Il comportamento energetico di involucri in laterizio “faccia a vista”

Il comportamento energetico
di involucri in laterizio “faccia a vista”
DI
C. Monticelli
Viene presentato un sintetico repertorio di soluzioni
d’involucro in laterizio con rivestimento esterno in
mattoni “faccia a vista”, caratterizzate da prestazioni termiche conformi ai valori limite imposti dal
D.Lgs. 311/06 per la soglia temporale del 2010, in zona F. In merito sono state condotte valutazioni in regime stazionario e dinamico periodico, utilizzando i
parametri termici di prodotti dotati di marcatura CE,
determinando per ogni “stratigrafia” esaminata la
resistenza termica e i fattori di attenuazione e sfasamento, fondamentali ai fini del comfort ambientale.
Il mattone “faccia a vista” riveste un ruolo di rilevanza
nel progetto di architettura contemporaneo. Si tratta
di un’antica tradizione investita da una intensa evoluzione tecnica e tipologica: sono aumentati i prodotti, la
gamma di formati e colori; sono cambiate le tecniche
produttive, di posa, di trattamento superficiale, al fine
di migliorare le prestazioni complessive e la durabilità
degli elementi. Alle soluzioni tecniche tipiche, messe in
opera “a umido”, si affiancano oggi quelle evolute con
le tavelle in “cotto”, assemblate a secco su montanti metallici a formare una facciata ventilata. L’ampia
gamma di soluzioni possibili è chiamata a soddisfare
numerosi requisiti normativi, tra i quali oggi riveste un
ruolo assai significativo l’isolamento termico. A seguito dell’entrata in vigore dei D.Lgs. 192/05 e 311/06,
concernenti il recepimento della Direttiva europea sul
tema del risparmio energetico e del contenimento delle
dispersioni termiche, si affacciano sul mercato sistemi
di involucro caratterizzati da valori di resistenza termica molto performanti, ottenuti grazie all’impiego di
elevati spessori di materiali isolanti; al contempo, le
soluzioni di involucro che impiegano componenti massivi, per essere termicamente conformi alla normativa
specifica devono proporsi con spessori maggiori rispetto
al passato, con una serie di ricadute sulla progettazione
esecutiva e sulla fase di messa in opera. Occorre, tuttavia, osservare come le soluzioni leggere iperisolate, pur
consentendo ottime prestazioni in termini di isolamento
termico, presentino non pochi problemi nel garantire
un adeguato comfort interno negli edifici, soprattutto
quando sono calate nelle aree geografiche mediterranee, caratterizzate da lunghi periodi estivi con elevato
soleggiamento
Il ricorso a soluzioni d’involucro dotate di massa consistente permette di raggiungere, comunque, idonei
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valori di trasmittanza, riducendo i consumi energetici
per la climatizzazione, ma con un valore aggiunto: il
comfort termico degli ambienti abitati, grazie alla massa volumica dei materiali, è in grado di svolgere una
vera e propria funzione di regolatore delle oscillazioni di
temperatura tra esterno e interno nell’arco della giornata. La capacità dei materiali di un involucro di trattenere il calore e di rilasciarlo gradualmente nel tempo
– l’inerzia termica – presenta vantaggi non solo legati al
comfort interno, ma anche alla riduzione dei consumi
energetici. Uno dei modi più efficaci per il controllo della climatizzazione degli spazi interni agli edifici, sia in
estate che in inverno, è proprio lo sfruttamento di questa proprietà dei componenti edilizi: in estate, il calore
accumulato dall’involucro viene rilasciato gradualmente all’interno degli ambienti con un periodo di ritardo,
attenuando e rimandando quindi il picco di calore, riducendo così la necessità di raffrescamento; in inverno,
il calore accumulato durante il giorno viene restituito
agli ambienti nel tardo pomeriggio e durante la sera,
quando è necessario. Gli effetti positivi dell’inerzia
termica sono, peraltro, quantificabili attraverso il parametro “sfasamento” (che esprime il periodo di tempo necessario affinché il calore attraversi la parete e
passi dall’altro lato, nell’ambiente interno dell’edificio)
e il fattore di decremento o “attenuazione” (un valore
adimensionale dato dal rapporto fra il flusso massimo
della parete capacitiva e il flusso massimo della parete
a massa termica nulla).
Affrontare un progetto con piena coscienza delle problematiche energetiche, significa, dunque, anche acquisire
consapevolezza sul ruolo della massa termica.
