Materiali e componenti per l'efficienza energetica delle chiusure verticali: le principali linee di sviluppo proposte dal mondo della ricerca.
Intervento dell'ing. Martino Labanti - Direttore Tecnico Scientifico di CertiMaC.
Materiali per l'efficienza energetica delle chiusure verticali
2. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Uso efficiente dell’energia e miglioramento delle prestazioni
energetiche nel settore edilizio: le proposte dei ricercatori
Martino Labanti – CertiMaC • ENEA
3. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Parte prima
LE ISTANZE DEL MERCATO E LA
RISPOSTA DEI PRODUTTORI
La sfida energetica ha coinvolto in modo trasversale il mondo delle
costruzioni (uno dei settori più energivori): dall’impianto normativo
europeo e nazionale, allo studio di nuove soluzioni costruttive,
passando per i nuovi materiali e la riqualificazione del patrimonio
edilizio esistente
4. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
LA SFIDA ENERGETICA NEL MONDO DELLE COSTRUZIONI
Quadro
normativo
europeo e
nazionale
Istanze del EFFICIENZA Innovazione
mercato e da parte
degli ENERGETICA delle
acquirenti DEGLI EDIFICI Imprese
Linee di
sviluppo da
parte della
Ricerca
5. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
I MACRO -TEMI
Impianti
efficienti
La tipicità Involucri
mediterranea performanti
EFFICIENZA
ENERGETICA DEGLI
EDIFICI
Materiali ad
Riqualificare
alte
l’esistente
prestazioni
Ripensare il Materiali eco-
nuovo sostenibili
6. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
LA RISPOSTA DEI PRODUTTORI
I nuovi scenari spingono tutta la filiera del settore
delle costruzioni - produttori di materiali e
componenti, progettisti, imprese di costruzione -
verso una maggiore efficienza energetica e qualità
esecutiva.
Dal focus group emerge che:
> Per le strutture opache di involucro l’innovazione
viene perseguita sui materiali tradizionali, che, nella
pratica costruttiva, rimangono ancora i più utilizzati.
> Tra questi il materiale maggiormente diffuso sul
territorio nazionale è sicuramente il laterizio.
7. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
IL COMPARTO DEI LATERIZI
Il segmento maggiormente interessato dall’innovazione
di prodotto legata ai temi dell’efficienza energetica è
quello dei blocchi per murature.
Principali linee di intervento
ottimizzazione dell’impasto di argilla (porizzazione del materiale
di base);
ottimizzazione configurazione delle geometrie (layout cavità
d’aria, setti sottili);
riempimento dei fori con materiali isolanti (lana di roccia,
sughero, polistirene, perlite espansa, …);
blocchi rettificati o blocchi predisposti con giunti ad incastro per
ridurre l’utilizzo delle malte e quindi i ponti termici;
integrazione con malte murarie ed intonaci ad alte prestazioni
termiche;
funzionalizzazione delle superfici esterne a vista od intonacate.
8. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Parte seconda
LE PROPOSTE DEI RICERCATORI
Il sistema della ricerca della regione Emilia-Romagna supporta la
ricerca industriale ed il trasferimento tecnologico in campo edilizio per
rafforzare il tessuto produttivo regionale promuovendo la cultura
dell’innovazione
9. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
IL DISTRETTO FAENTINO
DEDICATO AI MATERIALI
Ceramici Industriali, Processi
Tecnologie e Qualificazione
e Materie Prime
Chimica materiali avanzati
Energia, Ambiente e Processi Fisica e Meccanica
10. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
UNITA’ UTTMATF FAENZA
L’Unità tecnico-scientifica ENEA di Faenza, specializzata nello
sviluppo e qualificazione di materiali innovativi, ceramici e
compositi, ha sviluppato, su accordo con ANDIL-Assolaterizi, un
Laboratorio dedicato alla qualificazione e certificazione di
materiali e prodotti da costruzione.
