FINIS | ESTRA

Scuola di Dottorato in Architettura, Città e Design Dottorato di ricerca in ‘Nuove Tecnologie e Informazione, Territorio e Ambiente’ Settore scientifico disciplinare ICAR/12 - Tecnologia dell’Architettura

FINIS EXTRA Il Sistema Finestra: energy rating e metodologie di intervento nella riqualificazione energetica degli edifici residenziali in zona climatica E

Dottorando: arch. Emilio Antoniol FINIS | EXTRA

Tutor: prof. arch. Massimo Rossetti Venezia, 30 marzo 2015

La ricerca di dottorato

STRUTTURA > AMBITO > OBIETTIVI > CONTENUTI Parte1 Metodi di analisi e strumenti operativi per gli interventi sul sistema finestra Parte2 Valutazione e progetto dell’efficienza energetica dei serramenti > CONCLUSIONI > SVILUPPI FUTURI

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Inquadramento della ricerca

AMBITO

> RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO ESISTENTE > LA FINESTRA NELLA RIQUALIFICAZIONE

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AMBITO

RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO ESISTENTE 2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

ITALIA

Nuovo

>> 12.187.698 edifici residenziali >> 69% antecedenti al 1976 Recupero

>> 34,4% consumi energetici >> +17,5% produzione CO2 (su media europea)

Rapporto ANCE 2013. Osservatorio congiunturale sull’industria delle costruzioni, Edilstampa, Roma, Dicembre 2013.

Energy Efficiency Report. L’Efficienza Energetica in Italia, Politecnico di Milano, Dipartimento di Ingegneria Gestionale, Milano, 2011.

Dati ISTAT del censimento generale della popolazione e delle abitazioni del 2001 e 2011.

ENEA, RAEE11. Rapporto Annuale sull’Efficienza Energetica 2011, Roma, 2012.

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AMBITO

LA FINESTRA NELLA RIQUALIFICAZIONE

FINESTRE ITALIANE >> 30% (tra 15% e 40%) consumi energetici medi >> 30% con vetro singolo >> 60% con doppio vetro non BE >> 71,5 - 140 milioni finestre da sostituire/adeguare >> 100-270.000 TJ*a poteziale di risparmio energetico Mario Ridolfi, Quartiere INA CASA Conegliano I, 1957-62 CRESME, Rapporto RIUSO 03. Ristrutturazione edilizia riqualificazione energetica rigenerazione urbana, Roma, 2013.

TNO, TNO Report TNO-60-DTM-2011-00338. Glazing type distribution in the EU building stock, 2011.

TNO Report 2007, Impact of solar Control Glazing on Energy and CO2 savings in Europe, 2007.

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AMBITO

LA FINESTRA COME SISTEMA

COMPONENTE COMPLESSO presenta molteplici

>> Requisiti e prestazioni tecniche >> Funzioni >> Configurazioni parete-finestra

Mario Ridolfi, finestre a losanga, Quartiere INA CASA Conegliano I, 1957-62 Boaga Giorgio, L’involucro architettonico. Progetto, degrado e recupero della qualità edilizia, Masson, Milano, 1994

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Scopo della ricerca

OBIETTIVI LA RIQUALIFICAZIONE DEL SISTEMA FINESTRA MEDIANTE INTERVENTI APPROPRIATI > DEFINIRE UNA METODOLOGIA DI INTERVENTO SUL SISTEMA FINESTRA > DEFINIRE UNA CLASSIFICAZIONE ENEGETICA DEL SERRAMENTO > DEFINIRE ALCUNE PROPOSTE DI PROGETTO PER SERRAMENTI EFFICIENTI

Giancarlo De Carlo, Collegio universitario di Urbino 1973-81

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La ricerca di dottorato

CONTENUTI Parte 1

METODI DI ANALISI E STRUMENTI OPERATIVI PER GLI INTERVENTI SUL SISTEMA FINESTRA - Breve storia della finestra - Finestra e sistema finestra: definizioni - Rapporto tra edificio e sistema finestra - Gli interventi di riqualificazione del sistema finestra - Linee guida di intervento

