La trasmittanza termica dei vetri: il valore Ug

Le vetrate isolanti, altrimenti dette vetrocamere, o più volgarmente “doppi vetri” e “tripli vetri”, sono note già da diverso tempo anche in Italia.

Vista l’importanza dei questi elementi nel bilancio energetico di un edificio ad alta efficienza energetica o ancor più in una Casa Passiva, affrontiamo il tema del valore isolante dei vetri.

Il bilancio energetico di una vetrata è dato da un lato dalle dispersioni termiche, dall’altro dagli apporti solari: un vetro è pertanto un elemento estremamente dinamico dell’involucro termico, e va progettato con cura, compreso il suo ombreggiamento.

A differenza dei componenti opachi, per i quali si calcola la trasmittanza e la resitenza termica con la norma UNI EN ISO 6946 (rispettivamente, i valori U e R), per il calcolo del valore Ug delle vetrate isolanti occorre utilizzare la UNI EN 673.

VETRI AL SOLE: LA SCOPERTA DELL’ACQUA CALDA

In primo luogo, vediamo di sfatare un luogo comune che ci troviamo ad affrontare quotidianamente.

In estate, un vetro molto performante NON causa il surriscaldamento dell’edificio. La causa è l’errore progettuale di lasciare un vetro non ombreggiato.

In estate, QUALSIASI vetro non ombreggiato causa il surriscaldamento.

La prova può essere eseguita da chiunque: basta parcheggiare un’automobile prima all’ombra, poi al sole. L’automobile è dotata di vetri singoli, con trasmittanza Ug indicativamente pari a 5,7 W/m2K, ossia in grado di “disperdere” calore dieci volte di più rispetto ad un triplo vetro.

Un’automobile lasciata al sole, non diventa un forno?

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Vetri singoli al sole, nel caso di un’automobile: il surriscaldamento non è causato dai vetri performanti, ma dalle cattive scelte progettuali. (foto: Kraco)

Così per le auto come per gli edifici, per evitare il surriscaldamento estivo, occorre ombreggiare le superfici vetrate. Un’alternativa per gli edifici, è di lavorare sul fattore “g” dei vetri: affronteremo questo in un articolo specifico.

In ogni caso, una volta ombreggiata, una vetrata performante contribuisce a proteggere l’edificio dal surriscaldamento, perché consente il passaggio di meno calore per trasmissione rispetto ad una vetrata meno performante.

VETRATE ISOLANTI: LO STATO DELL’ARTE

Oggi le vetrate isolanti, in Italia, sono disponibili come vetrocamera singola (doppi vetri) o vetrocamera doppia (tripli vetri). In Germania, ad esempio, i vetri doppi non sono più disponibili sul mercato, perché sono stati interamente soppiantati dai vetri tripli. Allo stato dell’arte, i vetri quadrupli non trovano una propria giustificazione tecnico-economica nemmeno in clima mittel-europeo.

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La vetrocamera di una Casa Passiva durante una nevicata

I vetri sotto vuoto, invece, sono al momento ancora in una fase sperimentale, e non sono disponibili sul mercato (presentano inoltre un limite al momento non risolto di ponte termico di bordo vetro).

In generale, il potere isolante di una vetrocamera è data da due fattori:

  • rivestimento basso emissivo delle lastre di vetro;
  • riempimento di gas inerte delle camere.

Lo spessore delle lastre di vetro, invece, ricopre un ruolo estremamente marginale nella trasmittanza della vetrocamera, a causa del valore alto di conducibilità termica del vetro stesso.

Lasciamo altri parametri energetici legati alle vetrocamere, quali il fattore g, la trasmissione luminosa, e il ponte termico di bordo vetro, per i nostri prossimi articoli.

ALTERNATIVE AI TRIPLI VETRI

In realtà come negli Stati Uniti, alcune aziende propongono tecnologie diverse dai tripli vetri, dove la lastra di vetro centrale è sostituita da una o più pellicole plastiche, con tecnologia “heat mirror”.

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Vetrocamere con tecnologia “heat mirror”

Questa tecnologia consente di avere vetrocamere più leggere, ed un maggiore numero di rivestimenti basso emissivi (a scapito, però, del valore “g”). Questa tecnologia richiede però che almeno un distanziale per telo sia in acciaio inox, per motivi strutturali della vetrocamera stessa.

IL VALORE DELLE CIFRE DECIMALI

Per edifici ad alta efficienza energetica e Case Passive, i vetri rivestono un ruolo di primaria importanza nell’involucro termico.