Sulla base di tali considerazioni, appare opportuno proporre, nel seguito, un breve (e per questo non esaustivo) repertorio di soluzioni d’involucro costituite da
materiali correntemente impiegati nel nostro Paese. In
particolare, si analizzano alcune possibili stratificazioni
per la costruzione di murature in laterizio con il rivestimento esterno realizzato in mattoni “faccia a vista”,
conformi ai valori limite imposti dal D.Lgs. 311/06 per
la soglia temporale del 2010, in zona F.
LE SOLUZIONI COSTRUTTIVE “FACCIA A VISTA”
La rassegna proposta di soluzioni tecniche in laterizio
con rivestimento in mattoni “faccia a vista” è il risultato
di una apposita indagine, in cui si è cercato di definire
le stratigrafie di involucro più rappresentative tra quelle
attualmente diffuse in Italia.
produzione e prodotti
Politecnico di Milano, Dipartimento BEST
produzione e prodotti
Le otto soluzioni tecniche illustrate nelle schede seguenti individuano quattro tipologie di stratificazione:
• doppio strato con isolante in intercapedine e rivestimento esterno di mattoni “faccia a vista” (stratificazioni da 1 a 4); lo spessore dello strato murario interno è in blocchi di laterizio da 20 o 25 cm di spessore;
• doppio strato con isolante, camera d’aria in intercapedine e rivestimento esterno “faccia a vista” (stratificazioni da 5 a 6); lo spessore dello strato murario
interno è di 25 cm;
• monostrato con rivestimento in listelli “faccia a vista”, senza materiale isolante (stratificazione 7); lo
strato murario interno è di 45 cm;
• monostrato con rivestimento a cappotto e listelli in
laterizio (stratificazione 8); la muratura in blocchi di
laterizio si presenta con uno spessore di 30 cm.
La peculiarità delle soluzioni si individua nei diversi laterizi scelti per il rivestimento esterno:
• nelle stratificazioni 1 e 5 il rivestimento esterno è il
mattone pieno tradizionale, prodotto con la tecnica
del “pasta molle”, formato 12 x 25 x 5,5 cm;
• le stratificazioni 2 e 6 prevedono il mattone semipieno, formato 12 x 25 x 5,5 cm, estruso con il 35% di
foratura;
• la stratificazione 3 ha come rivestimento un listello di
“cotto”, formato 6 x 25 x 5,5 cm;
• le stratificazioni 4 e 7 presentano un listello in laterizio, formato 3,3 x 25 x 5,5 cm, ottenuto da un mattone estruso spaccato a metà;
• nella stratificazione 8 il rivestimento è di recente concezione: un listello “a colla”, formato 1 x 25 x 5,5 cm,
riconducibile alla famiglia dei “faccia a vista”, più
Tab. I - Descrizione delle caratteristiche fisico-tecniche dei materiali e dei valori termici di progetto per una muratura a doppio strato con
isolante in intercapedine e mattoni pieni faccia a vista.
Tab. II - Descrizione delle caratteristiche fisico-tecniche dei materiali e dei valori termici di progetto per una muratura a doppio strato
con isolante in intercapedine e mattoni estrusi faccia a vista.
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10351 (1994). Il calore specifico dei materiali, grandezza correlata alla loro capacità termica, dato necessario
per il calcolo dei valori di sfasamento e attenuazione
dell’onda termica nella parete, è stato desunto dalla
letteratura scientifica.
Le caratteristiche termiche delle diverse soluzioni costruttive sono state calcolate considerando uno strato
di materiale isolante con conducibilità termica λ di
0,03 W/mK e densità 45 kg/m3.
Relativamente alle stratificazioni 5 e 6, con intercapedine d’aria tra l’isolamento e il paramento murario esterno, si è considerata l’intercapedine come non ventilata;
per questa si è assunto il valore di resistenza termica
con riferimento alla tabella del prospetto 2 della norma
Tab. III - Descrizione delle caratteristiche fisico-tecniche dei materiali e dei valori termici di progetto per una muratura a doppio strato
con isolante in intercapedine e listelli faccia a vista da 6 cm.
Tab. IV - Descrizione delle caratteristiche fisico-tecniche dei materiali e dei valori termici di progetto per una muratura a doppio strato
con isolante in intercapedine e listelli faccia a vista da 3,3 cm.
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produzione e prodotti
propriamente una piastrella di laterizio incollata con
malta cementizia sullo strato di isolante del rivestimento a cappotto.
