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Prestazioni termiche di componenti edilizi per il database INNOVance

L’articolo presenta la metodologia per il calcolo di grandezze termiche di stratigrafie in laterizio, sviluppata per il database INNOVance, con i relativi risultati. Tali informazioni agevolano la valutazione delle prestazioni di diverse soluzioni tecniche

Uno dei principali obiettivi del progetto di ricerca INNOVance [1], promosso dall’ANCE (Associazione Nazionale Costruttori Edili) e finanziato dal Ministero per lo Sviluppo Economico, è la creazione di un innovativo «database» unificato per l’edilizia, accessibile da tutti gli operatori del settore tramite un portale web [2,3].

Tabella 1. Grandezze termiche di tipo statico e dinamico delle stratigrafie in laterizio, calcolate secondo la metodologia delle norme UNI EN ISO 13786:2008 e UNI EN ISO 6946:2008.

Tabella 1. Grandezze termiche di tipo statico e dinamico delle stratigrafie in laterizio, calcolate secondo la metodologia delle norme UNI EN ISO 13786:2008 e UNI EN ISO 6946:2008.

Qui vengono raccolte tutte le informazioni sui prodotti da costruzione presenti sul mercato, utilizzando un linguaggio univoco e indicazioni standardizzate, pur se flessibili, contenute in apposite schede tecniche [4]. Il lavoro di denominazione e standardizzazione delle informazioni è stato sviluppato nel 2014, in linea con quanto previsto dalla normativa tecnica nazionale di riferimento [5], con un tavolo tecnico UNI, che ha visto la partecipazione, tra gli altri, di diverse Associazioni e Federazioni di Categoria dei fabbricanti di prodotti e materiali per l’edilizia, tra cui l’ANDIL. Le schede offrono a tutti gli operatori la possibilità di valutazione delle prestazioni di diverse soluzioni tecniche. Tra le informazioni specificate rientrano le proprietà termofisiche che definiscono la prestazione termica degli “elementi in opera”, dei “prodotti da costruzione” o dei “sistemi assemblati”, utili ad essere impiegate in successivi protocolli operativi dedicati all’analisi di efficienza energetica [6]. Nel presente articolo sono sintetizzati la metodologia ed i risultati relativi al calcolo delle grandezze termiche di tipo stazionario e dinamico di componenti edilizi proposti dall’ANDIL e inseriti nel database INNOVance: murature in laterizio, portanti – armate ed ordinarie – e di tamponamento, monostrato e multistrato, e soluzioni di orizzontamenti (piani ed inclinati) con solai in laterocemento.

Metodologia di calcolo delle grandezze termiche di tipo statico e dinamico
Il calcolo delle grandezze termiche di tipo stazionario e dinamico delle stratigrafie in laterizio (tab.1), ai fini dell’inseri mento nelle schede tecniche del progetto INNOVance secondo la metodologia delle norme UNI EN ISO 13786:2008 [7] e UNI EN ISO 6946:2008 [8], è stata implementata in un foglio di calcolo.

1. Piattaforma INNOVance: BIM Library, sistema assemblato scheda “Parete - Chiusura non portante in laterizio” (corrispondente alla stratigrafia n. 1 della tabella 2).

1. Piattaforma INNOVance: BIM Library, sistema assemblato scheda “Parete – Chiusura non portante in laterizio” (corrispondente alla stratigrafia n. 1 della tabella 2).

Come oggetto di analisi, si è deciso di selezionare, ove possibile, stratigrafie di involucro con trasmittanze termiche stazionarie inferiori del 20% rispetto al limite allora imposto dal D.Lgs. 311/2006 per la zona climatica F, la più fredda in Italia. In tal modo, il database INNOVance, pur compilato nel 2014, prefigurava valori più restrittivi che si prevedeva potessero essere adottati con l’emanazione dei decreti attuativi della Legge 90/2013, in particolare dal D.M. 26/06/2015 [9], per il contenimento dei consumi energetici in fase invernale1.

