Le tecnologie costruttive per gli edifici ad alte prestazioni … · 2015-06-26 · 1.Le resistenze...

Le tecnologie costruttive per gli edificiad alte prestazioni energetiche

enrico de angelis e andrea mainini

dipartimento BEST(Building and Environmental

Science and Technology)

Programma del seminario

1. Le resistenze termiche e imateriali isolanti

2. I sistemi costruttivi(dove stiamo andando? Esoprattutto: perché?)

3. I ponti termici e il progettocostruttivo del sistema diinvolucro

4. I serramenti




• Monostrato• Isolata esternamente• Doppia parete• Isolata internamente• A secco …

Murature monostrato

Si chiama monostrato perché è uno solo lo strato a cuivengono affidate le principali “funzioni” tecniche e questo è,di solito, di spessore notevole. Si realizza con blocchisemlici, a bassa conduttanza (nelle murature secondo ilCEN, sono i blocchi a bassa densità, Low Density:= LD):

– Blocchi in laterizio

– Blocchi in conglomerati cementizi a bassa conduttanza

– Blocchi in calcestruzzo cellulare autoclavato

Oppure con elementi composti da più materiali (attenzionealla capacità portante!), anche di grandi dimensione:

– Per es. integranti strati in PSE/PU o in fibra di legno

I blocchi a bassa densità, quando non basta, sono FORATI

Conduttività equivalente

Nelle murature monostrato, la parte principale èovviamente il blocco, che svolge spesso anche unafunzione strutturale (blocco portante).

Il concetto di conduttività si usa anche se il materialecostituente la parete non è omogeneo (fori o alveoli) e siparla di conduttività equivalente:

!

"eq =s

R

Può essere riferita solo alblocco o all’insiemeblocco+malta di allettamento

Prestazioni energetiche e isolamento

0,060,110,250,390,791,182,36U=0,10

0,040,070,160,260,520,781,56U=0,15

0,030,050,120,190,390,581,16U=0,2

0,020,030,080,130,250,380,76U=0,3

0,010,020,050,070,150,220,44U=0,5

0,010,010,020,030,070,100,20U=1,0

!=0,006!=0,011!=0,025!=0,04!=0,08!=0,12!=0,24

Spessori necessari di solamento termico (al cm) perottenere una trasmittanza termica U (in colonna di sx), alvariare della conduttività del materiale (prima riga in alto),in una parete perimetrale verticale.

Fat buildings(thick skin)

Se non si usano materiali adaltissime prestazioni, l’iperisola-mento “ingrassa” un po’ …

Elemento a fori verticali

con sacca di malta

con fori di presa

con giunzione a linguetta e scanalatura

Murature: resistenze termiche

Pareti da 12, 25 e 37,5 cm in mattoni pieni da 1800kg/m3, con giunti di malta da circa un centimetro:

– R = 0,15; 0,32; 0,47 (m2K/W)U = 3,13; 2,05; 1,56 (W/m2K)

La conduttività equivalente è circa 0,8 W/mK. Laconduttività dei materiali costituenti (mattone e malta deigiunti) è più o meno la stessa.

UNI 10351:2005

Murature piene e semipiene

Pareti da 12 e 25 cm in mattonisemipieni da 1050 kg/m3 (lorde), congiunti di malta da circa un centimetro:

– R = 0,24; 0,47 (m2K/W)

La conduttività equiv. è circa 0,50W/mK, la massa superficiale di 140-300 kg/m2

Parete da 20 cm in blocchi forati inargilla da 800 kg/m3 (lorde):

– R = 0,47 (m2K/W)

La conduttività equiv. è circa 0,43W/mK, la massa superficiale oltre 160kg/m2

Parete da 35 cm in blocchi semipieniin argilla alleggerita da 800 kg/m3

(lorde), a fori verticali:

– R = 1,05 (m2K/W)

Stessa conduttività equiv.massa superficiale oltre 300 kg/m2

UNI 10351:2005

Solaio da 18 o 22 cm in forati inargilla:

– R = 0,30 – 0,33 (m2K/W)

La conduttività equivalente è circa0,60 W/mK, la massa oltre 110kg/m2.

