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LA PRESTAZIONE ENERGETICA DI FACCIATE E COPERTURE VERDI:

PARAMETRI CARATTERIZZANTI E NORME TECNICHE DI RIFERIMENTO

Valentina Serra

Politecnico di Torino Dipartimento di Energetica, TEBE Research Group

[email protected]

www.polito.it/tebe

La prestazione energetica di facciate e coperture verdi: parametri caratterizzanti e norme tecniche di riferimento

Valentina Serra, 27/11/2010

FACCIATE E COPERTURE VERDI E PRESTAZIONE ENERGETICA

L’integrazione della vegetazione nell’involucro edilizio consente:

INCREMENTO DELL’EFFICIENZA ENERGETICA DELL’EDIFICIO NEL PERIODO INVERNALE

incremento della resistenza termica (coperture verdi)

INCREMENTO DELL’EFFICIENZA ENERGETICA DELL’EDIFICIO NEL PERIODO ESTIVO

- incremento dell’inerzia termica (coperture verdi)

- schermatura alla radiazione solare e raffrescamento evapotraspirativo (coperture e

facciate verdi)

Inoltre (nel caso di utilizzo diffuso)

- mitigazione del fenomeno “isola di calore”

- miglioramento della qualità dell’aria

- mitigazione dell’inquinamento acustico

23°C

76°C

Riduzione della temperatura superficialeRiduzione della temperatura superficiale

Effetto sulla temperatura

dell’aria: riduzione di 4°C



COPERTURE VERDI E LEGISLAZIONE ENERGETICA

Da DPR 59/2009

“Coperture a verde, si intendono le coperture continue dotate di un sistema che utilizza specie vegetali in grado di adattarsi e svilupparsi nelle condizioni ambientali caratteristiche della copertura di un edificio. Tali coperture sono

realizzate tramite un sistema strutturale che prevede in particolare uno strato colturale opportuno sul quale radificano

associazioni di specie vegetali, con minimi interventi di manutenzione, coperture a verde estensivo, o con interventi di

manutenzione media e alta, coperture a verde intensivo”.

In relazione al controllo climatico estivo

“Gli effetti positivi che si ottengono con il rispetto dei valori di massa superficiale o

trasmittanza termica periodica delle pareti opache ….possono essere raggiunti, in

alternativa, con l'utilizzo di tecniche e materiali, anche innovativi, ovvero coperture a

verde, che permettano di contenere le oscillazioni della temperatura degli ambienti

in funzione dell'andamento dell'irraggiamento solare. In tale caso deve essere

prodotta una adeguata documentazione e certificazione delle tecnologie e dei

materiali che ne attesti l'equivalenza con le predette disposizioni”.



COPERTURE VERDI E LEGISLAZIONE ENERGETICA



La UNI 11235 non fornisce però

indicazioni sulle modalità di calcolo della

prestazione energetica

QUINDI:

QUALI INDICATORI E QUALI STRUMENTI

per certificarne la prestazione?

UNI 11235 Istruzioni per la progettazione,

l’esecuzione, il controllo e la manutenzione di

coperture a verde.



• Riduzione delle dispersioni termiche invernali

INCREMENTO DELLA RESISTENZA TERMICA DELLA COPERTURA

e

n

1j

j

n

1j j

j

i h

1R

d

h

1

1U

21

++λ

+

=

∑∑==

Schemi tratti da P. Principi,R. Fioretti “Comportamento energetico del tetto verde dell’edificio della Regione Marche ad

Ancona”, Congresso Nazionale sull’Edilizia Sostenibile, Torino, ottobre 2009



PARAMETRI PRESTAZIONALI CONVENZIONALI [UNI EN ISO 6946/2008]

Trasmittanza termica [W/m2K]

Ma λ terreno varia sensibilmente in funzione del contenuto di acqua



MONITORAGGIO COPERTURE ENVIRONMENT PARK

Struttura portante in calcestruzzoBarriera al vapore

Strato isolante

TNT (tessuto non tessuto)

