1 Diagnosi energetica delle architetture di terra

(1)

parte terza Strumenti di calcolo per lo studio del comportamento termico delle Architetture di Terra parte prima

Diagnosi Energetica delle Architetture di Terra

17

parte

prim

a

1 Diagnosi energetica delle architetture di terra

1.1 Architettura ed Energia

La Sostenibilità Ambientale degli Edifici costituisce il terreno sul quale si sviluppa la ricerca. Il concetto di Sostenibilità è stato acquisito come “Diritto allo sviluppo, realizzato in modo da

soddisfare equamente le esigenze relative all'ambiente e allo sviluppo delle generazioni presenti e

future”1 dichiarazione annunciata in occasione del vertice del Pianeta Terra, sull'ambiente e lo

sviluppo, tenuto a Rio de Janeiro nel 1992. La Convenzione delle Nazioni Unite ha successivamente fornito i campi sui quali intervenire per la lotta ai cambiamenti climatici citando tra questi il settore

Architettura-Energia2, sottolineando così lo stretto legame che interagisce tra le due macrosfere: spinta dalle recenti normative in materia, la progettazione degli edifici ripone sullo stesso piano della progettazione architettonica e strutturale la

progettazione energetica che focalizza maggiormente l’attenzione sulla delicata scelta della composizione dell’involucro edilizio dal punto di vista delle caratteristiche termofisiche dei materiali e sulla progettazione impiantistica, in quanto la scelta inappropriata di questi elementi è in grado di far oscillare fortemente i consumi energetici degli edifici stessi.

La ragione di questa stretta simbiosi si rifugia nei consumi energetici

1_{1992, “La dichiarazione di Rio sull’Ambiente e lo Sviluppo”, Conferenza delle Nazioni Unite su Ambiente e Sviluppo}

(principio 3°)

2

2001, LAUREANO P., “Atlante dell’acqua”, Bollati Boringhieri, Torino

(2)

18

parte

prim

a

(Fig.1)3 nettamente superiori nella produzione di energia per usi residenziali, civili e industriali. In questo scenario dunque, la progettazione degli edifici assume un ruolo decisivo: la concezione di un involucro energeticamente efficiente che possa assicurare il comfort degli ambienti confinati con una modesta richiesta di potenza agli impianti di condizionamento è un ottimo principio di partenza nell’iter progettuale. A ciò si somma, quando possibile, l’opportunità di poter scegliere tecnologie

povere come l’utilizzo della terra cruda come materiale da costruzione: con queste scelte combinate

possiamo ottenere un valore aggiunto al progetto, dato dall’abbattimento dell’energia grigia necessaria alla produzione dei tanti prodotti per la costruzione degli edifici con conseguenti guadagni in termini di tutela ambientale. Talvolta, come si dirà nell’ultimo capitolo, scegliere un’architettura

low tech può avere importanti risvolti sociali: nei paesi in via di sviluppo diventano tecnologie da

recuperare e ritrasmettere attraverso una politica di sensibilizzazione dell’importanza del risparmio energetico e che spesso abbinate a processi di autocostruzione, quindi in presenza di scarse risorse monetarie, sono occasione di sviluppo economico locale.

1.2 Quadro normativo di riferimento sul risparmio energetico degli edifici

Ripercorrendo brevemente le tappe che hanno portato allo sviluppo della legislazione sul risparmio energetico degli edifici, si ricordano alcuni avvenimenti e leggi essenziali per la comprensione dell’attuale situazione normativa.

Il termine “sviluppo sostenibile” è annunciato dal Club di Roma nel 1972, anno in cui sarà pubblicato il primo documento internazionale, “I limiti allo sviluppo”, nel quale si riflette sul modello economico contemporaneo e si cercano le soluzioni per affrontare l’incombente esaurimento delle risorse del Pianeta senza chiudere le porte allo sviluppo tecnologico.

Nel 1973 a seguito della guerra del Kippur e del successivo embargo imposto dall’OPEC, (l’organizzazione dei paesi esportatori di petrolio), ci fu un improvviso aumento del costo del barile di petrolio che mise in crisi il modello economico ed energetico occidentale. Il primo provvedimento intrapreso per il contenimento del consumo energetico, nel settore delle abitazioni, è stata

3

(3)

19

parte

prim

a

l’emanazione della L.373/1976, cui farà seguito il DM 10 marzo’77 che fissa le “zone climatiche” e gli orari di funzionamento degli impianti di riscaldamento.

Nel 1991 l’Italia emana la Legge 10/1991 “Norme per l’attuazione del Piano energetico

nazionale in materia di uso razionale dell’energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia” e i successivi decreti che introdurranno il FEN, (Fabbisogno di energia

normalizzato), e le norme UNI per la sua determinazione. I contenuti di questa legge erano all’avanguardia poiché prevedevano la certificazione energetica, oggetto dell’attuale direttiva europea 2002/91/CE, anche se non ne fu rispettata l’applicazione.

Nel 1992, durante il vertice del Pianeta Terra, sull'ambiente e lo sviluppo, tenuto a Rio de Janeiro, sarà istituita l’ Agenda 21, strumento per la partecipazione sociale e politica sui temi del clima, dell’ambiente e dello sviluppo sostenibile.

