La riqualificazione energetica degli edifici esistenti Analisi dei ponti termici Alessandra Romagnoli, PhD Student, Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche (DIISM), Università Politecnica delle Marche. Federica Stoppini, Assegnista di Ricerca, Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche (DIISM), Università Politecnica delle Marche. Seit Shahini, Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche (DIISM), Università Politecnica delle Marche. Costanzo Di Perna, Professore Associato, Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche (DIISM), Università Politecnica delle Marche. INTRODUZIONE Il Decreto del Ministero dello Sviluppo Economico, 26 giugno 2015, Applicazione delle metodologie di calcolo delle prestazioni energetiche e definizione delle prescrizioni e dei requisiti minimi degli edifici [1], noto come Decreto Requisiti Minimi, ha modificato le procedure di calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici e inserito nuovi parametri più restrittivi sia per edifici di nuova costruzione che per quelli sottoposti a ristrutturazione [2]. Nella tabella 4, paragrafo 6.1, Allegato 1, del Decreto Requisiti Minimi, sono riportate le prescrizioni, i requisiti e le verifiche di legge per ogni tipologia di intervento. Nell applicazione di queste prescrizioni si riscontra una problematica difficilmente risolvibile, relativa al coefficiente medio globale di scambio termico per trasmissione per unità di superficie disperdente (H T), nella ristrutturazione di secondo livello e alla verifica dei valori limite di trasmittanza dell involucro edilizio considerati comprensivi dell effetto dei ponti termici nel caso di riqualificazione energetica. In particolare per la ristrutturazione di secondo livello, il decreto recita: Per gli interventi sugli edifici esistenti compresi nel campo di applicazione di cui al paragrafo 4.1, per la porzione di involucro dell edificio interessata ai lavori di riqualificazione energetica, il progettista verifica: che il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione per unità di superficie disperdente H T, determinato per l intera porzione dell involucro oggetto dell intervento (parete verticale, copertura, solaio, serramenti, ecc.), comprensiva di tutti i componenti, su cui si è intervenuti, risulti inferiore al pertinente valore limite riportato alla quarta riga, della Tabella 10, dell Appendice A, per tutte le categorie di edifici. Tale comma, oltre a presentare problemi di interpretazione relativa all oggetto su cui verificare l H T, crea, per edifici con superfici vetrate superiori al 30/40 %, un impossibilità tecnico-economica di realizzazione dell intervento di efficientamento energetico. Inoltre la verifica della trasmittanza termica, comprensiva dei ponti termici, viene ad oggi svolta dal tecnico operando principalmente, in caso di ponti termici ineliminabili, sull aumento dello spessore di isolante della parete corrente. Giugno 2017 1
Così facendo si modifica sostanzialmente il rapporto costi-benefici che con la procedura prevista dal cost-optimal ha identificato i valori delle trasmittanze della tabella come ottimali per la parete da riqualificare. L incidenza dei ponti termici sui valori limite di trasmittanza dell involucro risulta estremamente significativa nella riqualificazione di edifici esistenti, realizzati per la maggior parte negli anni 70/ 80. La riqualificazione energetica degli involucri di questi edifici viene effettuata attraverso le tecniche di isolamento a cappotto esterno, interno o con l isolamento dell intercapedine d aria presente nei muri a cassetta. Tali interventi