Sapere tecnico

10 gennaio 2017

Edifici storici e sostenibilità un binomio necessario ma complesso

I criteri costruttivi erano basati su elementi comuni e ripetibili per i diversi climi, quali: 

- conformazione urbana compatta,utilizzata per la difesa dal caldo e dal freddo; 

- posizione rispetto alla direzione prevalente del vento; 

- orientamento ottimale rispetto al sole per sfruttarne i benefici di riscaldamento passivo; 

- protezione climatica selettiva ottenuta con la vegetazione naturale, per garantire ombreggiamento solare e convogliamento dell’aria nei climi caldi, e difesa dal vento in quelli freddi; 

- colore delle finiture superficiali di edifici e pavimentazioni scelto per massimizzare i fenomeni di accumulo e di riflessione solare, rispettivamente nei climi freddi e caldi; 

- attenuazione dei picchi termici ottenuta con l’evaporazione dell’acqua. 

In linea generale, l’edificio antico sfrutta l’inerzia termica delle murature, è costruito con materiali che trattengono un’alta percentuale di umidità, è concepito per essere traspirante al vapore e si avvale della ventilazione naturale per smaltire aria viziata e per raffrescare. 

Con l’avvento dell’epoca industriale, il rendimento superiore dei combustibili fossili rispetto alle fonti fino ad allora utilizzate ha contribuito a diffondere l’idea che l’energia sarebbe stata inesauribile, a basso costo e priva di ricadute negative. Per questo, il benessere microclimatico è stato sempre maggiormente garantito dalla presenza di impianti di climatizzazione (prima di riscaldamento e più recentemente di raffrescamento), di isolamento termico e di sistemi di impermeabilizzazione (mediante barriere al vapore, guaine, membrane...). Per questo, gli interventi di efficentamento adatti per un edificio di nuova progettazione possono essere inadeguati o addirittura deleteri per uno antico. 

La base per definire l’intervento su un edificio storico è costituita da un’approfondita diagnosi delle caratteristiche storiche, materiche, artistiche ed energetiche. Una corretta prassi operativa prevede l’integrazione tra le tecniche di restauro conservativo, diagnosi energetica, valutazione prestazionale e analisi del comfort, al fine di restituire una visione complessiva dello stato di conservazione dell’immobile anche per quanto concerne gli aspetti legati al degrado, alle prestazioni in essere e alle possibilità di intervento. Si tratta di una “procedura sistematica” che consente di conoscere le caratteristiche e i problemi dell’edificio, nell’ottica di definire gli interventi di riqualificazione energetica, ambientale, spaziale più opportuni. 

In linea di massima si compone di quattro fasi che riguardano: 

- raccolta delle informazioni relative agli aspetti edilizi, impiantistici e gestionali; 

- realizzazione del modello fisico dell’edificio, con particolare attenzione alla modellazione energetica; 

- individuazione degli interventi migliorativi più opportuni per risolvere i problemi spaziali, funzionali, energetici e gestionali; 

- valutazione tecnica ed economica della fattibilità degli interventi proposti. 

Il rilievo geometrico è essenziale nelle operazioni diagnostiche, in quanto fornisce i dettagli strutturali e identifica gli elementi sui quali concentrare le indagini più approfondite. Questa fase deve essere accompagnata da un’analisi documentaria dell’evoluzione storica della struttura, atta a giustificare la presenza di determinate tecnologie, materiali, modalità di posa in opera, disomogeneità e danneggiamenti. I dati relativi alla gestione, allo stato di conservazione, al funzionamento impiantistico e alla presenza di eventuali degradi possono essere ottenute mediante un esame visivo. 

La raccolta delle informazioni termo fisiche può avvenire attraverso l’impiego delle tecniche non distruttive, quali la termografia a raggi infrarossi, il Blower Door Test, il Penetrant Test, l’analisi sonica, l’analisi termo flussimetrica e il monitoraggio energetico e ambientale. La termografia consente di mappare la temperatura superficiale apparente dei corpi, misurando la radiazione infrarossa emessa. La presenza di anomalie nella distribuzione termica superficiale denuncia l’esistenza di problematiche strutturali, energetiche, conservative e impiantistiche nell’edificio, legati alla stratigrafia della parete, alle caratteristiche fisiche dei materiali, allo stato di conservazione, alle tecniche di posa, alla presenza di infiltrazioni d’aria, acqua, germinazioni microbiche, umidità interstiziale, distacchi superficiali, malfunzionamenti degli impianti di climatizzazione, inefficienza dei sistemi solare fotovoltaico e termico. L’analisi può essere supportata dal Blower Door Test per quantificare le infiltrazioni d’aria provenienti dai diversi componenti edilizi. 

