Sistema a cappotto e doppia parete. Analisi delle prestazioni
TAG:
bioedilizia, involucro, isolamento acustico, isolamento termico, materiali, risparmio energetico
Vota questa notizia (4 voti):
bioedilizia, involucro, isolamento acustico, isolamento termico, materiali, risparmio energetico
Vota questa notizia (4 voti):
Condividi:
Invia ad un amico
Stampa
di Andrea Campioli, Monica Lavagna, Michele Paleari, Davide Mondini
La ricerca presenta e commenta le prestazioni termiche, acustiche, ambientali ed economiche di alcune soluzioni di involucro, costituite da elementi in laterizio porizzati e forati, secondo le tipologie costruttive a cappotto e a doppia parete. I dati utilizzati sono frutto di una capillare ricerca svolta indagando caratteristiche e prestazioni di prodotti e soluzioni costruttive correntemente adottate.
Nell’ultimo quinquennio, il tema della sostenibilità ambientale in edilizia ha assunto una notevole importanza nel settore delle costruzioni. Esso viene correntemente perseguito incrementando il contenimento dei consumi energetici nella climatizzazione degli ambienti abitati, mediante la riduzione delle dispersioni termiche che interessano l’involucro e attraverso la ricerca di una maggiore efficienza degli impianti. Questa posizione è ampiamente dimostrata dalla proliferazione di norme, a partire dalle Direttive in merito dell’Unione Europea, e sistemi di certificazione che puntano decisamente sull’annullamento dei consumi energetici in fase d’uso, proponendo un modello di edificio “ad energia zero” e “a zero emissioni” di carbonio.
Concentrarsi principalmente sulla fase d’uso degli edifici trova giustificazione nel fatto che, per una costruzione corrente, realizzata con tecniche tradizionali fino agli anni ’90, l’impatto energetico/ ambientale di quest’ultima rappresenta l’80-90% del “peso” totale. Il progressivo miglioramento delle condizioni di esercizio, a seguito dell’introduzione delle norme relative all’efficienza energetica in edilizia, ha comportato un notevole ridimensionamento di questo sbilancio, con la riduzione dei consumi operativi e il parallelo incremento di quelli derivanti dalla costruzione dell’opera. In particolare, la necessità di conseguire un’elevata prestazione in termini di riduzione delle dispersioni termiche imputabili all’involucro ha comportato l’esigenza di incrementare notevolmente gli spessori delle chiusure opache e, conseguentemente, i quantitativi di materiale prodotto, trasportato e posato in opera.
Negli ultimi anni, diversi studi hanno indagato il rapporto tra i consumi energetici dovuti alla fase d’uso e l’energia incorporata nei materiali da costruzione, adottando un approccio di valutazione in un’ottica di ciclo di vita, applicando il metodo Life Cycle Assessment (LCA), e dimostrando che l’energia incorporata nei materiali può assumere un ruolo significativo rispetto all’energia spesa durante la fase d’uso (nota 1).
Valutazione dell’energia e della CO2 incorporate nell’involucro
In un’ottica di sostenibilità, la scelta della componente di involucro opaco implica una valutazione articolata che tenga in considerazione molteplici aspetti, superando il comune approccio che tiene in conto generalmente solo i parametri del minor costo di costruzione e della efficace performance di isolamento termico per rispondere alla prescrizione normativa.
Al contrario, il concetto di involucro quale componente costruttiva complessa, chiamata a rispondere a molteplici prestazioni, porta a valutare contemporaneamente più aspetti e a scegliere la soluzione più idonea, letta come composizione di più materiali che contribuiscono al raggiungimento del risultato complessivo. Alla prima istanza, ovvero la limitazione della dispersione di calore durante il periodo invernale, misurata attraverso la trasmittanza termica (U), si affiancano quindi altri aspetti come il mantenimento di adeguate condizioni di comfort nel periodo estivo (sfasamento termico φ, fattore di attenuazione fa, trasmittanza termica periodica Yie), oppure la protezione dalla trasmissione acustica attraverso l’involucro (Rw).
Il tema della sostenibilità ambientale degli edifici, interpretato in chiave di ciclo di vita, implica però la presa in considerazione anche del profilo ambientale delle componenti costruttive, che può essere ben rappresentato dai due indicatori principali (energia incorporata e CO2 incorporata o potenziale di riscaldamento globale).
