Limite di legge per i valori di trasmittanza dell'involucro edilizio

In tabella sono riportati i valori limite (validi dal 1 Gennaio 2010) della trasmittanza termica U delle strutture disperdenti che costituiscono l'involucro edilizio (pareti, coperture, pavimenti, infissi, porte, etc). I valori sono espressi in W / m2 K

Zona climatica	Strutture opache verticali	Strutture opache orizzontali o inclinate Coperture	Strutture opache orizzontali o inclinate Pavimenti	Chiusure apribili o assimilabili
A	0,54	0,32	0,6	3,7
B	0,41	0,32	0,46	2,4
C	0.34	0.32	0,4	2,1
D	0,29	0,26	0,34	2
E	0,27	0,24	0,3	1,8
F	0,26	0,23	0,28	1,6

Tale limite deve essere rispettato per le nuove costruzioni, ristrutturazioni importanti e riqualificazioni energetiche. Per strutture disperdenti si intendono quelle la cui superficie esterna è a contatto con l'ambiente esterno (anche il terreno quindi!) o con ambienti non riscaldati (ed immagino anche con ambienti con temperature differenti!). Per quanto riguarda le chiusure apribili o assimilabili, il valore della trasmittanza è quello complessivo che tiene conto anche degli infissi.

Un materiale da costruzione che suda "per noi", per tenerci al fresco

Materiale PNIPAM - immagine via ETH

Il materiale sviluppato dai ricercatori del ETH di Zurigo, in Svizzera, per raffrescare gli edifici, trae ispirazione da un meccanismo biologico del tutto naturale, la sudorazione.

L'evaporazione del sudore è infatti un fenomeno molto efficace che aiuta i mammiferi a contenere la temperatura corporea evitandone il sovrariscaldamento nelle giornate più calde o quando il corpo è sottoposto ad intensa attività fisica.

Certo, nei mammiferi il sudore ha anche altre importanti funzioni: aiuta a liberare l'organismo da alcune tossine ed è anche una forma di manifestazione emotiva, ma in questo contesto ciò che ci interessa è la sua capacità termoregolatrice. 


Raffreddamento per evaporazione
L'evaporazione è un fenomeno superficiale caratteristico dei liquidi, avviene anche in un bicchier d'acqua. A causa delle collisioni intermolecolari, alcune molecole collocate in prossimita del pelo libero dell'acqua, acquisiscono sufficiente energia cinetica per abbandonare la superficie. Questa energia è sottratta al liquido sottostante che si raffredda. L'evaporazione s'intensifica all'aumentare della temperatura ed è favorita dal vento. Ma ovviamente conta anche l'estensione della superficie. La stessa acqua del bicchiere, versata su di un'ampia superficie evaporerà molto più rapidamente.  Questo è un po ciò che succede al nostro corpo quando sudiamo.

Per sfruttare questa proprietà fisica, i ricercatori hanno sviluppato un tessuto sintetico speciale, costiutito da un polimero permeabile all'acqua, che steso sulle coperture assorbe e trattiene l'acqua piovana. Quando la temperatura s'innalza, al raggiungimento di una certo soglia, il materiale diventa idrofobico e cessa di trattenere l'acqua che evaporando raffresca l'edificio.

Confronto materiale convenzionale con PNIPAM - immagine via ETH

Il comportamento del materiale è stato testato confrontando, mediante una termocamera, le temperature superficiali di due modelli in miniatura di casa, il primo (a sinistra) ricoperto con materiali convenzionali ed il secondo (a destra) ricoperto col polimero speciale. Variando la temperatura esterna mediante un dispositivo ad infrarossi si è osservato che, raggiunta la temperatura di soglia, il materiele speciale innesca il meccanismo di raffrescamento (sudorazione/eveporazione) mantenedo la temperatura superficiale di 15°C inferiore rispetto al modello coperto con materiale convenzionale.

