Come calcolare il risparmio energetico ottenuto grazie alle pellicole solari per vetri

La scomoda verità sul risparmio energetico delle pellicole per vetri

La maggior parte delle affermazioni relative al risparmio energetico delle pellicole per vetri sono formulate in modo errato.

Si parte con la promessa di un ritorno economico. Poi qualcuno cerca un calcolo che faccia sembrare quella promessa meno imbarazzante.

La matematica è tosta.

Se vuoi sapere come calcolare correttamente il risparmio energetico delle pellicole per vetri, parti dal calore che effettivamente entra nell'edificio attraverso i vetri, non da una frase ad effetto del tipo “risparmio fino al 30%” tratta da un volantino pubblicitario che non dice nulla sulla superficie vetrata, l'esposizione solare, le tariffe energetiche, i picchi di domanda o se l'edificio si trova a Phoenix, Dallas, Londra, Dubai, Singapore o Chicago. Perché una sola percentuale dovrebbe valere per tutti questi edifici?

Non mi fido delle affermazioni sul risparmio energetico relative alle pellicole solari per vetri a meno che non vengano specificati cinque elementi: l'SHGC del vetro esistente, l'SHGC della pellicola, la superficie vetrata esposta, l'efficienza dell'impianto di climatizzazione e la tariffa di riferimento utilizzata nel modello di ritorno sull'investimento.

Questa è la dura realtà.

Le pellicole di controllo solare possono funzionare. In alcuni edifici funzionano davvero bene. Ma non si tratta di plastica magica. Si tratta di un sottile laminato tecnico, solitamente composto da una pellicola in PET, un adesivo acrilico sensibile alla pressione, un rivestimento duro antigraffio e strati colorati, metallizzati, depositati per sputtering, ceramici o a bassa emissività progettati per controllare la radiazione solare nella gamma del visibile e nella banda del vicino infrarosso da circa 780 nm a 2.500 nm.

Per gli acquirenti di progetti che intendono confrontare le diverse categorie di prodotti per l'edilizia, è consigliabile iniziare con pellicole solari architettoniche per vetri destinate a progetti edilizi anziché valutare le prestazioni sulla base dei criteri utilizzati nel settore delle pellicole oscuranti per auto. Le pellicole oscuranti per auto promettono privacy e comfort nell'abitacolo. Le pellicole per l'edilizia devono invece rispondere a una domanda più impegnativa: riducono il carico del sistema di climatizzazione in misura sufficiente da giustificare il costo di installazione?

Partite dall'SHGC, non dal gergo di marketing

Il coefficiente di guadagno termico solare, o SHGC, è il dato che mi interessa di più. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti definisce l'SHGC come la frazione di radiazione solare che entra attraverso i vetri, sia trasmessa direttamente che assorbita e successivamente rilasciata all'interno; un SHGC più basso significa che entra meno calore solare durante la stagione di raffreddamento, mentre un SHGC più alto può aiutare a raccogliere il calore invernale nei climi freddi. È possibile verificare la definizione nella guida del DOE a classificazioni energetiche per finestre, porte e lucernari.

Quella è la leva.

Un vetro singolo trasparente o una vecchia vetrata a doppio vetro con un elevato SHGC agisce come un imbuto termico quando viene colpito dai raggi solari. Le linee guida sulle prestazioni dei vetri del National Renewable Energy Laboratory indicano che il guadagno di calore solare può variare da oltre 80% per il vetro trasparente non rivestito a meno di 20% per il vetro colorato con rivestimento altamente riflettente, mentre un tipico vetro isolante a doppio vetro si attesta intorno a un SHGC di 0,70. Vedi il Linee guida del NREL per la scelta e le prestazioni delle finestre ad alta efficienza energetica.

Quindi, quando qualcuno mi chiede: “Quanta energia si risparmia con le pellicole per vetri?”, la mia risposta è secca: mostrami la variazione dell'SHGC.

Utilizza questa formula di base per la riduzione del carico:

Riduzione dell'apporto di calore solare, Btu/h = Superficie vetrata, ft² × Fattore di apporto di calore solare, Btu/h-ft² × (SHGC esistente - SHGC della pellicola)

Trasforma quindi il calore evitato in un risparmio energetico per l'impianto di climatizzazione:

Risparmio annuo di kWh nel sistema HVAC = Calore solare evitato, Btu ÷ (3.412 × COP del sistema HVAC)

Per un edificio in cui si utilizza l'EER anziché il COP:

Risparmio annuo di kWh nell'impianto HVAC = Calore solare evitato, Btu ÷ EER ÷ 1.000

Semplice? Sì.

Facile da falsificare? Anche in questo caso, sì.

