Famiglie di involucro

Gli involucri possono essere classificati secondo diverse famiglie in funzione della natura dei materiali con i quali si realizzano le due facciate. Ogni famiglia prevede il funzionamento dinamico della chiusura con variazioni, nei fenomeni fisici generati e nelle prestazioni offerte, dipendenti dalle caratteristiche dei materiali impiegati per la realizzazione delle due pelli. La tipologia di facciata adottata e la configurazione di tutti gli elementi e dei dispositivi che compongono l’involucro concorrono, insieme ai materiali adottati, nella definizione delle prestazioni complessive della chiusura. Per quanto riguarda la famiglia di involucro trasparente su trasparente (fig. 4.17), i materiali costituenti le due chiusure possono essere diversi ma, nell’accezione comune, si intendono costituite da due superfici distinte di vetro (facciate o infissi trasparenti) applicate sulla superficie esterna dell’edificio e separate da una intercapedine d’aria. Gestendo gli stati di movimento dell’aria contenuta tra le due pelli si rende l’involucro attivo in funzione delle variazioni climatiche esterne esistenti e delle condizioni microclimatiche interne richieste; ciò avviene tramite lo sfruttamento dei principi termo-fisici di effetto serra ed effetto camino, successivamente descritti, che regolano il funzionamento climatico del sistema costruttivo.

Possono essere utilizzate tutte le tipologie di facciata previste (tutta superficie, canali, singoli elementi) e le possibili direzioni di ventilazione (esterna, interna, mista).

Trasparente su trasparente

Figura 4.17 Esempio di involucro trasparente su trasparente.

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Questa famiglia di involucri si presta, inoltre, ad una elevata integrazione tra i diversi elementi complementari che possono comporre la chiusura nel suo insieme (compresi gli impianti di climatizzazione). Gli effetti termofisici prodotti dagli involucri di tipo trasparente su trasparente sono, principalmente, l’effetto serra e l’effetto camino.

Le due chiusure che compongono l’involucro possono essere realizzate utilizzando diverse tecnologie, sia per la struttura portante delle facciate stesse che per il sistema di supporto e fissaggio del tamponamento vetrato.

Operando una classificazione dei sistemi di supporto e fissaggio delle lastre in vetro, si individuano le seguenti tipologie di facciata utilizzabili nel trasparente su trasparente:

- facciate continue tradizionali, le lastre di tamponamento in vetro sono fissate, attraverso connessioni meccaniche continue, ad un telaio metallico, a “montanti e traversi”, che si lega alla struttura portante dell’edificio o ad una ulteriore struttura indipendente atta a sostenere la facciata stessa; - facciate continue strutturali, le lastre di tamponamento sono fissate ad un

telaio metallico di supporto (a montanti e traversi) per mezzo del silicone strutturale; a questo materiale è affidata la funzione di trasferire, attraverso una soluzione di vincolo elastico, il carico costituito dal peso delle lastre di vetro alla struttura portante della facciata, in alluminio o acciaio;

- facciate a fissaggi puntiformi, questo sistema di supporto delle lastre prevede che i moduli costituenti il tamponamento siano vincolati alla struttura portante della facciata o all’edificio stesso (montanti in acciaio, travi o solette in cemento armato) mediante puntuali elementi metallici di raccordo in acciaio o in alluminio;

- facciate a lamelle, il tamponamento vetrato è costituito dall’accostamento di elementi modulari di forma lamellare (orizzontali o verticali). Le lamelle vengono fissate, tramite puntuali collegamenti metallici, ad una struttura portante di supporto.

Si possono invece considerare appartenenti alla famiglia trasparente su opaco (fig. 4.18) gli involucri composti da una chiusura interna opaca (laterizio, legno, ecc.) e da una chiusura esterna trasparente (vetro); in ogni caso, la facciata esterna, per la funzione che svolge e per gli effetti termo-fisici dell’aria di intercapedine che devono essere generati, è sempre vetrata. Questi sistemi si differenziano dai sistemi trasparente su trasparente per la presenza di materiali diversi nella composizione delle due facciate che configurano l’involucro. La pelle esterna, per la funzione che

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svolge e per gli effetti fluidodinamici dell’aria di intercapedine che devono essere generati (effetto serra ed effetto camino), è sempre tamponata in vetro. La pelle interna è invece realizzata con uno o più materiali opachi, tra cui il legno, il laterizio, la pietra e la ceramica, posati singolarmente o in soluzioni multistrato. Questa famiglia offre prestazioni diverse rispetto a quelle fornite dai sistemi completamente trasparenti tramite le proprietà fisiche e meccaniche dei materiali che compongono la chiusura interna.