Investimenti in attrezzature e strumentazione di
caratterizzazione meccanica, fisica, ambientale,
(prove di gelo/disgelo su varie norme Europee);
Sviluppo di metodologie di prova su norme
nazionali ed Europee;
Collaborazioni internazionali per lo sviluppo di
procedure di prova di gelo/disgelo innovative,
partecipazione a round robin tests interlaboratorio;
Gestione della certificazione e rapporti con i
LABORATORIO ANALISI CHIMICHE
produttori in accordo con APC e, dal 2005 in accordo
con CertiMaC; LABORATORIO PROVE FISICO-
MECCANICHE
Dal 2008 sviluppo delle attrezzature e metodologie
LABORATORIO PROVE AMBIENTALI
di qualificazione termo-fisica dei materiali per
LABORATORIO ANALISI E PROVE
l’involucro edilizio: laterizi, malte, isolanti, etc. TERMO-FISICHE
11. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Divisione Efficienza Energetica Edifici
Strumenti e Metodi per la determinazione
sperimentale del potere termoisolante di materiali
tradizionali e avanzati per l’involucro.
Lo strumento utilizzato è un termoflussimetro con
anello di guardia UNITHERM 2022 in grado di testare
un’ampia gamma di materiali con un elevato range di
temperatura, da -30° a +300°C.
I risultati ottenuti attraverso le prove sperimentali
rappresentano un utile data-base per l’avvio di progetti
di ricerca scientifica ad hoc su impasti, materie prime e
materiali ad alte prestazioni energetiche.
L’attività di ricerca si sviluppa anche attraverso
rapporti internazionali con l’obiettivo di affinare le
procedure di calibrazione (interne ed esterne) attraverso
una serie di analisi incrociate su molteplici tipologie di
materiali. Si citano le collaborazioni con il CTMNC
francese, il Dip.to DIENCA della Univ. Di Bologna e
l’Istituto di Metrologia INRIM.
Strumenti di Modellazione Numerica per analisi in
regime stazionario e dinamico, 2D e 3D volti alla
determinazione dei principali parametri termici di pareti
multistrato, valutazioni rischio condensa e di resistenza
al fuoco di strutture civili.
12. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
RICERCA & SVILUPPO DI PRODOTTI E
SOLUZIONI INNOVATIVE IN EDILIZIA
Blocchi di laterizio ecocompatibili ad alte
prestazioni termiche;
Miglioramento prestazioni termiche
dell’involucro mediante P.C.M.;
Sistemi innovativi in calcestruzzo prefabbricato
per l’edilizia sociale;
Sistemi energeticamente performanti e
sostenibili per interventi di
ristrutturazione/riqualificazione.
13. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Blocchi di laterizio
ecocompatibili ad alte
prestazioni termiche 1/4
Bisogni:
Il mercato richiede elementi per l’involucro ad alte
prestazioni termiche;
Crescente attenzione per l’eco-sostenibilità dei materiali;
Soprattutto nei paesi di fascia mediterranea, è
fondamentale tutelare, oltre al grado di isolamento, il
ricorso a materiali traspiranti, ecologici e con elevata
massa come il laterizio (elevata inerzia termica) per
favorire una buona prestazione in regime Estivo.
14. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Blocchi di laterizio
ecocompatibili ad alte
prestazioni termiche 2/4
Obiettivo
Studio, sviluppo e messa a punto di laterizi
alleggeriti in pasta mediante materiali di
origine naturale ed eco-compatibili provenienti
dal riciclo/riutilizzo di scarti di processi
produttivi ed in grado contribuire
all’innalzamento delle proprietà di isolamento
termico.
15. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Blocchi di laterizio
ecocompatibili ad alte
prestazioni termiche 3/4
L’alleggerimento con materiale di origine naturale
Il Laterizio porizzato per murature viene realizzato
aggiungendo all’impasto tradizionale di argilla acqua e sabbia
materiali di origine naturale a bassa granulometria (2-2,5 mm)
che durante la cottura emettono gas e lasciano microalveoli
vuoti, fra loro non comunicanti e uniformemente diffusi nella
massa d’argilla.
Questa microporosità conferisce al mattone un elevato
grado di isolamento termico oltre alle già buone proprietà in
termini di elevata permeabilità al vapore, resistenza al fuoco e
al gelo (elementi esposti).