Strato impermeabile

Strato antiradice

Strato drenante

Tessuto filtrante

Strato coltivo

Strato vegetativo

Soletta: 22cm

Isolante polistirene espanso estruso: 5 cm

Strato drenante (lapillo): 4 cm

Strato coltivo: 12 cm

TETTO H

Ricerca condotta da UR TEBE/DENER/POLITO proff.ri M. Perino e V.Serra



IL SISTEMA DI MONITORAGGIO

1

5 4

8 2 9 3

6

7

1

7

Sensore

N°

Tipo Precisione Frequenza di

acquisizione

1 Termocoppia tipo K 0.5° C 15 minuti

2Termoflussimetro

autocalibrante

Rif.

par 3.1

15 minuti

(autocalibrazione

ogni 2 ore)

3, 4 Termoresistenza PT100 0.1° C 15 minuti

5, 6 Termoflussimetro

standard

±±±± 20% 15 minuti

7 T-type thermocouple 0.5° C 15 minuti

8 Thetaprobe Rif.par 3.3

2 ore

9 TP01 (Thermal

Properties Sensor)±±±± 5% -λ%λ%λ%λ%±±±± 20% - a

2 ore



0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

28/06/01

0.00

28/07/01

0.00

27/08/01

0.00

26/09/01

0.00

26/10/01

0.00

25/11/01

0.00

25/12/01

0.00

24/01/02

0.00

23/02/02

0.00

25/03/02

0.00

24/04/02

0.00

24/05/02

0.00

23/06/02

0.00

gg/mm/aa & hh.mm

λλ λλ

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

θθ θθ

Conducibilità termica

Contenuto volumico d'acqua

conducibilità termica λ λ λ λ e contenuto d’acqua θθθθv del terreno



λλλλ vs θθθθv – Dati annuali

y = 0.30x + 0.24

0.00

0.03

0.05

0.08

0.10

0.13

0.15

0.18

0.20

0.23

0.25

0.28

0.30

0.33

0.35

0.38

0.40

0.00 0.03 0.05 0.08 0.10 0.13 0.15 0.18 0.20 0.23 0.25 0.28 0.30 0.33 0.35

ΘΘΘΘv [m

3/m

3]

λλ λλ

Serie1

Periodo invernale

Periodo estivo

Best-fit



TRASMITTANZA TERMICA

Considerando le proprietà termofisiche di progetto, con opportune

semplificazioni, la trasmittanza termica dell’insieme può essere stimata

in circa:

U = 0.34 - 0.36 W/m2K

MA:



Trasmittanza termica calcolata da dati misurati

Mese U eq Ordine del

modelo

[W/m2

K] [-]

giu-01 0.50 48

lug-01 - -

ago-01 0.40 28

set-01 0.28 28

ott-01 0.27 28

nov-01 0.20 26

dic-01 0.20 28

gen-02 0.22 32

feb-02 0.24 28

mar-02 0.29 26

apr-02 0.24 28

mag-02 0.43 26

giu-02 0.39 26

0.46

0.37

0.27

0.26

0.19

0.19

0.21

0.23

0.28

0.23

0.40

0.37

Nel periodo

invernale varia tra

0.19 – 0.26W/m2K



INCREMENTO DELL’INERZIA TERMICA DELLA COPERTURA

L’elevata inerzia termica smorza le fluttuazioni di temperatura e

riduce i flussi entranti





PARAMETRI PRESTAZIONALI CONVENZIONALI [UNI EN ISO 13786/2008]

[ ]hϕ

- Trasmittanza termica periodica:

- Fattore di attenuazione:

- Sfasamento termico:

