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Ecobuilding

Fattori che influenzano le prestazioni energetiche degli edifici e coibentazione dell'involucro

    Parlare di progettazione e realizzazione di un edificio, oggi, significa prestare grandissima attenzione alle problematiche energetiche che l’edificio stesso può presentare. In realtà, però, gli aspetti energetici sono di interesse non solo per gli edifici di nuova costruzione, ma anche e soprattutto per edifici esistenti. Infatti, a seguito dell’introduzione della certificazione energetica degli edifici, un edificio con prestazioni energetiche migliori di un altro ha vantaggi da due punti di vista:

    • Minori consumi per riscaldamento e raffrescamento;
    • Maggior valore economico dell’immobile grazie alla migliore classificazione energetica.

    In un’ottica quindi sia ingegneristica in senso stretto, sia economica in senso più ampio, si rende necessaria una maggiore attenzione alle problematiche energetiche di un edificio rispetto a quanto accadeva qualche anno fa. Tralasciando comunque la normativa sulla certificazione energetica, in questa sezione verranno presentate alcune strategie nonché accorgimenti per ottenere un risparmio energetico (relativamente ai consumi per riscaldamento e raffrescamento) considerando unicamente l’involucro dell’edificio. A tal proposito è bene precisare innanzitutto che l’involucro ricopre una importanza fondamentale per le prestazioni di un edificio unitamente chiaramente a tutti i sistemi impiantistici ad esso connessi. Ma l’involucro è essenzialmente la componente principale quando si parla di prestazioni energetiche.

    Vediamo allora di chiarire che cosa è un involucro e perché è così importante quando si parla di eco building.

    E’ facile intuire che quando si parla di involucro ci si riferisce alla superficie disperdente che circonda il volume riscaldato dell’edificio. Per meglio comprendere questo concetto immaginiamo che il nostro edificio sia un cubo. L’involucro sarà composto dalle 6 facce del cubo, mentre il volume riscaldato sarà il volume stesso del cubo. Da questo si capisce che quando si parla di involucro si parla di superfici (e non di volume) e che sono disperdenti in quanto queste ultime lasciano, in varie modalità che vedremo, passare il calore dal volume riscaldato all’esterno di esso.

    E se avessimo due cubi riscaldati (e supposti alla stessa temperatura) limitrofi? In questo caso le superfici disperdenti saranno tutte quelle verso l’esterno e non sarà quindi compresa la parete in comune dei due cubi. Infatti, affinché ci sia un passaggio di calore da un ambiente ad un altro ci deve essere necessariamente una differenza di temperatura. Infatti se uno dei due cubi dovesse essere non riscaldato anche la superficie di collegamento tra i due sarebbe da considerarsi disperdente.

    Dopo questo preambolo sull’involucro, possiamo introdurre un altro concetto, forse meno intuitivo, che è la trasmittanza. Una parete, come già precisato, lascia passare calore da un ambiente ad un altro, ma tutti sappiamo che non tutte le pareti si comportano alla stessa maniera. La trasmittanza indica proprio quanta potenza termica un metro quadro di parete lascia trapassare. Risultano quindi evidenti tre aspetti:

    • Più basso è il valore di trasmittanza, migliori sono le prestazioni energetiche della parete
    • Più il materiale costituente la parete ha capacità isolanti, minore sarà il valore di trasmittanza
    • Maggiore è lo spessore della parete (a parità di materiale impiegato), minore sarà il valore della trasmittanza
    Fig.1 – Trasmittanza

    Vediamo di fare un esempio che possa escludere ogni dubbio: i vestiti. Consideriamo in prima approssimazione il nostro corpo come un volume riscaldato che scambia energia termica con l’ambiente esterno. In inverno, quando la temperatura esterna è più fredda, useremo dei vestiti pesanti nel senso che hanno spessori grossi e materiali più isolanti (tipicamente lana). Questo è esattamente quello che si fa con l’involucro: si usano materiali isolanti e spessori maggiori al fine di ridurre le dispersioni termiche. Per altro le dispersioni termiche possono unicamente essere ridotte e certamente non eliminate (anche ipotizzando di mettere un isolante con spessore di 1 km) in accordo con quanto stabilito dalle leggi della termodinamica.