Il segreto sta nello scegliere dati di input realistici. Se il modello ipotizza che ogni finestra sia esposta a un sole cocente da ovest per sei ore al giorno, i risultati saranno ottimali. Se invece l'edificio presenta sporgenze profonde, ombra proveniente dagli edifici vicini, un basso tasso di occupazione o vetri ad alte prestazioni già installati, i risparmi possono ridursi drasticamente.

Un esempio pratico: 500 piedi quadrati di vetro a caldo

Proviamo a creare manualmente un semplice calcolatore del ritorno sull'investimento (ROI) per le pellicole per vetri.

Si ipotizzi che uno spazio commerciale abbia 500 piedi quadrati di vetrate esposte a est e a ovest. Il vetro esistente ha un SHGC pari a 0,70. La pellicola per vetri a risparmio energetico proposta porta il sistema vetro-pellicola a un SHGC di 0,35. Il guadagno solare effettivo medio durante le ore chiave di raffreddamento è di 150 Btu/h-piede quadrato. L'edificio riceve 5 ore di sole equivalenti ad alto carico al giorno in 120 giorni con forte fabbisogno di raffreddamento. L'impianto HVAC ha un COP di 3,0. L'elettricità costa 0,18 $/kWh.

Ecco i calcoli:

Riduzione dell'apporto termico = 500 × 150 × (0,70 - 0,35)

Riduzione dell'apporto termico = 26.250 Btu/h

Calore evitato stagionale = 26.250 × 5 × 120

Calore evitato stagionale = 15.750.000 Btu

Risparmio stimato di energia elettrica per l'impianto di climatizzazione = 15.750.000 ÷ (3.412 × 3,0)

Risparmio stimato di energia elettrica per l'impianto di climatizzazione ≈ 1.539 kWh

Risparmio energetico annuo = 1.539 × $0,18

Risparmio energetico annuo ≈ $277

Aggiungiamo ora la domanda.

Se lo stesso film riduce il carico di raffreddamento di picco di:

26.250 ÷ (3.412 × 3,0) = 2,56 kW

Inoltre, l'azienda applica una tariffa di $20/kW-mese per i quattro mesi estivi di picco:

Risparmio richiesto = 2,56 × $20 × 4 = $205

Il risparmio annuale complessivo ammonta a circa:

$277 + $205 = $482

Se il costo di installazione è pari a 1.645.000, il periodo di ammortamento è:

$4.500 ÷ $482 = 9,3 anni

Eccolo qui. Non è niente di speciale. Ma è utile.

Ecco perché esorto i proprietari di immobili a smettere di chiedere quale sia “la migliore pellicola per vetri a controllo solare per il risparmio energetico” prima di aver definito la struttura della bolletta. Una pellicola che sembra poco efficace in un semplice modello basato esclusivamente sui kWh può rivelarsi di gran lunga migliore se si tengono in considerazione la domanda di picco, il comfort degli inquilini, i reclami relativi all'abbagliamento, il carico di lavoro degli impianti di raffreddamento e la durata del prodotto.

Per gli acquirenti all'ingrosso o gli appaltatori alla ricerca di una gamma più ampia di pellicole solari, la domanda giusta non è: “Quale pellicola respinge maggiormente il calore?”. La domanda più appropriata è: “Quale pellicola offre il miglior equilibrio tra SHGC, trasmissione della luce visibile, rischio di garanzia, trasparenza ottica e ritorno sull'investimento per questa specifica combinazione di vetri?”.”

I dati che determinano se il ROI è reale

Il DOE Consigli di Energy Saver sui sistemi di copertura per finestre sottolinea lo stesso concetto in termini più chiari: l'efficacia delle pellicole dipende dalle dimensioni dei vetri, dal loro orientamento, dal clima, dall'orientamento dell'edificio e dal fatto che la finestra sia già dotata di isolamento interno. Inoltre, avverte che le pellicole danno il meglio di sé nelle stagioni fredde più lunghe, poiché possono bloccare anche il calore solare invernale.

Quell'ultima frase costa cara alla gente.

In un mercato in cui prevale il raffreddamento, le pellicole di controllo solare possono ridurre il carico dell'impianto di climatizzazione. In un mercato in cui prevale il riscaldamento, una scelta errata delle pellicole può ridurre il consumo energetico per il raffreddamento estivo e, di conseguenza, aumentare in modo impercettibile quello per il riscaldamento invernale. Se non si tiene conto di entrambe le stagioni nella modellizzazione, la stima dei risparmi risulta incompleta.

Cosa dicono le prove più attendibili

Il miglior esempio pubblico che abbia mai visto non proviene da un opuscolo, bensì dall'Amministrazione dei servizi generali degli Stati Uniti.

