Efficienza energetica dei serramenti storici

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1 Efficienza energetica dei serramenti storici Nelle diverse epoche storiche, l involucro edilizio ha acquisito significati e funzioni differenti divenendo, di volta in volta, facciata, cortina edilizia, confine, rivestimento superficiale, soglia, filtro, diaframma, pelle sensibile, elemento comunicazionale o strumento di interazione dinamica tra l edificio e l ambiente. di ELENA LUCCHI Senior Researcher, EURAC Research, Bolzano Le finestre nella storia Nella storia dell architettura antica e pre-moderna la facciata costituiva una maschera introversa basata su una logica progettuale di tipo conservativo e difensivo, che creava una barriera visiva ed energetica tra la natura e il costruito. Gli edifici erano costruiti prevalentemente con pareti perimetrali di elevato spessore, generalmente realizzate in laterizio, pietra o muratura mista, dotate di funzione strutturale e protettiva. Lo spessore e l inerzia termica elevati, infatti, garantivano la difesa dalle intemperie e dalla variabilità delle condizioni climatiche esterne. Le finestre contribuivano fortemente all espressione architettonica della facciata, creando il ritmo, l armonia e le proporzioni dell edificio. La loro progettazione, i materiali impiegati e le soluzioni tecniche rappresentano lo stile dell epoca storica. L intervento di retrofit energetico dei serramenti storici deve bilanciare le esigenze di conservazione dei valori storici, estetici e materici del patrimonio, l efficienza energetica del sistema finestra e il comfort degli occupanti. Dal punto di vista conservativo è necessario preservare gli aspetti estetici, materici, 1 La facciata principale della Casa della Pesa a Bolzano (Foto: Florian Berger - EURAC) 2 Dettaglio della facciata con un esempio di finestra da conservare (Foto: Florian Berger - EURAC)

2 RISTRUTTURAZIONI 77

3 dimensionali e cromatici dei serramenti esistenti, facendo riferimento alle tecnologie e ai sistemi costruttivi utilizzati nel passato in una determinata area geografica. Dai punti di vista energetico e ambientale, le superfici vetrate costituiscono un elemento fondamentale per garantire il comfort microclimatico e il bilancio energetico degli edifici. Le finestre hanno due funzioni molto diverse tra loro: da un lato, devono garantire il contatto con l esterno, l ingresso della radiazione solare e il comfort visivo, termoigrometrico, olfattivo e acustico degli occupanti mentre, dall altro, devono costituire una barriera termoacustica, garantire la sicurezza delle persone, la resistenza agli agenti atmosferici, la durevolezza e la facile manutenibilità. Costituiscono un elemento debole, caratterizzato da elevate dispersioni termiche nella stagione invernale e accumuli solari in quella estiva. L intervento di riqualificazione deve ridurre le perdite per trasmissione e per ventilazione e, al contempo, favorire l accumulo di calore proveniente dalla radiazione solare in certi periodi dell anno. È necessario agire su tre fronti diversi che riguardano il miglioramento delle prestazioni termofisiche di vetri, telai e distanziatori, il controllo della permeabilità all aria dell intero serramento e la schermatura della radiazione solare entrante, mantenendo inalterate le caratteristiche estetiche del serramento originale. Uno dei problemi principali, spesso trascurato, riguarda l aumento dell ermeticità del serramento che deve comunque garantire adeguati ricambi d aria naturali, altrimenti può portare alla formazione di muffa e condensa all interno dell edificio. Interventi di efficientamento energetico Le potenzialità di riqualificazione energetica di una finestra esistente sono molteplici. Innanzitutto, bisogna dire che normalmente la loro durata è più corta di quella della costruzione: spesso si trovano finestre originali del XVIII e del XIX secolo, ma raramente del XVII secolo o dei periodi precedenti. Per questo, è possibile attuare interventi di sostituzione di serramenti degradati o già sostituiti nel corso del tempo, realizzando nuovi serramenti compatibili con l esistente. Oltre agli interventi radicali è possibile graduare l azione con un gamma di azioni che vanno dalla sostituzione del solo vetro, all applicazione di pellicole basso emissive, all aggiunta di un contro-vetro o di una doppia finestra, oppure all inserimento di tende pesanti o scuri, la riparazione o il rifacimento di guarnizioni o di sigillature. Per la scelta degli interventi più compatibili con l immobile storico il Progetto Europeo 3ENCULT Efficient energy for European cultural heritage, che punta a trovare soluzioni compatibili per migliorare l efficienza energetica degli edifici storici nelle aree urbane, ha sviluppato un approccio olistico basato sulla collaborazione di competenze diverse, afferenti al restauro, alla conservazione, alla storia dell architettura, all efficienza energetica, alla fisica tecnica, all illuminotecnica, alla 3A 3B 78