Parallelamente, l’esame con liquidi penetranti è utilizzato per ispezionare l’integrità superficiale del bene attraverso la localizzazione di discontinuità, cricche, porosità e ripiegature. Le indagini soniche, attraverso la conoscenza delle modalità di propagazione delle onde elastiche nei corpi solidi, permettono di conoscere l’omogeneità di una parete e, quindi, di capirne i materiali costituenti. L’analisi termo flussi metrica rileva il valore della resistenza e della conduttanza dell’involucro opaco dell’edificio. Infine, il monitoraggio ambientale può fornire informazioni oggettive sulle reali modalità di utilizzo dell’edificio da parte degli utenti, specie per quanto riguarda le temperature operanti e il funzionamento degli impianti di climatizzazione invernale ed estiva. Attualmente esistono molti software per analizzare il comportamento energetico di un immobile. I sistemi hanno livelli di accuratezza differenziati in base alla finalità dell’indagine, alla sofisticazione degli algoritmi di calcolo, all’utenza cui si rivolgono, alla modalità di introduzione dei dati, alla tipologia di risultati prodotti, alla possibilità di simulare specifiche condizioni architettoniche, etc. 

Le procedure attualmente in uso e, di conseguenza, i software di simulazione sono basati su due modalità distinte di calcolo energetico: 

- calcolo in regime quasi stazionario, effettuato su base mensile o stagionale, che prevede semplificazioni nell’introduzione delle informazioni relative agli scambi termici che interessano l’edificio; 

- calcolo in regime dinamico che considera intervalli di tempo brevi al fine di tenere conto del calore accumulato e rilasciato dalla massa dell’edificio. 

I metodi operanti in regime stazionario si basano su procedure e su banche dati definite dalla normativa nazionale (Norma UNI TS 11300, 2008) e, per questa ragione, sono ampiamente utilizzati per certificare il comportamento e per attestare la classe energetica degli edifici. Per il patrimonio storico sono poco attendibili, specialmente per quel che concerne l’involucro edilizio. I dati relativi alle caratteristiche e alle prestazioni termofisiche del sistema edificioimpianto devono essere misurati attraverso indagini diagnostiche da effettuare direttamente sul bene, a fronte però di tempi e costi abbastanza rilevanti. Le banche dati si riferiscono a pochi elementi costruttivi, troppo generici e poco rappresentativi delle strutture storiche, oltre che a materiali in perfetto stato di conservazione e tecniche costruttive moderne (in realtà gli immobili storici hanno spesso problemi di degrado, umidità interstiziale e superficiale, materiali misti e realizzazioni di diverse epoche storiche). 

La modellazione energetica di tipo dinamico può fornire un valido contributo per selezionare gli interventi di efficientamento compatibili con il valore storico dell’immobile. Questi software sono basati su un approccio integrato volto a valutare l’intero sistema edificio-impianto dal punto di vista costruttivo e gestionale in quanto analizzano simultaneamente i flussi termici, elettrici, luminosi, acustici, ventilativi, il comportamento e le modalità di utilizzo degli occupanti. I sistemi richiedono una perfetta conoscenza di dati geometrici, climatici, termo fisici e gestionali, molto difficilmente ottenibile per gli edifici esistenti. 

I problemi principali riguardano il reperimento dei dati termo fisici, che non possono essere recuperati attraverso le banche dati normative, gli abachi costruttivi e la letteratura di riferimento che risultano troppo generici. Inoltre, in molti dei casi neppure le analisi diagnostiche di tipo strumentale possono essere di aiuto nel reperimento di tutti i dati necessari per effettuare la simulazione. Ad oggi, comunque, la modellazione dinamica può essere utilizzata come strumento di confronto tra due scenari progettuali, al fine di definire i benefici legati a ciascuna tecnologia rispetto al fabbisogno energetico complessivo dell’immobile. Da un lato, se le tecniche e le procedure di diagnostica energetica hanno raggiunto ormai livelli molto avanzati anche applicati al patrimonio culturale, dall’altro la simulazione dinamica richiede approfondimenti ulteriori, con l’elaborazione di banche dati specifiche per il patrimonio storico e di modelli in gradi di simulare l’inerzia termica delle pareti e la ventilazione tipica di un immobile storico. Esistono anche software che simulano il comportamento termoigrometrico delle pareti, come WUFI e Delphin, aiutando il progettista nella progettazione di nodi critici dell’involucro edilizio. 

