Comfort e prestazioni igro-termiche eterne dei biocompositi in canapa e calce

Un intonaco in canapa, calce e argilla è il segreto che ha permesso agli affreschi delle Grotte di Ellora, in India, di conservarsi intatti per 1500 anni.

Dall’osservazione di un antico complesso archeologico ci immergiamo nei segreti del “buon costruire”, attraverso le proprietà di materiali senza tempo che meritano più spazio nell’edilizia odierna.


Comfort abitativo e performance termo-igrometriche dei materiali isolanti

Il focus dominante dell’edilizia degli ultimi 20 anni è sicuramente l’efficientamento energetico degli edifici.

Il legislatore, la società in genere e l’economia spingono i progettisti e le imprese verso soluzioni di isolamento degli edifici sempre più performanti.

Con gli incentivi Super110 Ecobonus sono diventate ancora più importanti le certificazioni della conducibilità dei materiali isolanti, ma questo non vuol dire che sia aumentata la certificazione di performance degli stessi.

Molto semplicemente perché il Lambda (λ), ovvero la conducibilità di un materiale in regime stazionari, non basta per prevedere la performance di materiale.

Assumere che, la conducibilità termica ricavata in laboratorio come unico parametro per definire le performance dei materiali è estremamente riduttivo e fuorviante. Sarebbe più opportuno considerare un parametro che tenga conto del comportamento del materiale in condizioni realistiche e in un certo arco di tempo, piuttosto che in condizioni ideali e per un solo attimo, come per esempio i consumi reali di un edificio o alla peggio le performance di trasmittanza in ambiente reale in un arco di tempo e a condizioni definite. Complesso? Sì, ma non impossibile, bastano un flussimetro e una serie di casistiche, che potrebbero come minimo avvicinarci alla previsione dei carichi in modo maggiormente efficace.

 

Costruire in canapa e calce - Gilberto Barcella

 Spruzzo di canapa e calce su parete con struttura lignea.

 

La conducibilità termica è sufficiente per prevedere la performance di un materiale?

Anche all'interno delle nostre Università è stato affrontato il problema.
In particolare, riporto l’abstract della ricerca del Politecnico di Milano - Ferrari S., Zanotto V. (2013) "The thermal performance of walls under actual service conditions: evaluating the results of climatic chamber tests."
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Gli aspetti dinamici del comportamento dell'involucro edilizio, che di solito vengono valutati utilizzando strumenti di simulazione al computer che richiedono una notevole esperienza per un corretto utilizzo, stanno ricevendo una crescente attenzione. Tuttavia, il valore U, che trascura il significato della capacità termica, continua ad essere il parametro di riferimento primario per descrivere le prestazioni termiche delle pareti in edilizia. Lo scopo di questo studio è evidenziare l'importanza di superare questa diffusa semplificazione analizzando, attraverso prove in camera climatica, le effettive prestazioni di un insieme di pareti che hanno valori U equivalenti ma sono caratterizzate da differenti capacità termiche."

La ricerca dimostra che le effettive prestazioni degli involucri sono diverse nonostante il valore U sia uguale, e non a vantaggio degli elementi più leggeri e quindi in teoria più performanti.

Emerge come l’assunzione del valore U, che trascura il significato della capacità termica, sia una diffusa semplificazione del calcolo prestazionale. La ricerca analizza, attraverso prove in camera climatica, le effettive prestazioni di un insieme di pareti che hanno valori U equivalenti, ma sono caratterizzate da diverse capacità termiche.

La ricerca giunge a dimostrare che considerare la trasmittanza, escludendo la capacità termica, ti “butta fuori dal risultato”. In più la U stazionaria determina un flusso di energia non paragonabile a quello indicato in regime periodico. U periodica considera attenuazione, sfasamento, che comporta t di picco sulla parete e questo picco arriva sfasato, non nelle ore centrali ma a mezzanotte per esempio. Il regime periodico è più rappresentativo per questo motivo, rappresenta lo sfasamento e non è paragonabile alla U in regime stazionario.

Anche recentemente, (settembre 2018) il Politecnico di Milano e l’Enea di Bari, si sono occupate di misurare prestazioni reali di materiali isolanti in confronto alle performance teoriche, in particolare sul biocomposito in canapa e calce.
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Le conclusioni sono molto simili alle precedenti 47 ricerche in Europa portate avanti da diverse università in Inghilterra, Francia e Belgio disponibili nel web e raccolte dal report dall’Arch. Vincenzo Todaro (2014), Politecnico di Milano - Dipartimento Architecture Building Construction - Progetto di ricerca selezionato per la borsa di studio: “Prestazioni energetico-ambientali ed antisismiche di nuove tecnologie in calce-canapa per l’involucro edilizio nel contesto italiano.

