Ediliziaabasso consumoenergetico

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1 Con il contributo di Ediliziaabasso consumoenergetico LA PARETE ESTERNA DEGLI EDIFICI di Ruben Erlacher

2 Con il contributo di Casa Ediliziaabasso consumoenergetico LA PARETE ESTERNA DEGLI EDIFICI di Ruben Erlacher a cura del centro studi CNA Padova

3 Realizzato da CNA PADOVA con il contributo della Camera di Commercio di Padova Via Croce Rossa PADOVA Tel Autore: Dh.D. Dr. Ing. Ruben Erlacher Via S. Elisabetta 37 I Varna (BZ) Impaginazione grafica: Pubblylive di Paola Sturaro, Este (Pd) Stampa: Grafiche Corrà Via G. Mansoldo, Arcole (Vr) Tutti i diritti sono riservati. L utilizzo anche parziale del testo della presente guida dovrà essere autorizzato da Cna Padova.

4 Pensare a gestire e ottimizzare il risparmio energetico per accrescere la competitività del mondo delle imprese e della società civile ed economica in generale è, oggi più che mai, un dovere, ma soprattutto un atto di grande responsabilità. Il sistema casa si sta evolvendo notevolmente con materiali e tecnologie innovative che devono diventare patrimonio tecnico e culturale delle imprese moderne che programmano il proprio futuro. Guerrino Gastaldi Presidente Provinciale CNA Padova La Comunità Europea ha tracciato in modo preciso il percorso da seguire fissando per il 2020 importanti obiettivi a cui tutti i sistemi economici dei paesi comunitari dovranno attenersi. In termini energetici, gli edifici incidono in modo rilevante sui consumi e sulla relativa emissione di co2 nell atmosfera. E in atto infatti una revisione profonda dei sistemi costruttivi per poter generare edifici ad alta efficienza energetica. Cna Padova, molto sensibile a questi temi, sta mettendo a disposizione delle imprese una formazione di qualità, attivando i corsi base ed avanzati Casa Clima. Con la guida La casa a basso consumo energetico: la parete esterna, Cna Padova, in collaborazione con la Camera di Commercio di Padova nell ambito del progetto Casa 2013, mette a disposizione delle imprese uno strumento importante ed innovativo, semplice ed efficace, per sostenere le imprese che operano nel sistema casa padovano, con l ausilio di linee guida operative e i requisitivi costruttivi per la realizzazione o ristrutturazione di un involucro di una casa a basso consumo energetico. 3

5 Fernando Zilio Presidente della Camera di Commercio di Padova Un tassello in più per rendere il risparmio energetico opportunità di sviluppo sostenibile. Dopo le varie Guide presentate gli anni scorsi, questa pubblicazione prettamente tecnica fotografa e descrive in maniera dettagliata ed analitica nuove strategie per gestire e ottimizzare il risparmio energetico in modo tale da accrescere la competitività del mondo delle imprese e della società civile ed economica in generale. Quest obiettivo è, oggi più che mai, un atto di grande responsabilità. Il mondo imprenditoriale padovano, attraverso la piena sinergia e condivisione della Camera di Commercio e di tutte le Associazioni di categoria, affronta da diversi anni la questione relativa all energia e all importanza di realizzare costruzioni sempre più moderne e tecnicamente all avanguardia per garantire un ottimo comfort abitativo con un minimo consumo energetico in inverno e un efficiente climatizzazione in estate. La pubblicazione, realizzata dalla CNA con il sostegno della Camera di Commercio di Padova, tocca tutti questi temi condividendo un percorso operativo dalle modalità innovative. E in questo scenario che è stata realizzata questa guida, nella quale viene illustrato un percorso tecnico mirato a far crescere culturalmente e professionalmente le diverse categorie imprenditoriali legate al Sistema Casa. Il messaggio che la Camera di Commercio di Padova intende trasmettere alle imprese edili è che, oggi più che mai, serve un salto di qualità culturale per contribuire a diffondere una più sostenibile filosofia del costruire, utilizzando le più moderne e innovative tecniche di risparmio energetico. La formazione può infatti costituire uno strumento in più per stimolare un approccio virtuoso alla creazione di una comunità sostenibile. E una sfida che va colta e sostenuta a tutti i livelli per costruire un area metropolitana realmente green, basata su un sistema meno energivoro e un processo residenziale e di consumo più sostenibile e sempre meno dipendente dalle fonti energetiche non rinnovabili. Solo così ci si può davvero proiettare in una rinnovata dimensione economica, basata su un equilibrato rapporto con le fonti di energia. 5

