Analisi tipologica e della prassi progettuale

L’edilizia residenziale costituisce una delle maggiori fonti di consumo energetico dell’intero pianeta. Un uso incondizionato degli impianti e scarse qualità prestazionali dell'involucro di chiusura rappresentano le cause di queste performance negative. Sono in particolare gli edifici costruiti nel secondo dopoguerra quelli maggiormente responsabili, concepiti e realizzati con l’impiego di tecnologie relativamente semplici e di scarsa qualità: si tratta di edilizia caratterizzata da involucri che presentano elevate dispersioni termiche, non in grado di sfruttare le risorse climatiche. Le caratteristiche materiche e tecnologiche dell’involucro costituiscono un parametro fondamentale per l’analisi e la conseguente valutazione degli edifici quali: le caratteristiche degli elementi di partizione esterna ed i concetti di massa e inerzia termica ad essi connessi, l'orientamento e la posizione delle aperture e le proprietà termiche e solari. Questi fattori risultano necessari alla comprensione delle condizioni che determinano il controllo della luce e della ventilazione naturale, la distribuzione del calore e molte altre proprietà fisico-tecniche che intervengono negli scambi energetici tra interno ed esterno. Un edificio leggero, ad esempio del tipo a struttura metallica con tamponamento in pannelli sandwich (fig.2.2), avrà un piccolo potenziale di inerzia termica, così la sua temperatura interna sarà condizionata da quella esterna in misura molto marcata. Un edificio pesante invece, con pareti esterne costituite da materiali ad elevata densità materica, avrà la proprietà di utilizzare la sua massa per rallentare la trasmittanza termica e funzionare da volano termico tra esterno ed interno, potendo cedere il calore accumulato (di giorno) quando all’interno la temperatura scende (di notte) e viceversa. Le caratteristiche ed il tipo di involucro da solo non possono rappresentare la variabile dalla quale far discendere la tecnologica da adottare: ogni scelta progettuale dovrà essere valutata principalmente in funzione delle condizioni di contesto ambientale nel quale saranno

Figura 2.2 Fase di montaggio di un sistema costruttivo a secco.

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realizzate, allo scopo di massimizzarne gli effetti energeticamente positivi. Analizzare le tecnologie costruttive più utilizzate, sia storiche sia, più approfonditamente, quelle recenti, costituisce il punto di partenza nella ricerca dell’individuazione delle problematiche che inducono a ritenere ormai inderogabile la necessità di una riformulazione dei criteri formali, funzionali e tecnologici delle costruzioni.

A partire dal secondo dopoguerra, i progettisti furono fortemente attratti dalle tecnologie industrializzate e dai componenti prefabbricati che ne erano naturale compendio. Dopo una prima fase di resistenza in cui prevalse la convinzione che i sistemi industrializzati e i prodotti per le nuove tecnologie fossero difficilmente adattabili alla tradizione costruttiva italiana, alla fine degli anni Sessanta, il ricorso a tali nuove tecnologie divenne una scelta praticamente inevitabile: Sono state, in primo luogo, le necessità dettate da una forte ondata di urbanesimo con il conseguente bisogno di nuove abitazioni, in breve tempo, a determinare tale inversione di marcia. Si trattava, principalmente, di nuove tecnologie e nuovi processi basati sul diffuso impiego del getto di calcestruzzo in opera e di elementi prefabbricati. In questo periodo sono stati costruiti circa i 2/3 dell’edilizia oggi esistente. Oggi ci si trova a dover affrontare il tema della sostenibilità dei costi energetici in un contesto nel quale la quasi totalità del costruito necessita, in maniera più o meno estesa, di un radicale adeguamento formale, funzionale, tecnologico ed energetico. Il degrado delle facciate, l'assenza di isolamento termico ed acustico, la presenza di ponti termici in corrispondenza dei nodi tra chiusura verticale e partizione orizzontale, sono le principali cause di inefficienza delle costruzioni che potrebbero vanificare i risultati ottenibile con le nuove costruzioni a seguito dell’applicazione di nuovi processi e tecnologie applicate alle costruzioni. Non potrà esserci effettivo beneficio in termini di sostenibilità e di riduzione dei fabbisogni energetici, con particolare riferimento a quelli derivanti dall’impiego di combustibili fossili, se non si procederà, parallelamente, a rendere più efficienti anche gli edifici già realizzati con tecnologie inadeguate al raggiungimento di tali scopi. Questa condizione dovrebbe costituire un forte sprone per avviare lavori di indagine e ricerca tesi alla definizione di tecnologie capaci di svolgere un ruolo determinante6 _{in questo}

settore.