Nel febbraio 2017, il GSA Green Proving Ground ha pubblicato i risultati relativi alle pellicole per vetri a bassa emissività testate presso l'Hansen Federal Building di Ogden, nello Utah, e il Cabell Federal Building di Dallas, in Texas. Lo studio, condotto con i ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory, ha rilevato che una pellicola a bassa emissività VT35 ha consentito un risparmio medio annuo di 291 dollari sui costi di climatizzazione in una zona perimetrale di 15 piedi rispetto al vetro trasparente a lastra singola, con un ritorno sull'investimento previsto da 2 a 6 anni se applicata al vetro trasparente a lastra singola ad un costo di installazione di 1,675 $/piede quadrato. Leggi il Risultati relativi alle pellicole per vetri Low-E della GSA.

Notate la precisione con cui sono definiti i dettagli in quel paragrafo: zona perimetrale, vetri a lastra singola, specifico grado VT, costo specifico di installazione, climi specifici considerati nel modello.

Non “ti fa risparmiare 30% sulla bolletta dell'energia”.”

I risparmi ottenuti nelle zone perimetrali non corrispondono ai risparmi dell'intero edificio. Gli stessi risultati della GSA stimano che i risparmi ottenuti dall'impianto di climatizzazione dell'intero edificio ammontino ad almeno un terzo di quelli delle zone perimetrali, poiché le zone interne non si comportano come gli ambienti esposti al sole in prossimità delle vetrate. Questa distinzione è importante in un piano di uffici di grandi dimensioni.

La guida per i consumatori dell'NFRC precisa inoltre che le pellicole per vetri a controllo solare riducono l'apporto di calore solare tramite riflessione e assorbimento, possono essere classificate in base agli indici SHGC e VT e devono essere abbinate al tipo e alle condizioni del vetro prima dell'installazione. Non si tratta di semplici promesse commerciali, bensì di criteri di classificazione oggettivi che gli acquirenti dovrebbero esigere. Vedi il Guida alle pellicole per vetri NFRC.

E la tendenza generale non va a favore di una progettazione dei sistemi di raffreddamento poco efficiente. L'EIA ha riferito che nel 2018 i 5,9 milioni di edifici commerciali statunitensi hanno consumato 6,8 quadrilioni di Btu e speso 1.614 miliardi di dollari in energia attraverso il proprio Indagine sul consumo energetico degli edifici commerciali. Reuters ha inoltre riferito che l'aumento della domanda globale di raffreddamento sta diventando uno dei principali punti critici del settore energetico, con la crescita della domanda di climatizzazione che attira sempre più attenzione man mano che le ondate di calore e l'elettrificazione ridisegnano le reti elettriche; si veda l'analisi di Reuters, Lasciamo perdere l'intelligenza artificiale. Il vero problema del settore energetico è il raffreddamento.

Il settore dovrebbe smetterla di fingere che si tratti solo di una questione di comodità.

Si tratta della curva di carico, dei picchi di domanda, della potenza dell'impianto di climatizzazione, della convenienza economica degli interventi di riqualificazione, dei reclami degli inquilini e del fatto che l'involucro esterno in vetro stia forse mettendo a dura prova l'edificio ogni pomeriggio soleggiato.

I punti di forza e i punti deboli delle pellicole solari

Le pellicole solari per vetri si rivelano particolarmente efficaci sulle vetrate esposte a est, a ovest e a sud in climi caratterizzati da un elevato fabbisogno di raffreddamento, specialmente nei casi in cui i vetri esistenti presentino un elevato coefficiente SHGC, gli inquilini lamentino l'abbagliamento e gli impianti di climatizzazione facciano fatica a far fronte ai picchi pomeridiani.

È proprio quello il punto giusto.

Non è efficace quando i vetri sono già ad alte prestazioni, quando le finestre sono dotate di tende, quando l'aumento dei costi di riscaldamento è più rilevante della riduzione dei costi di raffreddamento, quando la pellicola scelta risulta troppo scura per gli occupanti o quando l'installatore non tiene conto dei rischi legati alla garanzia dei vetri isolanti.

Un acquirente che sta confrontando pellicole per l'architettura dovrebbe distinguere tre missioni di prodotto:

La pellicola di protezione solare riduce l'apporto di calore solare.

La pellicola decorativa per la privacy ne modifica l'aspetto e garantisce la privacy.

Una pellicola intelligente che cambia trasparenza a comando.