Quando si entra nel merito della trasmittanza del vetro (così come del valore g per la trasmissione energetica totale), occorre un certo grado di precisione:

il valore Ug del vetro va espresso tassativamente con almeno due cifre decimali

Oggi molti certificati dei vetri riportano solo una cifra decimale, ad esempio Ug = 0,6. Tale valore può corrispondere ad una gamma di vetri diversi, che possono spaziare da un Ug = 0,55 W/m2K, fino ad un Ug = 0,64 W/m2K: questa variabilità è pari al 7-8% del valore di trasmittanza del vetro, e rischia di compromettere il comfort all’interno dell’edificio e la sua efficienza energetica.

VETRI DOPPI O TRIPLI: COMFORT ED ECONOMIA

La scelta di una vetrocamera singola (“doppi vetri”) o doppia (“tripli vetri”) dipende da due requisiti:

  • comfort termico nell’ambiente
  • bilancio economico ed energetico dell’edificio.

Il primo punto viene soddisfatto se la temperatura sulla superficie interna del vetro (e del serramento), anche in giornate particolarmente fredde, non si discosta in modo significativo dalla temperatura media radiante dell’ambiente interno. Questo requisito dipende pertanto dal clima locale nel quale viene installata la vetrocamera.

Radian symmetry

L’effetto della simmetria radiante sul comfort termico interno

Nella scelta tra vetri doppi o tripli, il primo parametro da valutare è il clima locale.

Il secondo requisito, ossia il bilancio economico ed energetico, dipende anche da altri fattori quali il costo delle vetrocamere (vetri doppi o tripli), il tipo di impianto termico e il mercato dell’energia. Se infatti, in un clima come quello di Roma, il criterio di comfort può essere soddisfatto anche con un vetro doppio, nel ciclo di vita completo del serramento (almeno 30 anni), può risultare più economico installare un vetro triplo.

Nel ciclo di vita del serramento (almeno 30 anni), un vetro triplo può essere la scelta più economica rispetto ad un vetro doppio, anche in un clima mite.

RIVESTIMENTI BASSO EMISSIVI

I rivestimenti basso emissivi sono costituiti da un velo di ossidi metallici, distribuiti su superfici interne della vetrocamera (interfacce 2 e 5), per migliorare la prestazione termica del vetro.

IGU faces

Le superfici dei una vetrocamera, numerate dall’esterno all’interno. Nel caso di un vetro triplo, i rivestimenti basso emissivi sono posti alle interfacce 2 e 5.

PHI glass coating

I riflessi della fiamma di un accendino su un vetro triplo: il diverso colore della fiamma (verde) testimonia la presenza di un rivestimento basso emissivo sulle superfici interne (foto: Passivhaus Institut)

Sa da un lato questi coating diminuiscono le dispersioni termiche del vetro (abbassando il valore Ug), dall’altro possono anche diminuire gli apporti solari gratuiti (valore “g”), e la trasmissione luminosa, ossia la quantità di luce visibile che attraversa la vetrata.

Per questo motivo, le versioni più avanzate di questi rivestimenti vengono detti “selettivi”, ossia riflettono i raggi infrarossi, ma lasciano passare la luce (gamma visibile). In un prossimo articolo, entreremo nel dettaglio del corretto bilancio tra valore Ug e g del vetro, in base alla destinazione d’uso dell’edificio e alle condizioni climatiche.

RIEMPIMENTO CON GAS DELLE VETROCAMERE

In Europa, le camere della vetrata vengono oggi di norma riempite di gas inerti (Argon, Krypton o Xenon), per migliorare le prestazioni termiche dell’elemento. In Nord America, il mercato delle vetrocamere vede ancora un’ampia diffusione di elementi sigillati con silicone (anziché con polisulfide), pertanto la durabilità del gas all’interno della vetrocamera non è altrettanto duratura. La durabilità del gas all’interno delle vetrocamere è oggetto di un nostro prossimo articolo.

IGU sealants in EU and US

Sigillatura delle vetrate isolanti, in Europa e in Nord America (fonte: FENZI)

A parità di rivestimenti basso emissivi, la trasmittanza di una vetrocamera (valore Ug) varia significativamente con il riempimento di gas.

Emu - Ug gas and cavity

Il valore Ug della vetrocamera varia a seconda del gas contenuto al suo interno, e alla larghezza delle cavità che la compongono.

