Che cos'è una facciata ventilata: caratteristiche e requisiti termoigrometrici

La risposta dettagliata è contenuta nel libro "FACCIATE VENTILATE - Elementi di Architettura" a cura dell'Arch. Pasquale Cascella edito da Brianza Plastica da cui è estratto il presente articolo. All'interno del documento la definizione, la descrizione della sua stratigrafia e quella dei requisiti termoigrometrici che la caratterizza, come la trasmittanza termica, lo sfasamento e lo smorzamento dell'onda termica e tanti altri.

Definizione e stratigrafia della Facciata Ventilata

La facciata ventilata è il sistema costruttivo aggiornato dell’involucro che, integrando coibentazione a cappotto e intercapedine ventilata, permette di migliorare decisamente efficienza energetica e comfort. Condizioni determinanti però per raggiungere le prestazioni attese, sono: la qualità dei materiali utilizzati, una progettazione completa ed una esecuzione attenta ad ogni dettaglio.

Offrendo numerose soluzioni di finitura esterna e, con opportuni accorgimenti, anche la possibilità di essere installata su qualsiasi supporto murario o strutturale, la facciata ventilata si propone oggi anche come un ottimo sistema di riqualificazione energetica e formale di edifici esistenti, superando il tradizionale “cappotto” costituito da materiale coibente intonacato che, privo di paramento protettivo e di intercapedine ventilata, non può garantire una lunga durata e adeguate prestazioni in regime estivo.

Rispetto alla larga diffusione di facciate interamente vetrate e trasparenti dei primi tempi, con gli anni si è dovuto constatare che, nonostante eccellenti miglioramenti delle prestazioni del vetro, con sistemi di facciata leggera, monovetro o doppio vetro, è difficile evitare problemi di surriscaldamento, eccessivo consumo energetico e scarso benessere termico/luminoso. Si è così sempre più diffusa una soluzione-tipo di facciata ventilata composta da:

• paramento esterno vetrato o opaco;
• camera d’aria ventilata;
• isolamento termico a cappotto;
• parete “pesante” verso l’interno generalmente in blocchi di laterizio o calcestruzzo intonacati o rivestiti, all’interno, con cartongesso.

Molto spesso, il vetro che vediamo oggi rivestire l’intero edificio, in realtà non svolge una effettiva funzione di trasparenza in tutta la facciata, ma solo in alcune parti in quanto, dietro la vetrata visibile dall’esterno, c’è in realtà una chiusura opaca, solo parzialmente vetrata. Il vetro che riveste l’intera facciata assolve quindi una funzione estetica e di protezione degli strati interni; al più, nei casi in cui la ventilazione è regolabile, genera un positivo guadagno termico nel periodo freddo che però, nel periodo caldo, diventa controproducente se non attenuato e controllato efficacemente mediante ventilazione.

La parete ventilata è un sistema di facciata in cui il paramento esterno è distaccato dagli altri strati della parete allo scopo di realizzare una camera d’aria ventilata attraverso il moto convettivo dell’aria (“effetto camino”) dovuto alla differenza di temperatura dell’aria presente nell’intercapedine e attivato da aperture poste alla base e alla sommità. Tale effetto è innescato dal riscaldamento del paramento esterno, che a sua volta riscalda l’aria dell’intercapedine causandone l’aumento di volume e il conseguente moto ascensionale. Il vantaggio è maggiore in regime estivo perché permette di smaltire, attraverso l’intercapedine ventilata, buona parte della quantità di calore prodotta dall’irraggiamento solare sul paramento esterno.

Come funziona nelle varie stagioni

Il comportamento stagionale della parete si può così sintetizzare:

- estate: parte del calore prodotto dall’irraggiamento solare viene riflesso all’esterno; la parte che entra nell’intercapedine attiva l’effetto camino, viene in parte smaltita all’esterno, mentre solo la parte residua viene assorbita dall’edificio;

- inverno: la ventilazione dell’intercapedine comporta una certa penalizzazione degli effetti isolanti del coibente, ma di entità contenuta in quanto l’effetto camino nella stagione fredda è ridotto, soprattutto con il cielo coperto dato che, per l’assenza di un forte calore incidente che riscaldi il paramento esterno, l’aria interna all’intercapedine e l’aria esterna sono circa alla stessa temperatura e densità.

La regolazione dei flussi d’aria attraverso l’involucro può essere gestita tramite serrande manuali o motorizzate. Determinati sistemi possono anche non presentare comandi di regolazione, così come nei tetti ventilati più diffusi, ma avere le aperture di entrata e uscita del flusso d’aria unicamente munite di protezione anti-passero.

