Trasmittanza termica delle murature storiche in porfido: calcolo e misura a confronto

I metodi di calcolo standard per la trasmittanza termica delle pareti, basati sulle proprietà termofisiche dei materiali codificate nelle norme, offrono stime rapide e replicabili.

Per le murature massive in pietra storica, tuttavia, quella stima tende a discostarsi in modo sistematico dalla realtà misurata.

Le pareti analizzate hanno mostrato una trasmittanza termica inferiore rispetto a quella ottenuta mediante le simulazioni di riferimento. Questo articolo affronta il problema nel contesto specifico delle murature in porfido rosso degli edifici storici del bacino di Bolzano, a partire da una ricerca condotta dall'Istituto per le Energie Rinnovabili di Eurac Research nell'ambito del progetto InRenova.

Lo studio, presentato alla conferenza internazionale Stone 2025 a Parigi, ha combinato la caratterizzazione in laboratorio dei materiali con misurazioni in situ della trasmittanza termica su dieci edifici storici occupati, databili tra il XII e il XX secolo. Il testo è rivolto a progettisti, ingegneri e architetti che operano sul risanamento energetico di edifici storici in muratura. Illustra le tre tipologie costruttive in porfido identificate nello studio, descrive il protocollo di misurazione adottato e analizza le implicazioni dello scarto sistematico rilevato (circa il 20%) per la certificazione energetica e la progettazione degli interventi di isolamento.

Murature in porfido a Bolzano: il problema della trasmittanza sovrastimata

Nelle strade del centro storico di Bolzano, i muri in pietra rossa resistono da secoli a neve, vento e gelo. Il porfido che li compone è duro, pesante, pressoché indistruttibile. Dal punto di vista energetico, è considerato un cattivo isolante: la sua struttura densa conduce il calore con relativa facilità, il che suggerisce, sulla carta, che le pareti costruite con questo materiale disperdano molta energia verso l'esterno.

Il problema è che quella carta non corrisponde sempre alla realtà.

Una ricerca condotta dall'Istituto per le Energie Rinnovabili di Eurac Research indica che le pareti in porfido rosso analizzate nel bacino di Bolzano hanno mostrato valori U inferiori rispetto a quelli ottenuti dalle simulazioni di riferimento. Le dispersioni termiche reali sono circa il 20% inferiori a quelle stimate dai modelli. Non è una differenza trascurabile, soprattutto quando le sue conseguenze riguardano la certificazione energetica e le decisioni sugli interventi di ristrutturazione.

Il calcolo del valore U: il risultato dipende dalla qualità dei dati disponibili

Il valore U, o trasmittanza termica, è il parametro che misura quanta energia termica attraversa una parete per metro quadro, per ogni grado di differenza di temperatura tra interno ed esterno. Più è basso, meglio la parete isola. Il suo calcolo, codificato nella norma UNI EN ISO 6946, parte dalle proprietà dei singoli strati: spessore e conducibilità termica di ciascun materiale.

Il problema è che questo approccio semplifica molto la realtà, e per le murature storiche in pietra quella semplificazione è particolarmente rischiosa. La composizione interna di una parete in porfido storico non è mai uniforme come un modello matematico tende ad assumere.

Ci sono zone di pietra compatta, zone di malta, piccole cavità, variazioni di spessore. Le proprietà termiche dei materiali storici differiscono da quelle dei materiali di riferimento usati nelle norme. Nel confronto presentato, lo scarto non può quindi essere attribuito a una sola causa. Proprietà dei materiali, umidità, resistenze superficiali, contatti tra pietre e malta e geometria interna possono contribuire contemporaneamente.

Lo scarto tra calcolo e misura nelle murature storiche: cosa dicono gli studi

La distorsione non è un fenomeno isolato. In tutta Europa, numerosi studi hanno documentato che gli edifici storici tendono a comportarsi meglio di quanto i modelli standard prevedano in termini di dispersione termica. La conseguenza è che questi edifici ricevono spesso una valutazione energetica più bassa di quella reale.

Questo può portare a sovrastimare il beneficio atteso dall’isolamento della parete o a dimensionare l’intervento in modo non proporzionato alle prestazioni reali, con costi rilevanti e, in alcuni casi, con danni ai materiali e alle strutture originali.

La ricerca di Eurac Research si è concentrata su un caso specifico: le murature in porfido rosso degli edifici storici del bacino di Bolzano. Si tratta di una roccia vulcanica dal colore che varia dal rosso intenso al marrone fino al verde, ed è la pietra con cui la città è stata costruita sin dal XII secolo. Per secoli è stato raccolto come pietra erratica nei fondovalle; a partire dalla fine dell'Ottocento, la crescente domanda di pavimentazione urbana ne ha fatto aumentare l'estrazione in cava.