Nel 1994 viene stilata la Carta di Aalborg4 che promuove il concetto di sostenibilità e responsabilità ambientale: tutte le città europee (80 amministrazioni locali europee e 253 rappresentanti di organizzazioni internazionali, governi nazionali, istituti scientifici consulenti e singoli cittadini)5 aderenti si sono impegnate ad attuare l’Agenda 21 a livello locale, elaborando piani d’azione a lungo termine per lo sviluppo di città sostenibili.

Nel 1997 è approvato il Protocollo di Kyoto, che diventa obbligatorio nel 2005, col quale i Paesi sviluppati si impegnano a ridurre le emissioni di CO2 entro il 2020 rispetto ai livelli del 1990.

Infine la Comunità europea, negli ultimi anni, ha emanato importanti direttive sul tema energetico dando una spinta forte e concreta allo sviluppo per il miglioramento energetico degli edifici: 2001/77/CE sulla promozione delle fonti energetiche rinnovabili; la direttiva 2002/91/CE (detta EPBD, Energy Performance Building Directive) sul rendimento energetico nell’edilizia; 2006/32/CE sugli usi finali dell’energia ed i servizi energetici. Quest’ultima definisce la diagnosi

energetica come “procedura sistematica volta a fornire un’adeguata conoscenza del profilo di

consumo energetico di un edificio o gruppo di edifici”. Infine la direttiva 2009/28/CE la quale prevede ulteriori indicazioni a favore dell’efficienza energetica e delle fonti rinnovabili e la recente

4

1994, “Carta delle città europee per uno sviluppo durevole e sostenibile” A.A.V.V., Aalborg, Danimarca

5

(4)

20

parte

prim

a

direttiva 2010/31/CE che abrogherà l’EPBD a partire dal 1° Febbraio 2012. L’introduzione di questa normativa, entrata in vigore il 9 luglio 2010 porterà a integrare o sostituire i regolamenti nazionali e regionali6. La direttiva 2010/31/CE introdurrà:

- Nuovi requisiti minimi. Secondo l’ art.4 della direttiva 31 i requisiti minimi saranno

rivisti a scadenze regolari, (non più di 5 anni) e se necessario aggiornati in funzioni dei progressi tecnologici nel settore edile

- Edifici ad Energia quasi Zero. Si intendono, secondo l’art.2, edifici ad altissime

prestazioni energetiche con Fabbisogno Energetico molto basso o nullo coperto quasi interamente con energia da Fonti Rinnovabili prodotta in loco o nelle vicinanze7. Secondo l’art.9 entro il 31 Dicembre del 2018 gli enti pubblici e tutti gli edifici di loro proprietà dovranno essere Edifici ad Energia quasi Zero ed entro il 31 Dicembre 2020 saranno inclusi tutti gli edifici di nuova costruzione.

- Certificazione Energetica soggetta a controlli da parte di certificatori accreditati. L’accreditamento degli esperti è svolto tenendo conto delle loro competenze. (art. 17, 18 e All.II)

Nella Direttiva 2002/91/CE la Comunità Europea diede mandato, (denominato CEN Umbrella), al CEN (comitato europeo di normazione), per la definizione delle norme standardizzate relative alla direttiva stessa. In Italia il mandato è stato affidato all’UNI e al CTI.

La CEN Umbrella è strutturata in cinque sezioni8. Nella prima è citata la EN 15603 sulla formulazione delle classi energetiche, calcolate o misurate. La classe energetica è definita tramite l’indicatore dell’energia primaria (EP, Energy Performance Indicator), il quale può esprimere anche l’emissione di anidride carbonica o il costo energetico. La sezione due si occupa del calcolo dell’energia erogata in funzione del vettore energetico e dell’impianto; la sezione tre affronta il calcolo del fabbisogno di energia per riscaldamento, condizionamento, ventilazione, acqua calda

6

2011 ANIT, “La legislazione per il risparmio energetico e l’acustica degli edifici”. www.anit.it

7_{2010, “Direttiva 2010/31/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 19 Maggio 2010 sulla prestazione}

energetica nell’edilizia”. Gazzetta ufficiale dell’Unione Europea 18 Giugno 2010

8

2008, FABBRI K. “Risparmio energetico in edilizia. Esempi di intervento per la certificazione e la qualificazione

(5)

21

parte

prim

a

sanitaria e illuminazione; la sezione quattro descrive il calcolo della trasmittanza nei pacchetti edilizi e infine la sezione cinque delinea gli standard per il monitoraggio degli edifici.

In definitiva la 2002/91/CE ha imposto ai Paesi dell’Unione Europea il raggiungimento delle seguenti misure9:

- definizione di una metodologia di calcolo della prestazione energetica degli edifici - la definizione dei requisiti minimi di prestazione energetica: per edifici esistenti, per edifici di nuova costruzione

- la certificazione energetica degli edifici

- l’ispezione periodica delle caldaie e degli impianti di condizionamento

L’Italia ha recepito la direttiva 2002/91/CE tramite il DLgs 192/2005 il quale stabilisce i criteri, le condizioni e le modalità per migliorare le prestazioni energetiche degli edifici, definendo il calcolo della prestazione energetica, la compilazione della certificazione energetica degli edifici, le ispezioni periodiche degli impianti; in particolare definisce i requisiti minimi per le prestazioni energetiche degli edifici di seguito riportati.