I blocchi possono essere prodotti in diversi formati;
tradizionali o rettificati con giunti verticali ad incastro per
realizzare murature portanti e di tamponamento.
16. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Blocchi di laterizio
ecocompatibili ad alte
prestazioni termiche 4/4
Quali materiali?
Materiale ecologico per l’alleggerimento in pasta dei laterizi che
rappresenti lo scarto di un altro processo produttivo presente in
regione Emilia-Romagna:
- Comparto agroalimentare
- Derivati da Bio-compostaggio (Bio-digestati)
Linea di ricerca
Fattibilità inserimento in pasta in diverse % per
l’alleggerimento/porizzazione;
Qualificazione degli impasti da un punto di vista termico,
fisico, meccanico, igrometrico.
Integrazione con Malte per muratura ed Intonaci ad elevate
prestazioni termiche (sviluppo di premiscelati innovativi od
additivati con elementi isolanti o funzionalizzanti).
17. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Miglioramento prestazioni
termiche dell’involucro
mediante P.C.M. - Phase
Changing Materials 1/4
Bisogni:
L’edilizia soprattutto in fascia mediterranea
necessita di materiali per l’involucro con
prestazioni termiche studiate per il regime
estivo, in cui si registra la concomitanza di
climi molto caldi e di forti escursioni termiche
tra giorno e notte.
In queste condizioni è necessario che
l’involucro opaco svolga la funzione di
attenuare e sfasare l’onda termica diurna per
garantire il mantenimento delle condizioni di
benessere termoigrometrico all’interno.
18. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Miglioramento prestazioni
termiche dell’involucro
mediante P.C.M. - Phase
Changing Materials 2/4
Obiettivo
Studio, sviluppo e messa a punto di laterizi/pannelli per muratura
con, all’interno dei setti, di materiali a cambiamento di fase.
I materiali a cambiamento di fase
Accumulando il flusso di calore entrante/uscente nell/dall’involucro
con una T°di fusione/solidificazione pari a circa 25°C, consentono di
ottimizzare la prestazione della muratura in regime estivo favorendo
lo smorzamento e l’attenuazione dell’onda termica.
Positivamente applicati nella sperimentazione di pannelli in
cartongesso o in legno, intonaci, sistemi di facciata vetrati o in
plexiglas, isolanti termici, impianti di riscaldamento e di
raffrescamento passivo, collettori solari e scambiatori di calore.
19. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Miglioramento prestazioni
termiche dell’involucro
mediante P.C.M. - Phase
Changing Materials 3/4
Attualmente i P.C.M. sono reperibili sul mercato (in particolare
produttori tedeschi e statunitensi), ma mancano sperimentazioni su
larga scala relativamente ad:
applicazione/integrazione con il laterizio;
benefici energetici sul sistema edificio-impianto;
Applicabilità a livello industriale e del processo produttivo;
Verifica della Durabilità e della Stabilità/Salubrità nel tempo.
I PCM attualmente disponibili sono compositi organici paraffinici e
idrocarburi ottenibili come sottoprodotti della raffinazione del
petrolio o per polimerizzazione, e alcuni inorganici come sali idrati.
20. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Miglioramento prestazioni
termiche dell’involucro
mediante P.C.M. - Phase
Changing Materials 4/4
Macro-Azioni
Individuare opportunamente un materiale P.C.M.
che per caratteristiche fisico-chimiche e
prestazionali possa risultare compatibile con il
riempimento dei setti;
Individuare le opportune tecnologie di prodotto e
di processo per ottimizzare l’integrazione P.C.M. –
LATERIZIO (lay-out fori, modalità di inserimento, …)
e P.C.M. – PANNELLI in CLS o CARTONGESSO;
Qualificare per via sperimentale le caratteristiche
del nuovo laterizio/pannello per muratura riempito
sotto il profilo termico, fisico, meccanico,
igrometrico.
21. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Sistemi innovativi in
calcestruzzo prefabbricato
per l’edilizia sociale 1/3
Bisogni:
La sempre maggiore richiesta di abitazioni a
fronte di una minore disponibilità finanziaria
dell’utente finale, apre la strada al Social
Housing, sinonimo, nel contesto odierno, non
solo di “edilizia popolare”, ma di:
Casa a Costo Contenuto costruita secondo criteri
di efficienza strutturale, energetica e acustica tali
da rispondere ai requisiti delle normative nazionali
ed europee.
22. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Sistemi innovativi in
calcestruzzo prefabbricato
per l’edilizia sociale 2/3
Obiettivi:
sviluppo di sistemi di progettazione,
realizzazione e messa in opera volti alla
realizzazione di involucri in cls prefabbricato
destinati al Social Housing.
Il Cls prefabbricato, se opportunamente
progettato e arricchito con le odierne
tecnologie energeticamente efficienti, può
costituire un punto di svolta nell’Housing di
medio-bassa fascia.
23. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Sistemi innovativi in
calcestruzzo prefabbricato
per l’edilizia sociale 3/3
Obiettivi:
Progettazione di moduli/involucri prefabbricati studiati
opportunamente per rispondere ai criteri di affidabilità a sicurezza
(sismicità, res. al fuoco), ai criteri di isolamento termico (in regime
invernale ed estivo) ed acustico;
Definizione di modelli e metodi per favorire lo sviluppo della
prefabbricazione passando da Pannelli 2D a moduli abitativi 3D
con l’integrazione di impianti e componenti trasparenti fino,
eventualmente, alla “fabbrica in cantiere”;
Fattibilità ed implementazione di sistemi “semi prefabbricati” di
muratura in laterizio.
24. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Sistemi energeticamente
performanti e sostenibili
per interventi di
ristrutturazione/riqualifica
zione 1/3
Background:
Parco immobiliare italiano vetusto e scarsamente performante:
Le nuove costruzioni rappresentano lo 0,6% del patrimonio
immobiliare;
Circa due terzi degli edifici esistenti sono antecedenti al 1973; anno in
cui è stato emesso il primo regolamento riguardo al risparmio energetico
nelle nuove costruzioni;
17,5 milioni gli edifici che “consumano” in media tra i 200 e i 250
kwh/m2anno;
8,8 milioni che “consumano” 150 kwh/m2anno;
Un edificio di nuova costruzione deve “consumare” non più di 60÷90
kWh/m2anno.
25. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Sistemi energeticamente
performanti e sostenibili
per interventi di
ristrutturazione/riqualifica
zione 2/3
Bisogni:
Per intervenire in modo determinante nell’abbattimento dei consumi
è indispensabile risanare e riqualificare i “giganti del consumo”.
A ciò si aggiunga la decisione a livello europeo, nazionale e locale di
favorire la riqualificazione dell’esistente piuttosto che concedere
nuove aree di urbanizzazione.
Ne consegue che sarebbe opportuno effettuare in maniera
sistematica la Diagnosi Energetica del patrimonio esistente con
conseguente sostentamento delle opere di Efficientamento delle
strutture adibite ad abitazione residenziale.
26. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Sistemi energeticamente
performanti e sostenibili
per interventi di
ristrutturazione/riqualifica
zione 3/3
Obiettivi:
Sviluppo di sistemi integrati per durabilità
l’efficientamento di involucri
opachi ALTERNATIVI al
sostenibilità
tradizionale cappotto con materiali
isolanti di origine petrolchimica, Comfort abitativo
OTTIMIZZATI sotto diversi profili
27. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
GRAZIE
DELL’ATTENZIONE
28. Miglioramento prestazioni
energetiche dell’involucro:
le proposte dei ricercatori
Contatti
Direzione Tecnico–Scientifica: Ing. Martino Labanti martino.labanti@enea.it
Divisione Efficienza Energetica Involucro: Ing. Luca Laghi l.laghi@certimac.it
Laboratorio Analisi e Marcatura CE: Dr. Marco Marsigli m.marsigli@certimac.it
Comunicazione–Marketing: Dr.ssa Giulia Ruta g.ruta@certimac.it