Il comportamento complessivo di tali involucri, sia nella condizione estiva che in quella invernale, risulta quindi sensibilmente differente: l’interruzione nel passaggio dei raggi solari verso l’interno e il rendimento in relazione all’isolamento e all’inerzia termica provocano, infatti, un funzionamento dinamico differente. Le diversità tra i due sistemi risultano particolarmente evidenti anche in ambito architettonico: il concetto di smaterializzazione e gli attributi di trasparenza che qualificano il trasparente su trasparente vengono parzialmente o completamente annullati in questa famiglia. Pur mantenendo un’immagine esterna caratterizzata dalla presenza del vetro, al trasparente su opaco si possono nuovamente attribuire i significati tradizionali di elemento di chiusura, di separazione tra esterno ed interno e di protezione visiva.

I principi costruttivi che regolano la tecnologia trasparente su opaco, se da un lato riprendono concetti che possono essere considerati come ormai tradizionali del modo di costruire, da un altro possono essere riconosciuti come nuove interpretazioni e adattamenti di innovazioni ormai già diffuse sul mercato. Questa famiglia di involucro può infatti essere considerata come il risultato dell’elaborazione tecnologica di chiusure tradizionali (dalla classica chiusura opaca alla facciata ventilata, al muro di Trombe, al principio della serra) ottenuta attraverso l’applicazione di materiali e logiche (funzionali e dinamiche) utilizzate nei sistemi completamente trasparenti. Il funzionamento attivo della chiusura verso l’esterno viene gestito, anche in questo caso, attraverso aperture o griglie poste in corrispondenza della facciata esterna vetrata, adatta ad accogliere agevolmente i dispositivi a configurazione variabile. Come nei sistemi precedenti, i dispositivi per la ventilazione aperti permettono l’aerazione dell’intercapedine, favorendo l’effetto camino innescato dall’irraggiamento solare e attivando il conseguente raffrescamento della facciata interna; a dispositivi chiusi, l’effetto serra, che si genera tra i due involucri, determina la formazione di un cuscinetto di aria capace di isolare termicamente e di cedere calore alla facciata interna che lo accumula e lo trasmette poi ai vani retrostanti. Per portare verso l’interno il calore recuperato dall’intercapedine la tecnica più semplice consiste, invece, nello sfruttamento degli

Figura 4.18 Esempio di involucro trasparente su opaco.

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infissi posizionati in corrispondenza delle interruzioni dell’involucro interno, dedicate all’illuminazione naturale dei vani; aprendo direttamente gli infissi o inserendo in essi griglie di ventilazione a configurazione variabile, si ottiene un collegamento diretto tra il fabbricato e l’intercapedine.

In condizioni di elevate temperature esterne il funzionamento del sistema di facciata è invece essenzialmente caratterizzato dalla ventilazione dell’intercapedine attraverso l’involucro esterno.

Le dimensioni dell’intercapedine sono, come nelle soluzioni completamente trasparenti, funzionali ad una corretta circolazione dell’aria contenuta tra le due facciate.

Assume un ruolo significativo in questo ambito anche l’introduzione di un nuovo campo di applicazione della tecnologia, offerto dal mercato della ristrutturazione edilizia: ad una pelle tradizionale esistente può, infatti, essere affiancata una pelle aggiuntiva in vetro che ottimizza le prestazioni correnti e ne aggiunge di nuove. Nell’ambito della nuova costruzione, invece, gli involucri trasparente su opaco possono essere utilizzati come soluzione alternativa al trasparente su trasparente, oppure, come più comunemente avviene, può costituire una variante di quest’ultima, una trasformazione parziale e limitata a specifici settori dell’involucro, capace di rispondere in modo compiuto alle diverse esigenze che possono manifestarsi nella complessa progettazione ambientale di un edificio (grande o piccolo che sia). Ad esempio, in un medesimo fabbricato, gli involucri completamente trasparenti possono diventare un sistema misto quando specifiche richieste di controllo dall’introspezione lo richiedono, oppure quando definiti vincoli distribuitivi necessitano di una suddivisione dei vani interni che non si può coniugare con il rigido schema modulare della facciata esterna vetrata; dietro l’involucro interno opaco possono, infatti, trovare spazio tramezzature che scompongono i volumi retrostanti la facciata trasparente secondo organizzazioni volumetriche interne altrimenti incongrue con il ritmo formale scandito da una struttura vetrata. Attraverso l’opportunità di rendere opachi parziali settori dell’involucro si rende la tecnologia applicabile anche in destinazioni d’uso che normalmente non consentirebbero l’impiego di chiusure completamente vetrate, mantenendo un’immagine unitaria, scandita esternamente dallo stesso involucro trasparente e internamente da porzioni trasparenti e porzioni opache.