4 RISTRUTTURAZIONI AUDIT ENERGETICO 3A Dettaglio della facciata (Foto: EURAC) 3B 3C 3D Termografia a raggi infrarossi fatta sulla facciata principale dell edificio (Termogramma: Institut für Diagnostik und Konservierungan Denkmalen in Sachsen und Sachsen Anhalt e.v) Fumi traccianti fuoriuscenti dalle finestre dell edificio (Foto: EURAC) Infiltrazioni d aria dalle finestre esistenti (Foto ed elaborazione: EURAC) 3D 3C 79

5 FINESTRE TRADIZIONALI DI BOLZANO 4A 4B 4C 4D Esempi di finestre nel centro storico di Bolzano (Foto: EURAC) 4A 4B 4C 4D 80

6 RISTRUTTURAZIONI fisica, alla chimica e alla biologia. Il metodo operativo è basato sullo sviluppo di interventi mirati e calibrati in base alla caratteristiche estetiche e materiche del bene e alle esigenze di riqualificazione energetica e ambientale. Il metodo operativo è diviso nelle seguenti fasi: Analisi documentaria delle finestre tradizionali costruite nel contesto territoriale di riferimento; Descrizione delle diverse tipologie di finestre presenti nell edificio; Analisi conservativa dettagliata dei serramenti esistenti, indicando materiali utilizzati, tipologie, colori, tipo di installazione, inquadratura circostante (cornice in pietra profilato etc. ), attrezzature supplementari quali persiane, schermature, gelosie, ; Definizione di tavoli di lavoro con la Soprintendenza e con le autorità locali per definire i concetti base dell intervento secondo il sistema Integrated Design Process; Sviluppo di un prototipo di finestra basato sulla storia e sulle tradizioni costruttive locali e adatto per edifici storici; Installazione del prototipo in un caso di studio. 5 Facciata dell edificiio con l installazione di due nuovi prototipi di finestra di tipo industriale (sx) e artigianale (dx) (Foto: Florian Berger - EURAC) 5 81

7 6 7 Il caso studio Il metodo operativo è stato applicato alla Casa della Pesa di Bolzano, uno degli edifici più antichi e prestigiosi del centro storico di Bolzano. Si tratta di un immobile di impianto romanico risalente al XIII secolo, che ha avuto sviluppi successivi nelle epoche gotiche, rinascimentali e barocche. L edificio è costituito da due piani di abitazione, un sottotetto non abitato e due piani interrati di cantine. La muratura è realizzata in pietra naturale e malta di calce e i muri, spessi da 60 cm a 80 cm, sono completamente intonacati sia all interno che all esterno. I solai tra i vari piani sono realizzati con travi portanti in legno e assi di legno per la pavimentazione. Il riempimento è realizzato con materiale vario da scarti di cantiere. Al piano terra e nella cantina al primo piano interrato il solaio presenta delle volte. Le facciate sono caratterizzate principalmente dalla presenza di un affresco sulla parete prospiciente piazza del Grano e il vicolo della Pesa. Normalmente sono intonacate con intonaco di calce di colore grigio chiaro. Le finestre originali sono state sostituite negli anni 50/60 da una doppia finestra, schermata all esterno con persiane in legno. L individuazione delle caratteristiche architettoniche e tecnologiche della facciata stata attuata attraverso un approfondito audit energetico, che ha compreso la termografia a raggi infrarossi, il Blower Door Test, l analisi termoflussimetrica e i gas traccianti Modello delle isoterme del sistema kastenfenster (Simulazione: Franz Freundorfer) Modello delle isoterme del prototipo industrale (Simulazione: Franz Freundorfer) Fotografia e termografia a raggi infrarossi del prototipo di finestra industriale (Termogramma: Institut für Diagnostik und Konservierungan Denkmalen in Sachsen und Sachsen Anhalt e.v) Prototipo di finestra industriale (Foto: Florian Berger-EURAC) Smartwin historic: prototipo di finestra efficiente e compatibile Il concept della nuova finestra si è sviluppato in stretta relazione con la Soprintendenza ai Beni Architettonici e Artistici Provinciale, partendo dallo studio delle finestre esistenti nel centro storico di Bolzano. Sono stati organizzati due workshop tecnici dedicati alla scelta degli elementi estetici e tecnologici fondamentali della finestra. Partendo da queste ricerche è stato sviluppato il concetto smartwin historic, un prototipo di finestra che ripropone le caratteristiche estetiche dei serramenti storici con alte prestazioni energetiche. Il concept sviluppato separa le due esigenze in due strati distinti: quello esterno ha una funzione estetica e riproduce l apparenza materica, cromatica e visiva delle finestre originali e quello interno ha la funzione di massimizzare l efficienza energetica del serramento. Il sistema, pertanto, è concepito come una doppia finestra su modello della kastenfenster, costituita da due finestre accoppiate poste a una distanza pari allo spessore della muratura. Il valore standard di trasmittanza termica di queste finestre è pari a 2,266 W/m 2 K. Rispetto al modello storico il serramento ha uno spessore molto ridotto per migliorare le prestazioni di trasmittanza termica. Le caratteristiche estetiche che sono state considerate riguardano le dimensioni e la posizione della finestra rispetto alla facciata, il 82

