Il recladding di un edificio pubblico in clima mediterraneo

La proposta di riqualificazione energetica della sede del Dipartimento Ingegneria Civile e Architettura di Catania è diventata l’occasione per rinnovare l’immagine dell’edificio, che viene dotato di un rivestimento in doghe di terracotta. I calcoli termici hanno tuttavia evidenziato che il recladding può comportare tempi più o meno lunghi di recupero dell’investimento non tutti i benefici sono però monetizzabili ed assumendo un ruolo esemplare nella gestione socio-culturale ed ecologica delle risorse le scelte devono prescindere da criteri meramente economici.

Dei 14 milioni di edifici presenti sul territorio italiano, circa il 70% è stato realizzato prima del 1976¹, anno che corrisponde all’entrata in vigore della prima legge sul risparmio energetico². Considerato che nel bilancio energetico dei paesi dell’UE proprio il settore civile evidenzia il fabbisogno più rilevante³, la riqualificazione del patrimonio edilizio esistente diventa un obiettivo primario. Infatti è proprio l’UE a imporre ai paesi membri un cambiamento radicale nel settore edilizio, attraverso due Direttive:
- la 2010/31/UE, che introduce lo standard di edificio a energia quasi zero (NZEB) per le nuove costruzioni;
- la 2012/27/UE, che impone, ogni anno, la riqualificazione energetica del 3% della superficie coperta totale degli edifici pubblici a partire dall’1.1.2014 (per superfici coperte > 500 m²) e dal 9.7.2015 (per superfici coperte > 250 m²).
Proprio in funzione di queste normative che dovrebbero dare il via ad una riqualificazione progressiva del patrimonio edilizio pubblico, l’obiettivo di questo studio è quello di verificare la fattibilità e la convenienza di un intervento di recladding su un caso rappresentativo dell’edilizia pubblica in Sicilia: l’Edificio 4 della Città Universitaria di Catania, attualmente sede del Dipartimento Ingegneria Civile e Architettura (DICAr) (fig. 1).

Lo stato di fatto
L’edificio del DICAr, completato intorno al 1982, è stato progettato prima che Catania venisse inserita in zona sismica e, peraltro, senza particolare attenzione al contenimento dei consumi energetici. Esso, pertanto, risulta oggi carente in relazione sia alla resistenza alle azioni sismiche, che alla resistenza termica dell’involucro. Se un miglioramento sismico è già stato effettuato circa dieci anni fa, una riqualificazione energetica dell’involucro non è stata invece mai programmata dall’Ateneo.

1. Vista da nord e da sud-est della sede del DICAr di Catania.	2. Veduta aerea dell’edificio in esame.

Tabella 1. Trasmittanza termica degli elementi d’involucro [W/m2K]: stato di fatto e valore massimo secondo il DPR 59/09 per la zona climatica B.

3. Modello dell’edificio creato con Design Builder.

4. Contributi al carico termico invernale di picco.

Caratteristiche architettoniche e costruttive. Il fabbricato è caratterizzato da un volume compatto di circa 21.175 m³, che si articola su 3 elevazioni (oltre ad un ammezzato) per una superficie calpestabile di 5.380 m². Lo schema è di tipo claustrale a pianta quadrata (lato di 48,3 m), con corte centrale, anch’essa di forma quadrata (lato di 15,7 m) (fig. 2).
Le aule didattiche sono ubicate a piano terra e al primo piano, mentre al secondo piano si trovano gli studi dei docenti e gli uffici amministrativi. Le facciate, sviluppate su una superficie di circa 3.080 m², mettono in mostra la struttura portante in calcestruzzo armato a vista, scandita da una griglia regolare di travi-velette e pilastri in sporgenza.
Le tamponature hanno una superficie complessiva di circa 500 m² e sono costituite da una muratura a “cassetta”, formata dalla successione dei 5 strati di seguito elencati, procedendo dall’esterno:
1. pannello prefabbricato in calcestruzzo (3,5 cm)
2. malta cementizia (2 cm)
3. blocchi (12 cm)
4. intercapedine d’aria (4,5 cm)
5. mattoni forati (8 cm)
6. intonaco interno (2 cm)
Gli infissi interessano la facciata per una superficie complessiva di 840 m² e sono realizzati con telai in alluminio anodizzato (senza taglio termico) e vetro singolo da 4 mm di spessore.
Le coperture, a tutti i livelli, sono del tipo a terrazza. Quella del pri-mo piano presenta la seguente stratigrafia, procedendo dal basso:
1. intonaco (2 cm)
2. solaio in c.a. (nervature da 60 o 19 cm)
3. massetto delle pendenze (spessore medio 10 cm)
4. guaina plasto-bituminosa
5. malta di allettamento (2 cm)
6. pavimentazione (2,5 cm)
La stessa stratigrafia vale per la copertura del secondo piano, a meno di due nuovi strati, successivamente sovrapposti a quelli esistenti: un ulteriore massetto delle pendenze e un’impermeabilizzazione in vetroresina.
Tutti gli elementi dell’involucro sopra descritti presentano valori di trasmittanza termica U notevolmente superiori rispetto ai limiti prescritti dalla normativa vigente⁴ nei casi di ristrutturazione, come indicato in tabella 1.
Sempre in copertura, sono stati collocati di recente pannelli fotovoltaici (PV), la cui produttività annuale di energia elettrica è risultata sinora pari a circa 110.000 kWh.
Gli ambienti interni non sono dotati di impianti di ventilazione meccanica; pertanto i ricambi d’aria vengono effettuati tramite l’apertura manuale delle finestre. L’intero fabbricato è dotato di un impianto centralizzato di riscaldamento ad acqua calda con radiatori in ghisa, alimentato da una tradizionale caldaia a gasolio, che serve diversi edifici della Città Universitaria. Il secondo piano è poi stato attrezzato con impianti di raffrescamento estivo, costituiti da condizionatori autonomi (tipo “split”) alimentati elettricamente.

