Progettare una casa di legno nel clima mediterraneo: stratigrafie, strategie… e un cubo di ghiaccio

Case in legno per clima mediterraneo: ma sono una scelta giusta?

Sulle case in legno pende, da sempre, una spada di Damocle: belle ma inadatte al clima mediterraneo.

Inadatte perché “leggere”, cioè senza una massa importante che aiuti ad evitare il surriscaldamento estivo.

E, del resto, nel nostro immaginario collettivo la casa di legno è legata alla Svizzera felice di Heidi, ai rifugi alpini con la neve sul tetto, alle case di montagna (anche ai tre porcellini con la casa di legno che vola via al primo soffio del lupo… ma questo è un altro discorso).

Invece la protezione dal surriscaldamento estivo l’associamo alle mura possenti di un castello o della cantina dove ci ripariamo quando fuori è troppo caldo. Quindi, per la nostra esperienza, massa (o il peso) della parete ci assicura protezione estiva.

Ed è vero, verissimo. Infatti, nel passato le case nelle zone calde erano costruite con muri spessi in pietra o laterizio. Pensiamo ai trulli pugliesi con muri spessi e pesanti.

Se la parete di un trullo in pietra pesa almeno 2000 kg/mq, una parete di una costruzione in legno a telaio non arriva ai 70 kg/mq, in XLAM non arriva ai 100 kg/mq.

Diciamolo chiaramente: una casa in legno ha pareti “leggere”. Ma, altrettanto chiaramente, dobbiamo dire che una casa in legno non è, per definizione, inadatta per i climi mediterranei ma, se ben progettata (come tutte le case, del resto), si adatta benissimo anche ai climi mediterranei.

Il clima mediterraneo

Cosa intendiamo con “clima mediterraneo”? Facciamo un passo indietro.

Le prime case ad alta prestazione energetica, cioè a consumo quasi zero, sono state ideate e costruite in Svezia, Germania e Olanda, zone “continentali” con inverni freddi (o freddissimi) ed estati fresche, specie dalla sera alla notte.
Il progetto energetico di quelle case prendeva in considerazione, quindi, la sola problematica di difesa dal freddo invernale.

Fermiamoci un attimo: attenzione, parlo di case ad alta efficienza energetica perché sono quelle che cercano di scaldarsi (o raffreddarsi) passivamente cioè senza l’impiego di impianti alimentati da energie fossili. Perché è chiaro che tutte le case, costruite bene o male, con qualsivoglia materiale, di qualsiasi forma e dimensioni, possono essere riscaldate o raffrescate con appositi impianti, ma a fronte di spese energetiche importanti (e dannose per il clima!).

Riprendiamo. Molte di quelle case erano costruite in legno, materiale disponibile facilmente in quelle realtà. Quando queste case a basso consumo (non solo quelle in legno) hanno cominciato a diffondersi nel sud Europa (Italia, Spagna, Grecia…) ci si è accorti che il problema energetico non era più legato prioritariamente alla protezione dal freddo ma, principalmente, alla protezione dal surriscaldamento estivo.

Furono effettuati molti studi (fra i quali il più importante fu il Passiv-On) per capire come risolvere il problema estivo, specie per le strutture cosiddette “leggere” (con struttura in legno o con intelaiatura in acciaio, ad esempio).

Questo nuovo concetto per la difesa dal surriscaldamento estivo è stato prima testato in molte zone dell’area mediterranea con risultati positivi e poi implementato anche nella normativa italiana.

