Con il contributo di Casa Ediliziaabasso consumoenergetico LA PARETE ESTERNA DEGLI EDIFICI di Ruben Erlacher a cura del centro studi CNA Padova
Realizzato da CNA PADOVA con il contributo della Camera di Commercio di Padova Via Croce Rossa 56 35129 PADOVA Tel. 049 8062211 e-mail: pd.cna@pd.cna.it Autore: Dh.D. Dr. Ing. Ruben Erlacher Via S. Elisabetta 37 I - 39040 Varna (BZ) Impaginazione grafica: Pubblylive di Paola Sturaro, Este (Pd) - 339 8192237 Stampa: Grafiche Corrà Via G. Mansoldo, 10-37040 Arcole (Vr) - 045 6101574 Tutti i diritti sono riservati. L utilizzo anche parziale del testo della presente guida dovrà essere autorizzato da Cna Padova.
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
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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
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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
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. 15500kWh/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
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
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
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
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
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
Dettaglio del cassonetto. Dettaglio tra cappotto esterno e controtelaio della finestra. 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
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
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
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
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
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
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
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
3. I MATERIALI BASE Per la produzione di blocchi, si utilizzano pietre di costruzione come sabbia, calce, argilla, gesso e pomice le quali si lavorano ad alta temperatura e pressione, con l ausilio di vapore acqueo e sostanze chimiche. Più bassa è la densità dei prodotti, più elevato è il potere isolante termico. Per questo si cerca di alleggerire i prodotti con aria, materiali isolanti ecc. per migliorare il valore lambda dei prodotti. La pietra di costruzione più comune è il mattone/laterizio rosso. Il laterizio esiste con diversi spessori e densità. Se la foratura è inferiore a 15% si parla normalmente di un mattone pieno. Questi mattoni vengono prodotti pressando argilla oppure mediante stampaggio dei materiali in pasta molle. Se la foratura è tra 15% e 45% si parla di un mattone semipieno. Anche questo mattone viene utilizzato soprattutto come struttura statica. Oggi quasi tutti i blocchi vengono automaticamente porizzati, aggiungendo prima della loro formatura un materiale di alleggerimento che consente di aumentare la percentuale d aria ferma all interno del materiale. Migliorando la geometria dei fori e la precisione dimensionale del blocco (laterizio rettificato), diventa possibile utilizzare malte termiche e colle per murare la parete, potendo in questo modo ridurre molto l effetto ponte termico della malta tradizionale in calce e cemento. Questa malta tradizionale ha un valore lambda di ca. 1,0 W/mK chè aumenta notevolmente la perdita di energia di una parete in laterizi. La densità e il valore lambda del laterizio variano molto: ca. 550 kg/m³ lambda 0,070W/mK ca. 600 kg/m³ lambda 0,080W/mK ca. 630 kg/m³ lambda 0,090W/mK ca. 660 kg/m³ lambda 0,110 W/mK ca. 700 kg/m³ lambda 0,160W/mK ca. 800 kg/m³ lambda 0,210W/mK ca. 900 kg/m³ lambda 0,360W/mK ca. 1000 kg/m³ lambda 0,450W/mK ca. 1400 kg/m³ lambda 0,580W/mK Con la riduzione della densità si abbassa anche la resistenza statica ed il potere fonoassorbente del materiale. La pietra arenaria calcarea viene prodotta sotto pressione del vapore a ca. 200 C utilizzando come materiale base sabbia quarzosa e calce viva. Il blocco ha un colore tipico bianco con densità da ca. 600 a 2200 kg/m³ ed isola termicamente meno di un laterizio porizzato rosso con la stessa densità. L energia primaria necessaria per produrre questo blocco è molto bassa e le materie prime necessarie esistono in massa. Il blocco in argilla: Per questo blocco si utilizza l argilla che viene espansa in forni a circa 1200 C. Durante questa fase si creano nella struttura dell argilla micropori interni che aumentano la 23