Da queste prime considerazioni risulta chiaro come i materiali e le tecnologie utilizzabili per le due pelli (interna ad esterna) risultano estremamente differenti tra loro. La libertà progettuale che deriva da tale varietà costruttiva non è però esente da

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limitazioni; la tecnologia e i materiali adottati per realizzare l’involucro interno influenzano, infatti, sensibilmente le scelte nella definizione della struttura portante e del sistema di supporto dell’involucro esterno vetrato.

Per chiarire quali sono le relazioni di tipo tecnologico e costruttivo che vincolano la progettazione di un sistema misto è opportuno classificare quest’ultimo in funzione della natura dei materiali impiegati per realizzare la chiusura interna.

Involucri realizzati con facciate interne pesanti

Le facciate interne di tipo pesante sono generalmente realizzate con tecnologie costruttive che adottano materiali tradizionali, tipici soprattutto delle aree geografiche mediterranee, ovvero di località che richiedono agli involucri prestazioni rispondenti ad un clima contraddistinto da elevate temperature estive. Queste facciate sono, pertanto, caratterizzate dalla presenza di materiali dotati di un’elevata massa; a tale proprietà fisica dei materiali impiegati corrisponde una notevole inerzia termica delle facciate, rendendole capaci di reagire alle sollecitazioni climatiche esterne attraverso l’accumulo del calore (indotto dall’irraggiamento solare) e la successiva lenta cessione dello stesso nel tempo. Si tratta principalmente di murature o setti costruiti con materiali da posare in opera in spessori anche notevoli (spessore minimo 15/20 cm).

Si ritrovano sia murature a piccoli elementi di laterizio, pietra o calcestruzzo, che setti, sempre in calcestruzzo o laterizio. In generale, si tratta di sistemi costruttivi che non utilizzano i principi delle tecnologie a secco e che, a causa delle necessità costruttive che regolano la loro posa in opera, devono essere assemblati direttamente in cantiere.

Le maggiori condizioni di vincolo, nella definizione del sistema portante delle due pelli, sono indotte dall’involucro interno, caratterizzato, rispetto a quello esterno, da una limitata autonomia costruttiva. La tecnologia con cui viene realizzata la pelle interna influisce notevolmente nella determinazione del sistema portante della pelle esterna e, di conseguenza, nella scelta della tipologia di facciata.

L’involucro interno può essere realizzato attraverso due tecnologie principali:

- muratura portante, la struttura portante del fabbricato coincide con la pelle interna, generalmente realizzata con un sistema costruttivo a piccoli elementi posati a malta. Di conseguenza, il sistema di supporto della pelle esterna può essere costituito da un telaio indipendente, fisicamente distanziato dalla muratura; esso può essere sostenuto dalla stessa, attraverso elementi di collegamento fissati in più punti, oppure può appoggiare direttamente a terra o alle solette di interpiano del fabbricato. In alternativa la pelle esterna può essere direttamente fissata alla pelle interna

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in muratura per mezzo di elementi puntali di collegamento, realizzando un sistema di tipo sospeso;

- muratura di tamponamento, realizzata con piccoli elementi o pannelli prefabbricati, sostenuta dal telaio portante del fabbricato. Questa configurazione della pelle interna rende l’involucro trasparente su opaco simile a quello trasparente su trasparente; la pelle esterna può, quindi, essere sostenuta a fissata attraverso le medesime tecnologie individuate per la famiglia precedente.

Le tipologie che meglio si adattano alle chiusure interne pesanti sono quelle a tutta superficie e a canali, caratterizzate da una ridotta integrazione tra la pelle interna e quella esterna. La tipologia a singoli elementi si impiega con difficoltà, per la necessaria sovrapposizione di due sistemi differenti, quello delle celle e quello della pelle interna in muratura. Queste considerazioni sono ancora più evidenti nel caso dell’applicazione di una nuova pelle in vetro ad un edificio esistente, dove la scelta della tipologia di facciata si confronta con una chiusura già costruttivamente definita e, spesso, difficilmente integrabile con sistemi ad elevato livello tecnologico. In tali condizioni si prediligono soluzioni d’involucro che adottano facciate esterne staticamente e fisicamente indipendenti da quelle interne, rendendo più coerente l’applicazione di una tipologia a tutta superficie.

