Efficienza energetica dei serramenti storici

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Efficienza energetica
dei serramenti storici
Nelle diverse epoche storiche, l’involucro edilizio ha acquisito
significati e funzioni differenti divenendo, di volta in volta, facciata, cortina edilizia, confine, rivestimento superficiale, soglia,
filtro, diaframma, pelle sensibile, elemento comunicazionale o
strumento di interazione dinamica tra l’edificio e l’ambiente.
di ELENA LUCCHI Senior Researcher, EURAC Research, Bolzano
Le finestre nella storia
Nella storia dell’architettura antica e
pre-moderna la facciata costituiva una
“maschera introversa” basata su una logica progettuale di tipo conservativo e
difensivo, che creava una barriera visiva
ed energetica tra la natura e il costruito.
Gli edifici erano costruiti prevalentemente
con pareti perimetrali di elevato spessore,
generalmente realizzate in laterizio, pietra o muratura mista,
dotate di funzione strutturale e protettiva. Lo spessore e l’inerzia
termica elevati, infatti, garantivano la difesa dalle intemperie e
dalla variabilità delle condizioni climatiche esterne. Le finestre
contribuivano fortemente all’espressione architettonica della
facciata, creando il ritmo, l’armonia e le proporzioni dell’edificio.
La loro progettazione, i materiali impiegati e le soluzioni tecniche
rappresentano lo stile dell’epoca storica.
L’intervento di retrofit energetico dei serramenti storici deve
bilanciare le esigenze di conservazione dei valori storici, estetici
e materici del patrimonio, l’efficienza energetica del sistema
finestra e il comfort degli occupanti. Dal punto di vista conservativo è necessario preservare gli aspetti estetici, materici,
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La facciata
principale della
Casa della Pesa
a Bolzano
(Foto: Florian
Berger - EURAC)
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Dettaglio della
facciata con
un esempio di
finestra da conservare
(Foto: Florian
Berger - EURAC)
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dimensionali e cromatici dei serramenti esistenti, facendo riferimento alle tecnologie e
ai sistemi costruttivi utilizzati nel passato in
una determinata area geografica.
Dai punti di vista energetico e ambientale, le
superfici vetrate costituiscono un elemento
fondamentale per garantire il comfort microclimatico e il bilancio energetico degli edifici. Le
finestre hanno due funzioni molto diverse tra
loro: da un lato, devono garantire il contatto
con l’esterno, l’ingresso della radiazione solare
e il comfort visivo, termoigrometrico, olfattivo
e acustico degli occupanti mentre, dall’altro,
devono costituire una barriera termoacustica,
garantire la sicurezza delle persone, la resistenza agli agenti atmosferici, la durevolezza
e la facile manutenibilità. Costituiscono un
elemento debole, caratterizzato da elevate
dispersioni termiche nella stagione invernale
e accumuli solari in quella estiva. L’intervento
di riqualificazione deve ridurre le perdite per
trasmissione e per ventilazione e, al contempo,
favorire l’accumulo di calore proveniente dalla
radiazione solare in certi periodi dell’anno.
È necessario agire su tre fronti diversi che
riguardano il miglioramento delle prestazioni
termofisiche di vetri, telai e distanziatori, il
controllo della permeabilità all’aria dell’intero
serramento e la schermatura della radiazione solare entrante, mantenendo inalterate le
caratteristiche estetiche del serramento originale. Uno dei problemi principali, spesso
trascurato, riguarda l’aumento dell’ermeticità
del serramento che deve comunque garantire
adeguati ricambi d’aria naturali, altrimenti può
portare alla formazione di muffa e condensa
all’interno dell’edificio.
Interventi di efficientamento energetico
Le potenzialità di riqualificazione energetica di
una finestra esistente sono molteplici. Innanzitutto, bisogna dire che normalmente la loro
durata è più corta di quella della costruzione:
spesso si trovano finestre originali del XVIII e
del XIX secolo, ma raramente del XVII secolo o
dei periodi precedenti. Per questo, è possibile
attuare interventi di sostituzione di serramenti
degradati o già sostituiti nel corso del tempo,
realizzando nuovi serramenti compatibili con
l’esistente. Oltre agli interventi radicali è possibile graduare l’azione con un gamma di azioni
che vanno dalla sostituzione del solo vetro,
all’applicazione di pellicole basso emissive,
all’aggiunta di un contro-vetro o di una doppia finestra, oppure all’inserimento di tende
pesanti o scuri, la riparazione o il rifacimento
di guarnizioni o di sigillature.
