Le coperture Iper-isolate: composizione, prestazioni e convenienze

La progettazione degli edifici per uso abitativo si è oggi affinata molto, raggiungendo gli obiettivi che legano fra loro l’impianto e la struttura.
In questi ultimi anni molto si è fatto per i settori serramenti, pareti verticali opache, caldaie, impianti radianti e di ventilazione.
Due lati “oscuri” risultano ancora poco analizzati dal punto di vista del comportamento termodinamico evidenziando interpretazioni e considerazioni influenzate dalla tipologia dei componenti proposti: il tetto e la fondazione.
Il secondo aspetto è senza dubbio più semplice da trattare in quanto l’edificio appoggia su terreni che presentano temperature quasi costanti per parecchi mesi, mentre presentano una variazione notevole dell’umidità. Una norma europea è stata emessa e quindi la lacuna in parte è stata colmata.
Il primo argomento invece presenta aspetti legati a vento – radiazione solare – ombreggiamento e variazioni di temperatura notevoli.
Un’analisi un po’ più approfondita delle strutture realizzate nella tradizione edificatoria della nostra penisola permette di identificare le soluzioni attuate per ottimizzarne il comportamento; ed è naturale che le soluzioni effettuate in Sicilia siano differenti da quelle realizzate in Trentino.
Inoltre si deve considerare che le indicazioni della nuova normativa per il risparmio energetico impongono un drastico abbassamento della trasmittanza termica della copertura rispetto a quanto realizzato negli anni scorsi ed è anche logico che vengano considerati alcuni parametri aggiuntivi per stimarne il comportamento nella situazione estiva quale massa e trasmittanza termica periodica.

Si riportano alcune considerazioni per creare i riferimenti necessari alla verifica comportamentale degli elementi di copertura:

1.    Materiale isolante considerato EPS con densità media di mercato pari a 15 – 20 Kg/m3 per pareti e 25 Kg/m3 per coperture e con valore di Embodied Primary Energy di fonte EUMEPS di cui si riporta il riferimento specifico.
“The table below gives the primary energy required for the manufacture of one cubic metre of EPS. The tabulated values do not include the calorific value of the petroleum from which the EPS in made.

Depending on the density of the material, the primary energy required for the manufacture of the cubic metre is 151 – 269 kW-h, the equivalent of burning 15-27 litres of fuel oil. This is about the quantity of heat saved in six months or less when that volume of insulating material is used for thermal insulation. Thereafter, energy is saved as long the building is in use.”

2.    Le zone climatiche da considerare sono almeno tre, zona C – D – E, per differenti temperature e radiazione solare.

3.    Gli edifici da considerare sono certamente quelli in cui si sta intervenendo in questi mesi, ovvero il parco esistente con consumi medi molto elevati per giungere ad una situazione di riferimento, come espressa dal decreto 311 per l’anno 2010.
Un esempio:     Edificio medio esistente:
Zona E         200 Kwh/anno m2
Edificio nuovo:
Zona E           50 Kwh/anno m2

4.    La copertura deve essere realizzata con intelligenza progettuale: tetto iper isolato ma  ventilato. Realizzato con una stratigrafia che permette di raggiungere nelle zone climatiche un valore di Y = 0,20 W/m2K.
Il valore della trasmittanza periodica è definito dallo sfasamento e dall’attenuazione dell’onda. I due parametri permettono di identificare la stratigrafia ottimale, sia per la zona C che per le zone D ed E.

5.    Edificio IPER – ISOLATO. E’ chiaro a tutti che un edificio iper isolato lo è per entrambe le condizioni, verso l’esterno e verso l’interno. Ma, in estate, per climi caldi e soleggiati è necessario attuare la ventilazione notturna adeguata.

6.    Edifici a energia zero. Alcuni anni fa sarebbe stato logico cercare la linea di pareggiamento fra costi energetici inglobati nei materiali da costruzione e risparmi ottenibili. In atri termini: l’isolante, per essere realizzato, richiede energia e più isolante si utilizza più energia viene spesa per iper isolare. In quanti anni ritorna rispetto al consumo dell’edificio?
Un rapido e semplice calcolo permette di toccare con mano la situazione:
Consumo iniziale    100 Kwh/anno m2
Consumo finale      50 Kwh/anno m2
Edificio nuovo da 100 m2, isolato con EPS 25 Kg/m3, 10 cm spessore = 30 m3
Energia risparmiata 100 – 50 = 50 Kwh/anno m2 x 100 m2 = 5000 Kwh/anno
Energia spesa per realizzare 30 m3 di EPS: 200 Kwh/m3 x 30 m3= 6000 Kwh
Conclusione: in circa 1,5 anno si pareggia il conto energetico.
La situazione cambia moltissimo se si dovessero considerare i nuovi edifici a energia zero.
Non essendoci consumi non ci sono spese energetiche di gestione e quindi tutta l’energia inglobata in una casa non verrà mai pareggiata. E’ ovvio che questo approccio deve essere modificato in modo da descrivere la situazione futura.

Si propone la verifica della quantità di CO2 emessa o risparmiata nel ciclo di vita dell’edificio e delle fonti utilizzate per gestire lo stesso.
Gli aspetti energetici ambientali devono essere tradotti nel miglior modo conosciuto oggi, quali norme, data base, simulazioni.

