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ⓘ Prestazioni energetiche dell'involucro edilizio




                                     

ⓘ Prestazioni energetiche dellinvolucro edilizio

Le prestazioni energetiche dellinvolucro edilizio indicano il comportamento in uso degli elementi costruttivi che costituiscono le" chiusure ” di un edificio, rispetto a sollecitazioni indotte da azioni termiche e igrometriche.

                                     

1. Linvolucro edilizio

Il termine involucro edilizio ", il cui significato è abbastanza recente, ha sostituito il termine" chiusura ”, utilizzato nella scomposizione del sistema tecnologico nella UNI 8290, a sottolineare il concetto di globalità delle parti che definiscono un ambiente interno caratterizzato da condizioni" climatico/ambientali ” stabili rispetto ad un ambiente esterno variabile per natura. Le prestazioni dellinvolucro devono garantire il comfort termico e igrometrico degli spazi confinati e il contenimento dei consumi energetici mediante il soddisfacimento dei seguenti requisiti prestazionali:

  • Requisiti ambientali
  • Mantenimento delle condizioni di comfort termico negli ambienti interni nel periodo estivo.
  • Mantenimento della temperatura dellaria negli spazi abitativi nelle stagioni di esercizio degli impianti di riscaldamento entro i limiti di legge di 20 – 22 °C.
  • Requisiti tecnologici
  • Controllo della combinazione" Temperatura – Umidità – Ventilazione”
  • Controllo dei fenomeni di condensa superficiale e interstiziale
  • Resistenza termica e inerzia termica ai fini del risparmio energetico e del comfort ambientale interno.
                                     

1.1. Linvolucro edilizio I modelli di controllo ambientale

Riprendendo la definizione di R. Banham si possono descrivere le prestazioni energetiche dellinvolucro architettonico secondo quattro modelli di controllo ambientale:

  • Involucro selettivo, che si caratterizza per un controllo ambientale basato su principi generali analoghi allinvolucro conservativo ma con linnovazione di utilizzare grandi pareti trasparenti per lilluminazione e il riscaldamento passivo. Es: parete trasparente semplice o doppia con dispositivi per il controllo solare
  • Involucro ecoefficiente o ambientalmente interattivo o bioclimatico avanzato, che propone un controllo basato sullarmonia tra ambiente esterno ed edificio con la possibilità di gestire i complessi flussi di energia attraverso le modifiche dellintorno, la forma delledificio, lorganizzazione degli spazi interni le configurazioni e azioni dellinvolucro.
  • Involucro conservativo, caratterizzato da un tipo di controllo ambientale che utilizza grandi masse murarie con poche aperture per ridurre le dispersioni termiche nelle varie stagioni dellanno.
  • Involucro rigenerativo, che affida a sistemi impiantistici tutti i problemi del controllo ambientale e assume linvolucro esclusivamente come barriera per diminuire linterazione tra linterno e lesterno. Es: parete trasparente con vetrata normale o selettiva

Questultimo modello gestisce i flussi attraverso la regolazione di dispositivi fissi o ad assetto variabile, o con controllo e regolazione manuale o automatica in relazione al tipo di utenza ed alla complessità delledificio. Altri autori identificano un quinto modello di controllo ambientale: l’ involucro architettonico intelligente, adattivo e interattivo, progettato e realizzato per adattarsi come un vero e proprio essere vivente al variare delle condizioni ambientali esterne.

Linvolucro, come" pelle ” svolge il ruolo determinante di sistema dinamico di filtro ambientale, capace non solo di regolare i flussi di calore, radiazione, aria e vapore, ma anche di convertire la radiazione in energia termica ed elettrica utilizzabile per il" metabolismo ” degli edifici, ed in genere di assolvere una serie di prestazioni chiave che ne fanno lelemento cardine di un processo globale di interazione eco-efficiente con i fattori ambientali naturali. Analizzando le prestazioni energetiche dellinvolucro si dovrebbe considerare anche la possibilità di produrre energia attraverso le sue componenti, oltre a quella di conservare energia a favore dellambiente interno. L” intelligenza ” di un componente di facciata si può, quindi, misurare in relazione alle modalità secondo cui esso sfrutta le fonti energetiche rinnovabili per assicurare il mantenimento di condizioni confortevoli al suo interno in termini di riscaldamento, raffrescamento, ventilazione e illuminazione naturale.

