Schermature solari: l'uso di pellicole riflettenti in un complesso commerciale per ridurre i consumi energetici

La gestione dell’irraggiamento solare nel periodo estivo

Negli ultimi decenni, la crescente necessità di costruire edifici commerciali di grandi dimensioni e con vaste facciate realizzate in materiale trasparente (vetro) al fine di ridurre l’utilizzo di luce artificiale a favore della luce solare (naturale), ha comportato la nascita di un problema di non poco conto: la gestione dell’irraggiamento solare nel periodo estivo.

Inizialmente si progettava tenendo poco in considerazione gli apporti solari, derivanti dalle vaste superfici vetrate, e solamente nel momento in cui si “viveva” l’edificio gli utilizzatori si resero conto del disconfort generato, nel periodo estivo, dalle ampie superfici vetrate (irraggiamento) le quali non hanno la capacità di bloccare e/o ridurre la quota di energia trasportata dal sole con conseguente aumento delle temperature all’interno dei locali di lavoro, già surriscaldati dalla presenza di pc, stampanti, monitor ed altri sistemi elettronici.

Lo stesso accade per l’apporto di luce solare diretta (valevole in tutte le stagioni), soprattutto se l’esposizione dell’ufficio non è stato ben studiato, con conseguenti problemi nella visualizzazione di terminali e/o monitor, ecc.

L’aumento delle temperature all’interno dei locali, conseguente alla mancanza di sistemi di schermatura solare adeguati, spingeva i progettisti degli impianti di climatizzazione a posizionare macchine per il raffrescamento con potenze molto elevate per dissipare il calore introdotto dalle superfici vetrate con conseguente aumento dei consumi elettrici e diminuzione delle performance dell’edifici.

Strategie di riduzione dei consumi energetici: luso delle pellicole riflettenti

Per ridurre i costi delle climatizzazione, in continuo aumento ed aggravati anche dal continuo crescere del prezzo dell’energia, si è optato che una delle possibili soluzioni per risolvere il problema irraggiamento è di variare (nelle strutture esistenti tanto quanto nelle nuove costruzioni) la capacità di assorbire l’energia termica delle superfici vetrate adottando dei sistemi a pelle, pellicole riflettenti, che hanno specifiche caratteristiche quali la capacità di riflettere oltre il 50% della quota di energia termica trasportata dalla radiazione solare diminuendo così la quota di energia irraggiata attraverso i serramenti nei locali occupati sia nel settore residenziale che nel settore commerciale/terziario.

(fonte Serisolar)

Il seguente articolo ha lo scopo di dimostrare come l’applicazione di sistemi schermanti, quali le pellicole riflettenti, offrono un notevole vantaggio in termini economici nella riduzione del carico solare estivo garantendo una diminuzione dei consumi, quindi minor dispendio economico.

Come funziona una pellicola solare e come è possibile verificare la sua efficacia mediante l’utilizzo di una termocamera?

Partiamo dal fatto che per vedere la radiazione che “trasporta il calore” dobbiamo osservarla in una lunghezza d’onda ben definita detta banda dell’infrarosso (nello specifico 8 termocamere che lavorano, o meglio vedono, una lunghezza d’onda differente rispetto allo spettro del visibile. Nell’immagine si riporta lo spettro elettromagnetico e la posizione della banda dell’infrarosso rispetto al visibile. 

La termocamera è una particolare telecamera dotata di un sensore che converte la radiazione termica dei corpi (potenza termica) in una immagine bidimensionale delle temperature dei corpi.

La legge fisica che governa lo scambio termico per irraggiamento è detta legge di Stefan-Boltzmann e stabilisce che la potenza radiante P [W/mq] di un determinato corpo (che si trova a una temperatura T > 0K ) è la seguente P= ε σ T^4 dove ε rappresenta l’emissività del corpo reale, σ la costante di Stefan-Boltzmann e T la temperatura espressa in K. Dalla suddetta formula si evince che la P_emessa da un corpo dipende fondamentalmente da due fattori che sono la sua temperatura e l’emissività (proprietà superficiale del materiale).

L’emissività è la capacità di un corpo di emettere spontaneamente una quota di energia per irraggiamento ed è un valore adimensionale compreso fra 0

Analizzando il materiale utilizzato per la costruzione dei serramenti, il vetro, notiamo che nello spettro del visibile risulta essere trasparente ma nello spettro dell’infrarosso risulta essere opaco con un valore di emissività superficiale ε > 0,85 quindi un buon emettitore di calore.

(Fonte ITC / FLIR)

Per il principio di conservazione dell’energia se un oggetto è un buon emettitore di calore sarà anche un buon assorbitore di calore e l’unico modo per ridurre la sua capacità di assorbimento è ridurre la sua emissività, ecco il perché dell’utilizzo delle pellicole riflettenti, le quali hanno un basso valore di emissività e riducendo l’assorbimento abbassano i valori di T delle vetrocamere esposte alla radiazione solare.

Il caso di un edificio commerciale

Nei termogrammi successivi si presentano immagini di un complesso commerciale nella fase di installazione delle pellicole riflettenti su vetrocamere tipo 4/12/4 ove sono stati effettuati scatti termografici (nel periodo estivo con ottimale irraggiamento) sia sulla facciata esterna del complesso sia sulla parete interna della vetrocamera per dimostrare il reale abbattimento delle temperature.

Come si evince dai termogrammi la zona ove è presente la pellicola (zona più fredda – color viola) ha una temperatura superficiale mediamente inferiore ed il ΔT in entrambi i casi (valutato come T_vetro – T_pellicola) è sempre superiore ai 7°C.

Come conseguenza di un minor assorbimento della radiazione solare si ha una diminuzione delle temperature superficiali sulla faccia interna del serramento (quindi minor potenza radiante verso l’ambiente di lavoro) con una ΔT > 4°C fra zona senza e con pellicola ed un riscaldamento sulla proiezione al piano di calpestio inferiore di circa 2°C.

Se applichiamo la formula di Stefan-Boltzmann (vedi tabella sottostante) possiamo avere un’idea del risparmio in termini di potenza istantanea da non dissipare con il sistema di raffrescamento. Per effettuare tale calcolo, si ipotizza una T_aria ufficio pari a 26°C e si ottengono i seguenti risultati

Nel caso proposto la vetrocamera con pellicola emette circa 30W in meno (-33%) rispetto al vetro non trattato superficialmente. Svolgendo i calcoli (di cui si riportano soltanto i risultati finali) per l’intera stagione estiva si ottiene un risparmio energetico pari a circa il 47% se paragonato con la stessa vetrocamera senza pellicola (dati elaborati con software Termolog Epix 8 – esempio basato su ufficio con superficie in pianta di 30mq ed unica superficie disperdente con esposizione W pari a 16 mq). 

I sistemi a pellicola rappresentano pertanto un’ottima soluzione al problema dell’irraggiamento estivo in quanto migliorano il confort climatico diminuendo di almeno un 33% la quota di irraggiamento proveniente dai serramenti, risultano essere di facile applicazione e riducono i consumi energetici e le spese per il raffrescamento estivo di oltre il 45%.