6 LA CASA A BASSO CONSUMO ENERGETICO 1. INTRODUZIONE Una costruzione moderna e tecnicamente all avanguardia deve oggigiorno garantire un ottimo comfort abitativo con un minimo consumo energetico nel periodo invernale ed un ottima climatizzazione nel periodo estivo; tale risultato deve essere raggiunto con un impatto ambientale ed ecologico minimale. Molteplici fattori incidono nel risultato finale e quindi diventa arduo e complesso individuare il sistema costruttivo ottimale. Il segreto di un sistema costruttivo ottimale risiede nella scelta dei materiali corretti e compatibili; il sistema costruttivo ideale da utilizzare è quello certificato definito sistema garantito in combinazione con un esecuzione accurata e tecnologicamente avanzata. Con la definizione Casa a basso consumo energetico (CasaClima oppure Casa Passiva/Passivhaus ecc.) si vuole indicare una casa che può essere riscaldata o climatizzata utilizzando una quantità di energia limitata, grazie all azione di molteplici fattori indivisibili tra loro. Nel sistema costruttivo, si devono impiegare materiali di ottima fattura per l isolamento termico dell involucro abitativo, privo di ponti termici in combinazione con un impianto di riscaldamento/climatizzazione all avanguardia. Il fabbisogno energetico di un edificio viene spesso espresso in Kilowattora per metro quadro della superficie netta per anno [kwh/(m²a)]. Talvolta il fabbisogno energetico è espresso anche in litri di gasolio o m³ di gas per m² di superficie netta per anno. Nell interpretazione dei risultati si deve fare particolare attenzione a non confondere energia primaria con efficienza dell involucro oppure efficienza complessiva. L efficienza dell involucro viene tipicamente espressa come fabbisogno energetico in kwh/m²a. Questo indica il comportamento dell involucro edilizio senza considerare o valutare l impianto installato. Questa grandezza è particolarmente importante per valutare l involucro edilizio compresi finestre, pareti, tetto, solaio, ponti termici, guadagni solari, perdite per ventilazione. L efficienza complessiva viene normalmente espressa come fabbisogno energetico in kwh/m²a. Questo consumo tiene conto del tipo di impianto termico compreso il suo rendimento complessivo, la produzione di acqua calda sanitaria, eventuali pannelli fo- 7

7 tovoltaici o altra produzione di energia sul posto, raffrescamento, consumo di energia per illuminazione ed energia ausiliare. L efficienza complessiva è anche il termine indicativo del consumo energetico primario di un edificio. In questo caso l energia viene espressa in forma grezza quando non ha ancora subito alcuna conversione o processo di trasformazione. Breve esempio semplificato: Un appartamento con 100m² di superficie netta riscaldata necessita di 70kWh/m²a di energia come efficienza dell involucro. Questo significa che le stanze possono essere mantenute a +20 C di temperatura dell aria durante l inverno con 70kWh di energia per ogni m² di superficie netta riscaldata. Per l intero appartamento questo significa 100m² x 70kWh/m²a = 7000kWh/a come fabbisogno di calore per riscaldamento. Dovuto al rendimento dell impianto ci sono tipicamente 4 fonti di perdite: con: ηp: rendimento del generatore di calore ηr: rendimento del sistema di regolazione ηd: rendimento del sistema di distribuzione del termovettore agli elementi scaldanti ηe: rendimento degli elementi scaldanti Assumendo un rendimento di 0,92 per ogni singola fonte di perdita, il rendimento complessivo è di solo 0,72. Per ottenere l efficienza complessiva con fabbisogno energetico finale devono essere ancora aggiunti i consumi, compresi i loro rendimenti: - la produzione di acqua calda sanitaria : esempio ca. 2800kWh/a per 4 persone; - il consumo di energia per il raffrescamento estivo: esempio ca. 1500kWh/a; - il consumo di energia per l illuminazione ecc: esempio ca. 1400kWh/a; - energia ausiliare: per esempio ca 1400 kwh/a. Fabbisogno di energia complessivo: 14100kWh/a Se la casa producesse 2300kWh/a di energia da fonti rinnovabili sul posto (per esempio con pannelli fotovoltaici) e se il riscaldamento termico fosse a biomassa, il consumo di energia primaria globale sarebbe ca. 760kWh/a oppure 7,6kWh/m²a. Se invece si riscalda con gas metano e non si produce energia sul posto da fonti rinnovabili, il fabbisogno di energia primaria globale sarebbe di ca kWh/a oppure 150kWh/m²a. In entrambi i casi però l efficienza dell involucro e la perdita energetica dell involucro rimangono identiche. Come riportato dall esempio sopra, il paragone tra diversi risultati può essere fatto solamente utilizzando lo stesso dato e lo stesso calcolo. 8

