LA CASA COSTRUITA PER L UOMO VALUTARE IL COMPORTAMENTO ENERGETICO DELL EDIFICIO

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1 LA CASA COSTRUITA PER L UOMO VALUTARE IL COMPORTAMENTO ENERGETICO DELL EDIFICIO Arch. Daniele Maffia Ing. Leonardo Maffia maia.it

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3 LA CASA COSTRUITA PER L UOMO Il 60-65% del patrimonio edilizio italiano risale al periodo fra gli anni 50 e 80 (Fonte ENEA 22/01/2008)

4 Involucro edilizio - definizione L involucro edilizio costituisce l elemento di separazione tra l ambiente esterno, per sua natura variabile, e l ambiente interno, che per ragioni di comfort deve presentare condizioni ambientali stabili. Al suo interno, la presenza di sistemi tecnologici e impiantistici garantisce la produzione dell energia necessaria al mantenimento della stabilità delle citate condizioni sia durante l estate che durante l inverno. Le caratteristiche dei singoli componenti influiscono sull efficienza globale dell involucro dalla quale dipende gran parte dell efficienza di un edificio.

5 Involucro edilizio componenti di efficienza SISTEMA IMPIANTO: -Impianto di riscaldamento -Impianto di raffrescamento -Impianto di trattamento dell aria SISTEMA EDILIZIO: -Involucro verticale opaco -Involucro obliquo opaco -Involucro orizzontale opaco -Involucro trasparente

6 Involucro edilizio Esempio perdite di calore VENTILAZIONE 15-20% Schema delle perdite di calore dei componenti dell involucro di un edificio (non isolato) del XIX secolo poi restaurato negli anni 80 FINESTRE 10-15% UBICAZIONE: Avigliana (TO) Piemonte TIPOLOGIA: casa unifamiliare libera su 3 lati ZONA CLIMATICA: E PERDITE DALLA CALDAIA 10-15% TETTO/ULTIMO SOLAIO DISPERDENTE 15-20% PAVIMENTI DISPERDENTI 10-15% PARETI ESTERNE 40-45% Una parte consistente delle perdite di calore individuate si può evitare isolando perfettamente l involucro dell edificio.

7 Approccio ed esemplificazioni Fonte: Le nuove disposizioni legislative in materia di rendimento energetico nell edilizia, Dott.Roberto QUAGLIA, Forum Regionale sull energia, Torino, giugno 2007

8 Approccio ed esemplificazioni L isolamento dell involucro produce benefici anche quando nei periodi estivi, l esigenza non è più quella di non far uscire il calore ma quella di non farlo entrare. Test a Brema: alla fine di maggio due blocchi di ghiaccio di 1,5 t ciascuno sono stati messi all aperto e lasciati così esposti agli agenti atmosferici per ben 50 giorni. Uno dei blocchi era avvolto da una sorta di casetta termica, mentre l altro era privo di protezioni. Dopo soli 5 giorni, il blocco di ghiaccio non protetto si era già sciolto. Dopo 7 settimane il blocco di ghiaccio protetto termicamente aveva mantenuto il 70,9% del peso iniziale. Nel 2008 lo stesso esperimento è stato fatto a Firenze, con uno scioglimento del blocco di ghiaccio protetto del 27%. Questo test rende evidente come una casa termicamente ben isolata non protegga solo dal freddo, ma anche dal caldo.

9 Caso studio - Inquadramento UBICAZIONE: Alessandria (AL) Piemonte TIPOLOGIA: villetta unifamiliare EPOCA: anni 70

10 Caso studio - elaborazioni 1. ANALISI DELLA STRUTTURA E DEI COMPONENTI - stratigrafie, materiali, etc 2. INDIVIDUAZIONE DELLE ZONE CRITICHE - ponti termici 3. SCELTA DEL RIFERIMENTO GEOMETRICO E DEL CORRISPETTIVO VALORE DI utilizzando valori di progetto oppure un atlante dei ponti termici ψ 4. CALCOLO DELLA TRASMITTANZA TERMICA MEDIA DI PARETE per la verifica delle strutture a ponte termico non corretto secondo D.Lgs 192/05 e s.m.i

