Le prestazioni energetiche di una parete ventilata realizzata con materiali riciclati

L'ormai consolidata la convinzione che il futuro delle costruzioni passa per l’innovazione ambientale. Il raggiungimento degli obiettivi internazionali di sostenibilità richiede infatti, di incrementare ulteriormente le prestazioni energetiche degli edifici, soprattutto con riferimento allo standard dello stock esistente, ma anche di ridurre i rifiuti speciali conferiti in discarica e provenienti dal settore edile.

In quest’ambito, l’articolo presenta la caratterizzazione termofisica di una parete ventilata a giunto aperto innovativa i cui elementi sono basati principalmente sui rifiuti dell’industria edile. Il monitoraggio delle prestazioni è stato realizzato nella test-room MATRIX - Multi Activity Test-Room for InnovatingX situata a Benevento nell’ambito delle attività di ricerca coordinate dalla Società Consortile STRESS - Sviluppo Tecnologie e Ricerca per l’Edilizia Sismicamente Sicura ed Ecosostenibile.
Progettazione e monitoraggio sono inquadrate nell’ambito del progetto HORIZON 2020: REuse and REcycling of CDW materials and structures in energy efficient pREfabricated elements for building REfurbishment and construction.

L'uso delle facciate ventilate con paramento esterno ad elevata inerzia termica per ridurre i consumi energetici estivi 

L’esigenza di prevenire il deterioramento per effetto degli agenti atmosferici e della radiazione solare del materiale isolante posto come rivestimento esterno dell’involucro edilizio, ha portato allo sviluppo [1] delle facciate ventilate con paramento esterno ad elevata inerzia termica (OVF). Dall’analisi della letteratura emerge infatti, che in un primo momento gli studi sono stati condotti essenzialmente mirando ad analizzare il risparmio energetico ottenuto durante la stagione invernale, approfondendo il problema della durabilità dei materiali impiegati. Più recentemente invece l’interesse della ricerca scientifica si è spostato sulla caratterizzazione delle prestazioni in regime estivo soprattutto nei climi mediterranei [2,3]. L’obiettivo in questo caso è ottimizzare l’effetto camino che si instaura all’ interno del condotto di ventilazione  in modo che questo fenomeno contribuisca a ridurre i guadagni solari responsabili del surriscaldamento estivo.

La maggior parte degli autori concorda con l'idea che una OVF funzioni come strategia di raffreddamento passivo specialmente per climi particolarmente caldi arrivando a ridurre i guadagni termici anche del  40%, rispetto alla stessa facciata non ventilata [4]. Naboni e Tarantino [5] hanno analizzato i risparmi energetici in diversi climi e tipi di edifici, riscontrando un’efficacia maggiore per gli edifici per uffici rispetto agli edifici residenziali perché hanno carichi interni molto elevati.

I parametri da cui dipendono le prestazioni energetiche delle facciate ventilate

Le prestazioni energetiche delle facciate ventilate dipendono da diversi parametri, quali spessore della cavità, esposizione, caratteristiche dei materiali dei componenti, condizioni meteorologiche (radiazione solare, temperatura dell'aria e velocità del vento), che variano continuamente durante il giorno e per tutto l'anno [6].
L’incidenza dei diversi fenomeni che dunque concorrono all’ottimizzazione delle prestazioni e dunque che dovrebbero indirizzare le scelte progettuali, sono ancora oggi oggetto di discussione nella comunità scientifica e vengono studiati con approccio analitico, numerico e sperimentale. 

Con riferimento a ciò, l’articolo discute la caratterizzazione sperimentale di una parete ventilata progettata nell’ambito del progetto HORIZON 2020: REuse and REcycling of CDW materials and structures in energy efficient pREfabricated elements for building REfurbishment and construction (RE4 - grant agreement No 723583) che ha come obiettivo la valorizzazione dei rifiuti di costruzione e demolizione (CDW) seguendo la traiettoria proposta in figura 1. Il progetto è una delle attività di ricerca coordinate dalla Società Consortile STRESS - Sviluppo Tecnologie e Ricerca per l’Edilizia Sismicamente Sicura ed Ecosostenibile.