La logica di intervento deve partire dalla minimizzazione delle perdite per trasmissione attraverso le superfici opache (coperture, pareti, solette e basamenti) e dal miglioramento delle prestazioni dei serramenti in termini di dispersione per trasmissione e per ventilazione, per poi agire sugli impianti termici ed elettrici e sull’inserimento delle fonti rinnovabili. 

In tutte queste fasi, giocano un ruolo centrale le tecniche di gestione (sistemi di controllo, procedure di maintenance e di gestione) che permettono di conseguire significativi risparmi di energia. Un sistema didattico molto interessante è “Responsible Retrofit Guidance Wheel” (http:// responsible-retrofit.org/wheel), che consente di vedere la compatibilità e gli impatti che nascono nell’applicare diversi interventi. 

Una prima forma di efficentamento energetico riguarda l’applicazione di un isolamento esterno o interno delle superfici opache. Sulle pareti storiche la tecnica è difficilmente applicabile, in quanto ne modifica l’immagine, la statica e la consistenza materica, risultando irreversibile e difficilmente compatibile con la tenuta meccanica e le caratteristiche chimico-fisiche della parete originaria. In linea generale, pur essendo difficilmente realizzabile, è conveniente per contenere i consumi energetici legati al riscaldamento nella stagione invernale, eliminare i ponti termici di materia, sfruttare pienamente le caratteristiche di inerzia termica di strutture massive e ridurre i rischi di condensa. L’isolamento dall’interno, pur essendo più facilmente applicabile, ha un beneficio energetico inferiore in quanto non elimina i ponti termici e non consente di sfruttare pienamente l’inerzia delle pareti massive. In entrambi i casi, per gli edifici storici è preferibile utilizzare materiali che garantiscono elevate prestazioni termiche e di trasmissione al vapore in spessori ridotti, come ad esempio i materiali a capillarità attiva, l’aerogel, le malte e le vernici nano polimeriche. Materiali ad alta capacità termica, come i Phase Change Materials e il legno, invece sono adatti per edifici a bassa inerzia, come pareti lignee e murature in laterizio di spessori ridotti, caratteristici dell’Architettura Moderna. L’isolamento di solette, basamenti e coperture prevede l’inserimento di materiale in intercapedine o l’applicazione di un controsoffitto isolato. Nel primo caso, il materiale di scarto che veniva utilizzato per irrobustire le solette può essere sostituito con isolante sfuso (vermiculite, perlite, argilla espansa) che ne garantisce la leggerezza e la staticità, pur aumentandone il potere fonoisolante. Nel secondo, quando non vi sono apparati decorativi particolari, è possibile inserire un controsoffitto isolante oppure recuperare i cannucciati storici con isolanti continui in bambù di nuova generazione. Le coperture possono anche essere isolate all’estradosso con tappetini e pannelli continui. Il rifacimento della copertura, invece, deve essere considerato un’opportunità solo in presenza di tetti fortemente degradati, dove non è piè possibile migliorare le prestazioni con interventi di isolamento o di manutenzione. In tutti i casi, gli isolanti devono essere dotati di buone proprietà termofisiche e di trasmissione al vapore. 

Una seconda forma di efficentamento energetico riguarda il miglioramento delle prestazioni termo fisiche, della permeabilità all’aria e della schermatura solare dei serramenti esistenti. Le possibilità di intervento devono sempre essere bilanciate con la perdita del bene e comprendono la sostituzione del solo vetro, l’applicazione di pellicole basso emissive, l’aggiunta di un controvetro o di una doppia finestra, la sostituzione del serramento degradato, l’inserimento di tende pesanti o di scuri, la riparazione o il rifacimento di guarnizioni e sigillature. 

Alcune sperimentazioni inglesi (Essex Country Council Planning Department, 2000; English Heritage, 2009) hanno permesso di confrontare i benefici legati a tecnologie dotate di prestazioni diverse (tende pesanti in stoffa, persiane, tende a rullo, film isolanti basso emissivi fissati internamente o esternamente alla finestra e infine doppi vetri, miglioramento della tenuta all’aria, inserimento di doppio serramento). 