11 Caso studio - Inquadramento SCHEMA DELL ESPLOSO VOLUMETRICO VOLUME RISCALDATO VOLUME NON RISCALDATO TEMPERATURA SOTTOTETTO -9 C TEMPERATURA VANO SCALA 2,6 C TEMPERATURA INTERNA 20 C TEMPERATURA GARAGE -3,2 C DATI CLIMATICI ZONA CLIMATICA DATI EDIFICIO RAPPORTO S / V 0,76 SUPERFICIE DISPERDENTE 650,30 m 2 VOLUME RISCALDATO SUPERFICIE UTILE E GRADI GIORNO 2559 TEMPERATURA ESTERNA DI PROGETTO -9 C PERIODO CONVENZIONALE RISCALDAMENTO OMBREGGIAMENTI 15 ottobre 15 aprile ALESSANDRIA (Spinetta Marengo) 851,30 m m 2 (183 gg) MEDIAMENTE OMBREGGIATO

12 Caso studio - Inquadramento CARATTERISTICHE DEI COMPONENTI DELL INVOLUCRO DISPERDENTI Murature di tamponamento in laterizio, non isolata (U =1,12-2,10 W/m²k) * Soletta in latero cemento, parzialmente isolata e non (U = 0,60-1,37 W/m²k) * Infissi in legno e vetro singolo (Uw =3,10 3,20 W/m²k) ** * Viene riportato il valore di trasmittanza termica media, comprensiva del contributo di ponti termici e di strutture oggetto di riduzione di spessore, come indicato all Allegato I, commi 2 lettere a), b) e c) del DLgs 311/06. ** Nel caso dei serramenti è riportata la trasmittanza termica del sistema telaio + vetro, non comprensiva dei ponti termici e di eventuali schermi esterni INT Soffitto Pavimenti EST

13 Caso studio - Inquadramento 1. ANALISI DELLA STRUTTURA E DEI COMPONENTI Prospetto ovest Area di parete analizzata Sezione rappresentativa Copertura Piano primo Piano terra

14 Caso studio - Inquadramento Struttura tipo dell edificio in esame: Componente Intonaco Mattone forato Aria Mattone forato Intonaco Stratigrafia (dall interno verso l esterno) Spessore [mm] * Valore secondo UNI Densità [kg/m3] ~ Conducibilità [W/mK] 0,900 0,500 0,556 0,540 0,900 La trasmittanza di questa parete è pari a 1,03 W/m 2 K Stratigrafia, grafico dell andamento delle temperature e verifica della condensa interstiziale (Fonte: Edilclima) Ora si effettueranno gli isolamenti, nel primo caso dall interno, nel secondo caso dall esterno, utilizzando 100 mm di eps e 15 mm di intonaco per cappotti in entrambi i casi.

15 Caso studio Confronto isolamento interno / isolamento esterno I N T E R N O ISOLANTE E S T E R N O Andamenti della temperatura in caso di isolamento dall interno e in caso di cappotto esterno. (Fonte: Edilclima) Nel caso di cappotto esterno (a parità di trasmittanza), l inerzia termica è sicuramente maggiore, ciò implica che in caso di spegnimento dell impianto, la superficie interna della parete manterrà la temperatura per un periodo di tempo maggiore rispetto al caso alternativo. Quindi l impianto termico avrà a suo carico meno ore di funzionamento, e i consumi saranno ridotti, anche se le due configurazioni presentano la stessa trasmittanza (pari a 0,26 W/m 2 K). I N T E R N O ISOLANTE E S T E R N O

16 Caso studio Individuazione delle zone critiche 2. INDIVIDUAZIONE DELLA ZONA CRITICA PONTE TERMICO DI COPERTURA PONTE TERMICO SOLETTA INTERMEDIA M1 M2 Sezione rappresentativa Ponte termico da considerare 1 volta: all intersezione parete /soffitto (M1) Ponte termico da considerare 2 volte: all intersezione parete /pavimento (M1) e all intersezione parete/soffitto (M2)

17 Ponti termici Si ha un ponte termico quando il comportamento termico di una parte dell edificio differisce da quello delle parti circostanti a causa di una disomogeneità di forma o di materiali. Più tecnicamente, I ponti termici nelle costruzioni edilizie producono una modifica del flusso termico e una modifica delle temperature superficiali rispetto a strutture prive di ponti termici. [Introduzione UNI EN ISO 14683:1999] In prima approssimazione si possono suddividere in: ponti termici geometrici ponti termici costruttivi si presentano negli angoli, in coincidenza di variazioni di direzione delle strutture, e degli elementi aggettanti. si manifestano nei punti in cui materiali ad alta conducibilità termica penetrano in un elemento strutturale che presenta una maggiore coibentazione: balconi in calcestruzzo senza isolamento, architravi non coibentati, pilastri in c.a. che attraversano la muratura perimetrale.