Obiettivi del progetto RE4 

Figura 1: Obiettivi del progetto RE4

L’innovatività del sistema analizzato consiste nel fatto che i principali elementi sono ricavati con materiale riciclato: 100% per i pannelli in legno isolante e 85% per le piastrelle di cemento estruso che costituiscono il rivestimento esterno.

Set-up dell’installazione sperimentale

L’attività sperimentale è stata condotta nella stazione sperimentale recentemente costruita presso gli spazi esterni dell’Università degli Studi del Sannio e denominata MATRIX - Multi Activity Test-Room for InnovatingX, consiste in una Test-room (6.0 x 6.0 x 5.5 m), con paramenti murari intercambiabile, poli-strumentata e servita da diversi impianti tecnologici, per il controllo dell’ambiente termico, della ventilazione, dell’ambiente acustico e visivo. La caratterizzazione e descrizione completa di tale test-room è stata presenta da Ascione et al. [7].

Preparazione dell’installazione

MATRIX ha una struttura portante mista con solai in legno e telaio verticale in acciaio costituito da profili circolari con zoccoli in lamellare al piede ed alla sommità, posti sul filo interno dei paramenti murari ed ancorati alle strutture orizzontali senza interruzione del materiale ligneo al fine di non avere vie preferenziali per la dispersione del calore. Sistemi di respingenti a vite e controventature traslabili consentono l’intercambiabilità completa dell’involucro verticale (ad eccezione di una parete tecnica), con spessori dei muri variabili tra 10 e 40 cm. Nella sua configurazione base la parete era costituita da un blocco in calcestruzzo aerato (10 cm) e pannelli ad isolamento sottovuoto. Nell’ottobre 2018 sono iniziati i lavori di preparazione (figura 2) consistiti essenzialmente nella rimozione dell’isolamento e l’applicazione di un intonaco in cemento (1.0 cm). 

Lavori di preparazione al test della facciata 

Figura 2: Lavori di preparazione 

Il sistema in studio

Su questa struttura è stato poi montato il sistema studiato. Esso consiste in un pannello isolante (14 cm) in fibra di legno con una conducibiltà termica di 0.043 W/m K, un’intercapedine di 10 cm chiusa sulla parte inferiore e superiore da un sistema di griglie brevettato nell’ambito del progetto e un rivestimento in tegole in cemento colorato (2.0 cm) agganciate a binari di montaggio.

Il posizionamento dei sensori

La figura 3 mostra una rappresentazione schematica del posizionamento dei sensori. Più in dettaglio, la temperatura superficiale viene misurata mediante sensori Pt100 (precisione di ± 0,1 ° C a 0°C) posizionati durante la fase di assemblaggio in corrispondenza dell’interfaccia interna ed esterna di ciascun materiale ad un’altezza di 1.70 m dalla base della sala prove e nell'area centrale della parete di prova a 2,0 m dal telaio strutturale.

Posizionamento sensori

Figura 3: Posizionamento sensori

Sul lato interno è presente anche un sensore del flusso termico posizionato a 1,70 m. Inoltre, tre sensori di temperatura dell'aria a bulbo secco e umidità relativa sono stati posizionati nella parte superiore e inferiore (a 30 cm dalle aperture) della cavità dell'aria, al fine di studiare l'effetto camino. Sono state eseguite anche misure puntuali di velocità dell’aria.

Il monitoraggio è iniziato il 17 Maggio 2019 ed è tutt’ora in corso. Tutti i parametri vengono campionati ogni 10 secondi mentre il tempi di registrazione e restituzione del dato medio tra quelli campionati è 10 minuti. 

L'analisi delle prestazioni

Tra i risultati del monitoraggio ad oggi disponibili, in questa sezione sarà presentata la misura della trasmittanza termica e la determinazione sperimentale del fattore di attenuazione e sfasamento. Infine verrà proposta l’analisi dell’andamento delle temperature in ciascuna sezione dell’installazione in un giorno di riferimento del periodo estivo e uno del periodo invernale.

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