CASO DI STUDIO – Coltri vegetali: edificio dimostrativo F92 presso il Centro Ricerche

Casaccia dell’ENEA

L’ENEA ha avviato da tempo un programma di ricerca e sperimentazione per valutare gli effetti delle coltri vegetali sugli edifici, ai fini del miglioramento dell’efficienza energetica e del comfort microclimatico interno ed esterno.

Il ‘

sistema di piante

è risultato in grado di creare una vera e propria schermatura intorno a case e condomìni. In questo modo la vegetazione era stata pensata con il compito di mitigare i picchi di temperatura durante l’estate, ‘catturando’ gran parte dell’energia solare che così non colpisce più direttamente la superficie dell’edificio; inoltre aveva il compito di dissipare attraverso l’evapotraspirazione delle piante (fino a 1 litro di acqua al giorno per metro quadrato) una grande quantità di energia termica, che altrimenti verrebbe assorbita dall’edificio e rilasciata sotto forma di calore all’interno dell’abitazione. Nell’intenzione di ENEA: “D’estate questo sistema di vegetazione dovrebbe permettere di ridurre fino al 15% di energia per il raffrescamento”.

Lo scopo di questa tesi è stato quello di anticipare alcune di queste previsioni, con una simulazione numerica che si avvalesse dei dati acquisiti con un apposito sistema di sperimentazione installato e che permettesse di poter ottimizzare la progettazione di pareti verdi in situazioni diverse dal caso analizzato. Sono riportate di seguito delle immagini (Fig. 2.1, 2.2 e 2.3) relative all’ edificio dimostrativo, presso il Centro Ricerche Casaccia, su cui è stato basato il modello numerico.

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Fig. 2.1 - Edificio inizialmente privo di inverdimento

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Fig. 2.3 - edificio dimostrativo ENEA (con struttura per inverdimento) In Fig. 2.4 sono riportati alcuni dettagli riguardanti gli ingombri della parete verticale.

Fig. 2.4

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verde (breve descrizione)

La struttura portante della parete verde, analizzata nel presente lavoro di tesi, è composta interamente in acciaio tipo S235JRH UNI EN 10219-1 zincato a caldo e verniciato a fuoco con vernici epossidiche colore RAL 1004 giallo opaco; essa è realizzata in 10 profili scatolari con sezione 60x120x3 completi di piastra di appoggio e ancoraggio piatto da 200x200x10 con fori di fissaggio di diametro 12mm per alloggio di tasselli BERNER Simplex anchor BA ETA-10/0456.

I montanti sono composti da 2 elementi, uniti tra loro da sotto giunto per consentire eventuali dilatazioni.

Ai montanti verticali sono collegate delle staffe di sostegno composte da 2 angolari 40x40x4 uniti tra loro da un profilo IPE 40x50x6, ancorato ai montanti mediante viti MA10x100 e dadi antisvito. Sono presenti n. 30 staffe di ancoraggio telescopiche realizzate con scatolare in acciaio tipo S235JRH UNI EN 10219-1 60x60x3 larghezza 600mm saldate all’interno del montante mente all’altra parte mobile di compensazione, è saldata ad un piatto 70x120x10 completo di fori di fissaggio diametro 12mm per alloggio di tasselli BERNER Simplex anchor BA ETA-10/0456.

Il calcolo della staticità della struttura è stato condotto considerando l'ipotesi, cautelativa, che questa venga completamente rivestita con piante e vasi con il massimo peso (terra e acqua). La struttura è controventata orizzontalmente oltre che dalle staffe porta vaso anche mediante rete metallica, realizzata con tondino diametro 6mm (maglia 100x100) e fissata alla struttura mediante tondino da 6mm sagomato ad “U” filettato alle due estremità inserito in un piatto da 30x100x4 e bloccato mediante dadi.

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La struttura è vincolata al fabbricato mediante delle piastre tassellate sul cordolo esistente e sulle quali sono collegate staffe telescopiche 60x60x3 di larghezza 600mm alla quota dei solai dei piani (terra, 1° e 2°).

I pianerottoli sono realizzati mediante un grigliato metallico (rete keller) con maglia 15x75 mm e piatto portante 25x3 mm. Nelle Fig. 2.5 e 2.6 sono rappresentati i dettagli costruttivi e il layout della struttura descritta e in Fig. 2.7 il layout della fertirrigazione.

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Fig. 2.6 - Layout della struttura realizzata per sorreggere la parete verde

Fig. 2.7 - Layout del sistema di fertirrigazione installato alla parete verde

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In aggiunta alla parete verde (il cui sistema di coltivazione e visibile alla Fig.2.8) su struttura autoportante posizionata a 50 cm dalla parete dell’edificio della Scuola delle Energie, dove ENEA svolge i suoi corsi di formazione, è stata pure realizzata una copertura verde, basata su un sistema estensivo di tetto-giardino, che è già stata oggetto di alcuni riscontri. (Fig. 2.9)

Fig. 2.8 - Dettagli del sistema di coltivazione in parete

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La parete verde con struttura metallica è stata installata sull’angolo Sud dell’edificio F92 nel corso dell’anno 2017, ma il completamento dello sviluppo fogliare della coltre vegetale si è completato solo nella stagione 2018 (Tab.2.2).

