La finestra come “pannello solare”: trasmissione luminosa e fattore solare g

Con questo articolo, affrontiamo due parametri delle vetrocamere che vengono spesso trascurati: la trasmissione luminosa, e il fattore solare “g”.

Questi valori, così importanti per il comfort e l’efficienza energetica di edifici prestazionali e Case Passive, sono spesso trascurati sia dai progettisti, che dai serramentisti.

Nei nostri precedenti articoli, abbiamo affrontato vari aspetti legati alle componenti vetrate dell’involucro termico, quali la trasmittanza termica Ug, il ponte termico di bordo vetro PSIg, e le verifiche delle temperature superficiali (fattore fRsi), al fine di evitare problemi di muffa e condensa.

IGU faces

Il progetto di una vetrocamera.

In un nostro prossimo articolo, illustreremo come sia stupidamente riduttivo valutare la qualità di un serramento in base al solo valore di trasmittanza termica media, Uw, anche se calcolato secondo norma UNI EN ISO 10077-2.

Pensare alla qualità di un serramento in base al valore Uw è come dire che una zebra è cavallo “grigio chiaro” o “grigio scuro”: non ha alcun senso.

Plain’s Zebra at Kruger National Park

Se credete che la zebra sia un cavallo grigio, allora il valore Uw è quello che fa per voi.

Un serramento mediocre, infatti, può apparire performante grazie ad un valore basso di trasmittanza del vetro, Ug, a prescindere ad esempio dal fatto che si possa formare condensa (o ghiaccio!) lungo il ponte termico di bordo vetro.

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Formazione di ghiaccio lungo il perimetro del vetro, sul lato interno del serramento, a causa della scarsa qualità della finestra.

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Una finestra in una Casa Passiva nei pressi di Riga, in Lettonia.

IL VALORE DI UNA FINESTRA

Proviamo a chiederci: a cosa serve una finestra?

In un edificio, porte e finestre servono a:

  • collegare l’ambiente interno con l’esterno;

  • comporre l’estetica complessiva dell’edificio;

  • creare vedute;

  • consentire la ventilazione naturale;

  • dare luce agli ambienti.

Rucellai disegno

Palazzo Rucellai a Firenze, ad opera di Leon Battista Alberti: da sempre, porte e finestre giocano un ruolo fondamentale nella composizione architettonica.

Le ricadute estetiche dei serramenti, sul valore architettonico di un edificio, sono indiscutibili.

Per quanto riguarda la ventilazione naturale, in un nostro precedente articolo abbiamo illustrato come questa, da sola, non sia sufficiente a garantire il comfort, e pertanto debba essere integrata per evitare l’insorgere di muffa.

LUCE DIURNA

Venendo alla luce naturale, questo requisito va in parte in contrasto con il requisito di una bassa trasmittanza termica della vetrocamera stessa, Ug. Al fine di diminuire le dispersioni termiche del vetro, infatti, vengono utilizzati vetri doppi o tripli, e rivestimenti basso emissivi (costituiti da ossidi metallici) sulle superfici interne dei vetri.

A parità di tipo di vetro, tanto maggiore è il numero di lastre, tanta meno luce viene trasmessa. La scelta del tipo di lastra in sé (ad esempio vetro extra chiaro), può essere determinante al fine della qualità dell’ambiente interno in termini di luce diurna.

Per quanto riguarda i rivestimenti basso emissivi, se la qualità è bassa (rivestimenti basso emissivi standard), ad una bassa trasmittanza termica Ug corrisponde anche una bassa trasmissione luminosa, ossia dal vetro entra poca luce.

La trasmissione luminosa, così come il fattore solare g, vengono determinati secondo la UNI EN 410. Negli Stati Uniti, il National Fenestration Rating Council ha invece una direttiva di calcolo propria.

Al fine di conciliare trasmittanza termica e trasmissione luminosa, occorre che i rivestimenti siano “selettivi”, ossia in grado di riflettere la componente infrarossa della radiazione solare, e di trasmettere la componente luminosa (luce solare visibile). Per questo motivo, oltre al valore Ug, una corretta specifica di una vetrocamera comprende anche il valore di trasmissione luminosa, che non deve essere inferiore al 70%.

Fattore di luce diurna abitazione calcolato con Velux Daylight Visualizer

Esempio di calcolo analitico del fattore di luce diurna, con il Velux Daylight Visualizer.

In un nostro prossimo articolo, descriveremo il calcolo del fattore di luce diurna, in base al tipo di vetrocamera (e alla relativa trasmissione luminosa), per la verifica dei requisiti aeroilluminanti degli ambienti.

E’ giunta l’ora di mandare in pensione i metodi di calcolo “a spanne”, come il rapporto illuminante di 1/8 della superficie calpestabile (obsoleto anche se riferito alla superficie vetrata netta).

APPORTI SOLARI – IL FATTORE g

Gli apporti solari rappresentano la porzione di radiazione solare totale (luce visibile + infrarosso), che attraversa una struttura e penetra nell’edificio. Per elementi opachi performanti (pareti, copertura ecc.), la quantità di radiazione solare trasmessa è trascurabile, mentre per gli elementi vetrati, diventa molto importante.