2. Esempi di stratigrafie di pareti esterne in laterizio costituite da: blocchi rettificati con isolante integrato (2a); blocchi in laterizio a fori verticali a incastro a setti sottili (2b); blocchi con inserti isolanti (2c); muratura strutturale armata (2d).

2. Esempi di stratigrafie di pareti esterne in laterizio costituite da: blocchi rettificati con isolante integrato (2a); blocchi in laterizio a fori verticali a incastro a setti sottili (2b); blocchi con inserti isolanti (2c); muratura strutturale armata (2d).

Il raggiungimento di tale requisito, è stato ottenuto con molteplici combinazioni tra prodotti in laterizio ed altri materiali ed è reso possibile oltre che da sistemi integrati (con isolanti, intonaci termici, ecc.) anche dall’innegabile evoluzione che tali materiali hanno avuto nell’ultimo decennio (nuove geometrie, impasti maggiormente performanti, ecc.).
Panoramica delle soluzioni costruttive selezionate
Nell’ambito del tavolo di lavoro “INNOVance efficienza energetica” sono state selezionate alcune stratigrafie in laterizio (definite “sistemi assemblati”), alle quali corrispondono specifici prodotti in laterizio (definiti “prodotti da costruzione”) le cui schede tecniche sono state appositamente compilate dalle aziende produttrici e caricate nella banca dati (BIM Library) di INNOVance attraverso la piattaforma web (fig. 1).

2. Esempi di stratigrafie di pareti esterne in laterizio costituite da: blocchi rettificati con isolante integrato (2a); blocchi in laterizio a fori verticali a incastro a setti sottili (2b); blocchi con inserti isolanti (2c); muratura strutturale armata (2d).

2. Esempi di stratigrafie di pareti esterne in laterizio costituite da: blocchi rettificati con isolante integrato (2a); blocchi in laterizio a fori verticali a incastro a setti sottili (2b); blocchi con inserti isolanti (2c); muratura strutturale armata (2d).

Stratigrafie di involucro opaco verticale esterno (pareti esterne). Per quel che concerne le pareti esterne, le soluzioni in laterizio analizzate sono classificabili secondo diverse modalità. La principale distinzione riguarda murature portanti o di tamponamento. Entrambe le soluzioni possono essere poi monostrato (un unico blocco in laterizio, dello spessore della parete, che assolve contemporaneamente ai requisiti strutturali, termici e acustici) o pluristrato (costituite da più strati funzionali). Tra le murature portanti, alcune possono essere armate, altre ordinarie (senza armatura integrata).

In figura 2 sono rappresentati alcuni esempi di stratigrafie di pareti esterne analizzate.
L’elenco delle stratigrafie, comprensive dei valori calcolati di trasmittanza termica stazionaria e periodica e di capacità termica areica lato interno, sono riportate in tabella 2.

Tabella 2. Stratigrafie di involucro opaco verticale esterno (pareti esterne) oggetto di calcolo e valori calcolati di trasmittanza termica stazionaria (U) e periodica (Y) e capacità termica areica lato interno (k1).

Tabella 2. Stratigrafie di involucro opaco verticale esterno (pareti esterne) oggetto di calcolo e valori calcolati di trasmittanza termica stazionaria (U) e periodica (Y) e capacità termica areica lato interno (k1).

3. Esempi di stratigrafie di divisori in laterizio: tramezza a fori verticali con giunti ad incastro (3a) e muratura pluristrato con tramezze preincise a incastro per divisori tra unità abitative (3b).

3. Esempi di stratigrafie di divisori in laterizio: tramezza a fori verticali con giunti ad incastro (3a) e muratura pluristrato con tramezze preincise a incastro per divisori tra unità abitative (3b).

