Elaborazione di uno schema per l’analisi esigenziale – prestazionale delle soluzioni di involucro

In uno scenario di riferimento così complesso, come quello appena delineato nel presente capitolo, emerge l’importanza del ruolo svolto dall’involucro edilizio, che deve rispondere a requisiti in materia di confort ambientale e risparmio delle risorse energetiche, costituendo la prima e necessaria cerniera di collegamento tra sistema ambientale e sistema tecnologico.

Nel settore residenziale, ad esempio, i consumi energetici sono fortemente legati alle condizioni demografiche: cresce il numero degli alloggi dotati di riscaldamento e crescono i consumi all’interno delle abitazioni anche a causa del ricorso al condizionamento estivo. Nonostante il basso livello tecnologico del settore da cui si è partiti in Italia negli anni 60, tra il 1975 e il 2000 il consumo medio per metro quadro di superficie riscaldata è diminuito di circa il 27%.

Le tecnologie sviluppate in funzione di un sempre maggiore risparmio energetico sono sempre più diffuse e cresce la consapevolezza dei cittadini sulla necessità di fare scelte, anche personali, che vadano in questa direzione. Le molte tecnologie utilizzabili riguardano sia l’impianto (con il ricorso al solare termico, al fotovoltaico, al geotermico, alle biomasse ed ai dispositivi ad alta efficienza energetica), che l’involucro edilizio (sistemi isolati di pareti opache e trasparenti, ricambio meccanico d’aria con recupero del calore diversamente disperso, tecnologie dell’edilizia bioclimatica).

16 _{Un altro interessante parametro è fornito dalla trasmittanza termica periodica (W/m}2_{K), è il} parametro che valuta la capacità di una parete opaca di sfasare ed attenuare il flusso termico che la attraversa nell’arco delle 24 ore, definita e determinata secondo le norme UNI EN ISO 13786:2001.

103 dottorato di ricerca in tecnologia dell’architettura – XXII ciclo

Questi involucri diventano sempre più macchine complesse, il cui funzionamento è regolato da sistemi tecnologici particolarmente avanzati, tali da regolare e controllare una serie di apparati meccanici capaci di adattare il rapporto delicato tra il clima esterno e quello interno: involucri automaticamente reattivi alle condizioni e alle sollecitazioni climatiche esterne, per i quali l’ambito di sviluppo più adatto è quello legato alla dinamicità del loro funzionamento e all’adattabilità alle variazioni al contorno. Risulta però difficile riuscire a delineare una griglia di analisi e valutazione dei sistemi suddetti. Il corpus normativo, seppur vasto, non è comunque in grado di fornire indirizzi e prescrizioni adeguati al raggiungimento di livelli prestazionali adeguati alla complessità della materia oggetto della ricerca. Sono però da sottolineare i relativamente recenti sviluppi in ambito normativo: gli strumenti legislativi e regolamentari, che disciplinano l’analisi esigenziale – prestazionale degli involucri genericamente intesi, hanno subito significativi aggiornamenti sia quantitativamente che qualitativamente. Questo ha avuto ripercussioni anche a livello comunale: a titolo d’esempio si riporta la tabella (tab. 3.3) dei requisiti volontari del regolamento edilizio tipo del Comune di Bologna del 2003 – allegato 6, uso razionale delle risorse climatiche ed energetiche – non più in vigore, sostituito dal RUE, in vigore dal 20 maggio 2009. Come dimostrato di seguito, si noterà che requisiti che un tempo venivano enumerati tra quelli volontari, oggi sono diventati cogenti) . Sono però strumenti ancora non completi, non ancora in grado di fornire indicazioni relative alla dinamicità delle soluzioni ipotizzabili.

In questo contesto, la norma UNI EN ISO 13790:2008 rappresenta un traguardo: disciplina le prestazioni energetiche e il calcolo dei consumi di energia per il riscaldamento ed il raffrescamento ambientale, limitatamente all’involucro edilizio. Si tratta di uno standard internazionale, che contiene vari metodi di calcolo per il progetto e la valutazione delle prestazioni termiche ed energetiche, un insieme coerente di metodi per il calcolo, a vari livelli di dettaglio, dei fabbisogni energetici per il riscaldamento e il raffrescamento degli edifici. Tale norma disciplina:

- i metodi di calcolo dello scambio termico per trasmissione e ventilazione dell’edificio quando riscaldato o raffrescato a temperatura interna costante; - il contributo delle sorgenti di calore interne e solari al bilancio termico

dell’edificio;

- i fabbisogni annuali di energia per riscaldamento e raffrescamento, per mantenere le temperature di set-point nell’edificio;

- l’energia richiesta annualmente dagli impianti di riscaldamento e raffrescamento dell’edificio.