percentuale di aria racchiusa all interno dell impasto. I granuli d argilla espansa così prodotti sono il supporto con il quale vengono formati i blocchi con buone caratteristiche termiche. Calcestruzzo Il calcestruzzo è composto da cemento, sabbia, ghiaia, additivi ed acqua. Ha una densità tra ca. 2000-2600 kg/m³. Calcestruzzo con densità inferiore 2000kg/m³ viene definito come calcestruzzo leggero, con densità superiore a 2600 kg/m³ calcestruzzo pesante. La resistenza alla compressione è enorme e varia tra 20 a addirittura 100 N/mm². Il valore lambda varia tra 0,7 a 2 W/mK. Calcestruzzo armato ha un valore lambda ca. 2,3 a 2,5 W/mK. Il campo d impiego è molto ampio: viene utilizzato in zone sismiche, per strutture statiche ed acustiche come anche per la protezione contro l umidità e fuoco. 24
4. TIPOLOGIE DI COSTRUZIONE La struttura massiccia utilizza di solito 5 tipologie di pareti. a) parete monostrato b) parete con isolamento termico esterno (sistema a cappotto esterno) c) parete con isolamento intercapedine d) parete ventilata con isolamento termico e) parete con isolamento termico interno (spesso utilizzato in fase di risanamento termico) La trasmittanza termica U è il valore più importante in relazione all isolamento termico. Questo vale per ogni tipologia sopra elencata. Tale trasmittanza varia in base al valore lambda dei materiali utilizzati ed il loro spessore. Per avere parametri ottimali bisogna avere un valore lambda in W/mK più basso possibile ed uno spessore adeguato del materiale utilizzato. Come sopra spiegato, è consigliabile posizionare la struttura statica al lato caldo (interno) della struttura, e posizionare lo strato di isolamento termico più al lato esterno possibile. Con questa regola diventa semplice evitare ponti termici. Posizionando la massa all interno, essa funge da massa d accumulo. Andamento della temperatura d estate e d inverno con un isolamento termico esterno (cappotto esterno) Andamento della temperatura d estate e d inverno con un isolamento termico in intercapedine 25
Andamento della temperatura d estate e d inverno con un isolamento termico interno (per esempio in fase di risanamento) La posizione dell isolamento termico più al lato esterno possibile è consigliabile per le seguenti ragioni: - evitare problemi di diffusione del vapore acqueo (spesso chiamato traspirabilità); - evitare ponti termici nella costruzione tra elementi strutturali; - ridurre fessure nella struttura statica. 26
Nei sistemi monolitici o con cappotto esterno è poco probabile che si formi condensa interstiziale dovuta alla diffusione. Comportamento tipico della diffusione per il mese critico verificato secondo la norma UNI EN ISO 13788 per un sistema con cappotto esterno: nessuna condensa interstiziale. Comportamento tipico della diffusione per il mese critico verificato secondo la norma UNI EN ISO 13788 per un sistema con isolamento termico interno: condensa interstiziale presente tra isolante interno e muro in laterizio dovuto alla stratificazione. 27
Comportamento tipico della diffusione per il mese critico verificato secondo la norma UNI EN ISO 13788 per un sistema monolitico: nessuna condensa interstiziale. 1) Parete monostrato di laterizi con bassissimi valori lambda Le pareti monostrato sono costruzioni composte solamente da un materiale di costruzione escluso l intonaco e la malta. La scelta di questo materiale deve essere quindi conforme alle esigenze necessarie per la statica e per una buona protezione acustica e termica. L industria dei laterizi migliora costantemente i suoi prodotti. Oggigiorno, il mercato offre laterizi con un valore lambda fino a 0,07 W /(mk). Per ottenere un isolamento termico adeguato, bisogna utilizzare un mattone porizzato con un alto potere isolante. Questo mattone è caratterizzato da una conduttività termica (valore lambda λ) bassa. Di solito bisogna scegliere muri con spessori elevati per ottenere un valore U basso. In questo caso è essenziale utilizzare una malta termoisolante appropriata (LM21 M3, LM36 M2, ecc.) oppure incollare i mattoni. L utilizzo di una malta in calce cemento tradizionale (λ=ca. 1 W/(mK)) è assolutamente sconsigliabile per questi tipi di pareti perché causa un ponte termico e quindi diminuisce notevolmente le caratteristiche buone del mattone stesso. Bisogna assolutamente evitare fessure nella parete esterna (per il passaggio di cavi oppure