Evoluzione tecnologica dei serramenti: dalle prestazioni termiche ...
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<strong>Evoluzione</strong> <strong>tecnologica</strong> <strong>dei</strong> <strong>serramenti</strong>: <strong>dalle</strong><br />
<strong>prestazioni</strong> <strong>termiche</strong> alle <strong>prestazioni</strong> acustiche<br />
G. CELLAI<br />
Università degli Studi di Firenze, Dipartimento TAeD “P. Spadolini”, gianfranco.cellai@taed.unifi.it<br />
Abstract<br />
La recente Direttiva europea 2002/91/CE finalizzata al miglioramento delle <strong>prestazioni</strong> energetiche<br />
degli edifici, unitamente al Decreto di recepimento n°192/05 mediante l’imposizione di requisiti<br />
termici minimi, mettono in particolare evidenza il ruolo centrale giocato dai <strong>serramenti</strong> nel controllo<br />
<strong>dei</strong> consumi energetici, invernali ma anche estivi, senza trascurare la qualità dell’illuminazione naturale.<br />
D’altra parte i <strong>serramenti</strong> sono chiamati anche ad assicurare <strong>prestazioni</strong> in relazione<br />
all’isolamento acustico delle facciate <strong>dei</strong> fabbricati, di cui al DPCM 5.12.97. L’autore, a partire dal<br />
quadro legislativo e normativo venutosi a configurare, analizza l’evoluzione <strong>tecnologica</strong> <strong>dei</strong> <strong>serramenti</strong><br />
e delinea un quadro conoscitivo utile sia per i progettisti che per le imprese del settore edile,<br />
con particolare riguardo a quello residenziale che ha un peso rilevante nei consumi energetici globali,<br />
evidenziando sia gli aspetti postivi prestazionali che gli aspetti critici, non ultimo l’inevitabile<br />
penalizzazione dell’illuminazione naturale per alcune delle soluzioni proposte.<br />
Simbologia<br />
Ag , Af area rispettivamente del vetro e del telaio (m²)<br />
dj spessore della lastra di vetro dello strato j (m)<br />
D2m,nTw isolamento acustico di facciata (dB)<br />
hr conduttanza radiativa (W/m²K)<br />
hg conduttanza del gas nell’intercapedine (W/m²K).<br />
Gr numero di Grashof (-)<br />
Pr numero di Prandtl (-)<br />
Nu numero di Nusselt (-)<br />
Rse è la resistenza termica superficiale esterna (pari a 0,04 m²K/W con vetro chiaro)<br />
Rsi resistenza termica superficiale interna (assunta pari a 0,13 m²K/W con vetro chiaro)<br />
Rs,j resistenza termica dell’intercapedine j<br />
Rw Indice di valutazione del potere fonoisolante (dB)<br />
s spessore dell'intercapedine (m)<br />
Ug trasmittanza termica della vetrata (W/m²K)<br />
Uf trasmittanza termica del telaio (W/m²K)<br />
Uw trasmittanza termica del serramento (W/m²K)<br />
ε emissività corretta della superficie (-); per vetro chiaro si assume ε = 0,837<br />
per emissività normale εn = 0,89 (perpendicolare alla superficie)<br />
σ costante di Stefan-Boltzmann (5,67⋅10 -8 W/m²K 4 )<br />
λj conduttività termica dello strato j (W/mK)<br />
Ψg trasmittanza termica lineare del distanziatore tra i vetri (W/mK)<br />
TL Flusso luminoso direttamente trasmesso attraverso il vetro (%)<br />
RL Flusso luminoso riflesso direttamente verso l'esterno (%)<br />
Tuv Flusso trasmesso di raggi ultravioletti (UV A+B, da 0,28-0,38 micron) (%)<br />
TE Flusso energetico direttamente trasmesso attraverso il vetro (%).<br />
RE Flusso energetico riflesso direttamente dalla lastra verso l'esterno (%)<br />
g Fattore solare (%) rapporto tra l'energia solare entrante (somma dell'energia passata direttamente<br />
all'interno [TE] più quella assorbita <strong>dalle</strong> lastre e ritrasmessa all'interno per convezione e<br />
irraggiamento nello spettro dell'infrarosso lontano) ed energia solare incidente<br />
SC coefficiente shading (%) è il rapporto tra l'energia solare totale che passa attraverso la vetrata<br />
considerata e l'energia solare totale che attraversa un vetro monolitico chiaro di riferimento<br />
di spessore 3 mm. In pratica è SC = g/87.<br />
Ra Indice di fedeltà <strong>dei</strong> colori (-)<br />
17
1. L’EVOLUZIONE LEGISLATIVA E NORMATIVA<br />
E’ a partire dalla legge 373 del 1976 contenente le prime disposizioni cogenti in materia di<br />
riduzione <strong>dei</strong> consumi energetici, attuata mediante il controllo della potenzialità degli impianti,<br />
che si impone decisamente l’attenzione sui componenti finestrati: fatti due conti<br />
emerge immediatamente l’impossibilità di mantenere l’uso di <strong>serramenti</strong> dotati di vetri<br />
semplici caratterizzati da valori di trasmittanza insostenibili. Infatti, avendo il vetro per finestre<br />
una conducibilità termica λ=1 W/mK, con uno spessore di 4 mm ed un valore delle resistenze<br />
liminari pari a 0,17 W/m 2 K , si ottiene un valore di trasmittanza Ug = 6 W/m 2 K. Se si<br />
pensa poi che, approssimativamente, almeno 1/3 <strong>dei</strong> consumi energetici per riscaldamento<br />
delle abitazioni sono da attribuire alle finestre, si comprende immediatamente<br />
l’importanza dell’incremento delle <strong>prestazioni</strong> di tali componenti.<br />
Da tali constatazioni si cominciano a studiare tutta serie di accorgimenti costruttivi finalizzati<br />
alla riduzione della trasmittanza, e di altri parametri come descritto in seguito, che finiranno<br />
per interessare non solo i vetri ma anche i telai di sostegno.<br />
Dal 1975 si era inoltre posta l’attenzione su un altro aspetto non secondario svolto <strong>dalle</strong><br />
vetrate: quello relativo all’illuminazione naturale; è in tale anno che viene emanato il DM<br />
5 luglio 1975[1], nel quale si prende coscienza che ai <strong>serramenti</strong> è demandato il compito<br />
di assicurare il comfort visivo, consentire il ricambio naturale dell’aria oltre a controllare i<br />
carichi termici invernali. Il parametro che caratterizza le <strong>prestazioni</strong> d’illuminazione naturale<br />
è il Fattore medio di luce diurna FMLD per il quale si richiedono valori non inferiori al 2%<br />
per gli alloggi, con risvolti pesanti in termini di distanze tra edifici totalmente disattesi sul<br />
piano urbanistico, mentre su quello edilizio ci si ritiene soddisfatti con la regola pratica di<br />
assumere una superficie apribile pari ad 1/8 della superficie del pavimento del locale.<br />
Nel 1991 viene emanata la legge n°10 in attuazione del piano energetico nazionale:<br />
l’attenzione si sposta sul sistema edificio-impianto, si richiedono oltre a verifiche di potenza<br />
anche limitazioni ai consumi e rendimenti minimi agli impianti. L’attenzione sui <strong>serramenti</strong> si<br />