Per la scelta degli interventi più compatibili
con l’immobile storico il Progetto Europeo
3ENCULT “Efficient energy for European cultural heritage”, che punta a trovare soluzioni
compatibili per migliorare l’efficienza energetica degli edifici storici nelle aree urbane,
ha sviluppato un approccio olistico basato
sulla collaborazione di competenze diverse,
afferenti al restauro, alla conservazione, alla
storia dell’architettura, all’efficienza energetica, alla fisica tecnica, all’illuminotecnica, alla
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3B
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AUDIT ENERGETICO
3A Dettaglio della facciata (Foto: EURAC)
Termografia a raggi infrarossi fatta sulla facciata principale
(Termogramma: Institut für Diagnostik und Konser3B dell’edificio
vierungan Denkmalen in Sachsen und Sachsen Anhalt e.V)
traccianti fuoriuscenti dalle finestre dell’edificio
3C Fumi
(Foto: EURAC)
d’aria dalle finestre esistenti
3D Infiltrazioni
(Foto ed elaborazione: EURAC)
3D
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FINESTRE TRADIZIONALI
DI BOLZANO
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Esempi di finestre nel centro storico
di Bolzano (Foto: EURAC)
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fisica, alla chimica e alla biologia. Il metodo
operativo è basato sullo sviluppo di interventi
mirati e calibrati in base alla caratteristiche
estetiche e materiche del bene e alle esigenze
di riqualificazione energetica e ambientale. Il
metodo operativo è diviso nelle seguenti fasi:
• Analisi documentaria delle finestre tradizionali costruite nel contesto territoriale di
riferimento;
• Descrizione delle diverse tipologie di finestre
presenti nell’edificio;
• Analisi conservativa dettagliata dei serramenti esistenti, indicando materiali utilizzati, tipologie, colori, tipo di installazione,
inquadratura circostante (cornice in pietra
profilato etc. ), attrezzature supplementari
quali persiane, schermature, gelosie, …;
• Definizione di tavoli di lavoro con la Soprin-
tendenza e con le autorità locali per definire
i concetti base dell’intervento secondo il
sistema Integrated Design Process;
• Sviluppo di un prototipo di finestra basato sulla storia e sulle tradizioni costruttive
locali e adatto per edifici storici;
• Installazione del prototipo in un caso di
studio.
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Facciata dell’edificiio con l’installazione di due
nuovi prototipi
di finestra di tipo
industriale (sx) e
artigianale (dx)
(Foto: Florian
Berger - EURAC)
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Il caso studio
Il metodo operativo è stato applicato alla
Casa della Pesa di Bolzano, uno degli edifici
più antichi e prestigiosi del centro storico di
Bolzano. Si tratta di un immobile di impianto
romanico risalente al XIII secolo, che ha avuto
sviluppi successivi nelle epoche gotiche, rinascimentali e barocche. L’edificio è costituito
da due piani di abitazione, un sottotetto non
abitato e due piani interrati di cantine.
La muratura è realizzata in pietra naturale e
malta di calce e i muri, spessi da 60 cm a
80 cm, sono completamente intonacati sia
all’interno che all’esterno. I solai tra i vari piani
sono realizzati con travi portanti in legno e
assi di legno per la pavimentazione. Il riempimento è realizzato con materiale vario da
scarti di cantiere. Al piano terra e nella cantina al primo piano interrato il solaio presenta
delle volte. Le facciate sono caratterizzate
principalmente dalla presenza di un affresco
sulla parete prospiciente piazza del Grano
e il vicolo della Pesa. Normalmente sono
intonacate con intonaco di calce di colore
grigio chiaro. Le finestre originali sono state
sostituite negli anni 50/60 da una doppia finestra, schermata all’esterno con persiane in
legno. L’individuazione delle caratteristiche
architettoniche e tecnologiche della facciata
stata attuata attraverso un approfondito audit
energetico, che ha compreso la termografia
a raggi infrarossi, il Blower Door Test, l’analisi
termoflussimetrica e i gas traccianti.
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Modello delle isoterme del sistema
kastenfenster (Simulazione: Franz
Freundorfer)
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Modello delle isoterme del prototipo industrale (Simulazione: Franz
Freundorfer)
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Fotografia e termografia a raggi
infrarossi del prototipo di finestra
industriale (Termogramma: Institut
für Diagnostik und Konservierungan
Denkmalen in Sachsen und Sachsen
Anhalt e.V)
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Prototipo di finestra industriale
(Foto: Florian Berger-EURAC)
Smartwin historic: prototipo di finestra
efficiente e compatibile
Il concept della nuova finestra si è sviluppato
in stretta relazione con la Soprintendenza
ai Beni Architettonici e Artistici Provinciale,
partendo dallo studio delle finestre esistenti
nel centro storico di Bolzano. Sono stati organizzati due workshop tecnici dedicati alla
scelta degli elementi estetici e tecnologici
fondamentali della finestra.