Non confonderli. A Pellicola intelligente PDLC per progetti di vetrate commerciali può essere un'ottima soluzione per sale conferenze, divisori negli hotel, protezione della privacy nei negozi e visibilità regolabile. Tuttavia, il PDLC non è automaticamente la prima scelta per le pellicole per vetri volte al risparmio energetico negli impianti di climatizzazione, a meno che i dati solari e termici del prodotto non ne confermino l'efficacia.

Lo stesso avvertimento vale per il linguaggio automobilistico. A pellicola oscurante in nanoceramica per vetri può avvalersi di una tecnologia di blocco dei raggi infrarossi, importante per il comfort dell'abitacolo e la riduzione del calore, ma per calcolare il ritorno sull'investimento occorre comunque considerare il coefficiente SHGC, il coefficiente VT, la compatibilità del vetro, i costi di installazione e la modellizzazione climatica.

Un mercato diverso. Una prova diversa.

Il modello di calcolo che utilizzerei davvero

Per un progetto serio, realizzerei il modello in cinque fasi.

Fase 1: Tracciare la forma del vetro

Suddividete l'edificio in gruppi di vetrate in base all'orientamento: est, ovest, sud, nord, lucernari, facciate continue, atrio, uffici perimetrali, facciata commerciale, atrio. Non calcolate una media di tutto. È proprio nel calcolo della media che si nascondono gli studi sul ROI mal fatti.

Fase 2: Definizione della situazione di partenza

Raccogliere le specifiche dei vetri esistenti. Se la composizione esatta dei vetri non è nota, effettuare una stima prudente basandosi sull'ispezione in loco, l'età, la colorazione, il numero di lastre e i disegni disponibili. Indicare poi chiaramente l'ipotesi formulata.

Esempi di valori di riferimento:

Vetro singolo trasparente: SHGC circa 0,80+

Tipico vetro isolante a doppia lastra: SHGC pari a circa 0,70

Vetro colorato o rivestito: inferiore, ma verificare

Vecchia pellicola presente: sconosciuta fino a quando non viene analizzata o rimossa

Passaggio 3: Seleziona la pellicola in base all'indice SHGC e al valore VT

Un SHGC molto basso abbinato a un VT molto basso può ridurre il carico termico, ma rischia di scontentare gli inquilini che vedrebbero ridotta l'illuminazione naturale. Una pellicola spettralmente selettiva con un VT più elevato può garantire risultati commerciali migliori, anche se sulla carta il suo potere di respingere il calore risulta meno evidente.

È proprio qui che le schede tecniche assumono un ruolo fondamentale.

Richiedete i seguenti dati: SHGC, VT, protezione dai raggi UV, energia solare totale respinta, riflettanza verso l'interno, riflettanza verso l'esterno, emissività (se si tratta di un vetro a bassa emissività), spessore del film, tipo di adesivo, durata della garanzia e compatibilità consigliata con i vetri.

Fase 4: Convertire la riduzione dei costi energetici in risparmio economico

Utilizza le formule riportate sopra, quindi aggiungi i dettagli relativi alle utenze:

Costo dell'energia: $/kWh

Costo di potenza: $/kW-mese

Clausole di adeguamento automatico

Tariffe a consumo orario

Periodi di punta estivi

Efficienza dell'impianto di refrigerazione

Manutenzione o prevenzione dell'usura delle attrezzature, se giustificabile

Non enfatizzare eccessivamente i risparmi in termini di comfort, a meno che il cliente non attribuisca esplicitamente importanza al comfort, alla riduzione dell'abbagliamento, alla fidelizzazione degli inquilini o alla protezione delle merci.

Fase 5: Verifica di resistenza del periodo di ammortamento

Esegui tre casi:

Punto di vista dei conservatori: minore esposizione al sole, bolletta più bassa, costi di installazione più elevati

Caso previsto: ipotesi misurate o modellizzate

Caso estremo: picchi di domanda elevati, stagione di raffreddamento prolungata, forte esposizione al sole

Se il progetto funziona solo in condizioni estreme, è bene dirlo. Un acquirente scettico apprezzerà la tua onestà.

Una tabella pratica sul ROI per i responsabili delle decisioni

Questo è anche il motivo per cui gli acquirenti all’ingrosso non dovrebbero limitarsi a tenere in magazzino un unico prodotto di punta. Un distributore che rifornisce appaltatori, squadre di ristrutturazione di facciate e acquirenti di progetti ha bisogno di diversi livelli di trasmissione visiva, diversi profili di controllo solare e una documentazione chiara. Per l’approvvigionamento B2B, l’ampia gamma di KeenTop Gamma di prodotti di pellicole per vetri e PPF offre agli acquirenti la possibilità di distinguere le pellicole solari per l'architettura, le pellicole per auto, le pellicole decorative, le pellicole intelligenti e le pellicole di sicurezza in base all'applicazione, invece di dover raggruppare tutti i lavori in un unico rotolo.