Per la costruzione delle stratificazioni, sia per quanto
riguarda i mattoni “faccia a vista”, sia per i blocchi in
laterizio, si è fatto riferimento a prodotti, presenti sul
mercato, dotati di marcatura CE, per i quali fossero disponibili le informazioni relative alle specifiche caratteristiche termiche. Nel caso dell’elemento di laterizio
forato da 8 cm, si è fatto riferimento a dati tabellari
tratti dalla norma UNI 10355 (1994). I dati di permeabilità al vapore per ogni strato delle murature prese in
considerazione, riportati nelle tabelle a seguire, fanno
riferimento a valori tabulati indicati nella norma UNI
UNI EN ISO 6946. Vale comunque la pena precisare che
il valore di resistenza termica dell’aria da assumere per
l’intercapedine, se fosse ventilata, non inciderebbe in
modo sostanziale sui risultati dei valori termici.
LA VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI TERMICHE
produzione e prodotti
Innanzitutto, è stato calcolato il valore di trasmittanza
termica delle chiusure verticali campionate, al fine di
individuarne la rispondenza ai valori limite imposti dal
D.Lgs. 311/06, per la soglia temporale del 2010, fino alla zona F, secondo la procedura indicata dalla norma UNI
EN ISO 6946 (2007) “Resistenza termica e trasmittanza
termica. Metodo di calcolo”.
In regime stazionario, è stata verificata anche la temperatura superficiale interna alla muratura, per controlla-
re la formazione di umidità sulle superfici e la condensazione interstiziale mediante la verifica di Glaser.
In secondo luogo, si è proceduto a verificare il comportamento termico delle stratificazioni per quanto
riguarda sfasamento e attenuazione, adottando la
procedura di calcolo riportata nella norma UNI EN ISO
13786 (2001) “Prestazione termica dei componenti per
edilizia. Caratteristiche termiche dinamiche. Metodo
di calcolo”, relativa alla trasmissione del calore attraverso i componenti edilizi in regime dinamico periodico e sinusoidale, considerando le escursioni termiche
durante un periodo di tempo stabilito. I valori termici
dinamici, così determinati, fanno chiaramente emergere il ruolo della massa nelle prestazioni energetiche
delle murature.
Tab. V - Descrizione delle caratteristiche fisico-tecniche dei materiali e dei valori termici di progetto per una muratura a doppio strato
con isolante e camera d’aria in intercapedine e mattoni pieni faccia a vista.
Tab. VI - Descrizione delle caratteristiche fisico-tecniche dei materiali e dei valori termici di progetto per una muratura a doppio strato
con isolante e camera d’aria in intercapedine e mattoni estrusi faccia a vista.
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I valori relativi alle grandezze termo-fisiche dei blocchi
in laterizio, indicati nelle esemplificazioni, sono quelli
dichiarati dai produttori nelle certificazioni UNI EN 1745
o nei cartigli CE (la marcatura CE dei prodotti in laterizio prevede che la prestazione del blocco sia espressa
come resistenza termica R o come conducibilità termica
equivalente λeq, funzione dello spessore dell’elemento).
I valori di resistenza indicati nelle tabelle di ogni stratificazione sono stati costruiti a partire dai valori riportati
nei cartigli CE dei prodotti (quindi dal valore di λeq o di R
dell'elemento) e sono stati corretti considerando il contributo dei giunti in malta sulle prestazioni termiche dello
strato complessivo. Infatti, la resistenza termica della
muratura, seppur composta da elementi con le medesime
prestazioni di resistenza termica, varia in relazione al ti-
po di giunto (che può essere realizzato con malta cementizia, con malta isolante, solo orizzontale se il blocco è a
incastro), oppure può essere considerata trascurabile se
gli elementi stessi sono rettificati. La malta ha una conducibilità termica maggiore rispetto ai prodotti in laterizio
e quindi la prestazione di isolamento della muratura può
ridursi anche del 10% rispetto alla resistenza termica di
una soluzione senza la presenza dei giunti in malta.
Con riferimento alle tabelle riportate a corredo della
presente nota, nella sezione relativa alle informazioni
tecniche specifiche dei prodotti, sono indicate le caratteristiche relative alla specifica prestazione termica. La
lettera P contrassegna blocchi portanti, con una percentuale di foratura compresa tra 45 e 55% e spessore minimo di 25 cm; le lettere GV stanno per giunto verticale,
semplice o, in due casi, a incastro.
Tab. VII - Descrizione delle caratteristiche fisico-tecniche dei materiali e dei valori termici di progetto per una muratura monostrato con
rivestimento a listelli faccia a vista da 3,3 cm.