Involucri realizzati con facciate interne leggere

La famiglia trasparente su opaco in materiali leggeri si differenzia dalla precedente per la natura del materiale, o dei materiali, con cui viene realizzata la pelle interna. In queste soluzioni, generalmente ottenute con l’impiego di tecnologie a secco, vengono applicati materiali in spessori sottili, dotati di un ridotto peso specifico, che alle prestazioni offerte dall’inerzia termica (tipica dei materiali pesanti) sostituiscono quelle offerte dall’isolamento. Si possono considerare queste facciate come tecnologie, di origine tradizionale, adeguate ad aree geografiche caratterizzate da un clima rigido di tipo continentale.

I materiali utilizzati sono posati in pannelli composti da sottili strati, uniti a formare un unico elemento dotato di un rivestimento esterno (verso l’intercapedine), un rivestimento interno (verso gli ambienti) ed un tamponamento. Per conferire proprietà termiche al pannello si utilizzano materiali isolanti, mentre per i rivestimenti esterni la gamma dei materiali risulta oggi estremamente vasta, dal legno, al metallo, pietra, ceramica, vetro, cartongesso, ecc., applicabili in funzione di scelte architettoniche e funzionali puntualmente definite.

I principi costruttivi che regolano la struttura portante di entrambe le pelli sono i medesimi. Sia il vetro della pelle esterna che i pannelli opachi della facciata interna

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necessitano, infatti, di un telaio di supporto che svolga la funzione di sostegno. La facciata interna risulta, di conseguenza, direttamente fissata alla struttura portante del fabbricato, mentre quella esterna può essere a quest’ultima agganciata o sostenuta da un telaio indipendente.

La configurazione complessiva del trasparente su opaco in materiali leggeri risulta simile a quella del sistema trasparente su trasparente, sia per la tecnologia costruttiva utilizzabile (composta, in entrambe le facciate, da un telaio di supporto e un tamponamento in pannelli) che per il funzionamento; in alcune soluzioni le due tecnologie possono addirittura coincidere, come nel caso in cui determinate pannellature trasparenti della pelle interna vengono sostituite con elementi opachi (ad esempio nelle velette dei solai fino all’altezza del bancale delle finestre).

La similitudine di questi involucri con i sistemi completamente trasparenti comporta quindi una sostanziale compatibilità con tutte le tipologie di facciata esistenti e tutte le direzioni di ventilazione; i sistemi a secco, inoltre, dato il loro elevato potenziale tecnologico raggiungibile grazie al notevole livello di prefabbricazione, risultano idonei a accogliere anche i dispositivi di gestione più complessi.

Il funzionamento dinamico del sistema coincide, sia nella condizione estiva che in quella invernale, con quello dei sistemi trasparente su trasparente, con la sola differenza prestazionale definita dalle proprietà fisiche del tamponamento interno opaco.

Elementi complementari

Gli elementi complementari alle due pelli, necessari per permettere il funzionamento dinamico dell’involucro, sono i medesimi utilizzati per la famiglia trasparente su trasparente; alcune sostanziali variazioni risultano però opportune a causa della presenza di materiali diversi dal vetro che introducono determinate condizioni di vincolo.

Se nella pelle esterna gli elementi per la ventilazione dell’intercapedine possono essere utilizzati secondo le medesime logiche individuate nei sistemi completamente trasparenti, nella pelle interna risultano applicabili con maggiore difficoltà; in particolare, l’adozione di materiali pesanti rende la facciata interna poco integrabile con griglie e dispositivi meccanici complessi, limitando la permeabilità della chiusura all’aria di intercapedine. La direzione di ventilazione prevalentemente utilizzata è, pertanto, quella esterna. In alternativa, per definire un sistema con direzione di ventilazione mista, si possono utilizzare aperture dirette sulla pelle interna verso l’intercapedine. Tali aperture vengono inserite utilizzando i classici canoni progettuali che regolano la collocazione di finestre negli involucri tradizionali; esse svolgono anche la funzione di permettere l’accesso all’intercapedine per eseguire le operazioni

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di manutenzione. La visione dall’esterno di questi involucri coincide con una facciata opaca, interrotta regolarmente da elementi trasparenti e rivestita da una ulteriore pelle vetrata.

