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RISPARMIO ENERGETICO:
RUOLO DEI SOLAI DI FALDA E DEI MANTI DI COPERTURA
 
Gli involucri di copertura, specie quelli inclinati e dotati di manto costituito da elementi discontinui, come tegole e coppi in laterizio (maggiormente durevoli rispetto a quelli orizzontali), costituiscono la principale protezione dell'edificio sia dalle intemperie, sia dal caldo e dal freddo. È evidente, quindi, che a tali strutture il progettista debba prestare particolare attenzione: ad esempio, per ciò che concerne il comfort abitativo ed il risparmio energetico, specie quando il sottotetto è abitato. I solai in latero-cemento, uniti ai manti in laterizio, grazie alle intrinseche proprietà massive, che si manifestano con significativi valori di sfasamento e attenuazione dell'onda termica, creano i presupposti per il mantenimento di un idoneo comfort abitativo sia nel periodo estivo che in quello invernale.

L'edificio, secondo quanto riportato nell'art. 2 del D. Lgs. 192/05, è descritto come un "sistema costituito dalle strutture edilizie esterne che delimitano uno spazio di volume, definito dalle strutture interne che ripartiscono tale volume e da tutti gli impianti e dispositivi tecnologici che si trovano stabilmente al suo interno". Dunque, sono considerate come strutture edilizie d'involucro, non solo le chiusure verticali, ma anche le chiusure orizzontali ed inclinate esterne.
Quando si considerano le chiusure esterne, ai fini della valutazione delle prestazioni termiche, si computa il contributo di ogni strato componente, da quello di finitura interno al rivestimento esterno: anche la prestazione di questo ultimo incide sui valori termici e sul comfort interno all'edificio. Analogamente, nel caso delle coperture, queste, in quanto parti dell'involucro dell'edificio, devono essere considerate globalmente: parte strutturale e manto esterno.

Il D.Lgs. 192/05 e le disposizioni correttive ed integrative contenute nel D. Lgs. 311/06 riportano i valori di trasmittanza termica da rispettare per le strutture opache orizzontali o inclinate, differenziati per zona climatica, ed i valori di trasmittanza per i pavimenti. Come viene poi specificato nell'allegato I, Regime transitorio per la prestazione energetica degli edifici, anche per i valori di trasmittanza delle coperture e dei pavimenti sono previsti valori di tolleranza fino al 30% in più rispetto ai limiti tabellati nel decreto stesso.
 
I solai in latero-cemento e le coperture con manto in laterizio
 
Le scelte progettuali delle chiusure orizzontali, sia che queste siano piane o inclinate, necessarie per l'isolamento termico e per evitare il rischio di condensa, variano a seconda della loro posizione nell'edificio.
Più specificamente si possono distinguere tre casi:
  1. solaio di copertura propriamente detto;
  2. solaio di copertura di altri ambienti non riscaldati;
  3. solaio su ambiente esterno in genere (calpestio di ambienti a sbalzo, solaio su pilotis, ecc.).
La differenza sostanziale tra il primo caso e gli altri due è determinata dal fatto che il solaio di copertura può necessitare di una barriera impermeabilizzante che protegga le strutture sottostanti dalle infiltrazioni di acque meteoriche ed, inoltre, è soggetto a forti sbalzi di temperatura superficiale, a causa della sua esposizione al sole.
Gli interventi volti a incrementare le sue prestazioni termiche possono incidere notevolmente sul miglioramento del microclima interno, dell'inquinamento indoor e dei costi d'esercizio (conseguenti alla minore richiesta di potenza termica, sia per il riscaldamento invernale che per il raffrescamento estivo).
Tra i numerosi modi adottati per classificare le coperture discontinue, la norma UNI 8627 utilizza come riferimento il comportamento igrotermico, basato sul ruolo di due specifici parametri: l'isolamento termico e la ventilazione.
 
 
Alcune soluzioni conformi riferite agli schemi funzionali dei tetti in base al loro comportamento termoigrometrico:
1 - tetto non isolato e non ventilato;
2a,b - tetto non isolato e ventilato;
3 - tetto isolato non ventilato;
4a,b - tetto isolato e ventilato.
 