Lo spessore ottimale delle cavità della vetrocamera varia in base al tipo di gas in essa contenuto. Rimane tuttavia un limite strutturale della somma degli spessori delle cavità della vetrocamera, che non può essere superato. Per poter garantire la durabilità della vetrata, infatti, occorre contenere l’effetto “pompa” alla quale questa è sottoposta in base al variare delle temperature alle quali questa è sottoposta.

solar pumping

L’effetto “pompa” su una vetrata isolante (immagine di Crystal Clear)

Questo effetto “pompa” risulta particolarmente dannoso per la sigillatura primaria della vetrocamera, con il potenziale rischio di diminuirne il contenuto di gas, ed esporla a danni causati dall’umidità (annebbiamento interno del vetro).

VETROCAMERE INCLINATE

Nel “maneggiare” il valore Ug di una vetrocamera, il primo passo falso sarebbe quello di considerare questo valore costante, a prescindere dall’inclinazione del vetro.

A parità di lastre, camere, gas e rivestimenti basso emissivi, il valore Ug varia infatti in base all’inclinazione della vetrocamera stessa rispetto al piano verticale.

PlatinumRoofingSkylight.jpg

L’esempio di vetrocamere inclinate: i lucernari (foto LP Platinum)

Prendendo ad esempio una vetrocamera 4be/18Ar/4/18Ar/4be, il suo valore Ug risulta:

  • vetrocamera a 90°: 0,53 W/m2K;
  • vetrocamera a 45°: 0,74 W/m2K;
  • vetrocamera a 0°: 0,87 W/m2K.

Questo è ovviamente il caso delle vetrocamere dei lucernari, per le quali i produttori forniscono in genere il valore Ug relativo all’elemento posto in verticale: la verifica della trasmittanza del vetro in base all’inclinazione effettiva della copertura spetta al progettista dell’edificio.

TRASMITTANZA DELLE VETROCAMERE AL VARIARE DELLA TEMPERATURA

Veniamo ad un secondo aspetto, spesso sottovalutato, del valore di trasmittanza di una vetrocamera: il variare del valore Ug rispetto alle condizioni di temperatura interna ed esterna.

Se la trasmittanza di un elemento opaco varia al variare delle condizioni di umidità e di temperatura alle quali questo è sottoposto, la trasmittanza di una vetrocamera dipende dalla temperatura media alla quale questa è sottoposta. Una vetrocamera è un elemento molto dinamico: contiene infatti gas, i cui moti convettivi dipendono direttamente dalla temperatura del gas stesso.

La variabilità dipende dal tipo di gas contenuto nella vetrocamera (aria, argon, krypton o xeno), e dall’ampiezza delle camere stesse.

Abbiamo calcolato la variabilità della trasmittanza della medesima vetrocamera 4be/18Ar/4/18Ar/4be, dotata cioè di camere da 18 mm, con riempimento in gas argon. Entro un range usuale di temperature esterne (da -5°C a +40°C), la variabilità del valore Ug è abbastanza contenuta, entro il 5%. Per temperature più estreme (al di sotto di -10°C, o sopra i 45°C), il valore Ug inizia a peggiorare in modo non più trascurabile.

Emu - Ug value

Il variare del valore di trasmittanza Ug del vetro, al variare della temperatura esterna, da calcolo secondo UNI EN 673

Nota: i valori di temperatura esterna Te si riferiscono alla temperatura media esterna, nel caso di una vetrocamera ombreggiata.

Al di là del panorama strettamente italiano, dove gli estremi sopra (specialmente sul caldo) riportati si verificano in modo saltuario, è bene tenere presente questo fenomeno, quando ci si trova ad operare in climi molto caldi.

CONCLUSIONI

Per il ruolo di primaria importanza delle vetrocamere nell’involucro termico di edifici ad alte prestazioni e Case Passive, è fondamentale conoscere nel dettaglio il valore di trasmittanza Ug.

Questo valore va scelto in modo consapevole, congiuntamente ad altri valori di prestazione energetica della vetrocamera, quali la trasmissione energetica totale “g” e il valore di trasmissione luminosa. Curarsi esclusivamente della trasmittanza del vetro, trascurando gli altri valori, significa progettare in modo carente.

A differenza delle strutture opache dell’involucro, il vetro rimane un elemento estremamente dinamico: le stesse prestazioni in termini di trasmittanza possono variare in modo significativo in base alla geometria di installazione, o al variare delle condizioni esterne.

La scelta della prestazione termica del vetro, nell’economia di un progetto, non è mai predeterminata, ma deve dipendere dai requisiti di comfort (che dipendono dal clima locale), e dall’analisi del costo complessivo dell’elemento nel ciclo di vita del serramento.

NOTE

Il calcolo analitico della trasmittanza in base all’inclinazione della vetrocamera, e al variare delle temperature, secondo UNI EN 673, è stato eseguito con software Dartwin.

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