Componenti trasparenti

Una progettazione sostenibile finalizzata al comfort ambientale e al risparmio energetico, prevede una particolare attenzione nella scelta dei componenti trasparenti in quanto costituiscono l’elemento di maggiore dispersione termica dell’involucro edilizio.
La necessità, durante i mesi freddi, di ricevere la radiazione solare e trattenere i guadagni solari diretti per ridurre la richiesta di riscaldamento deve soddisfare l’esigenza di garantire livelli ottimali di comfort ambientale estivo onde evitare eventuali surriscaldamenti degli ambienti confinati. Il dimensionamento delle finestre dal punto di vista energetico è strettamente correlato al miglioramento delle condizioni di benessere degli ambienti interni attraverso fattori importanti quali il controllo termico, il controllo solare, il controllo della luminosità.
I componenti trasparenti esterni sono un elemento molto complesso dell'involucro edilizio sia dal punto di vista prestazionale, economico ed estetico. In termini di risparmio energetico il comportamento termico dei serramenti dipende:

• dalla tipologia del telaio
• dalla tipologia di vetro installato
• dal materiale del distanziatore dei vetri
• dal gas utilizzato nelle intercapedini
• dal grado di permeabilità all’aria

Un aspetto molto spesso sottovalutato riguarda l'errata messa in opera del serramento che, in particolar modo in edifici ad alte prestazioni, contribuisce in maniera determinate ad aumentare le dispersioni energetiche attraverso l'involucro o meglio attraverso i ponti termici generati nell'attacco tra i serramenti e le pareti perimetrali.

 

Caratteristiche di una finestra per una casa a basso consumo energetico

Gli interventi possibili per un miglioramento energetico delle superfici finestrate vanno dalla semplice sostituzione del vetro singolo con uno doppio alla sostituzione completa del serramento.
I principali parametri energetici-illuminotecnici forniti dai produttori di vetri sono:

• il fattore di trasmissione luminosa diretta τ_v (denominata spesso anche trasmittanza luminosa diretta)_,
• il fattore di riflessione luminosa ρ_v,
• il fattore di trasmissione solare diretta τ_e,
• il fattore di riflessione solare diretta ρ_e,
• il fattore di trasmissione dell’ultravioletto τ_uv,
• emissività ε ,
• fattore solare g ,
• Trasmittanza termica U ,

 

I primi due parametri rappresentano rispettivamente la percentuale di radiazione visibile trasmessa e riflessa dalla superficie trasparente, la trasmittanza luminosa diretta rappresenta in termini generali la frazione della radiazione solare incidente che viene trasmessa dal vetro pesata con la curva spettrale della risposta dell’occhio umano, ovvero quanto si è effettivamente in grado di percepire come luce.
I fattori di trasmissione e riflessione solare diretta sono parametri che descrivono l’interazione tra l’energia e il vetro: essi sono utili per il calcolo del fattore solare g.

 

 

Quest’ultimo traduce invece quanta dell’energia della radiazione solare incidente viene complessivamente trasmessa all’interno, direttamente per trasparenza e indirettamente per assorbimento nel vetro e riemissione termica verso l’esterno. È dato quindi dalla trasmittanza solare diretta τ_e più una quota q_i dell’energia assorbita nello spessore del sistema vetrato, che viene successivamente trasportata verso l’interno per convenzione e irraggiamento.

Quanto più alto è questo valore, tanto più alto è il riscaldamento dovuto all’energia solare. Soprattutto in inverno e nelle stagioni intermedie è importante che venga raggiunto un valore alto, mentre in estate, con finestre di “ampie dimensioni” oppure in aree esposte al sole, ciò potrebbe comportare un surriscaldamento degli ambienti interni. In questi casi può risultare utile l’abbinamento di speciali vetri riflettenti o dispositivi di ombreggiamento.
Il fattore solare g assume generalmente maggiore rilevanza nei settori terziario, uffici e commercio, dove ampie vetrate contribuiscono in maniera significativa al surriscaldamento estivo. In entrambi i casi le soluzioni più interessanti sono quelle che accoppiano un buon controllo della radiazione termica entrante a buoni valori di trasmittanza luminosa.
LSG (Light to Solar Gain ratio) chiamato anche indice di selettività spettrale rappresenta un indice che riassume le due proprietà sopra citate ed esprime il rapporto tra la trasmittanza luminosa e il fattore solare (τ_v/g). Valori elevati di LSG trasmettono una percentuale maggiore della radiazione luminosa incidente sul vetro e una modesta quantità di radiazione. Ciò consente di aumentare il comfort visivo attraverso un aumento dei livelli d'illuminazione naturale permettendo allo stesso tempo di contenere il contributo degli apporti solari termici. Il grafico descrive la distribuzione delle principali tipologie di vetro singolo sul mercato disponibili per il controllo solare in funzione delle proprietà energetico-luminose. I punti che si trovano sulle rette sono caratterizzati dallo stesso valore del coefficiente LSG.

 

Valori tipici di trasmittanza termica di vetrazioni riferiti al centro del vetro

 

Tipi di vetrata – geometria e caratteristiche termiche

 

Il valore della trasmittanza termica dell’intera finestra U_w espressa in W/m²K viene determinata considerando le caratteristiche termofisiche del telaio, del vetro e da un fattore correttivo variabile a seconda del materiale impiegato per il distanziale del vetro.

