La riqualificazione energetica degli edifici storici vincolati: una sfida impossibile?

La EPBD IV (Direttiva "Case Green") e gli edifici storici

Il 12 marzo 2024 il Parlamento Europeo ha licenziato il testo definitivo della nuova direttiva sull’efficienza energetica degli edifici (la EPBD IV, impropriamente chiamata sui giornali anche direttiva europea “case green”).
La direttiva prevede una roadmap che porti il patrimonio edilizio attuale sulla strada della neutralità climatica entro il 2050, introducendo delle scadenze intermedie di riduzione delle emissioni di gas serra del settore edilizio.
In Italia i contenuti della direttiva hanno generato molto dibattito. Molti hanno sottolineato le difficoltà che l’attuazione di interventi di efficientamento energetico comportano in una nazione con un patrimonio edilizio datato e spesso con carattere storico come l’Italia.

A tal proposito vanno fatte alcune precisazioni:

• La direttiva stessa prevede delle esenzioni per alcune categorie di edifici, tra questi quelli storici;
• L’Italia non ha un patrimonio edilizio significativamente più vecchio di molti altri Paesi europei, come si può vedere in figura 1. La differenza è piuttosto a livello tipologico e di qualità architettonica nei nostri nuclei storici.

Il "conflitto" tra conservazione ed efficienza energetica

Indipendentemente da quali siano gli obblighi (e le esenzioni) della normativa per l’efficientamento energetico degli edifici riguardanti il patrimonio storico, agire per migliorarne le performance è comunque di grande importanza per varie ragioni quali:

• Aumento del comfort per gli occupanti;
• Riduzione dei costi di gestione;
• Miglioramento dello stato di conservazione dell’edificio;
• Riduzione delle emissioni di gas serra.

Ovviamente nel progetto di interventi sul patrimonio storico è fondamentale considerare il bilanciamento tra le esigenze prettamente energetiche/manutentive e la necessità di conservazione del bene.
In questo articolo andremo ad analizzare due casi studio che dimostrano come anche su edifici storici vincolati sia possibile agire riducendo significativamente i fabbisogni energetici senza interferenze negative con la conservazione del bene.

Caso studio 1 - Il Museo del Castello estense di Ferrara

Il progetto Ex.Po.Aus

Nel contesto del progetto europeo Ex.Po.Aus. focalizzato sulla riqualificazione energetica del patrimonio storico vincolato il nostro studio si è occupato della diagnosi energetica della parte adibita a museo del Castello Estense di Ferrara.
Il progetto univa quindi un ulteriore grado di difficoltà alle già sfidanti esigenze della tutela del patrimonio storico e della riqualificazione energetica: la funzione museale. Considerare le esigenze di fruizione da parte del pubblico, ed in particolare il comfort per gli occupanti, si configura come un importante vincolo da non trascurare.

La fase di analisi - metodologia

Agire su un edificio del XIII secolo, che nel corso del tempo ha assunto funzioni differenti e subito interventi spesso non coerenti e coordinati pone come prima esigenza la necessità di costruire un quadro conoscitivo esaustivo del fabbricato.
Per quanto riguarda le informazioni geometriche è stato possibile utilizzare un rilievo laser scanner effettuato dall’Università degli Studi di Ferrara. Sulla base di questo rilievo è stato poi possibile integrare le informazioni mediante un lavoro di rilievo in situ delle componenti impiantistiche e tecnologiche.

Non essendo possibile, per evidenti ragioni, procedere a prove distruttive, si è proceduto con la realizzazione di una campagna di indagini non distruttive, focalizzate sia sulla raccolta di informazioni tecnologiche, che sull’analisi del comfort.

In particolare sono state effettuate:

• Misura della trasmittanza in opera delle pareti opache;
• Termografie esterne ed interne;
• Misure in continuo di temperatura dell’aria ed umidità relativa;
• Valutazione delle caratteristiche dei componenti finestrati con spessimetro;
• Misure del microclima interno lungo il percorso museale (velocità dell’aria temperatura, umidità relativa).

La fase di analisi - risultati

Dalle misure effettuate sono emerse alcune indicazioni fondamentali per poter procedere alle proposte di intervento. Ad esempio un problema diffuso dal punto di vista del benessere degli occupanti è l'asimmetria radiante, ovvero la significativa differenza di temperatura superficiale tra le componenti di involucro di uno stesso locale (pareti opache, pavimenti, etc).

