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Di Bruce Lang
Il clima del Canada è uno dei più diversi del pianeta. Varia in base alla geografia, da inverni lunghi e freddi e giornate senza sole nell’estremo nord a quattro stagioni distinte lungo il confine con gli Stati Uniti e inverni tipicamente miti nel Lower Mainland del B.C. Le temperature possono salire a più di 40 C (104 F) in estate e scendere sotto i -50 C (-58 F) in inverno. Questo clima diverso ed estremo può avere ramificazioni significative per la progettazione di edifici commerciali, specialmente quando si tratta di efficienza energetica e benessere e produttività degli occupanti.

L’involucro dell’edificio – tetto, pareti e finestre – è l’interfaccia tra l’edificio e il suo ambiente, e la prima linea di difesa di una struttura contro gli elementi. Il design dell’involucro e le scelte dei prodotti hanno un impatto significativo sull’efficienza energetica e sul benessere degli occupanti. Le pareti ‘solide’ ben isolate sono tipicamente la priorità per un progettista quando si progetta per i climi freddi, ma non offrono il fascino estetico e i vantaggi della luce naturale del vetro. E se il vetro potesse offrire un isolamento simile e l’efficienza energetica richiesta alle pareti?

Il basso profilo del vetro ad alte prestazioni
Il segreto meglio custodito per migliorare l’efficienza energetica degli edifici commerciali è il vetro per finestre ad alte prestazioni. Infatti, l’uso del vetro come percentuale dell’involucro dell’edificio sta aumentando man mano che gli architetti cercano di sfruttare il suo fascino estetico e i benefici della luce del giorno. Gran parte di questo aumento è stato permesso dai progressi nella tecnologia dei rivestimenti a bassa emissività (low-e) negli ultimi due decenni.

Tuttavia, rispetto alle pareti e ai soffitti isolati, le finestre tipiche sono un serio spreco di energia. L’isolamento si misura in termini di resistenza al flusso di calore o valore R: più alto è il valore R, migliore è la prestazione isolante. Pareti con una prestazione isolante di R-30 (cioè RSI-5.3) sono considerate normali per la maggior parte degli edifici canadesi oggi, mentre la prestazione isolante delle finestre in genere raggiunge solo R-4 (cioè RSI-0.7). Perché accontentarsi di finestre R-4 in case ed edifici con muri isolati R-30? Questo doppio standard di risparmio energetico esiste perché è più facile essere un muro che una finestra. I muri devono solo isolare bene, mentre le finestre devono fare molto di più.

Le finestre (in particolare i vetri delle finestre) devono:

• essere trasparenti e incolori;
• trasmettere la luce naturale del giorno;
• riflettere l’energia solare indesiderata;
• ridurre la radiazione ultravioletta (UV) che causa lo sbiadimento dei materiali e dei mobili;
• ridurre la trasmissione del suono; e
• isolare contro la perdita di calore, specialmente durante i freddi mesi invernali.

Inoltre, molte finestre devono anche aprirsi per fornire ventilazione e uscita in caso di emergenza. Con le finestre che rappresentano fino al 30 per cento della perdita di calore degli edifici e delle case convenzionali, esse rappresentano un frutto a basso costo che può avere un impatto drammatico – e immediato – sull’efficienza energetica.

Una soluzione radicale potrebbe essere di imbarcare molte delle finestre esistenti. Questo potrebbe far risparmiare un po’ di energia, ma ostacola la trasmissione della luce naturale in un edificio. I benefici sempre più riconosciuti dell’introduzione della luce naturale includono:

• riduzione dell’uso dell’illuminazione artificiale;
• maggiore salute e benessere degli occupanti dell’edificio;
• miglioramento del riscaldamento solare passivo attraverso il vetro rivolto a sud in inverno; e
• miglioramento del valore di rivendita delle proprietà.

C’è chiaramente un incentivo a far funzionare meglio le finestre. Ridurre semplicemente le loro dimensioni e il loro numero non è fattibile, specialmente nei freddi climi canadesi, dove la ‘febbre da cabina’ può essere una realtà.

Opzioni di vetro ad alte prestazioni
Siccome il vetro è il cuore di una finestra, i progettisti dovrebbero conoscere le opzioni ad alte prestazioni. Il vetro monostrato può tenere fuori il tempo, ma fa poco per isolare contro la perdita di calore o riflettere il calore del sole – la sua prestazione è circa R-1 (cioè RSI-0.18). Lo spazio d’aria all’interno del vetro isolante a doppia lastra (cioè due lastre di vetro con un rivestimento low-e separate da uno spazio d’aria sigillato), in particolare quando è riempito con un gas inerte come l’argon, migliora l’isolamento e il rivestimento riflette il calore del sole – la prestazione massima arriva a circa R-4.

Purtroppo, poiché la tecnologia di rivestimento ha ora raggiunto limiti pratici con emissività bassa come 0,003, la gente non può più contare su migliori rivestimenti low-e per migliorare le prestazioni del vetro come negli ultimi due decenni. Per rompere la barriera delle prestazioni del vetro, si deve ora passare dai rivestimenti alle ‘cavità’, che sono spazi d’aria che ostacolano il calore all’interno di un vetro isolante (IG). A differenza del vetro a due lastre (che si limita a una sola cavità), il vetro a più cavità utilizza più spazi d’aria isolanti per raggiungere un nuovo livello di efficienza energetica.

