Sostenibilità: analisi della casa passiva

La tesi analizza la casa passiva, perché oggi il 90% circa dell'approvvigionamento energetico mondiale proviene da fonti non rinnovabili: petrolio, carbone, gas naturale, uranio. Le fonti rinnovabili, compresa la biomassa, restano penultime nella graduatoria dell'utilizzo energetico. I combustibili fossili a buon mercato costituiscono ancora il fulcro della società moderna. Il potere decisionale in materia di approvvigionamento e fissazione dei prezzi dell'energia sì concentra in sempre meno mani e spesso in regioni politicamente instabili. L'uso inefficiente dei combustibili fossili mette a rischio l'approvvigionamento energetico e la qualità della nostra vita. Inoltre contribuisce ai problemi di inquinamento dell'aria e alle emissioni di gas serra. Per quanto a molti possa apparire sorprendente, la più ampia fonte di energia non è il petrolio, ma il risparmio energetico.

Il risparmio energetico ottenibile mediante un migliore isolamento - costituisce potenzialmente il maggior fattore di risparmio in questo senso. Il sesto carburante è economico, pulito e soprattutto sostenibile. Migliora la qualità della vita e il comfort abitativo. Crea posti di lavoro. È tecnologicamente più che collaudato e non richiede ricerche ad altissima tecnologia. Ma la cosa più importante è che il sesto carburante costituisce una risorsa praticamente non sfruttata.

Gli edifìci sono i maggiori consumatori di energia, responsabili di oltre il 40% dell'utilizzo energetico nell'Unione Europea. Riscaldamento, raffreddamento e condizionamento costituiscono le principali cause dell'inefficienza nell'utilizzo energetico. Esiste quindi un ampio potenziale di risparmio energetico ancora non sfruttato. Oggi è possibile costruire una casa "passiva" qualitativamente perfetta ed economicamente abbordabile, che impiega il 90% di energia in meno rispetto alla casa media europea e l'80% di energia in meno rispetto alla moderna casa standard conforme ai più avanzati regolamenti edilizi europei. II costo di costruzione di una casa "passiva" ben coibentata, ripartito sul ciclo di vita è basso. Un edificio può durare 100 o più anni, e spesso per molte persone rappresenta il maggiore investimento di tutta una vita. Ciò nonostante le istituzioni, le imprese edilizie e i proprietari di immobili rinunciano non solo ad un possibile quanto massiccio risparmio energetico, ma anche alla maggiore qualità ambientale offerta da una casa provvista di un elevato comfort termico, di una buona ventilazione e dì altre soluzioni "passive" intelligenti.

I vecchi stabili sono i maggiori responsabili dello spreco di energia. Si porterebbe risparmiare denaro coibentando adeguatamente e rendendo più efficienti, da un punto di vista energetico, le case; benefici che potremo rendere tangibili migliorando le nostre case attraverso un efficiente isolamento.

Con il termine casa passiva ci si riferisce ad un particolare standard costruttivo basato sull'integrazione di tecnologie e materiali appropriati che assicurano all'edificio un'elevata qualità abitativa e una sensibilissima riduzione dei consumi energetici.

Questi edifici, caratterizzati da un involucro altamente coibentato e privo di ponti termici, con ampie vetrate a sud, dotati di un sistema di ventilazione controllata con recupero di calore, sono in grado di sfruttare passivamente gli apporti solari e le sorgenti di calore interne (persone, apparecchiature, macchinar!, illuminazione artificiale), senza necessitare di un impianto termico convenzionale per il riscaldamento invernale. Un ulteriore apporto energetico può essere fornito da una piccola pompa di calore che comunque non supera i 15 KWh/m2anno.

I calcoli termici sui quali si basa la progettazione di un edificio passivo tengono conto oltre che dell'isolamento termico, anche della permeabilità all'aria e della ventilazione dei locali. Per verificare le perdite di calore viene eseguito il BIower-Door-Test tramite un ventilatore abbinato ad una strumentazione che misura il flusso d'aria e un manometro che indica la differenza di pressione. Il necessario ricambio d'aria all'interno degli edifici garantisce una qualità abitativa ma impone anche un consumo energetico.

Negli edifìci passivi, il sistema di ventilazione controllata con scambiatori a flusso incrociato che recuperano l'80% del calore dell'aria in uscita permette di aumentare il comfort e limitare i consumi; infatti, i ventilatori usati hanno una potenza inferiore ai 40 W o funzionano a corrente continua di 24 V prodotta da un piccolo pannello fotovoltaico.

