neo-Eubios 73 - La riqualificazione termoigrometrica delle pareti a cassa vuota

a cura di Alessandro Ziletti

Introduzione

Nell’ultimo decennio si assiste ad un aumento di interventi volti alla ristrutturazione/riqualificazione del patrimonio edilizio esistente e ad una contemporanea riduzione delle nuove edificazioni. L’attuale quadro normativo, la crescente sensibilità ambientale e la necessità di ridurre i costi di conduzione degli immobili richiedono uno studio e una attività progettuale più approfonditi rispetto al passato. Anche nel caso di interventi di riqualificazione energetica parziale, che non implicano, in base a quanto stabilito dalla normativa regionale attualmente in vigore (DDUO 18546/2019), il rispetto di un valore globale di efficienza energetica del sistema edificio-impianto, è necessario assicurare determinate performance termiche degli elementi edilizi oggetto di intervento, specialmente qualora si desideri accedere agli incentivi fiscali, che, specialmente nell’ultimo periodo, risultano particolarmente con venienti. Si intende in questa sede condividere alcuni ragionamenti effettuati in un caso reale che risulta abbastanza frequente nella pratica professionale odierna: la riqualificazione energetica di un appartamento interpiano facente parte di un condominio ubicato nelle adiacenze del centro storico di una città della Lombardia ubicata in “Zona E” e edificato negli anni ’60 del secolo scorso. Il corpo di fabbrica è caratterizzato da una struttura a telaio in calcestruzzo armato e da parete esterna del tipo a cassa vuota, composta, nelle sezioni di tamponamento, oltre che dagli strati di intonaco interno ed esterno, da due corsi di mattoni forati di spessore 120 mm e 80 mm separati da una intercapedine d’aria di spessore 140 mm.

Analisi della stratigrafia esistente

Le caratteristiche della stratigrafia sono riportate nel riquadro seguente.

La trasmittanza della stratigrafia di tamponamento risulta U = 1,10 W/m²K. La trasmittanza della stratigrafia sezionando la parete a livello del pilastro risulta U = 1,81 W/mK. Si tratta di un valore tipico per le edificazioni di 50-60 anni addietro; tuttavia, al giorno d’oggi, questa stratigrafia risulta eccessivamente disperdente dal punto di vista termico. A titolo di paragone, in base a quanto riportato all’allegato B del DDUO 18546/2019:

1 - un elemento edilizio omologo dell’edificio di riferimento in Zona E, è caratterizzato da trasmittanza U pari a 0,26 W/m²K.

2 –nel caso di edifici soggetti a riqualificazione energetica il valore limite della trasmittanza per un componente edilizio omologo in Zona E risulta pari a 0,28 W/m²K

Bisogna altresì notare che la stratigrafia menzionata non solo risulta molto disperdente ma, effettuando una analisi in conformità con i dettami e con le condizioni al contorno indicate dalla nor ma UNI EN ISO 13788:2013, sebbene la superficie interna non sia interessata da fenomeni di condensazione, la temperatura superficiale raggiunta durante la stagione invernale comporta il reale rischio della fioritura di muffe. Tutto questo risulta maggiormente accentuato nelle sezioni ove si trovano i pilastri: la presenza del pilastro genera un pompe termico avente coefficiente lineico ψ =0,309 W/mK e con temperatura superficiale pari a 14,7 °C, valore che implica la comparsa, oltre che di muffa, di condensa.

IPOTESI 1 - INSUFFLAGGIO

Nell’approcciare la riqualificazione di una parete a cassa vuota è opportuno prevedere lo sfruttamento dell’intercapedine per migliorarne le performance termiche: l’insufflaggio di materiale quale la cellulosa consente infatti di diminuire notevolmente la trasmittanza termica senza comportare nessuna maggiorazione dimensionale della parete stessa, mantenendo pertanto, nella maggior parte dei casi, invariati gli impianti a servizio della abitazione. Un ulteriore pregio di tale soluzione è costruito dalla rapidità di esecuzione e dalla sostanziale assenza di opere provvisionali propedeutiche. È inoltre opportuno effettuare valutazioni inerenti la risoluzione dei ponti termici e il comportamento termoigrometrico della stratigrafia post intervento, al fine di porre in essere ulteriori accorgimenti o miglioramenti che consentono di valorizzare appieno lapresenza del materiale insufflato non compromettendone la durabilità. Nel caso in esame, l’insufflaggio di cellulosa nella parete consente un notevole miglioramento delle caratteristiche di trasmittanza termica. Come si vede in base alle tabelle seguenti, la parete così modificata presenta una trasmittanza stazionaria U = 0,23 W/m²K. Questo valore risulta decisamente inferiore a quello di partenza.

Struttura: Parete esterna: intercapedine con cellulosa

È importante notare come questa soluzione comporti la presenza dei ponti termici in prossimità dei pilastri caratterizzati da un coefficiente lineico ψ =0,696 W/mK e da una temperatura superficiale minima analoga a quella del caso base, pertanto causando il rischio di muffa e condensa.