Tab. VIII - Descrizione delle caratteristiche fisico-tecniche dei materiali e dei valori termici di progetto per una muratura monostrato con
rivestimento a cappotto e listelli a colla da 1 cm in laterizio.
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produzione e prodotti
LE CONDIZIONI AL CONTORNO
CONSIDERAZIONI
Dalle valutazioni condotte sulle prestazioni termiche
delle soluzioni prese in esame, possono essere tratte
alcune considerazioni di larga massima, con una premessa sui risultati ottenuti: questi sono strettamente
legati alle stratificazioni indicate e alla scelta di specifici elementi in laterizio. Gli stessi valori termici possono
essere ottenuti anche con altri spessori dei prodotti,
oppure si possono avere risultati differenti da quelli qui
riportati, seppur con le stesse dimensioni, qualora si
utilizzino prodotti con prestazioni termiche differenti,
modalità e materiali per la posa in opera diversi. Come
si è detto, ogni prodotto può variare la propria prestazione di resistenza termica in relazione a numerose variabili: densità e conducibilità termica dell’impasto in
argilla, percentuale di foratura, geometria dei fori; le
murature, inoltre, possono differire per tipo di giunto
(normale, a incastro, rettificato) e tipo di malta usato
per i giunti (normale o isolante).
produzione e prodotti
Si evidenzia che il valore di conducibilità termica degli
strati in blocchi di laterizio è quello della muratura ed è
comprensivo del contributo dei giunti.
Il valore della massa superficiale, riportato tra i risultati delle valutazioni, comprende naturalmente anche
il peso dei giunti di malta. Si fornisce anche il valore
di massa superficiale della singola “stratificazione” con
l’esclusione degli intonaci, come richiesto dal D.Lgs.
n. 311/06.
Le valutazioni sono state condotte con valori di conducibilità termica equivalente degli elementi in condizioni a
secco; pertanto i risultati non considerano un eventuale
ruolo dell’umidità.
Tutte le specifiche tecniche relative agli strati superficiali interni, ai coefficienti liminari (interno ed esterno)
sono stati mantenuti costanti.
In una specifica sezione (in alto a destra) delle schede,
si riportano le fasce climatiche in cui tali soluzioni costruttive sono consentite dalla normativa cogente.
Fig. 1 - Quadro sintetico dei risultati sulle caratteristiche tecniche e le prestazioni termiche di diverse soluzioni di involucro in elementi di
laterizio e rivestimento esterno “faccia a vista”.
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cuzione della muratura, per evitare cadute prestazionali che potrebbero portare alla formazione di condensa,
rispetto alle previsioni progettuali. L’ordine degli strati
nella sezione muraria, in regime stazionario, non altera
il comportamento termico, avendo significato solo per
quanto riguarda la possibilità di formazione di condensa. Gli effetti sul comportamento dinamico possono
invece essere rilevanti. È importante comprendere la
corretta distribuzione degli strati, in particolare la posizione degli strati massivi, e valutare il comportamento
combinato di questi con gli isolanti termici. La posizione
dello strato isolante influisce sul comportamento in regime dinamico, soprattutto sul fattore di attenuazione,
mentre ha poca influenza sul ritardo temporale.
Dalla considerazione della variabile tempo, emergono
altri spunti di riflessione: pareti con trasmittanza termica uguale hanno un comportamento identico dal punto
di vista della riduzione della dispersione di calore verso
l’esterno, ma presentano un comportamento molto differente dal punto di vista della conservazione del calore
accumulato. Tutte le soluzioni sono caratterizzate da
fattori di attenuazione e sfasamenti interessanti. Non
esistono, in realtà, prescrizioni normative di valori di
attenuazione e sfasamento conformi; possibili valori di
riferimento possono essere tratti dal Protocollo Itaca
(al punto 1.8, Inerzia termica), in cui è consigliato un
valore di sfasamento minimo di 8 ore e non superiore a
16 e un fattore di attenuazione ≤ di 0,40, per ottenere un punteggio corrispondente alla sufficienza. Per la
situazione estiva, in letteratura, si riscontra che valori
prossimi alle 12 ore di sfasamento sono raccomandabili e performanti: gli ambienti interni vengono raggiunti
dalla temperatura esterna più elevata solo durante la
notte, con un ritardo di 12 ore, quando ormai la temperatura esterna si è abbassata verso valori minimi.
