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CLIMATIZZAZIONE
PROGETTAZIONE
Casa passiva: sulla soglia del futuro
Gli edifici passivi sono in costante diffusione soprattutto nelle nazioni nordeuropee, ma anche nel Canada e negli Stati Uniti,
in Giappone e in Italia: il nostro paese è al quinto posto al mondo per numero di realizzazioni.
Giulio Garaboldi
L’idea alla base della «passivhaus» è
semplice quanto radicale: indipendentemente dai sistemi costruttivi utilizzati, si definisce passivo qualsiasi edificio
nel quale il comfort termico (secondo
EN ISO 7730) può essere garantito dal
post-riscaldamento o dal post-raffrescamento della massa d’aria di rinnovo
necessaria a una buona qualità dell’aria
interna.
In pratica, un edificio passivo presenta
una domanda energetica minima, tale da
essere soddisfatta da impianti altrettanto
virtuosi sotto il profilo dell’efficienza. Dalle prime esperienze a oggi, la tecnologia
di questi edifici a bassissimo consumo si è
evoluta seguendo una metodologia rigo-
rosa, lavorando soprattutto sul fronte della fisica tecnica e della modellazione energetica, lungo un percorso indipendente
rispetto alla crescente diffusione delle
energie rinnovabili. Durante il prossimo
decennio, il contributo offerto dalla casa
passiva in termini di minimizzazione del
fabbisogno energetico potrebbe risultare
determinante nella prospettiva dell’avvento degli edifici «zero net energy».
Dalla teoria alle normative
Il concetto di casa passiva fu definito
nel 1988 dal prof. Bo Adamson (Lunds
Universitet, Svezia) e dal dott. Wolfgang
Feist (Institut für Wohnen und Umwelt,
Germania) e successivamente sviluppa-
Underhill House è un intervento di recupero passivo
realizzato in Gran Bretagna: la parte di nuova
realizzazione è stata costruita sotto il rudere preesistente.
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to con una serie di progetti di ricerca, in
parte finanziati dal land tedesco dell’Assia. Nel 1991, a Darmstadt-Kranichstein
(Germania), fu costruita la prima casa
passiva: si tratta di un edificio a schiera composto da quattro appartamenti
triplex, il cui fabbisogno energetico medio, da un ventennio, è costantemente
attestato attorno ai 10 kWh/m2 all’anno.
Questo edificio fu definito «casa passiva economica» perché il target della sua
domanda energetica costituisce il limite prestazionale al di sotto del quale il
costo da sopportare per l’ulteriore diminuzione dei consumi energetici comporterebbe diseconomie rispetto ai risparmi
ottenibili.
Nel 1996 W. Feist, attuale presidente,
fondò il Passivhaus Institut, ente scientifico privato e indipendente con sede
a Darmstadt che promuove e conduce
progetti di ricerca e sviluppo sull’efficienza energetica, la riduzione delle emissioni inquinanti in atmosfera e l’uso di
energie rinnovabili negli edifici. L’attività
dell’istituto spazia dall’organizzazione di
eventi divulgativi e formativi alla consulenza ai progettisti, dalla collaborazione con produttori di componenti edili e
impiantistici allo sviluppo di strumenti e
software, dalle campagne di studio su
specifiche realizzazioni al rilascio di certificazioni, fino alla ricerca di base e applicata rispetto ai fenomeni energetici.
Alla fine degli anni Novanta, nel contesto del Programma Thermie, il Passivhaus
Institute partecipò al progetto Cepheus
(Cost Efficient Passive Houses as European Standard) attivato dalla Commissione Europea. Furono costruiti oltre 220
edifici passivi in cinque nazioni (Austria,
Francia, Germania, Svezia e Svizzera) allo
scopo di valutare l’applicabilità dei criteri
della casa passiva in differenti contesti
ambientali, utilizzando differenti strategie progettuali e tecnologie costruttive,
nel rispetto di extracosti da compensare
attraverso i risparmi ottenuti dal contenimento dei consumi energetici.