8 2. COMPORTAMENTO DELLA COSTRUZIONE MASSICCIA Le costruzioni massicce in mattoni, in calcestruzzo, ecc. offrono buone possibilità per soddisfare le richieste dell isolamento termico invernale ed estivo in modo semplice ed efficace. Indipendentemente dal tipo di costruzione, sia con una parete monostrato che con una parete con isolamento esterno (parete con cappotto) o una doppia parete con isolamento intercapedine oppure una parete ventilata, si ottiene un eccezionale comfort ed abitabilità con un ottima durata della costruzione. Un grande vantaggio della costruzione in muratura è la sua flessibilità architettonica con costi medi nell acquisto del materiale grezzo. A questa tipologia di costruzione si aggiungono moderate spese di assicurazione e manutenzione nel corso degli anni. I materiali impiegati sono caratterizzati da una lunga durata nel tempo e un bilancio ecologico positivo. Questo tipo di costruzione è caratterizzato inoltre da un elevata protezione antincendio, garantita già dalla tipologia dei materiali non infiammabili. La costruzione in muratura resiste nel tempo e garantisce all edificio una lunga durata ed una stabilità del valore economico molto alto. Un enorme vantaggio di una costruzione in muratura isolata termicamente in modo appropriato è la sua capacità di accumulare il calore sia in inverno che in estate con un miglioramento del clima abitativo e del benessere stesso. Comportamento invernale La struttura massiccia in laterizio e CA con un buon isolamento termico esterno garantisce, in combinazione con buone finestre, un tetto e solaio ben coibentato, un ottimo comfort invernale dovuto anche alla capacità termica interna. Questo vale soprattutto per edifici con un utilizzo permanente. La posizione di un isolamento termico all esterno favorisce anche la risoluzione di ponti termici, in quanto è più facile garantire una continuità dell isolamento termico tra tetto, muro, solaio ecc. Con un buon isolamento termico dell involucro si ottiene una casa a basso consumo, sfruttando i guadagni gratuiti dell irraggiamento solare attraverso le vetrate. Un ulteriore graduale miglioramento si ottiene con l inserimento di una ventilazione meccanica con recupero di calore. In ogni caso devono essere analizzati e risolti i ponti termici. Come ponte termico s intende una zona delimitata con una densità del flusso termico superiore a quello della superficie restante. Nel periodo invernale, nella zona del ponte termico si genera una densità del flusso di calore maggiore che nella zona circostante. I ponti termici (dovuti soprattutto dalla mancanza di una pianificazione dettagliata) rappresentano un problema serio. Diminuisce la sensazione di benessere e aumenta il fabbisogno energetico dell edificio. L abbassamento della temperatura superficiale attorno ad un ponte termico può provocare la formazione di condensa e persino di muffa. 9

