I dettagli della finestra nZEB: il vetro e il distanziatore

Il presente è il secondo di una serie di articoli che intendono sviscerare le tematiche legate al Sistema Finestra, assoluto protagonista di quella rivoluzione culturale e tecnica che prende avvio con il concetto di nZEB che diventerà obbligatorio in tutta Italia a partire dal 1 gennaio 2021 (in Emilia Romagna e in Lombardia è diventato obbligatorio il primo gennaio 2019).

In questo articolo cominceremo a sviscerare gli elementi che compongono il Sistema Finestra, a cominciare dal vetro e dal distanziatore.

nZEB: bassa energia e alto comfort abitativo 

La ventata “rivoluzionaria” che il concetto di nZEB (edificio ad energia quasi zero) sta portando nel mondo della progettazione e della costruzione edilizia è l’aver associato in un binomio indissolubile i concetti di bassa energia con quello di alto comfort abitativo, che tradotto significa: vivere meglio con meno energia.  

Il comfort abitativo dipende da numerosi parametri ma i principali, che sono poi quelli che riguardano il nostro tema, sono due: 

1. evitare la formazione di muffa e condensa sulle superfici interne dei muri 
2. mantenere la differenza fra la temperatura operante interna e la temperatura superficiale delle pareti (opache e vetrate) entro i 3 °C.

Entrambe le condizioni sono rispettate quando la temperatura superficiale interna delle pareti (opache e vetrate) è maggiore di 17 °C.

Pertanto la progettazione nZEB si propone sempre due obiettivi: bassa energia e alto comfort abitativo.

Il vetro

E’ l’elemento che caratterizza la finestra e che la rende unica fra tutti i componenti del sistema costruttivo edilizio. Il vetro è anche l’elemento principale del Sistema Finestra e tutti gli altri componenti sono posti “al suo servizio”.
Pare sia nato in modo casuale intorno al III millennio A.C., come racconta Plinio il Vecchio nella sua “Naturalis Historia”: Alcuni mercanti fenici accesero un fuoco lungo la riva del fiume Belo in Siria usando come supporti per cucinare, del tutto casualmente, dei blocchi di soda naturale (carbonato di sodio). I blocchi si fusero a causa del calore e, mescolandosi alla sabbia della spiaggia, diedero origine al primo materiale vetroso.
Durante gli scavi di Pompei sono stati rinvenuti vetri montati su telai di legno dotati di movimenti ad anta.

Il vetro che usiamo attualmente viene chiamato “vetro float” ed è stato inventato da sir Alastair Pilkington nel 1959. Il nome Float viene dal verbo inglese ‘to float’ galleggiare e deriva dal fatto che in una fase del processo di produzione, il nastro di vetro in formazione si trova a galleggiare su uno strato liquido di stagno fuso.

In termini di efficienza energetica e di comfort abitativo il vetro è caratterizzato da questi tre parametri:

• trasmittanza Ug [W/mqK] (g=glass, vetro) cioè il flusso di calore che lo oltrepassa per conduzione nell’unità di tempo e di superficie (mq) quando separa due ambienti con temperature che differiscono di un grado Kelvin (o Celsius).
• fattore solare g (o anche Fs) [%], cioè la quantità di energia termica solare che passa attraverso la vetrata rispetto all’energia solare incidente su di essa.
• trasmissione luminosa TL [%], cioè la quantità di radiazione del visibile che attraversa la vetrata rispetto alla quantità di flusso luminoso incidente su di essa.

Il vetro nel progetto nZEB

Nel progetto nZEB la trasmittanza Ug deve essere bassa per evitare di disperdere troppo calore, considerando anche che la componente vetrata è la parte termicamente più debole di tutto l’involucro.
Infatti un vetro float da 4 mm ha una trasmittanza Ug pari a 5,6 [W/mqK], cioè tre volte maggiore di una “classica” parete in mattoni pieni a due teste intonacata, parete che ha caratterizzato gran parte del nostro patrimonio immobiliare del secolo scorso. Inoltre è esperienza comune a molti di noi aver visto il vetro appannarsi nelle fredde giornate invernali: seppur possa essere un bel ricordo d’infanzia questo fenomeno causa inevitabilmente un abbassamento del comfort abitativo.

Per migliorare il comportamento termico (ed acustico) del vetro a partire dagli anni ‘50 si è pensato di accoppiare due lastre float opportunamente distanziate e montate su un telaio (distanziatore) a formare una vetrocamera e di riempire l’intercapedine con aria, raggiungendo così un valore Ug=2,8 [W/mqK]. La vetrata isolante è definita come “un insieme consistente di due lastre, separate da uno o più distanziatori, ermeticamente sigillati lungo il bordo, meccanicamente stabile e durevole” (UNI EN 1279-1). 

Il passo successivo nel miglioramento termico è stato la sostituzione dell’aria dell’intercapedine con gas Argon. In tal modo si è raggiunto il valore di 1,20 [W/mqK] (vincendo così la partita con la parete in mattoni a due teste). Attualmente si producono vetrocamere a tre vetri e due intercapedini riempite con gas Argon che possono raggiungere valori di Ug pari a 0,6 [W/mqK]. Chiaramente pesano e costano di più per cui vanno utilizzate solo se e quando servono, in relazione al luogo e alla classe di fabbisogno energetico che si vuole raggiungere. 