Lo stesso termine “passivo” deriva dal fatto che l’involucro termico di una Casa Passiva è talmente efficiente, che l’apporto di calore gratuito dato dal sole diventa determinante (così come gli apporti interni).

Il fattore solare g di un vetro (espresso in percentuale, o da un numero che va da 0,00 a 1,00) rappresenta la porzione di radiazione solare trasmessa dalla vetrocamera, e messa a disposizione dell’edificio. Come nel caso della trasmittanza Ug, anche il valore g deve essere espresso con almeno due cifre decimali.

In un edificio ben progettato, le finestre diventano i “pannelli solari” più economici ed efficienti, e forniscono la “benzina” (apporti solari), per mantenere comfortevole il fabbricato in inverno, riducendo in modo determinante il fabbisogno di riscaldamento.

Il fattore solare g rappresenta la quantità di “benzina gratuita” messa a disposizione dell’edificio da parte della vetrocamera.

gas tank

Abituiamoci a pensare al fattore solare g come “benzina gratuita” messa a disposizione dai vetri  (immagine: TurboSquid)

Il fattore solare g è quindi un elemento estremamente importante del progetto energetico complessivo di un edificio, alla pari della trasmittanza Ug e del fattore di trasmissione luminosa.

La domanda è: l’edificio ha bisogno di apporti solari?

  • Per edifici residenziali, anche in climi relativamente caldi (ed es. Pianura Padana), la risposta è: probabilmente si.
  • Per edifici non residenziali, caratterizzati da apporti interni elevati (alta concentrazione di persone, apparecchiature elettriche ecc.), forse no.

Il fattore solare va progettato come parte integrante dell’involucro termico, per poter valutare i suoi effetti sia in inverno che in estate.

SURRISCALDAMENTO

Occorre ricordare che se non ombreggiati, anche i vetri singoli causano surriscaldamento: la causa non è la prestazione termica del vetro in sé, bensì la cattiva progettazione o il cattivo uso dell’edificio.

car in the sun

Un’auto parcheggiata al sole: equivale ad un edificio non isolato, dotato di vetri singoli. E’ l’errore umano (cattiva progettazione o gestione dell’edificio) che causa il surriscaldamento, non la prestazione energetica dell’edificio o del vetro di per sè.

Per evitare il surriscaldamento, e garantire l’apporto di luce diurna, la strategia migliore è dotare l’edificio di ombreggianti esterni mobili, che possano essere gestiti da chi utilizza l’edificio in base alla stagione e alle condizioni giornaliere.

Un edificio senza ombreggianti è come un’auto che non frena: se si perde il controllo (si surriscalda), la colpa non è dell’acceleratore.

Là dove occorre un controllo costante degli apporti solari (ad esempio in edifici terziari, dotati di alti carichi interni), è possibile prevedere un fattore solare g volutamente basso.

VETRI BUONI, VETRI CATTIVI

Prendiamo come esempio la scheda tecnica di una vetrocamera, che abbiamo ricevuto per un nostro progetto, da parte di un serramentista che ci proponeva la sua finestra con marchio di qualità CasaClima.

Agli occhi del serramentista in questione, si trattava di una vetrocamera estremamente performante, grazie al valore Ug = 0,47 W/m2K. Questo avrebbe consentito al suo serramento in legno standard da 92 mm (certificato CasaClima) di raggiungere i requisiti per una Casa Passiva (cosa non vera, perchè lui considerava il valore Uw standard, anzichè il valore Uw installato, come richiesto dal protocollo passivo per motivi di comfort).

Emu - bad glass

L’estratto dalla scheda tecnica del vetro: in alto a sinistra, il serramentista ha evidenziato il valore Ug del vetro, apparentemente molto performante.

Alla luce di quanto descritto sopra, risulta evidente come questa sia in realtà una vetrocamera poco performante, dotata di rivestimenti basso emissivi non selettivi.

La trasmissione luminosa del 50% farebbe probabilmente mancare la rispondenza al requisito di legge del 2% di fattore di luce diurna, rendendo l’ambiente non abitabile, e costringendo ad avere le luci accese anche di giorno.

Il fattore solare di 0,30 (30%), invece, peggiora in modo drammatico la prestazione energetica complessiva dell’edificio, aumentandone il fabbisogno energetico anche a fronte di una trasmittanza Ug più performante.

Si tratta di un vetro “cattivo”?

Per comprendere se un elemento dinamico come un vetro è appropriato o meno per lo specificio edificio, nel clima di progetto, occorre valutare l’intero involucro termico. Questo non può essere lasciato al serramentista, che è responsabile del serramento: deve essere eseguito dal progettista dell’edificio.

CONCLUSIONI

Nel bilancio energetico di edifci ad alte prestazione e Case Passive, il contributo dato dai serramenti diventa determinante.

La scelta delle vetrocamere, in base alle condizioni climatiche, il contesto urbano e alla destinazione d’uso dell’edificio, deve conciliare la trasmittanza termica Ug, la trasmissione luminosa e il fattore solare g.