Analisi del fabbisogno energetico. Per valutare il fabbisogno energetico dell’edificio, sono stati elaborati calcoli in regime dinamico con il programma DesignBuilder, interfaccia grafica di EnergyPlus (fig. 3). Sulla scorta di tali calcoli, in fig. 4 sono rappresentati i carichi invernali di picco, distinguendo i contributi legati a ciascuna voce del fabbisogno energetico invernale dell’immobile nella sua configurazione attuale.
Gli elementi d’involucro maggiormente disperdenti risultano le chiusure verticali opache: travi e pilastri in calcestruzzo armato (60 kW) e tamponature esterne (8 kW); seguono infissi (54,9 kW) e coperture (41,4 kW). Le infiltrazioni esterne producono notevoli fabbisogni (63 kW).
Gli altri elementi, come i pavimenti contro terra, determinano invece un carico termico modesto 5,1 kW. In conclusione, le infiltrazioni esterne, insieme alle chiusure verticali opache, rappresentano le principali cause del consumo energetico, incidendo ciascuna in misura del 28%. Seguono gli infissi (24%) e le co-perture (18%), mentre i pavimenti contro terra determinano un carico trascurabile (2%).
Il bilancio termico appena descritto suggerisce già i possibili interventi da adottare: l’incremento della resistenza termica di vetrate, chiusure verticali e coperture, nonché la riduzione delle infiltrazioni esterne mediante una maggiore tenuta dell’involucro.
Sono stati quindi valutati i consumi di energia primaria relativi al riscaldamento invernale dell’edificio (EP_i)⁵, in modo da identifi-care la classe energetica. A tal fine, è stato considerato il fabbisogno energetico di riscaldamento ottenuto dalle simulazioni dinamiche condotte su EnergyPlus, ed un rendimento medio annuale per
l’impianto di riscaldamento pari al 65%. I risultati sono i seguenti:
EP_i= 9,6 kWh/m³anno
Classe energetica = F
Ai fini, invece, della classificazione NZEB, come sottolineato dalla direttiva 2010/31/UE, nel calcolo dell’indice di prestazione ener-getica si devono conteggiare anche i consumi relativi alla produzione di acqua calda sanitaria (EP_acs), all’illuminazione (EP_ill) e al raffrescamento estivo (EP_e). Il bilancio globale può dunque essere calcolato come:
EP_gl= EP_i+ EP_acs+ EP_ill+ EP_e- E_pv
dove E_pv è il contributo legato alla produzione di energia elettrica da fonte fotovoltaica. Tenendo conto dell’efficienza media dei sistemi split per il condizionamento estivo, ed attribuendo un’efficienza media del 46% alla produzione e distribuzione dell’energia elettrica, risulta:
EP_gl= 8,3 kWh/m³anno > 0
La presenza dell’impianto PV non è dunque sufficiente a bilanciare i consumi totali di energia primaria e a rendere l’edificio un NZEB.

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Note
1. Valori desunti dai dati ISTAT, censimento 2011.
2. Legge n. 373 del 30.4.1976 e successivo decreto attuativo D.P.R. n. 1052 del 28.6.1977.
3. B. Atanasiu, I. Kouloumpi (2013), Boosting building renovation. An overview of good practices, Buildings Performance Institute Europe (BPIE), Brussels, 2013.
4. D.P.R. 2 aprile 2009, n. 59.
5. Per definire la classe energetica, si è fatto riferimento al D.M. 26.6.2009, “Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici”. Per il calcolo di EPi, si è tenuto conto dei ponti termici e dell’energia ausiliaria relativa all’impianto di riscaldamento.