È quindi necessario costruire un quadro di analisi articolato e il più completo possibile, che non definisca “sostenibile o meno” un materiale o un componente costruttivo, ma che spinga il progettista ad individuare, a seconda del caso specifico, la soluzione complessivamente migliore. Questo richiede uno specifico approfondimento sul tema del subsistema della chiusura verticale opaca. A tale proposito, è stata condotta un’indagine sulle due tecniche costruttive a maggiore diffusione sul territorio nazionale, entrambe realizzate assemblando laterizi e materiali isolanti: la parete monoblocco con isolamento a cappotto esterno e la doppia parete con intercapedine isolata. Nell’ambito delle due famiglie, sono stati composti diversi “pacchetti” esemplificativi, in relazione a differenti spessori e tipologie di elementi in laterizio: nel caso della soluzione tecnica a cappotto, sono state selezionate 4 varianti di supporto murario in laterizio, nelle quali ai blocchi, tradizionali e porizzati, impiegati negli spessori di 25 e 30 cm, sono stati affiancati 15 tipi di isolanti diversi.
Nel caso della soluzione tecnica con intercapedine isolata, sono state individuate invece 6 tipologie di parete in laterizio, nelle quali sono stati utilizzati mattoni forati, semipieni e porizzati, negli spessori di 8, 12, 14, 15 cm, variamente accoppiati.
A queste soluzioni, sono stati abbinati 18 tipi di isolanti. Assumendo come riferimento stabile le tipologie di supporto in laterizio, sono stati quindi composti dieci gruppi di analisi, rappresentativi delle possibili soluzioni alternative per la realizzazione della porzione resistente della chiusura, nei quali l’elemento di variabilità è costituito dai coibenti, scelti tra i prodotti reperibili sul mercato, ottenuti con diversi materiali e con conseguenti prestazioni termo-fisiche differenti.
Al fine di condurre le analisi, è stato imposto un limite di trasmittanza termica coerente con quanto prescritto dalla normativa per la zona climatica “E” ed il più possibile simile per tutte le stratigrafie composte; a tale scopo, sono stati, di volta in volta, modificati gli spessori dell’isolante in relazione alle necessità, giungendo a comporre un parterre di 168 soluzioni (nota2).
A seguire, sono presentati i risultati relativi a due gruppi di queste soluzioni: la prima appartenente alla tipologia a cappotto; la seconda alla doppia parete con intercapedine isolata (nota 3).
1. Sezioni delle 4 tipologie di chiusure verticali a cappotto.
Valutazione delle soluzioni a cappotto
Il primo gruppo di stratigrafie vede l’accoppiamento di un blocco in laterizio porizzato dello spessore di 25 cm con 15 materiali isolanti (fibra di legno, lana di roccia o di vetro, polistirene espanso sinterizzato o estruso, sughero espanso autocollato, vetro cellulare, silicato di calcio idrato, schiuma polyiso espansa rigida).
Tutte le soluzioni esaminate hanno un valore di trasmittanza termica di 0,32-0,33 W/m2K, raggiunta con la variazione degli spessori dei pannelli coibenti in relazione alla conduttività termica propria di ogni materiale, variabile tra 0,028 e 0,049 W/mK, cosicché la chiusura verticale abbia uno spessore complessivo compreso tra 32 e 35 cm.
La notevole variabilità della densità dei prodotti isolanti, compresa tra 18 e 250 kg/m3, viene in parte riequilibrata dalla presenza del blocco in laterizio: per tale motivo, il valore di massa superficiale dei singoli “pacchetti” mostra un’oscillazione decisamente più contenuta, ovvero tra 198 e 218 kg/m2.
Come accennato in precedenza, alla valutazione della prestazione coibente è necessario affiancare anche quella relativa ai parametri descrittivi del comportamento termico durante il periodo estivo.