In una copertura, l'isolamento termico ha lo scopo di controllare le dispersioni di calore nel periodo invernale; attraverso la ventilazione, invece, si persegue l'obiettivo di ridurre il flusso termico entrante nel periodo estivo e di smaltire il vapore interno nel periodo invernale.
La norma UNI 8627 definisce quattro schemi funzionali:
  1. il tetto non isolato e non ventilato, in cui non sono previsti né lo strato termoisolante, né lo strato di ventilazione;
  2. il tetto non isolato e ventilato, in cui è previsto solamente lo strato di ventilazione;
  3. il tetto isolato e non ventilato (tetto 'caldo'), in cui è previsto lo strato termoisolante mentre è assente lo strato di ventilazione;
  4. il tetto isolato e ventilato (tetto 'freddo'), in cui è previsto sia lo strato termoisolante, sia lo strato di ventilazione.
Nelle coperture a falde, effetti termoigrometrici benefici, anche se poco controllabili, possono essere conseguiti anche in assenza di specifici strati funzionali termoisolanti o di ventilazione per effetto della forma stessa del tetto (si pensi al volume d'aria del sottotetto che, se non interessato da moti convettivi, può assolvere funzioni coibenti) o della sua caratterizzazione fisica (si pensi alla circolazione d'aria nel sottotetto garantita da una struttura portante discontinua).
Occorre inoltre ricordare che anche gli schemi di copertura privi di strato di ventilazione (schemi 1 e 3) devono sempre contemplare la presenza dello strato di micro-ventilazione, essenziale per garantire il corretto equilibrio igrotermico del manto. Da ciascun schema funzionale si possono ottenere diverse configurazioni, definite soluzioni conformi, che danno luogo alle differenti possibilità di utilizzazione del sottotetto.
Relativamente alla verifica delle prestazioni termoigrometriche per le coperture con manto in elementi di laterizio (coperture inclinate a falde, di tipo ventilato e non ventilato), il calcolo del contributo della ventilazione di una copertura ventilata è oneroso e, in ogni caso, nel periodo invernale, non incide in maniera sostanziale.
Al contrario, nel periodo estivo, la ventilazione naturale contribuisce a migliorare la situazione di comfort interno, oltre a diminuire lo stress per gli impianti.
 
La massa superficiale degli orizzontamenti
 
Come per le pareti opache verticali, anche quelle orizzontali e inclinate, secondo quanto indicato al punto 9 dell'allegato I del D. Lgs. 311/06, devono soddisfare il valori di massa superficiale di 230 kg/m2, per le località in cui il valore medio mensile dell'irradianza sul piano orizzontale (ad esclusione della zona F, ad es. Belluno, Cuneo), nel mese di massima insolazione estiva, sia maggiore o uguale a 290 W/m2 (in Italia sono più numerosi i capoluoghi con il valore di irradianza maggiore a tale valore).
Da una interpretazione del testo dell'allegato I del Decreto, appare poco chiaro l'uso quasi indistinto o non specificato del termine "strutture opache verticali, orizzontali", come al punto 7, e del termine "pareti opache verticali, orizzontali", come al punto 9. Se si volesse evidenziare la sfaccettatura fra il termine "struttura", riferita alla sola "parte resistente", e il termine "parete opaca", come l'intero involucro esterno, per la verifica della massa superficiale bisognerebbe, pertanto, tenere in considerazione anche il manto di copertura (e, per conseguenza, il suo peso) che effettivamente può offrire un contributo importante sullo sfasamento e sull'attenuazione dell'onda termica.
 
Possibili soluzioni di copertura
 
Un solaio in latero-cemento non è certamente una struttura considerabile "omogenea" o composta di strati omogenei; come noto, la sua composizione consta di almeno tre diversi materiali: il laterizio, l'acciaio, il calcestruzzo. I blocchi di laterizio presentano, inoltre, delle cavità di aria, per cui il flusso di calore che attraversa il solaio passa:
  • per conduzione attraverso i materiali solidi che permettono una continuità fisica da un ambiente all'altro (il calcestruzzo, il ferro ed i setti in laterizio);
  • per conduzione, convezione (a causa dei movimenti d'aria) e irraggiamento all'interno delle cavità dei blocchi.
 
  La forte diversità geometrica della struttura dei solai, inoltre, non permette di schematizzare gli strati come omogenei e, conseguentemente, di valutare il flusso termico con il metodo della parete multipla. Quindi, si ricorre, spesso, ad una grandezza di tipo globale, detta conduttanza termica "C", definibile sperimentalmente oppure mediante calcoli agli elementi finiti secondo la UNI EN 1745 (2005). Il suo inverso costituisce la resistenza termica unitaria. A complicare le cose, va sottolineato che i solai sono costituiti anche da una serie di ulteriori strati di materiali diversi, con differenti funzioni (di isolamento termico, di sottofondo, di pavimentazione, di impermeabilizzazione, ecc.).
   
