Degrado delle unità di vetro isolante: prestazioni termiche, misurazioni e impatti energetici

Data: 8 agosto 2023

Autori: Madison Likins-White, Robert C. Tenent e Zhiqiang (John) Zhai

Fonte: Edifici 2023, 13(2), 551; MDPI

DOI:https://doi.org/10.3390/buildings13020551

(Questo articolo appartiene alla Sezione Edilizia Energia, Fisica, Ambiente e Impianti)

Il degrado delle vetrate isolanti (IGU) è stato ampiamente studiato. Tuttavia, vi è una comprensione limitata di come gli attuali standard di valutazione della durabilità si riferiscano alla durata del prodotto. Inoltre, si discute su come quantificare le prestazioni delle finestre installate nel tempo per comprendere meglio i processi di degrado. È necessaria una maggiore conoscenza su questi argomenti per collegare la valutazione della durabilità alle proiezioni della durata del prodotto basate sulle prestazioni energetiche. I modelli energetici forniscono stime utili del consumo energetico totale annuo dell’edificio. Tuttavia, la maggior parte dei modelli si basa sulle prestazioni “come installati” dei componenti dell’involucro e non tiene conto del degrado delle prestazioni. Ciò può portare a sottostimare il consumo energetico dell’edificio.

Una migliore comprensione della relazione tra durabilità e prestazioni energetiche può favorire l’integrazione delle dinamiche di degrado nel software di modellazione energetica. Ciò migliorerà le stime del consumo energetico dell'edificio nel corso della vita, oltre a fornire informazioni su strategie e tempistiche di retrofit adeguate. Questo documento esamina la letteratura attuale sulla durabilità, vari standard per le valutazioni delle prestazioni delle finestre e i metodi di esposizione agli agenti atmosferici, le tecniche di misurazione delle prestazioni energetiche degli IGU esistenti in situ e gli effetti energetici dell'intero edificio. Le sfide e le disparità tra i vari studi vengono analizzate e discusse. Gli autori sperano che ulteriori lavori in quest'area portino allo sviluppo di metodi di test in situ migliorati per valutare il degrado delle IGU sul campo e collegare queste conoscenze a migliori approcci di modellazione delle prestazioni energetiche.

Il settore edile è responsabile del 40% del consumo totale di energia e di oltre il 35% delle emissioni di gas serra negli Stati Uniti, come mostrato nella Figura 1 [1].

L'involucro dell'edificio è la principale barriera termica tra gli ambienti interni ed esterni e comprende pareti, finestre, tetto e fondamenta. L’involucro dell’edificio è un punto debole del consumo complessivo dell’edificio ed è vitale per migliorare le prestazioni dell’edificio. Si stima che l’involucro dell’edificio rappresenti il ​​30% del consumo energetico per gli edifici residenziali e commerciali, con le finestre che rappresentano il 15-50% delle perdite di trasmissione totali dell’involucro e il 10% del consumo energetico totale degli edifici [3,4,5,6 ]. Gli effetti delle prestazioni dell'involucro si riversano su tutti i sistemi all'interno di un edificio; un involucro più efficiente non solo riduce la trasmissione termica, ma può anche ridurre le dimensioni delle apparecchiature, ridurre il consumo di acqua, migliorare il ciclo di vita complessivo di un edificio e aumentare il comfort termico. Tuttavia, la prestazione termica dell'involucro non è statica per tutta la vita dell'edificio; diminuisce con l'età e le condizioni atmosferiche, portando a un fabbisogno energetico più elevato. Si stima che il degrado dell’involucro e dell’HVAC possa portare ad un aumento del consumo energetico degli edifici del 20-30% [7].

Le finestre costituiscono gran parte delle perdite dell’involucro a seconda del tipo di finestra, del clima e del tipo di edificio [4,5]. Non solo le finestre hanno un fattore U elevato rispetto ai componenti opachi dell’involucro, ma hanno anche guadagni solari che contribuiscono al loro trasferimento di calore complessivo negli spazi (coefficiente di guadagno di calore solare). La Figura 2 mostra che l'84% della radiazione solare che colpisce la finestra viene trasferita nello spazio sotto forma di calore [8].

La radiazione solare e la conduttività termica portano ad un aumento degli apporti di calore in estate che aumentano i carichi di raffreddamento. In inverno solo la conduttività contribuisce all'aumento del fabbisogno termico. Anche la conduttività associata alle differenze estreme di temperatura e alla radiazione solare che colpisce le finestre provocano il degrado [9]. Le finestre sono generalmente suddivise in due componenti fisici: l'unità di vetro isolante (IGU) e il telaio. L'IGU è costituita da almeno due lastre di vetro separate da un sistema distanziatore, tipicamente contenente un materiale essiccante con i bordi delle unità sigillati utilizzando vari materiali polimerici. L'interno dell'unità sigillata è generalmente riempito con un gas inerte a bassa conduttività termica e le lastre di vetro possono avere rivestimenti a bassa emissività (Low-e) per mitigare i guadagni di calore solare.