                                     

2. Evoluzione delle tecnologie in rapporto alle prestazioni energetiche dellinvolucro edilizio

Il concetto di involucro come componente tecnologica capace di mediare i flussi di energia provenienti dallesterno verso linterno delledificio nasce con larchetipo stesso del modello architettonico. Nel momento storico in cui luomo decide di costruirsi un riparo artificiale dagli agenti climatici ambientali, cerca di proporre soluzioni costruttive capaci di migliorare le condizioni dello spazio confinato destinato allabitare.

Linvolucro architettonico si è lentamente evoluto da elemento barriera prevalentemente protettivo in complesso sistema-filtro selettivo e polivalente, in grado da una parte di ottimizzare le interazioni tra ambiente interno e macro-ambiente esterno e viceversa al mutare delle diverse condizioni climatico-ambientali nel corso della giornata, nel corso dellanno, finanche nel corso della vita dellorganismo edilizio e/o delluomo che lo abita; dallaltro lato di rispondere sempre più spesso in senso" intelligente” agli stessi mutamenti psicologici, sociologici e culturali del modo di vivere i rapporti con tali fattori micro e macro ambientali dai parte dei fruitori dellarchitettura" involucrata”.

Forma e funzione dellinvolucro hanno registrato nel tempo unevoluzione sostanziale sia nelluso dei materiali sia nelle prestazioni dei suoi componenti. Dal concetto di involucro come elemento energeticamente passivo, di separazione tra ambiente interno e esterno, si passa al concetto di involucro come elemento dinamico e interattivo del complesso sistema energetico che regola il funzionamento delledificio ne caratterizza limmagine.

Levoluzione tecnologica delle prestazioni energetiche dellinvolucro architettonico è registrabile e percepibile attraverso la smaterializzazione delle superfici che lo costituiscono. Gli elementi opachi massivi di chiusura verticale e orizzontale vengono bucati da superfici trasparenti di dimensioni sempre maggiori, che in tempi recenti sostituiscono e costituiscono lintero elemento di delimitazione architettonica. Luso sempre più frequente di superfici trasparenti per la realizzazione degli edifici si sviluppa a partire dalla fine del XIX secolo, in corrispondenza della rivoluzione industriale, e comporta lo sviluppo e la ricerca di nuovi materiali capaci di garantire prestazioni energetiche analoghe ai materiali tradizionali con cui per secoli sono stati realizzati gli edifici.

Linvolucro si svincola dalla struttura portante delledificio e diviene elemento di chiusura chiamato a regolare prevalentemente i flussi energetici legati al passaggio di calore, alla trasmissione della luce per unadeguata illuminazione degli ambienti interni ed alla protezione della radiazione solare nei mesi con le temperature più elevate. Le soluzioni tecnologiche e la scelta dei materiali si orientano verso quei sistemi tecnologici che riescono a governare tali scambi termici e luminosi, garantendo al contempo i requisiti estetici dettati dai nuovi linguaggi architettonici.

Parte dellinnovazione tecnologica legata alle prestazioni energetiche dellinvolucro contemporaneo è dovuta alla realizzazione e adozione di nuovi materiali trasparenti suddivisi per caratteristiche in: passivi, attivi e ad alte prestazioni. I materiali passivi sono tutti quelli che, grazie semplicemente alla forma, riescono a modificare la quantità di energia trasmessa sia ottica che energetica attraverso linvolucro in funzione dellinclinazione della radiazione solare. I materiali attivi modificano la quantità di energia trasmessa in funzione di stimoli esterni forniti al sistema, quali corrente impressa, gradiente di temperatura o variazione di energia solare incidente. I materiali ad alte prestazioni aerogel, TIM, infine, sono quelli in grado di soddisfare, grazie a proprietà intrinseche, la maggior parte dei requisiti di comfort.