18 Ponti termici Trattandosi di differenze di temperature superficiali, i ponti termici possono essere facilmente visibili attraverso un analisi termografica delle strutture dell involucro edilizio. Esempio 2: Ponte termico costruttivo Esempio 1: Ponte termico geometrico

19 Ponti termici Alla base di un ponte termico c è sempre un difetto progettuale o di realizzazione. Gli effetti negativi sono: perdite di calore: aumento del flusso di calore con il conseguente aumento delle dispersioni e dei consumi per il riscaldamento; condense superficiali, formazione di muffe, diminuzione del comfort termico e igrometrico; danni alle strutture; La temperatura superficiale interna, nelle zone dove sono presenti i ponti termici, è minore che nella parete piena. In queste zone la temperatura può facilmente essere al di sotto del punto di rugiada, provocando una condensazione superficiale del vapore acqueo e quindi possibile formazione di macchie di umidità dove possono proliferare le muffe. La regola principe per evitare i ponti termici è realizzare una coibentazione ottimale e completa dell edificio.

20 Ponti termici Esempio indicativo di attenuazione di ponte termico nel nodo parete-solaio causato dall interruzione di materiale isolante U Parete= bassa U Struttura= elevata Le condizioni al contorno ipotizzate simulano una giornata invernale. Il ponte termico tra solaio e parete è evidente poiché la temperatura nello spigolo dell ambiente interno è compresa tra 7 e 11 C e provoca un elevato rischio di condensa superficiale.

21 Ponti termici Esempio indicativo di attenuazione di ponte termico nel nodo parete-solaio Per correggere il ponte termico ed evitare il rischio di condensa è necessario inserire, in corrispondenza del ponte termico, uno strato di materiale isolante; l intera struttura in cemento armato in seguito all intervento ha una temperatura che poco si discosta da quella dell aria: temperatura nello spigolo = 18 C.

22 Ponti termici Nota: Altri esempi di realizzazione in cui si è trascurato il problema dei ponti termici Grazie alla termografia è possibile individuare preventivamente zone soggette alla formazione di muffe e visualizzare le aree a maggiore dispersione termica, permettendo così di pianificare gli interventi di isolamento termico

23 Caso studio Individuazione delle zone critiche 3. SCELTA DEL CORRISPETTIVO VALORE DI ψ [ W/mK] Valore secondo UNI EN ISO 14683:2008 Tab A CASO 1 : Isolamento dall esterno

24 Caso studio Individuazione delle zone critiche 3.2 CASO 2 : Isolamento dall interno senza attenuazione Valore secondo UNI EN ISO 14683:2007 Tab A.2

25 Caso studio Individuazione delle zone critiche 3.3 CASO 3 : Isolamento dall interno con attenuazione Valore secondo UNI EN ISO 14683:2008 Tab A CASO 4 : Isolamento dall interno con attenuazione Valori secondo UNI EN ISO 14683:2008 Tab A.2

26 Caso studio CONCLUSIONI 4. CALCOLO DELLA TRASMITTANZA TERMICA MEDIA DI PARETE TRASMITTANZA TERMICA MEDIA = DI PARETE [W/m 2 K] ISOLAMENTO ESTERNO U parete = 0,26 W/m 2 K U media parete = 0,31 W/m 2 K SI [W/m 2 K] [m 2 ] [W/mK] [m] U parete A parete. + ψ. lungh ponte termico U parete = 0,26 W/m 2 K U media parete = 0,56 W/m 2 K NO A totale [m 2 ] ISOLAMENTO INTERNO LIMITI NORMATIVI DI RIFERIMENTO / (!) U media parete = 0,37 W/m 2 K (Valore limite zona climatica E, tabella 2 punto 2 allegato C, DL 311/06) VERIFICA

