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CAPITOLO III:
CASO STUDIO: APPLICAZIONE DEL
BIOCOMPOSTO CALCE E CANAPA IN
UN EDIFICIO RESIDENZIALE.
Studio e misure in opera delle prestazioni
termoigrometriche
Dopo aver descritto il materiale oggetto di questa tesi ed aver fornito un quadro generale sulla sua produzione con i relativi consumi, gli utilizzi e il ruolo che esso può avere nella produzione edilizia sostenibile, in questo capitolo verrà analizzato il comportamento termoigrometrico di una costruzione residenziale, ultimata nel Settembre 2016, realizzata con il biocomposto in calce e canapa. Posizionati in essa strumenti appositi per la misura in opera dei parametri di temperatura ed umidità interni ed esterni, lo scopo della tesi sarà quello di studiare e valutare il comportamento termoigrometrico e le caratteristiche termiche dinamiche di un edificio realizzato con la miscela in calce e canapa in modo da poter effettuare un confronto con edifici più tradizionali ed avere un riscontro tra i valori misurati in opera e quelli derivanti dai software appositi per il calcolo dei vari parametri in gioco.
3.1 Descrizione dell'edificio
L'edificio su cui sono stati installati gli strumenti di misurazione fa parte del complesso residenziale "San Donato Zero Energy", costituito da tre fabbricati di bioedilizia in calce e canapa e situato in Via San Donato, Loc. Badia nel Comune di Cascina (PI). In particolare, per lo studio in esame, le misurazioni sono state effettuate su uno degli edifici, la tipologia A, composto da una villetta
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bifamiliare di 114 mq a cui si accede tramite portafinestra d'ingresso dal giardino frontale; il piano terra è costituito da zona giorno di 31 mq suddivisa in angolo cottura, soggiorno con ulteriore porta finestra prospiciente il giardino posteriore, antibagno e bagno di servizio; il vano scale conduce al piano primo costituito da corridoio da cui si aprono una camera matrimoniale ed una singola e bagno finestrato. La scala prosegue per arrivare in mansarda caratterizzata da travi in legno di abete e dotato di terrazza a tasca.
Figura 85 - Vista dall'alto dell'area in cui è stato edificato il complesso San Donato Zero Energy. Fonte: www.googles.it/maps
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Di seguito si riportano i particolari costruttivi principali della struttura, per mettere in evidenzia come il biocomposto in calce e canapa sia stato impiegato nella costruzione:
Figura 87 - Pianta piano terra, piano prima e piano mansardato edificio A
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3.1.1 Fondazioni e struttura portante
L'intero complesso residenziale è costituito da una struttura portante puntiforme in acciaio. La struttura di fondazione tradizionale, abbinata a vespaio areato, creato mediante l'utilizzo di cupolex in plastica riciclabile al 100%, è connessa alla struttura in elevazione in acciaio, garantendo così un'elevata rapidità di realizzazione in cantiere.
Completato il solaio di fondazione, si procede all'assemblaggio della struttura in elevazione in acciaio, prefabbricata in officina; si è provvisto quindi, in cantiere, alla connessione degli elementi strutturali mediante unioni bullonate. La verifica nei confronti del ribaltamento fuori piano dei tamponamenti è state eseguita
Figura 88 - Sezione Edificio A, nodi dettagli costruttivi
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introducendo montanti e traversi in legno di sezione 12 x 8 cm nei campi liberi della struttura portante. Le fondazioni e le pareti sono state separate mediante blocchi in calcestruzzo cellulare opportunamente sigillati con guaina di impermeabilizzazione; i blocchi hanno quindi la funzione di isolamento ma garantiscono anche sostenibilità ambientale e riciclabilità al 100% a fine vita.
Di seguito viene riportato il dettaglio costruttivo dell'attacco tra il solaio del piano terra e la parete esterna:
3.1.2 Solaio piano terra
L'isolamento del solaio controterra è garantito da uno strato di 34 cm di Natural Beton 200 insufflato mediante apposita macchina a proiezione. Al di sopra è stata realizzata una soletta armata di 5 cm in calce idraulica naturale. Lo strato in calce e canapa ha la funzione di isolante termoacustico ma permette anche l'alloggiamento delle tubazioni degli impianti, le quali risultano completamente annegate nel biocomposto; in tal modo è possibile evitare la posa del massetto
Figura 90 - Particolare struttura portante in acciaio e blocchi in calcestruzzo per isolamento fondazioni
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porta impianti. Di seguito il particolare costruttivo del solaio e l'immagine scattata durante la posa in opera della soletta armata:
3.1.3 Solaio d'interpiano
Questi sono stati realizzati con travetti in legno massiccio di abete GLT di sezione 13x18 cm e posti ad un interasse di circa 60 cm. I travetti sono alloggiati ed imbullonati in apposite selle metalliche come mostrato in figura, saldate direttamente in officina. Al di sopra dei travetti è stato posto un perlinato di Abete di 3,3 cm e una soletta strutturale collaborante di 6 cm di spessore; l'isolamento invece viene garantito attraverso uno spessore di 10 cm di Natural Figura 91 - Solaio piano terra, fasi di messa in opera
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Beton 200. In tutti i campi di solaio in cui è previsto il passaggio dei tubi alufonici della macchina per la ventilazione meccanica controllata, sono costituiti invece da lamiera grecata e sovrastante struttura analoga.
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3.1.4 Copertura
La copertura è costituita da un'orditura di travetti di sezione di 10x12 e 10x10 cm, disposti parallelamente a distanza di 26 cm e collegati mediante piatti
metallici. Gli strati sovrastanti sono costituiti da OSB76 di 3 cm e soletta armata
di 5 cm; l'isolamento è stato realizzato mediante Natural Beton 200 insufflato per uno spessore di 44 cm sulle falde del tetto e opportunamente livellato. I travicelli sono disposti in modo da creare un'intercapedine aerata di 4 cm e quindi un copertura ventilata.
76
Oriented Strand Board, ovvero materiale costituito da diversi strati in trucioli di legno prevalentemente lunghi e stretti assemblati con un legante
Figura 93 - Copertura, montaggio dei vari strati
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3.1.5 Nodo pareti-infissi
Questo dettaglio è molto importante all'interno della progettazione delle case passive e quindi si è prestata particolare attenzione al sistema muro-controtelaio e muro-controtelaio-finestra. Il muro-controtelaio è stato progettato in legno compensato marino in quanto è atto a garantire, grazie alla sua conformazione, un'assenza di ponti termici e grande efficacia nei confronti della tenuta dell'aria. I controtelai sono stati installati dopo la muratura del biomattone ma prima della posa del biocomposto in calce e canapa
Gli infissi sono in legno massello di pino giuntati con la tecnica finger joint77 che garantisce al prodotto stabilità, assenza di difetti e di difformità morfologiche e strutturali. Il telaio ha uno spessore di 92 mm e su di esso è stato montato un triplo vetro basso emissivo stratificato. Le porte finestre sono dotate di soglie in alluminio a taglio termico che evitano fenomeni di condensa, aumentano
l'isolamento termico e migliorano l'impermeabilità.
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Tecnica in cui gli strati di legno vengono giuntati a pettine nella parte larga; chiamato anche giunto a dita, permette un'unione permanente e robusta
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3.1.6 Pareti
Le pareti esterne sono realizzate in calce e canapa mentre le partizioni interne in forati in laterizio intonacati da entrambi i lati. I tamponamenti dal lato interno delle abitazioni, sono costituiti da biomattoni di 8 cm di spessore in cui i singoli blocchi sono ammorsati e murati con malta di allettamento anch'essa in calce e canapulo. Tutti gli interstizi tra la struttura metallica e le pareti sono stati opportunamente riempiti mediante la miscela Natural Beton 200 e, al fine di garantire le prestazioni energetiche necessarie in ogni punto della struttura, anche tutti i profili metallici sono stati riempiti con la miscela.