In molti edifici contemporanei linvolucro è realizzato con sistemi di facciata che permettono di accumulare lenergia solare incidente e di trasformarla in calore per implementare il fabbisogno energetico invernale delledificio, in altri linvolucro diviene un vero e proprio elemento attivo di produzione di energia, grazie allintegrazione di sistemi tecnologici legati alle fonti energetiche rinnovabili fotovoltaico e solare termico. Le chiusure verticali opache e trasparenti sono sviluppate come componenti tecnologiche complesse capaci di interagire con le condizioni ambientali a contorno, in grado di ridurre il fabbisogno energetico delledificio. Facciate ventilate opache o doppia pelle, sistemi di schermatura solare, sistemi solari attivi collettori solari e celle fotovoltaiche e sistemi solari passivi serre solari diventano elementi ricorrenti nella progettazione dellinvolucro architettonico e si trasformano spesso in laboratori di ricerca progettuale rispetto ai quali sperimentare linnovazione tecnologica, ad esempio nelle fasi di progettazione, realizzazione e gestione di un green building.



                                     

3. Involucro ed efficienza energetica delledificio

Le prestazioni energetiche dellintero organismo edilizio dipendono dallefficienza dellinvolucro chiamato a circoscriverlo, se le componenti di chiusura non sono state progettate e realizzate in maniera consona alle prestazioni energetiche delledificio, le dispersioni dei flussi di calore passanti attraverso le stesse ne comprometteranno i consumi energetici finali.

Le azioni termiche che agiscono sullesterno di un edificio sono combinazioni dimpatti radiativi e convettivi. La componente radiativa consiste nella radiazione solare incidente e nello scambio termico radiativo con lambiente esterno e con il cielo. Limpatto termico convettivo è una funzione dello scambio con la temperatura dellaria circostante, e può essere accelerato dal movimento dellaria.

Le dispersioni termiche che avvengono sotto forma di calore, dipendono dalla differenza di temperatura tra la faccia interna e esterna dellinvolucro stesso e dalla resistenza termica del materiale o combinazione di materiali dei quali è fatto linvolucro. I materiali componenti un involucro che separa due ambienti a temperature differenti offrono una resistenza al passaggio del calore che varia in relazione diretta allo spessore del materiale e in relazione inversa alla sua facilità a trasmettere il calore trasmittanza.

  • La resistenza termica R m² K/W totale di una parete, che è ovviamente linverso della trasmittanza termica, sarà dunque data dalla somma delle differenti resistenze che il flusso di calore incontrerà lungo il percorso dallelemento più caldo a quello più freddo.
  • La conduttività o conducibilità termica l W/m K) di un materiale indica il flusso di calore che, in condizioni stazionarie, passa attraverso uno strato unitario di materiale in presenza di una differenza unitaria di temperatura tra le due facce opposte del materiale considerato. La conduttività dipende dalla porosità densità e dal contenuto igrometrico del materiale.
  • La trasmittanza termica U W/m² K, o coefficiente globale di trasmissione del calore interno-esterno è definita dalla norma UNI 7357 come il" flusso di calore che passa da un locale allesterno o ad un altro locale attraverso una parete per m² di superficie della parete e per K di differenza tra la temperatura del locale e la temperatura esterna, o del locale contiguo ”.

