Risparmio energetico e comfort in un edificio a uso abitativo Federico Fontanili Studio Alfa Reggio Emilia La verifica termica, acustica e microclimatica effettuata in sito su un edificio massivo, costruito in muratura portante, ha dimostrato efficienza ed efficacia di tale soluzione ai fini del risparmio energetico e del comfort abitativo. La progettazione degli edifici, oltre al rispetto delle norme strutturali, risulta inestricabilmente vincolata alla necessaria conformità alle prescrizioni acustiche (D.P.C.M. 05/12/97) ed energetiche (D.Lgs. 192/05 e 311/06), assecondando parametri sempre più restrittivi che tengono conto delle emergenti esigenze di miglioramento delle prestazioni e della qualità dell abitare. Al fine di verificare il rispetto del quadro normativo citato, lo Studio Alfa (Settore Fisico-Energetico) ha effettuato una rilevazione in opera su un edificio massivo, costruito senza l utilizzo di isolanti, antecedentemente all entrata in vigore del D.Lgs. 192/05. Fig.1 Prospetto sud. Le caratteristiche del fabbricato Posto non lontano dal centro storico dell abitato di Bagnolo in Piano (RE), l edificio è ubicato in una zona tranquilla di recente urbanizzazione. Si tratta di un fabbricato residenziale monofamigliare, con annesso al piano terra una piccola zona terziaria (ufficio e relativi servizi), a due elevazioni fuori terra (piano terra e primo piano), oltre il sottotetto (non accessibile): La Gazzetta dei Solai Mensile di informazione tecnica sui Solai in Laterizio 1
2 Risparmio energetico e comfort in un edificio a uso abitativo al piano terra, sono ubicati l ingresso, le scale, i vani di servizio, l autorimessa e la piccola unità terziaria (ufficio); al primo piano, l abitazione vera e propria: cucina-pranzo, soggiorno, tre camere da letto (tutte doppie), un ripostiglio e due bagni. La posizione centrale all interno del lotto fa si che la zona giorno risulti collocata sul fronte strada; per contro, la zona notte è stata posta sul retro. A completamento della struttura, sono presenti un porticato e tre ampi terrazzi, mentre una zona verde circonda tutti i lati e fa da filtro alla strada sul fronte est. Da segnalare che il P.R.G. comunale prevedeva lo scomputo dagli indici edilizi per le eccedenze di spessore oltre i 25 cm dei muri perimetrali, per esigenze di comfort abitativo. L abitazione è realizzata in muratura monostrato portante e le sue principali caratteristiche costruttive sono: muratura esterna, per uno spessore totale di 48 cm (1,5 cm di intonaco + 45 cm di blocchi in laterizio + 1,5 cm di intonaco); muratura esterna, per uno spessore totale di 40 cm (1,5 cm di intonaco + 25 cm di blocchi in laterizio + 13,5 cm di mattoni faccia a vista); muratura interna, con uno spessore totale di 28 cm (1,5 cm di intonaco + 25 cm di blocchi in laterizio + 1,5 cm di intonaco); involucro esterno, in parte intonacato ed in parte rivestito con mattoni e listelli faccia a vista in laterizio; solai in latero-cemento con travetti tralicciati e blocchi in laterizio collaboranti; copertura costituita da un pacchetto ventilato con manto discontinuo in laterizio su solaio in latero-cemento con blocchi in laterizio collaboranti; intonaco interno di tipo ecologico a base di calce; riscaldamento a pavimento. Dalla realizzazione, si evincono i molteplici obiettivi dei progettisti, V. Fabbri e N. Razzani, innanzitutto nell intenzione di dare all utente una casa confortevole considerandone i gusti, le attitudini e le abitudini ma, soprattutto, cercando di soddisfare i requisiti di stabilità, traspirabilità, inerzia termica, durabilità, isolamento acustico e termico, ridotti oneri manutentivi, ecc. All epoca della progettazione, pur non essendo il Comune di ubicazione classificato come sismico, le scelte progettuali hanno ugualmente tenuto conto di una idonea risposta strutturale. Altre attenzioni sono state destinate all orientamento dell edificio, alla funzionalità degli ambienti, all uso di materiali bio-compatibili (laterizio, intonaci a base di calce, ecc.) e alla