Le pareti perimetrali, sul lato esterno sono quindi completate con spessori di 36 cm di Natural Beton per il quale, prima della messa in opera, è stato predisposto un telaio di montanti in legno di sezione 4x4 cm, distanziata dal biomattone della quantità necessaria e finalizzata all'individuazione del riempimento massimo e della successiva staggiatura. Dunque si è proceduto all'insufflaggio del materiale con pompa a proiezione fino al raggiungimento della complanarità e delle spessore desiderato.
Figura 95 - Posa in opera del biomattone, riempimento dei profili in acciaio ed insufflaggio di Natural Beton
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3.1.7 Componente impiantistica
Secondo il D.Lgs. del 28 marzo 2011, n.28, al punto 1 dell’Allegato 3 (art.11, comma 1), nel caso di edifici di nuova costruzione, gli impianti di produzione di energia termica devono essere progettati e realizzati in modo da garantire il contemporaneo rispetto della copertura, tramite il ricorso ad energia prodotta da impianti alimentati da fonti rinnovabili, del 50% dei consumi previsti per
l’acqua calda sanitaria e del 35%78 della somma dei consumi previsti per l’acqua
calda sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento.
3.1.7.1 Ventilazione Meccanica Controllata VMC
Per ottemperare alle precedenti prescrizioni é stata prevista l’installazione di un
sistema di ventilazione meccanica controllata a doppio flusso termodinamico
composto da una centrale interna dotata di pompa di calore in grado di fornire aria calda per il riscaldamento degli ambienti recuperando calore dall'aria estratta dagli stessi al fine di garantire un adeguato ricambio. Il sistema consente di recuperare calore dall'aria estratta dagli ambienti interni riscaldati e, tramite un recuperatore di calore a doppio flusso ed una pompa di calore con
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COP79 particolarmente elevato, trasmetterlo all'aria esterna di rinnovo. In
questo modo l'aria esterna, prima di essere immessa in ambiente, viene filtrata e riscaldata sfruttando il calore recuperato dall'aria estratta dagli ambienti. Il sistema funziona mediante una pompa di calore del tipo aria - aria integrata nella centrale di ventilazione e consente quindi di sfruttare energia da fonte rinnovabile (in questo caso l'aria esterna) per il riscaldamento degli ambienti.
La VMC permette le funzioni di ventilazione meccanica controllata, di riscaldamento totale o parziale a seconda delle prestazioni termiche della costruzione e il raffrescamento in modalità estiva. La macchina quindi attinge l'energia necessaria al funzionamento della sua pompa di calore dall'aria "inquinata" prelevata da locali umidi, quali cucine, bagni o lavanderie, o da spazi con aria viziata dalla presenza di persone. Oltre ad assicurare riscaldamento invernale e raffrescameto estivo, il sistema permette il rinnovamento controllato dell'aria, preservando l'edificio dal deperimento dovuto alla presenza di umidità (muffe, degrado delle finiture) e garantendo comfort agli abitanti (eliminando i problemi di cattiva qualità dell'aria come allergie, odori o microbi.
In particolare, nell'abitazione oggetto della tesi, sono stati installati VMC modello RT 200H orizzontale, le cui caratteristiche tecniche sono mostrate nella tabella successiva:
Potenza fornita a +7°C
est/+20°C int 1,9 kW
Pressione statica massima disponibile alla portata
nominale
350 Pa
Potenza assorbita a +7°C
est/+20°C int 0,517 kW
Pressione massima aria regolabile
600 m3/h - 200 Pa
COP a +7°C est/+20°C int 3,67 Assorbimento medio corrente 2,3 A
Potenza fornita a -7°C
est/+20°C int 1,83 kW Alimentazione elettrica 230 V - 50 Hz Potenza assorbita a -7°C
est/+20°C int 0,40 kW Protezione consigliata 10A (AM) COP a -7°C est/+20°C int 4,55 Portata d'aria nominale 200 m3/h
Potenza freddo a +35°C
est/+27°C int 1,78 Fluido frigorifero R407c
79
L'efficienza di una pompa di calore è misurata dal coefficiente di prestazione "COP" (Coefficient of Performance) dato dal rapporto tra energia resa (calore ceduto all’ambiente da riscaldare) ed energia elettrica consumata; più il COP è alto e più la macchina è efficiente (basso consumo)
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EER a +35°C est/+27°C int 2,41 Peso 60 Kg
Di seguito vengono riportate le caratteristiche elencate dalla ditta produttrice MyDATEC:
Applicazioni:
x Abitazioni singole o terziario (aule, locali commerciali, uffici); x Nuove costruzioni, ristrutturazioni e sostituzione di sistemi a
doppio flusso e sistema con Pompe di Calore sull’aria estratta; x Da associare preferibilmente a buone prestazioni di tenuta e
isolamento del vostro stabile. Vantaggi:
x Massimo recupero delle calorie dall’aria estratta in tutte le condizioni di temperatura esterna;
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x Riduzione dei consumi per il riscaldamento (notevoli prestazioni della Pompa di Calore);
x Miglioramento del comfort estivo tramite il raffrescamento attivo (reso possibile dalla reversibilità del sistema Pompa di Calore); x Controllo della qualità dell’aria (filtrazione dell’aria nuova esterna)
e dei flussi di rinnovo dell’aria; Descrizione:
x Struttura esterna in lamiera di alluminio 10/10 laccata in bianco; x Compressore rotativo;
x Scambiatori ad alta efficienza e debole perdita di carico(condensatore/evaporatore);
x Ventilatori a tecnologia EC (Electronic Commutation) a bassissimo consumo;
x Vaschetta di raccolta della condensa in acciaio inossidabile che consente di evitare la corrosione;
x Pannello comandi (On/Off - Estate/Inverno);
x Termostato di regolazione (a 1 soglia per utilizzo autonomo della macchina o a 2 soglie per il controllo di una sorgente supplementare di riscaldamento).
Messa in esercizio e manutenzione80
:
x In soffitte isolate o in locali tecnici riscaldati;
x Montaggio con supporto di fissaggio a muro e silent block anti vibrazione o kit di sospensione (opzionale);
x Raccordo alla rete aeraulica con condotti flessibili alufonici calorifugati (25mm di isolamento);
x Kit di raccordo per la condensa (DN20) incluso;
x Pulizia dei filtri ogni tre mesi, facilmente realizzabile dall’utilizzatore.
80
L'ufficio tecnico MyDatec può assicurare il dimensionamento del sistema, della rete aeraulica e della regolazione, così come la preparazione del kit completo con tutti gli accessori “pronto da installare” a partire dal piano di montaggio del singolo progetto
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Il funzionamento del sistema MyDATEC viene sintetizzato nei seguenti passaggi fondamentali, illustrati anche nell'illustrazione precedente:
I livelli di pressione sonora Lp indicati nella tabella successiva sono dati per
l’involucro della macchina alla distanza di 1 metro con ponderazione A (dBA). Le misure sono fatte su una macchina collegata a 1,5 metri di condotti alufonici in campo libero. (Test CETIAT N°1114062/2 (Dicembre 2011), Norme NF EN ISO 3741).
In seguito invece viene riportato il progetto specifico di messa in opera del sistema di ventilazione VMP per l'edificio specifico in esame:
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3.1.7.2 Produzione di acqua calda
Per quanto riguarda la produzione di acqua calda per usi igienico - sanitari è prevista l'installazione di uno scaldacqua monoblocco in pompa di calore (pompa di calore aria-acqua) dotato di un serbatoio di accumulo da 80 litri e di resistenza elettrica integrativa. Tramite quest'ultimo è possibile produrre acqua calda sanitaria mediante energia proveniente da fonte rinnovabile (in questo caso l'aria esterna). La pompa di calore è una macchina che produce energia termica utilizzando fonti di energia rinnovabile. Il principio di funzionamento delle pompe di calore è quello del circuito frigorifero nel quale il calore sottratto da un ambiente a bassa temperatura (per esempio l’ambiente esterno ad un fabbricato) viene trasferito ad un secondo ambiente che si trova ad una temperatura più alta (per esempio l’interno del fabbricato stesso o nel serbatoio dell’acqua calda sanitaria). Tale processo implica quindi l’utilizzo di energia termica (calore) già disponibile in natura (in questo caso nell'aria esterna). Per tale ragione queste macchine sono generatori di calore ad energia rinnovabile. Queste macchine sono alimentate con energia elettrica (per consentire al ciclo
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frigorifero di compiersi) ma il loro assorbimento di elettricità è assai più basso del calore che riescono a generare. Il bollitore utilizzato è del tipo Air Combo E 200 di Rossato Group qui rappresentato, con pompa di calore integrata ed è direttamente collegato alla VMC. Questo permette di sfruttare il prodotto di espulsione del bollitore ed utilizzarlo, mediante la VMC, per produrre gratuitamente l'aria fredda necessaria da immettere nei locali nel periodo estivo. Lo stesso bollitore, collegato all'impianto fotovoltaico installato in copertura, è destinato non solo alla produzione di acqua calda sanitaria, ma anche ad altri elettrodomestici come lavatrice e lavastoviglie; un ulteriore scambiatore termico è infatti in grado di gestire intelligentemente l'apporto di energia necessario al funzionamento dei due elettrodomestici con un conseguente risparmio energetico ed un distaccamento dalla rete.