Perché 47 ricerche sulle proprietà igrometriche dei biocompositi in canapa e calce?

Perché fin dagli anni 90, in Europa, fu chiaro a chiunque abitasse o efficientasse casa con questi materiali aveva risultati di performance reale ben superiori alle previsioni delle prestazioni in funzione della U delle murature a discapito degli spessori.

 

I vantaggi dei biocompositi in canapa e calce

La ricerca dal titolo “Prestazioni termo-igrometriche di una costruzione sperimentale in canapa-calce”, condotta dal Dott. Mike Lorence presso l’Università di Bath, fu la prima a dimostrare come il valore di conducibilità termica λ non sia esaustivo nella descrizione del comportamento di questo materiale. Sono stati osservati e messi a confronto una costruzione sperimentale in calce e canapa e un ufficio isolato con lana minerale. Il primo mostra un controllo e una stabilità termo-igrometrica di gran lunga maggiore del secondo, mantenendo l’ambiente interno su valori di temperatura e umidità pressoché costanti. La spiegazione, secondo il Dott. Mike Lorence, sta nella struttura porosa del materiale: una variazione di soli 0.5 °C della temperatura esterna, innesca infatti dei continui cambiamenti di fase all’interno dei pori microscopici, con carico e scarico di calore, in funzione del cambiamento di pressione da un poro all’altro.

Il fenomeno a discapito della densità del materiale blocca il passaggio di calore nei primi 6 cm del materiale. Questo meccanismo si innesca, appunto, solo al variare della temperatura esterna e interna dell’edificio in ambiente reale.

Misurare la conducibilità con materiale secco in ambiente con condizioni stazionarie, o applicare irreali prove attraverso flussimetri che cambiano significativamente le dinamiche reali in virtu’ di temperature locali testate anomale rispetto a quelle reali molto più graduali e tenui in ambiente nelle 24 ore.

Assumere che la conducibilità termica ricavata in laboratorio come unico parametro per definire le proprietà di questo materiale è estremamente riduttivo e fuorviante. Sarebbe più opportuno considerare un parametro che tenga conto del comportamento del materiale in condizioni realistiche e in un certo arco di tempo, piuttosto che in condizioni irreali.

Se qualcuno dubita, provate a far asciugare un biocomposito di canapa e calce per testarlo secco in ambiente condizionato. Il Ri-cert di Monte di Malo ha impiegato 8 mesi!!!

Canapa e calce non è l’unico materiale che presenta questa ‘’anomalia’’ benefica. Chi ha vissuto in ambienti costruiti con la calcarenite pugliese (impropriamente chiamata tufo), o con il tufo stesso, con l’argilla cruda e/o espansa, sono sicuro che sarà d’accordo con me che il confort estivo e invernale rispetto ad ambienti costruiti con materiali moderni sia di gran lunga migliore, così come i consumi energetici per raffrescare e riscaldare.

Chiunque utilizza materiali naturali per ristrutturare e costruire e ha vissuto l’esperienza di dormire almeno una notte in un ambiente così fino ad oggi, mi ha sempre confermato quanto sopra.

La mia esperienza in questi 11 anni conferma quanto la ricerca lascia intuire, ovvero se bastano 6 cm di biocomposito per azzerare il passaggio del calore dalla muratura, che io costruisca o efficienti case con spessori di canapa e calce sopra i 6 cm di spessore le performance saranno sempre le stesse, ovvero consumi energetici molto inferiori alle aspettative dei calcoli termotecnici fatti con gli strumenti che rispondono alle norme di legge.

Posso portare chiunque in case praticamente considerate in 4* classe energetica, che consumano 10 q.li di legno di pino a 900 mt d’altezza (Lanzo d’Intelvi CO spessore isol. 18 cm o Lauco UD muratura 30cm totale o Valchiusella 30 cm totale TO) o spendono l’equivalente di circa 400 euro l’anno per riscaldare e raffrescare casa.

Le case in classe A4 NZEB e vincitrici del Cubo d’Oro Casaclima 2017 (Case di Luce della Pedone wr di Bisceglie) hanno le stesse prestazioni delle case costruite o efficientate in canapa e calce in classe A1 o A2 o B.

Ma è ovvio basta comprendere che 6 cm interrompono la curva di calore.

Ma per quanto tempo? Quanto rimane costante il lambda dei materiali?
A oggi non mi risulta che i lambda dei materiali sintetici si possano garantire a 10 anni dall’installazione.