I dati di trasmittanza termica delle pareti sono stati determinati tramite misure con termoflussimetro in accordo con la norma ISO 8969 e la rielaborazione dei dati effettuata con il metodo delle medie progressive. Ai fini della diagnostica, per mezzo del valore di resistenza termica misurato e dello spessore della struttura rilevato, è possibile stimare il valore di conduttività termica equivalente nell’ipotesi che la struttura sia composta da materiale omogeneo (in questo caso mattoni pieni).

Dalle misure effettuate e dalle successive rielaborazioni si ottiene un valore di conducibilità termica equivalente della parete (composta da laterizi pieni) pari a 0.49 W/mK. Tale dato conferma i valori noti da letteratura per questa tipologia edilizia.
Oltre alle scarse prestazioni termiche globali delle pareti, tramite l’indagine termografica è stato possibile individuare alcune discontinuità locali quali ad esempio i sottofinestra o alcuni passaggi di elementi impiantistici in facciata.

Le proposte di intervento – approccio metodologico

Partendo dal quadro conoscitivo sopra dettagliato, alla luce delle criticità emerse in fase di misura e sulla base di una modellazione energetica dello stato di fatto, sono stati ipotizzati alcuni interventi migliorativi.
Al fine di definire le azioni si è proceduto ad individuare le principali criticità all'interno del sistema edificio-impianto sia per quanto riguarda gli usi termici che dal punto di vista elettrico.

Per quanto riguarda gli aspetti termici le principali problematiche individuate sono:

• mediocri prestazioni delle pareti in termini di trasmittanza termica;
• scarse prestazioni dei serramenti e delle chiusure orizzontali;
• presenza di zone circoscritte configurate come "punti deboli" nell’involucro;
• sistema di regolazione delle temperature con bassi rendimenti;
• mancanza di una netta separazione tra zone a temperatura controllata e zone non climatizzate in alcune porzioni del museo;
• mancanza delle condizioni di benessere degli utenti a causa di temperatura non ottimali in alcune sale;
• escursione termica lungo il percorso museale che causa sensazioni sgradevoli agli occupanti;
• scarsa conoscenza dei consumi reali e dei profili di utilizzo;
• vetustà dei sistemi di emissione ad aria (ventilconvettori) con conseguenti scarse prestazioni;
• mancanza di suddivisione idraulica in zone termiche con differenti condizioni di utilizzo.

Dal punto di vista degli usi elettrici emergono le seguenti criticità:

• utilizzo di sistemi di illuminazione a bassa efficienza energetica;
• difficoltà nel raggiungimento di livelli di illuminazione ottimale degli ambienti;
• presenza di ausiliari elettrici obsoleti nell’impianto di riscaldamento (pompe di circolazione).

Sono state dunque individuate delle azioni di efficientamento energetico in grado di risolvere o almeno mitigare le criticità emerse. Nella valutazione delle azioni da proporre si è tenuto conto, oltre che della fattibilità tecnica in senso stretto e della sostenibilità in termini economici, anche la compatibilità delle singole azioni su un bene storico vincolato come il Castello Estense limitando l'invasività dell'intervento.

Gli interventi proposti: impianto

Gli interventi di carattere impiantistico suggeriti sono quelli meno complessi dal punto di vista dell’interazione con il bene architettonico, trattandosi in gran parte di sostituzione di elementi preesistenti.
Alcuni riguardano essenzialmente la miglioria del sistema impiantistico, quale la sostituzione dei terminali di emissione obsoleti e l’installazione di valvole termostatiche sui radiatori. La combinazione di queste due azioni può portare ad un risparmio calcolato del 5.5% circa.

Sempre a livello impiantistico è la proposta di implementazione di un sistema di monitoraggio e telecontrollo dell’impianto, scaturita dalla constatazione che il livello di conoscenza dei dati di reale consumo termico ed elettrico e dei profili di utilizzo da parte dell’Amministrazione Provinciale è ad oggi molto limitato. Il sistema proposto permette di misurare diverse variabili (ad esempio temperatura interna, umidità relativa, portata del fluido termovettore) all’interno di ambienti o di sezioni di impianto e di regolare il funzionamento dell’impianto per garantire le condizioni di comfort minimizzando i consumi.