3.1.7.3 Produzione di energia elettrica
I consumi relativi alle componenti elettriche a servizio degli impianti idro-termo sanitari saranno, almeno in parte, coperti da un impianto solare fotovoltaico avente potenza di 1,10 kWp per ciascuna delle due unità immobiliari che compongono il fabbricato. Tale impianto è in grado di sfruttare l'energia rinnovabile (in questo caso solare) per la produzione di energia elettrica. Al fotovoltaico è abbinata una batteria Tesla installata in modo da massimizzare l'autoconsumo da fotovoltaico: Tesla è una batteria domestica che si carica utilizzando l'elettricità generata da pannelli solari o quando le tariffe elettriche sono basse, per alimentare la casa durante la sera. Inoltre aumenta l'affidabilità della edificio contro interruzioni di corrente, fornendo una riserva di energia elettrica di backup.
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Come funziona il sistema fotovoltaico integrato alla batteria Tesla: Il sistema comprende
generalmente pannelli solari, un invertitore usato per passare da corrente continua a corrente alternata, uno strumento per misurare la carica della batteria e, se usato anche come backup, un
circuito secondario che alimenta gli
elettrodomestici più importanti. Il numero di componenti richiesti dipende da come si vuole usare la batteria. La figura mostra i componenti principali in successione:
I pannelli trasformano i raggi solari in elettricità, per alimentare l'edifico e caricare la batteria durante il giorno. Se i pannelli solari non vengono usati, la batteria può comunque aiutare a ridurre la bolletta ricaricandosi quando l’energia elettrica è più economica.
La batteria domestica che può essere caricata con energia proveniente da pannelli solari o dalla rete elettrica.
L'installazione della batteria richiede un invertitore compatibile. Per sfruttare al meglio l'energia solare, viene installato anche uno strumento che misura la produzione dei pannelli e il consumo domestico.
L’elettricità viene mandata dall’invertitore al quadro elettrico. Per applicazioni senza pannelli solari e durante la notte, l’elettricità del fornitore energetico viene mandata dal quadro elettrico all’invertitore per ricaricare la batteria.
Alcune installazioni di backup potrebbero richiedere un secondo pannello elettrico a cui collegare gli elettrodomestici e le prese da mantenere sempre attivi. In caso di interruzione della fornitura da parte della rete elettrica, il pannello viene attivato automaticamente da un interruttore elettrico. Se l'impianto prevede pannelli solari, l'interruttore consente di continuare a sfruttare l'energia solare anche durante un blackout. Si Figura 96 - Componenti sistema pannelli-batteria Tesla. Fonte: www.tesla.com
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tratta comunque di una funzionalità opzionale, da utilizzare per ottimizzare lo sfruttamento dell'energia solare o passare da una modalità all'altra.
3.1.8 Casa passiva in calce e canapa
L'edificio di studio su cui sono state effettuate le misurazioni ha l'obiettivo di rispettare il cosiddetto standard Passivhouse, standard che il materiale calce e canapa utilizzato, aiuta a perseguire. Il concetto di Passivhouse, così come quello di Bioedilizia a cui si vorrebbe attingere con l'utilizzo del biocomposto, non fanno riferimento ad un particolare stile architettonico o sistema costruttivo ma piuttosto ad un determinato standard energetico e qualitativo che si cerca di perseguire con la progettazione di questi tipi di edifici. La bioedilizia infatti si può considerare come un approccio all'edificio consapevole, attento e mirato ad un tipo di costruzione che vuole perseguire determinati standards di benessere, comfort e risparmio energetico; questo viene reso possibile essenzialmente attraverso l'utilizzo di materiali naturali dotati di un basso livello di energia grigia (ovvero la quantità di energia necessaria per l'intero ciclo di vita di un determinato materiale) e l'applicazione di tecnologie
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progettuali ed impiantistiche che riducano al minimo il fabbisogno energetico di un edificio ottimizzandone le prestazioni termoigrometriche. Il risultato è una costruzione che, rispetto a quelle tradizionali, riduce l'impatto ambientale, l'inquinamento interno ed esterno e la dispersione delle risorse.
La concretizzazione di quanto sopra detto è la Passivhaus, un tipo di costruzione che infatti garantisce un alto livello di comfort abitativo attraverso un consumo energetico ridotto al minimo. Quando si parla di Passivhaus, ci si riferisce non ad una modalità costruttiva ma, per i motivi già descritti, ad uno standard che, nonostante nasca per i climi prevalentemente freddi, può essere opportunamente adattato per essere utilizzato in qualsiasi parte del mondo come ad esempio nei climi mediterranei dove le esigenze di raffrescamento estivo sono spesso più gravose rispetto a quelle di riscaldamento invernale. I requisiti di qualità di ogni singolo componente varieranno in base alle specifiche condizioni climatiche locali. Nei climi più caldi quindi una maggior attenzione progettuale andrà al sistema di raffrescamento passivo come la ventilazione naturale e il sistema di ombreggiamento per garantire il comfort nella condizione estiva. E’ importante quindi una progettazione attenta e specifica in base alle condizioni climatiche che variano da luogo a luogo.
Affinché un edificio possa considerarsi una Passivhaus, è necessario comunque che vengano rispettati precisi requisiti indipendentemente dal luogo di costruzione:
x Il fabbisogno termico per il riscaldamento (energia utile per riscaldare l’ambiente interno) e il fabbisogno frigorifero annui per il raffrescamento (energia utile per raffrescare l’aria), devono entrambi rimanere al di sotto
dei 15 KWh/m2anno;
x Il fabbisogno di energia primaria totale (consumo di energia primaria per riscaldamento, raffrescamento, produzione e distribuzione di acqua calda sanitaria e di energia elettrica per gli elettrodomestici e la corrente
ausiliaria) deve essere minore di 120 KWh/m2anno;
x Il valore di n50 (ricambio di aria interna per perdite attraverso spifferi in
corrispondenza di una depressione/pressione di 50 Pascal), deve risultare in opera inferiore a 0,6 ricambi aria per ora; occorre quindi verificare la tenuta dell'aria dell'edificio per mezzo di un test di pressione (Blower-Door) realizzato da terzi che confermi il valore di n50. La prova consiste
nel creare all'interno dell'edificio una sovrappressione seguita da una depressione, misurando le conseguenti perdite di pressione. Ogni fessura individuata durante il test può essere opportunamente sigillata.