Vetro isolante a tripla lastra
Il vetro isolante a tripla lastra è composto da tre lastre di vetro e due rivestimenti low-e separati da due spazi d’aria. Migliora le prestazioni isolanti fino a R-10 (cioè RSI-1.8) – con riempimento di gas krypton. La cattiva notizia è che il vetro a triplo vetro è il 50% più pesante del vetro a doppio vetro, richiedendo un’intelaiatura più forte e aggiungendo un significativo carico strutturale all’edificio. È anche più difficile da maneggiare e installare.

Vetro isolante a film sospeso
Il vetro isolante a film sospeso consiste in una pellicola rivestita sospesa tra due lastre di vetro. Migliora le prestazioni isolanti fino a R-20 (cioè RSI-3,5) – con gas krypton e tre pellicole sospese – allo stesso peso del vetro a due lastre. Fino a tre pellicole rivestite possono essere sospese all’interno dell’unità per creare fino a quattro cavità isolanti. Aggiungendo un gas che impedisce il calore alle cavità interne si possono ottenere prestazioni isolanti al centro del vetro fino a R-10 (con argon) e R-20 (con krypton), come illustrato nella Figura 1.

Il vetro ad alto isolamento supera
Il vetro isolante a pellicola sospesa utilizza più pellicole per ottenere almeno R-8 (cioè RSI-1,4) prestazioni isolanti e guadagno di calore solare moderato. Le finestre dotate di vetro isolante a film sospeso possono effettivamente essere più efficienti dal punto di vista energetico rispetto alle pareti isolate quando si considera il guadagno solare passivo della luce del giorno, oltre alle proprietà di isolamento del vetro. A differenza delle pareti, il vetro isolante a pellicola sospesa può ottenere un guadagno energetico netto ammettendo più calore dal sole di quello che si perde per conduzione. È a questo punto che un sistema di vetro è in grado di superare la parete circostante.

Per esempio, come detto sopra, il vetro isolante a film sospeso può raggiungere una prestazione fino a R-20. A questo punto, il vetro sta fermando il 95% della perdita di calore potenziale (fattore U 0,05). Ciò significa che c’è meno del due per cento di differenza nella perdita di calore tra un vetro R-20 e una parete circostante R-30. Se si considera che c’è anche il guadagno solare in un ciclo di 24 ore e 365 giorni, il guadagno passivo del sistema di vetrate può alla fine compensare la sua perdita di calore. Questo significa che, pur avendo un valore R inferiore, un’unità di vetro R-20 può effettivamente superare un muro R-30.

Addizionali benefici del vetro isolante a pellicola sospesa
Il vetro isolante a più cavità a pellicola sospesa sfrutta i vantaggi della tecnologia basata su pellicola e vetro per creare un’unità IG leggera. Il vetro rivestito Low-e viene utilizzato per ridurre al minimo il guadagno di calore solare, mentre la pellicola rivestita sospesa viene utilizzata per massimizzare le prestazioni isolanti, bloccare la radiazione UV, ridurre il rumore e aumentare il comfort degli occupanti in modo più efficace rispetto al solo vetro rivestito.

Tuttavia, è possibile realizzare ulteriori vantaggi quando la prestazione superiore del vetro isolante a pellicola sospesa viene considerata come parte di un approccio olistico per ottimizzare le prestazioni e i costi complessivi della costruzione. Per esempio, un edificio progettato con vetro a basse prestazioni richiederà probabilmente sistemi aggiuntivi, come il riscaldamento perimetrale e un sistema HVAC più grande. Tuttavia, un design dell’involucro edilizio ‘a tenuta’ può eliminare il riscaldamento perimetrale e ridimensionare il sistema HVAC. Questo non solo riduce il prezzo iniziale dell’edificio, ma abbassa anche i costi operativi annuali.

Il vetro che isola come un muro
In un’epoca di muri R-30, il vetro è stato l'”anello debole” dell’efficienza energetica dell’involucro edilizio. Tuttavia, questo non è più il caso. È importante che i progettisti sappiano che la limitazione delle prestazioni del vetro a due lastre, o la limitazione del peso del vetro a tre lastre, non devono più essere accettate.

Superiori soluzioni a più cavità che incorporano una pellicola rivestita sospesa hanno cambiato le regole e possono raggiungere fino a R-20 senza peso strutturale aggiuntivo. I progettisti hanno una grande opportunità di utilizzare queste soluzioni multi-cavità non solo per aumentare drasticamente il risparmio energetico, ma anche per ridurre i costi complessivi sfruttando le prestazioni superiori di questo vetro per eliminare o ridimensionare altri sistemi di costruzione. In altre parole, i professionisti della progettazione non devono più pensare alle pareti per l’isolamento – possono pensare alle finestre.

Bruce Lang è il vicepresidente del marketing e dello sviluppo commerciale di Southwall Technologies, un fornitore di pellicole e prodotti in vetro ad alte prestazioni. È anche il presidente di Southwall Insulating Glass, un’azienda che produce vetri isolanti a film sospesi ad alta efficienza energetica. Lang ha una laurea in ingegneria elettrica della Stanford University e un master in amministrazione aziendale della Santa Clara University in California. Può essere raggiunto via e-mail all’indirizzo [email protected].