I costi di una casa passiva sono alti se paragonati ad una comune costruzione, ma sono concorrenziali rispetto a quelli degli edifici che rispondono alle normative sul risparmio energetico perché l'eliminazione dell'impianto termico convenzionale compensa in parte l'aumento dei prezzi causato dal massiccio isolamento. In Italia, grazie alle condizioni climatiche più favorevoli, i parametri degli edifici passivi si raggiungono con meno sforzi. Riducendo tecnica e materiali impiegati, il consumo di un edificio passivo sarebbe =15 KWh/m2a come nei paesi dell'Europa Centrale, mentre, mantenendo gli stessi accorgimenti tecnici, con ogni probabilità si arriverebbe ad un valore prossimo allo 0 KWh/m2a. Oltre ai metodi e allo standard costruttivo, si analizzano anche le più efficaci strategie per ridurre notevolmente il prezzo e rendere così più accessibile questo tipo di costruzione. Senza tralasciare l'argomento della sostenibilità.Quindi nella tesi si analizzano le caratteristiche ed i criteri progettuali per classificare una costruzione casa passiva, e questi sono:

� il super-isolamento, con assenza di ponti termici.

� la ventilazione meccanica controllata con recupero di calore e altri guadagni interni,

� i guadagni solari,

� l'efficienza elettrica degli elettrodomestici,

� la capacità di rispondere alla restante esigenza di energia con energia rinnovabile.

La forma dell'edifìcio

» La forma dell'edificio influisce in maniera significativa sulle perdite termiche. Lo scambio

termico tra interno ed esterno di un edifìcio, avviene attraverso la superfìcie dell'involucro:

tanto più elevata è la superfìcie che racchiude il volume, tanto più elevato è lo scambio

» per essere energeticamente efficiente un edifìcio deve avere: un basso indice di compattezza

dato come rapporto tra superfìcie e volume (S/V); in un edificio passivo dovrebbe essere

inferiore a 0,6,

» per avere una forma compatta, si deve quindi rinunciare a sporgenze e rientranze,

» balconi, terrazzi, verande si possono costruire, purché all'esterno dell'involucro termico.

Orientamento dell'edifìcio e vetrate

La maggior parte del fabbisogno energetico di un edifìcio passivo viene coperta dagli apporti

solari, per cui negli edifìci a consumi energetici controllati l'orientamento è di importanza

fondamentale.

L'orientamento verso sud è il migliore per due motivi:

» il lato sud riceve il massimo della radiazione in inverno, quando è più richiesta,

» in estate, quando il sole è alto, e i suoi raggi incidono ad angolo acuto a sulla superficie

terrestre, l'edifìcio riceve meno radiazione.

L'aspetto architettonico di questi edifìci è perciò caratterizzato:

» da ampie finestre vetrate sul lato sud,

» da aperture di dimensione ridotta sul lato nord.

Negli edifici passivi, le vetrate orientate verso sud assumono pertanto il carattere di superfici "utili".

Da simulazioni al computer si è potuto capire che:

» la superfìcie ottimale delle vetrate sul lato sud è dell'ordine del 40% della superficie

complessiva della facciata,

» un aumento della superfìcie vetrata oltre il 50% della superfìcie complessiva della facciata

sud non aumenterà in modo significativo i guadagni solari in inverno e quindi influirà solo in

misura trascurabile sul fabbisogno termico. Per contro in estate si avvertirà un

surriscaldamento temporaneo dei locali che ridurrà sensibilmente il benessere termico,

» una riduzione della superfìcie vetrata al di sotto dell'optimum riduce il pericolo di

surriscaldamento in estate, ma riduce anche l'illuni inazione naturale e aumenta quindi i

consumi energetici dell'illumuiazione artificiale.

Anche le finestre orientate verso ovest richiedono una particolare attenzione infatti:

» non migliorano molto il bilancio energetico invernale,

» in estate contribuiscono notevolmente al surriscaldamento più di quelle orientate verso sud e

quindi devono essere dotate di efficaci sistemi di ombreggiatura.

Ombreggiamento

Le schermature ombreggiami hanno una particolare rilevanza nell'architettura solare. In estate, le elevate superfici trasparenti sono spesso causa di uno spiacevole surriscaldamento degli ambienti che aumenta la necessità di un raffrescamento artificiale e quindi anche di consumi energetici. La progettazione di edifìci solari richiede perciò una buona conoscenza dei sistemi parasole e dei loro effetti. Questi sistemi non devono ostacolare il passaggio dei raggi solari in inverno e per tutto Tanno, devono garantire un'ottimale illuminazione naturale degli ambienti. L'efficacia dei sistemi dipende dalla loro posizione e dalla loro adattabilità alle variabili condizioni della luce naturale.