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Il raggiungimento di questi obiettivi è fondamentale per una Passivhaus in quanto può permettere ad un edificio di garantire un certo livello di benessere termico senza l’installazione di impianti di riscaldamento di tipo convenzionale come termosifoni o caldaie. Il termine Passiv infatti sta proprio ad indicare che durante la stagione invernale le perdite di calore attraverso l’involucro vengono quasi interamente compensate dagli apporti passivi dovuti all’irraggiamento solare attraverso le superfici trasparenti e al calore prodotto dagli occupanti e dalla dissipazione di elettrodomestici. Il bilancio termico, qualora necessario, viene assicurato da sistemi di produzione di calore non convenzionali come i pannelli solari o le pompe di calore. Si comprende dunque che per riuscire a perseguire questi scopi si rende necessaria un’attenta progettazione soprattutto nei riguardi dello sfruttamento al meglio dell’energia del sole, di un isolamento termico dell’intero involucro altamente prestante e dell’utilizzo di sistemi di ventilazione controllata a recupero energetico. Vengono riportati, così come elencati da ZEPHIR (certificatore internazionale Passivhouse), i cinque pilastri portanti di Passivhaus:
x Protezione termica di tutti gli elementi costruttivi dell'involucro termico
dal pavimento alle pareti esterne fino al tetto;
x Finestre e portafinestre con doppi/tripli vetri basso emissivi con un
elevato valore di fattore solare e telai molto ben coibentati; accurata progettazione e controllo degli apporti solari passivi progettando accuratamente le superfici finestrate, eventualmente differenziate per ogni lato dell'edificio, garantendo al contempo assenza di surriscaldamento estivo;
x Esecuzione a regola d'arte della protezione termica fino ai minimi dettagli
con riduzione al minimo di tutti i ponti termici;
x Tenuta all'aria degli elementi costruttivi esterni;
x Ventilazione controllata con recupero di calore efficiente per evitare
dispersioni di calore e garantire al contempo un'idonea qualità di aria interna.
Se vengono rispettati questi requisiti è stato stimato che una Passivhaus per il riscaldamento necessita di una quantità di combustibile inferiore a circa 1,5 litri di gasolio (o 1,5 m3 di gas naturale) per anno per metro quadro di superficie utile e questo può significare un risparmio energetico superiore al 90% rispetto ai consumi medi degli edifici esistenti tradizionali. Un edificio nuovo in Italia, costruito secondo i parametri minimi richiesti dalla normativa vigente richiede
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infatti un consumo che va dai sei ai dieci litri di gasolio annui per metro quadro di superficie utile.
Si possono riassumere i principali vantaggi che lo standard riesce ad offrire in:
x Comfort abitativo elevato: la coibentazione dell'involucro e il sistema di recupero del calore fa sì che il calore rimanga all'interno dell'edificio senza disperdersi in inverno e che non entri dall'esterno nelle stagioni calde. Inoltre le temperature superficiali interne non differiscono molto dalla temperatura ambiente dando quindi origine ad un clima interno uniforme e privo di angoli freddi o di zone a rischio condensa. In estate la coibentazione termica permette la protezione dal caldo purché all'interno non sia già presente una grossa quantità di calore. Questo comporta un benessere elevato degli abitanti grazie alle superfici che risultano calde in modo uniforme e quindi ad un clima interno omogeneo e costante senza fluttuazioni di temperature né fastidiosi spifferi.
x La ventilazione meccanica forzata fornisce a tutte le stanze una sufficiente quantità di aria fresca e trasporta verso l'esterno quella viziata; questo genera un apporto di aria di rinnovo costantemente pulita e salubre in tutte le stanze e per tutto l'anno. Il sistema di ventilazione estrae l'aria viziata dalle stanze come cucina e bagno e ne recupera il calore il quale viene sfruttato per riscaldare l'aria di rinnovo proveniente dall'esterno, opportunamente filtrata ed immessa nelle zone del soggiorno e delle camere. L'aria viene immessa impercettibilmente nelle zone giorno e nelle camere da letto e viene estratta da cucina e bagni; le due zone sono collegate dalle zone di "trasferimento dell'aria" (come ad esempio di corridoi) che conducono i flussi d'aria nei vari locali interni dell'abitazione permettendo di utilizzare l'aria di rinnovo diverse volte. Come regola generale, l'impianto di ventilazione deve essere progettato per fornire 30 m3 di aria fresca per persona ogni ora. Assumendo uno spazio
abitativo di 30 m2 per persona, ciò equivale ad immettere una
quantità d'aria di 1 m3/(m2h). Mantenendo la temperatura massima del riscaldamento aggiuntivo al di sotto dei 50 °C, si ottiene un carico
termico massimo di 10 W/m2 di superficie utile e questo può
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per ogni zona climatica. Gli impianti di ventilazione meccanica controllata sono apparecchi a basso consumo elettrico che consentono un risparmio di energia tra il 75% e il 90% grazie al sistema di recupero del calore; questi impianti infatti consumano meno energia di quanto essi siano in grado di far risparmiare riducendo le dispersioni termiche.
x L'involucro edilizio a tenuta all'aria impedisce l'uscita dell'aria umida attraverso le fessure e questo evita anche che l'aria possa raffreddare facendo condensare l'umidità trasportata con conseguente formazione di muffe all'interno dell'edificio. Lo strato di tenuta all'aria di una Passivhaus dovrebbe quindi racchiudere completamente lo spazio riscaldato e quindi si rende necessario definire accuratamente già in fase di progettazione la scelta dei materiali e il particolare dei nodi. Prevenire i ponti termici è una delle più efficienti misure di risparmio in quanto la dispersione termica attraverso giunti, spigoli e nodi è notevolmente maggiore. L'impiego di blocchi a taglio termico ad esempio permette di minimizzare tali dispersioni.
x Il fabbisogno energetico è molto ridotto e quello residuo può essere coperto da fonti energetiche rinnovabili e questo comporta un'elevata sostenibilità degli edifici passivi, riducendo sensibilmente
le emissioni di CO2, l'inquinamento globale e l'impatto ambientale.
3.2 Il comportamento estivo degli edifici
Oltre a descrivere e a fornire informazioni sulle caratteristiche del biocomposto in calce e canapa quale materiale innovativo per la bioedilizia, scopo fondamentale di questa tesi è quello di analizzare il comportamento termico estivo degli edifici per cercare di capire come un materiale ecosostenibile come la calce e la canapa possa intervenire in esso e che ruolo possa avere nel garantimento dei livelli di comfort attesi per la bioedilizia e imposti dalle attuali normative. Per fare questo verrà analizzato il comportamento estivo dell'edificio sopra descritto, calcolando, attraverso l'utilizzo di software, i parametri caratteristici del comportamento dinamico di una struttura, confrontandoli dunque con quelli riscontrati dalle misura in opera. I risultati poi verranno confrontati con stratigrafie diverse in modo da mettere in luce eventuali aspetti positivi o negativi del biocomposto in esame.
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Il comportamento che un edificio ha nel periodo estivo, per quanto riguarda l'aspetto termoigrometrico, risulta oggi fondamentale in quanto, da qualche anno a questa parte, i consumi energetici che sono stati riscontrati in alcune città sono da imputarsi soprattutto al raffrescamento degli ambienti. Nelle città più calde d'Italia come Palermo ad esempio, ma così come tendenzialmente si verifica in tutti i climi Mediterranei, il 70% del fabbisogno energetico totale annuo è da attribuire al raffrescamento estivo (convegno Promolegno, Napoli 2011). Questo è dovuto, non solo all'aumento delle temperature ma soprattutto alla richiesta di un maggior livello di comfort nelle abitazioni durante la stagione estiva, fatto che ha determinato un sensibile aumento nelle vendite dei sistemi di condizionamento; di conseguenza sono notevolmente aumentati i consumi elettrici infatti nell'estate 2011 il picco di potenza estiva ha eguagliato il picco di potenza invernale.81 Risulta evidente che è per questo motivo che negli ultimi anni le Normative, per raggiungere l'obiettivo del risparmio energetico, si sono evolute in modo da non soffermarsi più solamente allo studio del comportamento invernale ma anche sui parametri tecnici che governano il comportamento estivo delle strutture: risulta dunque fondamentale prestare attenzione, nelle progettazioni degli edifici nuovi o negli interventi sugli esistenti, ad ottenere un buon comportamento delle costruzioni nei regimi dinamici, ovvero in tutti quei periodi, come quello estivo, durante i quali si verifica una maggior variabilità delle condizioni climatiche esterne tali da non potersi limitare ad uno studio in regime stazionario dell'edificio.