Ad es. EPS : 60 Kg CO2/m3 per produzione
1 Kwh di gas metano        0,25 KgCO2
1 Kwh elettrico         0,58 Kg CO2

Se si considerano le emissioni di CO2 equivalenti (circa 1800 Kg CO2 eq.) imputabili alla produzione dell’isolante impiegato per realizzare l’edificio caratterizzato da un consumo di 50 Kwh/anno m2, è facilmente riscontrabile quanto siano confrontabili rispetto alle emissioni dovute al funzionamento dell’edificio stesso (circa 1500 – 3000 Kg CO2 eq. all’anno a seconda della fonte energetica considerata).
In aggiunta, ragionando in termini di intervento di riqualificazione energetica dell’edificio che va a ridurre il consumo da 100 a 50 Kwh/anno m2, si può affermare che le emissioni che competono all’isolante sono irrisorie se paragonate a quelle evitate nell’arco della vita utile dell’edificio isolato (considerando 30 anni, l’edificio isolato risparmia circa 60000 Kg CO2 eq., a fronte dei soli 1800 Kg CO2 eq. emessi inizialmente per la produzione dell’isolante).

Seguendo alcune analisi e previsioni si può constatare che isolando e progettando in modo corretto, i “ritorni” di inquinamento e di risparmio energetico risultano essere “sostenibili” sia dal punto di vista economico che ambientale.

Anche la norma UNI EN 15603/2008 riporta alcuni riferimenti in merito ai consumi degli edifici:
RF =   70  Kwh/m2     valore di riferimento per nuovi edifici
RS =  180 Kwh/m2    valore di riferimento per parco esistente

7.    Per fornire esempi reali di coperture, vengono proposte alcune soluzioni in cui i dati progettuali sono determinati con il programma di calcolo di AIPE, basato sulla norma ISO 13786 e le norme correlate.
AIPE ha realizzato con il contributo del Politecnico di Torino, Prof. Corrado Vincenzo, il programma di calcolo basato sulla norma ISO 13786 per determinare i parametri termodinamici dei componenti per l’edilizia.

Il sistema può essere applicato ad elementi verticali ed orizzontali, e con una semplice gestione dei dati di input (spessore, densità, capacità termica, conducibilità) produce tutti i dati necessari ad una comprensione del funzionamento termico dell’elemento analizzato:
trasmittanza termica             U   (W/m2K)
trasmittanza termica periodica     Yie  (W/m2K)
massa superficiale            M   (Kg/m2)
ed altri parametri che interessano il progettista termotecnico.

Sulla base della tradizione costruttiva delle aree geografiche del nostro Paese, AIPE ha realizzato un’ampia analisi dei sistemi adottati.
Vengono quindi riportati alcuni esempi più rappresentativi con la seguente stratigrafia:

1.    Lamiera grecata 10/10
EPS 25 Kg/m3 – 10 cm
Lamiera grecata 10/10

2.    Lamiera grecata 10/10
EPS 25 Kg/m3 – 16 cm
Lamiera grecata 10/10

3.    Cartongesso 2 cm
EPS 25 Kg/m3 – 14 cm
Intercapedine 5 cm
Lamiera grecata 10/10

4.    Cartongesso 2 cm
EPS 25 Kg/m3 – 16 cm
Lamiera grecata 10/10

5.    Legno 2,5 cm
EPS 25 Kg/m3 – 13 cm
Intercapedine aria 5 cm
Legno 2,5 cm
Manto impermeabile

6.    Intonaco
Soletta 24 cm
EPS 25 Kg/m3 – 5 cm
Lamiera grecata 10/10

7.    Intonaco
Soletta 24 cm
EPS 25 Kg/m3 – 10 cm
Lamiera grecata 10/10

8.    Intonaco
Soletta 24 cm
EPS 25 Kg/m3 – 10  cm
Film protettivo
Tegole marsigliese

8.    La verifica del ritorno in termini di tempo per le emissioni di CO2 e per l’energia risparmiata è evidenziato nei due grafici seguenti.
Considerando una parete avente stratigrafia pari a quella riportata in tabella seguente, è possibile valutare i benefici dell’utilizzo di isolante in una costruzione. Mantenendo costanti tutte le caratteristiche e modificando via via lo spessore dell’isolante si può quantificare la conseguente riduzione di fabbisogno energetico per mantenere le stesse condizioni climatiche interne

Stratigrafia della parete analizzata: lo spessore dell’isolante è la variabile utilizzata per la valutazione dei differenti scenari.

Sulla base di queste ipotesi e facendo riferimento alle leggi della fisica tecnica è possibile costruire la curva della seguente figura, che evidenzia la percentuale di CO2 evitata, al variare dello spessore dell’isolante stesso e per le differenti tipologie di lastre impiegate.

GWP EVITATO

Percentuale di emissione di CO2 evitata in funzione dello spessore di isolante (10 anni di vita)

Il precedente grafico evidenzia la situazione a 10 anni: la situazione ad un solo anno non sarebbe ragionevole in quanto non terrebbe conto della vita utile dell’isolante dal momento che l’impatto della produzione dell’isolante viene generato il primo anno ma il beneficio si ottiene soprattutto negli anni successivi. Allo stesso modo è possibile contabilizzare l’energia risparmiata al variare degli anni grazie all’utilizzo di un isolante in EPS con uno spessore di 5 cm. La stratigrafia della parete adottata è uguale a quella riportata nella tabella precedente.

ENERGIA RISPARMIATA

Percentuale di energia risparmiata in funzione degli anni di vita dell’edificio per un isolante in EPS con spessore di 5 cm.

I dati ed i riferimenti riportati sono le verifiche che AIPE ha eseguito per soddisfare le richieste legislative e normative attualmente in vigore in Italia con l’utilizzo di norme europee per quanto riferito al materiale EPS. AIPE dispone di sito web in cui tutte le documentazioni sono reperibili e gratuitamente utilizzabili. Le aziende associate ad AIPE sono aziende che producono sistemi  e componenti per l’edilizia innovativa, ponendo sul mercato quanto necessario a garantire il progettista e l’utente finale nel rispetto della qualità dei prodotti.

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