di tubazioni) e non riempire eventuali fessure con malta bastarda poiché peggiora di molto la qualità termica. Inoltre è da considerare che questi mattoni porizzati hanno un peso specifico basso e una resistenza alla compressione ridotta. Bisogna tenere conto però che per questo motivo si possono verificare dei problemi statici (architravi, ecc.). Se è staticamente necessario inserire pilastri nella parete esterna, essi devono essere isolati appropriatamente impacchettandoli. Per il basso peso specifico del laterizio si abbassa anche il potere fonoisolante dell intera parete. Questa tipologia di costruzione è da eseguire con particolare attenzione e cura per evitare ponti termici. Soprattutto attorno al cordolo è necessario l utilizzo di un ulteriore isolamento all esterno. 28
I due grafici sopra rappresentano la simulazione con elementi finiti per una parete monostrato in laterizio con lambda = 0,12 W/mK con un solaio senza isolamento termico nella zona del cordolo (simulazione a sinistra); e con 5cm di isolamento termico sull altezza del cordolo (simulazione a destra). Le condizioni al contorno sono +20 C all interno in entrambi i piani e -5 C di temperatura esterna. La temperatura interna minima aumenta da +12,4 C a 16,7 C. Rientrando con lo spessore di 5 cm di isolamento termico (in rosso) e rivestendo la parete esterna con un forato all altezza del cordolo, la temperatura raggiunge +17,3 C. 29
Aumentando lo spessore di isolamento termico a filo esterno del cordolo a 8cm e isolando la prima e ultima fila di laterizio, (ovviamente con uno spessore del laterizio ridotto ma non tagliato in cantiere), la temperatura interna minima superficiale nell angolo aumenta a +17,5 C. Nella zona del cordolo viene di solito aggiunta una rete in fibra di vetro, come per cappotti, per evitare fessurazioni. La foto sopra indica una verifica termografica in opera per una parete monostrato con taglio termico del cordolo. Accanto alla foto è riportata la simulazione ad elementi finiti. In combinazione con un mattone porizzato ad alto potere termoisolante si consiglia l utilizzo di un intonaco adatto (intonaco leggero) per evitare eventuali fessure dello stesso. Con questo sistema di costruzione, eseguito in modo esemplare, si ottiene una casa a basso consumo energetico con un ottima resistenza alle avversità meteorologiche e con spese di manutenzione minime. Inoltre questo sistema di parete ha il vantaggio di non avere problemi di formazione di condensa interstiziale dovuta alla diffusione e di garantire un ottimo sfasamento e smorzamento d estate che garantisce un ottimo confort abitativo durante tutto l anno. 30
Tra finestre e filo esterno del muro deve essere posizionato un isolamento termico nelle spallette della finestra per evitare un effetto di ponte termico dovuto al montaggio della finestra. L isolamento termico si mette anche sotto il davanzale, come già descritto sopra. 2) Muratura massiccia con cappotto termico esterno Una parete con isolamento esterno (parete con cappotto) è composta di due elementi diversi: il primo elemento con muratura in mattone, deve soddisfare la statica e la protezione acustica. Il secondo elemento con cappotto esterno ha il compito di dare una protezione termica all edificio. Con la presenza di più componenti, la struttura portante può essere più pesante con uno spessore minore e nello stesso tempo soddisfare tutte le esigenze. Un buon isolamento termico esterno non esige più una parete in blocchi di laterizio termoisolanti; l utilizzo di tali blocchi o di malte termoisolanti non incidono più di tanto sul valore U della parete con cappotto. Può essere utilizzato anche un mattone con uno spessore minimo e con peso specifico più grande in combinazione con malta tradizionale in calce e cemento. In questo modo si ottiene una struttura con uno spessore minimo e nello stesso tempo con ottime caratteristiche termiche, fonoisolanti e statiche. L intonaco esterno assume la funzione di protezione contro gli agenti atmosferici. 31
