3. 147 3.1 L involucro edilizio Tra le norme UNI indicate dal D.Lgs. 311/2006 troviamo, nell allegato M, la norma UNI EN ISO 832:2001 che sostituisce la UNI 10344, sostituita a sua volta dalle UNI TS 11300. La UNI 832:2001, a pag. 5, mostra un interessante grafico con indicato il bilancio energetico di un edificio standard e, nello schema, si possono individuare frecce di diverse dimensioni che indicano l incidenza dei vari flussi termici. Gli apporti solari, che contrastano per circa il 75% le perdite dovute alla ventilazione, contribuiscono in modo significativo al riscaldamento e riescono a contrastare per circa il 32% la dispersione termica dell involucro, data dalla somma delle perdite per trasmissione e ventilazione. La dispersione termica totale dell involucro, incide per il 64% sul bilancio totale che tiene conto anche delle perdite dovute al riscaldamento dell acqua calda sanitaria, le perdite tecniche, e gli apporti non utilizzati, comprende quella data dalla trasmissione (55% delle perdite dell involucro) e quella data dalla ventilazione (45% delle perdite dell involucro). Dallo schema traspare che le perdite per ventilazione consistono nel 28% delle perdite totali di calore, per questo oltre che dei problemi di isolamento termico occorre tenere conto di quelli legati alla ventilazione, che possono essere risolti con impianti di ventilazione controllata a recupero di calore (VMC). Dai dati forniti si può constatare come l isolamento termico sia senza dubbio il fattore più incidente sul bilancio energetico dell edificio per contrastare le perdite per trasmissione e, pertanto, occorre riservare particolare attenzione allo stesso. 3.1.1 I materiali coibenti Per poter rispettare le indicazioni sulla trasmittanza richieste della normativa si può intervenire utilizzando diversi sistemi d isolamento termico.
148 Nella scelta del tipo di isolante bisogna tenere in considerazione vari fattori tra cui le caratteristiche di accumulo termico (vedi Tab. 1.4), la conduttività termica l, la permeabilità al vapore δ, le modalità di messa in opera e i costi. I sistemi che possono essere adottati sono diversi e, dato che non si può avere un prodotto ideale adatto a ogni tipo di intervento, occorre scegliere caso per caso a seconda delle esigenze. I materiali adottati per diminuire la trasmittanza dell involucro e avere dunque meno perdite di calore sono: a) intonaci e calcestruzzi termoisolanti; b) i blocchi termoisolanti; c) i materiali riflettenti; d) i materiali sciolti termoisolanti; e) i pannelli coibenti. Capitolo 3 a) Intonaci e calcestruzzi termoisolanti Sono presenti sul mercato intonaci costituiti da calce idraulica NHL 3,5 (talvolta richiesta dalle sovrintendenza, è un buon compromesso tra resistenza ed elasticità) oppure NHL 5 (meno elastica ma più resistente alla compressione) e inerti naturali isolanti come minerali espansi, perliti e silici espansi, scaglie di sughero, calcare dolomitico granulato, che hanno ottime caratteristiche di permeabilità al vapore, di isolamento termico e di smorzamento e sfasamento dell onda termica. Essendo costituiti da pura calce idraulica, hanno un ottima compatibilità con gli intonaci dell edilizia storica. Occorre effettuare stratificazioni di circa 3-4 [cm] e, tra uno strato e l altro, è consigliato inserire una rete porta intonaco di rinforzo. La conducibilità termica l dei prodotti in calce idraulica in commercio varia tra i 0,040 [W / (m K)] e i 0,091 [W / (m K)]. Le malte termoisolanti commercializzate a base di calcestruzzo hanno, al loro interno, inerti come schiume laviche, perle di polistirene espanso, sughero e resina acrilica e la loro conducibilità termica l varia tra 0,051 [W / (m K)] e 0,25 [W / (m K)]. Esiste anche un tipo d intonaco idrorepellente, ma permeabile al vapore, composto da polvere di sughero, resina acrilica, grassi vegetali e acqua che viene messo in opera a spruzzo. Uno strato di circa 2 [cm] di termointonaco con l = 0,040 [W / (m K)] su una parete in pietra da 50 [cm] di spessore, permette di dimezzare la trasmittanza termica che passa da 2,25 [W / (m 2 K)] a 1,05 [W / (m 2 K)].