VALORI LIMITE DI TRASMITTANZA TERMICA PER LE STRUTTURE OPACHE VERTICALI10

9_{2009, CORRADO V., BALLARINI I., “UNI/TS 11300. La nuova normativa nazionale per il calcolo della prestazione}

energetica degli edifici”, Rockwool Building School

10

(6)

22

parte

prim

a

VALORI LIMITE DI TRASMITTANZA TERMICA PER COPERTURE: STRUTTURE ORIZZONTALI O

INCLINATE

VALORI LIMITE DI TRASMITTANZA TERMICA PER SOLAI VERSO LOCALI NON RISCALDATI O VERSO L’ESTERNO

VALORI LIMITE DI TRASMITTANZA TERMICA PER CHIUSURE TRASPARENTI (Uglass+Uframe)

VALORI LIMITE DI TRASMITTANZA TERMICA PER VETRI (Uglass)

(7)

23

parte

prim

a

Il DLgs 192/2005 ha tra le sue finalità l’applicazione dei requisiti minimi ai fini di quantificare la prestazione energetica dell’edificio in esame; la maggior parte dei software oggi utilizzabili per la diagnosi energetica individuano la prestazione energetica per la climatizzazione invernale. I requisiti minimi previsti dal Decreto, nei suoi allegati C e dai commi 1,2 dell’Allegato I, riguardano:

11 . Fabbisogno annuo di Energia Primaria per il

riscaldamento in ambiente normalizzato (24h/24 riscaldamento a 20°C), riferito alla zona climatica, ai gradi giorno e al rapporto superficie/volume. Si esprime in KWh/m2a nel caso di edifici residenziali (classe E1) esclusi conventi, caserme, case di pena e collegi; in KWh/m3a per tutte le altre categorie di edifici.

12

- i minimi valori di trasmittanza termica, (U = 1/R) espressa in W/m2K, imposti su strutture opache-trasparenti orizzontali, verticali, inclinate;

- il rendimento globale medio stagionale dell’impianto termico

11

Dove : EL(dispersioni),

h

u coefficiente di utilizzazione degli apporti gratuiti, Eg apporto solare; ovvero con (EL-

h

u* Eg) si indica l’energia da fornire all’edificio nell’arco dell’anno 12

(8)

24

parte prim a

η

g ≥ (75 + 3 logPn)% se Pn<1000 KW

η

g ≥85% se Pn≥1000 KW

dove logPn è il logaritmo della Potenza utile Nominale del Generatore o dei generatori di calore al servizio del singolo impianto termico (KW)

Il successivo decreto emesso dall’Italia è il DLgs 311/2006 recante disposizioni correttive e integrative al DLgs 192/2005. I decreti chiedono la conformità dei metodi, applicati al calcolo dell’efficienza energetica, alle migliori regole tecniche ovvero le norme emesse dall’UNI e dal CEN. Questo era ancora il momento in cui veniva consentito l’utilizzo di più metodologie così come quelle proposte dall’ENEA (Docet di prima versione) o dall’ITC-CNR (GBTool: Green Building Tool)13. Per uniformare le verifiche sulle prestazioni degli edifici l’UNI e il CTI sono state dunque elaborate le UNI/TS 11300 “Prestazioni energetiche degli edifici", basandosi sia sull’applicazione delle normative europee14 sia sulla legislazione nazionale. A stabilire un ordine più preciso sarà il D.M. 115/2008 attuativo della direttiva 2006/327CE. Tale D.M. stabilisce che sia il Comitato Termotecnico Italiano (CTI) a predisporre lo strumento nazionale per il calcolo dell’efficienza energetica degli edifici stabilendo l’adozione delle UNI/TS1130015.

Con il Decreto del Presidente della Repubblica n°59 del 2 aprile 2009, attuativo del D.M. 192/2005 saranno stabiliti i requisiti minimi per la prestazione energetica degli edifici in regime estivo. In definitiva:

- Fabbisogno Energetico Invernale: EPi<EPilim

𝐸𝑝𝑖 = 𝑄_𝑕 𝐴_𝑝𝑎𝑣 𝜂 _𝑔 [KWh/m2K] dove:

13_{2006, MERONI I., ZAMPIERO P., LOLLINI R. “Sostenibilità ambientale degli edifici. Metodi e strumenti di}

valutazione”. ITC-CNR

14_{Vedi in Allegati: Elenco delle normative europee sulle tecniche del risparmio energetico in edilizia} 15

2009, CORRADO V., BALLARINI I., “UNI/TS 11300. La nuova normativa nazionale per il calcolo della

prestazione energetica degli edifici”, Rockwool Building School

Eq. n°1

(9)

25

parte

prim

a

Qh= Fabbisogno energetico invernale

Qh=0,024*GG*(Ht+Hv)-fx(Qs+Qi) [KWh]

Apav= superficie utile calpestabile [m2]

hg

=rendimento globale medio stagionale

e

GG: gradi giorno della città considerata

Ht: coefficiente globale di scambio termico per trasmissione. [W/K]

H_t = S_i∗ U_i∗ b_tr,i n

1

dove: Si= superficie disperdente del volume riscaldato (m2)