9 Le tipologie di ponti termici sono due: a) Ponti termici a causa di materiali diversi: per esempio: pilastro in cemento armato non isolato in una parete ben isolata b) Ponti termici a causa di un cambiamento della geometria: per esempio: angoli di un edificio Naturalmente si possono verificare anche ponti termici combinati (a+b). Ponti termici classici sono: - Collegamento tra il pavimento aderente al suolo ed il muro perimetrale. - Collegamento finestra - muro. - Solaio del balcone. - Cordolo. - Pilastro in cemento armato richiesto dalla statica in una parete esterna. - Collegamento muro - tetto. Tutti questi dettagli richiedono una particolare progettazione ed esecuzione per evitare peggioramenti a livello termico o perfino danni alla costruzione finale. Quando si avvolge l involucro dell edificio con un cappotto, è necessario che l isolamento esterno non termini con lo spigolo inferiore del solaio della cantina non riscaldata, ma continui anche lungo le pareti della cantina (a meno che la struttura sottostante non sia termicamente separata). Un altro punto critico è rappresentato dalla giunzione del solaio aderente al suolo con la parete esterna: in caso di un volume riscaldato si dovrebbe collegare al meglio l isolamento della parete con quello del solaio. In questo caso devono essere utilizzati naturalmente isolanti adatti per strutture sotterranee. In alcune strutture particolari deve essere garantito che l isolamento utilizzato abbia la necessaria resistenza alla compressione. I balconi rappresentano un ulteriore ponte termico classico. Questi possono essere staticamente separati dalla struttura portante, interamente isolati oppure termicamente divisi. Anche il cordolo presenta una zona di rischio per quanto riguarda la formazione di condensa e muffa, che deve essere eliminata con una corretta progettazione e realizzazione. Con l utilizzo di un cappotto esterno (valore indicativo dello spessore superiore a 10cm) viene automaticamente isolato anche il cordolo, il quale non rappresenta più un ponte termico critico. Nel caso in cui venisse utilizzata una struttura monostrato bisognerebbe isolare ulteriormente il cordolo. Utilizzando una tipologia di malta non idonea si può altresì creare un ponte termico. Perciò è necessario utilizzare una malta d allettamento oppure incollare i singoli strati nel caso di una parete monostrato con mattoni porizzati ad un basso valore lambda. 10

10 La foto sovrastante visualizza il taglio termico tra solaio verso cantina e muro con calcestruzzo cellulare; taglio termico del pilastro passante tra piano terra e piano interrato non riscaldato con cappotto esterno ed un pannello isolante di 2-5cm a filo interno del pilastro. Per il taglio termico tra muro e solaio verso cantina, oltre al calcestruzzo cellulare, può anche essere utilizzato vetro cellulare o un elemento speciale a taglio termico. 11

11 Il grafico sopra visualizza la corretta esecuzione di un cappotto esterno contro terra. Il pannello perimetrale (materiale adatto per il sistema a cappotto e tipicamente in EPS-P o XPS adatto). In alcuni casi l attacco del pannello esterno contro terra viene eseguito con due spessori esterni diversi. 12

12 Il grafico sopra evidenzia il pannello perimetrale contro terra con la protezione contro l umidita indicata in rosso tra muro e cappotto; inoltre viene applicata una guaina liquida a filo esterno per garantire che l acqua non penetri nel sistema di cappotto. Tra il pannello perimetrale e quello sovrastante va inserito un profilo speciale. 13

13 Dettaglio del cassonetto. Dettaglio tra cappotto esterno e controtelaio della finestra. 14

14 Il controtelaio con forma L in materiale con bassa conducibilità termica facilita l isolamento termico tra muro e finestra. La foto sopra fa vedere il controtelaio con forma L dall interno: il controtelaio viene sigillato per la tenuta all aria all intonaco interno con nastri adatti (spesso una combinazione tra rete intonacabile e nastro per il legno). La foto sotto invece, indica il dettaglio visto dall esterno. Il controtelaio in forma L permette di applicare il cappotto in modo tale da nascondere gran parte del telaio della finestra, inserita successivamente. a) b) c) Il davanzale viene fissato dopo il montaggio del controtelaio su tutti i 4 i lati per evitare ogni ponte termico. Sotto il davanzale si trova l isolamento termico e la guaina liquida per la tenuta all acqua. Il davanzale non è mai passante e non è in diretto contatto con il laterizio sottostante. La foto a) sopra si riferisce alla posa in opera disegnata nel particolare c). Il grafico b), sopra riportato, visualizza la posa di una finestra circa a metà muro in laterizio. In questo caso l isolamento termico del cappotto prosegue fino al controtelaio su tutti i lati (anche sotto il davanzale come sopra visibile). Lo spessore dell isolamento termico nelle spallette (intradosso) è di solito di circa 4 cm e dunque inferiore rispetto allo spessore del cappotto esterno. Una soluzione migliore di posa della finestra è il fissaggio a filo esterno di laterizio (grafico sopra a destra). In tal caso il cappotto 15