Parallelamente al crescente interesse
per la casa passiva, i risultati ottenuti
dal progetto Cepheus furono presentati all’Esposizione Universale di Hannover
nel 2000, influenzando profondamente
l’approccio degli enti normativi, locali e
nazionali. Capofila di questa sensibilità
verso i temi della sostenibilità dell’edilizia
è la regione alpina del Voralberg che, dal
2007, ha reso obbligatori i requisiti della
casa passiva per tutte le costruzioni. Dal
2015, tale prescrizione sarà estesa all’intero territorio della repubblica austriaca.
In Svizzera, lo standard facoltativo Minergie è sostenuto congiuntamente dal
mondo economico e dalle istituzioni locali e federali con finanziamenti agevolati a costruttori e proprietari. In Italia, dal
2002, nel territorio della Provincia Autonoma di Bolzano è operativo lo standard Casaclima/Klimahaus, nato all’interno delle istituzioni locali, che nel 2005
è diventato parte integrante della legge
urbanistica provinciale in materia di risparmio energetico. L’anno seguente, è
stata costituita l’Agenzia Casaclima, ora
società a prevalente capitale pubblico.
Edifici passivi: requisiti
e caratteristiche
Il principale requisito prestazionale di
un edificio passivo consiste nel costante
mantenimento del più elevato grado di
comfort (Ashrae classe A, perciò con meno del 6% di utenti non soddisfatti) senza l’uso di sistemi attivi di termo-raffrescamento. Questo requisito si considera
soddisfatto qualora siano rispettati tutti
gli ulteriori requisiti di tipo quantitativo:
– fabbisogno termico utile (per riscaldamento e raffrescamento) non superiore a
15 kWh/m2a;
– carico termico (invernale ed estivo) non
superiore a 10 W/m2;
– tenuta all’aria dell’involucro (ricambio
dell’aria attraverso giunti non sigillati secondo blower door test UNI EN 13829)
fino a n50 = 0,6 vol/h;
– fabbisogno energetico primario di
Villa Langekamp è la prima casa passiva certificata realizzata in Danimarca,
per la propria famiglia, dall’arch. Eth-Maa Olav Langenkamp.
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Energon è un edificio passivo per
uffici, realizzato nel 2002 a Ulm,
Germania: si tratta della più grande
costruzione di questo tipo al mondo.
energia (per termoregolazione, acqua
calda sanitaria e utenze elettriche) fino
a 120 kWh/m2a, qualora questo apporto
energetico sia approvvigionato da fonti
non rinnovabili.
Il requisito economico si ritiene soddisfatto (ovvero, l’edificio passivo è considerato conveniente) se, su base trentennale, l’insieme dei costi variabili
(progettazione, costruzione delle parti
architettoniche, fornitura e installazione
degli impianti e gestione complessiva del
fabbricato) non superano quelli richiesti
per un nuovo edificio simile non rispondente ai requisiti tecnico-prestazionali di
passività.
Allo scopo di conseguire i requisiti sopra
descritti, un edificio passivo dovrebbe
rispettare alcune caratteristiche tecnicocostruttive. Nel caso alcune di queste
non si dimostrassero praticabili, è accettato il ricorso a sistemi attivi di produzione energetica mediante fonti rinnovabili.
In generale, per massimizzare il guadagno solare passivo, si predilige l’espo-
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sizione a sud della facciata principale,
avendo cura di verificare l’esistenza di
eventuali ombre portate dagli elementi circostanti (montagne, edifici limitrofi,
alberi) sul volume edificato. Una forma
compatta è utile per ridurre l’estensione
delle parti esposte rispetto al corpo edificato: indipendentemente dalla forma
della copertura si consiglia di mantenere
il rapporto superficie/volume entro valori
uguali o inferiori a 0,33.
L’intero involucro opaco deve restituire un fattore U medio non superiore
a 0,15 W/m 2°K, opportunamente declinato a seconda delle situazioni, indicativamente: 0,13 W/m 2°K (copertura); 0,15 W/m2°K (pareti e solette verso
sottotetti e intercapedini non riscaldate);
0,17 W/m2°K (solette verso ambienti non
riscaldati); 0,18 W/m2°K (pareti controterra); 0,20 W/m2°K (solette controterra). L’efficienza energetica delle parti
trasparenti non deve superare 0,80 W/
m2°K (combinazione delle parti opache
e vetrate dei serramenti), permettendo al
contempo un coefficiente di guadagno
termico del 50% circa.