3.2.1 I parametri tecnici che caratterizzano il
comportamento estivo degli edifici
La nuova normativa tecnica, il D.M. 26/6/15, secondo quanto riportato nel Supplemento ordinario n°39 alla Gazzetta Ufficiale, riporta, in accordo con le precedenti normative quali debbano essere le condizioni e i parametri da rispettare per le nuove costruzioni. Oltre alle verifiche dei parametri riportati, al punto 4 del paragrafo 3.3 vengono evidenziate le condizioni particolari a cui il progettista dovrebbe attenersi in modo tale da garantire un ottimale comportamento energetico dell'edificio in condizioni estive; infatti viene precisato che il progettista, al fine di limitare i fabbisogni energetici per la
81
Pareti leggere in edilizia: Guida all'impiego secondo la più recente normativa nazionale, F.Leccese, G. Tuoni
[176]
climatizzazione estiva e di contenere la temperatura interna degli ambienti debba:
a) Valutare e documentare l'efficacia dei sistemi schermanti delle superfici vetrate, esterni o interni, tali da ridurre l'apporto di calore per irraggiamento solare;
b) Eseguire in tutte le zone climatiche, ad esclusione della F, per le località nelle quali il valore medio mensile dell'irradianza sul piano
orizzontale, nel mese di massima insolazione estiva Im,s, sia maggiore
od uguale a 290 W/m2:
I. Almeno una delle seguenti verifiche, relativamente a tutte le
pareti verticali opache con l'eccezione di quelle comprese nel quadrante nord-ovest/nord/nord-est:
i. che il valore della massa superficiale Ms82 sia superiore a
230 kg/m3;
ii. che il valore del modulo della trasmittanza termica periodica YIE sia inferiore a 0,10 W/m2K;
II. La verifica relativamente a tutte le pareti opache orizzontali e
inclinate, che il valore del modulo della trasmittanza termica periodica YIE sia inferiore a 0,18 W/m2K;
c) Qualora ritenga di raggiungere i medesimi effetti positivi che si ottengono con il rispetto dei valori di massa superficiale o trasmittanza termica periodica delle pareti opache di cui alla lettera b), con l'utilizzo di tecniche o materiali, anche innovativi, ovvero coperture a verde, che permettano di contenere le oscillazioni della
temperatura degli ambienti in funzione dell'andamento
dell'irraggiamento solare, produce adeguata documentazione e certificazione delle tecnologie e dei materiali che ne attesti l'equivalenza con le citate disposizioni.
Queste sono le strategie che la Normativa propone allo scopo di incrementare l'efficienza energetica degli edifici nella stagione estiva; questo comporta la progettazione di pareti che non solo soddisfino i limiti di resistenza termica precisati, ma che presentino anche un comportamento transitorio termico tale da assicurare nell'ambiente interno un accettabile livello di comfort anche in
assenza di un impianto di condizionamento83, in modo tale da ridurre i consumi
82 Per massa superficiale si intende la massa per unità di superficie della parete, esclusi gli intonaci 83
F. Leccese, G.Tuoni "Pareti leggere in edilizia: Guida all'impiego secondo la più recente normativa nazionale"
[177]
energetici e l'inquinamento derivanti dal loro utilizzo. Al fine di limitare i consumi energetici per il raffrescamento estivo la Normativa impone quindi che venga rispettato un certo limite inferiore della massa della parete. Questa limitazione tuttavia appare oggi probabilmente non più come la migliore per ottenere certi livelli stabiliti di comfort; questo è dovuto al fatto che negli ultimi tempi si assiste ad una diffusione sempre maggiore nelle opere edilizie, di pareti di tamponamento molto leggere le quali, come anche vedremo più avanti, presentano una massa superficiale molto minore di quella minima consentita dalla Normativa ma che soddisfino comunque in pieno gli obiettivi proposti dalle più recenti leggi. E' proprio per questo che la stessa Normativa propone, nel caso in cui non sia possibile verificare il limite sulla massa superficiale, un ulteriore criterio, in "sostituzione" al precedente, ovvero quello relativo alla trasmittanza termica periodica, un indice prestazionale che qualifica il comportamento termico in condizioni non stazionarie delle pareti. Questo è stato generalmente interpretato nel modo seguente: è consentito l'impiego di pareti con masse superficiali inferiori a Mlim a condizione tuttavia che queste
vengano realizzate in modo tale da conferirgli un comportamento termico, in condizioni non stazionarie, caratterizzato da valori degli indici prestazionali, pari
o migliori di quelli di strutture tradizionali con M=Mlim. In sostanza la Normativa
recente, così come quelle immediatamente precedenti, per la progettazione delle pareti esterne verticali, permette di scegliere tra due requisiti, uno basato
sulla massa superficiale e uno basato sull'indice prestazionale YIE, mentre per la
progettazione delle coperture viene introdotto sono il vincolo sull'indice prestazionale YIE. Sarà quindi possibile, a condizione di rispettare i vincoli
previsti, realizzare edifici con pareti di tamponamento leggere e coperture in legno84.
Per valutare invece la "qualità termica estiva" dell'involucro opaco degli edifici, la nuova Normativa non fa più riferimento all'indice di prestazione termica utile per il raffrescamento ma bensì a due parametri, il solito YIE ed il rapporto
Asol,est/Asup,utile come indicato nella tabella sottostante presente nel D.M.
26/6/15:
84
[178] Dove:
Asup,utile rappresenta l'area della superficie utile dei componenti finestrati;
Asol,est rappresenta invece l'area solare equivalente estiva dei componenti
finestrati, da calcolarsi come indicato in normativa:
, = , ∙ ∙ (1 − ) ∙ , ∙ , [ ]
dove:
Fsh,ob è il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi
esterni per l'area di captazione solare effettiva della superficie vetrata k-esima, riferito al mese di Luglio;
ggl+sh è la trasmittanza di energia solare totale della finestra calcolata nel
mese di Luglio, quando la schermatura solare è utilizzata;
FF è la frazione di area relativa al telaio, rapporto tra l'area proiettata del
telaio e l'area proiettata totale del componente finestrato;
Aw,p è l'area proiettata totale del componente vetrato (area del vano
finestra);
Fsol,est è il fattore di correzione per l'irraggiamento incidente, ricavato
come rapporto tra l'irradianza media nel mese di Luglio, nella località e sull'esposizione considerata, e l'irradianza media annuale di Roma, sul piano orizzontale.
Si rende quindi ora necessario chiarire e descrivere più accuratamente cosa rappresentino questi parametri, caratterizzanti il comportamento in transitorio termico delle pareti, indicati nella normativa; in base a quanto descritto in precedenza, il comportamento di un elemento opaco dell'involucro edilizio, in regime termico periodico, è caratterizzato sostanzialmente da tre indici
prestazionali: la trasmittanza termica dinamica YIE (dynamic thermal
trasmittance), il fattore di attenuazione f (decrement factor) e lo sfasamento o ritardo temporale τ (time lag).
Si consideri una parete esterna di un edificio e, in condizioni di regime termico
periodico, una temperatura e un flusso termico esterno rispettivamente Te e qe
ed una temperatura e un flusso termico interno rispettivamente Ti e qi, agenti
sulla faccia esterna ed interna della parete; tutti questi elementi risulteranno funzioni oscillanti del tempo con periodo P. Tra queste grandezze sussiste la relazione seguente:
[179]
= (1)
dove E, F, G e H sono gli elementi della matrice di trasferimento della parete. Questa matrice è caratterizzata da determinante unitario (EH - FG = 1) (2) e, per una parete multistrato, composta dalla successione di m strati omogenei, la matrice risulta produttoria ordinata dall'interno all'esterno, delle matrici di trasferimento dei singoli strati. Il prodotto tra matrici non è, in generale, commutativo quindi, per una parete multistrato è essenziale l'ordine di successione degli strati.
La resistenza termica globale R della parete, valutata dall'aria interna a quella esterna e la capacità termica totale C sono date da:
= ∑ ; = ∑ ;
con r1=ri e rm=re avendo indicato con ri e re le resistenza termiche liminari
interna ed esterna in [m2K/W]; inoltre per la capacità termica c in [J/m2K] risulta c1=cm=0.