Parte seconda – Involucro evoluto a comportamento dinamico

104

Giulia Archetti – Facoltà di Architettura di Ferrara

Le premesse per i metodi di calcolo previsti dalla UNI EN ISO 13790:2008 stabiliscono che:

- - l’edificio possa avere diverse zone termiche (contrariamente alle UNI TS 11300:2008 che non considerano zone termiche) a differenti temperature di regolazione e un riscaldamento intermittente;

- - i possibili intervalli di calcolo siano diversi - l’anno, il mese, l’ora. Per gli edifici residenziali, il calcolo può essere eseguito anche basandosi sulla stagione di riscaldamento/raffrescamento;

- - si possa eseguire il calcolo dei fabbisogni netti di energia per il riscaldamento e il raffrescamento dell’edificio mediante metodi dettagliati di simulazione, che consentono di tenere adeguatamente conto dei fenomeni dinamici. L’utilizzo di tali metodi deve essere opportunamente validato in conformità alla UNI EN 15265:2008, che prevede appunto la possibilità del calcolo del fabbisogno per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti mediante metodi dinamici, calcolo spesso preferibile al più usato metodo mensile descritto dalle UNI TS 11300:2008, a patto che siano disponibili i dati climatici orari della località considerata.

Controllo dell’apporto energetico da soleggiamento estivo (ombreggiamento)

Esigenza da soddisfare: evitare il surriscaldamento estivo

dell'organismo edilizio utilizzando l'ombreggiamento, senza contrastare l'apporto energetico dovuto al soleggiamento invernale.

Livello di prestazione: nel periodo estivo l'ombreggiamento di

ciascuno degli elementi trasparenti delle chiusure esterne deve essere uguale o superiore dell’80%. Livello verificato alle ore 11, 13, 15, 17 del 25 luglio attraverso l’uso di maschere di ombreggiamento per il controllo di orientamento dell'edificio nel lotto, posizione, dimensione e caratteristiche delle chiusure trasparenti, degli aggetti esterni e di eventuali elementi di finitura nonché di eventuali elementi di vegetazione nelle pertinenze dell'organismo edilizio.

Uso dell’apporto energetico da soleggiamento invernale

Esigenza da soddisfare: l'organismo edilizio favorisce

l'apporto energetico gratuito del sole nel periodo invernale, pur non impedendo il controllo dell'apporto energetico dovuto al soleggiamento estivo.

Livello di prestazione: il soleggiamento di ciascuno degli

elementi trasparenti delle chiusure degli spazi principali dell'organismo edilizio deve essere uguale o superiore all'80%. II requisito è verificato alle ore 10, 12, 14 del 21 dicembre attraverso l'uso di maschere di ombreggiamento per il controllo di: orientamento dell'edificio nel lotto, posizione, dimensione e caratteristiche delle chiusure trasparenti, degli aggetti esterni e di eventuali elementi di finitura nonché di eventuali elementi di vegetazione nelle pertinenze dell'organismo edilizio.

Risparmio energetico nel periodo invernale

Esigenza da soddisfare: gli edifici vanno realizzati e recuperati

in modo da consentire una riduzione del consumo di combustibile per riscaldamento invernale, intervenendo

105 dottorato di ricerca in tecnologia dell’architettura – XXII ciclo sull'involucro edilizio, sul rendimento dell'impianto di riscaldamento e favorendo gli apporti energetici gratuiti.

Livello di prestazione: per nuove costruzioni e ristrutturazioni

vengono fissati parametri da rispettare (coefficiente di dispersione termica Cd, trasmittanza K, rendimento globale medio stagionale dell'impianto di riscaldamento, rapporto tra l'indice volumico degli apporti gratuiti e l'indice volumico delle dispersioni).

Protezione dai venti invernali

Esigenza da soddisfare: diminuire la dispersione di calore

nelle pareti maggiormente esposte dell'organismo edilizio proteggendole dai venti invernali, senza tuttavia impedire la ventilazione naturale estiva.

Livello di prestazione: gli spazi chiusi dell'organismo edilizio

destinati ad attività principali avranno chiusure esterne (pareti) esposte ai venti invernali prevalenti protette da barriere di vegetazione o artificiali ovvero il progetto utilizza la presenza di depressioni del terreno o rilievi naturali o edifici preesistenti per ottenere tale protezione.

Ventilazione naturale estiva

Esigenza da soddisfare: raffrescare gli spazi dell'organismo

edilizio e diminuire la percentuale di umidità presente al fine di assicurare il benessere igrotermico nel periodo estivo, utilizzando la ventilazione naturale, senza impedire la protezione dai venti invernali.