Ui= trasmittanza termica degli elementi strutturali (W/m2K)

btr,i= fattore di correzione dello scambio termico verso ambienti non climatizzati o terreno (adimensionale)

Hv: coefficiente globale di scambio termico per ventilazione [W/K]

Hv= 0,34*n*Vnetto

dove: n=numero di ricambi d’aria pari a 0,3 vol/h Vnetto= in assenza di informazioni su Vnetto, questo si pone uguale al 70% del volume lordo

fx: coefficiente di utilizzazione apporti gratuiti, adimensionale uguale a 0,95

Qs: apporti solari attraverso i componenti dell’involucro trasparente [MJ] 𝑄_𝑠 = 0,2 ∗ 𝐼_{𝑠𝑜𝑙 ,𝑖}∗

𝑒𝑠𝑝𝑜𝑠𝑖𝑧 .

𝑆_{𝑠𝑒𝑟𝑟 ,𝑖}

dove: 0,2= coefficiente di riduzione che tiene conto del fattore solare degli elementi trasparenti e ombreggiamenti medi I sol,i= irradianza totale stagionale (nel periodo di riscaldamento),

Eq. n°3

Eq. n°4

(10)

26

parte

prim

a

sul piano verticale per ciascuna esposizione (calcolato come in UNI 10349: sommatoria di irradianza mensile su piano verticale)

Qi: apporti interni [MJ]

Q_t = (𝜃_int ∗ A_pav ∗ h)/1000

dove: h=apporti interni. Si può assumere, per gli edifici residenziali, il valore convenzionale di 4W/m2 n=numero ore di riscaldamento nell’intera stagione

h

g: rendimento medio globale stagionale

𝜂_𝑔 = 𝜂_𝑒∗ 𝜂_𝑟𝑔 ∗ 𝜂_𝑑∗ 𝜂_𝑔𝑛 dove:

he

= rendimento di emissione (prospetto 17-UNI/TS11300-2)

hrg

=rendimento di regolazione (prospetto 20- UNI/TS 11300-2)

hd

=rendimento di regolazione (prospetto 21- UNI/TS 11300-2)

hge

= rendimento di generazione (prospetto 23-UNI/TS 11300-2)

- Fabbisogno Energetico Estivo. Epe, invol<Epe, invol limite

dove Epe, invol è pari al rapporto tra il Fabbisogno Energetico annuo per il raffrescamento

(UNI/TS 11300-1)dell’edificio e la superficie o il volume; mentre Epe, invol limite :

Eq. n°6

Eq. n°7

(11)

27

parte

prim

a

Infine con il D.M. del 26 giugno 2009 sono state rese note le Linee Guida Nazionali sulla certificazione energetica degli edifici rendendo operativo un altro elemento decisivo della direttiva 2002/91/CE del Parlamento europeo16.

17

Lo studio delle Linee Guida e delle norme UNI TS 11300 in riferimento alla certificazione energetica degli edifici ha creato i presupposti per la ricerca dei parametri utili a mettere in luce l’insufficienza normativa in relazione alla classi energetiche: il riferimento delle classi in relazione alla sola energia primaria necessaria al riscaldamento invernale, appare insufficiente nell’obiettivo comunitario di riduzione del biossido di carbonio senza l’importante considerazione dell’energia

grigia, utilizzata per la produzione dei materiali edili.

16

2011, (Bozza Luglio 2011) PAEE “Piano d’Azione italiano per l’Efficienza Energetica 2011”

17

(12)

28

parte

prim

a

1.3 Metodologia di indagine adottata su un edificio storico in terra cruda per l’applicazione di una

corretta diagnosi energetica dell’involucro edilizio

Definiti destinazione d’uso e tipologia costruttiva dell’edificio, la prima operazione da svolgere consiste nell’individuazione dell’involucro riscaldato (una o più zone termiche): evidenziare chiaramente tale tracciato eviterà nelle fasi successive eventuali errori. Procedendo dalle fondazioni alla copertura si dovrà distinguere tra:

1- solai contro terra

2- solai confinanti con locali non riscaldati 3- solai confinanti con locali riscaldati 4- solai di copertura

5- superfici verticali disperdenti

Chiariti i confini dell’involucro riscaldato si dovranno precisare, computandoli con l’ausilio di un software cad, o meglio sarebbe usufruire di una relazione dettagliata del progetto, volumi netti e lordi, superfici nette e lorde, nonché la zona climatica di appartenenza e i dati meteo della località per la determinazione dei gradi giorno.

Dopo questi principali dati di ingresso si può iniziare la procedura di calcolo della trasmittanza termica dell’involucro edilizio, attraverso un’ordinata suddivisione degli elementi costruttivi che compongono la struttura.

Nella documentazione da fornire al tecnico incaricato della stesura della diagnosi energetica dell’edificio il progetto dovrà essere correlato dal maggior numero di sezioni possibili, sia per una migliore comprensione dello spazio interno dell’edificio, sia per l’immediata individuazione dell’elemento analizzato, durante una fase di verifica dei dati e ancor più nel caso in cui sussistano nelle strutture verticali più tipologie di soluzioni costruttive.