scelta di ottenere una elevata inerzia termica attraverso l impiego di spessori maggiorati per le murature esterne, nonostante non fosse ancora vigente il D.Lgs. 192/2005. Una volta completato l edificio, Studio Alfa (RE) ha effettuato una diagnosi acustica, termica e microclimatica per verificare sul campo sia la rispondenza ai dati di progetto, sia l efficacia della soluzione massiva in laterizio adottata. La valutazione acustica L ottimizzazione acustica negli edifici abitativi si rende necessaria per migliorare la qualità della vita degli utenti. È noto, infatti, che un elevato rumore di fondo proveniente dall esterno (ad esempio, da assi viari di grande importanza) o rumorosità in genere, anche di tipo impulsivo, derivanti dalle normali attività domestiche svolte
in appartamenti adiacenti, possono innalzare indebitamente l esposizione umana al rumore e, di conseguenza, ridurre la qualità della vita degli ambienti abitati. Nel caso esaminato, trattandosi di un edificio monofamigliare, è stato verificato esclusivamente l indice di isolamento acustico standardizzato di facciata (D 2m,nT,w ). Essendo il fabbricato in esame ad uso residenziale, la verifica del rispetto dei limiti deve essere effettuata secondo i valori imposti per la categoria A dal DPCM: D 2m,nT,w = 40 db. Per la determinazione dell indice di isolamento acustico standardizzato di facciata (D 2m,nT,w ), si è proceduto in accordo con la norma UNI EN ISO 140-5, Acustica. Misurazione dell isolamento acustico in edifici e di elementi di edificio. Misurazioni in opera dell isolamento acustico per via aerea degli elementi di facciata e delle facciate. Le rilevazioni sono state eseguite ad un altezza di 1,7 m dal suolo, ad una distanza di 2,0 m dalla parete esterna ed all interno dello studio posto al piano terra, dove era presente il mobilio. Sulla base dei livelli sonori registrati, è stato possibile calcolare l indice del potere fonoisolante apparente di facciata, utilizzando la relazione: D 2m,nT,w = D 2m + 10 log (T/T 0 ) [db] dove: D 2m = L 1,2m L 2 è la differenza di livello; L 1,2m è il livello di pressione sonora esterno a 2,0 m dalla facciata, prodotto da un altoparlante con incidenza del suono di 45 sulla facciata stessa, opportunamente posizionato, secondo norma tecnica; L 2 è il livello di pressione sonora medio misurato nell ambiente interno; T è il tempo di riverberazione nell ambiente ricevente (secondi); T 0 è il tempo di riverberazione di riferimento, assunto pari a 0,5 sec. La strumentazione impiegata è conforme alle specifiche norme IEC 804 e 651 classe 1 e la relativa taratura è stata eseguita da un laboratorio autorizzato dal SIT (Servizio di Taratura Italiana). La calibrazione degli strumenti di misura è stata effettuata prima dell indagine per poi essere nuovamente verificata al termine della stessa. Il valore misurato è di 43,0 db. 4 3 5 Fig. 2. Particolare del nodo muro-solaio (misure in cm). Legenda: 1. intonaco esterno 2. tavella in laterizio (spess. cm 3) 3. cordolo (4 ø 16 - staffe ø 6-20) 4. muratura monoblocco 5. intonaco interno (a calce) 6. battiscopa 7. barriera antirumore 8. massetto 9. pavimento 10. massetto alleggerito (spessore impianti tecnologici) 11. impianto di riscaldamento a pavimento 12. intonaco interno (a calce) 13. solaio in laterocemento (h 20+4 cm). 1 3 2 6 7 8 9 12 11 13 10
Dai risultati ottenuti emerge il rispetto dei limiti relativi all isolamento di facciata delle pareti esterne esaminate, per la categoria A (abitazioni), secondo il D.P.C.M. 05/12/97 (40 db). È stata volutamente scelta per il rilievo una facciata caratterizzata dalla presenza di una porta-finestra, in quanto questa risulta piuttosto incidente in termini percentuali sulla prestazione della parete stessa. Il risultato ottenuto è, pertanto, piuttosto cautelativo sull isolamento acustico di facciata complessivo. 