In determinati sistemi e condizioni, anche la spinta dinamica del vento può fornire un contributo al moto dell’aria interna all’intercapedine.

Il sistema, se ben progettato e realizzato, determina benefici di:

• efficienza energetica;
• comfort;
• salubrità.

Stratigrafia del sistema costruttivo

Il sistema è composto da quattro principali strati interconnessi tra di loro:

• parete perimetrale portante, in muratura o altro materiale, adeguata a sostenere gli altri strati;
• strato isolante applicato “a cappotto” sul lato esterno della parete portante;
• intercapedine ventilata;
• rivestimento esterno, realizzabile con diversi materiali: laterizi, doghe, lamiere, cristalli, pietre naturali, pannelli cementizi o in fibro-cemento.

I quattro strati sono tra loro collegati strutturalmente mediante:

• sottostruttura che collega il rivestimento esterno alla parete interna;
• sistema di ancoraggio della sottostruttura allo strato portante, costituito da staffe, profili, tasselli (metallici o chimici);
• sistema di fissaggio del rivestimento esterno alla sottostruttura, idoneo a consentire la sostituzione di singoli pannelli di facciata e assorbire deformazioni termiche e piccoli spostamenti, dovuti al vento o al sisma, costituito da viti, bulloni, rivetti, squadrette e boccole.

I Requisiti Termoigrometrici della Parete Ventilata

Nelle facciate ventilate, dal punto di vista termoigrometrico, vanno adeguatamente considerate, approfondite e risolte tre fondamentali problematiche:

• efficienza energetica, in estate e inverno;
• smaltimento del vapore prodotto all’interno degli ambienti riscaldati;
• tenuta all’acqua.

Efficienza energetica

Se si considera l’enorme quantità di facciate esistenti classificabili come “energivore” e la loro incidenza sul totale dei consumi energetici del settore edilizio, ci si può facilmente rendere conto di come l’impiego di sistemi di facciata ventilata con isolamento a cappotto possa costituire una fondamentale modalità di intervento nella riqualificazione energetica dell’edilizia esistente.

Se ben progettata, una facciata ventilata può raggiungere anche un ottimo livello di rendimento energetico, soprattutto in regime estivo, in quanto, riducendo i carichi termici, consente di contenere i consumi energetici per raffrescamento. Anche in regime invernale si possono ottenere buone prestazioni, dato che il paramento esterno protegge lo strato coibente e la ventilazione lo mantiene asciutto, condizione fondamentale per la sua efficacia. È necessario però che, nelle diverse configurazioni di facciata, venga ben valutata la dispersione di calore causata dalla velocità dell’aria nell’intercapedine.
Per meglio comprendere e valutare le prestazioni che le diverse tipologie di facciata ventilata possono raggiungere in termini di efficienza energetica, comfort e salubrità degli spazi abitati, è utile aver presente le principali forme di scambio termico e di climatizzazione.

Il percorso della climatizzazione

Salvo poche parti del pianeta in cui il clima, particolarmente favorevole, consente di creare un buon livello di comfort solo attraverso un’adeguata conformazione bioclimatica della costruzione (senza necessità di impiantistica), per il resto l’involucro edilizio rappresenta il punto di arrivo del processo energetico della climatizzazione che parte dalle fonti energetiche impiegate ed è caratterizzato da tre successivi passaggi: trasformazione, distribuzione, dispersione.

- Le fonti, da cui può provenire la produzione energetica, si dividono in fossili (petrolio, metano, carbone, uranio) e rinnovabili (radiazione solare, biomasse, energia idraulica, energia eolica, maree, geotermia, aria);

- la trasformazione in energia avviene mediante generatori (caldaie, pompe di calore, pannelli solari fotovoltaici, pannelli solari termici, caminetti, stufe, impianti eolici, impianti idroelettrici);

- la distribuzione, dai generatori, mediante tubazioni e collettori, arriva ai terminali che possono essere ad alta temperatura (termosifoni, fan coil), a bassa temperatura (pavimento, pareti e soffitto radianti) o ad aria (split, aria condizionata);

- la dispersione può avvenire per trasmissione di calore attraverso le parti dell’involucro opache (murature, pannelli in c.a. o legno, cartongesso, isolanti) o trasparenti (vetri, altri materiali trasparenti) che possono essere attrezzate con schermature e tende, oppure per ventilazione, degli ambienti o dell’involucro stesso, in maniera naturale o meccanizzata.

Differenti combinazioni tra le diverse tipologie d’involucro e i vari sistemi di climatizzazione producono differenti effetti per il comfort e per l’ambiente.