Stratigrafie di involucro opaco orizzontale (solai piani e inclinati). Nell’ambito degli orizzontamenti, le soluzioni in laterizio si riscontrano nei blocchi per il sistema solaio, negli elementi di copertura (coppi o tegole) e negli elementi per pavimentazione (pianelle).
Le stratigrafie di orizzontamento oggetto di analisi, comprensive dei valori calcolati di trasmittanza termica stazionaria e periodica e di capacità termica areica lato interno, sono riportate in tabella 3.
Stratigrafie di involucro opaco verticale interno (divisori). Le soluzioni in laterizio sono quelle più comunemente utiliz zate come divisori, all’interno di una stessa unità immobiliare, sia come pareti di separazione tra unità immobiliari distinte, per la loro economia, semplicità di posa, prestazione termica ed acustica. Le stratigrafie analizzate nell’ambito del progetto sono state: una parete di tramezze a fori verticali con giunti ad incastro ed una parete pluristrato con tramezze preincise a incastro per divisori tra unità abitative. In figura 3 sono rappresentate le stratigrafie di divisori analizzate.

Tabella 3. Stratigrafie di involucro opaco orizzontale (solai) oggetto di calcolo e valori calcolati di trasmittanza termica stazionaria (U) e periodica (Y) e capacità termica areica lato interno (k1).

Tabella 3. Stratigrafie di involucro opaco orizzontale (solai) oggetto di calcolo e valori calcolati di trasmittanza termica stazionaria (U) e periodica (Y) e capacità termica areica lato interno (k1).

Sintesi dei risultati ottenuti sulle soluzioni proposte
A titolo esemplificativo, in figura 4, è riportato il foglio di calcolo con i valori delle grandezze termiche di tipo statico e dinamico ottenuti per una stratigrafia tipo (tamponamento monostrato multincastro a setti sottili e malta termica, corrispondente alla stratigrafia n. 1 della tabella 2.
Nella parte superiore della tabella (celle di colore giallo), è riportato l’elenco dei materiali componenti le soluzioni costruttive con indicati i dati di ingresso necessari per il calcolo (spessore, conducibilità termica del materiale o resistenza termica dell’intero strato, densità, calore specifico). Nella parte inferiore delle tabelle sono riportati i risultati del calcolo (celle di colore verde).

4. Foglio di calcolo sviluppato sulla base della metodologia di calcolo delle norme UNI EN ISO 13786:2008 e UNI EN ISO 6946:2008, riportante i valori delle grandezze termiche di tipo statico e dinamico ottenuti per una stratigrafia tipo (tamponamento monostrato multincastro a setti sottili e malta termica, corrispondente alla stratigrafia n. 1 della tabella 2).

4. Foglio di calcolo sviluppato sulla base della metodologia di calcolo delle norme UNI EN ISO 13786:2008 e UNI EN ISO 6946:2008, riportante i valori delle grandezze termiche di tipo statico e dinamico ottenuti per una stratigrafia tipo (tamponamento monostrato multincastro a setti sottili e malta termica, corrispondente alla stratigrafia n. 1 della tabella 2).

Stratigrafie di involucro opaco verticale esterno (pareti esterne). Data la numerosità dei casi di parete esterna analizzati, i grafici in figura 5 e figura 6 riportano sinteticamente i soli valori di trasmittanza termica stazionaria, trasmittanza termica periodica, capacità termica areica lato interno ottenuti per le stratigrafie (alcune delle grandezze da compilare nelle schede “sistema assemblato” di INNOVance), a confronto con i limiti normativi del periodo in cui è stata effettuata la valutazione (quelli del D.Lgs. 311/06), e quelli attuali per l’“edificio di riferimento”2 (D.M. 26.6.2015 [9]) nella zona climatica F.
Dal grafico in figura 5 appare evidente che, mentre tutte le soluzioni costruttive rispettano il limite di trasmittanza termica stazionaria imposto dal D.Lgs. 311/06 per la zona climatica F (la più fredda), quasi tutte rispettano comunque i valori attualmente definiti dal D.M. 26.6.2015 per l’edificio di riferimento. Le uniche eccezioni sono costituite da pareti portanti monostrato, che peraltro si attestano a valori di trasmittanza comunque molto bassi, attorno a 0.26-0.29 W/m2K.
Il grafico in figura 6 rappresenta invece i valori assunti dalla trasmittanza termica periodica e dalla capacità termica areica lato interno.
Si può osservare come la prima sia per tutte le soluzioni costruttive analizzate molto bassa, per alcune addirittura inferiore di due ordini di grandezza rispetto al limite normativo indicato dal D.M. 26.6.2015 (0.10 W/m2K, per le pareti verticali opache con l’eccezione di quelle comprese nel quadrante nord-ovest/ nord/nord-est, per tutte le zone climatiche ad esclusione della F, nelle località nelle quali il valore medio mensile dell’irradianza sul piano orizzontale, nel mese di massima insolazione estiva, sia maggiore o uguale a 290 W/m²)3.