La lettura dell’involucro per l’analisi delle strutture verticali dovrà essere eseguita per porzioni18, ognuna delle quali suddivisa per orientamento, riferimento alla sezione trasversale, inquadramento

18

caso in cui sia constatata la presenza di strutture murarie disomogenee: situazione tipica degli edifici presenti nei centri storici

(13)

29

parte

prim

a

sul prospetto di riferimento, livello del piano dell’edificio analizzato: queste operazioni ordinate consentiranno di sveltire le fasi di controllo del calcolo anche per l’individuazione di eventuali errori di dicitura o di comprensione del progetto dell’edificio. Ogni porzione esaminata corrisponde ad un particolare costruttivo della struttura, (solai contro terra, solai di copertura, strutture opache verticali e così via discorrendo), i cui dati relativi alla composizione materica della stratigrafia, agli spessori e ai valori fisici dei materiali, devono essere evinti dai disegni tecnici di progetto a da un’adeguata relazione tecnica che riporti queste informazioni. In particolar modo, relativamente ai valori fisici, dovranno essere riportati i dati certificati e dichiarati dal produttore del materiale edile scelto per il recupero dell’opera o far riferimento alle normative vigenti19. Nel caso di edifici esistenti, sarebbe opportuna una sperimentazione in situ con l’utilizzo di termoflussimetri, in modo da poter avere un riscontro della trasmittanza termica calcolata tramite l’ausilio di valori tabellati.

Per il calcolo della trasmittanza delle strutture opache verticali effettuata con i software per il calcolo dei consumi energetici degli edifici è necessario inserire:

- l’area dell’elemento costruttivo della porzione da analizzare - lo spessore dell’elemento costruttivo della porzione da analizzare - stratigrafia e relativi dati fisici dei materiali.

I tre elementi elencati caratterizzano ogni porzione dell’edificio da introdurre nel calcolo dei consumi energetici; questo significa che al variare di una di queste caratteristiche si ha l’obbligo di creare una nuova porzione da analizzare, ad esempio per il cambiamento di spessore di una parete in corrispondenza del sottofinestra.

Le caratteristiche igrometriche, importanti per evitare problematiche legate alla condensa interstiziale come muffe o distacchi di intonaco, devono essere calcolate attraverso le normative UNI EN ISO 1378820 e UNI 1035121.

La stratigrafia di ciascun particolare costruttivo si ricava attraverso una sezione sul piano verticale della struttura considerata; nel calcolo della trasmittanza di ciascuna porzione deve essere

19

1994, UNI 10351 “Materiali di costruzioni. Conduttività termica e permeabilità al vapore”

20_{2003, UNI EN ISO}_{“Prestazione igrotermica dei componenti e degli elementi per edilizia - Temperatura superficiale}

interna per evitare l'umidità superficiale critica e condensazione interstiziale - Metodo di calcolo”

21

(14)

30

parte

prim

a

considerata anche la sezione della struttura in esame sul piano orizzontale, per il calcolo delle strutture non omogenee. Questo significa che in presenza di strutture miste si deve valutare il materiale principale, (utilizzato per la costruzione del manufatto edilizio) e il materiale presente in quantità inferiore: ossia nel caso di strutture realizzate con tamponature in laterizio e struttura portante in cemento armato, si valuterà il “peso” del C.A., (il materiale utilizzato in minor quantità), sul totale della superficie realizzata in laterizio. Verrà dunque indicata, nella composizione della struttura muraria la percentuale di cemento armato presente. Il calcolo è effettuato secondo la normativa UNI EN ISO 694622. Per calcolare il valore U [W/m2K] di un elemento strutturale disomogeneo si calcolano i valori limite delle resistenze termiche totali R’t (limite superiore della resistenza termica totale) ed R’’t (limite inferiore della resistenza termica totale). Ovvero:

1 𝑅_𝑇′ = 𝑓_𝑎 𝑅_𝑇𝑎+ 𝑓_𝑏 𝑅_𝑇𝑏+ ⋯ + 𝑓_𝑛 𝑅_𝑇𝑛

dove Ta, Tb..Tn= Resistenze sulla sezione a, b,…n

fa= la/(la+lb) con l=lunghezza della sezione a, b,..n

fb=lb/(la+lb)

𝑅_𝑇′′ _{= 𝑅}

𝑠𝑖+ 𝑅1+ 𝑅2… + 𝑅𝑛+ 𝑅𝑠𝑒

Resistenza termica total

𝑅_𝑇 =𝑅𝑇′ + 𝑅𝑇′′ 2 Trasmittanza dell'elemento strutturale

𝑈 = 1 𝑅_𝑇

Sarà opportuno redigere una scheda descrittiva, per ogni porzione analizzata, così strutturata:

- in ogni scheda dovrà essere sempre visibile la pianta dell’intero edificio nella quale sarà di

22

2008, UNI EN ISO, “Componenti per l’edilizia. Resistenza termica e trasmittanza termica. Metodo di calcolo”

[m2K/W] Eq. n°9 [m2K/W] [W/m2K] Eq. n°10 Eq. n°11 Eq. n°12

(15)

31

parte

prim

a

volta in volta evidenziata la porzione dell’involucro in analisi, l’orientamento dell’edificio, le sezioni di cui si dispongono i disegni tecnici, indicazione delle zone termiche

- le caratteristiche geometriche della porzione analizzata

- la stratigrafia della porzione analizzata e nel caso di strutture disomogenee la percentuale del materiale nella struttura presente in minor quantità

- la trasmittanza specifica e la trasmittanza riferita all’intera area dell’elemento costruttivo. Per gli infissi sarà opportuno indicare le caratteristiche tecniche relative alla tipologia del vetro,(singolo, doppio, con camera d’aria, tipo di gas utilizzato…) e il suo valore g, (relativo all’emissività della radiazione solare), la tipologia del telaio e la sua larghezza, la superficie e il valore di trasmittanza di tutto l’infisso.