 

UNI EN ISO 10077-1

 

A_g = superficie vetro(m²)

U_g = trasmittanza termica vetro (W/m²K)

A_f = superficie telaio  (m²)

U_f = trasmittanza termica telaio-anta (W/m²K)

l_g = lunghezza vetrata  (m)

ψ_g = trasmittanza termica lineare dovuta agli effetti   termici combinati della vetrata, del distanziatore e del telaio (W/m²K)

  

Il valore della trasmittanza termica dell’intera finestra U_w espressa in W/m²K viene determinata considerando le caratteristiche termofisiche del telaio, del vetro e da un fattore correttivo variabile a seconda del materiale impiegato per il distanziatore del vetro.

 

Importante: il calcolo U_W così definito dalla normativa esprime il valore della trasmittanza termica del serramento. Nella realtà nel calcolo deve essere considerato anche il contributo del ponte termico che si genera in fase di posa in particolare in presenza di un controtelaio.

 

Scambio termico attraverso il vetro di una finestra

Il vetro è un materiale completamente opaco alla radiazione nel lontano infrarosso (FIR) ovvero quella emessa dai corpi a temperatura ambiente. Schematizzando quindi la propagazione del calore attraverso una vetrata avviene per conduzione lungo lo spessore della lastra, e per convenzione e irraggiamento tra le sue superfici, l’aria e le pareti degli ambienti a cui si affacciano. Nel caso di un vetro singolo la resistenza termica risultante è molto bassa e quella conduttiva praticamente trascurabile. Passando a vetri doppi il grado di isolamento può raddoppiare o quadruplicare a seconda della scelta dei vetri e del gas di riempimento dell’intercapedine. Lo scambio termico nel retrocamera avviene per irraggiamento tra le facce interne dei vetri e per convenzione e conduzione attraverso il gas di riempimento. Per contenere i fenomeni convettivi nel gas la distanza tra i due vetri è solitamente ottimizzata tra i 12 mm e i 16 mm. Lo scambio radiativo può essere abbattuto del 95 % utilizzando vetri con rivestimenti basso emissivi.
Solitamente lo strato di sottile rivestimento è posto in faccia 3 (partendo dall’esterno) in modo da mantenere più calda la lastra interna (per climi dominati dalle necessità di riscaldamento invernale) e da proteggere il rivestimento. Nonostante ciò in Italia la penetrazione nel mercato dei vetri basso emissivi è ancora tra il 20% e il 30% mentre in Austria, Germania e Olanda ha già raggiunto l’80-90% delle vendite.
Un ulteriore miglioramento della prestazione termica è dato dalla sostituzione dell’aria nell’intercapedine con gas nobile a bassa conduttività ed elevata viscosità come l’Argon o il Kripton. Si tratta di gas atossici, incolori e inodori. Avendo maggiori prestazioni risultano anche più costosi. In entrambi i casi l’effetto del gas è rilevante solo se è già presente un rivestimento basso emissivo. Vi sono anche soluzioni in cui la pellicola basso emissiva è tesa nel mezzo del vetrocamera in modo da ostacolare i moti convettivi oltre a ridurre gli scambi radiativi.

 

Il telaio del serramento

Per il telaio sono termicamente preferibili materiali isolanti come il legno e le plastiche o in alternativa materiali metallici come l’alluminio se hanno la struttura a “taglio termico” che permette di raggiungere prestazioni simili.Dal punto di vista ecologico i più sostenibili sono i telai costruiti in legno.

 

a) Telaio metallico a taglio termico, b) Telaio in legno/alluminio con termoschiuma isolante (Internorm), c) Andamento delle isoterme in serramento in legno con isolante in sughero

 

Il tentativo di ridurre le dispersioni termiche ha portato alla produzione di serramenti dalla tenuta all'aria sempre maggiore che non favoriscono il ricambio d'aria con il conseguente peggioramento della salubrità degli ambienti confinati.
Per gli edifici passivi vengono comunemente utilizzati telai in PVC riempiti con schiume termoisolanti che consentono di raggiungere una trasmittanza della finestra inferiore a 0,7 W/m²K.
I collegamenti tra vetro e telaio costituiscono sempre un ponte termico, perché ai bordi le singole lastre di vetro sono collegate con distanziatori, quindi per ridurre il ponte termico, i telai delle finestre sono realizzati con una scanalatura più profonda in cui sono inseriti i vetri, riducendo così la trasmittanza lineare.
Estremamente importante è il montaggio delle finestre. Un ottimo serramento montato in maniera errata oltre che un cattivo investimento, è causa di un aumento delle dispersioni termiche per effetto d’infiltrazione d’aria.

 

 

Il montaggio più idoneo della finestra sarebbe, come detto, quello nel piano dell’isolamento termico, ma il materiale termoisolante non è sufficientemente solido, quindi il montaggio della finestra può avvenire su un controtelaio in legno o su un profilato termo-isolante, a sua volta montato all’esterno della muratura nel piano dell’isolamento.
Per quanto riguarda l’isolamento acustico la proprietà di ostacolare la trasmissione di energia sonora viene definita con il termine potere fonoisolante R espresso in decibel. Il livello di isolamento acustico testato al banco di prova esprime il valore Rw indicato nei certificati, mentre il livello di isolamento acustico a montaggio eseguito esprime il valore Rw’.
Migliorare la prestazione acustica di soli 10 dB significa ridurre il rumore del 50%.

 

Isolamento acustico relativo al vetraggio di finestre Internorm, Finistral