non permettono di eliminare completamente alcuni ponti termici che quindi vanno ad influenzare notevolmente il valore limite della trasmittanza termica della parete corrente. Nel proporre una soluzione al problema, senza modificare i parametri di verifica prescrittiva del Decreto, si è realizzato uno studio per valutare un archivio di valori limite di trasmittanza termica lineica di ponti termici critici al variare della zona climatica e della tecnica di isolamento prevista per la riqualificazione. Tale studio sarà alla base di una proposta per permettere di identificare nella tabella del Decreto il valore limite della sola parete corrente, non comprensiva dei ponti termici, rimandando quest ultimi ad una diversa verifica. Così sarà più semplice per il tecnico quantificare lo spessore dell isolamento della parete corrente e determinare i valori di trasmittanza termica lineica che dovrebbero avere i ponti termici in opera dopo l intervento di riqualificazione energetica. ANALISI DEI PONTI TERMICI: FASI DI STUDIO A seguito delle considerazioni di cui sopra è stato svolto uno studio sui principali ponti termici ineliminabili presenti negli edifici esistenti come meglio schematizzati nella seguente tabella: Ponte termico/intersezione 1) Pilastro 2) Solaio interpiano 3) Aggancio balcone 4) Angolo 5) Parete interna 6) Copertura 7) Angolo convesso 8) Finestra Tabella 1 - di ponte termico analizzate. Per ogni tipologia di ponte termico sono state valutate quattro casistiche: edifici esistenti con intercapedine d aria non isolata, con intercapedine isolata, con isolamento esterno e con Giugno 2017 2
isolamento interno. E stato inoltre creato uno specifico codice secondo il seguente schema (Tipologia ponte termico Tipo di isolamento Zona climatica): Tipologia ponte termico Tipo di isolamento Zona climatica Pilastro (PI) Intercapedine d aria non Solaio interpiano (SI) isolata (INISO) Aggancio balcone (AB) Intercapedine d aria isolata Angolo (A) (IISO) B-C-D-E-F Parete interna (PARI) Isolamento esterno (ISOE) Copertura (COP) Angolo convesso (AC) Finestra (FI) Isolamento (ISOINT) Tabella 2 - Schema identificativo ponte termico. Lo spessore dell isolante inserito, per ogni casistica di ponte termico ed in base alla zona climatica, è stato valutato in relazione allo specifico limite di trasmittanza previsto per 2019/2021 (Tabella 1, Appendice B del DM 26/06/2015) ed approssimato per eccesso. In particolare per l isolamento interno, il limite è stato maggiorato del 30% mentre lo spessore dell isolamento in intercapedine è pari alle dimensioni della stessa, essendo questo il limite massimo accettabile. I materiali sono stati identificati sulla base di indicazioni delle associazioni di categoria. L analisi dei ponti termici, sopra indicati, è stata condotta con un software agli elementi finiti. Sono stati ottenuti, come risultati della simulazione, la distribuzione dell andamento della temperatura, del flusso e dell umidità relativa dei vari nodi studiati e i coefficienti lineici totali calcolati in accordo con la UNI EN ISO 10211 [3]. E stata anche effettuata la verifica termoigrometrica richiesta dal Decreto secondo la norma UNI EN ISO 13788. Si riportano gli schemi riepilogativi dei ponti termici analizzati nel caso di isolamento applicato all esterno. Analogamente sono stati studiati gli stessi ponti termici con le altre soluzioni proposte relative alla diversa applicazione dello strato di isolante. Giugno 2017 3
1) PILASTRO 2) SOLAIO INTERPIANO 3) AGGANCIO BALCONE 4) ANGOLO 5) PARETE INTERNA 6) COPERTURA 7) ANGOLO CONVESSO 8) FINESTRA Tabella 3 Riepilogo tipologie ponti termici per edifici esistenti con isolamento esterno Giugno 2017 4