Solaio in predalles in PSE da 24 cme getto di completamento in cls:

– R = 0,52 (m2K/W)

La conduttività equivalente è circa0,46 W/mK, la massa quasi 300kg/m2

Resistenze di solai e coperture

UNI 10351:2005

Solaio in blocchi in PSE confondo nervato in calcestruzzo, da23 cm e getto di completamentoall’estradosso (calcestruzzo):

– R = 0,84 (m2K/W)

La conduttività equivalente è circa0,23 W/mK, la massa superficialedi 220 kg/m2

Resistenze termiche dei mattoni (laterizi)

EN 1745:2002

Mattoni e blocchi inargilla di densitàvariabile: la normaoffre dati sulladiffusione del vaporee sulla capacitàtermica per unità dimassa.

I valori di conduttivitàsono relativi al frattile50 e 90% ma vannopeggiorati per tenerein conto l’influenzadell’umidità

Resistenze termiche di “altri mattoni”

EN 1745:2002

Mattoni eblocchi insilicati di

calcio


EN 1745:2002

Mattoni e blocchi incalcestruzzo

e in calcestruzzo

alleggerito

con perle in PSE


Mattoni e blocchiin calcestruzzo diargilla espansa

EN 1745:2002


EN 1745:2002

Mattoni e blocchi incalcestruzzo

aerato e

autoclavato

AAC (gazbeton)

Blocchi alveolari PORIZZATI

Hollow clay blocks

Migliorare argille e il disegno degli alveoli permette di avereresistenze meccaniche sempre più elevate e conduttanzesempre più basse ma con un limite. Allora si “porizza”:segatura, PSE … oppure si alleggerisce con perlite e simili

Il giunto di malta

Il punto critico della muratura di blocchi porizzati diventa ilgiunto di malta che, se realizzato con materiali tradizionali,ha un’elevata conduttanza. Allora si cerca di ridurrespessore e conduttività della malta utilizzata, ancherendendo i giunti discontinui

Le dimensioni del blocco varianomolto: lo spessore del giuntodipende dalla tolleranza

dimensionale del blocco.

Se incastriamo tra loro i blocchi …

Possiamo eliminare almeno i giunti verticali!

Se c’è l’intonaco, la tenuta all’aria e l’isolamento acusticonon sono penalizzati in maniera significativa, mentre siriduce la trasmittanza complessiva della parete.

Il blocco regolarizzato

La variazione dimensionale delle ceramiche, a causa delledifferenti risposte dell’argilla al processo di cottura, richiedeun importante giunto di malta di allettamento.

Si possono utilizzare malte isolanti, ma queste hanno unabassa resistenza meccanica, molto inferiore a quella delmattone, a volte. Allora si utilizzano colle minerali conblocchi regolarizzati in altezza.

Lo spessore del giunto si riduce di molto!Perché molta parte non si vede

http://www.fantiniscianatico.it/

Malte e procedure di montaggio

I sistemi “moderni” hanno bisogno di malte speciali perl’allettamento e per gli intonaci (basso mod. elastico,isolanti), di reti e pezzi speciali per mantenere stabiliblocchi e rivestimenti.

Tra i migliori blocchi in commercio

Conduttività da 0,15 a 0,10

Murature monostrato porizzata commercialee il ritorno degli intonaci isolanti

Nell’Europa del nord si trovano in vendita porizzatiidentificati con codici 012, 011 009: il produttoreintende la conduttività equivalente del blocco

Dalla brochure deiprodotti Wienerberger

Si ricorda che laconduttività delgazbeton èdell’ordine di0,10-015 W/mK

Altri prodotti: ! < 0,1 (W/mK)

Oltre il laterizio!

Per andare oltre (U<0,2)si tappano gli alveoli conl’isolante: da un prodotto apareti sottili (U = 0,35-0,30) si passa ad unprodotto con trasmittanzefino a 0,18 (W/mq K) sucirca 45 cm intonacicompresi.

Più il blocco è leggero e piùl’isolante può contribuirealla stabilità dei setti inlaterizio del blocco.

