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Aug 30, 2023

Valutazione sperimentale delle prestazioni termiche e illuminotecniche mediante doppia vetrata isolante dinamica

Date: 24 November 2022 Authors: Abdultawab M. Qahtan & Abdulkarem H. M.

Data: 24 novembre 2022

Autori: Abdultawab M. Qahtan e Abdulkarem HM Almawgani

Fonte:Edifici2022 , 12(8), 1249; https://doi.org/10.3390/buildings12081249

Progettare finestre in climi caldi che consentano agli occupanti di controllare facilmente le proprie preferenze in una casa intelligente è di notevole importanza. Questo articolo mira a contribuire a questo argomento esaminando il potenziale di un sistema di finestre intelligenti dotato di doppi vetri isolanti dinamici (DDIG) nel prevenire l'aumento di calore e massimizzare la luce del giorno all'interno, considerando la protezione intelligente della privacy sia durante il giorno che durante la notte. È stato sviluppato un modello su piccola scala per esaminare il sistema di finestre proposto. Sono stati analizzati la temperatura della cella di prova, la temperatura della superficie del vetro e il lux di illuminazione interna.

I risultati hanno mostrato che il DDIG aveva un elevato controllo del calore solare all’interno della cella di prova, con una riduzione significativa di 2,5 °C rispetto alla comune vetratura di vetro traslucido utilizzata nella città di Najran, in Arabia Saudita. Ad elevate intensità di irradiazione solare, non sono state riscontrate differenze significative nel controllo del guadagno di calore nella cella di prova tra il DDIG colorato (DDIG-colo) e il DDIG trasparente (DDIG-trans). Una riduzione graduale tra DDIG-trans e DDIG-colo è stata riscontrata al diminuire dell'intensità solare, che è risultata essere del 15%, 10% e 8,7% con intensità di irradiazione di 200, 400 e 600 W/m², rispettivamente. Le trasparenze DDIG hanno mantenuto il lux di illuminazione con una riduzione maggiore in condizioni di bassa irradiazione solare. Il DDIG ha inoltre fornito protezione della privacy e concesso le preferenze dell'utente per le connessioni esterne.

L'attenta progettazione delle finestre negli edifici garantisce un sufficiente risparmio energetico [1] e un adeguato comfort visivo per gli occupanti [2]. Nei climi caldi, rispetto alle pareti, le finestre rappresentano una delle principali fonti di guadagno di calore [3,4]. L’efficienza energetica delle finestre si ottiene principalmente progettando finestre per controllare il guadagno di calore solare [1]. Il controllo del guadagno di calore solare attraverso i vetri delle finestre può essere effettuato in due modi. Il primo è quello di bloccare la radiazione solare diretta, che attraversa i vetri delle finestre come radiazione a onde corte e poi forma un effetto serra nell'ambiente chiuso [5]. Questo approccio può essere controllato mediante l’ombreggiamento delle finestre [6].

Il secondo modo è ridurre il flusso di calore (IR a onde lunghe) attraverso le finestre, che è determinato dalla differenza di temperatura dell’aria tra l’interno e l’esterno [7]. In questo caso, la riduzione dell’emissività delle superfici vetrate è una scelta e può essere ottenuta mediante rivestimenti termoriflettenti [8]. Tuttavia, nei climi caldi e aridi, il controllo dell’accumulo di calore mediante vetrate convenzionali è impegnativo. L'analisi del mercato della città di Najran, in Arabia Saudita, dove è stato condotto questo studio, ha dimostrato che i tipici vetri delle finestre utilizzati negli edifici residenziali sono il vetro traslucido (vetro a capocchia di spillo PG utilizzato principalmente per scopi di privacy) e il vetro colorato. Raggiungere la privacy con il vetro traslucido presenta molti aspetti negativi, come il controllo minimo del guadagno di calore e l’inflessibilità con la vista e la connessione esterna.

Il vetro colorato è disponibile in diversi colori (bronzo, verde e grigio) e ha un valore U inferiore rispetto al traslucido di PG. Nei climi caldi e aridi, lo svantaggio principale del vetro colorato è che assorbe una grande quantità di radiazioni infrarosse (IR). Nel caldo clima estivo di Najran, dove la temperatura dell'aria esterna può raggiungere i 43 °C [9], l'IR (calore) a onde lunghe aumenta la temperatura superficiale dei vetri colorati, che alla fine viene trasmessa all'interno [4]. I vetri colorati provocano anche una riduzione della luce visibile a seconda del grado di colorazione [10,11], dell'orientamento della finestra e della stagione [12].

Il vetro basso emissivo termoriflettente è la scelta preferita per ambienti ad alta temperatura dell'aria esterna grazie alla sua capacità di riflettere l'energia termica nello spazio circostante [13]. Cioè, se la superficie è rivolta verso l'esterno, il calore viene rilasciato all'esterno dell'edificio. Per mantenere la durabilità del rivestimento basso emissivo è necessario utilizzare un doppio vetro con vuoto [14]. Nei climi caldi, è necessario applicare uno strato basso emissivo sulla lastra intermedia ed esterna del doppio vetro per proteggere l'interno dalla radiazione termica [15]. Questo doppio rivestimento a bassa emissività deve anche essere integrato con vetro colorato per ridurre il guadagno di calore solare diretto ottico [16].