Quali sono le caratteristiche tecniche e fisiche di un sistema di isolamento termico con cappotto esterno che combini il contenimento dei consumi invernali e ostacoli l’ingresso del calore in estate.
Il cappotto esterno è un elemento che genera una tra le sfide più complesse nel progetto per la riqualificazione di un edificio ad alte prestazioni energetiche: la
conciliazione tra il contenimento dei consumi invernali e il controllo dei fabbisogni in estate, per garantire sempre adeguate condizioni di comfort.
E’ noto che un buon isolamento termico dell’involucro edilizio influisce sul fabbisogno di riscaldamento. Il ruolo di tutti i materiali isolanti è infatti proteggere l’edificio da perdite di calore nella stagione invernale. In questo modo aumenta il comfort interno degli ambienti, si riducono i consumi dell’impianto e con essi i costi relativi alle risorse energetiche.
La progettazione delle strutture opache si deve confrontare anche con il rischio di surriscaldamento estivo degli ambienti interni: possiamo pensare all’involucro edilizio come al primo strumento di controllo estivo. L’ involucro ha la funzione di mitigare l’ingresso di energia esterna, di immagazzinare l’energia interna e di trasferire l’energia in eccesso attraverso meccanismi di conduzione, convezione ed irraggiamento.
Per favorire il comfort interno estivo è possibile operare in due modi differenti:
– soluzione attiva: l’impianto di raffrescamento con elevati consumi di energia e importanti costi economici.
– soluzione passiva: progettazione e costruzione dell’edificio nel modo adatto ai clima caldi.
Anche il legislatore ha preso in considerazione il
contenimento del fabbisogno di raffrescamento QC,nd (kWh/m2) nel Decreto ministeriale del 26 Giugno 2015 privilegiando la soluzione passiva: il decreto prescrive numerosi obblighi da verificare in funzione dell’ambito di applicazione dell’intervento e della categoria di edificio.
Per l’involucro edilizio, le prescrizioni fanno riferimento alla
trasmittanza termica periodica Yie (W/m2K) e alla massa superficiale Ms (kg/m2). Lo scopo dei limiti imposti è di operare da una parte sulla riduzione dell’energia entrante e dall’altro sul controllo del bilancio energetico: a questo scopo
le strutture opache hanno la necessità di essere realizzate con materiali che mitighino la velocità di propagazione dell’onda termica entrante (quindi con ottime capacità isolanti)
e che stabilizzino le oscillazioni della temperatura interna (quindi con ottime caratteristiche inerziali).
Per affrontare in modo corretto la scelta dei materiali dell’involucro edilizio ai fini del comportamento estivo, è da prendere in considerazione la
norma UNI EN 13786:2008 “Prestazione termica dei componenti per edilizia- Caratteristiche termiche dinamiche” dove è possibile trovare i parametri e i metodi di calcolo per la valutazione delle prestazioni estive delle strutture opache.
Le caratteristiche da conoscere per la valutazione delle prestazioni estive dei singoli materiali sono:
- Spessore, s (m)
- Densità, ρ (kg/m3)
- Conduttività, λ (W/mK)
- Calore specifico, cp (J/kgK)
La
diffusività termica α (m2/s) è il parametro che riassume questi fenomeni:
α = λ/(ρ*cp)
Tale parametro è particolarmente utile per descrivere la propagazione del calore in condizioni non stazionarie. In tali condizioni, infatti, è necessario che i materiali siano molto massivi e con alto calore specifico, cosicché il calore ricevuto da ogni strato elementare dell’involucro edilizio (laterizio, intonaci, isolanti, ecc), venga immagazzinato all’interno dello strato stesso e non rilasciato negli strati più interni.
È necessario inoltre che
i materiali non trasmettano l’onda termica, ovvero che siano in grado di non lasciarsi attraversare facilmente da un flusso termico a fronte di un gradiente di temperatura: il calore in ingresso dipende dunque in prima istanza dai valori di trasmittanza termica U della parete, come peraltro già avviene in condizioni stazionarie (adottate nel calcolo in condizioni invernali).