Oltre il laterizio

Oltre il lecablocco

Non vado oltre una trasmittanza di 0,40-0,35 W/mqK. Devoaggiungere uno strato isolante all’interno, all’esterno …

Oltre il lecablocco… o pensare un prodotto “composito”

Cemento legno …

Imperativi contemporanei

1) Curare il dettaglio

Quale che sia la tecnolo-gia, non si può più co-struire senza progettareil dettaglio costruttivo

2) Continuità dell’isola-

mento termico e acustico

Nei nodi si può renderetotalmente inefficienteogni sforzo fatto insezione corrente

3) Sperimentare

Per poter “innovare”minimizzando tutti ipossibili rischi tecnici(e non solo)

Angolo, porta e incastro pareti

Per migliorare sia la qualità del prodotto finale chel’efficacia del cantiere, i produttori mettono a punto tantipezzi speciali per facilitare la realizzazione dei dettagli: iblocchi in laterizio non sono sempre facilmente riducibili

Dettaglio solaio-parete

La soluzione proget-tuale dei punti critici(per esempio, pereliminare i pontitermici) deve essereattenta e sistematicaServono dei sistemicompleti, ottimizzatianche nei confrontidei possibili modi diguasto

L’appoggio “morbido” del solaiocontrasta il rischio di rottura deiblocchi più delicati (fragili) per ladeformazione del solaio

L’appoggio del solaio

Nel nodo: la prestazione strutturale (non solostato limite ultimo) e quella termica.

Ponte termico controllato: SOLAIO

Uppv= 0,233

Usol= 0,602(4 cm di isolantetermo-acustico)

! = 0,02(grazie a 14 cmdi isolante)

Wärmebrückenkatalog 2006 Niedrigenergiehaus WIENERBERGER

Dettaglio fondazione

a. Fondazione approfondita(possibile getto diretto intrincea se terreno OK)

b. Parti interrateimpermeabilizzate

c. Taglio capillarità conghiaione e separazione(contenimento getto CA)

d. Continuità del tagliocapillarità, barriera vapore edistacco pavimentazione suisolante termico

Dettaglio fondazionee. Fondazione in trincea

ampliata e getto in casserose il terreno lo richiede

f. Protezione dello strato ditenuta dal reinterro

g. Se il terreno non è affidabile(cedimenti), si deverealizzare una piastraappoggiata sulle fondazioni(att. taglio termico)

h. Continuità stratitenuta/separazione

i. Rinforzo intonaco incorrispondenza giunto

Attacco a terra fortemente controllatoUppv= 0,193

Usol= 0,202(grazie a 16 cm diPSE sotto il pav. inlegno)

! = 0,07(grazie a 8 cm diisolante chescende giù 80 cmalmeno)


Attacco a terra solaio su cantina

Uppv= 0,193

Upct= 0,423(8 cm di XPS)

Usol= 0,271(12 cm di PSE sotto ilmassetto)

! = 0,07(grazie a 8 cm diisolante che scendegiù per tutta la paretedella cantina a 12°C)


Soluzione per parete

monostrato concassonetto in vistaverso l’esternoSi noti l’innesto deldavanzale a vaschettanella muraturaL’isolamento delcassonetto èmaggiorato

Il serramento

Il serramento

Nodo problematico sia insezione verticale …

Da studiare sempre nella suacomplessità 3D, soprattutto peri problemi di tenuta e preven-zione del degrado della pareteda infiltrazioni sul piano orizz.

Il serramento

Nodo problematico sia insezione verticale …

La continuità della facciata in corri-spondenza di:

• Cassonetto• Solaio• serramento

Il serramento

… sia in sezione orizzontale

Attenzione: quando non c’è lamazzetta, la realizzazione deldettaglio è a rischio perinfiltrazioni e tenuta in generale.

Invertire il problema (acustica):cassonetto esterno

La finestra

Il serramento vienetradizionalmentefissato “contro”qualcosa. Non solo:la muraturasuperiore al vanodeve esseresostenuta daqualcosa …

Nodo parete-serramento ad alto isolamento

Uppv= 0,193

Uglass = 0,50(triplo, due sup. bassoemissive,gas nobili)

Uframe = 0,87(con fermavetro esterno isolanteda 2-3 cm)

Uw = 0,71(con distanziatori ad altoisolamento)

! = 0,11(grazie a un falsotelaio isolantedella ditta INTERNORM HD300)


Nodo parete-serramento ad alto isolamento


! = 0,07(grazie alla riduzione dellaparte esposta con intonacoisolante: 4 cm da "=0,09W/mK)


Prodotti speciali: architrave

Si comincia con gli aspetti strutturali (architrave) poi si passa a quellitermici! Anche in questi casi ci sono soluzioni “ottimizzate prefabbri-cate” (fondamentali per Umedia<0,5). Ma non dimenticate l’acustica!