Livello di prestazione: ventilazione incrociata dell'unità

immobiliare, con captazione dell'aria già raffrescata ovvero con captazione dell'aria dalle facciate esposte alle brezze estive prevalenti. Predisposizione di sistemi di aperture tra solai funzionali all'uscita dell'aria calda dall'alto e/o al richiamo di aria fresca da ambienti sotterranei.

Uso del’inerzia termica per la climatizzazione estiva

Esigenza da soddisfare: l'organismo edilizio è progettato in

modo da attenuare i massimi di energia entrante e da aumentare il ritardo con cui le

variazioni di temperatura esterna si trasmettono all'interno.

Livello di prestazione: fattore di inerzia termica (misura

l'attitudine del contorno opaco di uno spazio ad accumulare calore e a trasmetterlo lenta mente e con ritardo verso lo spazio stesso) > 1,5 (m2_/m2_).

Uso dell’apporto energetico solare per il riscaldamento dell’acqua

Esigenza da soddisfare: riduzione del consumo di

combustibile per il riscaldamento dell'acqua calda per usi sanitari e per il riscaldamento invernale.

Livello di prestazione: installazione di impianto a pannelli

solari dimensionato in modo da coprire l’intero fabbisogno energetico dell'organismo edilizio per il riscaldamento dell’acqua calda sanitaria, nel periodo in cui l’impianto di riscaldamento è disattivo.

Integrazione dell'impianto a pannelli solari con un impianto di climatizzazione invernale a bassa temperatura (temperatura dell'acqua non superiore a 40°C).

Tab. 3.3 Schema dei requisiti volontari del regolamento edilizio tipo del Comune di Bologna del 2003, non più in vigore – Allegato B, Famiglia 6: uso razionale delle risorse climatiche ed energetiche.

Tra gli altri obiettivi già enunciati, la presente ricerca si pone anche quello di indicare elementi di possibile riflessione per lo sviluppo di un dibattito in merito ad un eventuale adeguamento degli strumenti di controllo e verifica dell’effettiva fattibilità di soluzioni di involucro evoluto a comportamento dinamico. Come premesso

Parte seconda – Involucro evoluto a comportamento dinamico

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Giulia Archetti – Facoltà di Architettura di Ferrara

nell’introduzione, la ricerca è strutturata sulle basi teoriche della fisica tecnica ambientale, relativamente all’interazione tra edificio e ambiente, ma non entra nel merito del dettaglio del calcolo matematico e formulistico: da esso prende spunto per fornire indirizzi di modifiche ed adeguamenti, da sviluppare successivamente con la collaborazione di esperti del settore di varie discipline tra cui anche la fisica tecnica. Sono stati presi in considerazione aspetti derivanti dalle ricadute normative oltreché gli aspetti più specificatamente tecnici e tecnologici. Per fornire ipotesi di modifica ed adeguamento si è seguito un iter di analisi e valutazione delle soluzioni esistenti secondo lo schema riportato nella tabella 3.4.

Tale modello deve essere applicato a sistemi in opera, ovvero a tecnologie di chiusura che possono essere analizzate e valutate direttamente in condizioni di esercizio. La necessità di applicare il modello su chiusure già realizzate deriva dall’esame di due aspetti sostanziali:

- ogni involucro realizzato costituisce una soluzione tecnica e costruttiva unica; non si tratta, infatti, di sistemi completamente industrializzati, ma facciate progettate attraverso la composizione e la sovrapposizione di più sistemi, assemblati in strati paralleli, a formare un’unica chiusura. Conseguentemente, le caratteristiche di ogni involucro variano da progetto a progetto, sia per i principi che ne regolano il funzionamento, sia per le soluzioni tecnologiche adottate che possono essere direttamente fornite da aziende differenti;

- ogni involucro realizzato è applicato in un unico e preciso contesto, sia esterno (fattori macroclimatici, morfologia dell’intorno e microclimatici), sia interno (caratteristiche tipologiche e di comfort ambientale interno). Ciò comporta che ogni soluzione di involucro realizzata offra prestazioni differenti, variabili in funzione dei fattori che influiscono sul comportamento dinamico del sistema tecnologico.

Il modello di analisi e valutazione vuole essere uno strumento applicabile per qualsiasi soluzione di chiusura evoluta realizzata e fa riferimento al singolo progetto. Il modello si compone di una serie di schede compilabili che permettono una semplice e univoca trattazione di ogni intervento edilizio.

Può essere considerato scomponibile in due parti distinte. La prima parte è dedicata all’analisi, sia del progetto in generale che della tecnologia di chiusura in particolare. La seconda parte è invece dedicata alla valutazione della chiusura in condizioni di esercizio.

Analisi degli elementi costitutivi di base. È stata predisposta la prima parte della tabella ordinata per famiglia di involucro: al suo interno sono previste la combinazioni possibili in base alla pelle esterna, interna e alla tipologia di facciata.