5. Trasmittanza termica stazionaria delle pareti esterne analizzate, a confronto con il valore limite per la zona F del D.Lgs. 311/2006 e il valore dell’edificio di riferimento del D.M. 26.6.2015.

5. Trasmittanza termica stazionaria delle pareti esterne analizzate, a confronto con il valore limite per la zona F del D.Lgs. 311/2006 e il valore dell’edificio di riferimento del D.M. 26.6.2015.

I valori di capacità termica areica lato interno4, calcolata secondo la UNI EN ISO 13786:2008, sono per 14 stratigrafie superiori a 40 kJ/m2K con un picco di 48 kJ/m2K, con andamento simile ai valori di trasmittanza termica periodica.
Stratigrafie di involucro opaco orizzontale (solai piani e inclinati). Per quanto riguarda gli orizzontamenti, dato il numero più esiguo e la distinzione funzionale tra essi, cui è legata una differenziazione di valore trasmittanza termica stazionaria limite in relazione alla situazione di confine, non si riportano grafici d’insieme.
Si evidenzia che le soluzioni analizzate, rispettando ampliamente i valori limite di trasmittanza termica stazionaria imposti dal D.Lgs. 311/2006 per la zona climatica F (la più fredda), si collocano, salvo due casi in cui sono leggermente superati, al di sotto anche dei valori definiti dal D.M. 26.6.2015 per l’edificio di riferimento (tab.4). Si ricorda tuttavia che nel caso dei solai la prestazione termica stazionaria è quasi interamente fornita dallo strato isolante, per cui è sufficiente incrementare questo per ottenere facilmente i requisiti richiesti. Stratigrafie di involucro opaco verticale interno (divisori). Per quanto riguarda i divisori, la soluzione tra unità abitative U.I. riscaldate adiacenti ha trasmittanza termica stazionaria pari a 0.354 W/m2K e pertanto di gran lunga inferiore rispetto al limite normativo (0.8 W/m2K) per l’edificio di riferimento di cui al D.M. 26.6.2015.

6. Trasmittanza termica periodica (in blu) e capacità termica areica lato interno (in arancione) delle pareti esterne analizzate, a confronto con il limite normativo indicato dal D.M. 26.6.2015 e la precedente prescrizione inerente il D.Lgs. 311/2006.

6. Trasmittanza termica periodica (in blu) e capacità termica areica lato interno (in arancione) delle pareti esterne analizzate, a confronto con il limite normativo indicato dal D.M. 26.6.2015 e la precedente prescrizione inerente il D.Lgs. 311/2006.