Il sistema tradizionale più efficace è costituito da una combinazione di scuri e doppi vetri (>70%), seguito da persiane esterne (>60%), veneziane riflettenti e schermature interne isolanti (50-60%) e tende pesanti (40-50%). Il doppio infisso, inoltre, ha prestazioni che raggiungono quasi quelle di un doppio vetro, mentre gli scuri raddoppiano l’efficienza di un vetro singolo. È da sconsigliare, invece, la sostituzione dei serramenti tradizionali con telai in materiali contemporanei (alluminio o PVC) che, oltre a stravolgere l’immagine estetica della facciata, genera emissioni ambientali durante il ciclo di produzione superiori rispetto ai benefici energetico conseguenti. 

Un’altra forma di efficentamento energetico è legata la sostituzione o l’inserimento di nuovi impianti di climatizzazione invernale. In questo caso, oltre all’obiettivo principale del miglioramento energetico, vi sono quelli di benessere delle persone e di limitazione delle escursioni termo igrometriche per avere le migliori condizioni conservative di materiali, finiture e manufatti. Più che il generatore di calore, ubicato in un luogo specifico dell’immobile storico, è importante scegliere un idoneo terminale scaldante. I sistemi più diffusi sono i radiatori, i ventilconvettori e il riscaldamento ad aria calda, che possono essere recuperati e sostituiti con sistemi di nuova generazione più efficienti. Un interessante dispositivo in questo senso è il Tadpole Heating Efficiency, un apparecchio che riduce l’aria nei sistemi di riscaldamento aumentandone la performance. Un sistema particolarmente indicato per gli immobili storici è il temperierung che consiste nell’installazione di tubi circolanti acqua calda a una o più quote diverse sotto la superficie della parete, in modo da formare una fascia riscaldata di altezza circa pari a quella umana. L’efficienza è ottenuta grazie alla bassa temperatura dell’acqua (13-18 °C con i 40-60°C di quelli tradizionali) che bilancia le esigenze di comfort e di conservazione. 

Le sperimentazioni hanno mostrato che il temperierung consuma il 20% di energia in meno rispetto ai radiatori. In alcuni casi porta anche alla riduzione del contenuto d’acqua della muratura (in mattoni e malta) e, conseguentemente, all’incremento della trasmittanza termica fino al 25%. Sistemi poco invasivi sono i battiscopa radianti, che possono essere inseriti sugli zoccolini, le panche o i tappeti radianti (questi ultimi due sono anche removibili). Infine, è possibile recuperare i camini esistenti (inserendo delle caldaie ad alta prestazione) oppure accoppiando i generatori di calore esistenti con moderni ventilatori per sfruttare gli effetti di raffrescamento legati alla ventilazione ibrida. 

Nell’inserimento di fonti energetiche rinnovabili è necessario favorire l’integrazione architettonica, meccanica e tecnologica degli impianti solari fotovoltaici e termici ed eolici. In entrambi i casi, alcune nazioni europee (Germania, Austria, Italia) hanno realizzato delle linee guida comuni, che spiegano quali principi adottare per ottenere la massima integrazione con il paesaggio e con l’edificio. In linea generale i principi riguardano la planarità, il rispetto delle linee, la forma regolare e ordinata, il ridotto impatto estetico e cromatico e la precisione nell’istallazione (“Sustainable Renovation of HistoricalBuildings” - SuRHiB).

Infine, è necessario intervenire con controlli e manutenzioni continuative che consentono di valutare la risposta dell’immobile, conoscerne le nuove modalità di intervento e correggere i problemi che si generano. 

In conclusione, l’intervento di efficienza energetica di un edificio storico deve bilanciare le esigenze di miglioramento prestazionale (in termini di riduzione dei consumi e di aumento di comfort ambientale e sicurezza) e di conservazione, mirando a valorizzare le caratteristiche passive dell’immobile e la concezione energetica e ambientale originaria. È necessario utilizzare un approccio strategico e continuamente reiterabile di “valorizzazione conservativa e fruitiva” del patrimonio storico, nella consapevolezza che l’azione conservativa non si limita alla progettazione dell’edificio, ma esige il mantenimento e l’aggiornamento delle prestazioni nel tempo.