107 dottorato di ricerca in tecnologia dell’architettura – XXII ciclo

I successivi due step di analisi hanno l’obiettivo di identificare i fattori esterni ed interni all’involucro che possono influire sul funzionamento dinamico della chiusura in condizioni di esercizio.

Analisi fattori interni. Permette di identificare quali fattori, fissi e variabili, caratterizzano l’edificio.

Analisi fattori esterni. Permette di identificare quali fattori, fissi e variabili, caratterizzano il contesto ambientale esterno dell’edificio. Essi hanno influenzato le scelte progettuali del sistema tecnologico e influenzano il funzionamento dinamico di quest’ultimo nelle condizioni di esercizio.

Analisi elementi costitutivi complementari. Prevede tutti i possibili dispositivi complementari applicabili nell’involucro evoluto a comportamento dinamico; è possibile barrare più caselle, una per ogni dispositivo presente nel sistema progettato. Inoltre, è previsto una spazio per note eventuali che possono descrivere al meglio i dispositivi, nei materiali impiegati e nel principio di funzionamento che adottano.

Analisi fenomeni fisici correlati alle singole pelli e all’involucro. I singoli materiali impiegati e la famiglia di involucro adottata, insieme alla presenza o meno di determinati dispositivi complementari, concorrono nel definire i fenomeni fisici che possono essere prodotti dall’involucro. La possibilità di verifica dell’involucro analizzato prima per singole componenti poi nel suo complesso, ha fornito significative informazioni per la successiva fase di elaborazione delle informazioni raccolte e quindi per l’individuazione di tecnologie e modelli applicativi.

Valutazione del livello di adattabilità ai fattori interni ed esterni. In questo caso si fa riferimento alla capacità del sistema tecnologico di rispondere in modo prestazionalmente corretto al modificarsi dei fattori esterni ed interni alla chiusura. Il livello, anche per queste tabelle, viene proposto attraverso una gerarchia di seguito specificata.

Valutazione delle prestazioni offerte. Si fornisce un giudizio qualitativo sui livelli prestazionali raggiunti dalle soluzioni di involucro analizzate, in funzione dei livelli di benessere richiesti all’interno dei vani; livelli che, naturalmente, dipendono dalla destinazione d’uso dell’edificio e dalla natura delle attività che vengono svolte nei vani che affacciano sull’involucro. Per una descrizione di maggiore dettaglio si rimanda alla trattazione seguente.

Parte seconda – Involucro evoluto a comportamento dinamico

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Giulia Archetti – Facoltà di Architettura di Ferrara ANALISI ELEMENTI COSTITUTIVI DI BASE

Famiglia di involucro Sistema di facciata Tipologia di _facciata

Pelle esterna Pelle interna

Trasparente su Trasparente □ Facciate continue tradizionali in vetro □ Facciate continue strutturali in vetro □ Facciate a sostegno puntiforme

□ Semplici infissi tamponati in vetro

□ Facciate continue tradizionali in vetro □ Tutta superficie □ Canali □ Singoli elementi Trasparente su Opaco □ Facciate continue tradizionali in vetro □ Facciate continue strutturali in vetro □ Facciate a sostegno puntiforme

□ Piccoli elementi semplici □ Piccoli elementi da realizzare

in opera

□ Grandi elementi per sistemi prefabbricati o preassemblati □ Tutta superficie □ Canali □ Singoli elementi Opaco su Opaco □ Pannelli con rivestimento metallico □ Pannelli in ricomposto lapideo □ Pannelli in pietra naturale □ Pannelli in laminato plastico □ Pannelli in cotto □ Pannelli ceramici □ Pannelli in legno

□ Piccoli elementi semplici □ Piccoli elementi da realizzare

in opera

□ Grandi elementi per sistemi prefabbricati o preassemblati □ Tutta superficie □ Canali □ Singoli elementi Traslucido su Trasparente □ Frangisole in materiale metallico □ Frangisole a lamelle orientabili in vetro □ Frangisole in cotto □ Frangisole in legno □ Frangisole in pietra □ Rete metallica

□ Semplici infissi tamponati in vetro

□ Facciate continue tradizionali in vetro □ Tutta superficie □ Canali □ Singoli elementi Traslucido su Opaco □ Frangisole in materiale metallico □ Frangisole a lamelle orientabili in vetro □ Frangisole in cotto □ Frangisole in legno □ Frangisole in pietra □ Rete metallica

□ Piccoli elementi semplici □ Piccoli elementi da realizzare

in opera

□ Grandi elementi per sistemi prefabbricati o preassemblati □ Tutta superficie □ Canali □ Singoli elementi