Particolare attenzione deve inoltre essere data alle prestazioni termiche dellinvolucro edilizio in regime termico variabile, nei mesi invernali, ma soprattutto nei mesi estivi. Nel corso della stagione estiva, in particolare durante le successioni di giornate caratterizzate da valori elevati di temperatura e di intensità dirraggiamento solare, gli involucri edilizi dovrebbero essere progettati e realizzati in modo tale da assicurare condizioni ambientali di sufficiente benessere termoigrometrico allinterno degli ambienti confinati, anche in assenza di impianti di condizionamento. A tale scopo, assumono particolare importanza: il sistema di protezione dallirraggiamento solare ; linerzia termica delle pareti opache delledificio, quantificabile in base all attenuazione s dellampiezza delle variazioni della temperatura superficiale interna rispetto a quella ambientale esterna, e al ritardo di fase f, cioè allintervallo di tempo con cui le variazioni di temperatura esterna si trasmettono allinterno ore. Buone prestazioni sono assicurate, sotto questo punto di vista, da pareti opache in grado di fornire come valori orientativi s < 0.05 e f > 8 ore, relativamente a una ipotetica oscillazione sinusoidale della temperatura esterna avente periodo di 24 h. Per ridurre i consumi energetici per la climatizzazione estiva risulta fondamentale attenuare i valori massimi di temperatura negli ambienti e ritardare limmissione di energia termica negli stessi, spostandola verso le ore notturne quando la temperatura dellaria esterna è ai valori minimi e il fenomeno del reirraggiamento raffredda rapidamente le superfici esterne.

Le perdite di calore attraverso linvolucro possono essere ridotte attraverso le seguenti strategie:

  • prevenire la conduzione di calore aggiungendo isolamento termico allinvolucro per incrementare la sua resistenza termica;
  • utilizzare la massa termica;
  • progettare ledificio in un modo più compatto per ridurre la superficie complessiva, attraverso la quale il calore può essere trasmesso;
  • aggiungere barriere al flusso di calore radiativo attraverso, per esempio, la posa di fogli in alluminio dietro i radiatori e usando vetri isolanti ed a bassa emissività come pure isolare i cassonetti delle finestre e porte laddove sono presenti le avvolgibili esterne.

Nella fase progettuale dellinvolucro edilizio si dovrà prestare particolare attenzione al controllo e alla verifica dei fenomeni di condensa interstiziale e superficiale, come previsto dalla Norma UNI EN ISO 13788, prestando particolare attenzione alle condizioni igrometriche di progetto interne ed esterne delledificio ed alle caratteristiche di ciascuno strato di materiale componente la parete. Il calcolo della condensa interstiziale viene effettuato quantificando i profili delle temperature e delle pressioni di vapore acqueo saturo ed effettivo allinterno della parete: se la pressione di vapore effettiva Pe raggiunge o supera quella della pressione di vapore saturo Ps, si avrà formazione di condensa. Tale fenomeno può essere arginato disponendo in ordine decrescente gli strati che compongono la struttura in funzione della loro permeabilità al vapore acqueo i materiali con resistenza maggiore al vapore vanno collocati verso lambiente abitato, quelli con resistenza minore vanno collocati verso lambiente esterno.

I fenomeni di condensa superficiale si verificano, invece, quando la temperatura della superficie interna della parete è inferiore alla temperatura di condensa dellaria dellambiente abitato. Dal calcolo del profilo della temperatura allinterno della parete, si determina anche il valore della temperatura superficiale interna ed è quindi possibile valutare gli eventuali rischi di condensa superficiale.

                                     

4. Legislazione e Normativa Tecnica di riferimento

La necessità di regolare i flussi di energia che passano attraverso linvolucro ha influenzato la stesura delle recenti normative in materia di risparmio energetico, sia di matrice internazionale che di matrice nazionale. Isolamento termico e inerzia termica delle componenti costituenti il" limite” fisico tra ambiente interno ed esterno sono i parametri fondamentali su cui si basano tali riferimenti normativi. Alla luce della necessità di ridurre i carichi energetici delledificio è stato indispensabile individuare buone pratiche del costruire finalizzate allimplementazione delle caratteristiche tecnologiche dellinvolucro edilizio, ridefinito come componente dinamica dal punto di vista energetico capace di regolare" positivamente” i flussi di energia entranti ed uscenti dallambiente edilizio.

