Progettare la finestra ai tempi dell’nZEB

Il presente è il primo di una serie di articoli che intendono sviscerare le tematiche legate al Sistema Finestra, assoluto protagonista di quella rivoluzione culturale e tecnica che prende avvio con il concetto di nZEB introdotto dalla Direttiva Europea n. 31/2010 e recepito dalla normativa italiana nel 2015 e che diventerà obbligatorio a partire dal 1 gennaio 2021. Progettare e dirigere il cantiere nZEB richiede una consapevolezza nuova e la conoscenza di concetti di fisica-edile e di tecnica costruttiva che, se ben interiorizzati, conducono alla qualità costruttiva, all’efficienza energetica e al comfort abitativo.

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La finesta, uno sguardo sul mondo e sulla storia

Attraverso lei il mondo esterno ci entra in casa, con i ritmi dei giorni e delle stagioni, con i paesaggi, i suoni, il sole, il vento... 

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La sua storia è iniziata come un semplice foro nel muro e poi, con gli anni, è diventata un componente edilizio strategico, indispensabile, il più complesso dal punto di vista tecnologico. Ha assunto il ruolo di eponimo di numerosi stili architettonici che hanno caratterizzato determinato periodi storici. Basta osservarla per riconoscere tramite essa il luogo geografico e l’epoca storica ai quali appartiene. Cosa sarebbe Venezia senza le finestre che si affacciano sul Canal Grande? O le cattedrali gotiche senza le vetrate? O il Liberty, il Bauhaus, Le Corbusier,Gaudì, Aldo Rossi?

nZEB, un concetto (quasi) rivoluzionario

Nel 2010 la Comunità Europea, al termine di un sofferto percorso di presa di coscienza collettiva del mondo scientifico, tecnico, sociale e politico durato quaranta anni, pubblica una direttiva, la n. 31, che lancia un ultimatum drammatico: “l’Unione si trova di fronte a sfide senza precedenti determinate da una maggiore dipendenza dalle importazioni di energia, dalla scarsità di risorse energetiche, nonché dalla necessità di limitare i cambiamenti climatici e di superare la crisi economica”. Come uscirne? La direttiva propone uno strumento: l’efficienza energetica, specie del parco immobiliare edilizio che da solo consuma il 40% della spesa energetica totale della Comunità.

Efficienza energetica nelle nuove costruzioni ma soprattutto declinata come riqualificazione del parco immobiliare esistente, responsabile di tale spreco energetico. Allo strumento dell’efficienza energetica viene dato un nome “near Zero Energy Building” (in italiano Edificio ad energia quasi zero) ed un nickname: nZEB.

Cos’è un nZEB

E' un “edificio ad altissima prestazione energetica (…). Il fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo dovrebbe essere coperto in misura molto significativa da energia da fonti rinnovabili, compresa l’energia da fonti rinnovabili prodotta in loco e nelle vicinanze” (in realtà il quasi inizialmente non c’era ed è stato aggiunto in seguito a vivaci discussioni accesesi in seno alla commissione).

Proviamo a comprendere appieno i risvolti racchiusi in questa definizione che introduce tre concetti a loro modo rivoluzionari: dapprima istituisce il concetto di un edificio ad altissima prestazione energetica (e ben poche volte si è visto un superlativo utilizzato in una normativa tecnica, usato quasi a sottolinearne drammaticamente l’urgenza) che abbia cioè un fabbisogno energetico basso o, addirittura, quasi nullo. L’altissima prestazione energetica è quindi una proprietà intrinseca all’edificio (in quanto fabbisogno di energia utile,  non primaria) e non inerente alla tipologia di fonte energetica (rinnovabile-non rinnovabile) utilizzata e soprattutto indipendente dalla modalità dell’impianto di riscaldamento/raffrescamento che verrà utilizzato. Anzi essendo il fabbisogno energetico (quasi) nullo l’edificio nZEB introdotto dalla norma non ha (quasi) bisogno di un impianto per il riscaldamento e il raffrescamento.

Tradotto: è un edificio che non disperde calore, cioè è molto ben coibentato su ogni lato (anche verso il terreno), senza ponti termici, privo di spifferi, con serramenti performanti e vetrate correttamente posizionate e  ben dimensionate. 

Poi specifica che questo fabbisogno energetico è talmente basso da poter essere coperto quasi totalmente da energia rinnovabile prodotta in loco o nelle vicinanze. Questa precisazione (prodotta in loco o nelle vicinanze) sottintende queste due conseguenze rivoluzionarie:che un nZEB deve utilizzare solo energia solare, eolica e geotermica e, al limite, da teleriscaldamento perché sono le uniche che possono essere prodotte in loco (pochi hanno centrali idroelettriche o nucleari sotto casa) e che un nZEB può (deve) essere energeticamente autonomo, cioè produrre la quantità di energia che consuma.

Questi tre concetti rivoluzionari non costituiscono comunque un azzardo onirico. La definizione di nZEB è mutuata dell’esperienza maturata con le passivhaus (casa passiva), case costruite a partire dal 1990 nel centro Europa con un fabbisogno energetico e un carico termico talmente bassi da scaldarsi prevalentemente con il sole e non avere la necessità di un impianto di riscaldamento tradizionale ma unicamente di un impianto di VMC. Questa idea costruttiva è stata introdotta in Italia dai protocolli CasaClima. 