La posa, invece, di uno strato da 4 [cm] dello stesso, permette di ridurre la trasmittanza e dunque le perdite per trasmissione a un terzo, da 2,25 [W / (m 2 K)] a 0,69 [W / (m 2 K)]. 149 b) Blocchi termoisolanti I blocchi in laterizio alleggerito sono costituiti da un impasto, che ha al suo interno delle microporosità, che possono essere formate in fase di cottura da un impasto in cui è stata aggiunta farina di legno. All interno, invece delle grandi cavità del blocco, alcune case produttrici inseriscono materiale termoisolante come lana di roccia, granuli di basalto, perlite di pietra vulcanica, che conferiscono ottime caratteristiche termoisolanti. Questo tipo di blocchi, essendo rettificati, possono essere posati con un sottilissimo strato di malta, che deve avere caratteristiche d isolamento simili al blocco. Per la posa in opera di questi blocchi occorre un rullo stendimalta, che permette di avere giunti di circa 1 [mm], questo evita la formazione di fessurazioni in facciata e ponti termici. Il MURO IN PIETRA MURO IN PIETRA 2 cm di TERMOINTONACO λ = 0,040 W / (m K) MURO IN PIETRA 4 cm di TERMOINTONACO λ = 0,040 W / (m K),,, U = 2,25 W / (m 2 K) U = 1,05 W / (m 2 K) U = 0,69 W / (m 2 K) 2 R = 0,45 m K/W 2 R = 0,95 m K/W 2 R = 1,45 m K/W Fig. 3.1 L immagine mostra come, in un muro in pietra, un piccolo strato di coibente da 2 [cm] possa ridurre la trasmittanza della metà, mentre con 4 [cm] di circa 2/3. giunto può avere al suo interno una rete che ha la funzione di legare i blocchi tra loro; la rete può essere inserita sia manualmente sia per mezzo di uno speciale rullo, che stende malta e rete contemporaneamente. La conducibilità termica l dei blocchi in commercio varia tra 0,08 [W / (m K)] per i blocchi con isolante nelle cavità e 0,175 [W / (m K)] per blocchi vuoti. I blocchi in laterizio con coibente all interno degli interstizi garantisce un ottimo sfasamento e smorzamento dell onda termica, ad esempio quelli con perlite espansa nelle cavità, permettono, con spessori di 30 [cm], di raggiungere uno sfasamento di 18 ore e uno smorzamento dell onda termica del 90%. I blocchi a base di calcestruzzo che si trovano in commercio sono realizzati sia in calcestruzzo aerato autoclavato sia da normale calcestruzzo con inerti termoisolanti, come l argilla espansa o il vetro riciclato espanso; la conducibilità termica l del calcestruzzo cellulare autoclavato parte dai 0,09 [W / (m K)]. Vengono realizzati anche
150 blocchi costituiti da sabbia, calce, cemento e acqua, realizzati con lo stesso metodo di produzione in autoclave del calcestruzzo cellulare e che presentano la composizione chimica del minerale- silicato di calcio idrato. Sono commercializzati blocchi termoisolanti in fibra di legno-cemento o in puro legno che all interno delle cavità possono avere materiale maggiormente isolante, come la fibra di legno, l argilla e trucioli di legno, la fibra di cellulosa, il sughero o materiali sintetici come il polistirene. La conducibilità termica l dei blocchi in legno con argilla e trucioli di legno è di 0,041 [W / (m K)]. Si trovano anche pannelli composti da strati di legno massello con scanalature, fissati senza collanti ma con chiodi in alluminio che, con uno spessore di 29,5 [cm], raggiungono una trasmittanza U = 0,29 [W / (m 2 K)]. c) Materiali riflettenti Si può migliorare l isolamento termico dell involucro anche con materiali riflettenti a limitato spessore, come guaine riflettenti, vernici riflettenti e coibenti riflettenti. Le guaine riflettenti vengono prodotte sotto forma di freni o barriere al vapore, oppure di guaine impermeabili all acqua ma permeabili al vapore. I produttori ritengono che con l uso di alcuni tipi di guaina si possa ottenere fino al 10% in meno di perdite di calore e le caratteristiche dipendono dall emissività del materiale riflettente. Le vernici riflettenti possono essere bianche o metallizzate e vengono utilizzate su qualsiasi tipo di copertura per limitare il surriscaldamento estivo. Tali vernici possono essere utilizzate anche in prossimità dei ponti termici per diminuire, nella stagione invernale, la temperatura superficiale degli stessi e limitare il fenomeno della condensazione. Sono in commercio inoltre isolanti termici a spessori ridotti che si basano sulla riflessione: uno spessore di 3 [cm] di questo prodotto equivale a 20 [cm] di coibente tradizionale, però, avendo essi al loro interno fogli di alluminio, non hanno caratteristiche di permeabilità al vapore. Capitolo 3 d) Materiali sfusi termoisolanti Possono essere utilizzati come isolante termico anche materiali sciolti usati a secco o utilizzati come inerte all interno di malte: granulato secco di roccia vulcanica, che viene utilizzato per sottofondi a secco nei solai lignei; argilla espansa usata a secco o impastata con malta;