Tre tipologie costruttive, una struttura interna sorprendentemente omogenea

Percorrendo il centro storico o osservando le case rurali storiche nei dintorni, si possono riconoscere tre configurazioni ricorrenti del paramento murario.

La prima impiega grandi blocchi irregolari, quasi arrotondati, immersi in abbondante malta e disposti in filari approssimativi: le pietre sembrano "galleggiare" nel letto di malta, e le pareti erano tradizionalmente rifinite con l'intonaco a pietra rasa.

La seconda tipologia combina pietre di dimensioni minori e origini geologiche miste, spesso mescolando porfido e calcare, con pareti sempre destinate a essere completamente intonacate.

La terza impiega invece pietra da cava tagliata in lastre regolari, con un aspetto ordinato che ricorda la muratura a secco, ma che nasconde internamente uno strato di frammenti e malta per garantire la solidità strutturale.

Nonostante le differenze nell'aspetto esterno, le tre tipologie condividono una struttura interna sorprendentemente simile. Il rilievo di sezioni murarie da nove edifici in rovina, eseguito nel quadro della ricerca, ha mostrato che il 77% di pietra, il 22% di malta e circa l’1% di vuoti visibili rappresentano la composizione media delle nove sezioni analizzate nel loro insieme, con spessori murari compresi tra 45 centimetri e oltre un metro.

Il protocollo di ricerca: caratterizzazione in laboratorio e misure in situ

Per ottenere dati reali invece di stime, la ricerca ha combinato tre metodi complementari.

In laboratorio, campioni di porfido prelevati da cave attive e da un edificio storico sono stati analizzati per misurarne la conducibilità termica. Le malte e gli intonaci storici a calce, raccolti da diversi edifici della zona, sono stati anch'essi caratterizzati in laboratorio. Con questi dati, i ricercatori hanno costruito modelli digitali delle diverse tipologie murarie e calcolato i valori di trasmittanza termica simulati.

Misurazioni in situ su murature massive: sensori, posizionamento e durata dell'acquisizione

In parallelo, su dieci edifici storici occupati e riscaldati, databili tra il XII e il XX secolo, sono state condotte misurazioni dirette secondo il metodo del flussimetro termico (ISO 9869-1), con strumentazione applicata alla superficie interna delle pareti. Per non distorcere i risultati, i sensori sono stati posizionati preferibilmente su pareti a nord o, quando non possibile, su superfici orientate a est o ovest ma sufficientemente protette dall’irraggiamento solare diretto, lontane da finestre, angoli e fonti di calore, e la loro collocazione è stata verificata in anticipo con una termocamera, per identificare e scartare zone anomale.

A causa dello spessore e dell’elevata inerzia termica delle pareti, le campagne sono state prolungate oltre il periodo minimo previsto dalla norma e mantenute fino a ottenere risultati sufficientemente stabili. Le acquisizioni sono durate tra 7 e 49 giorni, con una media di circa 19 giorni.

L'elevata massa termica del porfido rende necessario un periodo di acquisizione più lungo per ridurre l’influenza delle variazioni giornaliere e verificare la convergenza del valore medio.

I risultati: uno scarto sistematico del 20% tra trasmittanza calcolata e misurata
Confrontando i valori simulati al computer con quelli rilevati direttamente sugli edifici, i ricercatori hanno osservato uno scarto sistematico: le simulazioni di riferimento hanno restituito valori U mediamente superiori di circa il 20% rispetto alle misure in situ. Le pareti in porfido massiccio perdono, in pratica, meno calore di quanto i calcoli standard prevedano.

Limiti del campione e prospettive per l'introduzione di un fattore correttivo

I ricercatori sono cauti nel generalizzare. Il campione analizzato rimane relativamente piccolo, e la ricerca deve fare i conti con una difficoltà metodologica strutturale: le misurazioni in situ possono essere eseguite solo su edifici abitati e riscaldati, mentre la caratterizzazione dei materiali richiede campioni da strutture in rovina o in corso di demolizione. Non è possibile, in pratica, analizzare le stesse pareti con entrambi i metodi. Il confronto è quindi indiretto, reso plausibile dalla notevole coerenza che le diverse sezioni murarie mostrano tra loro.

Se studi futuri su campioni più ampi confermeranno questi risultati, i dati potranno contribuire alla definizione di intervalli locali di riferimento e di procedure di calcolo più rappresentative per le murature massive in porfido. L’obiettivo non è necessariamente introdurre un unico fattore correttivo, ma ridurre l’incertezza attraverso dati di input calibrati sulla costruzione reale.

Implicazioni per la progettazione: diagnosi energetica, certificazione e scelte di isolamento

La certificazione energetica non è solo un documento. Orienta le decisioni su dove e come intervenire per ridurre i consumi di un edificio, e può influire sul valore di mercato di un immobile. Se i dati di partenza sovrastimano le dispersioni termiche, le diagnosi che ne derivano rischiano di indicare interventi sbagliati o di sovradimensionare quelli effettivamente utili.