La progettazione di una stratigrafia non deve inoltre prescindere dalla valutazione termoigrometrica degli strati interni al pacchetto. Nella fattispecie, utilizzando un metodo conforme con lo standard UNI EN ISO 13788, si nota come lo strato di isolante insufflato sia soggetto a fenomeni di condensazione interstiziale nell’interfaccia di contatto con il corso di laterizio esterno. La notevole ampiezza dell’intercapedine con isolante insufflato comporta una importante riduzione della temperatura proprio in corrispondenza di tale interfaccia e la conseguente condensazione del vapore migrante dall’interno verso l’esterno dell’edificio. In virtù del cambiamento stagionale delle condizioni climatiche esterne la condensa interstiziale tende, nel corso dell’anno, ad asciugarsi.

La norma citata consente una analisi quantitativa al fine di verificare il rispetto del limite massimo della condensa accumulata, posto pari a 500 g/m². Nel caso in esame si nota come la struttura, così modellata, si asciughi completamente e pertanto non sia soggetta all’aumento dell’umidità interna anno dopo anno. Tuttavia, anche a causa del l’importante spessore dell’intercapedine del caso in esame, il valore massimo della condensa accumulata è del 50% superiore al limite ammesso e pertanto non compatibile con i dettami normativi.

Il metodo dinamico secondo UNI EN 15026.

La norma UNI EN ISO 13788 effettua valutazioni di condensa interstiziale basate su un modello cautelativo che non tiene conto delle proprietà igroscopiche dei materiali. Si è ritenuto pertanto necessario approfondire ulteriormente lo studio della termoigrometria interna della stratigrafia, facendo ricorso ad un software che implementa il metodo contemplato dalla norma UNI EN 15026, al fine di valutare se effettivamente sussistono pericoli per la durabilità del materiale interno. Risulta fondamentale, durante la modellazione igrometrica in regime dinamico, caratterizzare correttamente i materiali edili: la metodologia di calcolo necessita infatti della definizione del valore di diversi parametri in funzione dell’umidità e della temperatura. Per modellare la cellulosa insufflata si è fatto riferimento alle schede tecniche dei produttori alla banca dati del Fraunhofer Institute For Building Physics. A titolo di esempio si riportano, nei grafici seguenti, l’andamento della conducibilità termica specifica λ [W/mK] in funzione della temperatura e l’andamento del contenuto d’acqua percentuale in massa in funzione dell’umidità relativa. Per potere effettuare le simulazioni con sufficiente precisione si è suddivisa la cellulosa in sette strati di spessore 2 cm ciascuno. Si riportano, nelle immagini seguenti, i valori del contenuto d’acqua e i valori di temperatura e umidità relativa che sono stati calcolati con riferimento allo strato più prossimo all’ambiente esterno, dal momento che risulta essere quello in cui si instaurano le condizioni maggiormente gravose.

Si può notare come, superata la prima stagione invernale, si instauri un andamento ciclico all’interno dello strato, con valori massimi del contenuto di acqua percentuale in massa prossimi al 36%, equivalenti a un contenuto di circa 18 kg/m³. È normalmente opportuno che la cellulosa per insufflaggio non si trovi in condizioni di contenuto d’acqua percentuale in massa superiori al 35%, al fine di evitare fenomeni di degrado del materiale stesso. Da diverse verifiche effettuate, risulta, come è lecito aspettarsi, che le condizioni della cellulosa risultano tanto più gravose quanto più aumenta lo spessore dell’intercapedine che si va a riempire. Il superamento del valore del contenuto di acqua percentuale in massa calcolato rispetto al limite massimo ammissibile per la cellulosa e la mancata risoluzione del ponte termico in corrispondenza del pilastro rendono necessario ricorrere al miglioramento della stratigrafia, in base a ipotesi progettuali riportate di seguito. Anche per le ipotesi migliorative che seguono si è effettuato il calcolo secondo la norma UNI EN 15026, ottenendo, come lecito attendersi, risultati diverifica positiva circa il rispetto dei limiti del contenuto di acqua della cellulosa insufflata. Per non appesantire la trattazione i grafici risultanti da tali calcoli non vengono riportati.

