Strategie per la riduzione del fabbisogno energetico

Definire nuovi modelli di sviluppo sostenibile per l’edilizia residenziale, senza trascurare il comfort interno, implica un ripensamento dei paradigmi progettuali e realizzativi attuali. A Chignolo d’Isola è stata realizzata la prima Passivhaus italiana: alte prestazioni, uso delle energie rinnovabili e involucro altamente isolante, soprattutto in mansarda.

In Germania l’esperienza delle Passivhaus (edifici regolati dal protocollo di Darmstadt – Passivhaus Institut e dalle severe norme tedesche) ha dimostrato che è possibile, con investimenti tecnologici ed economici tutto sommato accettabili, ridurre il fabbisogno energetico invernale sino al 90% rispetto ad una casa tradizionale.
Involucri ad alti livelli di adiabaticità (senza flusso di calore sulle pareti opache) implicano un’accurata progettazione e l’attento bilanciamento di eventuali risorse inerziali interne (magari inserendo materiali innovativi a cambiamento di fase – PCM – senza dover aggiungere peso).
A Chignolo d’Isola, nella pianura bergamasca occidentale, è stata realizzata la prima casa italiana rispettosa del protocollo Passivhaus (limite di consumo di 15 kWh/m²anno per il riscaldamento invernale), un edificio che ha ricevuto in seguito anche la certificazione in classe A dall’Agenzia Casa Clima.
L’edificio sorge in un’area residenziale e contiene quattro alloggi, due da 60 m² e due da 120 m².
In realtà la strategia progettuale adottata a Chignolo è più articolata rispetto a quella prettamente conservativa tedesca.
In inverno:
- si punta alla conservazione del calore grazie ad un involucro isolante e a tenuta d’aria, a cui si affianca un sistema di ventilazione meccanica con recupero di calore, necessario per garantire la qualità dell’aria interna.
- si sfruttano i guadagni termici gratuiti, derivanti da persone, elettrodomestici, illuminazione e via dicendo oltre che il guadagno diretto del sole dalle aperture vetrate a sud.
- la poca energia ancora necessaria a mantenere i 20°C interni viene immessa con un sistema ad aria che sfrutta pompe di calore di piccola taglia collegate all’importante impianto fotovoltaico disposto a sud.
In estate:
- l’obiettivo principale è evitare il surriscaldamento degli ambienti interni. Ciò si ottiene tramite:
- le aperture finestrate vengono schermate, sia con i frangisole fissi che ospitano i pannelli fotovoltaici, sia con sistemi a lamelle mobili e la ventilazione naturale trasversale.
- In caso di temperature estive estremamente elevate si ricorre all’ermeticità dell’abitazione e il sistema di ventilazione può fornire aria raffrescata grazie alla versatilità delle pompe di calore che sono collegate all’impianto fotovoltaico.