Indicando con dn, ρn, kn e cpn, rispettivamente lo spessore in [m], la densità in
[kg/m3], la conducibilità termica in [W/mK] e il calore specifico a pressione costante in [J/kgK] dello strato n-esimo, risulta:
rn = dn / kn;
cn = ρn · dn · cpn.
Nel caso in cui un locale sia servito da un impianto di climatizzazione, la temperatura interna può considerarsi costante e quindi dall'espressione (1) risulta, con Ti = 0:
E·Te + F·qe = 0;
G·Te + H·qe = qi.
Da qui, ricavavando qe dalla prima espressione e sostituendo nella seconda,
considerando la relazione (2) si ottiene:
= − (3)
la quale rappresenta la potenza termica, per unità di superficie della parete esterna, che l'impianto di climatizzazione deve fornire per mantenere costante la temperatura dell'ambiente interno; dalla (3) si può anche notare che la
[180]
quantità 1/|F| può essere interpretata come la conduttanza dinamica della parete YIE:
= 1
| |
Il prodotto delle matrici non gode della proprietà commutativa e quindi non è possibile calcolare il valore della trasmittanza termica periodica di singoli strati di materiale per poi ottenere quella di una stratigrafia come semplice somma delle componenti (cosa che è invece possibile nel caso della resistenza termica stazionaria R).
In condizioni stazionarie invece il flusso termico qi0 che attraversa la parete,
dovuto ad un salto di temperatura costante e pari a Te, è dato da:
qi0=U·|Te|;
Avendo indicato con U=1/R la trasmittanza termica della parete85. E' quindi ora
possibile definire il fattore di decremento f (decrement factor), il rapporto tra la trasmittanza termica periodica e la trasmittanza stazionaria:
= =
| | =
Per lo strato liminare interno di resistenza ri, indicando con θ la temperatura
della faccia interna della parete, si ha ovviamente:
= −
Da cui si può ottenere, dalla (3):
= ∙
85 La trasmittanza U [W/m2K] (UNI EN ISO 6946) si definisce come il flusso di calore che attraversa una
superficie unitaria sottoposta a differenza di temperatura pari ad 1°C ed è legata alle caratteristiche del materiale che costituisce la struttura e alle condizioni di scambio termico liminare e si assume pari all’inverso della sommatoria delle resistenze termiche degli strati:
U = 1/RT con RT = Rsi + R1 + R2 + ... + Rn + Rse
con: Rsi e Rse = resistenza superficiale interna ed esterna;
R1, R2, Rn = resistenza termica dell'i-esimo strato;
In generale, il valore della resistenza termica si calcola come: R = d / λ con: d = spessore dello strato di materiale in [m];
[181]
Si definisce coefficiente d'attenuazione (wall inner surface decrement factor), il rapporto:
= =
| |
Che è possibile interpretare come l'attenuazione dell'oscillazione termica esterna sulla faccia interna della parete. In condizioni stazionarie, ovvero
considerando un periodo P di riferimento, pari a P→∞, si ha che UD→U e quindi
f→1 e σ→ri/R. Le oscillazioni della temperatura θ avverranno con uno
sfasamento, ovvero con un ritardo temporale (time lag) τ, rispetto a quelle della temperatura esterna, dato da:
=
2 arg( )
Dove arg(F) è l'argomento della quantità complessa F. Lo sfasamento τ rappresenta quindi il ritardo in ore, tra il picco della temperatura sulla faccia interna della parete e il picco sul lato esterno (fig.101). Si evince dunque che, per una parete multistrato, i parametri prestazionali YIE, f (ovvero σ) e τ
dipendono da R (e quindi dalla trasmittanza U), dalla capacità termica C della parete, dall'ordine di successione degli strati e dal periodo P, il quale generalmente si assume pari a P=24 h, che corrisponde a variazioni di
temperatura giornaliere.86
86
F. Leccese, G.Tuoni "Pareti leggere in edilizia: Guida all'impiego secondo la più recente normativa nazionale"
Figura 98 - Rappresentazione grafica del coefficiente di attenuazione fa e dello sfasamento S. Fonte: www.infobuildenergia.it
[182]
La parete esterna garantirà un isolamento termico dinamico tanto maggiore e quindi le condizioni interne del locale saranno meno vincolate a quelle esterne, quanto più piccolo sarà il fattore di decremento f (e quindi il coefficiente di attenuazione σ) e quanto più grande sarà il ritardo temporale τ; in realtà la dipendenza dal fattore τ del comportamento dinamico di una parete non è così immediato: l'obiettivo da perseguire infatti è far si che l'onda termica causata dal picco di temperatura dell'aria esterna arrivi all'interno sfasata di un numero di ore tale da permettere l'evacuazione del calore in eccesso grazie alla ventilazione notturna. Per un edificio situato nel nord Italia quindi lo sfasamento ottimale, dipendente dalle condizioni climatiche locali, si attesta attorno alle 12-14 ore; sfasamenti eccessivi non sono quindi utili e possono rivelarsi anzi controproducenti: supponendo di avere una parete con sfasamento di 24 ore, il massimo flusso di calore si raggiungerebbe in corrispondenza del picco di
temperatura dell'aria esterna del giorno successivo.87 Nella normativa viene
preferito il fattore di decremento f al coefficiente d'attenuazione σ anche se quest'ultimo permette di valutare direttamente la temperatura θ della faccia interna delle pareti costituenti l'involucro dell'edificio. La temperatura θ è particolarmente importante ai fini del comfort ambientale in quanto gli scambi termici per irraggiamento tra corpo umano e ambiente sono determinati proprio dalla temperatura delle pareti che delimitano lo spazio interno. Inoltre è importante considerare che se la temperatura θ risulta inferiore alla temperatura di rugiada dell'aria ambiente, si ha la formazione di condensa
superficiale con conseguente sviluppo di macchie e muffe sulla parete.88
3.3 Verifica dei parametri termici
Prima di analizzare le misure effettuate in cantiere, è stato verificato che i componenti edilizi della struttura in esame, siano costituiti da proprietà termiche tali da soddisfare i requisiti indicati nelle Normative vigenti. In particolare, l'attenzione è stata rivolta al calcolo dei valori di trasmittanza U, trasmittanza termica periodica YIE, attenuazione e sfasamento, come riportato
in seguito. I programmi di calcolo utilizzati, che permettono di effettuare analisi termiche, igrometriche e dinamiche dell'involucro opaco e analisi termiche
87
I. Scaramella, A.Arenghi, F.Turla "Comportamento estivo degli edifici: Determinazione della trasmittanza periodica con metodi sperimentali e matematici"
88 F. Leccese, G.Tuoni "Pareti leggere in edilizia: Guida all'impiego secondo la più recente normativa
[183] Intonaco Biomattone Natural Beton 200 intonaco 0 10 20 30 40 50 60 LATO ES TERNO cm
dell'involucro trasparente, sono Pan 6.1 (offerto da ANIT - Associazione Nazionale per l'Isolmento termico e acustico) e il foglio di calcolo excel, basato sull' UNI EN ISO 13786 (offerto da www.mygreenbuildings.org).
3.3.1 Parete perimetrale
I risultati, derivanti dal software per il calcolo dei parametri termici e la verifica dei limiti imposti in normativa, risultano essere i seguenti:
Descrizione degli strati
Spessore (s) [m] Conduttività termica (ll) [W/mK] Calore specifico (c) [J/kgK] Densità (ρ) [kg/m3] Resistenza termica [m2k/w] Rsi Strato laminare interno 0,130
1 Intonaco 0,020 0,670 1450 1450 0,030 2 Biomattone 0,080 0,070 1870 330 1,143 3 Natural Beton 200 0,360 0,053 1500 175 6,792 4 Intonaco 0,020 0,670 1450 1450 0,030 Regime stazionario Massa superficiale Ms [kg/m2] 147
Resistenza termica totale Rt [m2K/W] 8,165
Trasmittanza U [W/m2K] 0,122
Conduttanza C [W/m2K] 0,125
Capacità termica areica Cta [kJ/m2K] 228
Costante di tempo W[h] 517
Il valore limite da rispettare per il regime stazionario, quello della trasmittanza U, risulta verificato in quanto risulta U = 0,122 W/m2K, inferiore al valore indicato nella tabella sottostante:
Tabella a - Trasmittanza termica U delle strutture opache verticali verso l'esterno, gli ambienti non climatizzati o contro terra per la zona climatica D (di cui fa parte Pisa)
La struttura è impiegata in una zona di categoria diversa da E5, E6, E7 o E8 e la zona climatica è compresa è la D.