[ ]−= U

Yf

iea

]Km/W[Y 2ie



Flussi termici - luglio

-20,0

-15,0

-10,0

-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 0.00 4.00 8.00

ora

Flu

ssi te

rmic

i [W

/m2]

centro strato coltivo

strato lapillo

EFFETTO DI ATTENUAZIONE E SFASAMENTO DEL FLUSSO TERMICO

Sfasamento pari a circa 4 ORE

Attenuazione pari a circa 0,36

MONITORAGGIO COPERTURE ENVIRONMENT PARK



Andamento temperature - luglio

20,0

22,0

24,0

26,0

28,0

30,0

32,0

34,0

0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 0.00 4.00 8.00

ora

Tem

pe

ratu

ra [

°C]

strato erba

strato coltura

strato drenante

COMPORTAMENTO ESTIVO



L’approccio della UNI 13786 non permette di tenere conto



degli scambi termici radiativi all’interno dello strato fogliare,

degli scambi termici convettivi,

del processo evapotraspirativo caratteristico delle piante

H2O

H2O

Vapore acqueo

H2O

Vapore acqueo



Esistono alcuni modelli complessi implementati in software per il

bilancio energetico orario dell’edificio (es. Energy plus) o per la

certificazione energetica (es. Termus di ACCA, Edilclima in

preparazione…)

PROBLEMATICHE

parametri di ingresso caratterizzanti la copertura verde (ogni specie

vegetale è caratterizzata da una propria tipologia fogliare, da una

densità specifica delle foglie, da un’altezza sul livello del terreno, da un

particolare colore,…) difficili da ottenere.

MODELLI PER LA VALUTAZIONE DELLA PRESTAZIONE

ENERGETICA ESTIVA



1. Vegetazione

2. Terreno

3. Geotessile

4. Strato drenante

5. Strato impermeabile

6. Isolante termico

7. Barriera al vapore

8. Massetto di pendenza

9. Solaio in laterocemento

10.Intonaco

APPLICAZIONE AD UN CASO STUDIO

RICERCA DELL’UR del Gruppo TEBE/DENER/POLITO prof. Corrado

[Materiale fornito da Alice Gorrino, Ettore Stagi]



Calcolo della trasmittanza termica periodica attraverso modello complesso

implementato in ENERGY PLUSParametri di ingresso

Manto vegetale

Altezza: altezza del manto vegetale - limitata nell’intervallo di valori 0,01m-1m.

Indice LAI: indice dell’area fogliare (leaf area index) [proiezione sul piano orizzontale dell’area delle foglie per unità di superficie del terreno] - limitato tra i valori 0,001 e 5 [-].

Coefficiente di riflessione delle foglie: percentuale di radiazione solare che viene riflessa dall’unità di superficie fogliare.

Emissività delle foglie: rapporto tra radiazione termica emessa dalla superficie delle foglie e quella emessa da un ideale corpo nero caratterizzato dalla stessa temperatura.

Resistenza stomatica minima: resistenza offerta dalle piante alla diffusione del vapore acqueo in unità [s/m]. Piante con valori bassi di resistenza stomatica avranno un tasso

evapo-traspirativo superiore rispetto a piante con valori di resistenza stomatica elevati - valori variabili tra 50 e 300 s/m.

Strato di coltura

Rugosità: rugosità relativa di un particolare strato di materiale (“VeryRough”, “Rough”, MediumRough”, “MediumSmooth”, “Smooth”, “VerySmooth”)

Spessore: la profondità dello strato di coltura in metri

Conduttività: la conduttività termica per terreni asciutti espressa in [W/mK].

Densità: la densità riferita al terreno asciutto espressa in [kg/m3].

Calore specifico: riferito a terreni asciutti misurato in [J/kgK]

Coefficiente di assorbimento termico: frazione di radiazione infrarossa (long-wave) incidente che è assorbita dallo stato di terreno

Coefficiente di assorbimento solare: frazione di radiazione solare incidente che è assorbita dal terreno in condizioni asciutte

Contenuto massimo di umidità del terreno: quantità di acqua nel terreno per la quale si hanno condizioni di saturazione. Generalmente il suo valore è inferiore a 0,5.

Contenuto residuo di umidità del terreno: quantità di acqua nel terreno per la quale le piante cominciano ad appassire. I valori ricadono all’interno dell’intervallo 0,01-0,1.