In merito allo sfasamento dell’onda termica entrante, l’utilizzo di un blocco in laterizio ad elevata massa consente il conseguimento di valori ottimali di 12-14 ore per tutti i materiali isolanti, livellando le consistenti differenze di densità di questi ultimi. Si segnala che l’impiego di significativi spessori di fibra di legno ad elevata densità, 150-250 kg/m3, comporta l’incremento del valore di φ oltre il limite consigliato di 14 ore; tuttavia, la buona capacità del laterizio di attenuare l’onda termica trasmessa assicura sempre ottimali livelli di comfort estivo. Il valore del fattore di attenuazione fa si colloca infatti tra 0,10 e 0,12 per qualsiasi tipo di materiale isolante impiegato, ben al di sotto del limite minimo di 0,16 individuato dalla normativa di riferimento.
Anche le oscillazioni della trasmittanza termica periodica sono assolutamente insignificanti, poiché la soluzione tecnica a cappotto, realizzata con un blocco in laterizio di spessore consistente, è comunque premiante e, nei casi in analisi, consente il raggiungimento di valori di 0,03-0,04 W/m2K, a fronte di un paclivello massimo consigliato di 0,16 W/m2K.
La valutazione del profilo ambientale delle 15 soluzioni di chiusura verticale opaca prese in considerazione evidenzia la predominanza degli impegni energetici e delle emissioni di gas serra imputabili all’elemento in laterizio rispetto alla quota parte relativa ai coibenti. Tale situazione è dovuta al consistente contenuto di materia, quasi 200 kg/m2 dei blocchi contro 1-10 kg/m2 di isolante. In termini di energia incorporata, il valore minimo di 756 MJ/m2 appartiene alla soluzione costruttiva che vede l’impiego del sughero autocollato, responsabile solamente per il 5% del consumo energetico totale; al contrario, il “pacchetto” composto con cappotto in fibra di legno segna il valore massimo di 1124 MJ/m2, di cui oltre il 35% a carico dell’isolante: nel complesso, il contenuto di energia incorporata medio si attesta intorno a 885 MJ/m2.
I risultati scaturiti dalle misurazioni di gas serra emessi vedono un simile andamento, con la soluzione in sughero che si attesta a 62 kg CO2 eq./m2 (3% dovuto all’isolante) e quella in fibra di legno a 80 kg CO2 eq./m2 (25% dovuto all’isolante), con un livello medio di 69 kg CO2 eq./m2.
1. intonaco per interni a base di calce, gesso e perlite
2. mattoni forati tradizionali 8x24x24, spess. 8 cm
3. mattoni forati tradizionali 12x24x24, spess. 12 cm
4. a) aggrappante; b) intonaco di fondo
5. intonaco di finitura per esterni a base di calce
e cemento bianco o grigio
-
1. intonaco per interni a base di calce, gesso e perlite
2. mattoni forati tradizionali 8x24x24, spess. 8 cm
3. blocchi semipieni tradizionali 12x29x19, spess. 12 cm
4. a) aggrappante; b) intonaco di fondo
5. intonaco di finitura per esterni a base di calce
e cemento bianco o grigio
1. intonaco per interni a base di calce, gesso e perlite
2. blocchi porizzati 8x50x19, spess. 8 cm
3. blocchi porizzati 12x50x19, spess. 12 cm
4. a) aggrappante; b) intonaco di fondo
5. intonaco di finitura per esterni a base di calce
e cemento bianco o grigio
-
1. intonaco per interni a base di calce, gesso e perlite
2. mattoni forati tradizionali 8x24x24, spess. 8 cm
3. mattoni forati tradizionali 14x25x25, spess. 14 cm
4. a) aggrappante; b) intonaco di fondo
5. intonaco di finitura per esterni a base di calce
e cemento bianco o grigio
1. intonaco per interni a base di calce, gesso e perlite
2. mattoni forati tradizionali 8x24x24, spess. 8 cm
3. blocchi semipieni tradizionali 15x29x19, spess. 15 cm
4. a) aggrappante; b) intonaco di fondo
5. intonaco di finitura per esterni a base di calce
e cemento bianco o grigio
-
1. intonaco per interni a base di calce, gesso e perlite
2. blocchi porizzati 8x50x19, spess. 8 cm
3. blocchi porizzati 15x50x19, spess. 15 cm
4. a) aggrappante; b) intonaco di fondo
5. intonaco di finitura per esterni a base di calce
e cemento bianco o grigio
2. Sezioni delle 6 tipologie di chiusura verticale a doppia parete con intercapedine isolata.
La verifica della prestazione acustica, valutata secondo la legge di massa, consente di acquisire un’ulteriore informazione utile in fase di progettazione, che però presenta rilevanza marginale ai fini del confronto tra i materiali isolanti utilizzati nelle soluzioni di involucro analizzate. La presenza di un elemento in laterizio caratterizzato da notevole massa garantisce un elevato abbattimento della trasmissione del rumore acustico aereo, rendendo poco significativo il contributo apportato dallo strato coibente, appiattendo le differenze tra i materiali a meno di 1 dB.