Isolamento all’esterno

Con murature a conduttività “normale” è giocoforza aggiungere unisolante, se si vogliono raggiungere trasmittanze < 0,30 W/m2K conspessori ragionevoli

Il “cappotto”

CAPPOTTO = intonaco sottile su isolante, in Europa“ETICS”. Il sistema è composto di due strati principali:

– Uno strato isolante composto di una o più lastresovrapposte

– Un sistema di rivestimento (solitamente plastico) sottile(solitamente) realizzato sopra l’isolante

Completano il sistema:– Un fissaggio meccanico del pannello al supporto– Uno strato di “incollaggio del pannello al supporto (con

funzioni anche di regolarizzazione)– Una rete di irrigidimento annegata nel rivestimento– Un eventuale sistema di finitura esterna ulteriore

Le problematiche

Il rivestimento esterno è fortemente sollecitato:

– Variazioni termiche ancora più significative che intonaco

– Condensa superficiale su superficie che:

• Si satura velocemente

• Assorbe bene (perché l’intonaco deve essere“diffusivo” al vapore) salvo trattamenti speciali

• Il processo è frequente causa la capacità termicaridotta dell’isolante (isolato dal supporto)

– Pioggia primaverile/autunnale dopo forte insolazione(choc termico)

Fessurazione delrivestimento sottile

Con facilità si fessura e si distacca (dopo unperiodo di tempo ragionevole, spesso), inoltre, sudi esso si formano alghe e muschi

Fessurazione del rivestimento

L’intonaco sottile è sensibile alla grandine

Vandalismo

È molto poco resistente agli urti

La soluzione

Decenni di sperimentazione, soprattutto in climi moltoimpegnativi, hanno permesso di mettere a punto rivestimentiisolati affidabili (durate superiori ai 10 anni delle finiture).

Sono comunque prevedibili cicli di manutenzione intorno ai20 anni ma rimane sempre una delle soluzioni più efficienti(soprattutto per gli interventi di recupero).

NB: un buon cappotto non “sigilla” la casa aumentandone ilcontenuto di umidità e rendendola malsana, anzi, ne“asciuga” le pareti

Angoli

Dettagli

Solaio intermedio isolato esternamente

Uppv= 0,195(16 cm di EPS)


! = 0,006


QUASI NULLO

Nodo parete-serramento-solaio (in veletta)


Usol= 0,682(3 cm di PSE sotto il massetto)

Uglass = 0,50(triplo, due sup.bassoemissive, gas nobili)

Uframe = 0,87(con fermavetro esternoisolante da 2-3 cm)


! = 0,15


Nodo parete-serramento-solaio (in veletta)


Usol= 0,964(3 cm di PSE sotto il massettosu solaio CA!!)




! = 0,079


Qui c’èqualcosa inpiù per tenerein conto delsolaio in CA

Nodo parete serramento (fianchi)





! = 0,09


Attacco a terra solaio su cantina


Upct= 0,285(8 cm di XPS)


! = 0,01


Solaio di copertura piana


Ucop= 0,156(18 cm di EPS)

! = 0,129


La parete “a cassetta”

La maggior parte degli edifici recenti,nel nostro Paese, è realizzato così:

– Struttura in CA

– Parete a doppio paramentointonacato

Se va bene la parete esterna è a foriverticali, con tavella sul fronte solaio epilastri, con o senza isolante inintercapedine, a seconda del periodo

PONTE TERMICO!!