15 esterno può coibentare anche la parte del controtelaio senza ulteriore risvolto delle spallette. Controtelaio in forma L Dettaglio c) ingrandito: Comportamento estivo In particolar modo nelle zone calde, la struttura massiccia è preferibile perché all interno della struttura la temperatura dell aria non aumenta facilmente in quanto la massa ha un alta inerzia termica e garantisce uno sfasamento alto. In ogni caso però devono essere ombreggiate le finestre per evitare un rapido aumento della temperatura dell aria interna dovuto all irraggiamento diretto. Durante l estate, caratterizzata da temperature esterne alte, gradiamo particolarmente gli ambienti freschi. L importanza della protezione contro il surriscaldamento estivo spesso viene sottovalutato. 16

16 Temperature troppo elevate all interno degli ambienti possono provocare problemi di concentrazione durante il lavoro e influire negativamente sul riposo notturno. La climatizzazione non è il rimedio più importante del surriscaldamento, bensì la giusta strutturazione dell edificio. La pianificazione della protezione contro il surriscaldamento estivo deve garantire un clima interno tale da poter evitare l utilizzo di climatizzatori il più lungo possibile. Anche se è previsto un impianto di climatizzazione, è utile sfruttare tutte le possibilità costruttive della struttura massiccia. Durante le giornate estive più belle provengono dal sole da circa 600 fino a più di 800 Watt d energia per m² sulla superficie terrestre. I raggi solari penetrano superfici vetrate e si trasformano in raggi di calore. Possiamo fare quindi una prima conclusione: grandi vetrate garantiscono apporti solari notevoli durante l inverno, possono però provocare un surriscaldamento durante l estate. Si può aggiungere che soprattutto vetrate orientate a sud garantiscono grandi apporti solari durante l inverno. Nello stesso tempo queste vetrate sono di facile ombreggiatura durante l estate con appropriate sporgenze di balconi o del tetto sopra la vetrata. Grandi vetrate al lato est ed ovest danno apporti solari inferiori durante l inverno dovuto al ciclo solare in questa stagione. Siccome gli apporti solari durante l estate per vetrate orientate ad est e ovest sono alti, è necessario prevedere un ombreggiamento efficiente anche su questi lati. Metodi idonei per una buona ombreggiatura sono: - Strutture costruttive: questo è l ombreggiamento migliore; l andamento diverso del sole durante l inverno e dell estate permette di ombreggiare naturalmente vetrate con elementi strutturali come per esempio tettoie, balconi, loggia, lamelle fisse ecc. - Elementi d ombreggiamento esterni flessibili: come per esempio tapparelle esterne, balconi, marquise, ecc. - Elementi d ombreggiamento interni: come per esempio tapparelle interne, tende ecc. Questi elementi sono senz altro meno costosi ma anche meno efficaci. L ombreggiatura più semplice nella struttura massiccia è quella con strutture costruttive: l andamento diverso del sole durante l inverno e l estate permette d ombreggiare naturalmente vetrate al lato sud con elementi strutturali come per esempio tettoie, balconi, loggia, lamelle fisse ecc. Se questo non è possibile si consiglia di utilizzare elementi d ombreggiamento esterni flessibili: come per esempio tapparelle esterne, balconi, marquise, ecc. Dopo aver garantito l ombreggiatura delle finestre conta anche lo sfasamento, lo smorzamento (adduzione) dell ampiezza e la trasmittanza termica periodica. Uno sfasamento e smorzamento alto, ideale dunque d estate, si ottiene in maniera molto semplice se non automaticamente, utilizzando una struttura massiccia in laterizio e calcestruzzo, isolata bene termicamente all esterno. La corretta stratificazione è di importanza primaria per la protezione del surriscaldamento estivo ed il comfort interno. È quindi vantaggioso applicare un isolamento termico all esterno di un elemento strutturale e posizionare la massa al lato interno dello stesso elemento. Questa massa è essenziale per garantire un clima confortevole sia in inverno che soprattutto d estate. La massa accumula in estate il fresco della notte e lo riporta durante il giorno. Va sottolineato che per la massa d accumulo conta tutta la massa dell edifico posizionato al lato interno dello strato di isolamento termico (dunque anche le divisorie ed i solai ecc.) 17