Conclusioni
L’articolo propone i risultati della valutazione delle principali grandezze termiche stazionarie e dinamiche sulle stratigrafie in laterizio studiate nell’ambito del tavolo di lavoro “INNOVance efficienza energetica”. I risultati ottenuti mostrano che le soluzioni tecniche scelte sono estremamente performanti dal punto di vista del contenimento dei consumi energetici in fase invernale (risultato ottenuto grazie alla bassissima trasmittanza termica stazionaria). Per quanto riguarda l’efficienza energetica in fase estiva, il parametro principale individuato dal normatore anche nel D.M. 26.6.2015 è la trasmittanza termica periodica. In questo senso, tutte le stratigrafie analizzate, in particolare le pareti esterne, mostrano una prestazione “eccezionale”, con valori fino a due ordini di grandezza inferiori rispetto al valore limite, tanto da evidenziare come quest’ultimo sia di fatto poco significativo, e legato alla concezione di involucri edilizi leggeri e “super-isolati”. Tuttavia la letteratura mostra come la realizzazione di involucri con bassa inerzia termica e ad alto isolamento in contesti climatici caldi e temperati rischia di acuire le problematiche legate allo smaltimento estivo dei carichi interni e solari, generando gravi fenomeni di surriscaldamento degli ambienti [10,11,12].
Affidare la qualità estiva degli edifici alla sola trasmittanza periodica, avendo come ragguaglio i valori dell’edificio di riferimento, fa sì che qualsiasi involucro, dovendo rispettare i nuovi limiti di trasmittanza stazionaria, sarà considerato efficace ai fini normativo anche per il problema estivo. Nell’ambito della recente evoluzione del quadro normativo sull’efficenza energetica degli edifici, in un Paese come l’Italia, ci si sarebbe aspettati una maggiore attenzione del normatore verso il comfort abitativo interno in fase estiva, attraverso l’utilizzo di indicatori o metodi di calcolo ad hoc e realmente significativi. Il recente D.M. 21/12/2015 [13] sui Criteri Ambientali Minimi per gli edifici della Pubblica Amministrazione introduce una interessante novità in questa direzione. Al paragrafo 2.3.2 esso impone, ai progetti di nuova costruzione e per alcune categorie di intervento di ristrutturazione e ampliamento5, che la capacità termica areica interna periodica debba avere un valore di almeno 40 kJ/m2K (valore ampliamente superato dalle stratigrafie in laterizio valutate in questo studio, come mostrato).

Tabella 4. Valori limite di trasmittanza termica stazionaria per gli orizzontamenti nella zona climatica F. Confronto tra valori del D.Lgs 311/2006 e valori dell’edificio di riferimento (Cap. 1 Appendice A, Allegato 1 del D.M. 26.6.2015).

Tabella 4. Valori limite di trasmittanza termica stazionaria per gli orizzontamenti nella zona climatica F. Confronto tra valori del D.Lgs 311/2006 e valori dell’edificio di riferimento (Cap. 1 Appendice A, Allegato 1 del D.M. 26.6.2015).

Un parametro quale la capacità termica areica interna periodica, pur calcolabile in modo semplice con la norma UNI EN ISO 13786:2008, sarebbe quindi in grado di descrivere più efficacemente il comportamento dinamico dell’involucro, come documentato anche in precedenti studi [14,15].
Le stratigrafie analizzate nel presente lavoro sono state utilizzate per realizzare un lavoro di analisi del DM “Requisiti Minimi” attraverso un caso studio di edificio in laterizio, che è risultato essere un edificio ad energia quasi zero (nZEB) in classe A4 [16,17].

Note
1. I nuovi decreti del 26 giugno 2015 sull’efficienza energetica in edilizia di attuazione della Legge 90/13 sono stati pubblicati nella Gazzetta Ufficiale n. 162 del 15 luglio 2015. I tre decreti vanno a chiudere il recepimento della Direttiva 31/2010/UE iniziato con il Decreto Legge 63/2013 convertito in Legge con la Legge 90/13.
2. Si ricorda che il decreto “requisiti minimi”, nel caso di interventi di nuova costruzione e di ristrutturazione di primo livello, non impone dei limiti di trasmittanza dell’involucro, ma il calcolo dell’indice di prestazione energetica dell’edificio di progetto a confronto con un “edificio di riferimento”, ovvero un edificio identico a quello di progetto in termini di geometria, orientamento, ubicazione territoriale, destinazione d’uso e situazione al contorno e avente caratteristiche termiche e parametri energetici predeterminati, tra cui determinati valori di trasmittanza termica dell’involucro (Appendice A). Nel caso di interventi di ristrutturazione e di riqualificazione energetica è richiesto il rispetto dei limiti di trasmittanza riportati all’Appendice B.
3. Si ricorda che in alternativa la normativa prescrive la verifica che il valore della massa superficiale Ms, di cui al comma 29 dell’allegato A, sia superiore a 230 kg/m2.
4. Parametro che descrive il comportamento dinamico dell’involucro, considerando la profondità di penetrazione del flusso termico dall’interno.
5. Ristrutturazione integrale degli elementi edilizi costituenti l’involucro di edifici esistenti di superficie utile superiore a 1000 metri quadrati, demolizione e ricostruzione in manutenzione straordinaria di edifici esistenti di superficie utile superiore a 1000 metri quadrati, ampliamenti superiori al 20% del volume riscaldato.

