La progettazione integrata dei
sistemi edilizi: criteri e soluzioni per
nuovi edifici e per il recupero
sostenibile del costruito esistente
Prof. Ing. Arch. Marco D’Orazio Ph.D.
Dipartimento DICEA
Università Politecnica delle Marche
[email protected]
PROGETTARE E COSTRUIRE IERI
SICUREZZA SISMICA
Messina RD 15/4/1909
Vitruvio 50 a.C.
Palladio
1550
1751
Scamozzi
Rondelet
Curioni 1865
Formenti 1895
Donghi 1923
Griffini
1939
D.L. 1937
L. 1224/64
L.64/1974
L.R.
EUROCOD. ORD.MIN NTC ‘08
SICUREZZA SISMICA
Circ. 91/61
DM 1998
SICUREZZA AGLI INCENDI
Regole tecniche DM 2012
Norme EU
Dir. SAVE Dir. NZEB
10/1977 308/82
L 10/91
192/06 311/07 59/09
RISPARMIO ENERGETICO
1961
DPCM’98
PROTEZIONE ACUSTICA
DIRETTIVA
MATERIALI DA
COSTRUZIONE
1989
SICUREZZA STRUTTURALE
SICUREZZA AGLI INCENDI
RISPARMIO ENERGETICO
PROTEZIONE ACUSTICA
DIRETTIVE EUROPEE
DIRETTIVA
MATERIALI DA
COSTRUZIONE
1989
PROTOCOLLI INTERNAZIONALI
requisiti essenziali : resistenza meccanica e di stabilità; sicurezza in caso
d'incendio; igiene; sanità e ambiente; sicurezza di utilizzazione;
protezione dal rumore; economia di energia e di isolamento termico
CPR 2011-2012
PROGETTARE E COSTRUIRE OGGI
Siamo passati da un
sistema basato sulla
regola dell’arte e
sull’idea che il «fare»
fosse implicitamente
capace di garantire i
requisiti, ad un
sistema fondato su
prestazioni e sull’idea
che gli edifici i
componenti ed i
materiali devono
soddisfare le necessità
dell’uomo secondo
diversi livelli di
sicurezza, fruibilità e
qualità
Cattedrale di Beauvais
Crollata 2 volte durante la costruzione
Cosa ci viene chiesto ?
Che l’edificio «resista»
Che l’edificio garantisca protezione dalle sollecitazioni atmosferiche ed ambientali
Che l’edificio garantisca sicurezza a chi lo usa anche in caso di eventi eccezionali
Che l’edificio garantisca lo svolgimento delle attività lavorative
Che l’edificio non consumi eccessivamente e garantisca adeguato confort
Che l’edificio sia salutare
Che l’edificio, una volta che non serve più, possa essere riciclato
Che l’edificio ………………………………………………………………………………………
ma è ciò che ci viene chiesto per qualsiasi «oggetto
Sono richieste che
concorrono
congiuntamente a
definire il quadro
prestazionale richiesto
allo sviluppo di
tecnologie e prodotti
per l’edificio
Alcune di queste richieste sono «mature», cioè
considerate prioritarie già da molto tempo, altre
si sono riproposte ciclicamente altre infine si
sono affacciate con forza da alcuni anni, come la
sostenibilità ambientale
Perché la
sostenibilità ?
Andare incontro alle
necessità del presente
senza compromettere la
capacità delle future
generazioni di vedere
soddisfatte le loro stesse
necessità
(Brundtland, 1987)
di quante «terre» ho bisogno ?
http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/calculators/
Ma la terra è
UNA
Ed è finita
Cosa fare
(1) ridurre al minimo il
consumo delle materie
prime non rinnovabili
(2) Ridurre l’energia
impiegata per la
produzione
(3) Ridurre l’energia
impiegata durante
l’utilizzo dei prodotti
(4) Riciclabilità
Alcuni settori stanno
cambiando la loro
impostazione progettando
per l’intero ciclo di vita:
ELETTRONICA
AUTOMOTIVE
-
Nelle costruzioni un
problema rilevante sono i
fabbisogni energetici
Fonti fossili ?
Energia Nucleare ?
Il fabbisogno energetico nazionale è di
circa 340-350.000 GWh/anno (2011):
•
•
•
13% è energia importata dall’estero,
circa 44 mila GWh/anno
67% è prodotto da centrali
termoelettriche che bruciano
principalmente combustibili fossili, circa
220-230.000 GWh/anno
20% è prodotto attualmente da tutte le
fonti rinnovabili (idroelettrica,
geotermica, eolica e fotovoltaica) circa
68 mila GWh/anno
DI QUESTI IL 40% E’ LEGATO AL SETTORE
DELLE COSTRUZIONI
Energie Rinnovabili ?
Risparmio
energetico
Costruzioni
Trasporti
31 %
41
%
28 %
Industria
20 %
10-15%
Ne deriva che sono richiesti
componenti edilizi capaci di
consumare di meno:
nella fase di costruzione
…..A BASSA EMBODIED ENERGY….
nell’uso dell’edificio
……A MINIMO CONSUMO ENERGETICO
DURANTE L’USO …….
a fine vita dell’edificio
…… RICICLABILITA’ …….