vermiculite espansa che ha la caratteristica di trattenere l umidità, quindi non adatta ad ambienti con possibile presenza di acqua; perlite espansa usata per l alleggerimento di sottofondi, intonaci o calcestruzzo alleggerito. Questo tipo di perlite viene anche prodotta a grossa volumetria e viene usata per il termoisolamento di sottotetti non praticabili o per pavimenti a secco. È in commercio anche un tipo di perlite adatta ad ambienti umidi; perle a cella chiusa di polistirene espanso; polistirolo espanso sfuso; fibra di cellulosa; lana di pecora; frammenti di vetro cellulare che possono essere utilizzati anche come inerte per malte o come vespaio non areato che svolge anche la funzione coibente. I materiali sciolti leggeri come la perlite espansa o fiocchi di cellulosa vengono generalmente insufflati nelle intercapedini tramite una pompa specifica di dimensioni contenute e tubo flessibile. Tale lavorazione non è particolarmente invasiva in quanto per effettuare l insufflaggio è sufficiente praticare fori di circa 5 [cm] di diametro. Nelle intercapedini comunicanti l operazione è piuttosto semplice in quanto sono sufficienti meno fori rispetto a intercapedini che presentano interruzioni di continuità. e) Pannelli termoisolanti I pannelli si possono distinguere tra permeabili al vapore e non. Quelli permeabili al vapore sono maggiormente indicati per le strutture lignee poiché, in caso di infiltrazione d acqua, permettono l asciugatura ed evitano il deterioramento del legno, oppure per le pareti soggette a notevole passaggio di vapore acqueo come quelle in prossimità di bagni o cucine. In linea di massima (purché con la verifica della condensa interstiziale si accerti che la portata di vapore condensato non superi i 500 [g/m 2 ] e che, quindi, si abbiano quantità di vapore rievaporabile), i pannelli permeabili al vapore sono sempre consigliabili, in quanto permettono il passaggio di vapore in tutte e due le direzioni: nella stagione estiva verso l interno, nell invernale verso l esterno. Inoltre se l involucro possiede tali caratteristiche, l eventuale condensazione interstiziale formatasi d inverno si asciuga in estate. 151
152 e.1 Pannelli permeabili al vapore (vedi 1.1.5) I pannelli permeabili al vapore che si possono utilizzare sono: pannelli ai silicati di calcio; lana di roccia formata dalla fusione di rocce vulcaniche, anche con lato esterno a maggiore densità per fare aderire meglio l intonaco; lana di vetro; pannelli in fibra di legno (detti anche pannelli in lana di legno), anche con strato esterno a maggiore aderenza per migliorare l aggrappaggio dell intonaco o pannelli in fibra di legno incollati a tavole di legno (che però perdono la traspirabilità per la presenza distribuita di colla); pannelli in fibra di legno-cemento che hanno anche un ottima capacità di accumulo termico; sughero; pannelli composti da scarti di lavorazioni tessili; pannelli in fibre vegetali come kenaf o canapa; tappeti in lana; isolanti traspiranti in polistirene espanso (EPS); pannelli traspiranti con μ = 5,5 a base di perlite espansa idrofuga, fibre di vetro e leganti asfaltici, utilizzati nelle coperture; pannelli flessibili in fiocchi di poliuretano espanso agglomerati tramite resine poliuretaniche, che derivano da sfridi di lavorazioni industriali e per questo sono un prodotto economico. 3.1.2 Conducibilità termica ed etichetta Capitolo 3 UNI 10351 e UNI EN ISO 10456 Secondo la UNI 10351, il valore di conducibilità termica utile di calcolo λ può essere utilizzato per il calcolo della trasmittanza termica, questo infatti tiene in considerazione il coefficiente m, espresso in percentuale, che dipende dall umidità, dall invecchiamento, dal costipamento dei materiali sfusi e della posa in opera che potrebbe non essere perfetta. Tale coefficiente m può variare di molto a seconda del tipo di materiale.