Negli involucri con facciate interne leggere l’inserimento dei dispositivi per la ventilazione risulta più semplice in quanto le caratteristiche fisiche del sistema tecnologico della pelle interna sono simili a quelle della pelle esterna vetrata.

I dispositivi di protezione solare e di controllo dall’introspezione, generalmente posizionati nell’intercapedine, vengono applicati esclusivamente in corrispondenza delle aperture collocate sulla pelle interna. I materiali e i sistemi utilizzabili possono essere diversi, ma i più diffusi, per le prestazioni offerte in relazione alla funzione svolta, sono le veneziane. Diversamente, possono essere impiegati tradizionali sistemi di oscuramento quali le tapparelle, direttamente integrate con l’infisso della finestra presente nella facciata opaca interna.

Negli interventi di retrofit si possono mantenere anche i dispositivi già presenti nell’involucro (persiane, tapparelle, ecc.) purché dimensionalmente coerenti con il volume dell’intercapedine ottenuto con l’applicazione della seconda facciata vetrata ad una specifica distanza dalla chiusura esistente.

Gli elementi di compartimentazione e di fruizione dell’intercapedine si applicano, nelle tipologie di facciata compatibili con la presenza di tali dispositivi, seguendo i medesimi criteri progettuali adottati per il trasparente su trasparente.

I sistemi per l’incremento della ventilazione dell’intercapedine (ventilatori) possono essere utilizzati anche nelle soluzioni miste. E’ opportuno precisare però che le tecnologie di involucro che adottano chiusure interne di tipo pesante risentono in misura minore del surriscaldamento dell’aria di intercapedine rispetto a quelli che utilizzano per il tamponamento della facciata interna pannelli leggeri o vetro. Ciò è dovuto alla presenza di materiali dotati di elevata massa che permettono un maggiore controllo del calore in entrata nei vani.

I sistemi per l’automazione degli elementi a configurazione variabile dell’involucro possono essere adottati seguendo i medesimi criteri impiegati per gli involucri completamente trasparenti; generalmente, date le caratteristiche fisiche e meccaniche della pelle interna (che può definirsi di per sé autonoma sotto il profilo funzionale e prestazionale) vengono collegati ai sistemi per l’automazione esclusivamente gli elementi collocati nella facciata esterna (griglie di ventilazione) e nell’intercapedine (ventilatori e dispositivi di protezione solare).

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Rispetto ai due sistemi precedentemente descritti, la presenza del vetro, in una o in entrambe le chiusure, rende tali sistemi differenti dalla famiglia opaco su opaco (fig. 4.19): quest’ultima, infatti, risulta sempre composta da due diaframmi realizzati con materiali opachi.

Soprattutto nel contesto geografico di riferimento, l’umidità può compromettere gravemente le prestazioni degli edifici. La penetrazione di acqua piovana è ridotta al minimo e il ricircolo dell’aria facilita l’eliminazione della condensa dalle apposite aperture. Numerose sono le funzioni dell’intercapedine ventilata: il ricircolo dell’aria, per tutta l’altezza dell’edificio, è dovuto ai differenziali termici e di pressione dell’aria. In presenza di un clima freddo questo fenomeno limita la formazione di condensa nella parte posteriore del rivestimento. In presenza di un clima caldo il movimento dell’aria raffredda gli strati interni della costruzione ed elimina naturalmente l’acqua piovana e la condensa, mantenendo però le prestazioni dell’isolante posizionato solitamente dietro all’intercapedine ventilata: la sua profondità minima non deve essere inferiore a 20/25 cm per garantire un sufficiente moto dell'aria, anche se il funzionamento ottimale del sistema avviene con intercapedini di 40-50 cm, praticabili anche ai fini manutentivi. Inoltre, un valore di 200 cm2_/m2 _{è sufficiente per la presa}

d'aria e aperture di ventilazione per la ventilazione naturale.

Il livello di integrabilità con i dispositivi complementari utilizzabili per un involucro evoluto è decisamente ridotto. Difficilmente è, inoltre, possibile attuare una integrazione tra il sistema di facciata e gli impianti di climatizzazione.

Per quanto riguarda infine le famiglie di involucro in cui la pelle esterna è costituita da materiali traslucidi (traslucido su trasparente e traslucido su opaco fig. 4.20 e