L’argon è un elemento chimico estremamente stabile, inodore, insapore e incolore. Possiede una conducibilità termica molto inferiore rispetto all’aria. L’intercapedine deve essere riempita per il 90% del suo volume con il gas. L’incollaggio tra le lastre e la canalina deve essere idoneo ad evitare perdite di gas per cui la qualità costruttiva del vetro camera deve essere di livello elevato.

Vetro basso-emissivo e vetro selettivo

Il comportamento termoisolante di una vetrocamera può essere migliorato anche attraverso trattamenti superficiali delle lastre che consistono nel depositare su una lastra float strati di ossidi metallici, il cosiddetto coating.

Il coating può essere pirolitico o magnetronico. Il processo di pirolisi viene realizzato a temperature elevate durante la fabbricazione del vetro e determina forti legami fra deposito e vetro, cosicché la resistenza superficiale del rivestimento è elevata ed equivalente a quello del substrato di vetro ed è quindi in grado di resistere a successivi trattamenti termici quali la tempra e la curvatura. Il coating magnetronico è depositato successivamente alla produzione della lastra mediante una polverizzazione catodica degli ossidi metallici sottovuoto spinto. In tal modo è possibile applicare diversi strati di metalli differenti e ottenere livelli più alti di selettività, isolamento termico e trasmissione luminosa rispetto ai coating pirolitici.

Il coating può essere utilizzato per due scopi: 

• ridurre le dispersioni per irraggiamento verso l’esterno riflettendo l’onda termica interna verso l’interno, mantenendo così il calore all’interno dell’edificio (si migliora il coefficiente Ug). Si parla allora di vetro basso-emissivo. Numerando le facce dei vetri partendo dalla quella esterna (chiamata faccia 1), il coating verrà depositato in faccia 3 nelle vetrocamere doppie e in faccia 2 e 5 per le vetrate triple. 
• intercettare parte della radiazione solare incidente evitandone la penetrazione all’interno dell’ambiente. In questo modo si diminuisce il rischio di surriscaldamento estivo. Si parla allora di vetro selettivo o a controllo solare. Il coating va depositato in faccia 2. Il vetro selettivo incide quindi sul Fattore Solare g diminuendolo.

Il vetro isolante (IGU= Insulated glass unit) deve essere conforme alla direttiva EU 305/2011 (CPR) e alla UNI 7697. Il valore Ug deve essere dichiarato secondo UNI EN 673 e il fattore solare g secondo UNI EN 410.

Progettare nZEB. Nella progettazione va tenuto in debito conto questa considerazione: aumentando il numero dei vetri della vetrocamera e inserendo i coating diminuiscono sia il valore di g (quindi meno energia termica in entrata, con vantaggi in estate e svantaggi in inverno) sia il valore di TL (quindi meno luce visibile all’interno dell’ambiente). Pertanto il vetro va scelto a seconda della posizione della finestra, del bilancio energetico dell’edificio e della destinazione d’uso della stanza.

 

dove:
ar = gas argon
be = coating basso emissivo
sel = coating selettivo
sel 70/40 = indice di selettività = TL/g. Un valore alto (vicino a 2) significa molta luce e poca energia in entrata.

Il Cantiere nZEB. La sigla 4+16ar+be4 significa: vetrocamera con lastra float esterna da 4 mm, intercapedine d’aria di 16 mm riempita con gas argon, vetro float interno di 4mm con coating basso emissivo in faccia 3.

Per verificare il numero dei vetri e la presenza o meno di coating è sufficiente accostare la fiamma di un accendino al vetro: il numero delle fiamme riflesse indica il numero delle facce della vetrocamera, la fiamma giallo-rossa indica l’assenza di coating, mentre la fiamma rosso-blu indica la presenza del coating su quella faccia.

E’ necessario che sui vetri basso-emissivi e selettivi sia posta, da parte della vetreria, una etichetta adesiva che indichi la faccia interna della vetrocamera ed è bene controllare in cantiere che il serramentista abbia posizionato correttamente il vetro per non incorrere in un errore che procurerebbe un danno sia economico sia, soprattutto, termico.

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Serramenti ed edifici nZEB: dal progetto alla posa in opera

Ecco la serie di articoli, a cura di Sergio Pesaresi, che ha come finalità quella di sviscerare le tematiche legate al Sistema Finestra, assoluto protagonista nella rivoluzione culturale e tecnica che prende avvio con il concetto di nZEB.

1. Progettare la finestra ai tempi dell'nZEB
2. Caratteristiche prestazionali dei serramenti
3. Trasmittanza termica dei serramenti (nZEB): cos'è e come si calcola
4. I dettagli della finestra nZEB: il telaio e il controtelaio
5. I dettagli della finestra nZEB: il vetro e il distanziatore
6. Ruoli e responsabilità nella posa in opera