Progettare l'involucro, cioè mettere il materiale giusto al posto giusto

Stratigrafia dell'involucro: il materiale al centro del progetto

La definizione della stratigrafia dell’involucro di un edificio rappresenta l’atto creativo e tecnico più pregnante e significativo dell’intero sviluppo progettuale in quanto deve prendere contemporaneamente in considerazione un sistema complesso di variabili fra loro indipendenti ma che, nella loro integrazione sinergica, determinano univocamente la qualità costruttiva dell’edificio.

Al centro del progetto c’è la scelta dei materiali. Perché il progetto assuma la qualità costruttiva, funzionale e abitativa richiesta sia in termini prescrittivi che prestazionali è necessario “mettere il materiale giusto al posto giusto”.

Può sembrare quasi banale, ma non lo è. Mettere il materiale giusto al posto giusto significa, dapprima, conoscere a fondo i singoli materiali, le loro caratteristiche e le loro peculiarità. Poi operata la scelta del materiale questo deve essere posizionato nel posto giusto perché sbagliare la sua posizione, spesso, significa sbagliare integralmente il progetto.

Dopo questa premessa, volutamente provocatoria, proviamo ad addentrarci nel tema della progettazione dell’involucro edilizio.

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Un concetto nuovo e un nuovo parametro

Prima, però, vorrei introdurre un nuovo concetto progettuale e, con esso, un nuovo parametro al fine di cominciare ad abituarci ad essi per elevare, fin da ora, il livello della qualità della nostra progettazione, in particolare proprio quella relativa all’involucro.

Il paradigma progettuale attuale è improntato su due concetti “rivoluzionari” emersi rispettivamente dalla seconda e dalla quarta revisione della direttiva europea EPBD (Energy Performance Building Directive - direttiva sulla prestazione degli edifici):

• nZEB, edificio ad energia quasi zero (Direttiva (UE) 31/2010)
  
• ZEMB, edificio ad emissioni zero (Direttiva (UE) 2024/1275 del 24/04/2024

Il concetto di nZEB è già entrato nella nostra prassi progettuale in quanto già presente nel DM 26/06/2015 Requisiti Minimi e implementato in maniera obbligatoria a partire dal 01/01/2019 per gli edifici pubblici e dal 01/01/2021 per gli edifici privati, fatta eccezione per le Regione che, con propria iniziativa, hanno anticipato l’adozione di questo concetto.

Il concetto di ZEMB, edificio ad emissioni zero è invece un’assoluta novità in quanto contenuto nella Direttiva (UE) 2024/1275 del 24/04/2024 che dovrà essere recepita, con le dovute e volute modifiche dagli Stati membri all’interno della loro legislazione nazionale, entro il 2026.

La direttiva introduce così questo nuovo concetto:

«edificio a emissioni zero»: un edificio ad altissima prestazione energetica, con un fabbisogno di energia pari a zero o molto basso, che produce zero emissioni in loco di carbonio da combustibili fossili e un quantitativo pari a zero, o molto basso, di emissioni operative di gas a effetto serra.
Nella direttiva questo concetto di edificio ad emissioni zero, che la definizione vista associa alle sole emissioni operative di gas ad effetto serra, viene ulteriormente allargato fino a coinvolgere l’intero edificio nel suo intero ciclo di vita:
(8) La riduzione al minimo delle emissioni di gas a effetto serra degli edifici lungo l’intera vita utile richiede un uso efficiente delle risorse e la circolarità. A ciò si può abbinare la trasformazione di parti del parco immobiliare in pozzi temporanei di assorbimento del carbonio.

A questo riferimento alle emissioni nell’intero ciclo di vita, la direttiva associa un nuovo parametro progettuale, ancora poco conosciuto, che dovrà compartecipare alla nuova definizione delle stratigrafie dell’involucro, il GWP, che viene così introdotto:

(9) Il potenziale di riscaldamento globale (global warming potential — GWP) nel corso del ciclo di vita dell’edificio misura il contributo complessivo dell’edificio alle emissioni che determinano i cambiamenti climatici. Combina le emissioni di gas a effetto serra incorporate nei materiali da costruzione con le emissioni dirette e indirette rilasciate nella fase d’uso. L’obbligo di calcolare il GWP nel corso del ciclo di vita degli edifici nuovi è quindi il primo passo verso una maggiore attenzione alle prestazioni degli edifici durante tutto il ciclo di vita utile e all’economia circolare.

Il paramento GWP combina quindi le emissioni di gas a effetto serra incorporate nei materiali utilizzati per la costruzione con le emissioni operative dirette e indirette rilasciate nella fase d’uso.

