Il risparmio energetico

Gli efficaci strumenti normativi introdotti dalle politiche comunitarie in materia di risparmio energetico, di rispetto dell’ambiente e di comfort in edilizia, interessano in modo importante e diretto il vetro piano, elemento base nella realizzazione dei serramenti, e le lane di vetro per l’isolamento delle superfici opache degli edifici stessi.

Gli obiettivi di efficienza energetica in edilizia che il nostro Paese si è impegnato a raggiungere, anche nel rispetto del protocollo di Kyoto, sono perseguibili percorrendo sostanzialmente e contemporaneamente due differenti strade: a) costruire i nuovi edifici ad alta efficienza energetica, b) intervenire sul parco esistente per migliorarne le prestazioni.

Nel primo caso l’applicazione di vetrazioni ad alta efficienza energetica ed il ricorso ad un mirato isolamento delle superfici opache degli edifici, mediante materiali ad alta prestazione quali, appunto, le lane di vetro, rappresentano ormai lo standard per un’edilizia orientata verso il risparmio energetico e per una politica ambientale seria e lungimirante.

Nel secondo caso, l’applicazione di vetrazioni ad alta efficienza energetica, rappresentano di fatto un punto irrinunciabile, una tappa obbligatoria, senza la quale risulta pressoché impossibile, salvo rare eccezioni, raggiungere i valori del coefficiente EP imposti dai decreti 192/05 e 311/06.

È inutile soffermarsi su valutazioni ed analisi di carattere scientifico e tecnico circa l’opportunità e l’efficacia dell’isolamento degli edifici; le indagini tramite termografia ad infrarosso da tempo ci aiutano a valutare concretamente l’ammontare dell’energia dispersa attraverso i serramenti che montano vetri singoli, o vetrate isolanti dalle prestazioni scadenti e ad apprezzare il grado di isolamento nei casi in cui vengano invece montate vetrate isolanti, con rapporti di efficienza che normalmente arrivano a valori di 6:1.

Il ruolo del progettista risulta quindi determinante, sia nella definizione delle soluzioni strutturali, sia nella scelta dei vari materiali, e dei vari elementi dell’edificio che devono integrarsi e convergere verso i risultati energeticamente ottimali.

Va dato atto che le competenze e le conoscenze tecniche maturate dal professionista sono ampie e di alto profilo e che l’approccio progettuale va sempre più al di là del dimensionamento strutturale e statico. Il professionista è ben consapevole, infatti, che deve tener ben presente nella progettazione la riduzione dei consumi energetici (riscaldamento; condizionamento; illuminazione; ventilazione), le condizioni ottimali di comfort (termico, estivo ed invernale; visivo; acustico); l’aspetto estetico (trasparenza; “relazione” con l’esterno; migliore uso della superficie) e gli altri elementi che qualificano l’edificio (durabilità; manutenzione; eco-compatibilità; ecc.).

I prodotti vetrari per serramenti o per facciate strutturali e gli aspetti a questi correlati sono: la vetrata isolante, vetrata isolante con coating, vetri a controllo solare, il Marchio UNI, il comfort termico, l’influenza del telaio.

La vetrata isolante

Le alte prestazioni del vetrata isolante, che ormai vengono facilmente raggiunte e garantite, si devono a diversi fattori, che concorrono contestualmente alla qualità ed all’efficienza del prodotto finale.

Per una maggiore comprensione dell’elemento prestativo, può essere utile ricordare come sia formata una vetrata isolante, la quale sostanzialmente è un sistema costituito da due lastre di vetro distanziate da un canalino metallico contenente una sostanza disidratante (la zeolite), e accoppiate ermeticamente per mezzo di una doppia sigillatura ottenuta tramite butile.

Anche il contributo del gas introdotto nell’intercapedine è importante, non solo per la sua ridotta conducibilità termica rispetto al vetro, ma anche perché le forze viscose del gas di riempimento impediscono l’innesco dei moti di convezione naturale all’interno dell’intercapedine, riducendo così la quantità di energia trasmessa, attraverso il sistema vetrato, dall’ambiente confinato verso l’esterno.

Vetrata isolante con coating

Il coating è il frutto della costante ricerca scientifica sviluppata dalle Aziende produttrici del vetro piano al fine di poter garantire prestazioni migliori, più durature ed affidabili.