Il potere fonoisolante può ridursi con l utilizzo di mattoni porizzati alleggeriti ad alto potere termoisolante oppure con certi prodotti per l isolamento termico esterno (di ca. -3dB per EPS normale). Utilizzando un materiale adatto (per esempio isolanti a fibre) per il cappotto, può essere aumentato il potere fonoisolante della parete (ca. +3 a +10 db per fibra minerale o fibra di legno). Il mattone usato per questo sistema di costruzione possiede un potere termoisolante ridotto; perciò è necessario che l involucro sia avvolto con un cappotto intero ed adatto (compresi balconi, solai esterni, ecc.) per evitare eventuali ponti termici. Per risolvere il ponte termico del marciapiede o i balconi, vengono normalmente utilizzati elementi speciali a taglio termico. Anche attorno all apertura della finestra bisogna isolare appropriatamente; il cordolo è facile da isolare in quanto il cappotto si estende sulla facciata intera; anche i balconi e tutte le sporgenze devono essere isolate bene per non formare un ponte termico e per evitare la formazione di condensa sulla superficie interna della struttura. Le due foto sopra visualizzano un elemento a taglio termico per il balcone (sinistra) ed un risanamento termico con isolamento del balcone esistente su tutti i lati. Bisogna tenere conto che l intera struttura della parete è pianificata in modo tale da evitare la formazione della condensa all interno della struttura stessa. L isolamento abbinato all intonaco esterno deve essere usato, montato e fissato in conformità alla prescrizione della casa produttrice dell intero sistema a cappotto e deve essere realizzato in base ai metodi tecnici vigenti (ETAG 004). Stratificazione del cappotto esterno (ETICS). 32
Questa tipologia di parete offre un ottima protezione contro il surriscaldamento estivo e contemporaneamente è in grado di accumulare il calore nei mesi invernali garantendo una temperatura omogenea e costante. Si ottiene una casa a basso consumo energetico con un ottima resistenza alle avversità meteorologiche e con spese di manutenzione minime. Errori di costruzione sono facilmente evitabili con questo sistema strutturale. ETICS Sistemi composti di isolamento termico esterno Sistemi a cappotto vengono impiegati spesso in tutta Europa ed il loro acronimo ETICS sta per External Thermal Insulation Composite, in italiano Sistemi composti di isolamento termico esterno (cappotto esterno). Per sistemi a cappotto vigono le linea guida tecniche, approvate a livello europeo, denominate ETAG 004. Un cappotto è un kit, composto da: collante, materiale isolante, tasselli, armatura e rasatura. Tutti i titolari della omologazione dei sistemi e/o i venditori sono tenuti a fornire sistemi composti di isolamento completi, omologati e marcati CE. La ETAG 004 richiede inoltre che i lavori vengano eseguiti da ditte specializzate, appositamente formate. I principali vantaggi di un sistema a cappotto esterno sono tra l altro: - Un eccezionale coibentazione termica soprattutto in inverno. - Un isolamento dal calore estivo (protezione contro il surriscaldamenti estivo). - Capacità di accumulo termico grazie all isolamento termico esterno e alla massa sulla parte interna della parete. - Protezione da deformazioni termiche delle mura portanti. - Impedimento di ponti termici. - Maggiore temperatura superficiale sulla parte interna della parete. - Minori spessori delle pareti. Mentre si realizza un sistema a cappotto, spesso vengono commessi degli errori che nella maggior parte dei casi sono riconducibili a scarse conoscenze. Nel caso migliore si tratta solamente di errori di natura estetica, nel caso peggiore bisogna eseguire i sistemi composti di isolamento termico ex novo. I principali presupposti per poter montare un tale sistema sono: - Durante l intera fase preparatoria, di essiccazione, indurimento la temperatura ambientale, del sottofondo e del materiale deve essere di almeno + 5 C (nel caso di intonaci ai silicati la temperatura ad es. deve essere di almeno + 7 C). - Temperature troppo elevate (oltre + 30 C), forte vento o irraggiamento diretto possono modificare le proprietà di lavorazione. Nel caso di isolamenti scuri è necessario un ombreggiamento con delle reti nella struttura. - L acqua di impasto dovrebbe avere la stessa qualità dell acqua potabile e non essere troppo calda; sui cantieri, in autunno e primavera si può usare un acqua a media temperatura (max. 30 C). Si può iniziare la posa di un cappotto esterno nelle seguenti condizioni : - Se tutte le installazioni sono state posate nel sottofondo ed eventuali brecce sono 33