Il salto culturale e tecnico che questo concetto, innovativo, introduce risiede nel passaggio progettuale da un edificio ad energia zero, finalizzato quindi ad un fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo - che comporta di conseguenza poche emissioni di CO₂ in fase operativa - ad un edificio che minimizza sia l’emissione di CO₂ in fase operativa, sia l’energia grigia (e quindi la sua impronta carbonica) contenuta nei materiali utilizzati per la sua costruzione.

Vediamo un paradosso, giusto per chiarire l’assunto: ha senso utilizzare un materiale isolante se l’energia (e quindi la conseguente emissione di CO₂) che permette di risparmiare nel suo ciclo di vita è inferiore all’energia totale (detta energia grigia) richiesta per la sua realizzazione, per il trasporto in cantiere e per il suo smaltimento finale? No, non ha senso e questo è il trabocchetto nel quale, noi progettisti, non dobbiamo cadere.

Il parametro GWP diventerà presto di uso comune perché la direttiva europea prevede l’obbligo per tutti gli edifici di nuova costruzione di calcolare, dal 01/01/2027, il GWP dell’intero ciclo di vita e di renderlo pubblico attraverso il suo inserimento nell’APE. Il GWP dovrà essere comunicato sotto forma di indicatore numerico per ciascuna fase del ciclo di vita espresso in kgCO2eq/m² (di superficie coperta utile), calcolato in media per un anno su un periodo di studio di riferimento di 50 anni.

In realtà questo paramento è già conosciuto in Italia perché è presente nel protocollo CasaClima Nature nella parte relativa ai Parametri di valutazione dell’impatto ambientale dei materiali.

Nel protocollo di sostenibilità CasaClima Nature (considerato dal decreto CAM come rating system) il parametro GWP viene affiancato da altri tre parametri per la definizione del bilancio di impatto ambientale dei materiali:

• PENRT: energia primaria non rinnovabile
  
• AP: potenziale di acidificazione dl oceani
  
• TU: durabilità dei materiali.

Per prendere un po' di dimestichezza con questo parametro, e per non cadere nel trabocchetto visto prima, possiamo osservare i valori dei tre parametri relativi a diversi materiali dal database presente nel programma ProCasaClima, disponibile gratuitamente nel sito dell’Agenzia CasaClima.

Per una migliore comprensione operativa prendiamo in considerazione i parametri densità e GWP e li associamo, moltiplicandoli fra loro, in quel parametro inventato che ho chiamato, prendendomi una libertà, GWP& che quindi è espresso in emissioni di CO₂ al metro cubo.

Possiamo notare che il cemento armato ha un valore molto alto di GWP&, così pure la lana di roccia mentre due materiali presentano valori di GWP& addirittura negativi. Guarda caso in entrambi i casi si tratta di legno, ma perché?

Il motivo è semplice, quel legno quando ancora era albero ha trasformato, attraverso la fotosintesi clorofilliana, la CO₂ in ossigeno, cioè l’ha assorbita. Per questo motivo il materiale legno parte già con un credito ambientale che non viene compensato dalle lavorazioni successive. E perché allora il legno tropicale ha invece un GWP positivo, molto simile all’EPS? Probabilmente perché è, appunto, tropicale e il trasporto ha inciso molto sul bilancio dell’energia grigia.

Le medesime considerazioni si possono fare (e le lascio fare a voi) per gli altri due parametri AT e PENRT. È solo il caso di specificare che il bilancio di sostenibilità ambientale inserito all’interno del protocollo CasaClima Nature assegna un punteggio ad ognuno dei quattro indicatori e ne trae un valore finale bilanciato e quindi significativo.

Il valore di GWP di un materiale può essere ricavato in maniera generica sui database presenti già in alcuni software dedicati al calcolo della LCA (Life Cycle Assessment - analisi del ciclo di vita) o, in maniera più corretta e pertinente al singolo prodotto, all’interno della sua EPD (Envirnmental Product Declaration) cioè la certificazione ambientale di prodotto.

Progettare il materiale giusto al posto giusto

Permettetemi una precisazione importante: a scanso di equivoci fastidiosi le considerazioni che andrò a fare nel proseguo non vogliono essere e non devono essere prese come consiglio o come divieto all’utilizzo di un determinato sistema o di un determinato materiale ma vogliono avere unicamente ed esclusivamente un carattere didascalico se non addirittura didattico. Ritengo che, dopo aver compreso alcuni concetti che esporrò, ogni progettista farà le sue scelte in maniera autonoma e responsabile.

Ora possiamo tornare a parlare di progettazione dell’involucro ma, ci accorgeremo presto che questo piccolo accenno al concetto innovativo di sostenibilità ambientale visto sopra, cambierà, per sempre, l’approccio al tema.