Nell’analisi degli edifici esistenti, in presenza di infissi non certificati e privi dei valori fisici relativi al vetro e al telaio, sarà possibile ricavare direttamente il valore della trasmittanza globale dell’infisso attraverso valori tabellati facilmente reperibili o calcolandoli anche tramite i fogli di calcolo excel23 messi a disposizione del sito ENEA.

Se all’interno dell’edificio sussite un’unica zona termica, le informazioni costruttive relative ai solai intermedi non devono essere inserite nel calcolo della trasmittanza: per il calcolo del fabbisogno energetico occorrerà inserirli come superficie utile calpestabile tra le caratteristiche geometriche dell’edificio.

Particolare attenzione va riposta nell’individuazione dei ponti termici: aggetti della copertura, balconi, marciapiedi e così via dicendo, per tutta la loro lunghezza; la porzione della struttura alla quale sarà assegnato un ponte termico subirà una maggiorazione percentuale della sua trasmittanza termica secondo quanto stabilito dalle normative in vigore24.

La documentazione relativa all’analisi svolta sull’involucro dovrà essere accompagnata da un’analisi descrittiva del sistema impiantistico dell’edificio che riporti, tramite l’ausilio della

23

ENEA“Foglio di calcolo dei valori Uw”, riferimento ai prospetti F1 ed F2 della norma EN 10077-01:2007 AllegatoF

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32

parte

prim

a

relazione predisposta dal progettista, i dati necessari al calcolo dell’efficienza complessiva dell’edificio.25

Attualmente i software presenti in commercio e quindi la normativa sul risparmio energetico in edilizia, propongono la classificazione degli edifici attraverso indicatore di energia primaria per il riscaldamento e come si vedrà in seguito vi sono requisiti minimi e indicatori di qualità per l’efficienza dell’edificio nella stagione estiva. E’ opportuno verificare la risposta della struttura in regime estivo rispetto all’irraggiamento solare nell’arco della giornata e verificarne temperature esterne, interne, sfasamento orario e attenuazione.

1.4 Diagnosi energetica delle Architetture di Terra: prime indagine sull’involucro di un edificio

esistente

Il progetto del dottorato di ricerca è stato finanziato dalla Regione Autonoma della Sardegna tramite il Programma Master and Back26. Il testo approvato dalla commissione di valutazione regionale propone l’elaborazione di una metodologia di indagine energetica con l’analisi dal punto di vista costruttivo ed energetico di alcune tipologie edilizie realizzate in Sardegna ed in particolare opere legate alla tradizione costruttiva locale realizzate in adobe (mattone in terra cruda, dall’arabo

thobe che significa mattone): la ricerca propone lo studio di questi particolari edifici diffusi nella

maggior parte dei centri storici del territorio sardo.

Le prime indagini sulle prestazioni energetiche dell’adobe sono state effettuate tramite l’analisi di un edificio appartenente ad uno dei centri storici della rete delle città della terra cruda27.

L’edificio è stato oggetto di indagine tipologico-costruttiva ed energetica: si tratta di interventi di ristrutturazione e risanamento conservativo di un’opera situata nella provincia di Carbonia-Iglesias e recuperata dall’ Arch. Mario Ignazio Garau.

25_{UNI /TS 11300-2: 2008. “Prestazioni energetiche degli edifici. Parte2: determinazione dell’energia primaria e dei}

rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda per usi igienico-sanitari”

26_{2008, http://www.regionesardegna.it/masterandback/alta_formazione/} 27

2001, “Associazione Nazionale Città della Terra Cruda”. Aderenti: 35 Comuni, 4 Provincie (Chieti, Pescara, Ascoli Piceno e Medio Campidano), un Ente Parco, liberi professionisti, associazioni e imprese.

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33

parte

prim

a

1.4.1 Biblioteca, Musei (CI)

L’edificio è inserito nel centro storico di Musei, caratterizzato da numerose case a corte ed edifici di carattere pubblico e religioso talvolta collocati al margine degli isolati residenziali originali. Le abitazioni tradizionali sono per la maggior parte in pietra e terra cruda.

I primi documenti che riguardano l’edificio, noto come Casa Asquer28 un ex convento di Gesuiti, risalgono alla fine del ‘500. Il complesso è conosciuto con i nomi dei proprietari che ne sono venuti in possesso: dapprima “Casa baronale dei Gesuiti”, in seguito “Casa Asquer” e infine “Casa

Ferri”. Nelle descrizioni dei geografi e dei viaggiatori ottocenteschi esso compare come un grande

edificio in stato di abbandono. Lo stato di degrado è costante nelle fonti storiche, segno che la dimensione dell’edificio non è sempre stata adeguata all’uso che nel tempo è stato fatto e segno di discontinuità delle pratiche agrarie che hanno caratterizzato l’economia del comune di Musei.