Edificio residenziale a Cesena

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PARTE 1

BREVE STORIA DELLA FINESTRA

Recente

Lungo percorso di

INNOVAZIONE FORMALE FINIS | EXTRA

<>

INNOVAZIONE TECNOLOGICA Venezia, 30 marzo 2015

PARTE 1

FINESTRA e SISTEMA FINESTRA: DEFINIZIONI

COMPONENTI

Architrave

Veletta

Sistema di schermatura

>> Vano murario Spalla/Stipite

Serramento

>> Serramento Davanzale

Parapetto Sottofinestra

Controtelaio e giunti di interfaccia

>> Schermature >> Giunti posa >> Acessori

Marino E., Sistema finestra, Appunti per la progettazione e la posa in opera, UniversitĂ di Bolzano, 2012.

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PARTE 1

RAPPORTO TRA EDIFICIO E SISTEMA FINESTRA

CORNICE - INFISSO >> 5 Classi tipiche cornice A

B

C

D

>> 5 Classi tipiche infisso >> 4 FASCE DI INTERVENTO A-D

Aumento intervento su cornice

A

D Aumento intervento su infisso

Grafico riebolarato dallâ&#x20AC;&#x2122;autore sulla base di quanto proposta da Romanelli e Scapaccino in: Romanelli F., Scapaccino E., Dalla finestra al curtain wall: ricerche sulle tecnologie del discontinuo, Officina, Roma, 1979.

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PARTE 1

GLI INTERVENTI DI RIQUALIFICAZIONE

DIVERSE MODALITÀ dall’analisi dei casi studio

>> CONSERVATIVO (nel restauro) >> SOSTITUTIVO (prevalente) >> ANALITICO (simulazione con software) >> PRESTAZIONE RESIDUA (valutazione)

Edificio residenziale a Venezia con 6 differenti modalità di intervento sul sistema finestra

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PARTE 1

LA VALUTAZIONE DELL’ESISTENTE

SCHEDE DI VALUTAZIONE >> Scheda 1 - VANO >> Scheda 2 - SERRAMENTO >> Scheda 3 - SCHERMO >> Scheda 4 - CONFIGURAZIONE

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PARTE 1

LA PRESTAZIONE RESIDUA

“il livello di servizio non pregiudicato dall’uso precedente che il componente dismesso è ancora in grado di fornire”

1. DIAGNOSI 2.VALUTAZIONE 3. GIUDIZIO Parametri di diagnosi

Punteggi di valutazione da 1 a 3

Guidizio complessivo

Antonini Ernesto, Riqualificazione e sostituzione di serramenti esterni in Guida alla posa in opera dei serramenti, Consorzio LegnoLegno, Correggio, 2012.

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PARTE 1

LINEE GUIDA DI INTERVENTO Fase 2

Fase 3

Fase 3a

Stratigrafia supporto murario

Resistenza e durabilità

Fruibilità, ingombro, gestione

Integrabilità

Definizione nuova stratigrafia

Definizione materiale infisso

Definizione apertura serramento

Definizione posizione serramento

Definizione morfologia serramento e schermo

Definizione apertura schermo

verifica integrabilità

Fase 1

Fase 4

Fase 5

Fase 6

Fase 7

Fase 8

Fase 9

Fase 10

Ventilazione

Sicurezza

Tenuta all’aria

Tenuta all’acqua

Illuminazione e benessere visivo

Controllo solare e luminoso

Controllo dispersioni termiche

Verifica di laboratorio tenuta serramento

Verifica di laboratorio tenuta serramento

Verifica superficie illuminante

Verifica tipologia schermo

Verifica presenza di ponti termici

Definizione tipologia e dimensione telaio

Definizione dispositivi di ventilazione

Definizione dispositivi di sicurezza

Definizione davanzale e giunti d’interfaccia

Definizione giunti di interfaccia

Progetto cornice

Fase 11

Valutazione prestazioni del serramento

Bilancio Energetico ------

Definizione vetro con Tv e g adeguati

Progetto cornice

Classe energetica

in caso di verifica della superficie illuminante non adeguata ripredere dalla Fase 2