    Finora abbiamo quindi dato un’idea su quali sono gli elementi in gioco su cui operare per migliorare le prestazioni energetiche di un edificio. Tuttavia abbiamo parlato unicamente di strutture opache, quando tutti sappiamo che sono proprio le strutture trasparenti (tipicamente finestre e porte finestra) ad incidere di più sulle dispersioni termiche. Innanzitutto, però, è bene chiarire che la maggiore influenza è solo relativa alla trasmittanza, nel senso che le componenti trasparenti hanno una trasmittanza più alta rispetto a quelli opachi, ma non in modo assoluto: infatti le superfici trasparenti, pur disperdendo di più, hanno una superficie enormemente più piccola rispetto a quelle opache, rendendo quindi il loro contributo di importanza nettamente inferiore a quello dei componenti opachi. Per quanto riguarda le finestre, in ogni caso, resta valido il discorso fin qui fatto: la loro trasmittanza sarà in funzione degli spessori e dei materiali utilizzati, i quali sono inevitabilmente diversi rispetto a quelli utilizzati nelle strutture opache.

     

    Fattori che influenzano le prestazioni energetiche degli edifici

    In generale è possibile distinguere diverse classi di prestazione energetica degli edifici, i cui indicatori sono dati dall’attestato di prestazione energetica che, di fatto, precisa quali sono i consumi riferiti alla superficie abitabile riscaldata.

    Ma al di là dei meri valori numerici è possibile anche fare una classificazione qualitativa degli edifici secondo lo schema seguente:

    • Edifici convenzionali che non rispettano le normative sul risparmio energetico
    • Edifici convenzionali che rientrano nei valori da norma
    • Edifici a ridotto consumo energetico
    • Edifici passivi
    • Edifici a consumi zero

    Da questa classificazione risulta evidente che le prestazioni energetiche sono tanto più performanti quanto più ci avviciniamo all’ultima voce dell’elenco. E’ quindi interessante analizzare quali possano essere i fattori discriminanti tra queste categorie.

    Trasmittanza e coibentazione dell’involucro

    Certamente uno degli obiettivi principali è ridurre la trasmittanza, ovvero aumentare la qualità dell’isolamento, detto anche coibentazione dell’involucro. Questo è certamente il parametro più importante, ma non l’unico sul quale agire.

    Ventilazione meccanica controllata

    Un altro parametro rilevante è la ventilazione, ovvero il sistema che interessa la movimentazione dell’aria all’interno dell’edificio.

    Tipicamente gli edifici con scarse prestazioni energetiche non hanno un sistema di ventilazione forzata, ma il ricambio d’aria avviene unicamente attraverso i pertugi dell’involucro o l’apertura delle finestre e porte.

    Per molto tempo si è stimato il valore di tale ricambio d’aria in 0,5 volumi/ora, il che significa che ogni due ore l’intera aria presente nell’ambiente viene cambiata. In realtà questo valore era attendibile fino a qualche anno fa allorché non esistevano stringenti normative sul risparmio energetico. Ma oggi, con il miglioramento della coibentazione, tale valore risulta un po’ alto a tal punto che molti progettisti utilizzano come valore di riferimento 0,3 volumi/ora, il che significa che ci vogliono tre ore per avere un ricambio d’aria completo. Il miglioramento della prestazione energetica dell’involucro ha quindi causato un peggioramento della qualità dell’aria, restando quest’ultima per più tempo all’interno dell’ambiente stesso.

    Ecco dunque che fa il suo ingresso la cosiddetta ventilazione forzata. Il termine forzata, in contrapposizione con il termine naturale che viene utilizzato per la ventilazione tradizionale, indica che esiste un apposito impianto che “costringe” l’aria ad entrare ed uscire dall’ambiente secondo appositi canoni di progetto. Tale impianto innalza enormemente la qualità energetica dell’edificio in quanto è possibile recuperare il calore dell’aria calda – ma esausta – presente in ambiente, pre-riscaldando l’aria di rinnovo mediante appositi scambiatori. Per altro è bene precisare che un edificio non sarà mai classificato in classe A se non è dotato di un impianto di ventilazione meccanica, a testimoniare ancora una volta la grande influenza di questo parametro sulle prestazioni energetiche globali dell’edificio.