allarga agli apporti gratuiti dell’irraggiamento solare: il serramento è visto non solo come<br />
dispersore energetico ma anche come elemento che può portare apporti gratuiti, anche<br />
in veste di sistema passivo (serra). Purtroppo non si emanano i Decreti attuativi dell’art. 4<br />
commi 1 e 2 che avrebbero potuto innescare progettazioni più virtuose sotto il profilo costruttivo<br />
e tipologico anche <strong>dei</strong> vari componenti opachi e trasparenti.<br />
Dobbiamo quindi aspettare la Direttiva 2002/91/CE sulle <strong>prestazioni</strong> energetiche degli edifici<br />
ed il susseguente D.Lvo 192/05 [2] per avere una svolta decisiva anche nel modo di<br />
concepire i <strong>serramenti</strong>: si fissano valori minimi di trasmittanza per i vetri e per i <strong>serramenti</strong><br />
nel loro complesso (vetro+telaio), varianti in funzione della zona climatica di appartenenza,<br />
e nel contempo si porta l’attenzione anche sulla necessità di controllare i carichi termici<br />
estivi, quantomeno con opportune schermature.<br />
Tuttavia, oltre che dagli aspetti termici, il vero elemento di novità è rappresentato<br />
dall’emanazione del DPCM 5.12.97 Requisiti acustici passivi degli edifici: con le prime verifiche<br />
fatte per soddisfare il requisito minimo d’isolamento acustico di facciata D2mnTw, variante<br />
da un minimo di 40 dB per le residenze ai 48 dB per gli edifici scolastici, si è immediatamente<br />
compreso che le facciate dotate di comuni <strong>serramenti</strong> non erano assolutamente<br />
in grado di soddisfare le esigenze suddette (cfr. Tabella B del decreto citato).<br />
In sintesi, ad oggi, la legislazione accennata ha comportato per i <strong>serramenti</strong> la verifica di<br />
requisiti che spaziano dal regime termico, invernale ed estivo, alla qualità<br />
dell’illuminazione naturale fino al controllo del rumore, in una visione olistica della problematica<br />
progettuale <strong>dei</strong> <strong>serramenti</strong> oramai inscindibile.<br />
L’evoluzione normativa è stata seguita di pari passo da quella <strong>tecnologica</strong>: il miglioramento<br />
delle <strong>prestazioni</strong> di vetri e telai di sostegno, hanno portato alla nascita di finestre<br />
dotate di vetri speciali, con telai aventi elevatissime tenuta all’aria con risvolti sia sui con-<br />
18
sumi energetici ma anche della qualità dell’abitare finalizzata al benessere delle persone,<br />
quali il controllo dell’irraggiamento solare e la riduzione del rumore in ingresso.<br />
Ad esempio, un tipico serramento in legno, dotato di doppio vetro 4-6-4 (due lastre di vetro<br />
chiaro di sp. 4 mm con intercapedine d’aria di 6 mm) ha una trasmittanza di circa 3,3<br />
W/m²K e, con le dimensioni delle finestre calcolate con la regola di 1/8, consente attualmente<br />
di verificare i parametri della legge 10/91 (il Cd, coefficiente volumico di dispersione<br />
termica ed il FEN, fabbisogno energetico normalizzato); tuttavia il potere fonoisolante<br />
Rw di tale serramento non supera i 30 dB: poiché le <strong>prestazioni</strong> della facciata sono condizionate<br />
dall’elemento acusticamente più debole, costituito dal serramento piuttosto che<br />
dalla muratura, ecco che il valore richiesto per Rw dovrà essere non inferiore a circa 35-36<br />
dB per le residenze e a 44 - 46 dB per gli edifici scolastici.<br />
Il settore edilizio ha quindi spostato progressivamente la sua attenzione <strong>dalle</strong> <strong>prestazioni</strong><br />
<strong>termiche</strong>, inizialmente soddisfatte dai comuni doppi vetri, a quelle acustiche ed ora nuovamente<br />
a quelle <strong>termiche</strong> ben più restrittive rispetto a quelle degli anni ‘90: il progettista<br />
è così costretto ad esaminare soluzioni tecnologiche per la progettazione delle finestre<br />
che, pur tenendo conto del rapporto aeroilluminante, devono consentire il soddisfacimento<br />
del requisito acustico e termico riducendo sensibilmente i consumi energetici rispetto<br />
alla pratica corrente.<br />
2. PRESTAZIONI TERMICHE<br />
A partire dal 1976, la necessità di dover ridurre le dispersioni <strong>termiche</strong> per trasmissione al<br />
fine di verificare il coefficiente di dispersione termica volumica Cd (W/m 3 K) della legge<br />
373, ha di fatto imposto l’uso di doppi vetri uniti al perimetro, montati su telai dotati di una<br />
discreta tenuta all’aria. Dal punto di vista termico si adottano così in modo indifferenziato,<br />
da nord a sud, i doppi vetri uniti al perimetro, con telaio che sempre più spesso è di tipo<br />
metallico (alluminio) e in misura sempre minore in legno, mentre si affacciano sul mercato<br />
anche telai in PVC, grazie alla stabilità raggiunta da tale materiale.<br />
La situazione è rimasta immutata fino all’agosto del 2005 quando il D.Lvo 192 ha imposto i<br />
valori limite delle Tabelle I e II riferite rispettivamente al serramento (telaio + vetro) ed al solo<br />
vetro.<br />
E’ facile osservare come già da adesso i classici doppi vetri siano utilizzabili solo nelle zone<br />
A e B e quindi praticamente solo nel Sud d’Italia, mentre a partire dal 2009 spariranno praticamente<br />
di circolazione, considerato anche la necessità di soddisfare le esigenze acustiche.<br />
I componenti finestrati (vetro + telaio) sono soggetti alle seguenti modalità di scambio<br />
termico:<br />
- convettivo e radiativo tra le superfici esterne con l'aria ambiente adiacente a causa<br />
delle differenze di temperatura;<br />
- radiativo, a lunghezze d'onda superiori a 2,5 μm (infrarosso), tra le superfici esterne e<br />
l'ambiente circostante ( terreno, edifici, cielo, ambiente interno, ecc.);<br />
- radiativo, per l’irraggiamento solare diretto o per riflessione dall'ambiente circostante<br />
per lunghezze d'onda inferiori a 2,5 μm ( zona compresa tra l'ultravioletto e l'infrarosso)<br />
- conduttivo-convettivo e radiativo all'interno delle intercapedini (per finestre semplici<br />
con vetri doppi o finestre doppie);<br />
- per trasmissione dell'energia solare incidente.<br />
19
Il calcolo delle <strong>prestazioni</strong> <strong>termiche</strong> sono state oggetto di specifiche norme tecniche sia<br />
per i vetri sia per il serramento nel suo complesso quali, le UNI 7144 e 10345[3], sostituite rispettivamente<br />
dalla UNI EN 673[4] e UNI EN ISO 10077-1[5].<br />
Unitamente alle <strong>prestazioni</strong> <strong>termiche</strong>, per le implicazioni energetiche ma anche acustiche,<br />