Le soluzioni a cappotto analizzate garantiscono mediamente un valore Rw di 49 dB alla frequenza di 250 Hz, 55 dB a 500 Hz e 61 dB a 1000 Hz.
L’esito dell’analisi economica segnala un costo di costruzione medio di 139 €/m2 ed evidenzia l’incidenza notevole degli strati di finitura che costituiscono il 40% del valore complessivo, a fronte del blocco in laterizio responsabile del 36% e della porzione isolante a cui è imputabile il restante 24%. Il costo degli isolanti è decisamente variabile, con valori medi di 20-35 €/m2, con un minimo di 17 €/m2 e un massimo di 63 €/m2, tali che il costo complessivo della chiusura opaca oscilla tra 121 e 168 €/m2(4).
Valutazione delle soluzioni a doppia parete
Nel secondo gruppo di stratigrafie, gli strati resistenti della chiusura sono realizzati con laterizi semipieni dello spessore di 15 cm, nel paramento esterno, e con mattoni forati di 8 cm, nel paramento interno. L’intercapedine è isolata con 18 differenti materiali coibenti (fibra di legno, lana di roccia o di vetro, polistirene espanso sinterizzato o estruso, sughero espanso autocollato, vetro cellulare, fibra di poliestere, cellulosa in fibre o in fiocchi da insufflaggio e schiuma polyiso espansa rigida). Anche in questo caso, le soluzioni hanno un valore di trasmittanza termica più simile possibile (0,30-0,34 W/m2K), raggiunto con la variazione degli spessori dei pannelli coibenti, secondo le disponibilità a catalogo, in relazione alla conduttività termica propria di ogni materiale, variabile tra 0,024 e 0,041 W/mK.
Lo spessore complessivo della chiusura è sempre pari a 38 cm, poiché la differenza di spessore dell’isolante, mediamente di 6 cm (ma in taluni casi di 8 cm), viene compensata dal diverso spessore dell’intercapedine. I materiali isolanti destinati alla posa in intercapedine hanno densità molto più simili tra loro e contenute tra 19 e 50 kg/m3, con qualche sporadica eccezione.
Pertanto, il valore di massa superficiale del “paclivello chetto” è mediamente di 201 kg/m2. In tal senso, occorre altresì osservare come tali soluzioni, grazie ai bassi valori del fattore di attenuazione del laterizio, soddisfino comunque i limiti di trasmittanza termica periodica prescritti dalla normativa di riferimento. L’ottimale prestazione termica durante il periodo estivo viene garantita da uno sfasamento di 12 ore, valore che accomuna tutti i tipi di isolante in coerenza con il valore di massa superficiale unitario. Costituiscono eccezione quei materiali caratterizzati da una maggiore densità, come fibra di legno, sughero e vetro cellulare, che comunque non oltrepassano il limite di 14 ore. In parallelo, il valore del fattore di attenuazione è generalmente di 0,21-0,22 e la trasmittanza termica periodica varia nel range 0,056-0,075 W/m2K, con una prestazione decisamente migliore rispetto al minimo consigliato grazie alla presenza di una massa areica dell’involucro elevata. Nella valutazione del profilo ambientale di queste 18 soluzioni di chiusura verticale opaca, è evidente la predominanza dei consumi energetici e delle emissioni di gas serra a carico degli strati murari. I risultati sono determinati dal quantitativo di materia contenuto nei due paramenti, comprensivi di intonaci e rinzaffi (300 kg/m2 contro 1-4 kg/m2 di isolante). Il “pacchetto” che impiega i fiocchi di cellulosa da insufflaggio presenta il minore contenuto di energia incorporata, 746 MJ/m2, di cui meno dell’1% è dovuto all’isolante; all’opposto, l’utilizzo di polistirene espanso estruso causa la crescita dell’energia spesa fino a 966 MJ/m2, riducendo al 77% il “peso” dei paramenti murari. Il valore medio di energia incorporata è di 859 MJ/m2, ovvero circa 25 MJ/m2 in meno rispetto alla soluzione a cappotto. I quantitativi di gas ad effetto serra emessi ricalcano questa situazione, con un livello medio di 67 kg CO2 eq./m2.