Definizione posizione schermo

Altre verifiche opzionali

in caso di variazioni del sistema di schermi ripredere dalla Fase 3

Compatibilità materiale e morfologia

Compatibilità posizione

Compatibilità tipologia di apertura

Compatibilità dispositivi ventilazione

Compatibilità dispositivi di sicurezza

Compatibilità materiali del giunto

Compatibilità davanzale e materiali giunti

Compatibilità interventi sulla cornice

Compatibilità interventi su cornice

Compatibilità sistema vetrato

Compatibilità risultati simulazione energetica

in caso di incompatibilità della verifica energetica riprendere la metodologia dalla Fase che provoca la mancanza

3 fasi

2 fasi

2 fasi

3 fasi

1 fase

Posizione, tipologia e materiale infisso

Acessori e complementi infisso

Progetto posa In opera

Prestazioni energetiche

Valutazione energetica

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La ricerca di dottorato

CONTENUTI Parte 2

VALUTAZIONE E PROGETTO DELL’EFFICIENZA ENERGETICA DEI SERRAMENTI - Classificazione energetica dei serramenti - Il ruolo delle etichette energetiche - Definizione di un’etichetta energetica italiana - Progetto di serramenti efficienti in fascia E

Edificio residenziale a Cesena

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PARTE 2

CLASSIFICAZIONE ENERGETICA DEI SERRAMENTI

BILANCIO ENERGETICO Impatto indiretto EPBD2 2010/31/UE

>> ISO 18292: 2011 procedure di calcolo per lâ&#x20AC;&#x2122;efficienza energetica dei serramenti

Direttiva Europea 2010/31/UE EPBD 2 (attuata in Italia con D.L. 63/2013) ISO 18292:2011 Energy performance of fenestration systems for residential buildings. Calculation procedure.

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PARTE 2

IL RUOLO DELLE ETICHETTE ENERGETICHE

ETICHETTE EUROPEE

Alcune delle 22 etichette esistenti analizzate nella tesi e raccolte nellâ&#x20AC;&#x2122;Antologia del sistema finestra

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PARTE 2

DIVERSI MODELLI DI ETICHETTA PER SERRAMENTI

ETICHETTA INGLESE

ETICHETTA FRANCESE

ETICHETTA IFT

>> 1 solo indice EP (invernale)

>> 2 indici EP (inverno+estate)

>> 2 indici EP (inverno+estate)

>> 1 sola Zona climativa nazionale

>> 3 Zone climatiche nazionali

>> 1 Zona climatica europea

>> Equazione bilancio energetico: EP=196,7((1-f)*gg)-68,5(Uw+(0,0165*L)) [kWh/m2a]

>> Bilancio energetico non riferito alla ISO 18292/11 ma al confronto con uno standard

>> Bilancio energetico riferito alla ISO 18292/11 con uno delle equazioni orarie (giorno medio di riscaldamento/ raffrescamento)

BFRC (British Fenestration Rating Council) - www.bfrc.org | UFME and SMEP- www.etiquette-energie-menuiserie.fr | Ift Rosenheim - www.ift-rosenheim.de

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PARTE 2

DEFINIZIONE DI UN’ETICHETTA ENERGETICA ITALIANA

METODOLOGIA EUROPEA Window

s Energ

Prodot to Produt tore Tipologia Dimensio infisso Località ni 1230x1480m m

y Labe

l

criteri essenziali

ITA L IA Energy kWh/m

Perfom

qa

A+

ance EP

EPTOT

46

A B C D E F

A

Zona

I

EPH

2

EPC

22

A+ B

EP

55

>> Bilancio energetico riferito a ISO 18292: 2011

A

>> Valutazione stagionale

G

>> Valutazione zona climatica

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PARTE 2

LA METODOLOGIA

5 FASI METODOLOGICHE definizione di

>> EDIFICIO DI RIFERIMENTO >> ZONE CLIMATICHE >> DURATA DELLE STAGIONI >> EQUAZIONI DI CALCOLO >> VALIDAZIONE

Zonizzazione climatica italiana secondo il D.P.R. 412/93 “Regolamento recante norme per la progettazione, l’installazione, l’esercizio e la manutenzione degli impianti termici degli edifici ai fini del contenimento dei consumi di energia” .