Ulteriori accorgimenti sono finalizzati a
intervenire direttamente sulle proprietà
dei fluidi impiegati dal sistema impiantistico:
– utilizzando apposite condotte interrate, l’aria in ingresso può essere preriscaldata per scambio termico con le superfici
interne delle tubazioni, comunque non
al di sotto di 5°C nella stagione fredda;
– l’efficienza dei recuperatori di calore
dall’aria in uscita dev’essere al minimo
del 80%;
– l’acqua calda sanitaria dev’essere prodotta mediante fonti energetiche rinnovabili;
– gli elettrodomestici e i terminali per l’illuminazione artificiale utilizzati devono
essere a basso consumo di energia.
È opportuno sottolineare come alcune
di queste caratteristiche siano eminentemente da riferire a costruzioni situate nelle regioni dell’Europa centrale il
cui clima temperato umido con estati
tiepide, in Italia, è assimilabile a quello
dell’arco prealpino e della fascia appenninica centro-settentrionale. In altri contesti bisogna evitare l’acritica applicazione di alcune caratteristiche, da adattare
alle condizioni climatiche locali. È il caso, ad esempio, della forma compatta:
questa potrebbe rivelarsi poco consona
alle regioni caratterizzate da estati calde,
come l’area della Pianura Padana e gran
parte della costa occidentale adriatica. In
altre realtà, ad esempio nelle zone soggette a clima mediterraneo (bacino tirrenico, Mezzogiorno e isole), vanno seriamente considerate ipotesi alternative
quali, ad esempio: orientamento diverso dal sud, maggiore ombreggiamento
dell’involucro e, in alcuni casi, maggiore
massa termica interna.
In generale, si può affermare che in un
edificio passivo è ragionevole impiegare
qualunque soluzione costruttiva, tecno-
Vista della facciata sud ovest, completamente trasparente, della
residenza in Gebartstrasse a Köniz, Canton Berna (progetto Halle 58):
l’edificio è certificato Minergie P-Eco.
logica e impiantistica finalizzata all’azzeramento del bilancio energetico dell’edificio, alle seguenti condizioni:
– utilizzare apporti energetici di origine
ambientale, cioè quelli messi a disposizione in situ dal sole, dall’aria, dall’acqua
e dal terreno;
– considerare componenti in grado di
assicurare costanza delle prestazioni in
un arco di tempo compatibile con la loro
normale obsolescenza funzionale.
Ad esempio, l’uso di serramenti contenenti gas speciali non può ritenersi una
soluzione efficace a lungo termine poiché i sistemi utilizzati per confinarli nelle
vetrocamere sono tuttora poco affidabili.
Dal privato al pubblico
Le prime realizzazioni interamente finanziate da committenti privati sono
sorte fra la fine del Novecento e l’inizio
del nuovo millennio nelle città tedesche di Friburgo, Wiesbaden, HannoverKronsberg, Stoccarda. Fuori dai confini
tedeschi, in quel periodo si distingue la
residenza passiva per quattro unità immobiliari realizzata nel comune di Chignolo d’Isola (Bergamo) nel 2002. L’edificio è stato progettato dallo studio di
architettura associato Brandolini – Valdameri su commessa dell’impresa edile Vanoncini: presenta una struttura portante
in metallo impostata su un volume inter-
rato in calcestruzzo armato e impiega
un sistema di tamponamento basato
su pareti stratificate montate a secco:
in questo modo ogni facciata presenta
una sezione differente, in grado di restituire un involucro praticamente adiabatico (15 kWh/m2a). Gli impianti (progetto: ing. M. Silvestri) sono costituiti da
due pompe di calore aria-acqua (potenza
assorbita circa 9.000 kWh/a) alimentate
da pannelli fotovoltaici e dalla rete, che
producono energia per climatizzazione,
mediante ventilazione con recupero di
calore, e acqua calda sanitaria. A dieci anni da queste prime esperienze, la
maggiore proliferazione di edifici passivi
si registra in ambito residenziale, anche
per iniziativa pubblica. Recentissima, ad
esempio, è la realizzazione di un importante intervento per l’abitazione sociale
nella città di Innsbruck, in Austria. Due
dei tre complessi residenziali al Lodenareal (progetto studi Din A4 e Team K2
Architects) sono dei veri e propri edifici
passivi multipiano (15 kWh/m2a) disposti
attorno a corti verdi, che ospitano oltre
350 appartamenti su una superficie di
35.000 m2. Gli unici sistemi termotecnici
sono costituiti da 1.024 m2 di collettori solari termici, una caldaia a pellets da
300 kW e un boiler a gas a condensazione da 326 kW, per riscaldamento e acqua calda sanitaria.