state sigillate accuratamente. È importante ricordare che le installazioni non possono essere posate nel cappotto esterno al fine di evitare i ponti termici, sono invece ammesse condutture come quelle per il campanello della porta e l illuminazione esterna. - Il sottofondo deve essere asciutto. - Gli intonaci interni ed il massetto devono essere già applicati e essiccati. - Negli edifici storici, siano state eliminate le cause di umidità risalente, efflorescenze ecc. e le pareti siano sufficientemente asciutte. - Se il sottofondo è adatto per un ETICS. Nella zona dello zoccolo, in cui possono esservi spruzzi di acqua (a ca. 30 cm di altezza) e nel caso di componenti edili che toccano terra, possono essere utilizzati solo cappotti esterni appositi insieme ai relativi componenti adatti alle sollecitazioni meccaniche ed all umidità (di solito EPS-P o XPS adatto). Collante/armante L applicazione del collante può essere fatta manualmente o meccanicamente dopo aver verificato che il sottofondo possa assorbirlo È molto importante che tra lastra coibentante e sottofondo non circoli aria per evitare il cosiddetto effetto camino. Per questo si possono distinguere due tipi di incollaggio. a) Incollaggio a strisce: Il collante è applicato sui bordi della lastra e con delle strisce oppure punti di colla anche sul pannello restante (superficie di incollaggio almeno il 40%); a seconda del sistema, la superficie può essere anche superiore. b) Incollaggio su tutta la superficie: Il collante viene applicato su tutta la superficie della lastra. 34
Bisogna comunque evitare che il collante penetri nei giunti dai bordi laterali. Un incollaggio corretto così come indicato dal produttore del cappotto, è molto importante, per far sì che la superficie delle lastre sul sottofondo sia piana ed omogenea, senza rigonfiamenti o gobbe. Un incollaggio a soli punti è sempre sbagliato. L incollaggio dei pannelli isolanti avviene a pannelli con giunti strettamente accostati nel sistema composto. Sugli angoli dell edificio vengono posati pannelli sfalsati, alternando pannelli interi con pannelli tagliati a metà. Un fissaggio inadeguato del pannello d isolamento termico con colla e tasselli può portare ad una dilatazione dello stesso, conseguente ad una tensione termica come sopra graficamente illustrato. 35
Attorno all apertura delle finestre i pannelli devono essere collocati in modo da formare il cosiddetto boot-cut (taglio in forma L come un stivale), per contenere quanto più possibile la formazione di crepe. Dopo il corretto incollaggio dei pannelli isolanti, si può iniziare con la tassellatura, facendo attenzione che il collante sia ben indurito. I tasselli devono essere posizionati nella parte dove vi è il collante tra pannello e muro. I tasselli non fissi, vanno rimossi. La tassellatura non sostituisce l incollaggio dei pannelli. Per alcuni sistemi, se vi sono determinate condizioni, si può rinunciare alla tassellatura e basta incollare i pannelli al muro. Ciò non è possibile per le pareti di calcestruzzo, dove bisogna sempre utilizzare i tasselli. A seconda del sistema e dell isolante, vi sono sostanzialmente 4 diversi schemi di tassellatura: - Tassellatura a T : utilizzo ad es, EPS (Polistirene espanso), sughero. - Tassellatura a W: ad es. utilizzo di lana minerale. - Tassellatura con 5 tasselli per pannello : utilizzo di fibre di legno morbido. - Tassellatura con un tassello centrale: utilizzo d idrato di silicato di calcio. Bisogna utilizzare solo un tassello per pannello, inserendolo al centro del pannello stesso. Le dimensioni dei pannelli sono tuttavia inferiori a quelli di altri isolanti. Fibra di legno lana di roccia 36
EPS idrato di silicato di calcio In alcuni casi, sugli spigoli degli edifici deve essere fatta una tassellatura aggiuntiva della zona perimetrale; essa dipende dall altezza dell edificio, dalla morfologia del terreno e dalla velocità del vento. Per evitare l effetto di ponte termico e soprattutto per uniformare il comportamento esterno della facciata, i tasselli vengono spesso tappati con una rondella esterna. 37