Un vetro coatizzato (o rivestito) è quindi un vetro che presenta una faccia opportunamente trattata per ottenere da essa una riflessione selettiva specifica, in relazione all’obiettivo di isolamento prefissato in sede progettuale.

I metodi di applicazione del deposito sul vetro vengono distinti in pirolitico e magnetronico.

Il trattamento per pirolisi (coating pirolitico), prevede l’applicazione del deposito di ossidi direttamente lungo la linea di produzione della lastra. Con questa tecnologia gli ossidi metallici vengono fusi ed inglobati nella superficie della lastra di vetro attribuendo al deposito una certa resistenza verso gli agenti atmosferici; questa caratteristica consente l’applicazione del rivestimento su qualsiasi faccia, sia interna che esterna.

Il trattamento magnetronico (coating magnetronico) avviene tramite polverizzazione catodica, in campo elettromagnetico e sottovuoto spinto, di metalli e ossidi metallici su lastre di vetro. Questo tipo di applicazione migliora il grado di isolamento termico rispetto al primo, passando da valori di Ug = 1.4 W/m2 K a valori di Ug = 1.0 W/m2 K, sebbene presenti una stabilità inferiore rispetto alla precedente tecnologia, perché gli ossidi non vengono inglobati nella lastra di vetro.

In questa applicazione il deposito viene infatti posto in faccia 2 o 3, all’interno dell’intercapedine, per garantirne e mantenere elevata la sua prestazione.

Comportamento del coating bassoemissivo

L’applicazione del coating bassoemissivo conferisce alla vetrata isolante proprietà che permettono di non disperdere le radiazioni di calore dovute ai corpi caldi (infrarosso lontano).

Nello specifico, questo tipo di rivestimento agisce in un determinato campo di lunghezze d’onda, quelle dell’infrarosso lungo. Le vetrate isolanti su cui è montato un vetro bassoemissivo, acquisiscono la peculiarità quindi di riflettere le radiazioni elettromagnetiche che cadono nell’intervallo di banda che va da 2000 ÷ 2500 µm fino a ∞.

L’energia raggiante presente negli ambienti confinati raggiunge l’elemento vetrato, ma anziché attraversarlo disperdendosi all’esterno, viene riflessa all’interno dell’ambiente stesso.

Vetri a controllo solare

Una particolare tipologia di coating applicato ad una vetrata può conferirle ulteriori caratteristiche selettive particolarmente richieste per l’isolamento estivo. A tal proposito è utile rimarcare infatti che il DPR 6 marzo 2009 recante attuazione dell’articolo 4, comma 1, lettere a) e b), del decreto legislativo, n. 192/05, e successive modificazioni, che ai commi 19 e 20 stabilisce che, in presenza di superfici vetrate con fattore solare minore o uguale a 0,5, il progettista non sia obbligato a valutare e documentare l’efficacia dei sistemi filtranti o schermanti delle superfici vetrate, al fine di ridurre l’apporto di calore per irraggiamento solare.

Il DPR precisa inoltre che, qualora il progettista dimostri la non convenienza in termini tecnico-economici dell’applicazione di sistemi schermanti esterni, detti sistemi possono essere omessi solo in presenza di superfici vetrate con fattore solare (UNI EN 410) minore o uguale a 0,5. Le vetrate a controllo solare utilizzano un particolare deposito in grado di aumentare il coefficiente di riflessione anche nell’intervallo delle lunghezze d’onda in cui ricade l’infrarosso corto. Tutto ciò si traduce in una riduzione dei carichi termici estivi, a vantaggio dell’energia risparmiata per il raffrescamento.

Un ulteriore elemento di interesse e di importanza è rappresentato dal fatto che applicando vetrate a controllo solare non viene compromesso il comfort visivo. Nel campo del visibile, i valori di trasmittanza luminosa mantengono valori intorno al 75%. Le radiazioni che darebbero luogo infatti al surriscaldamento estivo vengono ostacolate, mentre quelle che servono a garantire lo svolgimento del compito visivo vengono filtrate. Ne consegue un risparmio energetico consistente dovuto all’utilizzo limitato di luce artificiale.