si sono classificati i <strong>serramenti</strong> anche in funzione della tenuta all’aria con la UNI EN<br />
12207 [6] che ha sostituito la UNI 7979, mentre le <strong>prestazioni</strong> in termini di trasmissione della<br />
radiazione luminosa e solare sono state normate dalla UNI EN 410 [7].<br />
Trascurando gli effetti della radiazione solare e delle infiltrazioni d’aria, la trasmittanza termica<br />
del serramento UW è data dalla seguente relazione riportata nella UNI EN ISO 10077<br />
(v. figura 1):<br />
20<br />
Fig. 1 -<br />
UW = Ag Ug + Af U f + Ig Ψg / (Ag + Af ) (W/m²K) (1)<br />
Uf<br />
Ψg<br />
Ug
Per quanto attiene al componente vetrato la trasmittanza termica Ug è calcolata mediante<br />
la seguente relazione in conformità alla EN 673 (v. figura 2):<br />
Ug = 1/ (Rsi + ∑ j<br />
dj<br />
λ j<br />
+ ∑<br />
j<br />
Rsj + Rse) (W/m²K) (2)<br />
esterno interno<br />
Rse<br />
Fig. 2 - Resistenze <strong>termiche</strong> incontrate dal flusso di calore entrante/uscente<br />
La descrizione delle <strong>prestazioni</strong> energetiche del componente finestrato avviene dunque<br />
mediante le suddette trasmittanze, tra le quali compaiono le resistenze liminari hi e he assunte<br />
convenzionalmente per vetri comuni, senza trattamenti, rispettivamente pari a 8 e<br />
23 W/m 2 K. Dall’esame delle (1) e (2) appare evidente che il ruolo principale ai fini della<br />
resistenza termica è svolto dall’intercapedine vetrata il cui valore è dato da:<br />
Rs = 1/hs = 1/(hr + hg) (m²K/W)<br />
Dopo l’iniziale successo <strong>dei</strong> doppi vetri, si sono susseguite una serie di ricerche tutte concentrate<br />
ad incrementare le <strong>prestazioni</strong> dell’intercapedine (v. figura 3):<br />
� uso di gas con minor conduttività dell’aria;<br />
� trattamento superficiale <strong>dei</strong> vetri con conseguente riduzione dell’emissività;<br />
� frazionamento dell’intercapedine (con ulteriori vetri o con films);<br />
� uso di distanziatori dotati di bassa conduttività termica.<br />
radiativi<br />
conduttivi<br />
convettivi<br />
Conduttivi<br />
di telaio e<br />
del bordo di<br />
unione<br />
d<br />
λ<br />
Rs<br />
Bassa emissività<br />
Gas speciali e frazionamento<br />
dell’intercapedine<br />
Miglioramento di telai e<br />
distanziatori<br />
Fig. 3 - Trasmissione termica nelle vetrate e conseguenti azioni di controllo<br />
d<br />
λ<br />
Rsi<br />
21
2.1 La riduzione degli scambi termici conduttivi e convettivi<br />
Le <strong>prestazioni</strong> <strong>termiche</strong> di vetri singoli sono assai scarse se confrontate con quelle <strong>dei</strong><br />
doppi vetri separati da una lama d’aria: rimanendo all’esempio precedente, un vetro<br />
chiaro singolo di 4 mm presenta una trasmittanza di circa 6 W/m²K contro una trasmittanza<br />
di 3,3 W/m²K di un vetro doppio 4-6-4 con 6 mm di camera d’aria.<br />
Il miglioramento della prestazione è da attribuire alle resistenze <strong>termiche</strong> radiative e convettive-conduttive<br />
che si verificano nell’intercapedine contenente aria disidratata, di cui<br />
è sfruttata la bassa conducibilità termica λ pari a circa 0,025 W/mK, ovvero con una conducibilità<br />
termica 40 volte inferiore a quella del vetro.<br />
L’aria, come i gas in genere, posta in intercapedini ed in stato di quiete assicura elevati<br />
valori di resistenza termica, per cui si sarebbe tentati di aumentare lo spessore della stessa<br />
per incrementarne la resistenza dell’intercapedine: tuttavia si osserva che oltre spessori di<br />
circa 16 mm la resistenza termica tende a decrescere; ciò è dovuto all’insorgenza di moti<br />
convettivi nell’aria dell’intercapedine che innescano la convezione riducendo la resistenza<br />
termica complessiva. Per ovviare a tale inconveniente e soprattutto per cercare di ottenere<br />
a parità di spessore resistenze <strong>termiche</strong> maggiori, si è pensato all’uso di gas diversi<br />
dall’aria.<br />
In Tabella III sono riportate le proprietà termofisiche di alcuni gas comunemente impiegati<br />
al posto dell’aria: essi hanno valori di conduttività più bassi e di viscosità dinamica più alti.<br />
In sintesi mediante l’uso di gas diversi dall’aria da un lato si può mantenere spessori<br />
dell’intercapedine elevati senza innescare moti convettivi, dall’altro si ottengono maggiori<br />
valori di resistenza termica con spessori più ridotti (v. Tabella IV [8]): quest’ultimo è un fatto<br />
essenziale dal punto di vista costruttivo e <strong>dei</strong> costi dovendo contenere lo spessore del telaio<br />
del serramento. Volendo fare un confronto tra aria e Argon si può vedere che la produzione<br />
nel primo caso si attesta normalmente su spessori fino a circa 12 mm, mentre con<br />
l’Argon sui 15-16 mm, con valori maggiori giustificati solo dalla necessità di incrementare il<br />
potere fonoisolante. Ciò si dimostra a partire dal calcolo della conduttanza del gas hg,<br />
data dalla seguente relazione:<br />
22<br />
hg = Nu λ/s<br />
con Nu numero di Nusselt (-). Per moto laminare si ha:<br />
Nu = A (Gr Pr) n (3)<br />
dove:<br />
A è una costante (pari a 0,035 per superficie verticale);<br />
n è un esponente (pari a 0,38 per superficie verticale).<br />
Fisicamente Nusselt rappresenta il rapporto tra scambio termico convettivo hg e conduttivo<br />
λ/s e quindi per valori ≤ 1 la resistenza termica è solo di tipo conduttivo (per valori < 1<br />
si assume Nu = 1), viceversa si è in presenza di convezione e quindi si riduce la resistenza<br />
termica dell’intercapedine per valori >1. Valori contenuti di Nu si ottengono riducendo<br />
nella (3) Gr e/o Pr che rappresentano rispettivamente il rapporto tra forze di galleggiamento<br />
e forze viscose del fluido ed il rapporto tra l’attitudine al trasporto della quantità di<br />
moto e l’attitudine al trasporto di calore (diffusività termica).<br />
Se osserviamo ancora la relazione (2) si vede come a parità di spessore complessivo<br />
dell’intercapedine, se la stessa viene frazionata, introducendo un terzo/quarto vetro, la<br />
resistenza della vetrata aumenta: ad esempio una intercapedine di 12 mm ha una resistenza<br />
termica di circa 0,16 m²K/W mentre due intercapedini 6+6 presentano una resistenza<br />
di circa 0.26 m²K/W.<br />
Nella Tabella V sono riportati i risultati <strong>dei</strong> calcoli, con le stesse ipotesi assunte per la Tabella<br />
IV, usando aria e doppia-tripla intercapedine (vetri tripli/quadrupli) [8].
