UNIVERSITA’ DI PISA
Scuola di Ingegneria
Laurea Magistrale in Ingegneria Edile
(Percorso: Classe LM-24 Ingegneria Edile)
Edilizia residenziale sperimentale “quasi-zero energy”
Analisi termo-energetica della struttura opaca di involucro realizzata con parete multistrato leggera, calcolo della prestazione energetica globale, analisi tecnico-economica delle soluzioni
progettuali.
Anno accademico 2015/2016
Relatori Candidata Prof. Francesco Leccese Antonella Pellegrino Ing. Giacomo Salvadori
Dott. Aldo Pacenti Arch. Nunzia Pelliccia
Alle mie nonne Antonia e Silvia
Indice
Introduzione ………...5
1. Edilizia residenziale quasi zero energy ... 8
1.1 Storia sulla normativa degli edifici a energia quasi zero ………..8
1.2 Definizione di edificio a energia quasi zero secondo il DM 26 giugno 2015 ... 10
1.3 Esempi ... 12
1.3.1 Sede Naturalia Bau ... 12
1.3.2 Padiglione Italia Expo 2015 ... 14
1.4 World footprint ... 15
1.4.1 Water footprint ... 16
1.4.2 Carbon footprint ... 17
1.4.2.1 Neutralizzazione dell’impronta carbonica ... 19
1.4.3 LCA (Life Cycle Assessment) ... 19
1.4.3.1 Vantaggi ... 20
2. Involucro edilizio a secco ... 21
2.1 La storia del curtain wall ... 22
2.1.1 Primo periodo ... 23
2.1.2 Secondo periodo ... 24
2.1.3 Terzo periodo ... 26
2.2 Tipologie di involucro ……… ... 29
2.2.1 Involucri portanti e non portanti (strutturali) ... 29
2.2.2 Involucri singoli o multistrato ... 29
2.2.3 Involucri trasparenti, traslucidi, opachi………. ... 29
2.2.4 Sistemi dinamici, passivi, attivi ... 30
2. 3 Involucro edilizio a secco ... 30
2.4 Facciata a montanti e traversi ... 30
2.5 Facciata a cellula ... 31
2.6 Esempi ... 31
2.6.1 Palazzo Wind Telecomunicazioni, Milano Rho, Italia... 32
2.6.2 Amazon Court, Praga, Repubblica Ceca ... 33
2.6.3 GSW Headquarters, Berlino, Germania ... 34
2.6.4 Padiglione Italiano Expo, Shanghai, Repubblica popolare Cinese ... 36
2.6.5 Bosco Verticale, Milano, Italia... 38
2.6.6 Torre Cesar Pelli, Milano, Italia ... 39
2.6.7 Sede Vogue Italia, Milano, Italia ... 40
2.6.8 Breathing Building, Milano, Italia ... 41
2.6.9 Bènètau Headquarters, Givrand, Francia ... 42
2.6.10 Palazzo delle Regione, Milano, Italia ... 43
3. Caso studio ... 46
3.1 Edificio ... 46
3.2 Involucro esterno ... 47
3.2.1 Copertura ... 47
3.2.2 Solaio piano terra/autorimessa ... 57
3.2.3 Solaio interpiano ... 58
3.2.4 Pareti vetrate ... 60
3.2.5 Parete verticale opaca ... 61
3.2.6 Impianto climatizzazione invernale ... 65
3.2.7 Impianto produzione ACS ... 66
3.2.8 Prestazione energetica globale ... 66
4. Studio della parete verticale esterna ... 73
4.1 Parete verticale esterna caso di studio ... 73
4.1.1 Calcolo della trasmittanza termica della parete in condizioni stazionarie ... 74
4.1.2 Calcolo della trasmittanza termica della parete in condizioni dinamiche ... 76
4.1.3. Verifica dei fenomeni di condensa superficiale e interstiziale ... 77
4.2 Variazione dello spessore dell’isolamento termico ... 84
4.2.1 Stratigrafia EPS 0 cm ... 85
4.2.2 Stratigrafia EPS 3 cm ... 86
4.2.3 Stratigrafia EPS 21 cm ... 87
4.3 Verso la scelta della soluzione ottimale ... 88
4.3.1 Scelta della soluzione ottimale ... 91
5. Calcolo della prestazione energetica globale ... 95
5.1 Decreto 26 giugno 2015: novità ... 95
5.2 Calcolo della prestazione energetica ai sensi del decreto 26 giugno 2015 delle soluzioni progettuali proposte. ... 99
5.2.1 Caso 1: caldaia a condensazione + radiatori + impianto solare termico + parete verticale con EPS=21 cm ………..100
5.2.2 Caso 2: pompa di calore + radiatori + impianto solare termico + parete verticale con EPS=21 cm ………..105
5.2.3 Caso 3: pompa di calore + radiatori + impianto solare termico + parete verticale con EPS=21 cm + VMC ……….108
5.2.3 Caso 4 : pompa di calore + radiatori + impianto solare fotovoltaico + parete verticale con EPS=21 + VMC ………..111
6. Analisi tecnico economica delle soluzioni progettuali ………..…….. 118
6.1 Analisi tecnica della parete verticale di involucro ………118
6.2 Analisi tecnica delle soluzioni impiantistiche ……….…….122
6.2.1 Caso di studio e caso 1: caldaia a condensazione murale centralizzata ad alta potenza, radiatori a bassa temperatura e pannelli solari termici ……….…….122
6.2.2 Caso 2: pompa di calore radiatori a bassa temperatura e pannelli solari ………….127
6.2.3 Caso 3: pompa di calore, radiatori a bassa temperatura, pannelli solari termici e ventilazione meccanica controllata ………..128
6.2.4 Caso 4: pompa di calore, radiatori a bassa temperatura, pannelli solari fotovoltaici e ventilazione meccanica controllata ………..129
6.3 Analisi economica delle soluzioni progettuali ……….131
6.3.1 Costo soluzione caso di studio ………..135