I materiali naturali hanno dato prova nel tempo di essere performanti e duraturi, gli edifici costruiti in epoca romana ne sono testimonianza ma anche dall’ India, recentemente ci sono arrivate notizie interessanti.

 

Canapa e calce, il segreto della conservazione delle Grotte di Ellora

Le grotte di Ellora sono un suggestivo esempio di architettura sacra che si trova nello stato del Maharashtra, in India. Il complesso, realizzato tra il V ed il X secolo d.C., si estende per circa 2 km a nord della città di Aurangabad e si articola in 34 ambienti scolpiti direttamente nella roccia. Le grotte ospitano degli affreschi che, oltre a rappresentare una importante testimonianza storica e religiosa, sono anche – e forse soprattutto – una altrettanto importante scoperta scientifica. Il loro ottimo stato di conservazione ha incuriosito gli studiosi, che si sono chiesti come fosse possibile che gli affreschi fossero giunti fino a noi in perfetto stato, in condizioni climatiche avverse, attraversando quasi 1500 anni di storia.

Alcuni studi scientifici hanno individuato come fattore determinante l’utilizzo di un “termointonaco” spesso circa 7 cm, composto da una miscela di fibre di canapa, calce e argilla, che si è comportato da regolatore igrometrico, mantenendo l’umidità ambientale ad un livello ideale e costante per secoli e secoli.

Quello che è successo nelle Grotte di Ellora succede anche nelle costruzioni odierne: chi vive in abitazioni costruite in canapa e calce o in argilla cruda, può testimoniare questo fenomeno. All’interno di questi edifici, infatti, l’umidità relativa si stabilizza tra il 55% e il 60%, evitando la formazione di condensa sui muri e sui punti freddi delle pareti, e regalando una sensazione quotidiana di benessere e comfort.

Pensiamo poi a quanto possano essere preziose le proprietà igrometriche di questi materiali, ad esempio, nell’efficientamento dei musei, che hanno il delicato ruolo di custodire le opere d’arte di cui il nostro Paese è così ricco!


Perché costruire e ristrutturare con canapa e calce?

I vantaggi dei materiali naturali in edilizia si estendono su almeno quattro grandi campi di interesse: ecologico, economico, tecnico e sociale. Eppure l’opinione comune e il mercato non sembrano coglierli, orientando le scelte in una direzione apparentemente più vantaggiosa… ma è veramente vantaggiosa?

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Biocompositi: i materiali a prova di futuro

I biocompositi in canapa e calce rappresentano una vera e propria promessa di eternità. Le Grotte di Ellora sono la testimonianza più significativa della loro longevità. Inoltre, qualora il biocomposito dovesse essere dismesso, lo si potrebbe rimpastare e riutilizzare in cicli infiniti, senza che subisca alcun calo prestazionale.

Durevolezza e completa riciclabilità sono la conseguenza del fatto che, nel biocomposito, i materiali “in entrata” sono identici ai materiali “in uscita”. In altre parole, nessun elemento chimico ossidabile interferisce con il processo e il biocomposito contiene gli stessi ingredienti dall’inizio alla fine, ovvero calce, canapulo, acqua e batteri* (di Microbioma e salubrità ambientale - Cap 5 Canapa e Calce Flacovio Editore).

La calce aerea si ottiene dalla cottura del calcare, una pietra che per sua stessa natura non subisce marcescenza. Una volta cotto, il calcare (CaCO3) diventa ossido di calcio (CaO), liberando CO2; a seguito dello spegnimento della calce con l’acqua si ottiene idrossido di calcio Ca(OH)2, che dopo un anno di invecchiamento potrà essere chiamato grassello di calce. Una volta miscelato il grassello di calce e applicato sul muro, l’acqua evapora e la calce può riassorbire CO2 dall’aria, indurendosi e tornando alla sua composizione originale, CaCO3 (calcare). Questo fenomeno, detto carbonatazione, avviene in tempi molto lunghi ma è praticamente eterno, poiché è un ciclo chiuso.

Durante questo processo, la calce mineralizza anche la canapa, rendendola immarcescente e ignifugo il biocomposito risultante.

Chi avesse ancora dubbi si chieda come mai i molluschi hanno case di calcare e sale… o come mai il calcare sia la roccia che affiora in atmosfera e nei mari in modo prevalente. Perché è a suo agio in atmosfera non subendo né ossidazione né marcescenza da millenni come un intonaco di canapa e calce sui muri di Venezia immersi nel mare, ma anche di questo e di 10 anni di ricerca e sviluppo in mare vi scriverò in futuro.

Per saperne di più vi invito a leggere il capito 6 del mio libro edito da Flacovio Editore a Giugno 2021 “Canapa e Calce”.


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