Tuttavia un vetro di spessore pari a 6 mm pesa 15 kg/m 2 e pertanto un triplo/quadruplo<br />
vetro porta ad un peso di 45-60 kg/m 2 : ciò richiede telai di spessore maggiore e cerniere<br />
in grado di reggere tali pesi con ante aperte, che nel tempo possono manifestare svergolamenti.<br />
Tab. III - Proprietà termofisiche di alcuni gas usati nelle intercapedini vetrate<br />
Gas Temperatura di Massa<br />
riferimento volumica<br />
°C<br />
Kg/m3 Viscosità<br />
dinamica<br />
⋅ 10-5 Conduttività Capacità<br />
termica λ termica<br />
Kg/ms (W/mK)<br />
kJ/kgK<br />
Aria 10 1,277 1,761 0,0250 1,008<br />
Argon 10 1,699 2,164 0,0168 0,519<br />
SF6<br />
esafluoruro di<br />
zolfo<br />
10 6,360 1,459 0,0127 0,614<br />
Kripton 10 3,560 2,670 0,0090 0,245<br />
Tab. IV - Valori di Rs per alcuni tipi di gas mantenendo un regime conduttivo*<br />
Tipo di Gas Spessore s (mm) Grashof Rs<br />
per valori di Nu ≤ 1<br />
(m²K/W)<br />
Aria 16 0,76⋅104 0,194<br />
Argon 16 1⋅104 0,214<br />
SF6 5 0,83⋅104 0,163<br />
Kripton 10 0,74⋅104 0,225<br />
* doppi vetri con spessore 4 mm con emissività ε = 0,837, per<br />
una differenza di temperatura tra le superfici affacciate<br />
nell’intercapedine pari a circa 10 °C.<br />
La ricerca ha portato alla produzione di film plastici (Teflon), stabili all’azione <strong>dei</strong> raggi ultravioletti,<br />
di frazioni di millimetro e di peso trascurabile, che possono anch’essi avere proprietà<br />
basso-emissive, e che sono stati inseriti nelle intercapedini vetrate al fine di<br />
frazionarle aumentandone così la resistenza termica complessiva e riducendo peraltro i<br />
punti critici di tenuta del gas (v. figura 4).<br />
Tab. V - Valori di Rs incrementando le intercapedini e mantenendo un regime conduttivo * [8]<br />
n° di<br />
Vetri<br />
3<br />
4<br />
Spessore s delle<br />
intercapedini (mm)<br />
Rs1<br />
(m²K/W)<br />
Rs2<br />
(m²K/W)<br />
Rs3<br />
(m²K/W)<br />
Rs<br />
(m²K/W)<br />
6+6 0,131 0,124 - 0,255<br />
12+12 0,180 0,168 - 0,348<br />
6+6+6 0,133 0,128 0,122 0,383<br />
12+12+12 0,181 0,174 0,165 0,520<br />
* gas aria, con le intercapedini 1, 2 e 3 numerate dall’esterno verso l’interno<br />
23
24<br />
coating<br />
4 punti critici di tenuta del<br />
gas con due distanziatori<br />
Film plastico<br />
Due intercapedini<br />
sigillate a diversa<br />
pressione e<br />
temperatura<br />
Vetro standard<br />
spesso e pesante<br />
2 soli punti critici di<br />
tenuta del gas<br />
coating<br />
Fig. 4 - <strong>Evoluzione</strong> <strong>tecnologica</strong> dal triplo vetro al film plastico<br />
per il frazionamento dell’intercapedine<br />
2.2 La riduzione degli scambi termici radiativi: i vetri basso emissivi<br />
Potendo fare il vuoto tra le lastre vetrate, lo scambio termico si riduce al solo irraggiamento<br />
e, indipendentemente dallo spessore, l’intercapedine raggiunge un valore massimo di<br />
Rs = 0,276 m²K/W per un salto termico tra le facce vetrate di circa 10 °C.<br />
Il valore della conduttanza radiativa hr tra due superfici affacciate su intercapedini vetrate<br />
è dato dalla seguente relazione:<br />
hr = 4 σ (1/ε1 + 1/ε2 –1) -1 Tm 3 (4)<br />
coating<br />
Vetrata con triplice intercapedine<br />
a doppio<br />
strato di film plastico<br />
Film plastico<br />
Distanziatore unico<br />
Dalla (4) si rileva che tanto più bassi sono i valori delle emissività ε1 - ε2, tanto minore è il valore<br />
della conduttanza radiativa.<br />
I trattamenti superficiali al fine di ottenere vetri con emissività sensibilmente inferiore a<br />
quella <strong>dei</strong> comuni vetri sodico calcici, pari a 0,837, è stata introdotta al fine di incrementare<br />
le resistenze radiative (v. UNI EN 1096-1, 2000 Vetri rivestiti - Definizione e classificazio-
ne). I vetri basso emissivi raggiungono pertanto valori d’emissività fino a 10 volte inferiori a<br />
quelli del vetro comune.<br />
Il trattamento viene fatto generalmente in faccia due o tre con riferimento a figura 5, oppure<br />
su entrambe le facce rivolte verso l’intercapedine. Più raramente si ricorre a vetri<br />
basso emissivi con trattamento in faccia 1 al solo fine di ridurre gli scambi termici radiativi<br />
con l’esterno, in quanto normalmente predomina lo scambio termico convettivo.<br />
esterno interno<br />
1 2 3 4<br />
esterno interno<br />
1 2 3 4<br />
coating<br />
Fig. 5 - Identificazione delle facce <strong>dei</strong> vetri e posizione <strong>dei</strong> trattamenti (coating)<br />
Più interessante è il trattamento in faccia 4 dove, in base alla relazione (5), si vede come<br />
assumendo valori di emissività pari a 0,1 si riduca di circa 9 volte il valore di hr <strong>dei</strong> vetri<br />
chiari comuni, rendendo trascurabile lo scambio termico radiativo a fronte di quello convettivo:<br />
infatti mentre la conduttanza radiativa hr per vetro comune è uguale a 4,4<br />
W/m 2 K, per valori di ε minori a 0,837 si ha:<br />
hr = 4,4 ε /0,837 (5)<br />
La conduttanza convettiva hc per superficie verticale e convezione naturale si assume<br />
convenzionalmente pari a 3,6 W/m 2 K, infine :<br />
hi = hc + hr = 3,6 + (4,4 ε /0,837) (6)<br />
con hi = 8 W/m 2 K per vetri comuni. Nella figura 6 sono riportati i valori di Rs in funzione dello<br />
spessore dell’intercapedine e del valore dell’emissività (un solo vetro trattato).<br />
Nella figura 7 è riportato il bilancio termico per un vetro doppio con trattamento selettivo<br />
nei confronti dell’irraggiamento solare[9]. Il trattamento <strong>dei</strong> vetri è definito e classificato<br />
dalla UNI EN 1096-1, ed avviene sostanzialmente depositando uno o più strati di metalli,<br />
ossidi, fluoruri o altri composti caratterizzati da bassa emissività sul supporto costituito dal<br />
vetro di base.<br />
25
Fig. 6 - Valori della resistenza dell’intercapedine Rs al variare dello spessore e dell’emissività<br />
(una sola superficie trattata)[5]<br />
La UNI EN ISO 10077-1 riporta tabelle con valori precalcolati della trasmittanza Ug di vetrate<br />
doppie e triple, in funzione del numero, dello spessore <strong>dei</strong> vetri e dell’intercapedine, del<br />
trattamento dell’emissività e del tipo di gas (v. Tabella V).<br />
26<br />
Rs (m²/KW)<br />
0.500<br />
0.450<br />
0.400<br />
0.350<br />
0.300<br />
0.250<br />
0.200<br />
0.150<br />
0.100<br />
0.050<br />
0.000<br />
6 9 12 15<br />
spessore intercapedine (mm)<br />
0.837<br />
0.4<br />
0.2<br />
0.1<br />
Fig. 7 - Diagramma del bilancio termico di una vetrata isolante di tipo basso-emissivo<br />
(coating in faccia 3)<br />