4 Risparmio energetico e comfort in un edificio a uso abitativo L analisi termica Per procedere all analisi termica, sono state individuate le caratteristiche geometriche e volumetriche del fabbricato in relazione all ambito territoriale. La verifica in opera delle prestazioni energetiche si è svolta secondo le seguenti modalità: 1. valutazione qualitativa delle caratteristiche dell involucro edilizio tramite indagine termografica; 2. misura della trasmittanza termica della parete di separazione verso l esterno mediante piastre termoflussimetriche; 3. calcolo dell Epi (indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale) mediante software conforme alle prescrizioni UNI. Analisi termografica Per ciò che concerne l analisi termografica, si riportano a titolo di esempio alcune considerazioni. Nella facciata sud-est (fig. 3) si nota soltanto una minima differenza di temperatura causata da una diversa esposizione al sole, evidenziata, tra l altro, dalla diversa ombreggiatura rispetto alle radiazioni solari mattutine. Il tetto a falda (fig. 4) non presenta problemi di isolamento, mostrando una distribuzione di temperatura omogenea. Infine, in corrispondenza del lato ovest (fig. 5), ombreggiato, si nota una grande uniformità termica della struttura muraria. In definitiva, l indagine termografica ha messo in evidenza solo minime variazioni che, anche in assenza di materiali isolanti specifici, mostrano risultati assolutamente positivi. Analisi termoflussimetrica della partizione verticale Con l analisi termoflussimetrica effettuata attraverso le apposite piastre si sono ottenuti i seguenti risultati: 1,710 m 2 K/W di resistenza, 0,584 W/m 2 K di trasmittanza, mentre il fattore di attenuazione è pari a 0,077 a fronte di 16 h e 14 di sfasamento. L immobile è collocato in zona E, con 2.522 GG, ed il progetto dell edificio è stato approvato nell aprile 2004, prima dell entrata in vigore dei D.Lgs. 192/05 e 311/06: non era pertanto soggetto agli obblighi relativi ai limiti di trasmittanza termica U; tale limite, al 1 gennaio 2006, era di 0,46 W/m 2 K per le strutture opache verticali. Com è noto, in base al comma 1 dell Allegato I del D.Lgs. 311/06, i valori di U possono essere aumentati del 30%, purché l edificio nel complesso rispetti il valore di Epi limite. Di conseguenza, nel caso specifico, il limite di trasmittanza termica da rispettare come obbligo di legge diventa U (+30%) = 0,598 W/m 2 K, decisamente in linea con il valore misurato in sito. Dalle valutazioni effettuate, risulta inoltre che la parete di separazione con l esterno presenta un elevata inerzia termica, generando uno sfasamento d onda superiore alle 16 ore, con benefici notevoli, specie nel periodo estivo.
A questo proposito, nonostante l impianto di climatizzazione estiva sia stato predisposto non è stata avvertita la necessità di effettuare l effettiva installazione. L inerzia termica, favorita dalle proprietà massive dell edificio, rappresenta una caratteristica importante per il controllo della climatizzazione degli spazi interni, sia in estate che in inverno: in estate, il calore accumulato dall involucro viene rilasciato gradualmente all interno degli ambienti con un periodo di ritardo, rimandando quindi il picco di calore e riducendo la necessità di raffrescamento; in inverno, il calore accumulato durante il giorno viene restituito agli ambienti nel tardo pomeriggio e durante la sera, quando è più necessario. Gli effetti positivi sono quantificabili attraverso due indici, rispettivamente lo sfasamento dell onda termica (che esprime il periodo di tempo necessario affinché il calore attraversi la parete e passi dall altro lato, nell ambiente interno dell edificio) e il fattore di decremento o attenuazione (un valore adimensionale dato dal rapporto fra il flusso massimo passante della parete capacitiva e il flusso massimo della parete a massa termica nulla). Proprio per questo, la vigente normativa termica prevede che le pareti opache verticali, orizzontali e inclinate, al punto 9 dell allegato I del D.Lgs. 311/06, debbano soddisfare il valore minimo di massa di 230 kg/m 2. Questo per le località in cui il valore medio mensile dell irradianza sul piano orizzontale (ad esclusione