Domande frequenti

Come si calcola il risparmio energetico ottenuto grazie alle pellicole per vetri?

Il risparmio energetico ottenuto grazie alle pellicole per vetri viene calcolato stimando la riduzione dell'apporto di calore solare ottenuta grazie ai vetri rivestiti, convertendo tale carico termico evitato in risparmio di energia elettrica o di combustibile per l'impianto di climatizzazione, moltiplicando il risultato per le tariffe locali dei servizi pubblici e i costi di potenza, e infine confrontando il risparmio annuale con il costo di installazione delle pellicole. Il modello più accurato tiene conto della riduzione dell'indice SHGC, della superficie vetrata, dell'orientamento, delle ore di raffreddamento e dell'efficienza dell'impianto di climatizzazione.

Quanta energia si risparmia con le pellicole per vetri?

Le pellicole per vetri a controllo solare consentono di risparmiare energia solo quando riducono in modo significativo il carico di raffreddamento; pertanto, i risparmi dipendono dalla superficie vetrata, dall’orientamento, dal clima, dalla riduzione dell’SHGC, dall’efficienza dell’impianto di climatizzazione, dalle ore di occupazione e dalle tariffe energetiche, piuttosto che da una percentuale generica riportata su un opuscolo di vendita. I risultati pubblici della GSA hanno mostrato un risparmio HVAC nella zona perimetrale del 29% in uno studio sulle pellicole a bassa emissività, ma i risparmi sull'intero edificio sono in genere inferiori.

Cosa sono i dati relativi al coefficiente di guadagno termico solare delle pellicole per vetri?

Il dato relativo al coefficiente di guadagno termico solare (SHGC) delle pellicole per vetri è un valore compreso tra 0 e 1 che indica la quantità di radiazione solare che attraversa il sistema vetro-pellicola, sia direttamente che dopo l'assorbimento e la riemissione verso l'interno, rendendolo il parametro principale per stimare la riduzione del carico termico solare. Un SHGC più basso di solito significa un maggiore blocco del calore durante la stagione di raffreddamento, ma può ridurre il calore utile in inverno.

È meglio applicare una pellicola isolante alle finestre piuttosto che sostituirle?

Le pellicole isolanti per finestre sono spesso più economiche e meno invasive rispetto alla sostituzione completa delle finestre, ma non risolvono problemi quali perdite d'aria, telai marci, guarnizioni difettose, distanziatori inadeguati o problemi strutturali alle vetrate; pertanto, dovrebbero essere considerate come un intervento di riqualificazione energetica e di miglioramento del comfort piuttosto che come una soluzione definitiva per le finestre. La sostituzione può essere la scelta migliore quando è l'intero sistema della finestra a presentare difetti.

Qual è la migliore pellicola per vetri a controllo solare per risparmiare energia?

La migliore pellicola per vetri a controllo solare ai fini del risparmio energetico è quella che garantisce la massima riduzione dei costi annuali comprovata per l'edificio specifico, non necessariamente la pellicola più scura o più riflettente disponibile sul mercato. Dovrebbe garantire un equilibrio tra riduzione dell'SHGC, trasmissione della luce visibile, compatibilità con il vetro, sicurezza della garanzia, comfort degli occupanti, costo di installazione e impatto sul sistema di climatizzazione in base alle condizioni climatiche specifiche.

I prossimi passi

Se state calcolando il risparmio energetico ottenibile con le pellicole per vetri nell'ambito di un progetto concreto, non partite da un catalogo. Partite da un foglio di calcolo.

Elencare la superficie vetrata in base all'orientamento. Rilevare l'SHGC esistente. Richiedere i valori SHGC e VT della pellicola. Aggiungere le tariffe locali di domanda $/kWh e $/kW. Stimare in modo realistico le ore di raffreddamento. Quindi calcolare il tempo di ammortamento in scenario prudenziale, previsto e ottimistico.

Se il progetto continua a funzionare anche dopo, probabilmente si tratta di un intervento di adeguamento piuttosto impegnativo.

Per distributori, appaltatori e responsabili degli acquisti che stanno valutando le diverse opzioni di fornitura, consultate l'offerta di KeenTop Categoria: Pellicole solari per finestre per l'architettura e valutare la richiesta del prodotto in base al tipo di vetro dell'edificio, alle condizioni climatiche e all'obiettivo di ritorno sull'investimento prima di richiedere un preventivo all'ingrosso. Sono i numeri a dover guidare la vendita, non a seguirla.