6.3.1.1 Costo appartamento 95 m2 ………135
6.3.1.2 Costo appartamento 75 m2 ………137
6.3.1.3 Costo appartamento 65 m2 ………139
6.3.2 Costo soluzione caso 1 ………141
6.3.2.1 Costo appartamento 95 m2 ………141
6.3.2.2 Costo appartamento 75 m2 ………142
6.3.2.3 Costo appartamento 65 m2 ………144
6.3.3 Costo soluzione caso 2 ………145
6.3.3.1 Costo appartamento 95 m2 ………145
6.3.3.2 Costo appartamento 75 m2 ………146
6.3.3.3 Costo appartamento 65 m2 ………148
6.3.4 Costo soluzione caso 3 ………149
6.3.4.1 Costo appartamento 95 m2 ………149
6.3.4.2 Costo appartamento 75 m2 ………150
6.3.4.3 Costo appartamento 65 m2 ………152
6.3.5 Costo soluzione caso 4 ………153
6.3.5.1 Costo appartamento 95 m2 ………153
6.3.5.2 Costo appartamento 75 m2 ………154
6.3.5.3 Costo appartamento 65 m2 ………155
6.4 Discussione risultati ………156
CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI ……….………….. 160
BIBLIOGRAFIA ……….……… 173
ALLEGATO A. Computo metrico estimativo strutture involucro esterno e interno ………….…….. 175
ALLEGATO B. Computo metrico estimativo dei principali elementi di impianto ………. 187
Ringraziamenti ……….. 192
5 INTRODUZIONE
“La seconda metà del XX secolo ha visto le nostre città sottoposte ad una proliferazione galoppante. Una vasta quantità di materia generata in un contesto storico di emergenza che non ha permesso la corretta integrazione del nuovo costruito e delle funzioni in pieno sviluppo. Si tratta di un’autentica falla geologica sviluppatasi fino alla saturazione delle nostre città. A partire da questa constatazione, gli architetti hanno proposto diversi modi di intervento.
I nostalgici proclamano la demolizione e la ricostruzione nella logica del passato: irrealistico. Altri sostengono che dobbiamo continuare ad accelerare l’inarrestabile dinamica del progresso, archiviando ciò che ci sta alle spalle. Ugualmente irrealistico, poiché la materia accumulata esiste e perdura e, decretandone l’abbandono, si creano autentici ghetti.
Ma esistono altri che propongono di modificare progressivamente la materia costruita, poco a poco, come uno scultore che continua un’opera già iniziata precedentemente. Io sono della stessa opinione. Credo che stiamo entrando nell’era urbana della rimodellazione del costruito. Dobbiamo creare una moltitudine di mutazioni, metamorfosi, forme genetiche biologiche che rivelino quale è l’origine della forma elaborata ed il nuovo aspetto della città di domani.” Jean Nouvel
Il pensiero di Jean Nouvel descrive la realtà odierna: siamo circondati da edifici fatiscenti, carenti dal punto di vista tecnico e prestazionale, diretta conseguenza di un modo di costruire proprio del periodo post bellico durante il quale si è privilegiata la quantità piuttosto che la qualità. Lo scopo è stato infatti quello di costruire ciò che la guerra ha distrutto, dando luogo ad un patrimonio edificato caratterizzato da edifici multipiano (per sfruttare al massimo gli standard disponibili) consistenti di piccoli appartamenti forniti soltanto di prestazione di base. Queste prestazioni collidono con le moderne esigenze dell’edilizia, soprattutto alla luce delle nuove direttive in termini di efficienza energetica. Una soluzione potrebbe essere demolire ciò che non è in linea con gli standard edilizi attuali, ma non è la soluzione giusta: l’esistente è stato realizzato con materiali non reperibili all’infinito ed è piuttosto una risorsa da amministrare e recuperare; inoltre la demolizione porterebbe costi troppo elevati ed enormi problemi di gestione degli interventi.
L’edificato presente tende a non essere più rispondente, in termini di funzionalità, alle necessità dell’utenza cui era destinato in origine: i cambiamenti sociali ed economici richiedono un
riadattamento sia dell’interno che dell’esterno. La consapevolezza che il modo di costruire e abitare si ripercuote sulla qualità della vita (ambiente, clima e natura), intesa non solo come “vita
economica”, ha originato il concetto di sostenibilità in architettura. L’architettura sostenibile
progetta e costruisce edifici per limitare gli impatti nell’ambiente, ponendosi come scopo l’efficienza energetica, il miglioramento della salute, del comfort e della qualità della fruizione degli utenti, raggiungibile mediante l’integrazione nell’edificio di strutture e tecnologie appropriate. Considera inoltre come elementi fondamentali della progettazione non solo l’orientamento, il soleggiamento, i fattori di ventilazione naturale, l’ombreggiamento prodotto dalle preesistenze, ma anche sistemi alimentati da biomasse, sistemi domotici di gestione, ecc. L’architettura sostenibile riduce al minimo l’impatto delle costruzioni sulla salute dell’uomo e sull’ambiente, attraverso un limitato consumo