Degrado …

Causa temperature e capacità “assorbente” diversa, le su-perfici esterne delle pareti doppie sono spesso caratterizza-da condizioni di saturazione differenziate, condizionesufficiente per la crescita di alghe e altri organismi el’alterazione cromatica differenziate

Altri problemi

Sulle superfici interne in corrisp.Dei pilastri e delle travi, se nonisolo molto attentamente, hocondensazione superficiale e laconseguente crescita di muffe

altri problemi

Lesioni a ridosso di travi e pilastri:

– la minore stabilità meccanica (non sono portanti) deitavolati esterni in forati leggeri aumenta l’ampiezza deicicli di dilatazione e contrazione di origine termica equelli legati alla variazione del contenuto di acqua

Conseguenze possibili dell’uso di foratitroppo leggeri

Assenza di sigillature

verticali tra i blocchi

Assenza di sigillature

dei fori dei blocchi in

corrispondenza degli

angoli …

Ponti termiciISOLARE (in intercapedine) riduce i di-sperdimenti e aumenta non solo il pesodei ponti termici (trasm. lineica in W/m°C)sul totale dei disperdimenti ma la trasmit-tanza lineica dei singoli ponti termici

Così non si risolvono adeguatamente le cose e cisono dei problemi di durabilità delle finitureinterne o esterne

La correzione del pilastro

La prima soluzionenon è adeguata dalpunto di vista termicoLe altre potrebberoesserlo dal punto divista strutturale (siperde il confinamentodella parete sui fianchidel pilastro e questarisulta meno stabile

Il pilastro d’angolo

Anche qui l’isolamento è in contrapposizione con lastabilità dell’insieme … si tratta comunque di unasoluzione di parete non eccezionalmente isolata

La trave e il primo solaio

Funziona solo se la conduttività dell’isolante è da isolante enon da legno!!! E c’è sempre da rispondere: su cosa poggiail mattone??

I serramentiNormalmente si risvolta(con mazzetta magari) ilmattone, come in figura

Che fare? Tenereindipendenti i dueparamenti? (meglio usaredelle cuciture puntuali,magari metalliche)

Problemi da risolvere:

– Continuità isolamento

– Tenuta e acustica

– Finitura a intonacointerna

– Stabilità parete

Parete esterna autoportante

Uppv= 0,214(14 cm di isolanteda "=0,04 paretedoppia da "=0,33)

Usol = 0,68(con 3 cm diisolante termoacustico supredalles)

! = 0,002


La parete est.deve esserevincolata perpunti (oincollata!) allaparete interna(instabilità e res.al vento).

Il materialeisolante utilizzatodeve sopportareil bagnamentoper capillaritàprodotto dalparamento est.

Marcapiano isolato

Vaschetta anglosassoneNel piovoso Regno Unito, il serramento in una parete doppia (in figuraBrick Veneer) viene posto in opera realizzando un sistema di scossaline(anche membrane) e sigillature di tenuta: DPC Damp-Proof Course.Per minimizzare il ponte termico occorre risolvere il vincolo mecca-nico del serramento, oltre che quello della TENUTA ALL’ACQUA.

Murature pluristrato a faccia a vista

Da “Atlante della

muratura” UTET

Trave portamuro

Possibile soluzione diisolamento della soletta contrave “porta” o

“reggimuro” (paramentoesterno) staccata dal solaio.

La trave deve essere portatadal solaio e garantire unottimo controllo dei cedimentiassoluti.

E’ importante massimizzarel’allineamento verticale deidue isolanti e di questi colserramento.

Trave porta muro

La trave portamuro va progettata

Altri sistemi reggi muro

Da “Atlante della

muratura” UTET

SOLUZIONE SX: susupporto metallicoregolabile

SOLUZIONE DX: sutrave portamurocomplanare solaio

Aerazione e drenaggio

Da “Atlante della

muratura” UTET

Aerazione e drenaggio

Parete doppia?

Alla fine, rimane un’ottimasoluzione ma molto costo-

sa (dipende dalla finitura,ovviamente), se si voglionoeliminare i ponti termici

Ma ha senso eliminarliquesti ponti termici?

Lo vedremo nella prossimaparte, per ora fidatevi …!!

Attenzione ai fissaggi metallici!!

I fissaggi, anche puntuali, itelai metallici longitudinali etrasversali in facciata possonocausare importanti pontitermici. Si ricorda che laconduttività dei metalli è assaipiù alta di quella dei materialiisolanti:

– "PSE = 0,035

– "legno = 0,15

– "CLS = 1,5

– "inox = 24

– "ACC = 48

– "ALU = 240

www.buildingscience.com

Il balcone

Nonostante la parete siamolto ben isolata, l’interru-zione dovuta al solaio in CAcausa una variazioneimportante del campo ditemperature e un flusso dicalore superiore, allasemplice combinazionedelle due trasmittanzetermiche: la soletta esternae quella interna fungono da“alette” scambiatrici dicalore.