8 RISTRUTTURAZIONI tuito da legno di spessore contenuto e di colore bianco. Le lavorazione è stata fatta con macchine industriali per ridurre i costi del serramento. Si nota, però, la differenza rispetto ai serramenti antichi, dove le giunzioni del telaio erano lavorate artigianalmente. La vetrazione esterna è costituita da un triplo vetro, con un vetro esterno tirato e uno interno basso emissivo. Il vetro tirato ricorda l immagine estetica dei vetri antichi, ricchi di imperfezioni, bolle e inclusioni. Il prototipo artigianale è stato realizzato con quattro ante apribili a battente, perché ricerche storiche più approfondite svolte dalla Soprintendenza hanno mostrato questo monumero di ante apribili, i materiali, i colori e gli spessori dei telai, l effetto decorativo del vetro prodotto con metodi antichi, la ferramenta e l assenza di schermature. Sono stati sviluppati due prototipi diversi: uno industriale e uno artigianale. In entrambi i casi, il serramento è inserito all interno del vano finestra esistente, mettendo ben in evidenza la valenza decorativa di davanzali e cornici in materiale lapideo. È inserito in mezzaria delle finestre, come accadeva nella tradizione costruttiva locale, anche per garantire un ombreggiamento nella stagione estiva. Il prototipo industriale è stato realizzato con due ante apribili a battente. Il telaio è costi Prototipo di finestra artigianale Foto: Florian Berger - EURAC) Modello delle isoterme del prototipo di finestra artigianale (Simulazione: Franz Freundorfer) Simulazione del comportamento termoigrometrico della finestra con e senza l inserimento di materiale isolante verso la parete esistente (Elaborazioni: Franz Freundorfer) Dettaglio dell inserimento della finestra nella muratura esistente (Disegno: Dagmar Exner - EURAC) 83

9 Preparazione del prototipo di finestra artigianale (Fotografie EURAC - Franz Freundorfer) dello costruttivo. La parte bassa ed alta sono separate da un telaio a ghigliottina più spesso, che ricorda i serramenti tradizionali del centro storico. Le caratteristiche di efficienza energetica riguardano la scelta di una doppia finestra con telaio in legno di larice. La scelta dell essenza lignea, infatti, ha permesso di ottenere ottime caratteristiche di resistenza meccanica, isolamento termico e durabilità agli agenti atmosferici. Il telaio è di colore grigio chiaro, così come è risultato dall analisi documentaria. La trasmittanza termica del telaio è pari a 0,85 W/m 2 K. La vetrazione esterna è costituita da vetro singolo tirato con processi artigianali. Questa vetrazione può anche essere tolta, nel caso in cui vogliono ridurre le prestazioni di isolamento termico (ad esempio nella stagione estiva). Il serramento interno è costituito da un triplo vetro basso-emissivo con riempimento in kripton (2/8/2/8/2). La trasmittanza termica del sistema di vetrazione è pari a 0,687 W/m 2 K mentre quella totale del serramento è di 0,726 W/m 2 K. È stato studiato anche il sistema di connessione della finestra alla muratura esistente. Sono state fatte due simulazioni diverse con e senza isolamento aggiuntivo. Ovviamente, la seconda opzione costituisce la soluzione migliore specialmente per la riduzione dei rischi di condensa e il mantenimento di temperature costanti lungo la linea delle isoterme del nodo serramento-muratura. Conclusioni Attraverso l ausilio di software di simulazione statica e dinamica è stato valutato il beneficio energetico legato alla sostituzione delle finestre dell intero edificio (non dotate di pregio storico o estetico) con questo secondo prototipo. Le perdite di calore per trasmissione causate dalle finestre originali sono kwh/a. L installazione del prototipo porta a una riduzione dei consumi pari a kwh/a. Tenendo conto del bilancio energetico complessivo dell edificio, è possibile migliorare le prestazioni del 20% sostituendo le finestre con questo sistema, di cui un 10% è legato all aumento delle prestazioni termiche e un 10% al miglioramento ermeticità. 84