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PARTE 2

DEFINIZIONE DELLE EQUAZIONI

2 INDICI STAGIONALI EPH= ηH*IH*Fsh*gw - DH*(Uw+L) EPC= IC*Fsh*gw - ηC* DC*(Uw+L)

BILANCIO ENERGETICO ATTRAVERSO IL SERRAMENTO

> EPH valuta dispersioni e apporti nella stagione invernale

> EPc valuta dispersioni e apporti nella stagione estiva

In riferimento alle equazioni stagionali della ISO 18292:2011 Energy performance of fenestration systems for residential buildings. Calculation procedure.

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PARTE 2

DEFINIZIONE DELLE EQUAZIONI

3 VARIABILI LEGATE AL SERRAMENTO EPH= ηH*IH*Fsh*gw - DH*(Uw+L) EPC= IC*Fsh*gw - ηC* DC*(Uw+L)

> gw è il fattore solare dell’intero infisso, schermi inclusi

> Uw è la trasmittanza del serramento in W/m2K

>L è la disperzione per infiltrazione espressa in W/m2K

EN ISO 10077-1:2007 “Prestazione termica di finestre, porte e chiusure oscuranti - Calcolo della trasmittanza termica ” UNI EN 410:2011 “Vetro per edilizia - Determinazione delle caratteristiche luminose e solari delle vetrate” UNI EN 12207:2000 “Finestre e porte - Permeabilità all’aria - Classificazione”

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PARTE 2

DEFINIZIONE DELLE EQUAZIONI

2 COEFFICIENTI DIPENDENTI DAL CONTESTO EPH= ηH*IH*Fsh*gw - DH*(Uw+L) EPC= IC*Fsh*gw - ηC* DC*(Uw+L)

> IH/C rappresenta l’irragiamento sulla superficie vetrata

> DH/C rappresenta i Gradi Ora della zona climatica

ISO 18292:2011 Energy performance of fenestration systems for residential buildings. Calculation procedure.

Kragh Jesper (et alii), Proposal for Energy Rating System of windows in EU, DTU Civil Engineering-Report R-201, 2008.

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PARTE 2

DEFINIZIONE DELLE EQUAZIONI

1 COEFFICIENTE DIPENDENTE DALL’EDIFICIO EPH= ηH*IH*Fsh*gw - DH*(Uw+L) EPC= IC*Fsh*gw - ηC* DC*(Uw+L) > ηH/C rappresenta il fattore di utilizzo degli apporti solari in inverno e delle dispersioni passive in estate

UNI/TS 11300 - Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva ed invernale; UNI/TS 11300 - Parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria; UNI/TS 11300 - Parte 3: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva;

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PARTE 2

FASE DI VALIDAZIONE APPLICAZIONE DELLE EQUAZIONI

>

> 32 SERRAMENTI > 14 CITTÀ

Fascia

Zona

Heating

Cooling

ZONA I

A+B

EPH= 117*0,7*gw- 23*(Uw + L)

EPc= 272*0,7*gw- 7,2*(Uw + L)

ZONA II

C+D

EPH= 123*0,7*gw- 38*(Uw + L)

EPc= 270*0,7*gw-10,9*(Uw + L)

ZONA III

E

EPH= 162*0,7*gw- 66*(Uw + L)

EPc= 224*0,7*gw- 11,0*(Uw + L)

ZONA IV

F

EPH= 150*0,7*gw- 90*(Uw + L)

EPc= 150*0,7*gw- 13,9*(Uw + L)

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RISULTATO APPLICAZIONE

> 4 FASCE > 8 EQUAZIONI

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PARTE 2

DEFINIZIONE DELLE CLASSI ENERGETICHE Classi

EP Heating

EP Cooling

EP Tot

kWh/m2y

kWh/m2y

kWh/m2y

A+

> -10

< 10

< 30

A

-10 / -30

10 / 20

30 / 60

B

-30 / -50

20 / 30

60 / 100

C

-50 / -70

30 / 45

100 / 160

D

-70 / -90

45 / 60

160 / 210

E

-90 / -110

60 / 80

210 / 270

CLASSIFICAZIONE ENERGETICA

> EPtot rappresenta la somma di EPH and EPC pesata con un

F

-110 / -130

80 / 100

270 / 330

G

< -130

> 100

> 330

coefficiente di consumo di energia primaria

EPtot = -EPH * PRFH + EPC * PRFC

dove PRF iè il fattore di conversione in consumo di energia primaria per il riscaldamento (H) o il raffrescamento (C)