L'involucro stratificato a secco e il sottotetto ad alte prestazioni

L’intero edificio, costruito secondo la tecnologia stratificata a secco Struttura/Rivestimento (S/R), è concepito secondo la filosofia della “scatola nella scatola”, in base alla quale il guscio interno abitabile è desolidarizzato da quello di rivestimento esterno, così da minimizzare la trasmissione delle forzanti termiche ed acustiche.
Tra i due involucri e le loro strutture scorrono liberamente gli impianti e la struttura portante dell’edificio.
Se le prestazioni risultano complessivamente straordinarie, sia per il mercato italiano ma in generale anche rispetto agli standard europei, la porzione dell’edificio a più alte prestazioni è sicuramente la mansarda.
La zona sottotetto è infatti la più sollecitata sia dal punto di vista idraulico, per l’aerazione, la tenuta all’acqua e la spinta del vento, sia dal punto di vista termico, visto che la mansarda in estate è irraggiata violentemente dal sole.
Lo smaltimento del calore deve quindi essere garantito sia dalla ventilazione del tetto, sia da un involucro isolante il cui grado di adiabaticità sia particolarmente spinto.
Le pareti perimetrali sono costituite da due gusci desolidarizzati, che inglobano completamente i pilastri.
Entrambi gli involucri sono sostenuti da una sottostruttura di montanti in acciaio zincato.
Verso l’esterno, la chiusura è composta da una lastra di conglomerato cementizio, che garantisce la tenuta all’acqua e la resistenza meccanica, rivestita da uno strato isolante continuo a cappotto con finitura esterna ad intonaco.
Il guscio interno, che definisce la frontiera degli appartamenti, è una controparete standard in lastre di gesso rivestito, con interposto un foglio di alluminio come barriera al vapore.
L’intercapedine risultante è stata riempita di lana di roccia, così che lo spessore totale della coibentazione termica raggiunge i 37 cm ed una termotrasmittanza U < 0,1 W/m²K.
I solai sono sostenuti da travetti in acciaio pressopiegato a C, delle dimensioni di 250×50, 20 mm di ala che risvolta verso l’alto e 2 mm di spessore, fissati alle travi di bordo con passo di 50 cm per mezzo di fazzoletti bullonati che ne garantiscono il futuro smontaggio.
La parte portante è completata da un assito in legno truciolare idrorepellente, dello spessore di 28 mm, avvitato ai travetti ogni 10 cm in modo da partecipare al controventamento orizzontale del solaio.
La resistenza ai carichi residenziali è quindi garantita da un elemento del peso di soli 40 kg/m².
Al di sopra della porzione portante sono state disposte, a secco, le stratificazioni necessarie per garantire le prestazioni richieste dal progetto: uno strato isolante di polistirene espanso da 20 mm, un feltro di lana di vetro da 10 mm, con funzione di isolamento ai rumori impattivi, e due lastre di anidrite rivestite che costituiscono lo strato pedonabile su cui è stato posato il rivestimento del pavimento.
Nonostante la sua leggerezza complessiva inferiore a 100 kg/m², le prove acustiche in sito hanno dimostrato che il solaio garantisce un fonoisolamento di 72 dB e un livello di rumore di calpestio inferiore a 42 dB.
Al di sotto dei travetti scorrono gli impianti tecnologici, ospitati in apposite canaline, mentre il rivestimento inferiore è un controsoffitto in lastre di gesso rivestito su orditura metallica sospesa.

La copertura ventilata e le finestre per tetti ad alte prestazioni

La copertura ventilata e rivestita in rame è stata realizzata con la combinazione di prodotti industriali utilizzati in modo innovativo: in particolare, l’uso di un pannello sandwich grecato ha permesso di ottenere con facilità la tenuta all’acqua e la ventilazione che si sviluppa tra le creste della grecatura.
Su questa stessa superficie è stato poi avvitato l’assito per la posa del rivestimento in rame.
Al di sotto dei pannelli sandwich è stato realizzato un controsoffitto su orditura metallica che segue la pendenza del tetto. L’ampia intercapedine che così si è formata, interamente riempita di lana di roccia per uno spessore totale di 34 cm, riduce la trasmissione di calore in estate in parallelo alla ventilazione della copertura.
I locali del sottotetto prendono luce da otto finestre per tetti VELUX installate nelle falde e caratterizzate da triplo vetro, con doppia camera, gas Argon e una U = 0,80 W/m²K.
Per la prima volta è stato installato in Italia questo modello ad altissime prestazioni, già utilizzato nei paesi nordici.