La direttiva 2002/91/Ce Energy Performance of Buildings sul rendimento energetico nelledilizia, ha dato impulso a un rinnovamento legislativo, che in Italia ha prodotto, a livello nazionale, il Decreto 19 agosto 2005 n.192 ora corretto e integrato dal Decreto 29 dicembre 2006, n.311 e, a livello locale, una nuova serie di regolamenti improntati alla riduzione dei consumi ed alla certificazione energetica.

Le tematiche centrali su cui si articolano le politiche normative di riqualificazione del pacchetto edilizio esistente si identificano in relazione alle caratteristiche intrinseche dellinvolucro edilizio e degli impianti a servizio delledificio, e volgono alla riduzione dellimpatto energetico del sistema architettonico attraverso il controllo e la regolazione dei seguenti fattori:

  • isolamento termico
  • illuminazione;
  • controllo della condensa interstiziale e superficiale
  • approvvigionamento attivo di energia rinnovabile e la sua integrazione con il sistema morfologico costruttivo dellarchitettura
  • raffrescamento naturale per ventilazione passiva;
  • apporti solari gratuiti
  • protezione solare
  • riscaldamento naturale per accumulo termico e restituzione passiva;
  • uso di materiali eco-compatibili.

Legislazione

  • Direttiva europea 2002/91/Ce
  • D.Lgs. 192/2005
  • Raccomandazioni CTI
  • D.P.R. 412/1993
  • D.Lgs. 311/2006
  • D.M. 11 marzo 2008
  • Legge 296/2006 Finanziaria 2007
  • Legge 244/2007 Finanziaria 2008
  • D.P.R. 59/2009
  • Legge 373/1976
  • D.Lgs. 115/2008
  • D.M. 26/6/2009
  • D.P.R. 551/1999
  • CEN Comitato Europeo di Normazione
  • Legge 10/1991

Normativa tecnica

  • UNI 10339:1995, Impianti aeraulici a fini di benessere - Generalità, classificazione e requisiti, Giugno 1995
  • UNI EN 12831:2018, Prestazione energetica degli edifici - Metodo per il calcolo del carico termico di progetto - Parte 1: Carico termico per il riscaldamento degli ambienti, Modulo M3-3
  • UNI EN ISO 9251:1998, Isolamento termico - Condizioni di scambio termico e proprietà dei materiali -Vocabolario, 31/12/1998
  • UNI/TS 11300-1:2014, Prestazioni energetiche degli edifici. Determinazione del fabbisogno di energia termica delledificio per la climatizzazione estiva ed invernale, 02/10/2014
  • UNI EN ISO 7345:2018, Prestazione termica degli edifici e dei componenti edilizi - Grandezze fisiche e definizioni
  • UNI 10351:2015, Materiali e prodotti per edilizia - Proprietà termoigrometriche - Procedura per la scelta dei valori di progetto, 25/06/2015
  • UNI EN ISO 9288:2000, Isolamento termico - Scambio termico per radiazione - Grandezze fisiche e definizioni, 29/02/2000
  • UNI 8290-1:1981 + A122:1983, Edilizia residenziale. Sistema tecnologico. Classificazione e terminologia, 01/09/1981
  • UNI EN ISO 13788:2013, Prestazione igrotermica dei componenti e degli elementi per edilizia - Temperatura superficiale interna per evitare lumidità superficiale critica e la condensazione interstiziale - Metodi di calcolo, 20/06/2013
  • UNI 10375:2011, Metodo di calcolo della temperatura interna estiva degli ambienti, 13/10/2011
  • UNI EN ISO 6946:2018, Componenti ed elementi per edilizia - Resistenza termica e trasmittanza termica - Metodi di calcolo
  • UNI EN ISO 13789:2018, Prestazione termica degli edifici - Coefficienti di trasferimento del calore per trasmissione e ventilazione - Metodo di calcolo
  • UNI EN ISO 52016-1:2018, Prestazione energetica degli edifici - Fabbisogni energetici per riscaldamento e raffrescamento, temperature interne e carichi termici sensibili e latenti - Parte 1: Procedure di calcolo
  • UNI EN ISO 10211:2018, Ponti termici in edilizia - Flussi termici e temperature superficiali - Calcoli dettagliati
  • UNI 8290-2:1983, Edilizia residenziale. Sistema tecnologico. Analisi dei requisiti, 30/06/1983
                                     