17 La tenuta all aria La tenuta all aria è un altro parametro importante. Il migliore isolamento termico non ha nessun valore senza una tenuta all aria appropriata. Per evitare una perdita d energia è essenziale che l aria all interno dell edificio non possa evadere in modo incontrollato, ed anche il vento non deve attraversare l involucro dell edificio. Senza una tenuta all aria si ha uno spreco inutile d energia. Inoltre, se sono presenti fessure e spifferi, è possibile che si possa formare condensa interstiziale la quale può provocare danni all edificio stesso. Una tenuta all aria sufficiente è garantita se la casa viene intonacata sia all interno che all esterno e se tutte le aperture e forature come per esempio finestre, porte, canali d installazione, ecc. sono fatte con cura ed isolate e sigillate bene. La tenuta all aria di un involucro si ottiene con uno strato a tenuta all aria. Questo strato impedisce il movimento della corrente d aria dall interno verso l esterno e viceverso. Lo strato per la tenuta all aria è situato normalmente al lato caldo dell involucro (interno) e può eventualmente anche assumere la funzione del freno a vapore. Come materiale di tenuta d aria può essere scelto l intonaco, come per esempio per la muratura, oppure si sceglie un telo o guaine a tenuta d aria, le quali sono composte p.es. di bitume, materiali sintetici, carta ecc. Questi teli non devono essere perforati ed i passaggi di cavi e tubazioni sono da sigillare bene. Sono comuni anche pannelli in cartongesso, legnomagnesite e cemento legno, lamiera, pannelli in legno (masonite, OSB con giunti sigillati) i quali sono a tenuta d aria. La tenuta d aria deve essere continua e gli elementi strutturali (muri, solaio, finestre ecc.) devono essere sigillati tra di loro. Perforazioni dovute a passaggi di cavi e tubazioni devono essere sigillate in maniera tale che siano a tenuta d aria. Prova della tenuta all aria Blower Door Test 18

18 Il nodo più importante per la tenuta all aria è l attacco tra tetto e muro. La tenuta all aria è garantita sul tetto in legno spesso da un telo. Questo strato viene sigillato a filo esterno sul laterizio o in generale sulla struttura del muro come sopra visibile. Successivamente viene applicato il cappotto esterno, oppure la parete ventilata oppure parete con isolamento termico in intercapedine. Talvolta lo strato di tenuta all aria del tetto leggero è dato da un pannello (OSB ecc.). In questo caso il pannello viene sigillato a filo interno al laterizio come visibile nella foto successiva. 19

19 La giunzione tra finestre e muro avviene sigillando l intradosso delle finestre con malta e nastrando tra controtelaio e muro su tutti i 4 lati. Esempio di una corretta esecuzione del fissaggio di una finestra a tenuta d aria verso il muro. I davanzali vengono posizionati solitamente dopo il montaggio del controtelaio su tutti i 4 lati, evitando ponti termici tra interno ed esterno. Le tracce sui muri perimetrali o divisori verso altri appartamenti vengono chiusi bene con malta, garantendo che i corrugati siano chiusi con malta tra laterizio e tubo su tutti i lati. 20

20 Le scatole elettriche non possono essere fissate solo con punti di malta o gesso, ma vengono fissate con malta su tutti i lati tra scatola e laterizio. esecuzione sbagliata esecuzione corretta In modo analogo si sigillano anche le scatole di derivazione o distribuzione e l impianto idraulico ecc. Solo i corrugati che escono verso l esterno (luce e campanello esterno come anche persiane e tende alla veneziana) vengono infine anche chiusi tra cavo elettrico e corrugato. Nella foto sopra riportata si vede la malta tra scatola in plastica e laterizio aderente e la sigillatura del corrugato uscente verso l esterno a sinistra. 21

21 Per evitare un infiltrazione d aria tra pavimento e muro è opportuno sigillare la prima fila di laterizio con cemento/acqua, boiacca, gesso liquido, malta liquida, guaina liquida ecc. Questo evita la classica infiltrazione tra laterizio e pavimento dovuta alla mancanza dell intonaco interno che di solito non viene portato fino al pavimento grezzo. 22