Dall’esame della Tabella VI si evince, come il limite della trasmittanza si sposta a valori<br />
confrontabili con quelli di un muro isolato (circa 0,5 W/m 2 K).<br />
In breve nel volgere di pochi anni l’evoluzione <strong>tecnologica</strong> consente l’uso di vetrate aventi<br />
trasmittanza minore di oltre 10 volte quella del vetro singolo (da 6 a 0,5 W/m 2 K).<br />
Si stima di raggiungere un obbiettivo di circa 0,3 W/m 2 K per incontrare le esigenze delle<br />
zero-energy house. Un ulteriore incremento delle <strong>prestazioni</strong> è poi atteso dal controllo di-
namico degli apporti solari che può ridurre ulteriormente i carichi termici invernali (aumento<br />
degli apporti gratuiti) ed estivi (riduzione dell’irraggiamento entrante).<br />
A causa <strong>dei</strong> costi l’uso di tali tipologie vetrate è attualmente assai ridotto: nel mercato <strong>dei</strong><br />
<strong>serramenti</strong> degli USA la loro diffusione è pari a circa l’1%.<br />
2.3 La limitazione dell’apporto energetico e luminoso: vetri riflettenti e selettivi<br />
Non meno importanti degli aspetti energetici sono quelli ottici che ovviamente hanno riflessi<br />
anche sul piano energetico considerato che circa il 42% dell’energia solare è irradiata<br />
nel campo del visibile.<br />
La trasmissione delle radiazioni solari attraverso un vetro è dipendente dalla lunghezze<br />
d’onda della radiazione incidente, dall’angolo d’incidenza e dal tipo di vetro attraversato<br />
dalla radiazione (spessore e presenza o meno di trattamenti superficiali), nonché dalla<br />
geometria del sistema finestrato.<br />
I parametri che esprimono le <strong>prestazioni</strong> ottiche ed energetiche nei confronti<br />
dell’irraggiamento solare sono rispettivamente la trasmissione luminosa TL (%) ed il fattore<br />
solare g (%) entrambi definiti dalla EN 410 per il campo di lunghezze d’onda comprese nel<br />
visibile (0,38 – 0,74 μm) e dall’ultravioletto all’infrarosso vicino (0,3 - 2,5 μm).<br />
Per assicurare una buona protezione dall’irraggiamento solare un vetro deve avere un valore<br />
g compreso tra il 15 ed il 20%, tuttavia ciò comporta una forte riduzione di TL, con<br />
conseguente peggioramento dell’illuminazione naturale.<br />
Un altro parametro degno d’attenzione è la trasmissione <strong>dei</strong> raggi ultravioletti Tuv (0,3-<br />
0,38 μm) per gli effetti di decolorazione che gli stessi hanno sui tessuti.<br />
Il trattamento superficiale del vetro (coating) può essere pertanto fatto sia per ridurre<br />
l’emissività ma anche per controllare l’apporto solare e luminoso: esso può essere di tipo<br />
chimico o fisico; nel primo caso si sfrutta l’elevata temperatura del vetro all’uscita del forno<br />
Float di colata (circa 600 °C) per fissare lo strato di trattamento (coatings pirolitici); nel<br />
secondo caso si usano impianti separati, tra i quali il più avanzato è quello denominato<br />
“Magnetron Sputtering” che consente il deposito <strong>dei</strong> metalli per ionizzazione sottovuoto in<br />
diversi strati di films, consentendo una vasta gamma cromatica ed una elevata variabilità<br />
<strong>dei</strong> parametri luminosi ed energetici; tali depositi sono denominati magnetronici o sottovuoto<br />
e sono alla base della produzione <strong>dei</strong> vetri speciali con proprietà molteplici denominati<br />
antisolari, basso-emissivi e selettivi.<br />
Con il deposito pirolitico si raggiungono valori dell’emissività fino a circa 0,2 ÷ 0,3, mentre<br />
valori inferiori si ottengono con il deposito sottovuoto.<br />
In funzione delle <strong>prestazioni</strong> i vetri speciali possono pertanto essere classificati in [9]:<br />
a) Vetri antisolari -riflettenti<br />
b) Vetri per isolamento termico - basso-emissivi<br />
c) Vetri antisolari basso-emissivi-riflettenti (Vetri Selettivi)<br />
a) I vetri antisolari-riflettenti sono stati studiati per limitare l'apporto energetico e luminoso<br />
della radiazione solare esterna, incidente sulla superficie del vetro. Questo comportamento<br />
e dovuto alla proprietà del coating di riflettere verso l'esterno e di assorbire l'energia solare<br />
incidente facendola passare solo in parte. Analogo comportamento lo si ottiene per<br />
la radiazione luminosa che viene in parte riflessa, in parte assorbita ed in parte trasmessa<br />
(v. figura 7). I vetri riflettenti trovano il loro naturale impiego nelle odierne architetture hitech<br />
con facciate in vetro strutturale nelle quali è prioritario il controllo della radiazione solare<br />
per ragioni di comfort, dando un contributo essenziale alla riduzione delle spese di<br />
esercizio degli impianti di climatizzazione; infatti, il principio con cui sono stati progettati i<br />
vetri antisolari si basa essenzialmente sulla diminuzione del flusso luminoso esterno che porta<br />
alla riduzione dell'apporto energetico.<br />
b) I vetri basso-emissivi, come evidenziato in precedenza, sono finalizzati ad ottimizzare l'isolamento<br />
termico e, nel contempo, senza penalizzare eccessivamente l'apporto di luce<br />
ed energia solare proveniente dall'esterno. L'emissività del coating è minore anche rispet-<br />
27
to ad un vetro Riflettente. I vetri basso-emissivi sono impiegati soprattutto nei paesi con<br />
clima freddo.<br />
Tab. VI - Trasmittanza termica Ug di vetrate doppie e triple riempite con differenti gas [5]<br />
28
c) I vetri antisolari-basso-emissivi racchiudono nello stesso coating di rivestimento le caratteristiche<br />
<strong>dei</strong> due vetri sopra descritti (vedi figura 8). A differenza <strong>dei</strong> vetri antisolari permettono<br />
un maggior passaggio del lusso luminoso a fronte di un sempre limitato apporto<br />
energetico della radiazione solare: pertanto vengono detti vetri Selettivi. Rispetto ai vetri<br />
basso-emissivi hanno emissività eguali se non più basse e, di conseguenza, hanno ottimi<br />
valori di isolamento termico. Il loro impiego è ottimale nelle regioni con clima temperato<br />
dove si alternano stagioni fredde e calde.<br />
Un comportamento analogo lo si può ottenere assemblando in vetrata isolante un vetro<br />
antisolare-riflettente con uno basso-emissivo: in tal caso però il flusso luminoso è ridotto<br />
come nei vetri riflettenti (v. figura 9).<br />
Nella Tabella VII è riportato il campo delle <strong>prestazioni</strong> <strong>dei</strong> vetri speciali con trattamenti di<br />
tipo fisico e magnetronico (tipologia del vetro 6-12-6), che consente un immediato riscontro<br />
tra prodotti vetrari aventi stesso tipo di <strong>prestazioni</strong> ma differenti processi produttivi. Con<br />