Il percorso della progettazione

In fase di progettazione architettonica, bisogna tenere sempre presente che il risultato del progetto dipende da quanto si è saputo (o potuto) fare nella soluzione di tutte le problematiche che ricorrono nel progetto e che sono di ordine urbanistico-ambientale, distributivo, strutturale, igienico-climatico, estetico ed economico. Non è possibile conseguire un buon risultato progettuale senza aver considerato tutti questi aspetti. Se l’interesse del progettista si sofferma solo su uno, magari quello estetico, il risultato sarà effimero, legato alla moda passeggera e magari, col tempo, soggetto a precoce degrado edilizio.
Sulla base di queste premesse, per quanto riguarda l’argomento del libro, le facciate ventilate, è di fondamentale importanza la valutazione attenta dei requisiti termoigrometrici che deve garantire l’intero sistema involucro-impianti.

Il flusso termico

Il flusso termico q, in una determinata direzione x, è la quantità di calore Q (Q=portata di calore in Watt) che si propaga nella direzione x per unità di superficie perpendicolare alla direzione x.

La resistenza termica può essere incrementata inserendo all’interno della parete uno o più strati caratterizzati da bassi valori di conduttività termica (materiali isolanti).

L’andamento delle temperature all’interno della parete dipende dalla posizione degli strati. Il salto termico è maggiore in corrispondenza degli strati isolanti.

Trasmittanza termica nelle pareti ventilate

Determinare il valore di trasmittanza termica di una parete ventilata è un’operazione più complessa rispetto a pareti non ventilate. Per semplificare, si tende ad eseguire un calcolo in regime stazionario, senza considerare intercapedine e paramento esterno, considerando quindi solo gli strati che vanno dall’interno fino allo strato coibente a contatto con la camera d’aria.

Volendo considerare anche il contributo dell’intercapedine e del rivestimento, le verifiche dovrebbero prendere in esame anche le variazioni stagionali delle condizioni climatiche e i relativi effetti sull’involucro.
In regime estivo, andrebbero quindi considerati:

• riflessione di parte dell’irraggiamento solare all’esterno;
• riscaldamento del paramento esterno e smaltimento di una parte di calore per ventilazione;
• effetto dell’irraggiamento del paramento esterno sullo strato coibente e quindi sulla parete interna.

In regime invernale, con la chiusura delle griglie di immissione ed espulsione dell’aria:

• la trasformazione dell’intercapedine ventilata in intercapedine d’aria riscaldata.

Nei sistemi micro-ventilati o debolmente ventilati, in genere non attrezzati con griglie di immissione ed espulsione aria, la circolazione d’aria, ridotta e dipendente dalla superficie aperta dei giunti orizzontali e verticali, è comunque molto importante nel periodo caldo per lo smaltimento del calore prodotto dall’irraggiamento solare e utile anche nel periodo freddo, per mantenere asciutto e in piena efficienza lo strato isolante.

Il ponte termico

In una parete esterna si verifica un “ponte termico” in corrispondenza delle parti in cui si ha una dispersione di calore sensibilmente diversa da quella delle superfici adiacenti. Le cause possono essere diverse:

• forte discontinuità degli spessori dei materiali coibenti;
• assenza di isolamento termico in corrispondenza dei parapetti e dei controtelai;
• elementi strutturali inseriti all’interno dello spessore dell’involucro o che fuoriescono all’esterno, quali travi, pilastri, balconi, solai;
• riduzione di spessore dell’involucro e/o dell’isolamento termico, dovuto a passaggio di impianti, canne fumarie;
• impiego nell’involucro di materiali molto eterogenei.

In corrispondenza di queste parti dell’involucro si rileva un incremento del flusso termico che, oltre a causare una considerevole maggiore dispersione termica (nell’ordine anche del 30% del consumo totale di energia), può compromettere la durabilità dei materiali interessati dal ponte termico in quanto l’umidità presente negli ambienti, incontrando una superficie con temperatura decisamente più bassa, cambia di stato, ovvero si trasforma in acqua, originando così la condensa e, di conseguenza, la formazione di muffe. Quindi il ponte termico genera tre tipi di problemi: energetico, di degrado e di salubrità degli ambienti.

Per evitare i ponti termici è quindi innanzitutto necessario che non ci siano, su tutta la superficie della parete esterna, interruzioni dell’isolamento termico o sue eccessive riduzioni di spessore.

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All'interno si trattano i seguenti requisiti:

• sfasamento e smorzamernto dell'onda termica
• diffusione del vapore
• condensazione
• prevenzione ed eliminazione della condensa
• climatizzazione e comfort