3. Valutazioni delle soluzioni a cappotto realizzate con blocchi porizzati in pasta (30x25x19 cm) da 25 cm di spessore.
Il quantitativo minimo è fatto registrare dalla partizione che adotta i fiocchi di cellulosa, pari a 63 kg CO2 eq./m2 (meno dell’1% a carico del coibente); il massimo, di 73 kg CO2 eq./m2, appartiene alla soluzione con polistirene espanso estruso (14% dovuto all’XPS). La presenza dei due paramenti murari in laterizio, caratterizzati da elevata massa, gioca un ruolo molto importante anche in termini di abbattimento del disturbo acustico aereo, garantendo buone prestazioni indipendentemente dal coibente scelto. I valori Rw, calcolati attraverso la legge di massa, sono di 52 dB alla frequenza di 250 Hz, 58 dB a 500 Hz e 64 dB a 1000 Hz.
L'analisi economica delle chiusure verticali a doppia parete analizzate segnala un costo di costruzione medio di 142 €/m2 ed evidenzia il peso notevole degli strati di finitura che ammontano al 50% del valore complessivo, a fronte degli elementi in laterizio che pesano per il 34% e della porzione isolante a cui è imputabile il restante 16%. Il costo degli isolanti è normalmente inferiore rispetto ai materiali utilizzati per la posa a cappotto e decisamente variabile; i valori medi sono di 15-25 €/m2, con il minimo di 10 €/m2 e il massimo di 52 €/m2.
Il costo complessivo delle soluzioni d’involucro a doppia parete oscilla tra 129 e 171 €/m2: praticamente con lo stesso range registrato nelle soluzioni a cappotto.
Conclusioni
Nei sistemi di involucro in laterizio con l’isolante posto all’esterno (a cappotto), l’uso di blocchi di spessore consistente rende meno rilevante l’apporto dei materiali coibenti nei diversi aspetti: dalla prestazione termica a quella acustica, dal profilo ambientale a quello economico. In merito al comportamento inerziale e all’abbattimento della trasmissione del rumore aereo, la massa superficiale elevata comporta il raggiungimento di obiettivi migliorativi rispetto a quanto norme e linee guida impongono o consigliano.
Sistema a cappotto - scarica il pdf
8. Valutazioni delle soluzioni a doppia parete con intercapedine isolata realizzate con blocchi semipieni (15x29x19 cm) e mattoni forati (8x24x24 cm), spessori 15 e 8 cm.
Al contrario, il profilo ambientale risulta “appesantito”, proprio in ragione dell’elevato quantitativo di materia impiegato nel passaggio dallo spessore di 25 ai 30 cm e da blocchi tradizionali a porizzati: il contenuto di energia può variare da 863 a 981 MJ/m2 e da 66 a 78 kg CO2 eq./m2. Più articolata si presenta la valutazione del comportamento delle soluzioni a doppia parete, dove il tipo di laterizio impiegato modifica il profilo prestazionale della chiusura. Nei casi in cui si ricorra ai soli laterizi forati, il contributo della componente isolante risulta più significativo, con effetti dipendenti dai singoli materiali, nel conseguimento delle ottimali prestazioni termoacustiche. Il contenuto di energia incorporata di questi “pacchetti” è generalmente inferiore rispetto alle chiusure a cappotto, con valori che oscillano tra 516 e 810 MJ/m2; peraltro, anche il quantitativo di gas ad effetto serra emesso è sempre minore, inserendosi nel range 43-57 kg CO2 eq./m2.