Insufflaggio in intercapedine e controparete interna isolata

Per correggere le criticità precedentemente riscontrate si può realizzare una controparete in cartongesso utilizzando una lastra con barriera al vapore. In questo caso, data la destinazione d’uso residenziale con occupazione continuativa, è importante inserire un coibente massivo nell’intercapedine al fine di non perdere inerzia termica nei confronti delle sollecitazioni termiche interne, migliorando di fatto la trasmittanza della parete e diminuendo l’influenza dei ponti termici. La problematica sostanziale è di tipo costruttivo poiché la realizzazione di una barriera al vapore è un processo delicato e la continuità della barriera stessa è difficile da garantire, specialmente in corrispondenza di passaggi impiantistici come le scatole dell’impianto elettrico. Fortunatamente le scatole di derivazione elettrica più importanti, così come i quadri elettrici e i collettori idraulici normalmente non si trovano sulle pareti perimetrali disperdenti. Una ulteriore criticità riguardante la realizzazione della controparete è la conseguente diminuzione della superficie calpestabile della unità immobiliare e la necessità di rifacimento di alcune parti impiantistiche, e di modifica del foro finestra, che comunque viene sovente modificato durante gli interventi di riqualificazione delle pareti per poter sostituire i serramenti.

Con questo intervento la trasmittanza termica risulta migliorare significativamente, passando dal valore di 1,1 W/m²K della configurazione iniziale al valore di 0,16 W/m²K. Inoltre il ponte termico dovuto alla presenza del pilastro, pur avendo un valore ψ =0,184 W/mK, consente di avere una temperatura minima superfi ciale di 18,7°C, che risulta comunque superiore al limite minimo necessario per evitare muffa e condensa. È evidente che con questo tipo di soluzione devono anche venire risolti i ponti termici in corrispondenza dei solai mediante un corretto studio del nodo costruttivo che porti ad isolare le porzioni del solaio prossime al muro esterno.

Insufflaggio in intercapedine e isolamento esterno a cappotto

Una ulteriore ipotesi progettuale prevede la realizzazione un sistema di isolamento a cappotto esterno, in modo tale da mantenere la temperatura interna all’intercapedine al di sopra del punto di rugiada e evitare fenomeni condensativi nel materiale insufflato. In questo caso, ipotizzando la realizzazione di un sistema a cappotto in EPS con grafite di spessore 14 cm, la stratigrafia assume un valore di trasmittanza di 0,11 W/mK Tra i vantaggi di questo sistema si segnala che non bisogna effettuare rilevanti opere interne e si riesce a mantenere la medesima superficie calpestabile dell’appartamento.

Si noti come in questo caso i ponti termici dovuti alla presenza del pilastro risultano caratterizzati da un coefficiente lineico pari a ψ =0,073 W/mK. Infine, con riferimento a questa soluzione progettuale, il notevole aumento delle performance termiche della parete appare significativamente utile nel caso si cerchi di migliorare di due classi l’attestato di prestazione energetica dell’immobile, al fine di usufruire del bonus fiscale del 110%. Sebbene un sistema di isolamento a cappotto esterno sia normalmente, in ambito condominiale, di più difficile realizzazione rispetto all’installazione di contropareti interne dal momento che deve essere autorizzato dall’assemblea dei condomini, la recente introduzione del cosiddetto “Bonus Facciate” e del bonus fiscale del 110% rendono il sistema a cappotto esterno decisamente appetibile e è lecito attendersi un aumento delle relative realizzazioni. Si riporta di seguito un grafico riassuntivo della trasmittanza comprensiva del valore del ponte termico dovuto alla presenza del pilastro delle stratigrafie. Si noti come la presenza di ponti termici non corretti porti ad un notevole peggioramento della trasmittanza della stratigrafia, a volte non consentendo il rispetto dei limiti di legge. Per potere effettuare valutazioni più puntuali si dovrebbe tenere conto di ulteriori ponti termici che potrebbero andare a peggiorare la prestazione delle pareti (specialmente nel caso del nodo solaio - parete), tuttavia, dal momento che l’argomento merita una trattazione separata, sarà oggetto di interventi futuri su neoEubios.

Conclusioni.

La riqualificazione energetica degli elementi opachi di tipologia “a cassa vuota” risulta una pratica particolarmente efficace dal punto di vista energetico e consente di diminuire sensibilmente i costi di gestione degli immobili. L’utilizzo dell’insufflaggio di materiale coibente combinato con altri interventi di isolamento garantisce il raggiungimento di prestazioni termiche molto elevate, consentendo più agevolmente il rispetto dei requisiti della normativa regolante l’incentivazione fiscale degli interventi edilizi e limitando allo stesso tempo l’aumento dello spessore totale delle pareti. L’intervento deve in ogni caso essere progettato in maniera approfondita senza trascurare nessuna delle problematiche che possono sorgere, prime fra tutte la formazione di muffa superficiale e la condensazione interstiziale. In particolare i calcoli numerici riportati in questo lavoro, così come le valutazioni espresse, sono da intendersi come solamente indicativi e vanno verificati singolarmente caso per caso, con particolare attenzione alla scelta delle corrette condizioni al contorno. A seconda delle necessità della Commitenza e a seconda del contesto edilizio (condominio, villa singola ecc…) si possono perseguire soluzioni distinte che consentono diprogettare unastratigrafia e i rispettivi nodi edili che consentano di coniugare al risparmio energetico la salubrità ambientale e, in sinergia con gli impianti tecnologici, il comfort interno degli occupanti.