L’edificio che oltre ad avere l’attuale funzione di biblioteca è un importante centro culturale per il comune, completa insieme alla chiesa di Sant’Ignazio da Loyola la piazza sulla quale sorge: il complesso e la chiesa erano simbolo del potere religioso e nodo, luogo di intermediazione col territorio e l’ambiente, il cui risultato fu la costituzione di un’importante azienda agricola. Nella seconda metà dell’ottocento l’ex convento gesuitico venne acquistato dalla famiglia Asquer, alla quale si deve il completamento in terra cruda.

L’attuale edificio è il risultato di numerose trasformazioni, antiche e recenti, che hanno alterato l’impianto originario, conservando i caratteri di base. Infatti i caratteri distributivi dell’edificio sono ancora quelli di una fattoria fortificata, costituita da murature massicce con spessori elevati, aperture ridotte e corti rustiche.

La costruzione originale del ‘500 è in pietra, (ciottoli di fiume tenuti da malta di calce e sabbia), con la quale è realizzato tutto l’involucro del piano terra e il primo piano della facciata su strada caratterizzata dal terrazzino che rievoca, come spesso accade in Sardegna, il prospetto dei palazzotti con corte retrostante.

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Il primo livello aggiunto nel Settecento è in terra cruda, ovvero in ladiri (denominazione dell’adobe in Sardegna, dal latino later che significa argilla), con rinforzi strutturali in cotto.

Nell’intervento di recupero sono stati introdotti nuovi elementi in laterizio sul prospetto nord. Il solaio tra il piano terra e il primo piano in laterocemento è supportato dalle murature esterne in pietra dotate di grande spessore, mentre la copertura in coppi è sostenuta da capriate e travi lignee. La distribuzione delle funzioni dell’edificio, in origine, si articolava tra cantine e stalle al piano terra e abitazioni al piano primo. Non si notano segni di sapienze architettoniche e costruttive negli interventi recenti; tuttavia le tracce di un disegno progettuale sono ancora presenti nella piccola facciata sud a filo del prospetto della chiesa, con un tentativo di conferire dignità architettonica attraverso l’uso di tre spesse cornici che rafforzano il segno dei vani del prospetto al piano terra.

Altri segni di queste intenzioni si riscontrano sul lato nord, con la sequenza degli archi ribassati, oggi risultanti all’interno dell’edificio in seguito alla costruzione della nuova cortina di mattoni faccia a vista a nord.

L’ala destra dell’edificio risulta in via di completamento: essa comprende l’ampio locale che fungeva da stalla e pagliaio e un nuovo corpo aggiunto, probabilmente negli anni sessanta, quale casa del fattore realizzato in laterizi e solai in letero-cemento.

Le funzioni alle quali l’edificio ultimato è destinato sono culturali: biblioteca, archivio storico, mediateca, promozione di eventi quali mostre, teatro, spettacoli.

1.4.2 Analisi delle soluzioni costruttive

Lo studio è iniziato con un’attenta lettura del progetto esecutivo e della relativa documentazione prodotta in fase di progetto e direzione del cantiere. I dati geometrici dell’edificio e le caratteristiche fisiche dei materiali edilizi utilizzati sono stati trasferiti nel programma di calcolo dei consumi energetici ProCasaClima 2009 Professional che opera in regime stazionario, presente su piattaforma web. Alcuni dei risultati ottenuti sono stati confrontati col programma di calcolo

Design Buider (DB), ottenendo valori coincidenti. DB effettua simulazioni in regime dinamico: è

l’interfaccia grafica di EnergyPlus, software che modella il sistema di riscaldamento, raffrescamento, ventilazione e altri flussi di energia, sviluppato dal Dipartimento di Energia degli Stati Uniti.

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Per ogni elemento costruttivo e quindi per i diversi valori di trasmittanza presenti nell’involucro dell’edificio in esame è stato studiato su grafico l’ incidenza energetica mensile di quel particolare elemento (strutture verticali opache in ADOBE).

Successivamente col programma di calcolo BEES29 (Building Energy Efficiency Software), sviluppato da TSCsrl, sono stati estrapolati i valori dell’apporto solare sulle superfici opache soleggiate, ottenendo mensilmente, il calore che dall’involucro riscaldato dal sole fluisce all’interno del fabbricato.

Come ulteriore indagine è stato fatto uso di software per il calcolo dei valori di attenuazione e sfasamento: PAN 3.1 30sviluppato dall’ANIT, l’Associazione Nazionale per l’Isolamento Termico e acustico; il software calcola attenuazione e sfasamento estivo ed invernale secondo la UNI EN ISO

1378631 e verifica il rischio di condensazione superficiale e interstiziale secondo le UNI EN ISO 1378832; controlla inoltre trasmittanza, temperature superficiali e indici acustici.