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PARTE 2

PROPOSTA DI ETICHETTA ENERGETICA ITALIANA

Strumento di

Parametri Energetici

Windows Energy Label

Uw

Prodotto Produttore Tipologia infisso Dimensioni 1230x1480mm Località

gg

gw+sh

gw

W/mqK

L

LT

DP

W/mqK

%

%

xx

xx

1.62 0.60 0.52 0.18 0.16

ITALIA

Zona

I

Zona

II

Zona

III

Zona

EPTOT

EPH

EPC

EPTOT

EPH

EPC

EPTOT

EPH

EPC

46

2

22

55

-23

15

78

-59

9

EPTOT

>> CERTIFICAZIONE

IV

EPH

EPC

delle prestazioni

Energy Perfomance EP kWh/mqa

A+ A B C

105 -105

A+

A+ A

A B

A

>> CONFRONTO

A+

tra differenti serramenti

A B C

>> VALUTAZIONE

C

del serramento in funzione alla fascia climatica

D E

0

E

F G

Proposta di output grafico dell’etichetta energetica per serramenti in ambito italiano con ripartizione in quattro fasce climatiche di riferimento.

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PARTE 2

DEFINIZIONE DELLO STRUMENTO DI CALCOLO

Località

Dati dimensionali del serramento

GG = 2536

Conegliano

Zona III

compilare le celle azzurre con i dati di progetto del serramento

Laghezza serramento

1230

mm

Riferimento

1480

mm

ITA

mm

Energy Performance

Combinazione B6 - Serramento in acciaio OS2

W/m 2 K

Uw

gw Ͳ

gw+sh Ͳ

W/m 2 K

L

1,58

0,54

0,54

0,16

… Ͳ

… Ͳ

larghezza di riferimento 1230 mm

Altezza serramento

Zona I

Zona III

Zona II

Zona IV

altezza di riferimento 1480 mm

42

Larghezza nodo laterale si considera pari a quello inferiore

Larghezza nodo centrale telaio

0

mm

EPtot

EPH

EPC

EPtot

EPH

EPC

EPtot

EPH

EPC

EPtot

EPH

EPC

191

4

90

199

-20

82

196

-54

65

171

-100

32

se non pesente inserire 0 mm

Parametri energetici

Uf

Trasmittanza termica telaio

3,2

W/m2K

Ug

Trasmittanza termica vetro

1,17

W/m2K

Ȍ

Trasmittanza lineare vetro/telaio

0,06

W/mK

gg

Fattore solare del vetro

0,61

-

4. Metallo TT - Dist.migliorato

Altri paramentri

Schermature Solari

0. Nessuna schermatura

Permeabilità Aria

4. Classe 4

Pannello per l’inserimento dei dati realtivi al serramento

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A+ A B C D E F G

ŻA+ ŻA ŻC ŻD

Scala cromatica delle classi

ŻD

ŻC

ŻD

ŻD ŻE

ŻF

ŻE

ŻF

Risultati della simulazione con indici energetici e classi per le quattro fasce climatiche

Parametri energetici utilizzati nel calcolo

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PARTE 2

PROGETTO DI SERRAMENTI EFFICIENTI IN FASCIA E kWh/m2

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

mm

60 55 50

D

1 2

45

3

40

5 4

35

6

7 8

9

3 PROPOSTE con OBIETTIVO RIQUALIFICAZIONE

C 10

30 B

25 20

A

15 10

EPc

5

>> Alta efficienza energetica

A+

0 Obiettivo di Progetto

-5

EPh

-10 -15 -20

A

>> Dimensioni ridotte dei telai

-25 -30 -35 -40

9

1

5

3

6

7

10

B

2

8

-45 -50 -55

4

-60

C

>> AdattabilitĂ del sistema al clima stagionale

kWh/m2

1. Alluminio+Vetroresina Sp.Tel. = 25 mm, Uf = 4,1 W/m2K; 2. Acciaio 1 Sp.Tel. = 48 mm, Uf = 3,2 W/m2K; 3. Legno 1 Sp.Tel. = 82 mm, Uf = 1,4 W/m2K; 4. Acciaio 2 Sp.Tel. = 85 mm, Uf = 2,7 W/m2K; 5. PVC+Legno Sp.Tel. = 94 mm, Uf = 1,2 W/m2K;