il trattamento fisico il coating riflettente e basso-emissivo è posto in faccia 2 mentre con il<br />
magnetronico il coating riflettente è in faccia 2 ed il basso-emissivo in faccia 3<br />
Tabella VII - Prestazioni di prodotti speciali presenti sul mercato [adattata da 9]<br />
Parametro TL RL g Ra Tuv Ug<br />
min max min max min max min max min max min max<br />
coating<br />
fisico<br />
coating<br />
magnetronico<br />
20 66 12 54 13 49 85 95 6 20 1,1* 2,9<br />
7 33 8 46 8 33 93 97 3 24 1.1* 2,9<br />
* con gas Argon e una lastra con ε = 0.05<br />
L’aspetto estetico <strong>dei</strong> vetri è molto importante per le opere d’architettura; con i vetri<br />
speciali è possibile ottenere diverse gamme di colori tipo argento, bleu, bronzo, verde,<br />
grigio, ecc.<br />
Fig. 7 - Prestazioni <strong>termiche</strong> ed ottiche di una vetrata antisolare-riflettente (coating in faccia 2) [9]<br />
TL = 18 g = 22 SC =25<br />
29
Fig. 8 - Vetrata selettiva antisolare basso-emissiva - Diagramma del bilancio termico e luminoso[9]<br />
TL = 49 g = 36 SC = 41<br />
Fig. 9 - Vetrata selettiva antisolare basso-emissiva e riflettente - Diagramma del bilancio termico e<br />
luminoso[9]. TL = 33 g = 30 SC = 34<br />
Tuttavia il problema alla base dell’uso di tali vetrate è costituito dal basso valore della trasmissione<br />
luminosa, e dalla possibile alterazione della percezione <strong>dei</strong> colori all’interno <strong>dei</strong><br />
locali, che può richiede una integrazione con luce artificiale anche in periodo diurno.<br />
30
Nelle grandi opere di architettura si evitano tali problematiche realizzando pozzi di luce<br />
interni agli edifici, talvolta vere e proprie piazze, sostanzialmente schermati<br />
all’irraggiamento solare diretto, e verso i quali si utilizzano vetrate che assicurano elevati<br />
valori di TL.<br />
3. LE PRESTAZIONI ENERGETICHE DEI TELAI<br />
L’altro componente del serramento è costituito dal telaio. Due sono gli aspetti essenziali<br />
che sono stati presi in esame ai fini delle <strong>prestazioni</strong> <strong>termiche</strong>, con sviluppi anche per quelle<br />
acustiche:<br />
- l’uso di telai metallici con taglio termico;<br />
- l’uso di distanziatori con bassa conducibilità termica;<br />
- l’incremento della tenuta all’aria.<br />
Per ridurre il ponte termico, in corrispondenza del telaio metallico, causa anche di condensazione<br />
del vapor d’acqua, si è fatto ricorso a soluzioni costruttive definite a taglio<br />
termico; il taglio può essere considerato tale solo se separa completamente le sezioni del<br />
profilo metallico del lato freddo <strong>dalle</strong> sezioni del lato caldo.<br />
Le suddette tipologie costruttive si realizzano con l’inserimento nel telaio di materiale plastico<br />
a bassa conduttività termica (ad esempio listelli di poliammide rinforzati con fibra di<br />
vetro).<br />
Nella figura 10 è rappresentato un tipico telaio in alluminio con e senza taglio termico.<br />
Telaio senza taglio termico<br />
Telaio con taglio termico<br />
Fig. 10 - Esempi di tipici telai in alluminio senza e con taglio termico (listelli di poliammide)<br />
31
La trasmittanza termica di un telaio in alluminio è pari a circa 6 W/m²K, confrontabile<br />
quindi con quella di un vetro singolo, che si riducono a circa 3 W/m²K con il taglio termico.<br />
Per i telai metallici a taglio termico in genere, la UNI ENISO 10077-1 (v. prospetto D.4<br />
app.D) fornisce valori di Uf in funzione della più piccola distanza tra sezioni opposte di alluminio,<br />
d, in mm (v. figura 11), e del valore di conducibilità termica del materiale di taglio<br />
termico (compresa tra 0,1 e 0,3 W/mK).<br />
In figura 11 è riportata la sezione di un tipico profilo in alluminio ed i corrispondenti valori Uf<br />
in funzione delle dimensioni (NC) dello stesso.<br />
NC<br />
32<br />
d<br />
Profili in alluminio Valore Uf (W/m 2 K)<br />
NC 72.1 STH 2,1 - 2,4<br />
NC 72 STH 2,3 - 2,8<br />
NC 65 STH 2,4 - 3,3<br />
NC 50 STH<br />
NC 68 STH<br />
2,8 - 3,7<br />
2,6 - 3,5<br />
NC 45 STH 3,2 - 4,2<br />
Fig. 11 - Sezione di un profilo in allumnio e valori della trasmittanza Uf<br />
(fonte Ditta METRA)<br />
Con telai in materie plastiche la UNI suddetta (v. prospetto D.1 app.D) da un valore della<br />
trasmittanza Uf che varia tra 2,0 (PVC con profilo vuoto) e 2,8 W/m²K (poliuretano con anima<br />
di metallo) e quindi è simile a quella del legno (v. figura 12).<br />
Per i telai in legno le stesse norme forniscono un grafico di calcolo in funzione dello spessore<br />
df e della natura del legno, riportato in figura 13.<br />
Poiché i telai in legno hanno spessori normalmente compresi tra 50 e 60 mm, la trasmittanza<br />
varia tra 1,9 e 2,3 W/m²K, e quindi è generalmente inferiore a quella <strong>dei</strong> telai metallici<br />
con taglio termico.
Fig. 12 - Serramento in PVC con doppia guarnizione e telaio di rinforzo in tubolare d'acciaio<br />
Fig. 13 - Trasmittanza Uf di telai in legno [5]<br />
La trasmittanza termica della vetrata, Ug, è applicabile all’area centrale della stessa e non<br />
include gli effetti <strong>dei</strong> distanziatori del vetro posti sul bordo dello stesso. La trasmittanza<br />
termica lineare Ψ tiene conto della conduzione termica aggiuntiva dovuta all’interazione<br />
tra il telaio, la vetrata e il distanziatore. Per distanziatori in alluminio e in acciaio, la UNI EN<br />
ISO 10077-1 indica valori di Ψ, per una specifica gamma di tipi di telai e vetrate, varianti<br />
33
tra 0,02 e 0,08 W/mK (v. prospetto VIII 1 ), con i valori inferiori per distanziatore in materiale<br />
plastico.<br />
Tab. VIII - Valori della trasmittanza termica lineare Ψ per distanziatori per vetro in alluminio e in acciaio<br />
Nella Tabella IX sono riportati alcuni valori della trasmittanza della finestra Uw in funzione di<br />
Ug e Uf , tenuto conto dell’influenza di Ψ.<br />
Ebbene si può vedere che l’influenza del telaio è tanto maggiore quanto minore è la trasmittanza<br />
del vetro.<br />
Tab. IX - Trasmittanze <strong>termiche</strong> per finestre con percentuale dell’area di telaio pari al 30% dell’area<br />
dell’intera finestra (UNI EN ISO 10077-1)<br />
In particolare in base al D.Lvo 192/05, a partire dal gennaio 2009 si deve puntare a valori<br />
di Uw varianti tra un minimo di 2,2 e 3,0 W/m 2 K (Zone C,D,E,F), pertanto, con telai metallici,<br />
sarà obbligatorio l’uso di profili a taglio termico di elevata prestazione.<br />
Ad esempio, per le zone F è richiesto Ug = 1,6 e Uw = 2,2 W/m 2 K: tali valori possono essere<br />