Bibliografia
[1] http://innovance.it
[2] A. Pavan, F. Re Cecconi, S. Maltese, E. Oliveri, G. Aracri, M.T. Guaglianone, La scheda prodotti interattiva di INNOVance, Costruire in Laterizio 155 (2013) 60-63.
[3] A. Pavan, B. Daniotti, F. Re Cecconi, S. Lupica Spagnolo, D. Pasini, M.A. Chiozzi, INNOVance: la prima piattaforma nazionale BIM per le costruzioni, Costruire in Laterizio 167 (2016) pagg. 68-73.
[4] A. Pavan , F. Re Cecconi, S. Maltese, E. Oliveri, G. Aracri, M.T. Guaglianone, La denominazione dei prodotti da costruzione in INNOVance, Costruire in Laterizio 156, pagg. 58-62, 2013.
[5] UNI 11337:2009 Edilizia e opere di ingegneria civile. Criteri di codificazione di opere e prodotti da costruzione, attività e risorse. Identificazione, descrizione e interoperabilità.
[6] A. Osello, M. Del Giudice, N. Rapetti, Il BIM per la gestione dei dati alla scala edilizia ed urbana, Costruire in Laterizio 167 (2016) pagg 74 – 79.
[7] UNI EN ISO 13786:2008 Prestazione termica dei componenti per l’edilizia – Caratteristiche termiche dinamiche – Metodi di calcolo
[8] UNI EN ISO 6946:2008 Componenti ed elementi per edilizia – Resistenza termica e trasmittanza termica – Metodo di calcolo
[9] 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”.
[10] D’Orazio M, Di Perna C, Di Giuseppe E. The effects of roof covering on the thermal performance of highly insulated roofs in Mediterranean climates. Energy Build. Elsevier B.V.; ottobre 2010;42(10):1619–27.
[11] Stazi F, Nicoletti C, Di Perna C, Stazi A. Contenere…il caldo. Modulo. 2006
[12] Di Giuseppe E. Nearly Zero Energy Buildings and Proliferation of Microorganisms : A Current Issue for Highly Insulated and Airtight Building Envelopes. Springer International Publishing; 2013.
[13] Decreto del Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare 24 dicembre 2015 – “Adozione dei criteri ambientali minimi per l’affidamento di servizi di progettazione e lavori per la nuova costruzione, ristrutturazione e manutenzione di edifici per la gestione dei cantieri della pubblica amministrazione e criteri ambientali minimi per le forniture di ausili per l’incontinenza”.
[14] C. Di Perna, F. Stazi, A. Ursini Casalena, A. Stazi, Massa e comfort: necessità di una adeguata capacità termica areica interna periodica, Costruire in Laterizio 126 (2008) 52-59.
[15] C. Di Perna, F. Stazi, A. Ursini Casalena, M. D’Orazio, Influence of the internal inertia of the building envelope on summertime comfort in buildings with high internal heat loads, Energy and Buildings 43 (2011) 200-206.
[16] C. Di Perna, L. Fantini, La casa NZEB: una proposta per il clima mediterraneo, Costruire in Laterizio 159 (2014) 46-50.
[17]C. Di Perna, A. Romagnoli, G. Ulpiani, I nuovi “Requisiti Minimi” per l’efficienza energetica degli edifici, Costruire in Laterizio 166 (2016) 62-67.

Gli autori
Elisa Di Giuseppe PhD, Dipartimento di Ingegneria Civile Edile e Architettura, Università Politecnica delle Marche
Alfonsina A. Di Fusco Ingegnere, ANDIL
Rosario Gulino Ingegnere, ANDIL  

©Costruire in Laterizio

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