Come sopra già indicato, viene utilizzato calcestruzzo cellulare oppure vetro cellulare per il taglio termico del muro dal solaio verso cantina / garage. Nella zona dei pilastri viene successivamente isolato anche il filo interno con ca. 2-5cm per il primo piano riscaldato. Muro in calcestruzzo con isolamento termico esterno Un muro in calcestruzzo ha un migliore potere fonoisolante di un muro in laterizio grazie alla sua massa superiore. Questa tipologia di parete garantisce una protezione contro il surriscaldamento estivo e contemporaneamente è in grado di accumulare il calore nei mesi invernali garantendo una temperatura omogenea e costante. L intonaco esterno assume la funzione di protezione contro gli agenti atmosferici. Il calcestruzzo non possiede un buon potere termoisolante; perciò è assolutamente necessario che l involucro sia avvolto con un cappotto esterno intero ed adatto per evitare eventuali ponti termici ed eventuale condensa e muffa al lato interno. È importante isolare adeguatamente il punto in cui la finestra aderisce alla parete. Nella parte di giunzione tra parete e finestra attorno all apertura della finestra. L applicazione del cappotto esterno avviene in modo identico come sopra indicato: importante è che su una parete in calcestruzzo, devono sempre essere tassellati i pannelli isolanti. Per evitare l effetto di ponte termico tra muro e solaio verso cantina, si mette un isolamento termico a filo interno di ca. 2-5 cm per il primo piano riscaldato. 38
La temperatura minima superficiale interna aumenta in questo modo da +14,6 C a +16,7 C con +20 C di temperatura interna, +5 C di temperatura in cantina e -5 C di temperatura esterna. 3) Parete in laterizio con isolamento termico intercapedine Una struttura a doppia parete con intercapedine (isolamento) ha il vantaggio che l isolamento è protetto da eventuali danni dall esterno. Tale struttura rappresenta un sistema di costruzione molto comune ed anche ideale. Questa tipologia di parete soddisfa ogni esigenza. Ogni strato ha un suo compito: la struttura interna (al lato caldo) rappresenta la struttura statica. Questo strato ha normalmente uno spessore di 18-30cm e garantisce, oltre alla statica, la massa d accumulo e l acustica. Verso l esterno viene applicato uno strato di isolamento termico che copre tutta la superficie. L ultimo strato verso l esterno rappresenta lo strato di protezione contro le intemperie atmosferiche, ha generalmente uno spessore tra 8-12cm e deve essere ancorato alla struttura statica interna. Si consiglia di eseguire una verifica di condensa secondo la UNI EN ISO 13788 per questa tipologia di parete. L inversione di questa stratificazione è da evitare assolutamente: dunque posizionare la struttura statica al lato esterno e costruire una controparete interna con isolamento termico intercapedine. In questo secondo caso sorgono i seguenti problemi: La creazione di ponti termici dovuta al cordolo che appoggia staticamente alla struttura esterna. La formazione di fessure, visto che la struttura statica è esposta al caldo ed al freddo esterno. Si possono creare eventualmente anche dei problemi di diffusione in quanto lo spessore maggiore di massa si trova al lato esterno della struttura. Questi problemi non sussistono se la stratificazione viene utilizzata a regola d arte come definito sopra. 39
La simulazione e la foto sopra riportati fanno vedere la corretta posizione dell isolamento termico tra la controparete esterna e la struttura statica interna. Il cordolo non penetra l isolamento termico. La parete esterna viene di solito fissata con staffe di fissaggio meccanico puntuale (vedi foto sopra) 4) parete ventilata con isolamento termico La parete ventilata è paragonabile alla parete con isolamento termico in intercapedine sopra già descritta. Spesso, dovuto a certe finiture esterne richieste, la parete ventilata rappresenta un ottima soluzione costruttiva. La finitura esterna può in tale caso anche essere chiusa alla diffusione (metalli, pietra ecc). Inoltre tale parete ha un ottima durata nel tempo, se scelta una finitura esterna adeguata. Come materiale isolante viene di solito utilizzato fibra minerale (fibra di vetro o lana di roccia). In ogni caso serve uno strato di tenuta al vento che protegge l isolamento termico dall esterno (di solito un telo). 40
Le foto sopra rappresentano la corretta posa in opera di una parete ventilata con telo di tenuta all aria e finitura esterna. Per ridurre l effetto ponte termico del fissaggio meccanico si consiglia di utilizzare un fissaggio puntuale passante attraverso l isolamento termico con l utilizzo di un eventuale acciaio inossidabile ed un taglio termico verso il laterizio (pannello in plastica con alta resistenza meccanica) Il particolare sopra disegnato indica il taglio termico del muro portante dalla fondazione o in caso dal solaio verso cantina in calcestruzzo cellulare o vetro cellulare. Inol- 41