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30 Confronto indice di prestazione energetica EPi prima degli interventi [kwh/m 2 anno] EPi a seguito degli interventi [kwh/m 2 anno] Risparmio ottenuto a seguito degli interventi pari a 93 kwh/m 2 anno ca. 40%

31 LCA: parametri calcolati e loro importanza ENERGIA PRIMARIA (RINNOVABILE/NON RINNOVABILE) Indicatore di riferimento: GER MATERIE PRIME (RINNOVABILI/NON RINNOVABILI) EMISSIONI IN ARIA EMISSIONI IN ACQUA RIFIUTI SOLIDI Indicatore di riferimento: GWP (Global Warming Potential)

32 La Firma LCA : fase di produzione + fase d uso GJ GER GER (Energia) Anni Produzione kg CO2-eq Punto pareggio Uso GWP GWP (Effetto Serra) Anni Produzione FASE D USO Indicatore di consumo FASE DI PRODUZIONE Indicatore d impatto del costruito Uso

33 Il paradosso dell efficienza GJ GJ GER GER (Energia) ~ 420 MWh ~ 515 MWh Anni Produzione Uso GER ~ 450 MWh ~ 480 MWh Anni Produzione Uso Casa nuova a norma 70 kwh/(m 2 *anno) Casa efficiente Consumo = 1/3 Impatti costruito = 2

34 Eco-Design

35 Eco-Design CEMENTO CALCESTRUZZO COPPI TEGOLE CALCESTRUZZO ISOLANTI: PES ISOLANTI: EPS ISOLANTI: PU MATTONI

36 Slides di backup

37 Involucro edilizio - prerequisiti L involucro edilizio deve quindi soddisfare molteplici requisiti prestazionali al fine di garantire: Protezione dagli agenti atmosferici e dall irraggiamento solare Benessere igrotermico Isolamento acustico Durabilità Sicurezza Attrezzabilità

38 Caso studio CONCLUSIONI 4. CALCOLO DELLA TRASMITTANZA TERMICA MEDIA DI PARETE TRASMITTANZA TERMICA MEDIA = DI PARETE [W/m 2 K] [W/m 2 K] [m 2 ] [W/mK] [m] U parete A parete lungh ponte termico. + ψ. A totale [m 2 ] 4.1 CASO 1 : Isolamento dall esterno Verifica Trasmittanza termica media U parete = 0,26 W/m 2 K U media = 0,31 W/m 2 K < 0,37 W/m 2 K (Valore limite zona climatica E, tabella 2 punto 2 allegato C, DL 311/06) 4.2 CASO 2 : Isolamento dall interno NON verifica trasmittanza termica media U parete = 0,26 W/m2K U media = 0,56 W/m2K > 0,37 W/m 2 K (Valore limite zona climatica E, tabella 2 punto 2 allegato C, DL 311/06)

39 Approccio LCA PRODUZIONE MATERIALI (no AQE/ACE) ADDITIVES (stabilisers and others additives) Giacimenti di combustibili primari PRODUZIONE VETTORI ENERGETICI Produzione di Combustibili Solidi Produzione di Gas Naturale Produzione di Petrolio Produzione di Coke Produzione di Gas Produzione di energia elettrica Produzione di benzina, gasolio, ecc. EPgl

40 Involucro edilizio - componenti 1. COMPONENTI VERTICALI OPACHI 3. COMPONENTI INCLINATI OPACHI Componenti dell involucro edilizio 2. COMPONENTI ORIZZONTALI OPACHI 4. COMPONENTI TRASPARENTI

41 Involucro edilizio - caratteristiche Con lo scopo di garantire un comportamento del sistema edificio energeticamente efficace e, al contempo, soddisfacente in relazione al benessere igrotermico degli ambienti, è necessario porre attenzione a: Materiali e tecniche di isolamento degli elementi dell involucro opaco, sia orizzontali sia verticali e/o inclinati Tipologia e prestazioni dell involucro trasparente Analisi dei ponti termici e loro attenuazione Comportamento degli elementi dell involucro opaco nei confronti della condensa superficiale e nella massa

42 Ponti Termici Riferimenti Normativi D.Lgs 192/05 e D.Lgs. 311/06 Allegato C, tabella 3 punto 3

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