Disposizione dei locali

Le prime costruzioni passive realizzate erano tutte villette unifamiliari. In questi edifìci si è

dimostrata molto utile la suddivisione dei piani in differenti zone climatiche:

» soggiorno e camere da letto dotati di grandi finestre sul lato sud,

» cucina, bagni e dispense con finestre di ridotte dimensioni sul lato nord, dove questi locali

assumono la funzione di "cuscinetti termici".

Attenzione particolare merita l'inserimento del vano scala negli edifìci: deve trovarsi o

interamente all'interno o interamente all'esterno dell'involucro termico.

L'isolamento termico.

Il calore migra sempre dalla parte più calda verso quella più fredda. In inverno, quando l'edificio è riscaldato, la temperatura interna supera quella esterna e il calore migra attraverso le pareti dall'interno verso l'esterno, mentre in estate, quando il sole riscalda le pareti, va nella direzione opposta. Più grande è la diferenza di temperatura, tanto maggiore è l'intensità del flusso. L'isolamento termico ha la funzione di rallentare questi flussi e di ridurre gli scambi tra interno ed esterno nell'unita di tempo e perciò è vantaggioso sia in inverno, sia in estate. Nel caso di un edifìcio passivo, l'isolamento termico dell'involucro è essenziale, perché deve ridurre il fabbisogno energetico a quel tanto che può essere coperto dall'energia solare, da fonti interne e da altre rinnovabili.

L'assenza di ponti termici.

Sono detti ponti termici quelle parti dell'involucro di un edifìcio che, rispetto alla media, hanno una trasmittanza termica più elevata. Nella fattispecie si tratta di elementi termicamente insufficientemente isolati, attraverso i quali il calore si diffonde più rapidamente. Gli elementi che solitamente costituiscono dei ponti termici sono i balconi, le gronde e altri che sporgono dalla struttura, nonché i collegamenti tra pareti ed infìssi. I ponti termici sono la causa principale della condensazione del vapore acqueo sulle pareti e della conseguente formazione di muffe.Peggio ancora quando la condensazione avviene all'interno delle strutture ed inumidisce il materiale termoisolante che, in questo caso, perde i suoi pregi. Costruire edifici senza ponti termici non solo fa risparmiare energia, ma rende anche più salubri le abitazioni e protegge la struttura edilizia dal degrado.

Le finestre.

Tutti gli edifìci solari sono caratterizzati da ampie finestre e vetrate sul lato Sud che devono captare in inverno il massimo degli apporti solari. Queste finestre, pur avendo vetri isolati, hanno però un inconveniente: durante la notte e nei giorni senza sole, fanno perdere più calore di quello che fanno guadagnare durante il giorno e, in giorni di sole causano spesso un surriscaldamento degli ambienti. Il surriscaldamento si può prevenire con opportune schermature, oppure il surplus stagionale di calore si può trasferire in accumulatori di cui sono provvisti molti edifìci a basso consumo energetico, ma le perdite notturne si possono rendere minime solo con l'uso di finestre speciali che hanno una trasmittanza ancora più bassa. Rispetto a quanto avviene negli edifìci a basso consumo energetico, negli edifìci passivi l'aspetto degli apporti solari è meno rilevante, perché le perdite di calore sono minime e perciò non si tratta di captare il massimo degli apporti. Le finestre devono solo garantire che i guadagni di calore diurni e le perdite notturne siano equilibrati. Per ottenere questo risultato, nell'Europa centrale occorrono finestre con una trasmittanza termica inferiore allo 0.8 W/m2K e che fanno passare più del 50% della luce incidente. Questa trasmittanza termica è molto più bassa di quella delle finestre normali a doppio vetro (>2.5 W/mzK), ma ancora maggiore rispetto a quella dell'involucro opaco (0.15 W/m2K). Queste alte prestazioni delle finestre si ottengono con l'uso di telai e di vetri speciali. Il costo di queste finestre è abbastanza elevato e ammonta al 150% di quello di una normale finestra a doppio vetro termico.

L'impianto di ventilazione.

In un edificio convenzionale, molto calore si disperde con l'apertura delle finestre in inverno allo scopo di ricambiare l'aria. Negli edifici passivi non si spreca inutilmente energia e perciò il ricambio d'aria è affidato ad un sistema di ventilazione meccanica e controllata. L'impianto di ventilazione fornisce però non solo l'aria fresca, ma serve anche per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti.

Nella tesi si illustrano ancora esempi esistenti di edifìci passivi, e si espone ancora l'uso di nuove tecnologie, ed un possibile progetto per l'Italia.