6 _{Si tratta però di un ambito piuttosto vasto, che richiederebbe anni di ricerca: per il momento} la ricerca sugli involucri evoluti a comportamento dinamico si limita a considerare l’intervento sull’esistente come un’ipotesi di impiego della progettazione tecnologica, senza però entrare nel merito delle variabili messe in campo specificatamente da questo tipo di intervento. Non si esclude però la possibilità di un’evoluzione futura della ricerca in questa direzione (vedi capitolo 8).

La progettazione nel recente passato

Parte prima – Analisi dello stato dell’arte e individuazione delle criticità

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Oggi si va sempre più affermando una diversa consapevolezza della questione ambientale, anche se troppi condizionamenti ne producono effetti ancora troppo limitati. Non è raro vedere che la soluzione dell’isolamento termico delle pareti esterne è considerato come risolutivo ai fini del corretto impiego energetico: al contempo le costruzioni realizzate con tali accorgimenti godono di sempre maggior favore sul fronte del mercato immobiliare, condizione che non sempre giova alla qualità energetica complessiva degli edifici stessi. Attraverso certificazioni, sempre più utilizzate in campo europeo, si tende a comprovare la qualità del prodotto edilizio. I costruttori devono così agire in un contesto nel quale non è solamente il parametro economico a fare la differenza ma vi è anche quello culturale in rapida evoluzione. La parte più rilevante del patrimonio edilizio italiano, costruita cioè tra il 1960 ed il 1980, è quella in cui si concentrano maggiormente le problematiche legate ai consumi energetici. La tipologia più diffusa è quella in linea (fig. 2.3): palazzine plurifamiliari di altezza variabile (dai tre ai quattordici piani) che comprendono dai 10 ai 150 appartamenti di superficie compresa, prevalentemente, tra i 30 e i 100 mq. Meno diffusa la tipologia edilizia a torre, realizzate tra i 6 e i 20 piani, comunque composte di un elevato numero di alloggi, impiegata laddove l’indice di edificabilità rendeva ardua l’ottimizzazione della densità abitativa. È con la prefabbricazione pesante che gli edifici divengono più estesi e complessi e per la gran parte dotati di ascensore (fig. 2.4).

Per quanto le costruzioni per il terziario abbiamo un ventaglio di tipologie che scontano la cultura dell’epoca nelle quali sono state realizzate, quella più diffusa, soprattutto a seguito della rivoluzione industriale, è quella cellulare con distribuzione a pettine, ovvero stanze affacciate su un corridoio lineare da una o da entrambe le parti, soluzione molto pratica da un punto di vista realizzativo. A seguito della rivoluzione industriale, con l’avvento delle tecnologie capaci di lavorare, prefabbricare e standardizzare elementi metallici di rilevanti dimensioni, l’utilizzo di pareti vetrate e l’invenzione dell’ascensore, è stato possibile realizzare edifici più alti nei quali le tecniche utilizzate permettono risparmi economici e maggiore qualità del prodotto finito (infissi vetrati o metallici - tecnologia del curtain wall). Dal punto di vista distributivo si affermano tipologie diverse, derivanti del rapporto tra persona e lavoro e del ruolo delle persone nel processo produttivo. All’inizio si afferma la soluzioni ad open-space, già un declino dagli anni Sessanta, sostituita poi da nuove tipologie come quella ad albero, costituita da una varietà di spazi intermedi tra pubblico e privato e con spazi personali di lavoro adiacenti ad un grande spazio comune.

Principali elementi tipologici caratteristici delle costruzioni

Figura 2.3 Esempio di edificio appartenente alla tipologia edilizia in linea.

Figura 2.4 Esempio di edificio appartenente alla tipologia edilizia a torre.