Il Marchio UNI

Al fine di poter preservare le prestazioni termiche raggiunte, così da garantire nel tempo la durabilità e l’affidabilità delle prestazioni della vetrazione occorre, evidentemente, che la vetrata isolante mantenga inalterata nel tempo la sua struttura per impedire l’ingresso di umidità o la fuoriuscita del gas. La tenuta della vetrata isolante e il mantenimento del livello di gas sono garantiti tramite la cura delle fasi produttive, con particolare riguardo l’iniezione del gas e la sigillatura. Per raggiungere questo obiettivo è necessario eseguire costanti controlli lungo la linea di produzione della vetrata isolante, monitorando con attenzione:

a) la quantità di butile che viene impiegato per la sigillatura, b) il suo posizionamento, c) la verifica di adesione tra i diversi materiali, d) la verifica di eventuali perdite del canalino utilizzato.

A tal proposito, e proprio per standardizzare il processo di lavorazione e le operazioni di controllo Assovetro, in stretta collaborazione con UNI, con il CSI e con la Stazione Sperimentale del Vetro, ha istituito da tempo il Marchio UNI per le vetrate isolanti. Tale Marchio, volontario, impone standard di controllo molto rigorosi e prevede verifiche periodiche effettuate da un Ente terzo, assicurando prodotti di qualità. L’adozione di un prodotto marcato UNI garantisce una maggiore durabilità nel tempo dei parametri dichiarati dal produttore, parametri che sono alla base del calcolo per la certificazione energetica introdotta dal D.Lgs 192/05.

Il comfort termico

Il comfort termico è definito come “condizione in cui il soggetto non ammette nessuna sensazione di caldo o di freddo”, condizione questa che viene detta di “neutralità termica”. Molti sono stati gli studi volti ad individuare le variabili che intervengono a definire le condizioni di benessere di un individuo. Si deve a Fanger l’individuazione, dopo varie prove sperimentali, dell’equazione del benessere.

equazione del benessere: f (Icl, M, Ta, Va, UR, TMR, Tsk, E) = 0

Ai fini di questa equazione è fondamentale tener presente che temperature medie radianti dell’involucro troppo basse, producano sensazioni di disagio quando vi si permane vicino per diverso tempo (discomfort locale). Permanere o stazionare in un ambiente in cui le temperature delle superfici che lo delimitano siano differenti da quelle delle altre zone della medesima stanza, comporta il raffreddamento di alcune zone del proprio corpo rispetto ad altre subendo direttamente le conseguenze di tale disuniformità.

Questa sensazione di disagio viene percepita immediatamente quando si sosta, per esempio, davanti ad una finestra non ben isolata, circostanza che espone il lato del nostro corpo ad una temperatura inferiore rispetto alla parte opposta rivolta verso il centro della stanza. Evidentemente la combinazione dei diversi parametri dell’elemento vetrario, anche in funzione dell’esposizione della parete, permette di ridurre sensibilmente il discomfort termico.

L’influenza del telaio

Ai fini di un comportamento energetico ottimale del serramento, occorre considerare come il telaio partecipi allo scambio termico, sia in relazione alla sua dimensione rispetto alla superficie totale del serramento, sia in funzione dei materiali impiegati per realizzarlo. La norma UNI EN ISO 10077 consente di valutare la trasmittanza del serramento in due differenti modi: tramite calcolo semplificato (UNI EN ISO 10077-1), oppure tramite calcolo agli elementi finiti (UNI EN ISO 10077-2) in combinazione al calcolo semplificato.

Si riporta, per praticità, l’algoritmo di calcolo del valore di trasmittanza del serramento Uw: Uw = (Ag Ug + Af Uf + lg Ψ)/ (Ag + Af)

È evidente come il telaio (Af , Uf), in funzione della propria dimensione, e del materiale con cui è costituito incida sensibilmente sul valore di Uw del serramento complessivo. Essendo il valore di conducibilità termica del telaio, di qualsiasi materiale costituito, superiore a quello della vetrata isolante, un modo efficace per ottenere serramenti performanti, capaci di raggiungere prestazioni termiche ottimali, è quello di applicare vetrazioni con un valore Ug molto contenuto facendo ricorso, quando possibile, a serramenti ad una sola anta, proprio per sfruttare al massimo il contributo di isolamento dato dal vetro all’elemento finale.