Ma la svolta vera svolta nella diffusione
degli edifici passivi è avvenuta nel 2002 a
Ulm, in Germania, con l’entrata in funzione dell’Energon: si tratta del più grande
edificio passivo mai realizzato al mondo,
in grado di ospitare uffici e servizi per
420 persone in un interessante volume a
pianta triangolare con una grande corte
centrale, completamente coperta da un
tetto trasparente. La struttura in calcestruzzo armato è protetta da un involucro
di pannelli prefabbricati in legno rivestito
con isolanti e strato esterno in metallo.
I sistemi impiantistici sono basati su 44
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sonde geotermiche collegate a pompe di
calore, alimentate dal campo fotovoltaico
in copertura, con terminali radianti a bassa temperatura negli ambienti. La domanda energetica invernale è integrata dai
cascami termici del gruppo frigorifero al
servizio del centro elaborazione dati, della
cucina e, in ultima istanza, dalla rete di teleriscaldamento; il surriscaldamento estivo
è accuratamente evitato grazie a sistemi
di schermatura integrati nei prospetti.
L’Energon ha dato concreta dimostrazione che i principi della passivhaus possono essere impiegati in costruzioni di
elevata complessità tecnologica e a scale
d’intervento di rilievo urbano. Da allora,
la diffusione degli edifici passivi nei paesi più industrializzati è costantemente
cresciuta: al marzo 2010 i dati ufficiali
conteggiavano oltre 22.500 realizzazioni.
Effetto Casaclima
Nel nostro paese, l’area sudtirolese si è
dimostrata la più ricettiva verso le pas-
sivhaus, anche grazie all’opera di sensibilizzazione svolta dallo standard Casaclima che, nella categoria più restrittiva
(Casaclima Oro) prevede consumi non
superiori a 10 kWh/m 2a. Il principio
adottato consiste nella definizione di categorie energetiche abbinate a risultati
di benessere e risparmio economico, alla
cui adesione volontaria corrisponde un
riconoscimento ufficiale delle prestazioni
raggiunte, spendibile sul mercato immobiliare e, anche, dal punto di vista del
prestigio da parte degli amministratori
pubblici.
È da segnalare la funzione di stimolo
nei confronti della popolazione svolta
dall’Istituto Altoatesino dell’Edilizia Sociale che, dal 2003, ha adottato Casaclima per tutti gli interventi di ristrutturazione e nuova costruzione del proprio
patrimonio immobiliare. Le numerose
realizzazioni sorte nell’ultimo decennio
interessano prevalentemente edifici residenziali, ma anche di tipo produttivo e,
Questa casa passiva (progetto Karawitz Architecture) sorge a Bessancourt, nei pressi
di Parigi: si caratterizza per gli schermi in legno che proteggono la facciata vetrata.
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soprattutto, d’ambito collettivo, sui quali
si confrontano i più importanti progettisti altoatesini.
È il caso, ad esempio, della Scuola Elementare di Laion – Ried dello studio
Arch.TV (consumo 9 kWh/m2a), realizzata nel 2006 secondo criteri costruttivi
bio-ecologici e con eccellenti risultati di
tenuta all’aria dell’involucro (blower door test: n50 = 0,49 vol/h). Sotto il profilo
impiantistico (progetto: p.i. W. Malleier;
fisica-tecnica: dr. G. Gantioler, M. Legierska) dispone di una pompa di calore
geotermica da 1,83 kW con tre sonde
lunghe 50 m, 3 gruppi di areazione con
recuperatori di calore, 18 m2 di pannelli solari termici e un campo fotovoltaico
da 14,40 kW sovrabbondante rispetto ai
consumi reali.
