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Efficienza energetica dell’involucro edilizio opaco

L'involucro opaco garantisce controllo termoigrometrico, isolamento acustico, resistenza meccanica, stabilità agli agenti atmosferici e al fuoco

All'interno dell'edificio, l'involucro opaco è un elemento essenziale per garantire idonee condizioni di benessere termoigrometrico dell'utente, per impedire i guadagni termici indesiderati e per favorire la dispersione del calore nella stagione estiva. Parallelamente, oltre al difficile compito di bilanciare le esigenze di controllo termoigrometrico durante tutto l'anno, l'involucro opaco deve garantire una serie di prestazioni complesse, che comprendono le seguenti categorie:
• Controllo termoigrometrico;
• Isolamento acustico;
• Resistenza meccanica;
• Stabilità agli agenti atmosferici;
• Stabilità al fuoco;
• Sicurezza antintrusione;
• Aspetto e durabilità nel tempo

I flussi energetici relativi al bilancio globale dell'edificio sono direttamente proporzionali alla superficie di scambio tra ambiente interno ed esterno e, pertanto, l'involucro opaco costituisce la superficie disperdente più ampia dell'edificio.
Per ottimizzare il comportamento energetico dell'involucro opaco è necessario controllare le prestazioni di isolamento termico in regime stazionario e dinamico. Nel primo caso, gli scambi di calore che si verificano attraverso le pareti, il basamento e la copertura sono espressi dalla trasmittanza termica (U), una grandezza che indica la capacità di un componente di trasmettere calore lungo la sua stratigrafia e che dipende dallo spessore e dal tipo di materiali di cui è costituito l'elemento tecnico. Nei climi freddi e in inverno la prestazione energetica è ottimizzata dainvolucri caratterizzati da valori contenuti di trasmittanza termica. Nei climi caldi e in estate, invece, è necessario valutare il comportamento in regime variabile: la prestazione di accumulo e di rilascio termico di un componente tecnico è definita dall'inerzia termica, una grandezza che indica la capacità di ritardare la trasmissione del calore e di immagazzinare energia termica. A sua volta, dipende dal tempo impiegato dal calore per attraversare l'involucro (sfasamento), dalla stratigrafia, dall'attenuazione dei picchi termici (fattore di attenuazione) e dalla trasmittanza termica periodica del componente opaco. Infine, è necessario verificare che all'interno del componente non si verifichi la diffusione del vapore acqueo, che potrebbe causare la formazione di condensa superficiale e interstiziale, il deterioramento dei materiali, la germinazione microbica e il deprezzamento delle prestazioni energetiche dei materiali utilizzati nei diversi strati.
Per limitare gli scambi termoigrometrici è necessario porre particolare attenzione alla definizione delle prestazioni fisiche dei materiali utilizzati nei singoli sistemi costruttivi, in particolare per quanto riguarda i supporti murari e i materiali isolanti.
Il supporto murario ha la funzione di sopportare i carichi statici legati al peso proprio dell'intero sistema costruttivo, le sollecitazioni dinamiche del vento e i carichi di forze d'urto. Il supporto può essere realizzato in laterizio, in cemento armato o alleggerito. Nel primo caso, i materiali per murature verticali possono essere classificati in molteplici sottogruppi in relazione alla funzione (strutturale, tamponamento, divisorio), al formato (mattoni, blocchi), alla percentuale di foratura (mattoni pieni, semipieni, forati) e alla natura della materia prima, l'argilla, che può essere utilizzata al naturale (mattoni) o con opportuni additivi di alleggerimento (laterizio alleggerito e rettificato).
 