Le soluzioni analizzate confermano che con un incremento del valore di sfasamento si ha una diminuzione
del valore di attenuazione. Di particolare spicco sono i
valori di attenuazione e sfasamento della soluzione monostrato non isolata (7), quella con massa superficiale
maggiore: il valore di sfasamento è massimo e il fattore
di attenuazione prossimo allo zero; avvicinarsi alle 20
ore di sfasamento può, tuttavia, risultare in certi casi
poco efficace, poiché la parete non si è ancora scaricata
del calore assorbito, nel momento in cui deve cominciare ad accumulare altra radiazione termica.
È possibile considerare le stratificazioni 2 e 6 particolarmente interessanti dal punto di vista della prestazione
energetica, nonostante vada ribadito come complessivamente non vi siano scostamenti eclatanti fra i valori
termici ottenuti nelle differenti stratificazioni esaminate. Infatti, sia la 2 che la 6 hanno valori di trasmittanza
identici (i più bassi tra quelli a confronto), il valore di
sfasamento maggiore (escludendo quello della stratificazione 7, che si discosta da tutti) e, quindi, un fattore
di attenuazione basso rispetto alle altre stratificazioni.
L’unica differenza significativa è lo scarto di 10 cm circa
dello spessore tra le due stratificazioni.
produzione e prodotti
I valori di trasmittanza termica delle stratificazioni analizzate variano in un intervallo tra 0,28 e 0,32 W/m2K.
Per raggiungere valori performanti di trasmittanza, rispondenti ai requisiti normativi per la soglia temporale
2010, fino a soddisfare il valore termico per la zona climatica F, le stratificazioni in laterizio si presentano con
buoni spessori e uno strato integrativo di isolamento.
È possibile ottenere valori di trasmittanza bassi anche
senza lo strato di isolamento, passando alle soluzioni in
laterizio con maggiori spessori tra le stratificazioni campionate. La soluzione monostrato 7, l’unica senza strato
isolante, ha una buona prestazione termica, pressoché
identica a quella della soluzione 3 (muratura a doppio
strato con isolante interposto); tuttavia, lo spessore della prima è di 52,3 cm, rispetto ai 40 cm della seconda.
I valori termici delle stratificazioni si attengono ai limiti
di trasmittanza imposti dalla normativa e consentono di
poter impiegare tutte le stratificazioni esaminate anche
in località situate in zona climatica F, quella con il valore limite più restrittivo.
Interessante appare il confronto tra le diverse soluzioni, all’interno delle quali l’unica variabile significativa
è la percentuale di foratura degli elementi (1 con 2;
5 con 6). Queste tipologie sono state esaminate con
l’obiettivo di capire quale fosse l’incidenza sulle prestazioni termiche dell’impiego del mattone estruso “faccia
a vista” con una percentuale di foratura del 35%. Nelle
soluzioni con mattone forato si può osservare un incremento della prestazione di isolamento intorno al 3% e
un leggero miglioramento dei valori di attenuazione e
di sfasamento.
Complessivamente, tutte le soluzioni presentano valori di massa superficiale superiori ai 230 kg/m2, limite
indicato nel D. Lgs. 311/06 con lo scopo di limitare i
fabbisogni energetici per la climatizzazione estiva e di
garantire un maggior comfort termico. I valori per le
soluzioni proposte sono compresi in un intervallo fra 330
e 440 kg/m2. Si può osservare, in particolare, come a
fronte dell’aumento della massa superficiale corrisponda sempre un aumento dello sfasamento e una riduzione
dell’attenuazione.
Le stratificazioni 3 e 8 hanno pressoché lo stesso spessore, il minore fra quelli delle soluzioni proposte. Tuttavia,
la stratificazione 3 è la più leggera, anche rispetto alla
8, che presenta una massa superficiale più consistente
dettata dalla scelta di un blocco con densità maggiore.
Da un ulteriore confronto fra le due, la stratigrafia 3 ha
una trasmittanza meno performante e capacità termica
maggiore rispetto alla 8; la sua “leggerezza” penalizza
anche i valori termici dinamici con sfasamento minore e
valore di attenuazione maggiore:quindi a parità di spessore la soluzione 8 è più performante.
La verifica di Glaser è positiva per tutte le murature valutate: quindi non vi è il rischio di formazione di condensa interstiziale. Va comunque evidenziato che, in quasi
tutti i casi, tra lo strato di isolante e l’intonaco, le due
curve di pressione di vapore si avvicinano molto, per cui
si rende necessaria una particolare attenzione nella ese-