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Architettura modulare prefabbricata: criteri progettuali per un edificio nZEB

Quali sono le componenti di un modulo al fine di realizzare strutture ad energia quasi zero? Ecco una guida sulle strategie progettuali qualitative che, interagendo tra loro, influenzano in maniera sostanziale l’efficienza energetica di un edificio

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(di R. Petruzzelli) La progettazione di un edificio nZEB, ossia “a energia quasi zero” richiede l’attenzione al rapporto tra edificio e ambiente ed edificio e i suoi utenti. In generale, tale interazione tra ambiente, edificio ed uomo è complessa da valutare ma la conoscenza delle condizioni meteorologiche, che caratterizzano una località, influenzate da fattori ambientali e astronomici come latitudine e altitudine, è l’elemento cardine per la sua comprensione.

Il raggiungimento di quest’ultima consente di individuare delle soluzioni efficaci mirate alla minimizzazione del consumo delle risorse energetiche non rinnovabili, al soddisfacimento delle esigenze di benessere dell’utente (comfort termoigrometrico) e al risparmio energetico con conseguente riduzione delle emissioni nell’ambiente circostante.

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Al fine di massimizzare tali obiettivi, le ricerche di settore hanno individuato delle strategie progettuali qualitative che, interagendo tra loro, influenzano in maniera sostanziale l’efficienza energetica di un edificio:

  • il fattore di forma (S/V),
  • l’orientamento,
  • la distribuzione interna,
  • le caratteristiche dell’involucro edilizio,
  • i sistemi impiantistici.

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Il rapporto S/V

Il rapporto S/V, detto anche coefficiente di forma, è pari al rapporto tra la Superficie dell’involucro (S) e il Volume riscaldato (V). Esso valuta l’incidenza delle caratteristiche di forma di un edificio sulle dispersioni termiche dell’involucro, in particolare un valore elevato corrisponde ad una maggiore dispersione termica.

Tale rapporto è spesso vincolato dal contesto urbano e da regolamenti edilizi. In generale, la forma dell’edificio è caratterizzata dai seguenti parametri:

  • compattezza,
  • porosità e
  • snellezza.

La compattezza è funzione del numero e dimensione delle superfici disperdenti rispetto al suo volume. Nei climi freddi è auspicabile la realizzazione di edifici dotati di un’elevata compattezza in quanto una superficie esterna ridotta minimizza notevolmente le dispersioni termiche: il coefficiente di forma tenderà a zero.

La porosità è la proporzione tra volume pieno e volume vuoto dell’edificio: un edificio ‘poroso’ presenta aperture diffuse con conseguente aumento di superfici di scambio con l’esterno.

La snellezza è la proporzione dell’edificio rispetto al suo sviluppo in verticale. Quanto più l’edificio è sviluppato in verticale, tanto più è snello e maggiore è la sua esposizione agli agenti esterni.

Nelle zone mediterranee, è opportuno realizzare edifici che siano compatti e porosi al fine di limitare il fabbisogno energetico per il riscaldamento invernale e raffrescamento estivo.

Figura 1_Esempi di rapporto di forma

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Orientamento

L’orientamento dell’edificio ovvero la posizione dell’involucro edilizio in relazione al movimento del sole, riferito agli assi cardinali nord-sud ed est-ovest, incide notevolmente sui guadagni termici diretti dovuti all’irraggiamento solare.

Il corretto orientamento è determinante per sfruttare al meglio gli apporti termici gratuiti. Infatti, gli edifici aventi orientamento con asse principale disposto secondo la direzione est-ovest massimizzano tale guadagno. In tal senso il miglior comportamento deriva dalla progettazione di un prospetto nord isolato e dotato di piccole aperture e da un prospetto sud costituito da ampie superfici vetrate con sistemi di schermature al fine di migliorare il comfort termoigrometrico e ridurre la richiesta energetica per raffrescamento.

Il comportamento dell’edificio è funzione anche della direzione dei venti prevalenti. Lo studio e la valutazione di questi ultimi contribuiscono a diminuire la temperatura superficiale della facciata e a limitare gli effetti dell’irraggiamento diretto altresì il corretto posizionamento delle aperture incrementa la ventilazione naturale.

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La distribuzione degli spazi interni

La comprensione del rapporto fra l’edificio e l’ambiente è solo uno dei parametri da considerare in fase di progettazione al fine di garantire il comfort termoigrometrico per l’utente. Difatti, su di esso incide anche la corretta distribuzione degli spazi interni. I locali, maggiormente occupati e vissuti dovrebbero essere collocati a sud ove risiede la maggiore luminosità mentre i locali di servizio come servizi igienici, spazi connettivi e depositi, dovrebbero essere disposti a nord.