Sempre del 2006 è il primo edificio passivo per uffici pubblici, progettato da Michael Tribus Architecture e vincitore del
Premio di Architettura «Citta’ di Oderzo» dedicato all’architettura sostenibile.
Il cosiddetto Ex-Post a Bolzano (RCI agosto 2007), consuma 7 kWh/m2a ed è risultato dell’attenta ristrutturazione di un
fabbricato realizzato negli anni Sessanta.
L’unico impianto (progetto: p.i. D. Parisi)
al servizio degli uffici è un apparecchio
per la ventilazione che tratta il 100%
d’aria esterna, con sistema di recupero
energetico di tipo rigenerativo-entalpico,
alimentato dal campo fotovoltaico in copertura (26,73 kWp).
Il nuovo municipio di San Lorenzo in Sebato, frutto del progetto congiunto degli
studi EM2 e Pedevilla Architekten, risale
al 2007. La struttura polivalente ospita
anche una biblioteca e un’area per esposizioni: le zone climatiche dell’edificio sono differenziate a seconda delle esigenze
e i sistemi termomeccanici installati (progetto: p.i. D. Parisi) assicurano un consumo di 5,5 kWh/m2a.
Due esempi recenti
Presentiamo di seguito più in dettaglio
due case passive di recente costruzione:
la Casa Striatto situata a Mariano Comense (CO) e la Casa Dionisi a Cogoleto
(GE).
Casa Striatto
L’edificio monofamilare Casa Striatto
(consumo 10 kWh/m2a) è disposto su tre
livelli per una superficie complessiva di
circa 130 m2 e comprende: autorimessa,
centrale impiantistica e locali accessori
(piano interrato); cucina, soggiorno, due
bagni e una camera (piano terreno); due
camere con relativi servizi (piano soppalco). Il compatto volume parallelepipedo
affonda nel terreno mediante pareti in
calcestruzzo armato protette da uno
strato di 25 cm di polistirene estruso,
mentre attorno alle strutture di fondazione è stato posato uno strato di 5 cm
di vetro cellulare. Il resto delle strutture
è composto da un sistema pilastri-travi in
calcestruzzo armato, con solette in cal-
Gli studi sulla fisica edile per
la casa passiva a Mariano
Comense hanno evidenziato
la necessità di proteggere gli
spazi interni dall’eccessivo
guadagno diretto.
cestruzzo ed elementi di alleggerimento.
Le murature sono realizzate con blocchi
in laterizio porizzato spessi 30 cm, posati
a colla per evitare il ponte termico creato
dal giunto di malta. Sulle pareti rivolte a
nord e, parzialmente, a est e ovest, l’isolamento a cappotto prevede spessori fino a 30 cm di polistirene espanso. Le altre superfici a sud, est e ovest esposte al
sole presentano uno spessore di isolante
di 25 cm protetto da una facciata ventilata, allo scopo di ridurre l’effetto dell’irraggiamento solare. I serramenti sono in
legno-alluminio con doppia vetrocamera.
A seconda dei casi, la trasmittanza termica dell’involucro oscilla da 0,1 W/m2°K a
0,15 W/m2°K.
La posizione dei locali è stata studiata
per utilizzare al meglio la luce naturale
e per massimizzare l’ombreggiamento
estivo offerto dalla copertura piana aggettante, sorretta da pilastri esterni e realizzata in legno di larice, e degli ulteriori
schermi mobili per serramenti. Sul tetto
piano sono presenti circa 100 m² di campo fotovoltaico a film sottile, che alimen-
I NOMI DI CASA STRIATTO
Progetto architettonico: geom. Emanuele Fumagalli
Progetto impianti: ing. Enrico Benfatto
Consulenze: Building Envelope Group - Dip. BEST Politecnico di Milano, PassivHaus
Zentrum
Pompa di calore: Elco
Ventilazione meccanica: Pluggit
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L’edifiio di Cogoleto è un esempio
di architettura tradizionale italiana
realizzata secondo i criteri della casa
passiva.