Mattone forato 



 
 
Blocco in cemento cellulare autoclavato
Le pareti realizzate in cemento armato sono costituite da blocchi in calcestruzzo cellulare autoclavato, un materiale minerale composto da silice, ossido di alluminio, ossido di calcio e acqua che si caratterizza per elevati valori di permeabilità al vapore acqueo e potere termoisolante.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
   
I materiali utilizzati nelle strutture orizzontali dei solai che separano i diversi piani di un edificio e come supporto alle coperture, sono costituiti da elementi di forma parallelepipeda che devono essere posati in opera con i fori orizzontali e si dividono in elementi gettati in opera, travetti prefabbricati ed elementi interposti e pannelli prefabbricati. Lo spessore del blocco costituisce un dato importante di scelta perché è legato ai limiti massimi di luce libera tra i muri o le travi di appoggio del solaio, oltre i quali le sollecitazioni meccaniche sulle nervature in calcestruzzo armato tendono a superare le norme di sicurezza. Un altro importante elemento di scelta è la larghezza del blocco, che definisce la distanza fra le nervature.
 
Solaio tipo Predalle


Infine, l'efficienza energetica di una copertura è connessa con il comportamento igrometrico del laterizio di rivestimento, un materiale igroscopico capace di assorbire parte del vapore acqueo contenuto nell'aria. L'acqua, dotata di conducibilità termica elevata, tende a inficiare le proprietà termofisiche dei materiali da costruzione. La necessità di limitare le problematiche igroscopiche nei materiali di copertura ha portato a sviluppare due tipi di strategie di controllo, basate su principi tra loro contrapposti. La prima sfrutta le tecnologie di ventilazione sottomanto come mezzo di dissipazione per ridurre l'accumulo igroscopico a carico dei materiali, mentre la seconda si affida all'impiego di barriere e di freni al vapore e all'aria al fine di limitare gli scambi diffusivi e convettivi che possono portare alla condensazione superficiale o interstiziale dei sistemi non ventilati.
In tutti i casi, la scelta del materiale isolante svolge un ruolo fondamentale per aumentare le prestazioni termofisiche dell'involucro opaco.
Nelle pareti, l'isolamento termico può essere inserito sulla faccia interna, esterna o nello strato intermedio della struttura. La posizione influisce sul comportamento dinamico della parete in quanto crea una separazione fisica tra i diversi strati. L'isolamento interno (controparete isolata) è adatto per ambienti ad uso discontinuo e con frequenti oscillazioni termiche, in quanto riduce l'inerzia complessiva della parete e trattiene il calore all'interno dell'edificio. L'isolamento esterno (isolamento a cappotto o parete ventilata) è indicato per ambienti con funzionamento continuo dell'impianto di riscaldamento in quanto modera le fluttuazioni termiche superficiali e interne, mantenendo condizioni una buona stabilità climatica nei locali. Infine, l'isolamento interstiziale consente di ridurre le dispersioni energetiche complessive e la formazione di fenomeni di condensa e di discomfort locale.
 
 
Materiali isolanti in fibra vegetale e in lana di legno
Gli isolanti di tipo tradizionale sono classificati in base alla natura in materiali fibrosi, cellulari e porosi. La scelta del sistema deve essere effettuata in relazione al tipo di applicazione e alle condizioni operative. I materiali naturali di natura organica a struttura fibrosa comprendo le fibre di legno, vegetali (canapa, kenaf e mais e cellulosa) e la lana di pecora. Possono essere utilizzati per l'isolamento termoacustico di intercapedini, coperture a falda, cappotti interni ed esterni e controsoffitti. In linea generale, presentano buone proprietà di assorbimento termico, sfasamento, attenuazione, traspirabilità e igroscopicità.
 
 
 

 
 
 

 
 Materiale isolante in lana di vetro
I materiali sintetici di natura fibrosa comprendono la vermiculite, la fibra di poliestere e le lane minerali (lana di vetro e di roccia). La vermiculite è una roccia di origine vulcanica utilizzata nella preparazione di calcestruzzi e per la realizzazione di intonaci termoisolanti. Le fibre di poliestere e le lane minerali sono indicate per l'isolamento di pareti, coperture dall'interno, intercapedini e controsoffitti. Le lane minerali, in particolare, si caratterizzano per le buone proprietà di isolamento termico e acustico, la stabilità dimensionale, la resistenza al fuoco, la resistenza meccanica, l'elasticità e la comprimibilità.
 
 

I materiali cellulari si dividono in naturali e sintetici. Alla prima categoria appartiene solo il sughero espanso che si caratterizza per le buone proprietà acustiche e di accumulo termico. È adatto per realizzare cappotti protetti da risalita di acqua, intercapedini e controsoffitti. 
 