CASO DI STUDIO: ESEMPIO SOLAIO INTERPIANO Si riporta a titolo esemplificativo il caso di studio condotto per il ponte termico del solaio interpiano per la zona climatica D (Roma). EDIFICI ESISTENTI CON INTERCAPEDINE D ARIA NON ISOLATA EDIFICI ESISTENTI CON INTERCAPEDINE D ARIA ISOLATA SI-INISO-D U PARETE = 0,988 [W/mqK] SI-IISO-D U PARETE = 0,43 [W/mqK] EDIFICI ESISTENTI CON ISOLAMENTO ESTERNO EDIFICI ESISTENTI CON ISOLAMENTO INTERNO SI-ISOE-D U PARETE = 0,314 [W/mqK] SI-ISOINT-D U PARETE = 0,397 [W/mqK] Tabella 4 - Rappresentazione grafica ponte termico nelle quattro casistiche ZONA D. Giugno 2017 5
La parete esterna esistente è costituita da due blocchi in laterizio (sp=12+12 cm), con intercapedine d aria (sp=6 cm), intonacata esternamente e internamente (sp=1,5+1,5 cm). Il solaio interpiano è in laterocemento (sp=20+4cm) con massetto alleggerito (sp=8cm), massetto ordinario (sp=7cm) e pavimentazione in piastrelle in ceramica (sp=1cm). L isolante in intercapedine (sp=6 cm) e quello interno (sp=6cm) hanno conduttività pari a 0,040 W/mK mentre l isolante esterno (sp=8 cm) ha conduttività pari a 0,037 W/mK. Una volta discretizzato il ponte termico nei software indicati, sono state calcolate le trasmittanze termiche lineiche interne ed esterne, previa verifica della condensa superficiale ed interstiziale. RISULTATI Le tabelle riportano i valori delle trasmittanze termiche lineiche per tutti i ponti termici analizzati nelle cinque zone termiche individuate. Zona Climatica : B AGRIGENTO ( AG ) Ponte termico/ Intersezione Isolamento Esterno [ISOE] Isolamento Interno [ISOINT] Isolamento in intercapedine [IISO] Struttura esistente [INISO] Pilastro [PI-X-B] Solaio interpiano [SI-X-B] Aggancio balcone [AG-X-B] Angolo [A-X-B] Parete interna [PARI-X-B] Copertura [COP-X-B] Angolo convesso [AC-X-B] Finestra [FI-X-B] 0,051 0,051 0,097 0,097 0,849 0,849 0,585 0,585 0,189 0,032 0,669 0,463 0,757 0,579 0,739 0,329 0,590 0,441 0,665 0,469 0,695 0,526 0,680 0,289 0,200-0,094 0,081-0,285 0,463 0,180 0,359-0,294 0,041 0,000 0,115 0,060 0,047 0,000 0,108-0,001 0,506 0,210 0,072-0,291 0,567-0,095 0,515-0,356-0,233 0,062-0,090 0,277 0,257 0,541-0,185 0,467 0,083 0,083 0,045 0,045-0,082-0,082-0,040-0,040 Tabella 4 - Valori trasmittanze lineiche ponti termici ZONA B. Giugno 2017 6
Zona Climatica : C BARI ( BA ) Ponte termico/ Intersezione Pilastro [PI-X-B] Solaio interpiano [SI-X-B] Aggancio balcone [AG-X-B] Angolo [A-X-B] Parete interna [PARI-X-B] Copertura [COP-X-B] Angolo convesso [AC-X-B] Finestra [FI-X-B] Isolamento Esterno [ISOE] Isolamento Interno [ISOINT] Isolamento in intercapedine [IISO] Struttura esistente [INISO] 0,042 0,042 0,075 0,075 0,849 0,849 0,585 0,585 0,168 0,026 0,660 0,477 0,757 0,579 0,739 0,329 0,588 0,453 0,666 0,492 0,695 0,526 0,680 0,289 0,187-0,087 0,068-0,267 0,463 0,180 0,359-0,294 0,038 0,000 0,115 0,067 0,047 0,000 0,108-0,001 0,508 0,226 0,066-0,276 0,567-0,095 0,515-0,356-0,220 0,054-0,082 0,252 0,257 0,541-0,185 0,467 0,093 0,093 0,057 0,057-0,082-0,082-0,040-0,040 Tabella 5 - Valori trasmittanze lineiche ponti termici ZONA C. Zona Climatica : D ROMA ( RM ) Ponte termico/ Intersezione Isolamento Esterno [ISOE] Isolamento Interno [ISOINT] Isolamento in intercapedine [IISO] Struttura esistente [INISO] Pilastro [PI-X-D] 0,034 0,034 0,059 0,059 0,849 0,849 0,585 0,585 Solaio interpiano [SI-X-D] 0,152 0,021 0,650 0,486 0,757 0,579 0,739 0,329 Aggancio balcone [AG-X-D] 0,587 0,463 0,665 0,508 0,695 0,526 0,680 0,289 Angolo [A-X-D] 0,175-0,082 0,058-0,252 0,463 0,180 0,359-0,294 Parete interna [PARI-X-D] 0,034 0,000 0,114 0,071 0,047 0,000 0,108-0,001 Copertura [COP-X-D] 0,512 0,251 0,056-0,255 0,567-0,095 0,515-0,356 Angolo convesso [AC-X-D] -0,209 0,049-0,078 0,232 0,257 0,541-0,185 0,467 Finestra [FI-X-D] 0,102 0,102 0,067 0,067-0,082-0,082-0,040-0,040 Tabella 6 - Valori trasmittanze lineiche ponti termici ZONA D. Giugno 2017 7