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Nel nostro paese la tecnologia costruttiva più diffusa è quella a telaio in calcestruzzo armato gettato in opera. Lo scheletro è realizzato indipendentemente da tutto il resto. Successivamente vengono aggiunti i tamponamenti esterni, le partizioni interne, generalmente in muratura di laterizio forato. I solai sono generalmente realizzati con lastre di calcestruzzo armato (predalle) oppure con travetti di laterizio e traliccio metallico (bausta) o di c.a. pre-compresso (travetto Varese) e tavelle di riempimento. Son più rari i casi relativi all’impiego di pannelli prefabbricati in calcestruzzo, solitamente assemblati con getto di completamento in opera o con sistemi di fissaggio metallici. Facciate e partizioni sono realizzate con pannelli prefabbricati leggeri in calcestruzzo, singoli o multistrato. Le tecnologie costruttive per i solai sono le medesime utilizzate per i sistemi intelaiati. Le pareti portanti possono avere o meno rinforzo strutturale a seconda del sistema utilizzato, ad ogni modo vi sono oggettivi limiti dimensionali imposti dagli elementi prefabbricati, cosa che influenza notevolmente la composizione degli alloggi. L'involucro di facciata è, nella maggior parte dei casi, la semplice risposta alla configurazione modulare dell'edificio: dall’impiego del laterizio, con caratteristiche migliorate, all’utilizzo, ormai non più molto diffuso, di pannelli prefabbricati in calcestruzzo di colore naturale, ovvero grigio scuro. Si tratta prevalentemente di edilizia sorta in un periodo di forte domanda di abitazioni che ha portato alla costruzione, rapida e spesso in assenza di regolamentazione tecnica, di edifici multipiano basati sull'uso di tecnologie legate soprattutto alla velocità di esecuzione piuttosto che alla qualità architettonica. Le soluzioni tecnologiche più innovative oggi utilizzate sono quelle a strati paralleli e contigui costituite da un’unica pelle che coincide con l’involucro edilizio. L’involucro è composto da più strati e le superfici di ogni strato interno aderiscono a quello dello strato precedente e/o successivo, componendo un sistema che le proprie terminazioni nelle superfici interne ed esterne. Costituisce, analogamente, uno strato l’aria contenuta in una eventuale intercapedine delimitata da due strati.

Le prestazioni di dinamicità sono date dalla interazione dei fenomeni fisici indotti dalla natura con lo spessore dei materiali impiegati. La stratificazione dei materiali all’interno della pelle determina condizioni di funzionamento e di interazione tra interno ed esterno specifiche che si producono secondo una sequenza dinamica, preordinata in fase di progettazione, per rispondere alle condizioni al contorno, sia quelle costanti sia quelle variabili. È un sistema che permette una notevole libertà del disegno formale delle aperture, condizione che favorisce scelte ottimali per la ventilazione naturale dei vani che sono a ridosso dell’involucro.

Principali tecnologie per le costruzioni

Principali sistemi costruttivi adottati nella prassi progettuale

Parte prima – Analisi dello stato dell’arte e individuazione delle criticità

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Giulia Archetti – Facoltà di Architettura di Ferrara

Si possono realizzare soluzioni costruttive attraverso l’impiego di elementi tecnologicamente semplici, costituiti da piccoli elementi, per sistemi da realizzare in opera, o grandi elementi, per sistemi prefabbricati o preassemblati, la cui scelta è funzione dei fenomeni fisici da innescare per rispondere ai fattori che agiscono sull’involucro ma anche dei fattori economici e sociali nei quali l’edificio è realizzato. In questa famiglia distinguiamo due tipi che si differenziano in base alla natura dei materiali utilizzati: involucri opachi e trasparenti.

Gli involucri opachi si possono realizzare impiegando elementi tecnologicamente semplici, costituiti da piccoli elementi, per sistemi da realizzare in opera, o grandi elementi, per sistemi prefabbricati o preassemblati.

Il contesto ambientale mediterraneo/continentale vede l’avvicendarsi di condizioni climatiche e microclimatiche notevolmente variabili sia nell’arco delle stagioni, con condizioni di gran caldo d’estate e di estremo rigore termico d’inverno, sia nelle condizioni di irraggiamento solare, con variabilità estreme di soleggiamento e di sull’orizzonte. Per poter intervenire con efficacia in tali condizioni si rende necessario impiegare quei materiali che siano in grado di garantire un’adeguata inerzia termica, ovvero materiali caratterizzati da una elevata massa (laterizio, pietra, calcestruzzo), condizione necessaria per offrire uno sfasamento termico capace di trasporre alla notte l’ingresso di calore assorbito di giorno, durante le ore di intenso soleggiamento. La collocazione degli strati all’interno della chiusura è realizzata anche rispetto alla destinazione d’uso dei locali ai quali è connessa: in ambiti dove vi è continua permanenza di persone, e si richiede prevalentemente il mantenimento di un valore costante di temperatura, è preferibile posizionare lo strato deputato all’inerzia termica verso l’interno. Oppure, la rispettiva collocazione degli starti può essere funzionale all’orientamento dell’edificio: le pelli disposte sui fronti a maggiore irraggiamento richiedono, infatti, un valore di inerzia superiore rispetto a pelli esposte ad est o nord, dove l’isolamento termico può costituire, invece, il requisito fondamentale; nel primo caso la massa viene applicata verso l’esterno, mentre nel secondo viene collocata dopo l’isolante termico. Anche il colore e le caratteristiche fisiche dello strato di finitura superficiale (intonaci, rivestimenti) possono intervenire sul controllo del calore da irraggiamento, riflettendo o assorbendo determinate lunghezze d’onda delle radiazioni solari con un conseguente minore o maggiore accumulo di calore. Nell’applicazione di strati paralleli contigui è importante anche mantenere il controllo della condensazione tra i diversi strati, verificando le interfaccia tra superfici calde e fredde ed inserendo, eventualmente, barriere al vapore o camere d’aria.