Contenuto iniziale di umidità del terreno: i valori ricadono all’interno dell’intervallo 0,1-1.

[Materiale fornito da Alice Gorrino, Ettore Stagi]



ANALISI PARAMETRICAelementi di maggiore influenza



CONFRONTO TRA VALORI DI TRASMITTANZA TERMICA PERIODICA

CON MODELLO UNI 13786 E ENERGYPLUS

Confronto tra metodologie di calcolo

0.00

0.01

0.01

0.02

0.02

0.03

0.03

Tra

smit

tan

za t

erm

ica

pe

rio

dic

a [W

/(m

2K

)]

min 0.002 0 0.0109 0.002 0.0084 0.002 0.0105 0.002

med 0.00872 0.0012 0.018344444 0.003333333 0.014082353 0.002529412 0.014675 0.0025

max 0.0256 0.004 0.0225 0.004 0.0218 0.004 0.0201 0.003

Energy Plus UNI EN ISO 13786 Energy Plus UNI EN ISO 13786 Energy Plus UNI EN ISO 13786 Energy Plus UNI EN ISO 13786

Spessore del terreno Conducibilità termica del terreno Densità del terreno Calore specifico del terreno

Il metodo UNI è meno sensibile alle variazioni dei parametri

Grandi variazioni tra i risultati ottenuti con modelli diversiHNECESSARI

CONFRONTI CON DATI SPERIMENTALI



ALTRI RISULTATI : MONITORAGGIO DELLA COPERTURA DEL

PALAZZO “LEOPARDI” – REGIONE MARCHE

Materiale fornito da P. Principi,R. Fioretti, Dipartimento di Energetica, Università Politecnica delle Marche

RICERCA DELL’UR del Dip. Energetica, Università Politecnica delle Marche, proff.ri Principi e Fioretti



Riduzione della radiazione solare




Temperatura superficiale della copertura




Utilizzo dei dati misurati per modellazioni energetiche


Riduzione del

carico termico

max di circa il

15%



Vegetalis® Francia

LE FACCIATE VERDI

ELT Easy Green™ Living Wall Canada

controllo del microclima estivo

Materiale fornito da

[Materiale fornito da Federica Ariaudo]



Campagna di misurazioni in campo

COME SI VALUTA LA PRESTAZIONE?

Ricerche condotte da UR DENER/POLITO proff.ri G.V. Fracastoro e S. Corgnati




-100

0

100

200

300

400

500

600

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00

Irra

dia

nza

[W/m

q]

Tem

pera

tura

[°C

]

OraTemperatura aria Temperatura parete nuda

Temperatura parete verde Irradianza

PRINCIPALI RISULTATI

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00

Tem

pera

tura

[°C

]

Flu

sso

[W

/mq

]

Flusso parete nuda Flusso parete verde

Temperatura parete nuda Temperatura parete verde[Materiale fornito da Federica Ariaudo]



e

v

h

IKU

A=

∆Φ

trasmittanza del

componente opaco

costante verde

coefficiente di scambio convettivo

radiazione solare incidente sulla superficie esterna

IDENTIFICAZIONE DI UN PARAMETRO PER LA PROGETTAZIONE

aese

sevsev

TT

TTK

−

−=


Flusso termico non entrante



CONFRONTO TRA LE VARIE SPECIE

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00

Te

mp

era

tura

°C

Ora

Temperatura parete nuda TSEV ACTINIDIA

TSEV GLICINE TSEV EDERA

TSEV AMPELOPSIS TSEV RINCOSPERMO

TSEV PARTHENOCISSUS




CONCLUSIONI

L’utilizzo del verde in facciate e coperture si sta diffondendo, anche grazie

alle indicazioni negli Allegati Energetico Ambientali dei Regolamenti Edilizi

Campagne di monitoraggio e simulazioni con strumenti di modellazione

avanzata dimostrano le potenzialità di questi sistemi in termini di efficienza

energetica

Necessario e urgente un adeguamento normativo



GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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