La ricaduta in termini di comfort, illuminazione naturale ed efficienza energetica sull’intero edificio fa sì che la scelta di queste caratteristiche delle vetrocamere debba essere fatta dal progettista dell’edificio, non dal serramentista.

 

10 responses to La finestra come “pannello solare”: trasmissione luminosa e fattore solare g

  1. Francesco

    A partire dal fattore solare “g” è possibile definire un Indice di selettività (talvolta indicato con IS) come rapporto tra trasmissione luminosa e fattore solare.
    Nell’esempio sembra che la trasmisione luminosa TS sia pari al 50% e quella di energia FS=g pari al 30%.
    Ne consegue che IS= 0,5/0,3= 1,67
    Il vetro parrebbe dunque essere “selettivo” a differenza di quanto affermato.
    Certo potrebbe essere migliore ed avere un IS pari a 1,8 o ancor meglio a 2,0 tuttavia non mi pare essere così malvagio.
    Il milgiore che conosca è Stopray Ultra 60 con IS= TL/FS= 60% / 28%= 2,14

    def. Selettività
    Per selettività di un vetro si intende il rapporto tra la sua trasmissione luminosa e il suo fattore solare. Più il rapporto è vicino a 2, più il vetro è selettivo, quindi offre migliori prestazioni.

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    • Enrico Bonilauri Post Author

      Come ho scritto, la “bontà” di un vetro dipende dall’edificio nel quale questo viene inserito.

      Un fattore di trasmissione luminosa del 50%, in un edificio residenziale “normale”, è decisamente scarso. Se l’edificio ha grandi vetrate, allora può non essere un problema.

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  2. Enrico Bonilauri Post Author

    Dal punto di vista termico, un vetro con Ug = 0,47 W/m2K e g = 0,30 (lo chiamiamo Vetro 1) è decisamente peggiorativo rispetto ad un vetro Ug 0,58 W/m2K, g = 0,46 (Vetro 2).

    Porto come esempio le due Case Passive che stiamo realizzando a Cavriago (RE).

    Casa 1: con Vetro 1, fabbisogno di riscaldamento 3.703 kWh/a (17 kWh/m2a), ossia si mancherebbe l’obiettivo Casa Passiva, per colpa del vetro; con Vetro 2, fabbisogno 3.165 kWh/a (14 kWh/m2a), ossia Casa Passiva.

    Casa 2: con Vetro 1, fabbisogno di riscaldamento 2.544 kWh/a (16 kWh/m2a), mancando ancora l’obiettivo passivo; con Vetro 2, fabbisogno 2.146 kWh/a (13 kWh/m2a), ossia Casa Passiva.

    La scelta della vetrocamera (Vetro1), comporterebbe in entrambi i casi un peggioramento dell’intero edificio del 17-18%.

    Questo è il motivo per il quale la scelta delle vetrocamere (in termini di Ug, g e TL) spetta al progettista dell’edificio, non al serramentista.

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    • Francesco

      Grazie. Ora mi è chiaro il senso di quanto indicato nell’articolo. Per i nostri climi in effetti il fattore solare ‘g’ è ben più importante del Ug. Con opportune schermature si risolve il problema dei surriscaldamenti estivi e si riesce a far si che le finestre diventino dei “pannelli solari” (come ha indicato nell’articolo).
      Alcuni progettisti di PH sostengono che con un buon progetto (corretto orientamento dell’edificio, buon rapporto S/V ed orientamento e dimensionamento studiato delle aperture vetrate) potrebbero bastare anche dei vetri doppi per i serramenti esposti nei quadranti da sud-est a sud-ovest.
      Ha provato a verificare se sia davvero possibile questa scelta per i nostri climi?
      Grazie!

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      • Enrico Bonilauri Post Author

        Dipende cosa si intende per i “nostri climi”! La qualità del serramento installato (Uw-inst) deve garantire il rispetto del comfort (assenza di asimmetria radiante). Questo fa si che il serramento dipenda molto proprio dal clima esterno. In Pianura Padana (Reggio Emilia), il clima è ancora freddo (50 kKh+), pertanto occorrono vetri tripli e buoni telai. In climi meno freddi (Lazio?), forse il requisito di comfort viene soddisfatto anche da vetri doppi.

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  3. Enrico Bonilauri Post Author

    Questa analisi va in ogni caso sviluppata su un doppio binario: comfort e convenienza economica nel ciclo di vita dei serramenti (25+ anni). Se anche un vetro doppio può garantire il comfort a Roma, ad esempio, può darsi che l’analisi economica sul ciclo di vita della finestra dimostri che è più conveniente un serramento più performante.

    Affronteremo la questione in dettaglio, nei prossimi articoli.

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  4. claudio

    E’ tutto rapportato al fattore solare esterno, in una casa passiva sopratutto nei nostri climi è fondamentale, per questo una simulazione è necessaria, riuscire a distinguere tra le vaie tipologia di vetro non è semplice, ma è fondamentale.

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  5. giovanni toniato

    Complimenti per l’articolo. Riesce a comunicare in maniera semplice il significato di dati tecnici specifici indicando inoltre il modo corretto per “usarli”
    grazie

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