La conducibilità termica indicativa di riferimento λ m invece è quella apparente, misurata in laboratorio su campioni di spessore 10 [cm], alla temperatura di 293 [ K], con gli apparecchi indicati nelle norme UNI 7745 e UNI 7891. Nella UNI 10351, al p.to 1, viene indicato che la norma debba essere impiegata solo quando non esistano altre norme specifiche per il materiale considerato. Per il calcolo della trasmittanza termica delle superfici opache, si deve fare riferimento al p.to 11.1.1 della UNI/TS 11300-1, in cui viene indicato che le proprietà termofisiche dei materiali siano ricavate dai dati di accompagnamento della marcatura CE oppure dalla UNI 10351 o dalla UNI EN 1745, che fa generalmente riferimento alla UNI EN ISO 10456. La UNI EN ISO 10456, derivata dalla norma internazionale ISO 10456, non fornisce coefficienti di conversione per l effetto dell invecchiamento o altri effetti quali la convezione o il costipamento, che possono essere presenti nelle norme specifiche di un particolare materiale. In Italia la UNI EN ISO 10456 è stata recepita dalla norma tecnica UNI 10456. Per i calcoli di resistenza termica relativi a murature o solai, sempre secondo la UNI/TS 11300-1, si deve fare riferimento alla norma specifica UNI EN 1745, ci si deve riferire ai dai dati di accompagnamento della marcatura CE oppure dalla UNI 10355 o dalla UNI EN 1745. La UNI 10351 è in fase di revisione e probabilmente in futuro verrà utilizzata solamente per lo studio di edifici esistenti nei casi in cui non si possono sapere le caratteristiche tecniche del materiale impiegato. UNI 10456 e conducibilità termica dichiarata l d La norma distingue il valore termico dichiarato dal valore termico di progetto. Il valore termico dichiarato è quello valutato con dati certi misurati come la temperatura e l umidità. Tale valore riportato corrisponde a quello calcolato in base ad una ragionevole previsione della durata del materiale. Il valore termico di progetto corrisponde a quello di un materiale edile nelle sue reali condizioni di utilizzo: tipologia dell elemento edilizio e condizioni termo igrometriche del luogo di posa. Nel testo vengono specificate le condizioni di temperatura (10 o 23 [ C]) e umidità alle quali devono essere effettuate le prove di laboratorio con determinati strumenti di misura e le modalità di arrotondamento dei valori misurati o calcolati. Vengono indicati anche i metodi per determinare il coefficienti di conversione dovuti alla variazione della temperatura e dell umidità. 153
Capitolo 3 154 Nella norma non compaiono fattori di maggiorazione relativi alla posa come nella UNI 10351 e viene specificato come variare il valore di lambda in funzione dell invecchiamento del materiale. Il valore di conducibilità termica da utilizzare nei calcoli della trasmittanza dell involucro, dovrà essere opportunamente calcolato dal progettista tenendo in considerazione le condizioni ambientali a cui verrà sottoposto il materiale coibente. Il dato da cui partire è la l d dichiarata dal produttore e presente sull etichetta CE, maggiorata in base a particolari condizioni di posa, temperatura e umidità (vedi UNI EN 1745 e UNI EN ISO 10456). Fattori di maggiorazione m Fattori di maggiorazione m di alcuni materiali coibenti ordinati in ordine decrescente, secondo la UNI 10351. I valori sono da adottarsi qualora non vi siano indicazioni specifiche su norme tecniche relative al singolo materiale e tengono conto anche dell invecchiamento, dunque tali fattori sono peggiorativi se applicati a conducibilità termiche dichiarate che tengono in considerazione l invecchiamento. Pannelli di sughero 10% Fibra di vetro 10% Polistirene espanso 10% Argilla espansa sfusa (3-25 [mm] f) 15% Calcestruzzo 15% Mattoni forati ad alta densità (1.600 [Kg/m 3 ]) 18% Legnami 20% Pannelli in fibre di legno 20% Materiali sfusi espansi: perlite, polistirolo (0,1-2,3 [mm] f) 20% Calcestruzzo con argilla espansa 20% Lana di roccia 20% Calcestruzzo cellulare 25% Pannelli ai silicati di calcio 35% Calcestruzzo con perlite e vermiculite espansa 40% Fibra di cellulosa 45% Mattoni forati a media densità (1.000 [Kg/m 3 ]) 48% Mattoni forati a bassa densità (600 [Kg/m 3 ]) 90%
Nell elenco sottostante altre norme dove sono presenti indicazioni sul calcolo delle caratteristiche tecniche di materiali specifici. 155 Norma tecnica Materiale Sigla UNI EN 13162 Lana minerale MW UNI EN 13163 Polistirene espanso EPS UNI EN 13164 Polistirene estruso XPS UNI EN 13165 Poliuretano PUR UNI EN 13167 Vetro cellulare espanso CG UNI EN 13168 Lana di legno WW UNI EN 13171 Fibra di legno WF UNI EN 14063-1 argilla espansa ap UNI EN 14316-1 argilla espansa ep È importante dunque leggere attentamente le schede tecniche dei produttori in modo da comprendere quale sia effettivamente il valore di conducibilità termica l da considerare nei calcoli. Secondo l AIPE (Associazione Nazionale Polistirene espanso), per i calcoli relativi alla trasmittanza termica di un involucro con coibente in polistirene, si usa il lambda d indicato nella marcatura CE (vedi norma del materiale UNI EN 13163 e UNI EN 13164, dove si indicano requisiti per la marchiatura CE e l obbligo di indicare nel marchio il valore lambda d). Il lambda d è calcolato secondo la EN 12667. Per il polistirene non occorre dunque utilizzare fattori di maggiorazione per la posa, purché la posa avvenga a regola d arte. l di base e l di progetto La norma Europea di riferimento per la determinazione dei valori termici dichiarati e di progetto dei materiali e prodotti per l edilizia è la UNI EN ISO 10456 (mentre la norma specifica per muratura e prodotti per muratura è la UNI EN 1745). Vi sono diversi tipi di valore di lambda di seguito descritti.