Ma un sistema costruttivo o un componente edilizio deve consentire
anche il soddisfacimento di altre prestazioni
Stabilità e resistenza meccanica
Resistenza al fuoco
Tenuta all’acqua
Isolamento acustico
….
IL PASSATO
IL PRESENTE
IL FUTURO
ALCUNI ESEMPI
DI SVILUPPO DI TECNOLOGIE COSTRUTTIVE INTEGRATE E ORIENTATE ALLA SOSTENIBILITA’
NEL RECENTE PASSATO
Un sistema a cappotto
resistente agli urti
NEL PRESENTE
La progettazione integrata comprende la
valutazione dell’insieme di prestazioni dei
componenti
Un sistema veture per la riqualificazione energetica degli edifici esistenti
Requisiti
•
•
•
•
Basso costo realizzativo
Adeguato impatto estetico
Facile realizzabilità (moduli assemblabili)
Trasportabilità
– Leggerezza
• Resistenza e stabilità meccanica
– Capacità di resistere agli urti
– Durabilità
• Prestazioni termoigrometriche
– Resistenza termica e assenza di ponti termici
– Capacità di diffondere il vapore
• Tenuta e/o capacità di smaltimento
dell’acqua
• Durabilità
• …
drenaggio
core
isolante
rivestimento
REALIZZAZIONE
VERIFICHE PRELIMINARI PER L’AGGANCIO
IL COMPORTAMENTO TERMICO DI SISTEMI A GIUNTO APERTO
IL WIND DRIVING TEST
LA RESISTENZA ALL’URTO
SHOCK TERMICI
LA TENUTA
LA RESISTENZA A CICLI GELO/DISGELO
NEL FUTURO
Dovremo coniugare alla sostenibilità la capacità di sviluppare e
qualificare componenti capaci di sviluppare prestazioni che variano
dinamicamente nel tempo per adattarsi a necessità variabili
l’involucro adattivo
SOLLECITAZIONE
PERCEZIONE
COMPRENSIONE DELLA PERCEZIONE
MODIFICA DEL COMPONENTE
NUOVA PERCEZIONE
Un esempio
La sostenibilità ambientale, il risparmio
energetico rischiano di avere impatti negativi
sulla qualità dell’aria all’interno degli ambienti
MINORE PERMEABILITA’
MINORI RICAMBI D’ARIA
MOISTURE BUFFERING
Capacità di un materiale di agire da “tampone
igroscopico”, attenuando le variazioni di umidità
relativa all’interno dell’ambiente nel quale è
inserito
Valutazione degli effetti igrometrici del nuovo scenario normativo
• Simulazione termoigrometrica volta a determinare le nuove
condizioni ambientali interne
• Quantificazione dei risparmi conseguibili nell’ottica della
certificazione energetica
Determinazione della velocità di crescita di muffe su superfici
interne dell’involucro nel nuovo scenario
• Colture di muffe su diverse superfici interne
• Determinazione della velocità di crescita ed implementazione di
modelli analitici
Scelta dei materiali con Moisture Buffering Capacity
• Caratterizzazione
• Valutazione del comportamento isteretico
Determinazione delle proprietà di MBC
• Cicli giorno notte con produzione di vapore controllata
Realizzazione di sistemi MBC di tipo passivo e ATTIVO
• Analisi dell’interazione con un ambiente reale
• Analisi dell’interazione con un ambiente simulato (camera
climatica)
UN SISTEMA PASSIVO
E’ un sistema nel quale un materiale
passivamente aiuta a controllare
l’andamento delle UR% ambientali
UN SISTEMA ATTIVO
E’ un sistema nel quale sensori ed un
microcontrollore attivano un materiale
capace di controllare l’andamento delle
UR% ambientali
UR%
Il controllo passivo
Fase di stabilizzazione in camera climatica:
Temperatura
T = 23°C
Umidità Relativa
RH = 50 %
Fase di esposizione ciclica:
Temperatura POLIACRILATO DI SODIO
Livelli alti di RH per 8h
Livelli bassi di RH per 16h
T = 23°C
RH = 75 %
RH = 33 %
GESSO
Misurazioni periodiche delle variazioni di peso dei provini
(bilancia analitica): necessarie per ricavare il Moisture
Buffering Value del provino testato.
PERLITE
Per Moisture Buffering Value (MBV) s’intende l’accumulo/rilascio di umidità che si ha quando il
materiale è soggetto a significative oscillazioni di umidità relativa tra il 75% RH durante 8 ore e il
33% RH durante le restanti 16 ore. Il valore MBV è normalizzato rispetto alla superficie esposta
[m²] e alla variazione di umidità relativa [ΔRH%].
MBV [g/(m2*%RH)@8-16h]
Moisture Buffer Value (MBV) dei materiali adsorbenti sperimentati
10,000
9,000
8,000
MBV
7,000
6,000
5,000
4,000
3,000
2,000
1,000
0,000
poliacrilato
perlite
cellulosa
gesso
dummy
Confronto del valore m edio di quantità d'acqua accum ulata/rilasciata
progressivam ente dai m ateriali
2,500
ISTERESI
2,000
1,500
1,000
[g]
accumulata/rilasciata progressivamente
Quantità media di acqua
Materiali
0,500
0,000
-0,500
poliacrilato
perlite
cellulosa
-1,000
Materiali
gesso
dummy
Il controllo ATTIVO
room