Sistema a doppia parete - scarica il pdf
Soluzioni simili a quelle presentate, che vedono l’accoppiamento di blocchi semipieni tradizionali e laterizi forati, fanno registrare le prestazioni ambientali meno positive tra tutti i gruppi riferiti alla tecnica costruttiva a doppia parete, risultando in taluni casi meno compatibili ambientalmente delle soluzioni a cappotto. Il loro profilo ambientale si colloca tra 656 e 966 MJ/m2, per quanto attiene il contenuto energetico, e tra 54 e 73 kg CO2 eq./m2, per quanto attiene il potenziale di riscaldamento globale. È bene segnalare che l’accoppiamento di due paramenti realizzati con blocchi porizzati in pasta negli spessori di 8 e 12/15 cm è consigliabile rispetto all’uso di laterizi semipieni tradizionali da 12/15 cm, accoppiati a mattoni forati da 8 cm, sotto il profilo energetico/ambientale e del comportamento inerziale, con costi mediamente equivalenti.
Note
1. L’articolo restituisce alcuni risultati della ricerca Energia per costruire, energia per abitare. Ottimizzazione energetica e ambientale di soluzioni tecniche di involucro in laterizio, condotta dall’Unità di ricerca SPACE (Sperimentazione e Processi nel progetto di Architettura e nel Ciclo di vita dei prodotti Edilizi) del Dipartimento BEST (Building Environment Science & Technology) del Politecnico di Milano. Responsabile della ricerca: Andrea Campioli. Gruppo di lavoro: Monica Lavagna (coordinamento), Valeria Giurdanella, Carol Monticelli, Michele Paleari, Andrea Masperi, Davide Mondini, Valerio Panella. Sono già stati pubblicati: Andrea Campioli, Valeria Giurdanella, Monica Lavagna, Energia per costruire, energia per abitare, Costruire in Laterizio, n. 134, 2010, pp. 60-65; Andrea Campioli, Monica Lavagna, Misurare la sostenibilità: il laterizio, Costruire in Laterizio, n. 143, 2011, pp. 65-71.
2. Tutti i dati utilizzati nelle valutazioni fanno riferimento alle caratteristiche, alle prestazioni e, laddove reperibili, al profilo ambientale di prodotti specifici, indicati nelle tabelle. Per i dati ambientali, in assenza di certificazioni EPD, si è fatto riferimento alla banca dati internazionale ICE - Inventory of Carbon & Energy, a cura di George Hammond e Craig Jones dell’University of Bath (GB), nella versione 2.0 pubblicata nel febbraio 2011.
3. Il quadro completo delle soluzioni costruttive considerate e delle relative valutazioni è contenuto nel testo di Monica Lavagna, Michele Paleari, Davide Mondini, Murature ad alte prestazioni. Valutazioni termiche, acustiche, ambientali ed economiche di soluzioni di involucro in laterizio, Maggioli, Sant’Arcangelo di Romagna, 2011.
4. I costi di fornitura dei prodotti isolanti sono stati reperiti dai listini delle aziende produttrici, aggiornati agli anni 2009 e 2010, ipotizzando la collocazione del cantiere nel Comune di Milano, escludendo l’eventuale sconto per forniture consistenti. I costi relativi alla realizzazione in opera della muratura in laterizio e delle parti di finitura sono stati invece definiti avvalendosi delle rilevazioni di mercato del Prezzario delle Opere Edili, elaborato dalla Camera di Commercio di Milano e aggiornato al quarto trimestre dell’anno 2010; dalla stessa fonte sono stati estrapolati anche i costi relativi alla posa in opera del materiale isolante.
Scarica l'articolo tratto da Costruire in laterizio, numero 144 - "Architetture dublinesi" - Novembre/Dicembre 2011
Costruire in laterizio
Il bimestrale dedicato al mondo delle costruzioni in laterizio La rivista, organo ufficiale dell'ANDIL Assolaterizi (Associazione Nazionale degli Industriali dei Laterizi), informa il professionista in merito al continuo e stimolante accostamento del laterizio con i nuovi materiali e si presenta ricca di notizie, con una selezione dei migliori progetti del mondo realizzati in laterizio, un aggiornamento sulle normative, approfondimenti sull'arte e la tecnologia del costruire. Costruire in Laterizio promuove una miglior conoscenza dei prodotti, delle loro prestazioni e del loro corretto impiego anche nell'ambito dell'evoluzione della normativa tecnica.