Da tutto questo si ricava che a parità di comportamento inerziale (cioè a parità di densità e calore specifico), l’involucro edilizio con trasmittanza termica più bassa si lascia attraversare da una quantità inferiore di energia anche in condizioni estive.
Fino ad ora sono state analizzate le caratteristiche dei materiali che influenzano il comfort estivo e si è potuto appurare che i materiali isolanti hanno l’attitudine a frenare l’energia derivante dall’irraggiamento termico solare.
È molto interessante
capire se il posizionamento dell’isolante all’interno della stratigrafia della muratura influenza la propagazione del calore.
Lo sfruttamento della capacità termica è fortemente influenzato dal sistema d’isolamento adottato.
Prendiamo in considerazione due possibili situazioni:
l’isolamento interno e l’isolamento a cappotto esterno. Nel primo caso la presenza di materiale in laterizio o comunque di tipo massivo nella parte esterna fa sì che venga assorbita ed accumulata una grande quantità di energia in un arco di tempo relativamente breve: ne deriva che
il lato esterno della parete risulterà da subito molto caldo e che si possano avere picchi di temperatura interna (dannosi per il comfort) nelle ore più calde della giornata pur mantenendo il valore medio giornaliero della temperatura.
Comportamento opposto sia ha in presenza di
cappotto esterno: l’isolamento ostacola da subito l’ingresso di calore in estate. Un involucro che si comporti bene anche d’estate deve sfruttare l’effetto dell’inerzia in modo tale che il picco massimo della temperatura interna si registri quando la temperatura esterna si attenua, cioè avvicinandosi alle ore serali. L’isolamento a cappotto esterno opera modificando le caratteristiche inerziali delle strutture esterne: si ottiene una variazione dell’ampiezza dell’oscillazione della temperatura operante tale da ridurre il superamento delle soglie critiche atto a favorire una riduzione della potenza del raffrescamento di un eventuale impianto di raffrescamento presente.
Per il raffrescamento è quindi necessario proteggere le soluzioni costruttive con elevata massa termica dalla radiazione solare con sistemi di isolamento a cappotto esterno e oscuramento (schermature solari).
Sempre nell’ottica di contenere i flussi di calore dall’esterno verso l’interno delle abitazioni, è molto interessante ricordare come la temperatura superficiale esterna e il flusso di calore subiscano significativi incrementi al crescere del coefficiente di assorbimento;
la radiazione solare incidente sulle pareti esterne dell’edificio viene in parte riflessa ed in parte assorbita e quindi trasmessa all’interno: assume quindi un ruolo non trascurabile nell’ambito del calcolo della temperatura interna estiva di un edificio.
L’indice di riflessione è correlato alla quantità di luce che è riflessa da una superficie e quindi alla TSR (Total Solar Reflectance): sui sistemi d’
isolamento a cappotto tradizionali, di basso e medio spessore, è consentita solo la scelta di tinte con
indice di riflessione superiore al 20%; per spessori elevati o per le zone climatiche con forte irradianza (
zone A, B, C, alta montagna zone con riverbero, per esempio fronte mare o corsi d’acqua) le tinte devono avere un
indice di luminosità superiore al 30%.
L’utilizzo di isolamento a cappotto con rivestimenti riflettenti permette di “aumentare” l’indice di riflessione a parità di cromaticità senza provocare un eccessivo surriscaldamento del sistema non ponendo alcun vincolo sulla scelta cromatica del rivestimento anche nel caso di utilizzo di tinte intense.
In conclusione, per una corretta progettazione finalizzata alla riduzione dell’energia entrante nell’edificio sono necessarie non soltanto adeguate caratteristiche di isolamento termico ma anche il corretto posizionamento dell’isolante nella parte più esterna con applicazione a cappotto e un ottimo indice di riflessione del rivestimento esterno.
Articolo realizzato grazie alla collaborazione con l’
Ing. Elena Cintelli –
Consulente Tecnico di aziende nell’ambito dell’isolamento termico per edilizia/industria
