comportamento delle chiusure trasparenti è oggetto di approfondimento a seguito della pubblicazione del D.M. 26 giugno 2015. Occuparsi del surriscaldamento estivo degli ambienti affrontando il tema della schermatura delle parti trasparenti appare ragionevole. I modelli di calcolo esistenti sono sufficientemente dettagliati per affrontare molte casistiche base. ANIT ha sviluppato un applicativo, APOLLO 1.0, dedicato alla valutazione dei componenti trasparenti con implementata la parte di valutazione semplificata delle UNI TS 11300-1 e con il metodo proposto dalla UNI EN 13363-1. La versione futura di APOLLO affronterà anche il calcolo descritto dalla parte 2.

Per informazioni, visita il sito Anit.

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