Il monitoraggio ed il controllo possono essere effettuati mediante apparecchiature dislocate nei singoli ambienti con regolazione in locale oppure tramite la trasmissione dei dati in remoto ad una centrale di gestione degli impianti (telecontrollo). Si può ipotizzare un risparmio in bolletta, sulla base dei dati di letteratura e di esperienze analoghe dell’ordine del 5-15% e dei tempi di ritorno di circa 7 anni.

Anche il contenimento dei consumi elettrici è stato valutato. In particolare risulta significativo nel bilancio generale dei consumi l’illuminazione delle sale espositive. La proposta prevede la migrazione ad un sistema di illuminazione a LED delle lampade del percorso museale e la sostituzione delle lampade da esterno del fossato.

Gli interventi proposti: involucro

Dato il valore architettonico dell’edificio risulta impensabile agire sulle pareti perimetrali o sui solai, vista la presenza di affreschi e fregi architettonici sia all’interno che all’esterno. I serramenti sono relativamente recenti ed in gran parte dotati di vetrocamera e pertanto non avrebbe senso dal punto di vista economico provvedere alla loro sostituzione. Gli interventi sull’involucro proposti sono stati quindi di carattere puntuale e volti a risolvere problemi locali, con interventi il meno possibile invasivi.

Emblematica da questo punto di vista ad esempio è la proposta di compartimentazione della Torre dei Leoni. Dalle misure di temperatura effettuate, ed esposte nei paragrafi precedenti, si nota un significativo calo della temperatura dell’aria nelle Cucine Ducali, che sono spazi museali adiacenti alla Torre. Questo fenomeno è dovuto all’assenza di terminali di emissione del riscaldamento nella torre, che si configura quindi come uno spazio “freddo” in diretta connessione con il resto degli ambienti riscaldati. La connessione è dovuta alla presenza di tre aperture al piano terra non dotate di serramenti. Un flusso di aria calda ascendente è stato verificato misurando la velocità dell’aria in prossimità delle aperture. Questo fenomeno comporta elevate dispersioni termiche e condizioni di scarso confort per gli occupanti.

Per risolvere il problema si propone di compartimentare l’edificio, chiudendo le aperture al piano terreno attraverso l'installazione di serramenti vetrati. In questo modo è possibile interrompere il flusso di aria calda ascendente. Si è consigliato l’utilizzo di serramenti apribili, anche dove non strettamente necessario per il passaggio delle persone, in modo tale da poter sfruttare gli effetti positivi nelle stagioni calde tramite il cosiddetto "effetto camino" (l’effetto camino è quel fenomeno che sfruttando il naturale gradiente termico consente l’evacuazione dell’aria calda nel periodo estivo). Si è proposto di collocare una porta automatica con sensore in corrispondenza dell'apertura individuata per il passaggio dei visitatori in modo da evitare problemi dovuti alla mancata chiusura della stessa.

Questa azione, dal costo contenuto (stimato in meno di 10 000 euro) può portare ad una riduzione del 2.6% del consumo, con un tempo di ritorno dell’investimento inferiore ai 7 anni. Oltre al semplice beneficio economico questo intervento, reversibile e che non incide sulla conformazione del castello, comporterà un miglioramento del microclima interno andando a eliminare i picchi nella velocità dell’aria ed a ridurre le asimmetrie radianti.

Oltre all’intervento sulla Torre dei Leoni sono state proposte azioni puntuali volte al miglioramento del comfort in alcuni ambienti critici ad esempio nei punti in cui le indagini termografiche hanno evidenziato punti deboli nell’involucro edilizio, in corrispondenza dei quali si hanno dispersioni termiche superiori al resto dell’edificio. Le cause di tali discontinuità sono talvolta facilmente individuabili e risolvibili, ad esempio è evidente che in molti casi la presenza di radiatori nei sottofinestra comporta notevoli dispersioni termiche.

In queste situazioni la collocazione di un pannello di isolante termoriflettente tra il corpo scaldante e la parete riduce significativamente il flusso di calore verso l’ambiente esterno indirizzandolo invece nel locale da riscaldare. Altre situazioni invece sono meno chiare e richiedono ulteriori approfondimenti. Le dispersioni evidenziate dalle termografie, infatti, potrebbero essere dovute ad esempio a discontinuità dell’involucro, a difetti impiantistici o a fenomeni legati all’umidità di risalita o alla condensa.

L'ARTICOLO CONTINUA NEL PDF IN ALLEGATO...

Nel proseguo verrà affrontato il secondo caso studio presentato nell'articolo, quello che riguarda un edificio privato che si affaccia sul Lago di Garda.