L’allegato 1 del DM 26/06/2015 all’art. 3.3 Requisiti introduce questo nuovo concetto:

4. Il progettista, al fine di limitare i fabbisogni energetici per la climatizzazione estiva e di contenere la temperatura interna degli ambienti:
  • in tutte le zone climatiche a esclusione della F,
  • per le località nelle quali il valore medio mensile dell’irradianza sul piano orizzontale, nel mese di massima insolazione estiva, Im,s, sia maggiore o uguale a 290 W/m²:
esegue:
  • almeno una delle seguenti verifiche, relativamente a tutte le pareti verticali opache con l’eccezione di quelle comprese nel quadrante nord-ovest / nord / nord-est:
       - che il valore della massa superficiale Ms sia superiore a 230 kg/m²;
       - che il valore del modulo della trasmittanza termica periodica YIE sia inferiore a 0,10 W/m²K;
  • la verifica, relativamente a tutte le pareti opache orizzontali e inclinate, che il valore del modulo della trasmittanza termica periodica YIE sia inferiore a 0,18 W/m²K;
dove
  • massa superficiale Ms: è la massa per unità di superficie della parete opaca compresa la malta dei giunti esclusi gli intonaci [kg/m²];
  • trasmittanza termica periodica YIE (W/m²K): parametro che valuta la capacità di una parete opaca di sfasare e attenuare la componente periodica del flusso termico che la attraversa nell’arco delle 24 ore, definita e determinata secondo la norma UNI EN ISO 13786:2008 e successivi aggiornamenti.

In sostanza, il decreto, alla massa superficiale Ms, di cui conosciamo i grandi meriti per quanto riguarda la difesa dal surriscaldamento estivo degli ambienti abitativi, affianca un nuovo parametro avente “pari dignità”, la trasmittanza termica periodica YIE la quale, se contenuta entro il valore di 0.10 W/m²K, può sostituire l’effetto della massa nei riguardi del comportamento estivo in clima mediterraneo.

Addirittura tale verifica viene richiesta solamente per le località nelle quali il valore medio mensile dell’irradianza sul piano orizzontale, nel mese di massima insolazione estiva, Im,s, sia maggiore o uguale a 290 W/m². Resta da chiarire quali siano queste località: solo Sicilia? O anche Calabria? E la Puglia?

L’Italia è una nazione sempre sorprendente, che non si lascia catalogare mai. Neanche in questo caso. Infatti non è così intuitivo né banale prevedere in quali località questo parametro Im,s supera il valore di 290 W/m².

Scorrendo la seguente tabella sommaria sono sicuro che più di un lettore rimarrà sorpreso:

Cerchiamo ora di esplorare e comprendere questo concetto innovativo contenuto nel DM 26/06/2015.

L’articolo ci dice che se una parete ha massa superiore a 230 kg/m², allora essa presenta buone caratteristiche per essere utilizzata in località con alta insolazione estiva. Non indica né richiede di quale materiale questa parete debba essere costituita. E’ sufficiente che essa possegga massa Ms.

Quindi il DM ci conferma che una struttura “pesante” assicura un buon comportamento estivo in clima mediterraneo. Ma ci suggerisce anche che una struttura “leggera” può parimenti essere utilizzata in località assolate con clima mediterraneo purché garantisca un valore di trasmittanza termica periodica YIE < 0.10 W/m²K.

La trasmittanza termica periodica e altri incidenti

Abbandoniamo l’approccio prescrittivo, tipico di un uso “fideistico” della legge, per indossare una veste prestazionale per addentrarci con la dovuta curiosità in questo importante concetto.

Per cui suggerisco di non limitare le verifiche, quelle già viste e quelle che vedremo, alle sole località ad alta insolazione ma di allargarle a tutte le località, stante sia l’estrema variabilità delle condizioni climatiche italiane (due località vicine spesso presentano due profili termici diversi) sia per prendere in considerazione le modifiche alle temperature locali dovute ai cambiamenti climatici in atto.

Se in inverno la temperatura esterna varia di poco nell’arco della giornata, per cui si può parlare di “regime stazionario”, non si può dire la stessa cosa per le temperature esterne in estate che variano molto e repentinamente durante la stessa giornata, con un andamento tipicamente sinusoidale.

