Ottimizzazione energetica, tecnico – costruttiva ed economica di interventi di retrofit di edifici esistenti isolati e multipiano: valutazione sperimentale e analitica

The existing building energy restoration provides a great energy saving potential for our country where most of building envelopes are lacking of thermal insulation or with small insulation thicknesses. The energy saving standards developed over the past few years have led to the adoption of envelopes with increasing thicknesses of insulating material placed either externally or internally both in new buildings and in retrofit, without considering the effects on summer comfort and consumption. Directive 2012/27/EU has recently highlighted the importance of referring to the local climate also taking interior comfort and global cost into account for the definition of optimal set of retrofit measures. The aim of this study is to identify the most suitable thermal insulation technique in a Mediterranean climate and define the relative constructive and economic details for both single-family houses and multi-storey buildings typical of the local housing. In the first case, the study involved an experimental investigation on a single-family house (characterized by walls with different thermal inertia) and analytical dynamic thermal simulations (EnergyPlus) to compare different retrofit measures and extend the study to new building envelopes. The different solutions were compared from the point of view of comfort, energy savings and global cost. The study shows that the most suitable intervention is the introduction of an insulation layer on the external side of the building envelope leaving an adjacent air gap alternatively sealed in wintertime and ventilated during the summer thus allowing the existing massive envelope to maintain its seasonal dynamic behaviour. This technology could be advantageously adopted on both walls and roof. Details and prototypes images of the recently patented system are presented. In the second case, the study was carried out on an apartment block constructed in the 1982s adopting a vertical envelope made by precast concrete panels with glass wool insulation placed on the ambient side. The research included the following phases: laboratory tests on insulation samples to quantify any changes of morphological, chemical and physical proprieties of the material; detailed on-site monitoring in order to analyse the actual thermal performances of the building envelope, the thermal comfort conditions and the consumptions; dynamic thermal simulations to assess the impact of different retrofit scenarios by comparing from the point of view of comfort, energy savings and global cost. The results show that the glass fibres has a partial crystallization and aging resulting in worsening of 5 – 10% of the wall thermal transmittance; the location and exposure influence the flat use modalities (natural ventilation, heating ignition) thus affecting both comfort and consumptions at the different floors. The preferable retrofit was found to be the introduction of an insulation layer on the external side of the walls leaving an adjacent air gap ventilated during the summer and the maintenance of the existing inner insulation layer. Details of the preferable retrofit solution are presented.

L’intervento sul patrimonio edilizio esistente rappresenta una grande potenzialità di risparmio energetico per il nostro paese dove gran parte degli involucri sono privi di coibentazione termica o provvisti di spessori ridotti. Le normative sul risparmio energetico sviluppate nel corso degli ultimi anni hanno determinato, sia negli edifici nuovi che nel retrofit degli esistenti, l’introduzione di spessori notevoli di coibente posti indifferentemente esternamente o internamente senza considerare gli effetti su comfort e consumi estivi. Di recente la Direttiva Europea 2012/27/EU ha sottolineato l’importanza di riferirsi al clima locale considerando anche comfort interno e costo globale degli interventi per la definizione di soluzioni ottimali. La presente ricerca si propone quindi di individuare e definire fino al dettaglio costruttivo ed economico la tecnologia di coibentazione termica più adatta in un clima mediterraneo per edifici singoli e plurifamiliari tipici dell’edilizia locale. Nel primo caso lo studio ha riguardato uno studio sperimentale su un edificio isolato (caratterizzato da pareti a diversa inerzia) e una fase analitica con simulazioni termiche dinamiche (EnergyPlus) per valutare l’incidenza di diversi interventi di retrofit ed estendere lo studio a pareti di nuova realizzazione. Gli interventi sono stati confrontati dal punto di vista di comfort, risparmio energetico e costo globale. Lo studio ha permesso di dimostrare come l’intervento migliore sia l’introduzione di un coibente sul lato esterno dell’involucro lasciando un’adiacente intercapedine d’aria alternativamente sigillata in inverno e ventilata in fase estiva, permettendo così all’involucro massivo di mantenere il suo comportamento dinamico stagionale. Questa tecnologia può essere vantaggiosamente utilizzata sia sulle pareti che in copertura. Del sistema brevettato vengono presentati dettagli e immagini di prototipi realizzati. Nel secondo caso lo studio è stato condotto su un edificio costruito nel 1982 adottando un involucro verticale con pannelli prefabbricati di cemento e isolante in lana di vetro sul lato interno. La ricerca ha incluso le seguenti fasi: test di laboratorio su campioni di materiale isolante per quantificare i cambiamenti morfologici, chimici e fisici del materiale; un’approfondita fase di monitoraggio in opera per analizzare le reali prestazioni termiche dell’involucro, le condizioni di comfort e i consumi; simulazioni termiche in regime dinamico per valutare l’impatto di differenti scenari di retrofit confrontati dal punto di vista di comfort, risparmio energetico e costo globale. I risultati mostrano che l’isolante in fibra di vetro presenta una parziale cristallizzazione e un invecchiamento con conseguente peggioramento del 5 – 10% della trasmittanza termica della parete; la posizione e l’esposizione influenza le modalità d’uso degli alloggi (ventilazione naturale, accensione del riscaldamento) incidendo così sia sul comfort che sui consumi ai vari piani. L’intervento di retrofit migliore è risultato essere quello che prevede l’applicazione del coibente sul lato esterno delle pareti interponendo un’intercapedine ventilata in fase estiva e il mantenimento dell’isolante esistente sul lato interno. Della soluzione risultata migliore vengono presentati dettagli costruttivi.