Zona climatica U [W/m2K] 2015 U [W/m2K] 2019/2021
[184]
L’irradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione è 300,93 [W/m²] maggiore di 290 W/m².
La massa superficiale della struttura è: 147,4 [kg/m²], minore del valore minimo di legge 230 [kg/m²]; tuttavia la trasmittanza termica periodica |YIE| della
struttura è: 0,003 [W/(m²·K)], inferiore al valore massimo ammesso di 0,10 [W/(m²·K)].
Di conseguenza la struttura è verificata.
Per quanto riguarda la valutazione della prestazione energetica secondo il metodo dei parametri qualitativi delle Linee Guida Nazionali, riportato qui sotto, la parete risulta caratterizzata da:
Fattore di decremento (Attenuazione) = 0,028; Ritardo temporale (Sfasamento) = 23,55 h;
Le prestazioni della parete risultano dunque: Ottime.
La parete non risulta inoltre interessata da problemi di condensa superficiale o interstiziale: il software suggerisce infatti, come mese critico per la formazione di condensa, il mese di Gennaio, di cui si riporta il grafico della pressione di saturazione e di quella all'interfaccia per valutare l'eventuale formazione di condensa:
[185] Pavimentaz ione gres Sol.Cls con aggr.nat. Tappetino acustico Isolante Calce canapa Soletta in c.a. 0 10 20 30 40 50 LATO ES TERNO cm
La struttura quindi non è soggetta a fenomeni di condensa superficiale né interstiziale.
3.3.2 Solaio Piano terra
I risultati, derivanti dal software per il calcolo dei parametri termici e la verifica dei limiti imposti in normativa, risultano essere i seguenti (per solaio su vespaio aerato):
Descrizione degli strati Spessore (s)
[m] Conduttività termica (ll) [W/mK] Calore specifico (c) [J/kgK] Densità (ρ) [kg/m3] Resistenza termica [m2k/w]
Rsi Strato laminare interno 0,170 1 Pavimentazione gres 0,010 1,000 1000 2300 0,010 2 Sol.Cls con aggr.nat. 0,050 1,910 880 2400 0,026 3 Tappetino acustico 0,008 0,048 2092 33 0,167 4 Isolante Calce canapa 0,340 0,053 1500 175 6,415
5 Soletta in c.a. 0,050 2,000 1000 2400 0,025 Regime stazionario Massa superficiale Ms [kg/m2] 331 Resistenza termica totale Rt [m2K/W] 7,23 Trasmittanza U [W/m2K] 0,147 Conduttanza C [W/m2K] 0,151 Capacità termica areica Cta [kJ/m2K] 426 Costante di tempo W[h] 810
[186]
Il valore limite da rispettare per il regime stazionario, quello della trasmittanza U, risulta verificato in quanto risulta U = 0,147 W/m2K, inferiore al valore indicato nella tabella sottostante:
Tabella b - Trasmittanza termica U delle opache orizzontali di pavimento, verso l'esterno, gli ambienti non climatizzati o contro terra per la zona climatica D
La struttura è impiegata in una zona di categoria diversa da E5, E6, E7 o E8 e la zona climatica è compresa è la D.
L’irradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione è 300,93 [W/m²] maggiore di 290 W/m².
La massa superficiale della struttura è: 331 [kg/m²], maggiore del valore minimo di legge 230 [kg/m²]; la trasmittanza termica periodica |YIE| della struttura è:
0,004 [W/(m²·K)], inferiore al valore massimo ammesso di 0,10 [W/(m²·K)].
Di conseguenza la struttura è verificata.
Per quanto riguarda la valutazione della prestazione energetica secondo il metodo dei parametri qualitativi delle Linee Guida Nazionali, riportato qui sotto, la parete risulta caratterizzata da:
Fattore di decremento (Attenuazione) = 0,036; Ritardo temporale (Sfasamento) = 22,48 h;
Le prestazioni della parete risultano dunque: Ottime.
La struttura non risulta inoltre interessata da problemi di condensa superficiale o interstiziale: il software suggerisce infatti, come mese critico per la formazione di condensa, il mese di Gennaio, di cui si riporta il grafico della pressione di saturazione e di quella all'interfaccia per valutare l'eventuale formazione di condensa:
Zona climatica U [W/m2K] 2015 U [W/m2K] 2019/2021
[187] Abete flusso parallelo Soletta c.a. Polistirene estruso Soletta c.a. piastrelle ceramica 0 10 20 30 LATO ES TERNO cm
3.3.3 Solaio Copertura verso Terrazza
I risultati, derivanti dal software per il calcolo dei parametri termici e la verifica dei limiti imposti in normativa, risultano essere i seguenti:
Descrizione degli strati Spessore (s)
[m] Conduttività termica (ll) [W/mK] Calore specifico (c) [J/kgK] Densità (ρ) [kg/m3] Resistenza termica [m2k/w] Rsi Strato laminare interno 1 3 4 0,100
1 Abete flusso parallelo 0,030 0,180 2720 450 0,167 2 Cls con aggregato nat. 0,060 1,910 880 2400 0,031 Membrana Vapore 0,001 0,220 1800 910 0,005 3 Polistirene estruso 0,100 0,035 1255 35 2,857 4 Cls con aggregato nat. 0,050 1,910 880 2400 0,026 5 Piastrelle ceramica 0,010 1,000 1000 2300 0,010 Regime stazionario Massa superficiale Ms [kg/m2] 304,9 Resistenza termica totale Rt [m2K/W] 3,229 Trasmittanza U [W/m2K] 0,30 Conduttanza C [W/m2K] 0,324
Capacità termica areica Cta [kJ/m2K] 310 Costante di tempo W[h] 278
[188]
Il valore limite da rispettare per il regime stazionario, quello della trasmittanza U, risulta verificato in quanto risulta U = 0,30 W/m2K, uguale valore indicato nella tabella sottostante:
Zona climatica U [W/m2K] 2015 U [W/m2K] 2019/2021
D 0,30 0,26
Tabella c - Trasmittanza termica U delle strutture opache orizzontali o inclinate di copertura, verso l'esterno e gli ambienti non climatizzati per la zona climatica D
La struttura è impiegata in una zona di categoria diversa da E5, E6, E7 o E8 e la zona climatica è compresa è la D.
L’irradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione è 300,93 [W/m²] maggiore di 290 W/m².
La massa superficiale della struttura è: 304,9 [kg/m²], maggiore del valore
minimo di legge 230 [kg/m²]; la trasmittanza termica periodica |YIE| della
struttura è: 0,067 [W/(m²·K)], inferiore al valore massimo ammesso di 0,10 [W/(m²·K)].
Di conseguenza la struttura è verificata.
Per quanto riguarda la valutazione della prestazione energetica secondo il metodo dei parametri qualitativi delle Linee Guida Nazionali, riportato qui sotto, la parete risulta caratterizzata da:
Fattore di decremento (Attenuazione) = 0,216; Ritardo temporale (Sfasamento) = 9,1 h; Le prestazioni della parete risultano dunque: Medie.