A partire dall’ottobre 2017, sono stati installati, in serie successive, numerosi sensori per la misurazione dei parametri termoigrometrici.

Tab.2.1 - Evoluzione della coltre vegetale da ottobre 2017 a settembre 2018 Ottobre 2017 Novembre 2017 Gennaio 2018 Inizio Marzo 2018 Fine Marzo 2018 Aprile 2018

Maggio 2018 Giugno - Luglio – Agosto – Settembre 2018

Giugno Luglio

Agosto Settembre

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Il numero e la tipologia di sensori installati è cresciuto quindi progressivamente a partire dall’autunno 2017, periodo della prima installazione ed inizio della prima campagna di monitoraggio, al settembre 2018, periodo di conclusione della terza fase di monitoraggio (Tab.2.3).

Tab.2.3:suddivisione dei periodi PRIMA CONFIGURAZIONE SECONDA CONFIGURAZIONE TERZA CONFIGURAZIONE dal 01/10/17 al 24/04/18 dal 24/04/18 al 19/06/18 dal 19/06/18 al 30/09/18

I periodi di cui alla Tab.2.3 si riferiscono all’avanzamento della stazione meteo in base ai sensori che, di volta in volta, sono stati aggiunti fino ad ottenere la configurazione finale (ultimo periodo), nel quale si ha la piattaforma di sperimentazione necessaria all’attività di ricerca.

I sensori complessivamente installati nell’edificio sono numerosi, come di seguito elencati:

sulla parete SUD-OVEST

− temperatura dell’aria e dell’umidità relativa (AT02/RH02)

− temperatura dell’aria e dell’umidità relativa (AT03/RH03)

− temperatura fogliare (TF01)

− temperatura superficiale esterna (TS03, TS05)

− radiazione fogliare per fotosintesi (PAR02/03)

− radiazione solare globale sulla superficie esterna della parete verde(GR02)

− radiazione solare globale sulla superficie esterna della parete schermata (GR03)

− velocità del vento (WS02/WS03) e della direzione del vento (WD02/WD03)

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sulla parete SUD-EST

− radiazione fogliare per fotosintesi (PAR04)

− radiazione solare globale (GR04)

− umidità relativa (AT04/RH04)

− radiazione fogliare per fotosintesi (PAR05)

− radiazione solare globale (GR05)

− temperatura dell’aria e umidità relativa (AT05/RH05 e AT06/RH06)

− della temperatura superficiale esterna (TS02, TS06, TS04)

− velocità del vento (WS04/WS05) e della direzione del vento (WD04/WD05)

in copertura sul tetto verde

− temperatura dell’aria e umidità relativa (AT01/RH01)

− radiazione fogliare per fotosintesi (PAR01)

− radiazione solare globale (GR01)

− velocità del vento (WS01) e direzione del vento (WD01)

negli ambienti interni

− Temperatura radiante (TaG01, TaG02)

− temperatura dell’aria e umidità relativa (AT07/RH07 e AT08/RH08)

− temperatura superficiale interna (TS01, TS07, TS08, TS09)

La disposizione dei diversi sensori è rappresentata alle Fig. 2.10 – 2.18.

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Fig. 2.11 - disposizione dei sensori all’interno dell’intercapedine verde della parete Sud-Ovest

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Fig. 2.12 - disposizione dei sensori all’interno dell’intercapedine verde della parete Sud-Ovest – piano secondo

Fig. 2.13 - disposizione dei sensori all’interno dell’intercapedine verde della parete Sud-Est

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Fig. 2.14 - disposizione dei sensori all’interno dell’intercapedine verde della parete Sud-Est

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Fig. 2.15 - disposizione dei sensori all’interno dell’intercapedine verde della parete Sud-Ovest – piano secondo

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Fig. 2.16 - disposizione dei sensori interni Parete Sud-Ovest

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L’alto numero di sensori consente la raccolta di una molteplicità di dati.

La ricerca è stata concentrata in particolare sulla analisi dei dati estrapolati dalle letture delle misurazioni dei sensori collocati sulla parete Sud-Ovest, ritenendo le coppie di sensori più significative per gli obiettivi dello studio. La parete Sud-Ovest è infatti dotata di una doppia coppia di sensori di temperatura interno-esterno, dove il primo è collocato sul lato della parete completamente esposta mentre l’altro si trova all’interno dell’intercapedine sulla porzione di parete schermata dalla superficie a verde.

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Analoga coppia è presente anche sulla parete Sud-Est, ma il sensore T04, come si evince dalla documentazione fotografica, è collocato al di sopra della finestratura, al centro di un’area esclusa dalla copertura vegetale che, da un lato, in relazione all’andamento del sole, risente di periodi di ombreggiamento alternati a periodi di soleggiamento, dall’altro, è posizionato nell’area potenzialmente interessata dai ponti termici causati dalla presenza del cassonetto dell’avvolgibile, al di sopra della finestra.

Viene segnalato che, per una più ampia lettura dell’andamento dei fenomeni termici, sarebbe utile avere installati anche flussimetri in grado di rilevare puntualmente il flusso termico attraverso la parete.

SCHEMATICAMENTE si può vedere una rappresentazione delle sonde (Fig. 2.19 Fig.2.20)

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3. DEFINIZIONE DEL MODELLO NUMERICO E DEI