La Direttiva n. 31/2010 è stata recepita nell’ordinamento italiano dal DL 63/2013 e il concetto di nZEB è stato implementato nei DM 26/05/2015 (in vigore dal 01/10/2015) anche se in una formulazione che, ritengo, purtroppo depotenziata a seguito dell’introduzione dell’edificio di riferimento. In sostanza il messaggio contenuto nella bottiglia della Direttiva 31/2010/EU di fatto affida ai progettisti il compito, pregno di una forte valenza sociale e tecnica, di dare soluzione ai temi più scottanti di questo periodo storico: limitare la spesa energetica da fonti non rinnovabili e limitare i cambiamenti climatici in corso. E’ ormai noto che i due temi sono intimamente connessi: il prodotto della combustione necessaria per estrarre energia dalle fonti fossili provoca l’immissione in atmosfera della CO2, che è stata riconosciuta come la principale responsabile dell’Effetto serra antropico, il quale provoca l’innalzamento della temperatura dell’atmosfera e quindi la modificazione del clima, con le conseguenze catastrofiche a cui ormai quotidianamente assistiamo.

La finestra ai tempi dell’nZEB

nZEB significa fabbisogno energetico quasi nullo.

Ma cos’è il fabbisogno energetico di una casa?
E’ la quantità di energia che un impianto termico deve produrre per mantenere la casa calda d’inverno e fresca d’estate.

Il fabbisogno invernale

Il fabbisogno invernale Qh si può esprimere con questa equazione:

Qh = (Qt+Qv) – (Qi+Qs)

dove Qt rappresenta le perdite per trasmissione (cioè il calore disperso attraverso le pareti, le finestre chiuse, il pavimento controterra e il tetto), Qv le perdite per ventilazione (cioè il calore che viene disperso volutamente per aerare gli ambienti o involontariamente attraverso gli spifferi delle finestre). Questi due termini li indichiamo come Perdite di calore che quindi comportano una indesiderata diminuzione di temperatura interna. Qi rappresenta gli apporti interni (cioè il calore emesso dagli elettrodomestici presenti nell’ambiente e il calore emesso dagli occupanti). Indichiamo con Qs il calore solare che entra dalle nostre finestre. Questi due termini li chiamiamo Apporti gratuiti di calore.

In un edificio nZEBQh è quasi zero, cioè gli Apporti gratuiti vanno a compensare quasi interamente le Perdite.

Il fabbisogno estivo

Nei mesi più caldi (luglio e agosto) la temperatura esterna varia sensibilmente durante la giornata con albe fresche o addirittura fredde e pomeriggi e serate caldissime. Allora il bilancio energetico può essere espresso da queste due equazioni:

Q’c = (Qi+Qs) - (Qt+Qv)

per la parte della giornata nella quale la temperatura esterna è inferiore a quella interna, mentre

Q”c = (Qt+Qv) + (Qi+Qs)

per la parte della giornata nella quale la temperatura esterna è superiore a quella interna.

In un edificio nZEB la somma Qc=Q’c+Q’’c è quasi zero, cioè il calore entrato di giorno viene smaltito di notte.

La finestra, un ruolo strategico

La finestra riveste un ruolo fondamentale in tre dei quattro parametri coinvolti nel fabbisogno energetico. 

Qt - Le finestre sono responsabili mediamente del 25% delle perdite per trasmissione Qt, sono la parte debole dell’isolamento termico esterno.

Qv - Attraverso l’apertura volontaria delle finestre si arieggia la casa disperdendo così cattivi odori e umidità e si instaura la ventilazione notturna estiva che disperde il calore in eccesso accumulato durante il giorno, ma in inverno gli spifferi involontari sono causa di buona parte delle perdite di calore Qv.

Qs - Grazie alle finestre entra il sole che illumina e scalda piacevolmente in inverno (ricordiamo che una casa passiva si scalda quasi interamente grazie all’apporto solare Qs), ma poi il sole entra anche in estate provocando in alcune giornate l’indesiderato effetto di surriscaldamento interno. 

Progettare una finestra ai tempi dell’nZEB vuol dire allora renderla protagonista delle strategie progettuali studiate per garantire efficienza energetica ed elevato comfort abitativo in tutte le stagioni.

La finestra, un complicato equilibrio

Alla finestra affidiamo i seguenti ruoli per garantire il comfort abitativo della casa e l’efficienza energetica, ruoli che sono per la gran parte antitetici fra loro:

  • illuminazione – oscuramento - protezione dall’abbagliamento
  • ventilazione degli ambienti - assenza di spifferi indesiderati
  • protezione dagli agenti atmosferici
  • protezione dai rumori esterni
  • sicurezza anti-intrusione
  • protezione dalle cadute accidentali
  • isolamento termico
  • apporti solari in inverno - protezione dal surriscaldamento in estate
  • possibilità di veduta - protezione dell’intimità…
  • comfort abitativo

beh, diciamo che non dev’essere facile essere una finestra...

Da “FINESTRA” a “SISTEMA FINESTRA”. Un lungo viaggio

Si chiamava semplicemente “finestra” e ora la chiamiamo “sistema finestra”. Era composta da una lastra di vetro sorretta da un telaio apribile. Anche ora, ma il tutto si è un po' complicato. 

Il Sistema finestra è composto da:

  • il vetro 
  • il distanziatore
  • il telaio mobile
  • il telaio fisso
  • il controtelaio
  • il sistema oscurante esterno (scuri, persiane, serrande, veneziane, tende...)
  • il sistema oscurante interno (tende, veneziane…)
  • il cassettone (per raccogliere la serranda o la veneziana)
  • altri accessori quali zanzariere, banchine, monoblocco…

Ogni singolo componente deve essere conforme alle norme del settore di appartenenza e deve garantire le funzionalità che gli sono state affidate. I singoli elementi assemblati e installati costituiscono il Sistema finestra e deve essere anch’esso conforme alle norme e garantire in opera quanto previsto in sede progettuale.