Un fabbisogno energetico contenuto

Con un fabbisogno energetico così contenuto, la progettazione impiantistica deve essere strettamente integrata agli aspetti architettonici e costruttivi.
La drastica limitazione dei consumi, ottenuta con strategie passive, permette di utilizzare impianti evoluti di piccola potenza, che sfruttano le risorse rinnovabili in maniera economicamente sensata.
La produzione di acqua calda, per la climatizzazione e per gli usi sanitari, e di acqua fredda, per la climatizzazione nel periodo estivo, è interamente garantita da una coppia di pompe di calore aria – acqua che lavorano a bassa temperatura e potenza limitata.
Lo schema di funzionamento dell’impianto integrato di aerazione e climatizzazione prevede la ventilazione meccanica con recupero centralizzato del calore dall’aria in uscita (efficienza 74%).
L’aria fresca è prelevata all’esterno, filtrata, condotta attraverso lo scambiatore di calore, e infine distribuita alle differenti abitazioni, con una portata complessiva di circa 600 m³/h.
ogni pompa di calore ha una potenza termica di 9,9 kW in fase invernale e di 12,5 kW in estate, con un assorbimento complessivo stimato di 4.500 kWh per anno.
Gli impianti scorrono all’interno di una dorsale posta sull’asse di simmetria dell’edificio, per poi essere distribuiti alle singole unità immobiliari tramite le intercapedini nelle pareti o a soffitto, rese possibili dall’uso delle tecniche S/R.
All’interno delle singole unità immobiliari, è stato installato un sofisticato impianto domotico, che collega e coordina il funzionamento di tutti gli apparati dell’abitazione.
Il vantaggio di tale sistema consiste, da un lato, nella possibilità di automatizzare la gestione della casa a seconda delle diverse situazioni, regolando il clima interno anche in assenza degli abitanti, dall’altro, di comandare a distanza i diversi componenti del sistema.
L’impianto, di tipo componibile e modulare, è espandibile agli elettrodomestici e agli apparecchi di telecomunicazione.

Energia da fonti rinnovabili

La riduzione del fabbisogno energetico a livelli minimi permette lo sfruttamento efficace delle fonti energetiche rinnovabili, che sono disponibili in scarse quantità e che, in un edificio tradizionale, non possono incidere in percentuale significativa sul bilancio energetico complessivo.
In facciata verso sud è stato installato un impianto fotovoltaico per la produzione di elettricità, composto da un campo di 36 moduli (31 m²) che garantiscono una potenza nominale di 3,96 kWp.
I pannelli sono disposti sulla facciata che gode di soleggiamento diretto per buona parte della giornata senza ostruzioni esterne, e inclinati di 35° sull’orizzontale grazie ad un sistema di staffe in alluminio.
Ogni modulo, in silicio monocristallino, garantisce una potenza di picco di 110 Wp con efficienza nominale del 14,6%.
Dal momento che si stima una produzione annuale di circa 3600 kWh, circa il 40% dell’energia necessaria alla climatizzazione e al riscaldamento dell’acqua sanitaria (cioè al funzionamento delle pompe di calore) deriva da una fonte del tutto rinnovabile e non inquinante.

Uso della stratificazione a secco per sopralzi o recupero di sottotetti

L’edificio di Chignolo rappresenta un primo passo, concreto e tangibile, verso la diffusione dell’innovazione nel settore residenziale, ormai non più rinviabile sulla scorta di quelle tergiversazioni culturali e legislative che hanno fossilizzato l’edilizia su modelli inadeguati alle sfide del futuro prossimo.
Se si pensa che la mansarda e la copertura sono di fatto la porzione dell’edificio dotata di stratificazioni e componenti a più alte prestazioni rispetto al resto dell’edificio, si capisce come i tetti siano elementi abitativi che necessitano di un’attenta progettazione sia invernale che soprattutto estiva, per evitare surriscaldamenti interni.
Una struttura leggera come quella realizzata (da 8 a 10 volte inferiore rispetto alle tecniche classiche a umido) ci mostra le potenzialità della tecnologia stratificata a secco sia nella nuova progettazione che nel recupero dove si intenda agire con sopralzi o recupero di mansarde.
Monitoraggi e studi sull’edificio sono stati condotti in questi anni dal Politecnico di Milano e l’esito di questi lavori è contenuto sia nel volume di Gabriele Masera, “Residenze e risparmio energetico”, Il Sole 24 Ore, Milano 2004 che nel volume di Marco Imperadori, “La progettazione con tecnologia stratificata a secco”, Il Sole 24 Ore, Milano, 2007.
Per l’edificio di Chignolo d’Isola:
Progettazione architettonica: Brandolini – Valdameri Studio di Architettura Associato, Milano
Progettazione strutturale: Studio Tecnico Gian Pietro Imperadori, Darfo Boario Terme (BS)
Progettazione impiantistica: Silvestri & Associati, Dalmine (BG)
Realizzazione: Vanoncini S.p.A., Prezzate di Mapello (BG)

AUTORE
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Roberto Francieri
Architetto, PhD, Professore a Contratto presso il Politecnico di Milano, titolare del Laboratorio ...
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