In alternativa all’applicazione di più strati è possibile adottare materiali a cambiamento di fase (PCM). Si tratta di prodotti costituiti da un singolo strato in

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grado di innescare prestazioni variabili in funzione del mutamento delle condizioni al contorno.

Le caratteristiche di questa tipologia costitutiva risultano tali da consentire l’inserimento di aperture dirette per la ventilazione naturale; ipoteticamente, garantiscono anche una relativa semplicità di spostamento delle stesse nel caso di modifiche nella distribuzione interna dei vani (variabilità dei fattori interni relativa a trasformazioni nella destinazione d’uso dei locali). In questo ambito, le soluzioni che adottano piccoli elementi, soprattutto per chiusure non portanti, consentono un discreto livello di trasformazione; soluzioni che, invece, adottando sistemi prefabbricati o preassemblati possono presentare minore adattabilità.

L’elevato livello di applicabilità consente un impiego di questa tipologia costitutiva in tutte le destinazioni d’uso, con particolare riferimento a quella residenziale, tradizionalmente caratterizzata dalla presenza di sistemi di chiusura opachi, e nelle nuove costruzioni come nelle ristrutturazioni. Generalmente, questa tipologia si configura, negli interventi di ristrutturazione edilizia, attraverso l’applicazione di strati aggiuntivi alla chiusura esistente la più comune delle quali è quella ottenuta applicando alla pelle esistente, usualmente composta da un involucro a piccoli elementi in laterizio, un cappotto isolante esterno. Tale soluzione offre, inoltre, la possibilità di ridurre o eliminare completamente i ponti termici.

Gli involucri trasparenti sono le soluzioni realizzate con chiusure di tipo trasparente che, per la configurazione del sistema costruttivo, offrono prestazioni dinamiche. A tal fine i sistemi di facciata trasparenti, appartenenti alla tipologia costitutiva degli strati paralleli contigui, sono composti da un tamponamento trasparente che è dotato da doppia o tripla camera, in una delle quali può essere collocata una veneziana orientabile interna, volta al controllo dell’irraggiamento solare. Tale struttura di facciata consente di evitare l’ingresso delle radiazioni solari nell’edificio, limitando sensibilmente l’effetto serra. Per le caratteristiche del sistema costruttivo, questi involucri sono realizzati generalmente con sistemi di facciata di tipo continuo tradizionale. Questa famiglia di involucro è prevalentemente applicata nelle destinazioni d’uso terziarie, per le tipologie edilizie a corpo isolato, in linea e a torre. E’ utilizzabile anche nelle destinazioni d’so residenziali, nelle tipologie in linea, per gli spazi di circolazione e collegamento.

L’inefficienza energetica, tecnologica e formale costituisce il dato connotativo saliente del patrimonio edilizio nazionale. L’impiego di tecnologie globalmente diffuse ha ridotto in pochissimi decenni la qualità e la specificità dell’ambito urbano delle

Principali criticità del patrimonio edilizio italiano

Parte prima – Analisi dello stato dell’arte e individuazione delle criticità

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città italiane che sono state, invece, lungamente ammirate proprio per la varietà, integrazione e spessore dell’architettura.

L’edilizia recente non è stata in grado di porsi in continuità con quanto prodotto in epoca storica, non solo rispetto alla qualità formale e urbana ma non ha saputo neppure cogliere le opportunità che il progresso scientifico ha reso disponibili ai fini di un sempre maggiore confort abitativo, senza dover depredare le “finite” risorse fossili del nostro pianeta.