    Serramenti e ponti termici

    Altri due parametri molto interessanti e che influenzano le performance dell’edificio per il 15% sono i componenti finestrati e i ponti termici.

    Innanzitutto, per quanto la trasmittanza delle finestre sia molto più elevata rispetto a quella dei componenti opachi, l’influenza complessiva della coibentazione delle strutture opache è comunque maggiore rispetto a quella delle strutture trasparenti a causa della netta differenza di superficie tra le due. Ridurre la trasmittanza dei componenti finestrati resta comunque molto importante e tale riduzione può ottenersi mediante l’utilizzo di vetri ad alta efficienza energetica, tipicamente vetri doppi o tripli selettivi a bassa remissività.

    I ponti termici invece sono le interruzioni dell’isolante, per esempio in corrispondenza di spigoli, angoli, balconi, travi etc. L’interruzione dell’isolante è dannoso per l’efficienza energetica dell’edificio in quanto vanifica parzialmente il lavoro effettuato dall’isolante stesso, lasciando passare calore verso l’esterno.

    Orientamento degli edifici

    Ultimo parametro, seppur meno importante è l’orientamento degli edifici. L’orientamento dell’edificio chiaramente riguarda unicamente i serramenti vetrati, ovvero gli unici in grado di far passare la radiazione solare e quindi quelli che vengono definiti apporti gratuiti all’edificio. Il sole infatti con il suo irraggiamento è in grado di scaldare parzialmente l’ambiente in modo del tutto gratuito. Risulta quindi consigliato, nel nostro paese che si trova nell’emisfero nord, esporre le finestre verso sud per quanto possibile. In realtà poi questo diventa un problema opposto in estate, quando gli apporti gratuiti del soli non sono desiderati ed è per questo, vista anche la scarsa influenza di tale parametro, che esiste un punto di ottimo che indicativamente stima la superficie ottimale delle pareti vetrate sul lato sud in circa il 40% della superficie complessiva della facciata.

     

    Coibentazione dell’involucro

    Fino ad ora abbiamo parlato di isolamento e di trasmittanza in senso generale, ora entriamo nel dettaglio per capire come e con quali materiali si possa isolare un edificio e quindi ridurre la trasmittanza del suo involucro.

    Una parete classica è formata da una struttura portante che può essere realizzata nei seguenti modi:

    – Muratura portante (tipicamente con poroton);

    – Struttura con travi in calcestruzzo armato;

    – Pannelli prefabbricati di calcestruzzo armato.

    Nella stragrande maggioranza degli edifici residenziali la struttura portante è realizzata mediante travi di calcestruzzo armato, mentre negli anni ’80-’90 si era soliti realizzare le villette con muratura portante e cioè senza i classici pilastri.

    Oltre alla struttura portante una parete classica presenta inoltre l’isolamento (anche se questa prassi si diffuse solo a partire dagli anni ’90 ed in modo particolare in seguito all’introduzione della Legge 10 del 1981 sul risparmio energetico) e l’intonaco.

    Edifici con buone prestazioni energetiche oggi hanno valori di trasmittanza di circa 0.3 W/m2K.

    La trasmittanza è l’inverso della resistenza che in effetti indica quanto la parete o il singolo componente sia in grado di resistere alla trasmissione di calore. Al contrario della trasmittanza, quindi, il valore della resistenza è tanto migliore quanto più è elevato.

    La somma delle resistenze dei singoli componenti e di quelle dell’aria interna ed esterna dà la resistenza totale della parete. L’inverso di tale resistenza dà quindi la trasmittanza totale della parete.