Che fare?

Come il solaio interno ilbalcone prelevaall’interno da sopra e dasotto (se si tratta diambienti riscaldati) … edisperde tanto

Concettualmente lacosa più semplice ètagliare il collegamentoinserendo un materialea bassa conduttività

Non solo ci sono balconi

Si può essere tentati di realizzare consolette in continuità col solaio internoaltri elementi:

– Scale esterne

– Pavimentazioni esterne ocoperture di bocche di lupo

Il problema è sempre quello di“tagliare” il ponte.

Se esistono altri punti di appoggio,ovvero non ho bisogno di realizzareuna soletta a sbalzo, posso

– Realizzare un appoggio puntuale

– Non realizzarlo affatto

– Realizzare una strutturaindipendente di appoggio

Gli edifici-motori …Questi edificisono quasiirrimediabili


… e le strutture a vista Questi edifici sonodiffusissimi in tuttaeuropa: costruzionepesante, a volteanche un po’ diprefabbricazione maponti termici a iosa.

Facile da riqualificarecon un bel cappottoesterno, però …

… i balconi??

Demolire !!!!www.buildingscience.com

In Europa, almeno, si demolisce …

… si eliminano i balconidefinitivamente o li sisostituisce consovrastrutture esterneall’isolamento

Ma i balconi si possono appoggiare per punti

Non è semplice:

– Peso proprio alto

– Carichi accidentalimolto elevati

Le mensole di supportodevono essere assairobuste!


Oppure si possono tirantare …

Le solette (da

alleggerire il più

possibile!!!) possonoessere appoggiateper contrasto al solaioe ad esso vincolatepuntualmente maseparandoliopportunamente


… oppure ancora realizzare a sé stanti

Le solette possono essereappoggiate al solaio o solovincolate puntualmente adesso.


Il taglio della soletta del balcone

Il parapetto

Attenzione, spesso la geometria è complessa

Che ne dire di unterrazzo o di una loggia?

Esercizio da fare:

– disegnare il dettaglioed evidenziare tutti ipossibili percorsidel flusso di calore

Attenzione, spesso la geometria è complessa

Tutti i possibili percorsidel flusso di calore devonovenire interrotti da materialead elevato isolamentotermico(bassa conduttività)

Ovviamente garantendo:

– Stabilità locale edell’insieme

– Tenuta all’acqua e all’aria

– Isolamento acustico

– …

Il parapetto

La copertura a falde

Copertura a falde (struttura in legno)

Attenzione alle paretiperimetrali: devonoessere “terminate”

termicamente

Ma come loro anche lepareti interne che

terminano al di sotto diuna copertura

Come fare?

Materiali isolanti diversi,soluzioni diverse …

Sigillare in ogni angolo o fuga!

Più l’edificio èisolato e più pesanoe sono “rischiose” lesue “discontinuità”:

– Di isolamentotermico

– Di tenuta all’aria(e con l’ariavapore)

– Di isolamentoacustico

Quanti altri ponti termici ci sono …?Le pareti interne:

– in corrispondenza del solaio possono interrompere lostrato di isolamento termico/acustico

ATTENZIONI:

Evitare le continuità tra parete soprastantee sottostante un solaio d’ambito (se nonportanti)

Sdoppiare l’isolante (un po’ all’intradossoe un po’ all’estradosso)

ATTENZIONI:

Usare blocchi iniziali e terminali abassa conduttività (ove possibile)

Quanti altri ponti termici ci sono …?

Le scale:

– Le rampe negli ambienti caldi appoggiano sui solai osono incastrate in pareti che sono a contatto conambienti freddi: occorre “tagliare” il più possibile questoponte termico!

Quanti altri ponti termici ci sono …?

Le scale:

– Lo stesso, le rampe negli ambienti freddi appoggianosui solai o sono incastrate in pareti che sono a contattocon ambienti caldi: “tagliare” “tagliare” “tagliare” !

Esempi di scale interne che “tagliano”

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