Capitolo 3 156 l 90/90 È un valore utilizzato per i materiali coibenti che possiedono una norma di prodotto, misurato in laboratorio mediante prove su campioni a determinate condizioni termo igrometriche. Il valore di l deve rappresentare almeno il 90% della produzione determinato a un livello di confidenza (stima intervallare) del 90% (l 90/90 ); l u di progetto È il valore di conducibilità termica che deve essere utilizzato per i calcoli e dovrà essere modificato in base alle condizioni termo igrometriche previste per la posa reale del materiale. Le modalità per correggere i valori sono trattate nella norma UNI EN 10456. Per quanto riguarda murature ed elementi per murature si fa riferimento alla norma UNI EN 1745:2005 che definisce i metodi per determinare i valori di progetto, determinati a partire dai valori base della conduttività termica l. La l, secondo UNI EN 1745, può essere valutata secondo tre differenti procedimenti: 1. uso di l tabulate; 2. misurazioni di l; 3. calcolo della l equivalente. l di base (per elementi in muratura solidi, privi di cavità interne) a. l 10,dry di base tabulate (Appendice A- UNI EN 1745). Sono valori tabellari che vengono determinati in base alla densità del materiale. b. l di base misurata. Vengono effettuate misurazioni sulla base di provini prelevati dagli elementi della muratura. l u di progetto Il valore viene calcolato dal progettista partendo dai valori di base presenti sull etichetta CE, in base alle condizioni termo igrometriche e al particolare tipo di posa. Per i coefficienti di conversione dell umidità si veda la UNI EN 1745 e la UNI EN ISO 10456 a meno che il prodotto non abbia specifiche norme di prodotto. l u equivalente Il valore è ottenuto da misurazioni di prova effettuate dal produttore ai sensi della UNI EN 1745 p.to 5.1.
Etichetta La Commissione europea, con la direttiva 89/106/CE relativa ai prodotti per il settore edile, autorizza l immissione sul mercato dei materiali coibenti nella comunità europea, se gli stessi sono sottoposti a marchiatura. Gli isolanti termici dunque presentano, su ogni imballaggio, un etichetta con indicazioni relative a: nome del prodotto; marchio e indirizzo del produttore; numero della norma a cui si riferisce il prodotto; codice del prodotto e dell organismo certificatore; reazione al fuoco Euroclasse ; spessore; resistenza termica dichiarata; conducibilità termica dichiarata. 157 3.1.3 Tabelle sulle caratteristiche termiche di materiali da costruzione Nelle tabelle vengono indicati i parametri utili al certificatore come la conducibilità termica dichiarata λ e la permeabilità al vapore a campo asciutto δ a, che rappresenta la permeabilità determinata nell intervallo di umidità relativa Fig. 3.2 Etichette con marchio CE poste sull imballaggio dei materiali coibenti. Sulle etichette sono presenti i valori della conducibilità termica dichiarata l d. compreso tra 0 e 50%, utilizzata per la verifica di Glaser (vedi UNI 10351 e 1.1.6). In certi prodotti, per quantificare la permeabilità al vapore, è stato utilizzato il fattore di resistenza al vapore μ. I valori di conducibilità termica, densità, calore specifico e permeabilità al vapore sono stati ricavati da schede tecniche dei produttori di materiali, da documentazione CasaClima, da norme tecniche e letteratura scientifica. Dato che a parità di materiale, le caratteristiche fisico-chimiche possono variare, sono stati elencati i valori che ricorrono maggiormente tra i vari produttori.