    Sulla muratura in realtà non c’è molto su cui si possa operare se non sullo spessore. Infatti la resistenza è tanto più elevata quanto più  è grande lo spessore del componente, ma per una muratura i valori di trasmittanza raggiungibili, anche con spessori elevati, sono molto distanti dal riferimento di 0.3 W/m2K. Operare sulla struttura portante significa di fatto limitare i danni, ma non migliorare le prestazioni energetiche.

    Sull’intonaco il discorso è simile anche se in questo caso non si parla di spessore, che come è noto è del tutto irrilevante per un intonaco, ma di tipologia di malta e gesso utilizzati. Esistono infatti malte particolari che permettono di ottenere prestazioni energetiche leggermente migliori di altre, ma anche in questo caso difficilmente si riesce ad ottenere una trasmittanza con valori inferiori a 0.3 W/m2K.

    Esistono poi una serie di accorgimenti costruttivi che possono ulteriormente ridurre la trasmittanza di qualche centesimo di unità, ma ancora restiamo lontani dal valore di riferimento. Tali accorgimenti possono essere quelli di realizzare una rasatura di buona qualità prestando attenzione a balconi, terrazze e gronde al fine di ridurre i ponti termici.

    Tuttavia il componente decisivo per la riduzione della trasmittanza è essenzialmente l’isolante. Infatti quest’ultimo è in grado di abbattere enormemente il valore di trasmittanza, con uno spessore relativamente limitato. Gli isolanti possono essere di varia tipologia, ma in definitiva i due più utilizzati sono il polistirene e la lana minerale.

    IL POLISTIRENE (O POLISTIROLO)

     

    Il polistirene (detto anche comunemente polistirolo) è un isolante molto efficace dal punto di vista termico, ma presenta prestazioni scadenti dal punto di vista acustico.

    Viene realizzato mediante l’incollaggio (esterno o interno) di lastre di misure standard e di spessore variabile a seconda delle prestazioni energetiche che si vogliono raggiungere.

    E’ l’elemento più utilizzato per la realizzazione di cappotti esterni e tipicamente ha uno spessore di 7-8 cm.

    Il polistirene è composto per il 98% da aria e per il restante 2% da carbonio e idrogeno, anche se negli ultimi tempi alcune ditte stanno producendo pannelli di polistirene con l’aggiunta di grafite, che permette ulteriormente di ridurre gli spessori a parità di risultato.

    Il processo di formazione del polistirene è piuttosto semplice:

    • Mediante polimerizzazione dello stirene si ottengono le perle di polistirene
    • Queste ultime vengono portate a temperature dell’ordine degli 80-100 C e di conseguenza si epsandono
    • Le perle vengono poi sinterizzate, ovvero saldate tra di loro, fino a formare il polistirene
    • L’ultima fase è poi quella di espansione del polistirene stesso

    Il materiale così formato, oltre ad essere un ottimo isolante termico, presenta anche ottime proprietà di resistenza all’umidità, un\’ottima durevolezza nel tempo ed una grande facilità di trasporto ed installazione. Risulta essere anche leggermente più economico rispetto ai pannelli in lana minerale di seguito presentati.

    LA LANA MINERALE

    La lana minerale è un isolante termico e acustico molto valido. La caratteristica principale che lo diversifica dal polistirene è proprio la sua buona efficacia anche dal punto di vista acustico.

    Tipicamente le lane minerali possono essere di vetro o di roccia.

    Le caratteristiche termiche sono comparabili con quelle del polistirene, sia in termini di praticità di trasporto e installazione, sia dal punto di vista degli spessori in gioco.

    Le differenze che possono spostare la scelta su un isolante o l’altro stanno nel costo (la lana minerale è leggermente più costosa) e nella resistenza all’acqua (che nel caso della lana minerale è certamente inferiore rispetto a quella del polistirene) oltre che nel già citato aspetto acustico.

    La lana minerale è molto utilizzata per l’isolamento interno ed in particolare per la realizzazione degli isolamenti dei controsoffitti.

    La realizzazione della lana di roccia avviene mediante fusione della roccia che viene trasformata in fibra. Successivamente il materiale viene quindi polimerizzato e raffreddato al fine di dare la forma finale al pannello.

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