Zona Climatica : E MILANO ( MI ) Ponte termico/ Intersezione Isolamento Esterno [ISOE] Isolamento Interno [ISOINT] Isolamento in intercapedine [IISO] Struttura esistente [INISO] Pilastro [PI-X-D] Solaio interpiano [SI-X-D] Aggancio balcone [AG-X-D] Angolo [A-X-D] Parete interna [PARI-X-D] Copertura [COP-X-D] Angolo convesso [AC-X-D] Finestra [FI-X-D] 0,025 0,025 0,048 0,048 0,849 0,849 0,585 0,585 0,127 0,015 0,641 0,491 0,757 0,579 0,739 0,329 0,578 0,472 0,664 0,521 0,695 0,526 0,680 0,289 0,156-0,075 0,520-0,237 0,463 0,180 0,359-0,294 0,029 0,000 0,113 0,073 0,047 0,000 0,108-0,001 0,513 0,278 0,051-0,241 0,567-0,095 0,515-0,356-0,189 0,041-0,074 0,215 0,257 0,541-0,185 0,467 0,115 0,115 0,076 0,076-0,082-0,082-0,040-0,040 Tabella 7 - Valori trasmittanze lineiche ponti termici ZONA E. Zona Climatica : F CUNEO ( CN ) Ponte termico/ Intersezione Isolamento Esterno [ISOE] Isolamento Interno [ISOINT] Isolamento in intercapedine [IISO] Struttura esistente [INISO] Pilastro [PI-X-D] Solaio interpiano [SI-X-D] Aggancio balcone [AG-X-D] Angolo [A-X-D] Parete interna [PARI-X-D] Copertura [COP-X-D] Angolo convesso [AC-X-D] Finestra [FI-X-D] 0,021 0,021 0,040 0,040 0,849 0,849 0,585 0,585 0,117 0,013 0,631 0,494 0,757 0,579 0,739 0,329 0,575 0,477 0,660 0,529 0,695 0,526 0,680 0,289 0,148-0,072 0,047-0,225 0,463 0,180 0,359-0,294 0,027 0,000 0,112 0,075 0,047 0,000 0,108-0,001 0,513 0,288 0,047-0,228 0,567-0,095 0,515-0,356-0,181 0,039-0,071 0,200 0,257 0,541-0,185 0,467 0,121 0,121 0,083 0,083-0,082-0,082-0,040-0,040 Tabella 8 - Valori trasmittanze lineiche ponti termici ZONA F. Giugno 2017 8
I grafici sottostanti mostrano l andamento della trasmittanza termica lineica, sistema di riferimento interno o esterno, per ogni ponte termico analizzato (solo per i casi di isolamento interno ed esterno) relativo a tutte le zone climatiche. Grafico 1 Andamento trasmittanza termica lineica per isolamento esterno. Grafico 2 Andamento trasmittanza termica lineica per isolamento interno. Giugno 2017 9
CONCLUSIONI L applicazione del Decreto Requisiti Minimi in alcune situazioni crea una serie di problematiche difficilmente risolvibili da parte del progettista. Con lo studio effettuato si vuole dare un supporto per la risoluzione di queste problematiche. L analisi è stata effettuata sui ponti termici, non eliminabili, presenti negli edifici esistenti ed è stato valutato il valore della trasmittanza termica lineica a seguito di interventi di riqualificazione energetica dell involucro opaco relativamente all isolamento interno, esterno a cappotto e in intercapedine. I risultati mostrano che alcune tipologie di ponti termici, anche dopo gli interventi di isolamento proposti, continuano ad avere una notevole influenza sulla parete corrente. BIBLIOGRAFIA [1] Decreto del Ministero dello Sviluppo Economico, 26 giugno 2015 - Applicazione delle metodologie di calcolo delle prestazioni energetiche e definizione delle prescrizioni e dei requisiti minimi degli edifici. [2] Costanzo Di Perna, Alessandra Romagnoli, Giulia Ulpiani, I nuovi Requisiti Minimi per l efficienza energetica degli edifici: applicazione ad un caso di studio, Costruire in Laterizio 166. [3] UNI EN ISO 10211:2008. Ponti termici in edilizia - Flussi termici e temperature superficiali - Calcoli dettagliati. Giugno 2017 10