5. Bibliografia di riferimento

  • BUTERA, F.M., Architettura e ambiente, Milano, ETASLIBRI, 1995
  • HERZOG, Thomas, KRIPPNER, Roland, LANG, Werner, Atlante delle facciate, Utet, Torino, 2005
  • BARUTTI, F., La certificazione energetica dellinvolucro edilizio – Normativa e materiali per il risparmio energetico, Sistemi Editoriali, Esselibri, Napoli, 2010
  • COLAFRANCESCHI, Daniela., Sullinvolucro in architettura: Herzog, Nouvel, Perrault, Piano, Prix, Suzuki, Venturi, Winesi, Librerie Dedalo, Roma, 1996
  • PAPAMICHAEL, K., PROTZEN, J.P., The limits of intelligence in design”, in Proceedings of the 4th International Symposium on system Research, Informatics and Cybernetics, Germania, Agosto, 1993
  • ENERGY RESEARCH GROUP, Clime, nature and architecture, James and James, Londra 1994
  • PANARELLI, G. ANGELUCCI, F., Involucri energetici, Sala editori, Pescara, 2003;
  • CONATO F., CINTI S., Architettura e involucro, BE-MA Editrice, edizione 2014.
  • SLESSOR, C., Sustainable Architecture and High Technology, Thames and Hudson, Londra, 1997
  • TUCCI, Fabrizio, Involucro Ben Temperato, Alinea, Firenze, 2006
  • CEN PrEN 32573:1992, Ponti termici nelle strutture edilizie – Calcolo dei flussi termici e delle temperature superficiali, Milano, ETASLIBRI, 1995
  • TRAVI, V., Advanced Technologies, Birkhauser, Basilea 2001
  • WIGGINTON, M., HARRIS, J., Intelligent Skins, Architectural Press, Oxford, 2002
  • COMPAGNO, A., Intelligent Glass Façades - Material, Pratice, Design, Arthemis Verlags – AG, Basilea, 1995
  • AGHEMO, C., AZZOLINO, C., Il progetto dellelemento di involucro opaco, Torino, CELID, 1996
  • BANHAM, R., The Architecture of the Well – Tempered Environment, Architectural Press, Londra, 1969
  • ALTOMONTE, Sergio, Linvolucro architettonico come interfaccia dinamica. Strumenti e criteri per unarchitettura sostenibile, Editrice Alinea, Firenze, 2004
  • OLGYAY, Victor, Progettare con il clima. Un approccio bioclimatico al regionalismo architettonico, Franco Muzzio Editore, Padova, 1981
  • AUTORI VARI, Manuale di progettazione edilizia. Fondamenti, strumenti, norme. Volume 2. criteri ambientali e impianti, Editore Ulrico HOEPLI, Milano, 1998
  • FIORITO, Francesco, FUZIO, Giovanni, Linvolucro edilizio. Evoluzione della progettazione e del processo realizzativi, Atti del convegno Involucro edilizio. Innovazione e sostenibilità, Bari 24 aprile 2004
  • AUTORI VARI, Libro bianco "Energia-ambiente- Edificio", Edizione il sole 24 ore, Milano, 2004