Modalità di passaggio del calore attraverso un solaio:
- per conduzione attraverso i solidi in continuità;
- per conduzione, convezione e irraggiamento nelle zone di discontinuità dei materiali e di presenza di aria;
- flusso di calore attraverso i setti verticali continui dei blocchi.
 
 
Nonostante che la norma UNI EN 1745 consenta il calcolo dei valori termici di progetto, oltre che delle chiusure verticali, anche delle coperture, per rapidità, spesso, si fa riferimento alle tabelle della norma UNI 10355, che forniscono le resistenze termiche unitarie delle più diffuse tipologie di solaio in latero-cemento, per ciascuna delle quali sono riportate:
  • la descrizione del "pacchetto";
  • la rappresentazione schematica del solaio e dell'elemento che lo compone (il blocco);
  • la massa volumica del blocco (vuoto per pieno);
  • le dimensioni del blocco e la sua percentuale di foratura;
  • la densità o peso specifico per unità di superficie di solaio;
  • la resistenza termica unitaria riferita alla temperatura media di 20°C.
Tali valori, tuttavia, si riferiscono alla sola struttura solaio e non includono né il contributo degli intonaci, né quello dei coefficienti superficiali di scambio per convezione e radiazione.
Si riportano di seguito le schede esemplificative del calcolo della trasmittanza termica per due tipologie di copertura inclinata, con le stesse stratificazioni e un'unica variabile: lo spessore del solaio in latero-cemento.
La resistenza termica complessiva R delle soluzioni di copertura prese in considerazione è stata calcolata aggiungendo alle resistenze termiche del solaio in latero-cemento, i cui valori fanno riferimento alle tabelle della norma UNI 10355, quelle relative agli intonaci e agli scambi superficiali di convezione e radiazione.
L'obiettivo da perseguire nella definizione progettuale delle diverse stratificazioni non è tanto il soddisfacimento del valore limite di trasmittanza, che può essere rispettato facilmente tramite la collocazione di uno spessore maggiore di materiale isolante, quanto il requisito della massa del solaio in latero-cemento e delle tegole ai fini dell'attenuazione e dello sfasamento dell'onda termica.
 
 
Esempi di stratigrafie di solai di copertura in latero-cemento con manto in laterizio.
 
Se si suppone che le temperature dei due ambienti (interno/esterno), separati dal solaio, rimangano costanti nel tempo, non si rappresenta la situazione reale, poichè la temperatura esterna varia sensibilmente durante il giorno e le stagioni; così, pur mantenendo la temperatura interna il più possibile costante, grazie a un impianto di climatizzazione, questa può variare anche notevolmente nei periodi in cui l'impianto non è in funzione, ad esempio durante la notte. L'involucro è in grado di rispondere a tali variazioni istantanee attraverso l'inerzia termica.
A tale proposito, il laterizio ed il calcestruzzo che compongono il solaio hanno un'ottima capacità di accumulo termico, sia per la loro massa, sia per il loro calore specifico (rispettivamente 0,84 e 0,88 kJ/kg•K). Ciò non avviene, invece, in presenza di soluzioni "leggere" a causa del ridotto valore della loro massa.

Appare chiara, quindi, la necessità di porre molta attenzione ai solai esterni che, per la loro posizione, necessitano anche di una ottimizzazione di tali caratteristiche. In tali circostanze, ancora una volta, emerge l'esigenza di attribuire il maggiore spessore possibile al solaio che si viene a trovare in condizioni di frontiera. Ad una maggiore altezza corrisponde, infatti, a parità di altre condizioni, una minore trasmittanza, un maggior peso e quindi una maggiore inerzia termica. Questa soluzione è da preferirsi anche rispetto a quelle che prevedono, per ragioni statiche, il raddoppio della nervatura. Tale alternativa, infatti, pur offrendo una massa consistente, e quindi una capacità di accumulo termico altrettanto efficace, presenta l'inconveniente di una minore resistenza termica, a causa della minore altezza e della maggiore massa di calcestruzzo e di una sua più marcata conducibilità.
Infine, per utilizzare al meglio la capacità di accumulo termico di una struttura di frontiera è necessario fare in modo che la massa si trovi verso l'interno degli spazi abitati: così il comfort degli occupanti sarà assicurato sia nel periodo invernale che estivo.

Ulteriori informazioni ed approfondimenti inerenti le problematiche termoigrometriche delle coperture in laterizio, nonché particolari costruttivi, modalità di posa, normative specifiche di riferimento, ecc., sono reperibili sul sito www.copertureinlaterzio.it.
 

 

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