soddisfatti con valori Uf ≤ 2,6 W/m 2 K non tanto facili da raggiungere (v. figura 11).<br />
Nella Tabella X sono riportati, in funzione delle zone climatiche i valori Uf richiesti per soddisfare<br />
il requisito. L’ultimo, ma non per questo meno importante, è l’aspetto della tenuta<br />
all’aria del serramento, che può essere espressa mediante classificazione della permeabilità<br />
all'aria del campione sottoposto a prova riferito all'intera area [6].<br />
1 Questi valori sono ricavati per vetrate doppie a bassa emissività, Ug ~ 1,3 W/(m 2 ·K) e per vetrate<br />
triple a bassa emissività, Ug ~ 0,7 W/(m 2 ·K).<br />
34<br />
Ug Uf
n° di Vetri<br />
Tab. X - Valori massimi di Uf per il D.Lvo 192/05 a partire dal 1/1/2009 1<br />
Zona climatica<br />
A B C D E F<br />
2 Ug Uf Ug Uf Ug Uf Ug Uf Ug Uf Ug Uf<br />
5,0 2 3,8 3,0 3,8 2,3 3,8 2,1 3,4 1,9 3,4 1,6 2,6<br />
Uw 5,0 2 3,6 3,0 2,8 2,5 2,2<br />
1 finestre con telaio pari al 30% della superficie della finestra<br />
2 valore non realistico dovendo soddisfare il requisito acustico<br />
La classificazione è fatta in 4 classi, assumendo il valore di permeabilità per una pressione<br />
di riferimento di 100 Pa (v. Tabella XI). Poiché i <strong>serramenti</strong> devono comunque assicurare<br />
tenute all’aria non inferiori alle classi 3-4 per soddisfare i requisiti acustici, è necessario che<br />
il telaio sia dotato di almeno due guarnizioni di tenuta sulla battuta (v. figura 14).<br />
Tabella XI - Classificazione tenuta all’aria alla pressione di 100 Pa<br />
e scadimento prestazione acustica<br />
Classe Portata aria<br />
di infiltrazione (m3 /h m²)<br />
Penalizzazione acustica*<br />
Dall’esame <strong>dei</strong> valori di Tabella XI appare evidente che le infiltrazioni d’aria possono rappresentare<br />
il contributo maggiore in assoluto alle dispersioni <strong>termiche</strong>, oltre che una penalizzazione<br />
in termini di <strong>prestazioni</strong> acustiche, per valori di tenuta inferiore alla classe 3.<br />
Fig. 14 - Sezione schematica di serramento in legno con doppia guarnizione<br />
(dB)<br />
1 27-50 5-8<br />
2 9-27 2-5<br />
3 3-9 1-2<br />
4 1-3 ≤ 1<br />
* Possibile correzione da applicare al potere fonoisolante Rw del serramento<br />
Guarnizioni<br />
di tenuta<br />
Guarnizioni<br />
di tenuta<br />
35
4. PRESTAZIONI ACUSTICHE<br />
Il decreto 5 dicembre 1997 [10] ha stabilito i valori minimi d’isolamento acustico di facciata<br />
D2m,nT,w (v.Tabella XII), in funzione della diversa tipologia degli edifici. I valori minimi si riferiscono<br />
ai componenti in opera, e possono pertanto essere soggetti a collaudo a costruzione<br />
ultimata. Per le facciate con componenti finestrati, il rispetto <strong>dei</strong> valori suddetti impone<br />
ai <strong>serramenti</strong> <strong>prestazioni</strong> particolarmente elevate, ed in special modo al vetro: in altri<br />
termini è il serramento che condiziona la prestazione d’isolamento acustico della facciata.<br />
36<br />
Tab. XII – Valori minimi di isolamento acustico di facciata [10]<br />
categoria di edificio D2m,nT,w<br />
residenze, alberghi, pensioni e simili 40<br />
uffici, edifici per il culto, il commercio e simili 42<br />
ospedali, cliniche, case di cura e simili 45<br />
scuole e simili 48<br />
La prestazione acustica di un serramento, espressa dall’indice di valutazione del potere<br />
fonoisolante Rw, (dB) è condizionata in ordine d’importanza:<br />
• dalla tipologia e dal numero di vetri;<br />
• dalla tenuta all’aria del telaio (v. Tabella XI);<br />
• dal distanziatore.<br />
Le <strong>prestazioni</strong> acustiche di finestre dotate di vetrate termoisolanti classiche, tipo 4-12-4,<br />
aventi circa Rw = 30 dB non sono tali da soddisfare i requisiti acustici richiesti per le protezione<br />
delle facciate, qualunque sia la categoria degli edifici (v. Tabella XII).<br />
Occorrono valori Rw di circa 37-38 dB per le residenze e a crescere progressivamente fino<br />
a raggiungere valori prossimi a 46 dB per le scuole.<br />
Dall’esperienza delle valutazioni eseguite su progetto e collaudi in opera, si può considerare<br />
che, all’incirca, il valore di Rw del serramento può essere dedotto dall’isolamento acustico<br />
richiesto dalla facciata con la seguente relazione:<br />
Rw = D2m,nT,w - 2÷4 dB (5)<br />
La relazione (5) è valida a condizione che il serramento presenti un’elevata tenuta all’aria<br />
e la posa in opera sia eseguita a regola d’arte, ovvero senza creare <strong>dei</strong> ponti acustici in<br />
corrispondenza della giunzione telaio-muratura.<br />
Per quanto attiene la prestazione acustica <strong>dei</strong> vetri, considerato che l’intercapedine, per<br />
le considerazioni <strong>termiche</strong> esposte, non raggiunge spessori superiori a 18-20 mm, questa è<br />
affidata essenzialmente alla massa superficiale totale del vetro m’ (kg/m²) e, a parità di<br />
massa, alla utilizzazione di vetri stratificati tra loro desolidarizzati dalla presenza dello strato<br />
elastico:<br />
Il caso ha quindi voluto che le vetrate stratificate (v. UNI EN ISO 12543-1/6), nate per ragioni<br />
di sicurezza antieffrazione e antinfortunio, offrano un sensibile miglioramento nelle<br />
<strong>prestazioni</strong> acustiche, da qui il loro rapido diffondersi tanto da diventare oramai insostituibili.<br />
Il miglioramento è da attribuire alla composizione delle vetrate: esse sono infatti costituiti<br />
da due o più lastre unite tra loro mediante uno o più strati plastici che funge da collante,<br />
e che ha un effetto smorzante sulle vibrazioni sonore. Tra i materiali plastici più diffusi<br />
vi è il PVB (Polivinilbutirrale), usato normalmente in spessori fino a circa 0.9 mm (doppio<br />
strato), ora sostituito da resine speciali appositamente studiate a fini acustici. Il materiale<br />
plastico consente un incremento delle <strong>prestazioni</strong> da 2 a 5 dB, come si evince dalla figura
15, dove sono riportati l’andamento <strong>dei</strong> valori d’isolamento acustico R per vetri singoli e<br />
stratificati con diversi tipi di materiale: in pratica con l’uso di resine si riesce ad eliminare il<br />
fenomeno della coincidenza dal campo di frequenze di pratico interesse. Per mantenere<br />
le proprietà elastiche del materiale, nel caso di doppi vetri di cui uno solo stratificato è<br />
consigliabile disporre quest’ultimo verso l’interno (lato caldo).<br />
La desolidarizzazione deve essere assicurata anche dal distanziatore, e pertanto è necessario<br />
che non sia rigido ma elastico: ciò consente alle lastre di vibrare in modo indipendente<br />