Per gli edifici storici in pietra, questa distorsione ha due conseguenze concrete. La prima è che questi edifici vengono classificati come energeticamente peggiori di quello che sono. La seconda è che una sovrastima del valore U può portare a sovrastimare il beneficio energetico ottenibile mediante l’isolamento o a dimensionare l’intervento in modo non proporzionato, con costi elevati e rischi per la conservazione delle strutture originali. Disporre di dati più precisi sul comportamento termico reale delle murature storiche, materiale per materiale, è quindi un prerequisito per progettare interventi tecnicamente fondati e proporzionati all'effettiva necessità.

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Misurare il valore U in situ su murature storiche

I riferimenti normativi principali per la misurazione in situ della trasmittanza termica e per la valutazione delle murature storiche sono i seguenti:

• ISO 9869-1:2014 definisce il metodo del flussimetro termico per la misurazione in situ di resistenza e trasmittanza termica degli elementi di involucro.
• UNI EN ISO 6946:2018 fornisce il metodo di calcolo della resistenza termica e della trasmittanza termica di componenti e strutture edilizie a partire dalle proprietà dei materiali.
• UNI EN ISO 6781-1:2023 descrive il metodo all'infrarosso per il rilevamento qualitativo delle irregolarità termiche nell'involucro edilizio, utile per il posizionamento dei sensori in situ.
• UNI/TS 11300-1 definisce le procedure per la determinazione del fabbisogno di energia termica degli edifici nell'ambito della certificazione energetica nazionale.

Il progetto InRenova
InRenova è un progetto di ricerca finanziato dal Fondo Europeo di Sviluppo Regionale e da Eurac Research, con l'obiettivo di migliorare i processi progettuali per il risanamento energetico di edifici esistenti e centri storici mediante soluzioni innovative di isolamento interno. Il progetto si articola su due filoni principali: un processo rivolto alle aziende per la caratterizzazione prestazionale di materiali e prodotti per l'isolamento interno, e un processo per i progettisti per la valutazione di soluzioni di intervento, basato su misure avanzate di laboratorio delle proprietà igrotermiche e su simulazioni in regime dinamico.

FAQ TECNICHE - Isolamento termico edifici storici in porfido: calcolo U sovrastimato del 20%

Quando il calcolo del valore U secondo UNI EN ISO 6946 presenta un’elevata incertezza per una muratura storica in pietra?

Il calcolo diventa molto incerto quando non si conoscono con sufficiente precisione lo spessore, la composizione interna e le proprietà dei materiali e si ricorre a valori tabellari generici. Nelle murature irregolari, malta, vuoti e contatti tra le pietre possono rendere poco rappresentativo un modello puramente stratificato.

Qual è la norma di riferimento per la misurazione in situ della trasmittanza termica e come si applica alle murature massive?

Il riferimento principale è la ISO 9869-1, basata sulla misura continuativa del flusso termico e delle temperature. Nelle murature massive il periodo minimo normativo è spesso insufficiente: è necessario prolungare l’acquisizione e verificare la stabilità e la convergenza del valore ottenuto.

Perché le misurazioni in situ su pareti in porfido richiedono un periodo di acquisizione più lungo rispetto ad altre murature?

Lo spessore e l’elevata capacità termica della muratura ritardano la risposta alle variazioni di temperatura. Periodi più lunghi riducono l’influenza delle oscillazioni meteorologiche e del riscaldamento e permettono di verificare che il valore medio si sia stabilizzato.

I risultati di questa ricerca si applicano a tutti gli edifici in porfido o sono specifici per il bacino di Bolzano?

I risultati si riferiscono alle murature massive in porfido rosso analizzate nel bacino di Bolzano e non possono essere trasferiti automaticamente a ogni edificio in porfido. Possono però fornire intervalli locali di riferimento e indicazioni metodologiche per casi costruttivamente simili.

Quali errori nella diagnosi energetica può causare la sovrastima del valore U in un edificio storico?

Può portare a sovrastimare le dispersioni attraverso le pareti e il risparmio previsto con l’isolamento. Di conseguenza, si rischia di attribuire priorità o dimensioni eccessive all’intervento, con costi e impatti conservativi non proporzionati al beneficio reale.

Come può un progettista verificare se la trasmittanza termica reale di una muratura storica differisce significativamente dal valore calcolato?

Il primo passo è verificare spessore, stratigrafia e materiali e utilizzare dati locali o intervalli realistici, eventualmente con il supporto della termografia. Quando l’incertezza può cambiare la scelta progettuale, è opportuno eseguire una misura con flussimetro secondo ISO 9869-1 in condizioni invernali adeguate.