Per cui se in inverno possiamo schematizzare il comportamento della parete con il parametro Trasmittanza U in regime stazionario, in estate è necessario parlare di regime periodico o dinamico.

Il parametro che sovrintende lo scambio termico estivo è la Trasmittanza termica periodica Yie [W/m² K] che valuta la capacità di un elemento opaco (parete o copertura) di sfasare ed attenuare il flusso termico che la attraversa nell’arco delle 24 ore.

Sfasare significa ritardare di numero Ф di ore l’effetto termico interno dovuto al picco di calore esterno.
Attenuare significa che l’onda di calore proveniente dall’esterno viene “indebolita” nel suo passaggio attraverso la parete.

Pertanto, possiamo definire altri tre parametri importanti:

• Coeff di sfasamento Φ [ore] - Il coeff. di sfasamento Φ (fi) rappresenta il ritardo, espresso in ore, tra il picco dell’onda termica esterna e quello corrispettivo dell’onda termica interna all’ambiente abitativo.

• Fattore di attenuazione fa [-] - Il fattore di attenuazione fa rappresenta il rapporto tra il valore dell’ampiezza dell’onda termica esterna e quello dell’ampiezza dell’onda termica interna all’ambiente abitativo:
  fa = Yie /U

• Ammettenza interna Yii – Rapporto fra il flusso termico periodico che attraversa l’unità di superficie su un lato interno della parete e la sollecitazione termica periodica sullo stesso lato.

Se la trasmittanza stazionaria U è figlia solo della conduttività λ dei materiali impiegati nella stratigrafia e del loro spessore s, la trasmittanza termica periodica YIE è determinata anche dalla capacità termica Cp dei materiali impiegati e dalla loro densità ρ, dove:

Densità ρ [kg/mc] – La densità ρ (ro) di un materiale è il rapporto tra la massa e il volume di tale elemento.

Capacità termica Cp [J/kg K] – la Capacità termica Cp è caratteristica peculiare di un materiale e rappresenta la quantità di calore (espressa in Joule) necessaria per alzare (o abbassare) di 1 grado Kelvin una quantità di materia pari a 1 kg.

In buona sostanza in una parete da impiegare in clima mediterraneo, la massa Ms può essere sostituita dall’uso di materiali aventi:

• una bassa conduttività λ
• un alto spessore s
• un’alta densità ρ
• un’alta capacità termica Cp

in modo tale che la parete garantisca

• un basso valore di trasmittanza termica periodica YIE (il DM parla di YIE<0.10 W/m²K, io mi sento di suggerire YIE<0.01)

• un alto valore di sfasamento orario Ф (io suggerisco > 12 ore)

• un alto valore dell’ammettenza interna YII (io suggerisco > 2)

Una casa in legno in clima mediterraneo?

Ora possiamo rispondere alla domanda iniziale: una casa in legno può essere adatta al clima mediterraneo?
Cioè, detto in termini tecnici: una casa in legno può soddisfare le due verifiche legate al valore di YIE e allo sfasamento Ф?

Parete in XLAM

Prendiamo in considerazione una parete nuda in XLAM con spessore pari a 10 cm situata a Roma:

Per renderla conforme al valore di trasmittanza U minima (0.29 W/m²K) e adatta al clima mediterraneo proviamo a coibentarla esternamente con un pannello in EPS 100 con spessore 20 cm e inseriamo un cavedio interno di 5 cm riempito con lana di roccia e chiuso con due lastre di cartongesso. Otteniamo:

Possiamo migliorare lo sfasamento Ф utilizzando lana di roccia con spessore uguale pari a 20 cm:

Possiamo, infine, migliorare l’ammettenza interna utilizzando due lastre di gessofibra al posto del cartongesso posto internamente:

Conclusione: una casa con parete in XLAM e con la stratigrafia indicata risulta soddisfare le verifiche richieste e quindi può avere un comportamento estivo adatto al clima mediterraneo.

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