Al momento si tratta solo di sperimentazioni e non è prevista la commercializzare del prodotto in tempi brevi, ma è una tecnologia promettente che, sostengono i ricercatori, potrebbe ridurre il carico dei condizionatori d'aria fino al 60 per cento. 

Efficienza energetica degli edifici su vasta scala

La società Essess ha sviluppato una tecnologia ingegnosa per raccogliere informazioni sull'efficienza energetica degli edifici su vasta scala. Si tratta in realtà della fusione di due tecnologie già affermate: da un lato quella delle telecamere termiche di scansione e dall'altra la metodologia impiegata da Google Street View.
La società prevede infatti di inviare delle auto equipaggiate con telecamere ad infrarossi per raccogliere le scansioni di energia termica di tutti gli edifici degli Stati Uniti fornendo una mappatura completa del parco edilizio nazionale. Le scansioni saranno eseguite sia nel periodo invernale che in quello estivo in modo da poterne verificare il comportamento nei due regimi che spesso sono differenti.

Le informazioni così raccolte vengono poi elaborate da un apposito software capace di individuare i punti deboli degli edifici (scarso isolamento, ponti termici, etc) e di assegnare un punteggio energetico alle singole unità (Energy score). L'insieme di tutte queste informazioni è documentata in un report come quello riportato di seguito.

Le informazioni generate sono molteplici ed includono posizione geospaziale, consumi energetici storici dell'edificio, resistenza termica delle pareti, dispersioni attraverso porte e finestre correlate dai costi da sostenere per un eventuale intervento migliorativo, etc.

L'obiettivo è quello di creare una biblioteca online delle performance energetiche del patrimonio edilizio utili per proprietari, agenzie immobiliari, imprese edili e per tutti quei professionisti che si occupano di prestazioni energetiche degli edifici ed aiutano i proprietari ad individuare le soluzioni migliori per contenere i consumi e le spese.

Il costo di scansione sostenuto da Essess sarà di circa 1 US$ per edificio e la società prevede di scansionare entro fine anno il 10% del patrimonio immobiliare americano. Le informazioni raccolte non saranno direttamente disponibili per i proprietari degli immobili. Sarà invece possibile per agenti immobiliari, società di assicurazioni, fornitori di servizi, ed altri professionisti acquistare l'accesso alle informazioni e quindi renderle disponibili ai propri clienti.

Le vernici isolanti funzionano davvero?

Molte aziende offrono vernici isolanti o speciali additivi da mischiare con vernici più convenzionali promettendo risultati miracolosi in termini di risparmio energetico. Sostengono che l'applicazioni di queste vernici sulle pareti dell'edificio possa garantire una riduzione del 25% dei costi di riscaldamento ed addirittura il 40% di risparmio sul raffrescamento estivo.

Per rendere il tutto più convincente usano spesso parole come ingredienti segreti, nanotecnologie e polveri ceramiche. Ma sarà vero? E' davvero possibile con una semplice mano di vernice, per quanto speciale, guadagnare una o due Classi Energetiche di efficienza?

L'idea, devo riconoscere, è piuttosto allettante. La riqualificazione energetica di un edificio con le tecniche attuali richiede lavori piuttosto complessi, come l'interposizione di materiali isolanti per le coperture e l'isolamento a cappotto. Quanto sarebbe più semplice risolvere tutto con una verniciata!

Facciamo allora due conti per capire quanto ci si può aspettare da una vernice isolante.

Il flusso di calore specifico (per 1 metro quadro di superficie e 1 grado kelvin di gradiente termico) che attraversa un elemento opaco (parete, etc) coincide con il valore della trasmittanza (U) pari al reciproco della sommatoria delle resistenze dei vari strati di materiali (Ri) e dei coefficienti liminari interni (Rsi) ed esterni (Rse).