Caratteristiche dell’involucro edilizio

I requisiti richiesti all’involucro edilizio sono stati oggetto di diverse normative che si sono succedute in ambito europeo e italiano al fine di raggiungere i goals di risparmio energetico e sostenibilità ambientale.

Al fine di una progettazione efficace che porti l’involucro ad esser in grado di regolare lo scambio di flussi (termici, luminosi, acustici) tra ambiente interno e ambiente circostante, è necessario conoscere i parametri tecnici da valutare nella scelta dei materiali.

In tal senso è bene sottolineare come l’involucro edilizio deve assumere comportamenti differenti a seconda della stagione. In regime invernale, deve proteggere l’ambiente interno dalle dispersioni per trasmissione di calore mentre in regime estivo deve proteggerlo da eventuali fenomeni di surriscaldamento dovuti all’aumento di temperatura della superficie esterna per l’incidenza della radiazione solare.

Ponendo quindi l’attenzione alle sollecitazioni termiche, di seguito si definiscono i principali parametri che le normative disciplinano per valutare il comportamento dell’involucro:

  • Trasmittanza termica (U), espressa in W/m²K, indica la quantità di flusso di calore che attraversa un metro quadrato di superficie (in regime invernale, dalla faccia interna a quella esterna) per effetto di ogni grado Kelvin di differenza di temperatura (tra interno ed esterno). Questo parametro è funzione della conducibilità termica e dello spessore del materiale, dove:
    • Conducibilità o conduttività termica (λ), espressa in W/mK, indica la quantità di calore che attraversa in 1 secondo 1 metro quadrato di materiale spesso 1 metro, in presenza di una differenza di temperatura di 1 grado Kelvin tra l’esterno e l’interno. La conducibilità termica quindi misura l’attitudine di un materiale a trasmettere calore per conduzione termica e dipende dalle caratteristiche fisico-chimiche del materiale preso in esame. La capacita isolante del materiale è inversamente proporzionale al valore di conducibilità termica, pertanto i materiali con elevato valore di conducibilità termica sono considerati conduttori termici mentre i materiali con bassi valori di conducibilità termica sono definiti isolanti termici (λ < 0,10 W/mK). Esistono dei valori di riferimento di conducibilità termica indicati nella Norma UNI 10351:2021 (1).
  •  Massa Superficiale (kg/m²) introdotta dal d.lgs 192/2005, è intesa come “massa per unità di superficie della parete opaca compresa la malta dei giunti, esclusi gli intonaci, espressa in kg/m²”. Il recente d.m. 26 giugno 2015 ha riconfermato il valore minimo di 230 kg/mq che le componenti di involucro opaco devono superare in presenza di particolari condizioni da essa definite.
    Una massa superficiale elevata migliora le prestazioni energetiche dell’involucro edilizio conferendogli la funzione di modulatore dei flussi di calore fra esterno ed interno con consequenziale risparmio energetico per la climatizzazione estiva.
  • Trasmittanza termica periodica Yie, misurata in W/m²K, è pari al prodotto fra la trasmittanza termica stazionaria (U) e il fattore di attenuazione (f):

Yie = U·f

quindi esprime la capacita di un componente edilizio di attenuare e sfasare nel tempo il flusso termico proveniente dall’esterno che lo attraversa nell’arco delle ventiquattro ore di una giornata. Ad essa è correlata l’Inerzia termica, caratteristica dinamica che descrive l’attitudine di un componente edilizio ad accumulare calore, sfasando e attenuando il rilascio nel tempo dello stesso; quest’effetto, generalmente è garantito da involucri con notevole spessore.
A tal proposito, la normativa di settore, il d.m. 26 giugno 2015 s.m.i., impone nell’ambito dei requisiti degli edifici a energia quasi zero, relativamente a tutte le pareti verticali opache con l’eccezione di quelle comprese nel quadrante nord-ovest/nord/nord-est almeno il rispetto delle seguenti verifiche:

  1. che il valore della massa superficiale Ms sia superiore a 230 kg/m²;
  2. che il valore del modulo della trasmittanza termica periodica Yie, sia inferiore a 0,10 W/m²K; oppure, 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.

L’articolo è di Rosa Petruzelli, building engineer presso l’Azienda Algeco. Da sempre appassionata di progettazione e costruzione, affronta ogni nuovo progetto con entusiasmo puntando alla ricerca della soluzione efficiente. La sua spiccata curiosità e determinazione la conducono ad esplorare nuove culture e settori perché convinta che la ricchezza risieda nella conoscenza.

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