Progettazione di un modello di residenza a basso costo e basso consumo energetico

Argomento di questo studio è la progettazione di un modello di residenza a basso costo e basso consumo energetico con cui allestire un quartiere di residenze temporanee nei pressi del nuovo quartiere CasaNova a Bolzano, già caratterizzato da un più grande intervento in classe A (<30 Kwh/mq anno).

Argomento di questo studio è la progettazione di un modello di residenza a basso costo e basso consumo energetico con cui allestire un quartiere di residenze temporanee nei pressi del nuovo quartiere CasaNova a Bolzano, già caratterizzato da un più grande intervento in classe A (<30 Kwh/mq anno).
Le residenze, destinate ad un’utenza che le voglia affittare per brevi periodi di tempo, come ad esempio i numerosi lavoratori stagionali nel periodo della raccolta della frutta, possono essere assemblate in gruppi di due o tre e costruite mano a mano che se ne presenta l’esigenza.
Come i masi di montagna, le residenze sono costituite da un basamento in pietra, mentre la struttura dei piani superiori è in legno. I lati nord, est e ovest hanno aperture ridotte e sono isolati con balle di paglia, mentre il lato sud, più aperto per captare i raggi solari invernali, è dotato di particolari serramenti integrati con PCM (materiali a cambiamento di fase in grado di fornire un’inerzia termica artificiale e programmabile dell’edificio, in questo caso “Sali di Glaubert”).
Nelle camere è stato inserito in copertura una finestra per tetti VELUX dotata di uno schermo interno scorrevole e integrata con PCM.
I PCM sono sali o paraffine che cambiano stato a una determinata temperatura che sono in grado di mantenere fino a quando il passaggio di fase non è completo, proprio come fa l’acqua a zero gradi. Attualmente sono utilizzati in molti campi, tra cui ad esempio il settore alimentare e quello sanitario. Il loro uso in edilizia è ancora poco diffuso, ma grazie alla loro capacità di accumulare calore latente possono essere utilizzati per aumentare l’inerzia termica degli edifici e il valore di sfasamento termico.
La scelta di proporre materiali di uso poco comune, come la paglia e, soprattutto, i Sali di Glaubert integrati nelle porzioni vetrate, è stata sostenuta da quattro esperimenti volti a studiare il comportamento di questi materiali per capire come utilizzarli al meglio.

Esperimento tecnologico: uso della paglia

Sul modello delle residenze progettate, è stato realizzato un piccolo edificio per sperimentare la paglia come materiale da costruzione. La paglia ha un basso costo di produzione, è naturale e riciclabile e, a patto di usare balle ben compattate, ha alto potere fonoisolante e termoisolante (conduttività= 0,054 W/mK).
La piccola costruzione misura esternamente 2,1 x 2,3 metri con un’altezza media di circa 2,2 metri.
Su un basamento di copertoni esausti zavorrati con pietre è stata montata la struttura portante in travetti di legno e sono stati successivamente realizzati i tamponamenti con balle di paglia e i rivestimenti in vetroresina. Come nel progetto delle residenze, la facciata sud è vetrata, in questo caso realizzata con un mosaico di vecchi serramenti e, sulla copertura, è stata montata una finestra per tetti VELUX.
Il campione tecnologico è in sostanza una sorta di modello in scala dell’edificio progettato.
Le vetrate in facciata sud e la finestra VELUX in copertura sono ottenute integrando dei comuni serramenti a doppia vetrocamera con uno strato di buste di Sali di Glaubert (ClimSel, prodotti dalla ditta Climator AB). Il risultato sono delle chiusure traslucide simili ad un vetro opalino, che in più hanno la caratteristica di accumulare calore latente di giorno sotto l’azione dei raggi solari e di rilasciarlo di sera.
Nei serramenti da applicare in facciata verticale, un foglio di nido d’ape in cartone nella vetrocamera esterna adempie alla funzione di selettore geometrico di raggi solari, mentre sulla finestra VELUX lo strato di sali può scorrere come una tenda per essere utilizzato solo quando occorre.
L’utilizzo dei sali, sia nelle vetrate verticali che sulla finestra VELUX, è stato studiato grazie a tre sperimentazioni scientifiche, sviluppate per determinare il contributo dei PCM dal punto di vista del comfort termico e del contributo illuminotecnico.

PCM luce ed energia

Presso l’industria Brianza Plastica sono state eseguite delle misurazioni fotometriche per determinare il comportamento illuminotecnico delle vetrate integrate con PCM.
È stato realizzato un prototipo di finestra costituita da una cornice di legno e tre fogli di plexiglas; in una delle vetrocamere è stato inserito uno strato di sali imbustati, nell’altra vetrocamera un foglio di nido d’ape in cartone.
Le prove eseguite con uno strumento per la misurazione della potenza dei pannelli fotovoltaici, prima su un pannello, poi sullo stesso schermato dal prototipo, hanno permesso di affermare che le vetrate risultano essere quasi totalmente trasparenti alla luce solare.
Grazie a un modello matematico sono state studiate le fasi di accumulo e rilascio di calore delle finestre con PCM e i risultati ottenuti sono stati verificati attraverso prove pratiche con prototipi dei serramenti.
Il modello matematico ha permesso di prevedere il comportamento dei serramenti in funzione del tipo di sale e dello spessore dello strato e perciò di scegliere il tipo di sale da utilizzare in relazione al tipo di applicazione.
Per il riscontro pratico è stato realizzato un campione di finestra, posizionato in modo da simulare il comportamento della facciata, dotato di una serie di sensori per registrare la temperatura in diversi punti del pannello su entrambe le superfici, nella stanza e all’esterno.

PCM applicati a una finestra per tetti VELUX

Presso la sede di VELUX Italia, a Colognola ai Colli (VR), in un volume sperimentale diviso in due metà perfettamente uguali e completamente isolate, è stato misurato, grazie a una serie di sensori, il contributo termo-dinamico di uno schermo con PCM applicato a una finestra per tetti VELUX.
Partendo dal modello matematico abbiamo stabilito di utilizzare uno strato di sale ClimSel C16, di spessore 8 mm.
Il box sperimentale è stato diviso in due ambienti con le stesse caratteristiche, completamente isolati dall’esterno con pannelli di polistirene, l’uno con tendina di PCM, l’altro senza.
In essi si è voluto verificare il comportamento dei Sali nei mesi invernali,durante i quali assorbono calore di giorno e lo rilasciano la sera.
La temperatura negli ambienti è stata monitorata attraverdo sensori e il confronto tra i valori misurati ci ha permesso di stabilire il contributo della tendina di sali.
I dati ottenuti hanno mostrato che i sali attenuano le fluttuazioni della temperatura nell’ambiente: di giorno assorbono il calore in eccesso (sciogliendosi all’interno del contenitore che li alloggia), di sera, quando la temperatura inizia a diminuire, i sali restituiscono il calore accumulato (solidificandosi).
Anziché una comune vetrata si ha quindi uno schermo dinamico che reagisce alle condizioni esterne e contribuisce a migliorare il comfort termico nell’ambiente.

AUTORE
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Di Muro Simone e Radaelli Marianna
Laureati presso il Politecnico di Milano, corso di Progettazione e Innovazione Tecnologica tenuto ...
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ENERGY INDOOR CLIMATE VISUALIZER

Software per simulazioni energetiche che utilizza il motore di calcolo IDA ICE di EQUA Simulation AB.

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