esaltando così la prestazione complessiva; al fine di contenere fenomeni di coincidenza<br />
sonora, che penalizzano le <strong>prestazioni</strong> acustiche, è anche consigliato differenziare<br />
lo spessore <strong>dei</strong> vetri (v. figure 16 e 17). Peraltro anche il taglio termico contribuisce alla desolidarizzazione<br />
in esame.<br />
Fig. 15 - Valore del potere fonoisolante di vetrate semplici e composte (fonte Saint-Gobain Glass)<br />
Per quanto attiene alla prestazione complessiva del serramento, l’influenza del telaio può<br />
essere valutata facendo riferimento alla figura 17 tratta dal prEN 14351[11], dove il valore<br />
Rw della finestra è desunto empiricamente da quello del vetro, generalmente fornito dai<br />
produttori. La figura 18 fa riferimento a classi di tenuta all’aria ≥ 2, e prevede valori non<br />
superiori a 45 dB per il serramento; per valori superiori a 37 dB è necessario utilizzare almeno<br />
due guarnizioni di tenuta sulla battuta dell’anta apribile.<br />
Dall’esame del grafico è possibile rilevare che il telaio esercita un’influenza negativa sulla<br />
prestazione del vetro a partire da valori superiori a circa 38 dB: questo significa che, per<br />
ottenere le <strong>prestazioni</strong> richieste dalla legge, è necessario porre molta attenzione<br />
nell’esecuzione del telaio; in pratica questo deve essere in grado non solo di sopportare<br />
nel tempo il peso maggiorato ai fini acustici della vetrata, ma anche di mantenere invariate<br />
le capacità di tenuta all’aria.<br />
Fig. 16 - Andamento <strong>dei</strong> valori R per vetri singoli di spessore 4 e 8 mm: la frequenza di coincidenza si<br />
verifica rispettivamente intorno a 3000 e a 1500 Hz.<br />
37
38<br />
Fig. 17 - Andamento <strong>dei</strong> valori R per vetrate doppie con vetri simmetrici e asimmetrici<br />
Fig. 18 - Isolamento acustico di una finestra singola in funzione dell’isolamento acustico del vetro<br />
(C = correzione con spettro di rumore rosa; Ctr = correzione con spettro di rumore da traffico)<br />
Recentemente il GdL UNI di Acustica ha messo a punto una bozza di Linee Guida per il<br />
calcolo e la verifica di progetto <strong>dei</strong> requisiti acustici <strong>dei</strong> componenti[10], nelle quali è riportato<br />
un prospetto delle <strong>prestazioni</strong> acustiche <strong>dei</strong> <strong>serramenti</strong> per diverse tipologie.<br />
Nel prospetto suddetto, note le caratteristiche del vetrocamera montato sul serramento o<br />
noto il suo potere fonoisolante misurato sperimentalmente, dalla posizione delle guarnizioni<br />
è possibile ricavare il valore medio del potere fonoisolante del serramento. Dal valore<br />
Rw del serramento, mediante <strong>dei</strong> fattori correttivi, è poi possibile calcolare il valore di progetto<br />
Rwfinestra da utilizzare nei calcoli previsionali.<br />
5. CONCLUSIONI<br />
Esaminando alcuni tipici valori <strong>dei</strong> vetri aventi <strong>prestazioni</strong> acustiche superiori a 37 dB e<br />
classe di tenuta all’aria superiori a 2, si è ottenuta la Tabella XIII, nella quale si conferma<br />
che il soddisfacimento del suddetto requisito comporta anche <strong>prestazioni</strong> <strong>termiche</strong> migliori<br />
rispetto ai 3÷3,5 W/m²K <strong>dei</strong> doppi vetri comuni. Ovviamente i valori della trasmittanza<br />
possono essere ulteriormente ridotti utilizzando vetri bassoemissivi o gas diversi dall’aria.<br />
Si osserva, tuttavia, che la trasmissione luminosa <strong>dei</strong> vetri acustici è ridotta rispetto ai doppi<br />
vetri comuni, normalmente superiore all’80%, con valori particolarmente bassi per i vetri
trattati; di tale aspetto occorre tener conto nella valutazione del fattore medio di luce<br />
diurna al fine di non trovarsi in situazioni critiche, penalizzanti anche dal punto di vista energetico[11].<br />
Tipo di vetro*<br />
(spessore in mm)<br />
Tab. XIII - Prestazioni acustiche e <strong>termiche</strong> di alcuni tipi di <strong>serramenti</strong><br />
Rw<br />
vetro<br />
dB<br />
Correzione<br />
prEN 14351<br />
(dB)<br />
Rw<br />
serramento<br />
dB<br />
Trasmissione<br />
luminosa<br />
%<br />
Trasmittanza Ug<br />
W/m²K<br />
6-12-33.1 37 - 37 79 2,8<br />
6-12-44.1 38 - 38 78 2,8<br />
8-12-44.1 40 -1 39 77 2,8<br />
10-12-44.1 41 -1 40 76 2,8<br />
6-16a-44.1e 41 -1 40 66 1,5<br />
10-12-44.2 42 -1 41 76 2,8<br />
44.2-12-64.2 43 -2 41 76 2,8<br />
10-16-88.2 45 -3 42 72 2,6<br />
44.2-20-64.2 47 -3 44 76 2,7<br />
* il primo numero indica lo spessore del vetro esterno, il secondo lo spessore<br />
dell’intercapedine, il terzo lo spessore del vetro stratificato e dello strato elastico, a = argon,<br />
e= vetro basso emissivo<br />
Riferimenti bibliografici<br />
1. DM 5 luglio 1975, Modificazioni alle istruzioni ministeriali relativamente all'altezza minima ed ai<br />
requisiti igienico sanitari principali <strong>dei</strong> locali di abitazione.<br />
2. Decreto l.vo 19 agosto 2005, n.192 Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento<br />
energetico nell'edilizia. (GU n. 222 del 23-9-2005- Suppl. Ordinario n.158)<br />
3. UNI 10345,1993, Trasmittanza termica <strong>dei</strong> componenti edilizi finestrati.<br />
4. UNI EN 673, 1999, Vetro per edilizia-Determinazione della Trasmittanza termica-Metodo di Calcolo.<br />
5. UNI EN ISO 10077-1, 2002, Prestazione termica, di finestre, porte e chiusure-Calcolo della trasmittanza<br />
termica- Metodo semplificato.<br />
6. UNI EN 12207, 2000, Finestre e porte- Permeabilità all’aria-Classificazione.<br />
7. UNI EN 410, 2000, Vetro per edilizia-Determinazione delle caratteristiche luminose e solari delle<br />
vetrate.<br />
8. Raffellini,.G., Cellai, G., 1994, Aspetti energetici <strong>dei</strong> componenti finestrati, in Atti del 49° Congresso<br />
Nazionale ATI, Perugia, 271-283.<br />
9. Vincenzo Russo, Guida pratica- Scelta e applicazioni <strong>dei</strong> vetri speciali Associazione produttori<br />
vetrate isolanti<br />
10. DPCM 5.12.1997, Determinazione <strong>dei</strong> requisiti acustici passivi degli edifici<br />
11. PrEN 14351,2001, Windows and external pedestrian doors - Product standard<br />
12. prU20000780,2004, Acustica in edilizia- Prestazioni acustiche degli edifici-Linee Guida per il calcolo<br />
e la verifica di progetto.<br />
13. Busa, L., Cellai,G., Raffellini, G., Secchi, S.,2004, Efficacia dell’illuminazione naturale nella riduzione<br />
<strong>dei</strong> consumi energetici degli edifici, in Atti del 59° Congresso Nazionale ATI, Genova.<br />
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