tano una pompa di calore acqua-aria da
6 kW per il riscaldamento degli ambienti
e la produzione di acqua calda sanitaria,
e circa 10 m2 di pannelli solari termici per
il riscaldamento della piscina e per l’integrazione alla produzione di acs. L’impianto di ventilazione meccanica è a doppio
flusso con recuperatore di calore: l’immissione avviene negli ambienti soggiorno e nelle camere, mentre l’estrazione è
situata nella cucina e nei bagni. Il sistema
di ventilazione è integrato da uno scambiatore geotermico ad acqua salina che
pre-riscalda e pre-raffresca l’aria contribuendo alla sua deumidificazione.
Casa Dionisi
Per riscaldamento invernale e raffrescamento estivo, l’edificio monofamiliare
Dionisi necessita di una spesa di soli 65
euro annui (il consumo è di 8,8 kWh/m2a),
completamente coperti dalla produzione di elettricità del campo fotovoltaico
(24 m2) installato a terra, nell’area di
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pertinenza della residenza. L’edificio si
sviluppa su due livelli: un seminterrato
per autorimessa e locali di servizio; un
classico piano terreno che comprende
soggiorno, cucina, due camere, doppio
bagno e ripostiglio, sviluppato in orizzontale (superficie 108 m2 netti). La struttura
in murature portanti e pilastri in calcestruzzo armato prevede una soletta contro cantina (U = 0,43 W/m2°C) in laterocemento
con pannelli minerali (6 cm) e una soletta autoportante (U = 0,11 W/m 2°C)
con strati di eps (30 cm) verso il sottotetto. Sotto l’ampia copertura a falde, con
sporti di gronda dimensionati per mas-
I NOMI DI CASA DIONISI
Progetto: ing. Alessandro Leardi
Fisica-tecnica del sistema edilizio:
ing. Rodolfo Solaroli (PassivHaus Zentrum)
Impianto di ventilazione: Zehnder
Technosystem
simizzare i guadagni diretti invernali,
sono presenti murature perimetrali (U
= 0,12 W/m2°C) in blocchi di laterizio
porizzato (30 cm) e cappotto in lana di
vetro (26 cm), semplicemente intonacati, con serramenti in legno-alluminio
con vetrocamera a quattro strati di vetri extrachiari a bassa emissività (Uw =
0,63 W/m2°C), più sistema di ombreggiamento integrato. Complessivamente, il pacchetto murario offre un valore
di trasmittanza termica periodica pari a
0,0096 W/m2°C e un ritardo del fattore
di smorzamento (sfasamento dell’onda
termica) molto elevato, nell’ordine di
16–17 ore.
L’insieme di questi accorgimenti ha lo
scopo precipuo di evitare il surriscaldamento estivo, spesso risultato di un
eccessivo isolamento dell’involucro, ottenendo anche un notevolissimo abbattimento acustico, condizione di fondamentale importanza data la relativa vicinanza dell’edificio all’autostrada.
L’edificio è completamente indipendente
sotto il profilo energetico: l’unico componente per la ventilazione è costituito
da uno scambiatore di calore situato nel
seminterrato, collegato a un sistema di
scambio termico con il terreno, versione
moderna dei pozzi provenzali, e con la
rete di distribuzione ed espulsione dell’aria interna alla casa. Il pozzo provenzale
consiste in tre tubazioni flessibili a tenuta di radon (lunghezza 15 m, diametro
75÷90 mm) poste a 1,7 m di profondità
all’interno di un letto di sabbia e distanti
fra loro 1,2 m, che comunicano con l’esterno mediante un collettore realizzato
con un tubo inox che sporge per 1 m dal
terreno.
Sono inoltre presenti 2 serbatoi di recupero dell’acqua piovana, per una capienza totale di 10.000 l (60% del fabbisogno complessivo) e 3 pannelli solari
termici per acs (superficie 4,2 m2).
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