della zona F, ad esempio Belluno, Cuneo), nel mese di massima insolazione estiva, sia maggiore o uguale a 290 W/m 2. Nel caso esaminato, in particolare, la parete esterna presenta una massa superficiale di 429 kg/m 2, ben superiore a tale limite. Un altra verifica svolta ha riguardato la possibile formazione di condensa interna, partendo da dati di temperatura e pressione esterna medi mensili ed esaminando poi i mesi maggiormente critici. Dallo studio effettuato tramite appositi grafici, si evince che la pressione di vapore non interseca mai la retta della pressione di saturazione, scongiurando la formazione di condensa. 5 Analisi energetica Dalle valutazioni effettuate è emerso che l edificio presenta un consumo energetico annuale (Epi) pari a 69 kwh/m 2 a. Questo valore va confrontato con la tabella dell Allegato C della norma di riferimento, da cui risulta che per un edificio con rapporto di forma S/V = 0,67, in zona E, con 2.522 GG, si ha un valore limite di Epi pari a 82 kwh/m 2 a (con riferimento al 2010). È bene sottolineare, in particolare, che l analisi termografica ha dimostrato l assenza di disomogeneità costruttive, grazie alla scelta effettuata di realizzare la struttura in muratura portante con elementi di laterizio di buon spessore ed ottime proprietà termiche. I risultati ottenuti dalle piastre termoflussimetriche hanno evidenziato la congruenza tra il calcolo teorico e la misura in opera. In base a tutti questi elementi, si può affermare che il fabbricato, progettato precedentemente all emanazione dell attuale normativa, risulta conforme alle disposizioni in materia energetica (D.Lgs. 192/05 e s.m.i.). L analisi microclimatica Le misure ambientali effettuate all interno degli spazi abitativi hanno riguardato: temperatura dell aria; temperatura media radiante; umidità relativa; velocità dell aria; verifica delle condizioni di comfort.
Fig. 3 - Rilievo dell analisi termografica in corrispondenza della facciata sud-est. C 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 E t Min. Max 6 Risparmio energetico e comfort in un edificio a uso abitativo Fig. 4 - Rilievo dell analisi termografica del tetto a falda. Fig. 5 - Rilievo dell analisi termografica in corrispondenza del lato ovest. I rilevamenti sono stati effettuati con sonde poste a circa 1,1 m di altezza dal suolo e sono avvenuti durante la normale attività domestica degli abitanti, simulando una condizione rappresentativa della situazione da esaminare. Ogni singola misura ha avuto una durata sufficiente a rappresentare tale situazione, con una lettura dei parametri effettuata ogni minuto. Le posizioni di misura individuate, sia al piano terra che al primo piano (cucina-soggiorno al piano terra e soggiorno al primo piano), sono state scelte in quanto rappresentative degli spazi di maggior utilizzo e permanenza quotidiani da parte dei residenti.
L elaborazione dei dati ha portato ai seguenti risultati: temperatura interna nell abitazione: costante, attorno ai 19,3 C; tale valore rientra nella fascia del comfort climatico ottimale che va da 18 a 22 C; umidità relativa misurata all interno dell abitazione: 51% circa; anch essa compresa all interno degli standard termoigrometrici ottimali che vanno dal 40 al 60% di Rh. Una volta individuati questi parametri, è stato possibile, combinandoli, verificare le condizioni di comfort degli ambienti secondo le prescrizioni dell ASHRAE: i valori misurati ricadono senz altro all interno della zona di comfort per l abitazione in esame. Zona climatica E Gradi giorno GG 2.522 Superficie lorda riscaldata A = 630 m 2 Superficie netta riscaldata nei piani Au = 536 m 2 Volume lordo riscaldato V = 1.420 m 3 Volume netto riscaldato Vn = 1.065 m 3 Superficie disperdente S = 951 m 2 7 Rapporto di forma S/V = 0,67 m -1 Tabella 1 - Caratteristiche dell edificio ai fini dell analisi termica. temperatura ( C) pressione di saturazione (P o ) pressione nell interfaccia (P e ) P o P e spessore cm spessore cm Fig. 6 - Valutazione della formazione di condensa per il mese di gennaio.