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6. PVC+Legno+Alluminio Sp.Tel. = 100 mm, Uf = 1,2 W/m2K; 7. PVC Sp.Tel. = 108 mm, Uf = 1,2 W/m2K; 8. Alluminio Sp.Tel. = 117 mm, Uf = 1,4 W/m2K; 9. Legno+Alluminio Sp.Tel. = 126 mm, Uf = 0,85 W/m2K; 10. Legno+Schiume iso. Sp.Tel. = 128 mm, Uf = 1,0 W/m2K;

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PARTE 2

1. AGGIUNGERE STRATI FUNZIONALI

TELAIO MODULARE >> Un telaio base con doppio o triplo vetro >> Vari strati funzionali sia interni che esterni >> Sistema di connesione mediante clips

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PARTE 2

1. AGGIUNGERE STRATI FUNZIONALI Riduzione trasmittanza telaio

B3

B2

B1

<

Telaio Base

>

B4

B1/2 = 5% / 15% Uf

Alcuni dei possibili strati applicabili al telaio di base e simulazione ad elementi finiti dellâ&#x20AC;&#x2122;andamento delle temperature nel nodo

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PARTE 2

2. OTTIMIZZARE LE PRESTAZIONI

NUOVA GAMMA TELAI >> Riduzione altezza telaio da 85 mm a 72 mm = 3% >> Supporto doppio o triplo vetro >> Ottimizzazione rapporto vetro/telaio >> Miglioramento Uw da 3-17%

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PARTE 2

3. ADATTARE LA FINESTRA AL CLIMA STAGIONALE

SISTEMA REVERSIBILE >> Telaio con altezza ridotta - 72mm >> Vetro reversibile con fattore solare gg variabile >> Vetrocamera a controllo solare con vetro assorbente >> Ottimizzazione prestazioni sia invernali che estive

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Esiti della ricerca

CONCLUSIONI LA FINESTRA COME SISTEMA risultati operativi

> LINEE GUIDA DI INTERVENTO con schede di valutazione dellâ&#x20AC;&#x2122;esisente e della prestazione residua > STRUMENTO DI VALUTAZIONE E SCELTA DEL SERRAMENTO etichetta energetica e software di calcolo > PROPOSTE DI PROGETTO serramenti dalle prestazioni termiche migliorate adatti per la riqualificazione

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Esiti della ricerca

CONCLUSIONI LA FINESTRA COME SIGNIFICANTE L’idea di Finestra come sintesi

FINIS | EXTRA Alcuni dicono che le case sono fatte di muri. Io dico che le case sono fatte di finestre. Ogni singola finestra ha un proprio diritto alla vita. Le finestre in fila e in schiera sono tristi, le finestre devono poter danzare. Le finestre sono i ponti tra interno ed esterno. [...]

Una persona in una casa in affitto deve potersi sporgere dalla sua finestra e grattare via l’intonaco, fin dove arriva il braccio. E deve poter dipingere con un lungo pennello tutto l’esterno, fin dove arriva il braccio, in modo che si veda da lontano, dalla strada, che lì vive qualcuno che è diverso [...]

Hundertwasser Friedensreich, Windows dictatorship and window right

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Proseguire la ricerca

SVILUPPI FUTURI > IMPLEMENTARE GLI STRUMENTI SVILUPPATI - Manuale di intervento con schede di valutazione - Etichetta e strumento di calcolo >> estensione a livello europeo

> DISSEMINARE LA CULTURA DELLA FINESTRA - Finestra come Sistema e come Significante - Filiera della finestra: dal progetto alla produzione, dalla posa alla sostituzione

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Anche una stanza pensata per essere buia ha bisogno di almeno una fessura di luce per comunicare la sua oscuritĂ Louis I. Kahn

Edward Hopper, Sole in una stanza vuota (Sun in an Empty Room), 1963.

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