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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