La struttura non risulta inoltre interessata da problemi di condensa superficiale o interstiziale: il software suggerisce infatti, come mese critico per la formazione di condensa, il mese di Gennaio, di cui si riporta il grafico della pressione di saturazione e di quella all'interfaccia per valutare l'eventuale formazione di condensa:
[189] Abete flusso parallelo Soletta c.a. Natural Beton 200 Abete flusso parallelo Guaina Impermeabilizz. Coppi 0 10 20 30 40 50 60 70 LATO ES TERNO cm
3.3.4 Solaio Copertura
I risultati, derivanti dal software per il calcolo dei parametri termici e la verifica dei limiti imposti in normativa, risultano essere i seguenti:
Descrizione degli strati Spessore (s)
[m] Conduttività termica (ll) [W/mK] Calore specifico (c) [J/kgK] Densità (ρ) [kg/m3] Resistenza termica [m2k/w] Rsi Strato laminare interno 1 3 4 0,100
1 Abete flusso parallelo 0,033 0,180 2720 450 0,183 2 Soletta c.a. 0,050 2,000 1000 2400 0,025 3 Natural Beton 200 0,440 0,053 1500 175 8,302 4 Abete flusso parallelo 0,033 0,180 2720 450 0,183 5 Guaina Impermeabilizz. 0,001 0,170 1000 0,01 0,059 6 Coppi 0,060 0,720 1000 1960 0,083
Regime stazionario
Massa superficiale Ms [kg/m2] 357
Resistenza termica tot. Rt [m2K/W] 8,976
Trasmittanza U [W/m2K] 0,11
Conduttanza C [W/m2K] 0,113
Capacità termica areica Cta [kJ/m2K] 417
[190]
Il valore limite da rispettare per il regime stazionario, quello della trasmittanza
U, risulta verificato in quanto risulta U = 0,11 W/m2K, minore del valore indicato
nella tabella sottostante:
Zona climatica U [W/m2K] 2015 U [W/m2K] 2019/2021
D 0,30 0,26
Tabella d - Trasmittanza termica U delle strutture opache orizzontali o inclinate di copertura, verso l'esterno e gli ambienti non climatizzati per la zona climatica D
La struttura è impiegata in una zona di categoria diversa da E5, E6, E7 o E8 e la zona climatica è compresa è la D.
L’irradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione è 300,93 [W/m²] maggiore di 290 W/m².
La massa superficiale della struttura è: 357 [kg/m²], maggiore del valore minimo di legge 230 [kg/m²]; la trasmittanza termica periodica |YIE| della struttura è:
0,001 [W/(m²·K)], inferiore al valore massimo ammesso di 0,10 [W/(m²·K)].
Di conseguenza la struttura è verificata.
Per quanto riguarda la valutazione della prestazione energetica secondo il metodo dei parametri qualitativi delle Linee Guida Nazionali, riportato qui sotto, la parete risulta caratterizzata da:
Fattore di decremento (Attenuazione) = 0,003; Ritardo temporale (Sfasamento) = 8,44 h; Le prestazioni della parete risultano dunque: Medie.
La struttura non risulta inoltre interessata da problemi di condensa superficiale o interstiziale: il software suggerisce infatti, come mese critico per la formazione di condensa, il mese di Gennaio, di cui si riporta il grafico della pressione di saturazione e di quella all'interfaccia per valutare l'eventuale formazione di condensa:
[191] Tavolato Legno Soletta c.a. Natural Beton 200 Tappetino acustico Soletta
calce idr. Nat.
Pavimentaz
ione
0 10 20 30
cm
3.3.5 Solaio Interpiano
I risultati, derivanti dal software per il calcolo dei parametri termici e la verifica dei limiti imposti in normativa, risultano essere i seguenti:
Descrizione degli strati Spessore (s)
[m] Conduttività termica (ll) [W/mK] Calore specifico (c) [J/kgK] Densità (ρ) [kg/m3] Resistenza termica [m2k/w]
Rsi Strato laminare interno 0,100 1 Tavolato Legno 0,033 0,180 2720 450 0,183 2 Soletta c.a. 0,060 2,000 1000 2400 0,030 3 Natural Beton 200 0,100 0,053 1500 175 1,887 4 Tappetino acustico 0,008 0,048 2092 33 0,167 5 Soletta calce idr. Nat. 0,050 1,910 1450 1350 0,026 6 Pavimentazione 0,010 1,000 1000 2300 0,010 Regime stazionario Massa superficiale Ms [kg/m2] 270 Resistenza termica totale Rt [m2K/W] 2,503 Trasmittanza U [W/m2K] 0,400 Conduttanza C [W/m2K] 0,434 Capacità termica areica Cta [kJ/m2K] 336 Costante di tempo W[h] 233
[192] Int.calce idr naturale Forato 8x15x30 Isolante lana di vetro Int.calce idr naturale Forato 8x15x30 Int.calce idr naturale 0 10 20 30 40 cm
Il valore limite da rispettare per il regime stazionario, quello della trasmittanza
U, risulta verificato in quanto risulta U = 0,40 W/m2K, minore del valore indicato
nella tabella sottostante:
Zona climatica U [W/m2K] 2015 U [W/m2K] 2019/2021
D 0,80 0,80
Tabella e - Trasmittanza termica U delle strutture opache verticali e orizzontali di separazione tra edifici o unità immobiliari confinanti
3.3.6 Parete Divisoria
I risultati, derivanti dal software per il calcolo dei parametri termici e la verifica dei limiti imposti in normativa, risultano essere i seguenti:
Descrizione degli strati Spessore (s) [m]
Conduttività termica (ll) [W/mK] Calore specifico (c) [J/kgK] Densità (ρ) [kg/m3] Resistenza termica [m2k/w]
Rsi Strato laminare interno 0,130 1 Int.calce idr naturale 0,020 0,670 1450 1450 0,030 2 Forato 8x15x30 0,080 0,400 1000 800 0,200 3 Isolante lana di vetro 0,100 0,035 1660 75 2,857 4 Int.calce idr naturale 0,020 0,670 1450 1450 0,030 5 Forato 8x15x30 0,080 0,400 1000 800 0,200 6 Int.calce idr naturale 0,020 0,670 1450 1450 0,030
Regime stazionario Massa superficiale Ms [kg/m2] 222,5 Resistenza termica totale Rt [m2K/W] 3,607 Trasmittanza U [W/m2K] 0,277 Conduttanza C [W/m2K] 0,299
Capacità termica areica Cta [kJ/m2K] 205
[193]
Il valore limite da rispettare per il regime stazionario, quello della trasmittanza U, risulta verificato in quanto risulta U = 0,277 W/m2K, minore del valore indicato nella tabella sottostante:
Zona climatica U [W/m2K] 2015 U [W/m2K] 2019/2021
D 0,80 0,80
Tabella f - Trasmittanza termica U delle strutture opache verticali e orizzontali di separazione tra edifici o unità immobiliari confinanti
3.4 Confronto tra parete in calce e canapa e pareti
tradizionali
Come già descritto in precedenza, l'attuale Normativa pone limiti da rispettare per pareti, solai e coperture in merito alla loro massa superficiale. Tuttavia nella pratica edilizia corrente vengono utilizzati sempre più elementi con valori di M anche molto inferiori al valore limite ma che comunque garantiscono prestazioni termiche simili e in alcuni casi migliori, delle pareti tradizionali pesanti. Per questo motivo ad oggi la Normativa permette di non sottostare a questo limite, nel caso in cui venga garantito un valore di trasmittanza termica periodica adeguato.
In altri studi89 sono già state messe a confronto pareti multistrato leggere di tamponamento di vario tipo con altre pesanti di tipo tradizionale per dimostrare come le pareti leggere siano caratterizzate sì da masse superficiale molto basse ma al contempo da valori dei parametri prestazionali di attenuazione e di sfasamento migliori rispetto a quelli relativi alle pareti tradizionali. Si riportano le murature già analizzate nei precedenti studi per mettere in evidenza come la parete in calce e canapa utilizzata nel caso di studio si colloca rispetto a queste dal punto di vista del comportamento in transitorio, della massa superficiale e dei parametri termici più rilevanti.
Si riportano in particolare alcuni esempi di pareti multistrato leggere di tamponamento: la P1 prevede un sistema costruttivo tipico delle strutture leggere in legno diffuse nell'Europa centro-settentrionale ed è costituita da elementi portanti in pannelli di legno a fibre orientate e leganti organici (OSB)
89 In particolare le pareti che verranno confrontate con quella in esame in calce e canapa sono state
studiate e inserite nell'articolo "Pareti leggere in edilizia, Guida all'impiego secondo la più recente normativa" di F.Leccese, G. Tuoni.