Partendo da queste ricerche è stato sviluppato il concetto “smartwin historic”, un
prototipo di finestra che ripropone le caratteristiche estetiche dei serramenti storici con alte
prestazioni energetiche. Il concept sviluppato
separa le due esigenze in due strati distinti:
quello esterno ha una funzione estetica e riproduce l’apparenza materica, cromatica e
visiva delle finestre originali e quello interno
ha la funzione di massimizzare l’efficienza
energetica del serramento. Il sistema, pertanto, è concepito come una doppia finestra
su modello della kastenfenster, costituita da
due finestre accoppiate poste a una distanza
pari allo spessore della muratura. Il valore
standard di trasmittanza termica di queste
finestre è pari a 2,266 W/m2K. Rispetto al
modello storico il serramento ha uno spessore
molto ridotto per migliorare le prestazioni di
trasmittanza termica.
Le caratteristiche estetiche che sono state
considerate riguardano le dimensioni e la posizione della finestra rispetto alla facciata, il
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numero di ante apribili, i materiali, i colori e gli
spessori dei telai, l’effetto decorativo del vetro
prodotto con metodi antichi, la ferramenta e
l’assenza di schermature.
Sono stati sviluppati due prototipi diversi: uno
industriale e uno artigianale. In entrambi i casi,
il serramento è inserito all’interno del vano
finestra esistente, mettendo ben in evidenza
la valenza decorativa di davanzali e cornici
in materiale lapideo. È inserito in mezzaria
delle finestre, come accadeva nella tradizione costruttiva locale, anche per garantire un
ombreggiamento nella stagione estiva.
Il prototipo industriale è stato realizzato con
due ante apribili a battente. Il telaio è costi-
tuito da legno di spessore contenuto e di
colore bianco. Le lavorazione è stata fatta
con macchine industriali per ridurre i costi
del serramento. Si nota, però, la differenza
rispetto ai serramenti antichi, dove le giunzioni
del telaio erano lavorate artigianalmente. La
vetrazione esterna è costituita da un triplo
vetro, con un vetro esterno tirato e uno interno basso emissivo. Il vetro tirato ricorda
l’immagine estetica dei vetri antichi, ricchi di
imperfezioni, bolle e inclusioni.
Il prototipo artigianale è stato realizzato con
quattro ante apribili a battente, perché ricerche storiche più approfondite svolte dalla
Soprintendenza hanno mostrato questo mo-
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Prototipo di finestra artigianale
Foto: Florian Berger - EURAC)
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Modello delle isoterme del prototipo
di finestra artigianale (Simulazione:
Franz Freundorfer)
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Simulazione del comportamento
termoigrometrico della finestra con
e senza l’inserimento di materiale
isolante verso la parete esistente
(Elaborazioni: Franz Freundorfer)
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Dettaglio dell’inserimento della
finestra nella muratura esistente
(Disegno: Dagmar Exner - EURAC)
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Preparazione del prototipo di finestra
artigianale (Fotografie EURAC - Franz
Freundorfer)
dello costruttivo. La parte bassa ed alta sono separate da
un telaio a ghigliottina più spesso, che ricorda i serramenti
tradizionali del centro storico.
Le caratteristiche di efficienza energetica riguardano la scelta
di una doppia finestra con telaio in legno di larice. La scelta
dell’essenza lignea, infatti, ha permesso di ottenere ottime
caratteristiche di resistenza meccanica, isolamento termico
e durabilità agli agenti atmosferici. Il telaio è di colore grigio
chiaro, così come è risultato dall’analisi documentaria.
La trasmittanza termica del telaio è pari a 0,85 W/m2K. La
vetrazione esterna è costituita da vetro singolo tirato con
processi artigianali. Questa vetrazione può anche essere tolta,
nel caso in cui vogliono ridurre le prestazioni di isolamento
termico (ad esempio nella stagione estiva). Il serramento
interno è costituito da un triplo vetro basso-emissivo con
riempimento in kripton (2/8/2/8/2). La trasmittanza termica
del sistema di vetrazione è pari a 0,687 W/m2K mentre quella
totale del serramento è di 0,726 W/m2K.
È stato studiato anche il sistema di connessione della finestra
alla muratura esistente. Sono state fatte due simulazioni
diverse con e senza isolamento aggiuntivo. Ovviamente, la
seconda opzione costituisce la soluzione migliore specialmente per la riduzione dei rischi di condensa e il mantenimento di temperature costanti lungo la linea delle isoterme
del nodo serramento-muratura.
Conclusioni
Attraverso l’ausilio di software di simulazione statica e dinamica è stato valutato il beneficio energetico legato alla
sostituzione delle finestre dell’intero edificio (non dotate di
pregio storico o estetico) con questo secondo prototipo.
Le perdite di calore per trasmissione causate dalle finestre
originali sono 31.100 kWh/a. L’installazione del prototipo porta
a una riduzione dei consumi pari a 21.000 kWh/a. Tenendo
conto del bilancio energetico complessivo dell’edificio, è
possibile migliorare le prestazioni del 20% sostituendo le
finestre con questo sistema, di cui un 10% è legato all’aumento delle prestazioni termiche e un 10% al miglioramento
ermeticità. 