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2007, CELLAI G., BAZZINI G., GAI M. “Le prestazioni energetiche degli edifici”, Maggioli editore

30

ANIT, “Pan 3.1. Prestazioni energetiche e parametri dinamici delle strutture opache”vers.3.1.9

31_{2008, UNI EN ISO 13786 “Prestazione termica dei componenti per l’edilizia. Caratteristiche termiche dinamiche.}

Metodi di calcolo”

32_{2003, UNI EN ISO, “Prestazione igrotermica dei componenti e degli elementi per l’edilizia. Temperatura superficiale}

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1.5 Valutazione dell’ apporto solare per irraggiamento sulle superfici opache

Valutare il potenziale di energia solare che una parete può accumulare, diventa un aspetto importante dell’iter progettuale nella fase di selezione dei materiali edili. In relazione alle condizioni climatiche il tecnico può optare per una soluzione costruttiva che meglio risponda alle esigenze del comfort interno: alcuni materiali acquisiscono un forte apporto solare sia d’inverno che in estate; altri possono avere un apporto inferiore che può risultare vantaggioso in estate in abbinamento ad un buon valore di sfasamento orario.

Figura 2.1 Planimetria e immagini dell’edificio Casa Asquer, Comune di Musei

L’edificio analizzato è inserito nel contesto cittadino: sul lato ovest è contiguo alla chiesa che domina piazza Italia; l’ala est non è utilizzata perchè attualmente i lavori di consolidamento e recupero su questo lato non sono stati ultimati (situazione gennaio 2009)

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Figura 4.1 Materiale costruttivo principale: pietra

Tamponatura analizzata per il calcolo dell’irraggiamento sulla superficie opaca

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Figura 5.1 Materiale costruttivo principale: adobe

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Figura 9.1 Materiali costruttivo di confronto parete SUD: laterizio

1.5.1 Risultati dello stato energetico attuale dell’edificio e confronto energetico tra tipologie costruttive differenti

L’edificio analizzato è situato in provincia di Cagliari, dunque in una situazione climatica favorevole dove la media delle temperature minime esterne in gennaio è di 10°C, in agosto di 25°C.

L’antica struttura, con le sue murature dotate di un notevole spessore, climatizzata con delle pompe di calore che mitigano il benessere dello spazio interno, consuma circa 34 KWh / (m2a). Il risultato, pur avendo delle strutture murarie che non rientrano esattamente nei limiti di legge imposti per la trasmittanza termica degli elementi di tamponamento, è piuttosto positivo. Il valore non conforme, legato alla trasmittanza termica degli elementi costruttivi era previsto dall’alto valore di conducibilità dei materiali edilizi utilizzati: la pietra ha un valore di lambda (2 W/mK) prossimo a quello del cemento armato (2,5 W/mK; 2342 Kg/m3) ma una densità molto inferiore (1800 Kg/m3); l’adobe ha un valore di lambda33 (0,46 – 0,5 W/mK), non sufficiente all’ottenimento di un involucro

33_{valori da letteratura:}

2001, SCUDO G., NARICI B., TALAMO C. “Costruire con la terra. Tecniche costruttive, campi di utilizzo e

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conforme alla normativa e una densità variabile tra i 1800-1400 Kg/m3. Per tali motivi rispetto alle porzioni realizzate in pietra, l’involucro costruito con l’utilizzo della terra cruda risulta migliore. Dai grafici del fabbisogno termico mensile risulta infatti che, ad esempio nel mese di gennaio, una porzione della muratura in pietra al piano terra, analizzata sul prospetto sud “pesa” energeticamente sull’involucro per 619,2 KWh nel mese di gennaio, mentre la stessa porzione al piano superiore realizzata in terra cruda 293,9 KWh.

I vantaggi di una costruzione in terra riscontrati riguardano maggiormente il suo comportamento fisico sotto l’influenza della radiazione solare. L’apporto solare ottenuto sullo stesso elemento costruttivo prima citato, per esempio nel mese di agosto corrisponde per la pietra a 210 KWh assorbite e trasportate all’interno, mentre per la terra cruda si riscontrano 82,53 KWh. Lo stesso salto energetico si ha anche nella stagione invernale: ossia la muratura in adobe si riscalda in maniera inferiore rispetto alla pietra; questo fattore è comunque rafforzato, in maniera positiva per il materiale, dall’elevato sfasamento orario: ossia l’onda termica che attraversa un involucro realizzato in terra impiega molto tempo a raggiungere l’ambiente interno in estate o a disperdersi durante l’inverno.

E’ stato inoltre condotto un confronto tra l’edificio esistente e uno stesso edificio, (a parità di geometrie, zona climatica, impianto di climatizzazione), nel quale all’interno della struttura muraria sono stati sostituiti i tamponamenti in adobe presenti ai piani superiori dell’edificio, con paramenti in laterizio forato, confrontando in tal modo il comportamento termico delle due strutture.

L’efficienza dell’involucro in laterizio (33 KWh/m2a) è pressoché coincidente, a parità di spessore, con la struttura in adobe (34 KWh/m2a). L’incidenza del fabbisogno energetico mensile e l’apporto solare mensile sono superiori nella struttura in adobe, in quanto il valore di conducibilità termica è superiore al valore di lambda del laterizio. Lo sfasamento e l’attenuazione risultano invece più vantaggiose nella struttura realizzata in terra cruda, presentando differenze tra le quattro e le sette ore di ritardo.