Basti pensare alla scelta, che precede e vincola tutta la progettazione successiva, della configurazione strutturale da adottare per un nuovo edificio. La scelta dovrà ora essere operata anche alla luce del nuovo concetto di edificio ad emissioni zero nel quale è parte integrante il valore del GWP, cioè della quantità di carbonio incorporato nei materiali da utilizzare. In questa scelta si dovranno prendere in considerazione il valore del GWP specifico del materiale e delle masse che ogni scelta mette in gioco che comprendono, oltre alla struttura portante vera e propria, anche le conseguenti configurazioni dei tamponamenti e delle finiture.

Tralascio volutamente di trattare la scelta corretta dei materiali in ambito di acustica edilizia e di protezione al fuoco perché inerenti a campi specialistici.

Progettazione termo-igrometrica

La progettazione dell’involucro parte, di prassi, dall’analisi termica invernale e in questa fase si operano già le prime scelte. Le caratteristiche dei materiali inerenti a questa progettazione sono la conduttività termica λ (W/mK) e lo spessore s (m) da utilizzare che associati fra loro concorrono a determinare il parametro trasmittanza termica U (W/mqK).

Attraverso la combinazione progettuale fra conduttività e spessore si giunge al valore obiettivo di U che deve soddisfare i requisiti prescrittivi (ad esempio il valore previsto dal DM requisiti minimi o dall’Ecobonus per le detrazioni fiscali) e quelli prestazionali (ad esempio per un protocollo volontario come CasaClima o Passivhaus). Anche in questa scelta non può più essere ignorato il parametro di sostenibilità GWP.

Una volta progettata la resistenza termica invernale si passa alla verifica della stratigrafia individuata in termini di protezione dal caldo in regime estivo.

Qui entrano in gioco altre caratteristiche specifiche dei materiali quali la densità ϱ (kg/mc), la capacità termica specifica c (J/kgK) che combinate assieme alla conduttività forniscono i parametri diffusività α (mq/Ms), trasmittanza termica periodica Yie (W/mqK), fattore di attenuazione fa (-), lo sfasamento ϕ (ore) e l’ammettenza interna Yii (W/mqK).

La verifica prescrittiva da effettuare è contenuta nel DM Requisiti minimi mentre questa prestazionale prevede che lo sfasamento orario sia di almeno 12 ore e suggerisce un valore superiore a 2 dell’ammettenza interna.
Per il solo motivo didattico di cui sopra svolgiamo questo esempio:

consideriamo un tamponamento di un edificio sito a Bologna con pareti in XLAM da 10 cm coibentato con un pannello in EPS da 10 cm.

La verifica termica invernale viene soddisfatta. Il materiale giusto al posto giusto.

Notiamo che, invece, la verifica termica estiva invece non dà i risultati attesi sia in termini prescrittivi (Yie > 0,1) che prestazionali (ϕ = 6 ore < 12).

..Continua la lettura nel PDF.

• Analisi termoigrometrica

Il contributo dell’ing. Sergio Pesaresi si configura come un’analisi tecnica avanzata e metodologicamente solida, incentrata su una delle attività più strategiche nella progettazione edilizia: la corretta definizione della stratigrafia dell’involucro attraverso una selezione consapevole e funzionale dei materiali. L’introduzione dei nuovi requisiti prestazionali connessi al concetto di edificio ad emissioni zero (ZEMB), così come la necessità di calcolare e comunicare il GWP (Global Warming Potential) su tutto il ciclo di vita dell’edificio, impongono un salto qualitativo nella cultura progettuale.

La trattazione mette in luce l’interazione complessa tra parametri termo-fisici, igrometrici e ambientali, evidenziando come la posizione e la combinazione dei materiali non possano essere affidate a criteri semplificati o soluzioni standardizzate. Il GWP, già adottato da protocolli come CasaClima Nature e destinato a divenire prescrittivo a partire dal 2027, si affianca ai tradizionali indicatori prestazionali (trasmittanza U, trasmittanza periodica Yie, sfasamento ϕ, fattore Sd) modificando l’ordine delle priorità progettuali.

Questo approfondimento si rivolge a figure tecniche qualificate – progettisti, laboratori, responsabili di controllo qualità, imprese e direzioni lavori – come strumento operativo rigoroso, fondato su dati oggettivi, riferimenti normativi aggiornati e simulazioni tecniche esemplificative. INGENIO, anche attraverso analisi come questa, consolida il proprio ruolo di hub tecnico-specialistico per la diffusione di contenuti ad alto valore aggiunto, a supporto dell’innovazione e della sostenibilità dell’intero comparto edilizio.