 
Materiale isolante in polistirene espanso
I materiali sintetici comprendono il polistirene espanso sinterizzato (EPS), il polistirene espanso estruso (XPS), il poliuretano espanso rigido (PUR) e gli elastomeri espansi. Si caratterizzano per le elevate prestazioni di resistenza termica, leggerezza, impermeabilità e per la scarsa resistenza solari, termiche e meccaniche (ad eccezione del poliuretano). Sono utilizzati per cappotti esterni e interni, controsoffitti, contropareti, isolamento di coperture piane e inclinate. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
I materiali porosi di natura inorganica (pomice, perlite espansa e argilla) sono particolarmente indicati per l'isolamento di intercapedini, solai e sottotetti non praticabili, sottofondi di pavimenti e coperture.
Gli isolanti innovativi comprendono i panelli sottovuoto (Vacuum Insulating Panels- VIP), gli aerogel, i materiali a cambiamento di fase (Phase Change Materials - PCM) e riflettenti. I primi si caratterizzano per l'elevata permeabilità al vapore acqueo e resistenza alla pressione mentre l'aerogel è un materiale leggero, ad alto isolamento termico e acustico. L'uso dei materiali a cambiamento di fase permette di aumentare l'inerzia termica della parete e, pertanto, sono adatti per involucri leggeri e nel recupero di edifici caratterizzati da massa ridotta. Infine, gli isolanti riflettenti sono realizzati mediante una stratigrafia complessa di materiali metallici, plastici, schiume, pellicole a bolle e intercapedini d'aria e nello spessore di pochi millimetri consentono di ottenere prestazioni di conducibilità termica molto elevate. Nel periodo invernale, l'uso di questi prodotti su pareti o coperture evita la dispersione per irraggiamento del calore interno.
 

Materiale isolante riflettente


Dal punto di vista acustico, l'involucro opaco deve garantire idonee caratteristiche di isolamento e di fonoisolamento. L'isolamento acustico indica la capacità che ha una struttura di ridurre l'energia acustica che si propaga per via aerea dall'ambiente disturbante a quello ricevente. Questa prestazione è definita attraverso il potere fonoisolante (R) che indica la capacità dei materiali di ridurre la trasmissione del suono incidente e varia in relazione alla frequenza del suono e alle caratteristiche fisiche e dimensionali dell'involucro. La trasmissione acustica dipende, quindi, dalla frequenza del suono incidente, dalla geometria, dalla rigidità, dallo smorzamento e dalla massa della parete. Quest'ultima rappresenta la resistenza al passaggio del rumore e, pertanto, il suo valore è direttamente proporzionale alla forza di inerzia che si oppone al movimento (potere fonoisolante).
La resistenza meccanica dell'involucro opaco è legata alla stabilità e all'attrezzabilità. La prima è intesa come la capacità della struttura e dei suoi strati funzionali di resistere alle sollecitazioni derivanti dal peso caratteristico e dai carichi ambientali (vento, all'acqua e alla grandine) e di servizio (persone, urti, ...), senza subire deformazioni tali da pregiudicarne la stabilità, la sicurezza e la funzionalità nel tempo. L'attrezzabilità, invece, indica la capacità dell'involucro di sopportare i carichi appesi all'interno e all'esterno, dovuti a tende, insegne, cavi.
L'involucro opaco deve avere anche buone caratteristiche di resistenza al fuoco e di sicurezza antintrusione. In primo luogo deve impedire la propagazione di un incendio, garantire la stabilità e la tenuta alla fiamma e contenere la tossicità dei fumi entro un certo l'intervallo di tempo prestabilito in relazione alla funzione d'uso dell'edificio. La sicurezza antintrusione è legata al tipo di stratigrafia, alle modalità di posa dei singoli componenti e la presenza di giunti e di aperture di ventilazione.
I requisiti di aspetto sono volti a verificare la planarità, l'assenza di difetti superficiali, l'omogeneità di colore e di brillantezza e la durabilità agli urti e alle condizioni d'uso dell'involucro. 
 
 

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