U = 1 / (Rsi + R1 + R2 + R3 + Ri + .... + Rse)

Per una parete costituita da intonaco per esterni (3 cm), mattoni forati (30 cm) ed intonaco per interni (2 cm) supponiamoi di ottenre per la trasmittanza il seguente valore:

U = 1 / (Rsi + R1 + R2 + R3 + Rse) = 1,16 m K / W

Supponiamo ora di aggiungere un'ulteriore strato, quello costituito dalla vernice magica. Il problema è determinare la sua resistenza termica Rv anche perché questa informazione non è mai disponibile per questa categoria di prodotti. Dobbiamo fare alcune ipotesi, una sul valore della conduttività del materiale, l'altra sullo spessore delle strato di vernice.
Sappiamo, infatti, che:

R = s / λ  [W / m K]

I migliori materiali isolanti hanno valori di conduttività termica λ molto bassi. La loro efficacia è legata alla presenza di aria intrappolata sotto forma di micro-bolle nei prodotti in schiuma e come sacche d'aria in quelli in fibra. I prodotti commerciali con le migliori caratteristiche isolanti, ed anche i più costosi, sono i materiali in Aerogel di silice con valori bassissimi di conduttività termica di appena 0,016 W/m K.

Per chi non lo sapesse, l'Aerogel è un materiale sintetico poroso derivato da un gel, in cui il componente liquido del gel è sostituito da un gas. Il risultato è un solido leggero come l'aria e con proprietà isolanti eccezionali.

Supponiamo, allora, che anche queste vernici abbiano valori straordinari di conduttività, come quelli a base di Aerogel. Quindi λv = 0,016 W/m K

Per quanto riguarda lo spessore, potremmo ipotizzare che questo sia di alcuni decimi di millimetro (ipotesi generosa dal momento che una vernice ha spessori ben inferiori!).
Supponiamo comunque che lo spessore sia sv = 0,0005 metri (0,5 mm). Risulta quindi che:

Rv = sv / λv = 0,03  W / m K

e di conseguenza la trasmittanza della parete verniciata:

U = 1 / (Rsi + R1 + R2 + R3 + Rv + Rse) = 1,12 m K / W 

Ciò equivale ad un miglioramento delle prestazioni di circa il 3,5% che è ben lontano dai valori promessi.

Per correttezza bisognerebbe tenero conto anche degli apporti solari, che tuttavia, se non cambia il coefficiente di assorbimento della superficie esterna, saranno poco inferiori. Gli apporti solari specifici (per unità di superficie e di irraggiamento), infatti, sono proporzionali a:

α Rse U

dove α è proprio il coefficiente di assorbimento e gli altri termini già li conosciamo.

Gli apporti solari verranno quindi ostacolati maggiormente dalla presenza della vernice. Questo è un male durante la stagione di riscaldamento, ma non incide molto perché l'irraggiamento è poco intenso in quel periodo e le prestazioni energetiche dell'edificio sono dominata dalla trasmissione di calore. Durante la stagione estiva, invece, gioca a favore ed assume anche un ruolo più importante perché l'intensità dell'irraggiamento è elevata, ma il beneficio resta comunque assai modesto.

Per garantire il risparmio energetico promesso, le vernici isolanti dovrebbero avere spessori di circa 4 millimetri (che non è possibile) e valori di conduttività termica straordinariamente bassi (che è poco probabile). Ciò fa supporre che, purtroppo, non siano così miracolose.

Va ricordato che, sempre parlando di Aerogel, è possibile raggiungere valori di conduttività ancora più bassi, sino a 0,004 W/m K. Questi valori, attualmente, sono difficilmente ottenibili nelle applicazioni commerciali, ma chissà se, in un prossimo futuro, ulteriori affinamenti delle tecnologie non possano rendere anche le vernici una buona soluzione per l'isolamento degli edifici.

Per ora le vernici si sono dimostrate efficaci per modificare il coefficiente di assorbimento α delle superfici esterne. I colori chiari, ad esempio, sono adatti per difendersi dal caldo nella stagione estiva (White roof). Ma per questo (per cambiar colore), non serve certo spendere un patrimonio, non vi pare?