La gran parte di queste costruzioni presentano gravi carenze, sia in termini formali e funzionali (qualità architettonica, accessibilità, inserimento urbanistico) sia tecnologici (insufficiente isolamento termico ed acustico) sia ambientali/energetici (progettazione avulsa dalle condizioni ambientali al contorno, mancato sfruttamento di fonti energetiche naturali, elevati consumi di energia). L’industrializzazione dei processi costruttivi e la trasportabilità dei materiali e delle tecnologie ha uniformato, banalizzandola, l'immagine delle città italiane, in particolare delle periferie, mimetizzando quanto di caratteristico vi era della città storica ed esaltando le patologie intrinseche alle costruzioni nelle quali quelle di maggior rilievo sono riferite all’ambito tecnologico, delle quali si darà dettagliata esposizione nei successivi capitoli e che qui si riassumono brevemente (tab. 2.1, prima individuazione dei fattori interni ed esterni che influenzano le prestazioni di un involucro).

Prestazioni Variabili interne Variabili esterne

Isolamento _{Caratteristiche fisico-termiche} Materiale Caratteristiche climatiche locali Trasparenza

Geometria della aperture Ubicazione delle aperture Tipo di

vetro Posizione delle aperture

Orientamento

Schermatura Dimensioni Posizioni

Regolabilità Soleggiamento

Ventilazione Posizione della aperture Tipo di apertura

Dimensione delle aperture Vento

Tab. 2.1 Prima individuazione dei fattori che influiscono nella progettazione di un involucro evoluto a comportamento dinamico

Solamente di recente sono state inserite puntuali disposizioni nella normativa tese al raggiungimento di parametri di efficienza energetici decisamente più elevati e certi. Fu la guerra arabo-israeliana dello Yom Kippur ad innescare la prima grande crisi energetica. La conseguente crisi petrolifera del 1973 ebbe inizio, in ottobre, con la decisione dei membri arabi dell’Opec di sospendere le forniture a quei paesi che sostenevano Israele, vale a dire gli Stati Uniti e i suoi alleati in Europa. L’embargo ebbe l’effetto di quadruplicare il prezzo del greggio evidenziando la dipendenza delle economie dei paesi industrializzati dalla produzione petrolifera concentrata nei paesi arabi e facendo sentire i suoi effetti più devastanti in Europa e Giappone dove i Isolamento termico

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continui rincari del greggio costrinsero i paesi consumatori a varare misure di emergenza per fronteggiare la crisi.

In Italia fu con la legge n. 373 del 1976, “Norme per il contenimento del consumo energetico per usi termici negli edifici”, che per la prima volta si afferma, in ambito legislativo, il principio del risparmio energetico. L’art.1, infatti, fissa come obiettivo quello di contenere il consumo energetico, per fini termici, negli edifici, introducendo concetti moderni in tema di progettazione degli impianti ed isolamento termico degli edifici. Ciò non ha prodotto, peraltro, quei risultati che ci si prefiggeva. Se si confrontano la situazione italiana con quella di paesi con clima simile al nostro, fino ad oggi, rileviamo che il nostro standard d'isolamento termico è molto inferiore. Ciò ha determinato un aumento dei consumi energetici dal 1990 al 2002 del 5,6%7 _{ed ha}

indotto l’emanazione delle misure restrittive stabilite dalle normative nazionali a seguito del recepimento della già citata Direttiva 2002/91/CE.

Per l’isolamento acustico il gap culturale è ancora maggiore. La normativa è ancora più recente e ancora di difficile applicazione. In questo ambito si scontano anche inadeguatezze tecnologiche e professionali. Infatti i punti di debolezza sono rappresentati da difetti costruttivi o dalla scarsa perizia degli addetti all’assemblaggio dei materiali e dei componenti o dalla scarsa qualità dei materiali da costruzione impiegati. Ma vi è anche una diffusa inadeguatezza progettuale a monte delle criticità prodotto da un inadeguato isolamento acustico. Sono, infatti, gli spessori limitati degli elementi di chiusura dei volumi e della loro eccessiva rigidità gli elementi che portano ad amplificare la trasmissione delle onde sonore attraverso la struttura.

Cause esogene al costruito sono sempre più responsabili del degrado delle costruzioni: piogge acide, solventi presenti nelle scorie prodotte dalla combustione di fonti energetiche fossili. Ma molto di più lo sono anomale o inadeguate tecnologie o la qualità dei materiali impiegati nelle costruzioni. Le infiltrazioni provenienti dal degrado degli strati impermeabilizzanti delle superfici o dai paramenti esterni (piani, inclinati o verticali che siano), l’inadeguatezza dei sistemi di smaltimento delle acque reflue, la formazione di condensa sulle superfici interne degli edifici, premessa per la formazione di pericolose muffe, dovute all’inadeguato bilanciamento del microclima