Costruire secondo lo standard Passivhaus

Il termine “casa passiva” o passivhaus (in tedesco) descrive un particolare standard energetico che garantisce elevati livelli di comfort con consumi energetici estremamente bassi. Rispetto una casa nuova costruita secondo l'attuale legislazione italiana, una casa passiva consente di ridurre il consumo energetico di oltre il 75%, se poi consideriamo gli interventi di ristrutturazione degli edifici esistenti che ad oggi rappresentano la fetta più consistente del nostro patrimonio edilizio, possiamo raggiungere un risparmio sul consumo dell'energia del 90%.
Una casa passiva ha un fabbisogno energia per riscaldamento inferiore a 15 kWh/m²anno corrispondente a un consumo all’anno di 1,5 litri di gasolio per ogni metro quadro di superficie utile. Ciò è possibile solo attraverso una meticolosa progettazione integrata di tutti i sistemi e sottositemi che costituiscono il sistema edificio-impianto.

 

 

L’involucro

L’involucro edilizio rappresenta una “terza pelle” umana, un diaframma di protezione tra l’ambiente interno e quello esterno direttamente responsabile del benessere globale dell’individuo. I componenti che costituiscono l’involucro di una “casa passiva” (concepita secondo i principi passivhaus) devono soddisfare determinati requisiti prestazionali al fine di garantire livelli ottimali di comfort degli ambienti interni.
Per ridurre gli scambi termici tra interno ed esterno, l’involucro termico deve avere sia un ottima coibentazione termica sia un’efficace tenuta all’aria. L’isolamento termico, infatti, da un lato garantisce la salubrità degli ambienti attraverso l’assenza di fenomeni di condensa superficiale responsabili della formazione di efflorescenze e muffe sulla superficie interna e dall’altro assicura durante il periodo invernale temperature superficiali degli elementi > 17 °C con conseguente riduzione degli scambi termici per irraggiamento tra individuo e ambiente circostante (benessere termoirgrometrico). Lo strato termoisolante permette infine di ridurre il surriscaldamento estivo dell’edificio.
Le pareti che delimitano il volume riscaldato sono così caratterizzate da uno strato termoisolante esterno con spessori che variano da 20 a 35 cm in funzione della zona climatica.

 

I componenti finestrati nella casa passiva rappresentano un elemento chiave nel bilancio energetico dell’edificio: in inverno massimizzano gli apporti solari gratuiti che bilanciano positivamente le perdite per trasmissione, d’estate invece le elevate prestazioni termiche delle finestre riducono il pericolo di surriscaldamento dei locali.

 

L’orientamento a sud rappresenta la scelta ideale per il corretto funzionamento globale del bilancio energetico infatti i componenti vetrati ricevono a sud la massima radiazione solare che in inverno serve a coprire buona parte del fabbisogno energetico dell’edificio passivo. In estate il sole è alto sull’orizzonte per cui l’elemento vetrato riceve in senso assoluto la quantità minore di radiazione solare (i raggi hanno un angolo maggiore rispetto al piano di incidenza). In linea generale si prevede una superficie vetrata esposta a sud nell’ordine del 25-30% rispetto alla facciata. Serramenti con orientamento a est e ovest non garantiscono in inverno grandi apporti solari mentre contribuiscono notevolmente al surriscaldamento durante il periodo estivo e di conseguenza richiedono efficaci sistemi di schermatura.
Il nord rappresenta l’orientamento più sfavorevole dal punto di vista energetico e quindi le finestre devono essere il minor numero possibile e di dimensioni ridotte.
Per non inefficiare l’elevate prestazioni del serramento è di fondamentale importanza non solo progettare correttamente le connessioni serramento-parete ma garantire un corretto montaggio.

 

 

L’involucro di una casa passiva è caratterizzato inoltre da una efficace tenuta all’aria, che svolge un importante funzione in termini di risparmio energetico e di comfort degli ambienti interni.
Una buona ermeticità dell’edificio limita infatti le infiltrazioni dell’aria esterna all’interno dello spazio riscaldato riducendo così le perdite energetiche dovute ai flussi convettivi dell’aria che attraversano l’involucro. Tali flussi causano sia a una sensibile riduzione del potere isolante del materiale sia un ricambio eccessivo di aria che in presenza di un impianto di ventilazione meccanica dotata di recupero di calore si traduce in una diminuzione del rendimento dell’impianto in quanto il calore contenuto nell’aria che passa attraverso gli spifferi non viene recuperata.
Durante il periodo invernale l’aria calda all’interno degli ambienti tende a migrare, attraverso l’involucro, verso l’esterno. L’aria calda contiene vapore acqueo che a contatto con superfici fredde può condensare e creare all’interno delle stratigrafie accumuli dannosi che possono causare la formazione di muffe e funghi. Maggiori sono gli spifferi maggiori sono i rischi che tale fanomeni possano verificarsi.
Infiltrazioni d’aria fredda provocate da una elevata permeabilità all’aria sono la causa di discomfort degli ambienti interni dovuti per esempio alla diminuzione delle temperature superficiali (fenomeni di stratificazione dell’aria), alla riduzione dell’isolamento acustico, alla scarsa qualità dell’aria indoor (ingresso di inquinanti esterni dannosi quali ossidi di azoto e zolfo, polveri…)
La casa passiva è caratterizzata da un elevata ermeticità dell’involucro comprovata dal Blower Door Test, una prova eseguita in condizioni di depressione e sovrappressione che garantisce la tenuta all’aria dell’involucro a determinati requisiti imposti dallo standard passivhaus ( n₅₀ ≤ 0.6 h^-1)
Realizzare un buona tenuta all’aria comporta una meticolosa progettazione e un altrettanto scrupolosa posa in opera.

 

L’impianto di una casa passiva

Le elevate prestazioni termiche dell’involucro di una casa passiva consentono l’utilizzo di soluzioni impiantistiche più efficienti ed economiche rispetto agli impianti tradizionali. La domanda di energia necessaria per il riscaldamento invernale è coperta generalmente attraverso un impianto di ventilazione e un recuperatore di calore ad elevata efficienza (η ≥75%). Il sistema ventilante è costituito da un doppio sistema di canalizzazioni:

• un condotto che preleva l’aria dall’esterno
• una serie di condotti che immettono l’aria esterna, riscaldata dal recuperatore, negli ambienti principali quali camere, soggiorno, studi…
• una serie di condotti che prelevano l’aria esausta da ambienti quali cucine, bagni
• un condotto di espulsione dell’aria esausta dopo il passaggio nel recuperatore dove gran parte del calore viene ceduto all’aria esterna in entrata.

All’impianto di ventilazione di una casa passiva viene spesso abbinato uno scambiatore di calore interrato costituito da due tubi in polietilene corrugati sulla superficie esterna (per aumentare la superficie di scambio termico) e liscia e bianca sulla superficie interna (per facilitare eventuali ispezioni). I tubi, posizionati a una profondità del terreno di circa 100-150 cm, sono dimensionati in base alle dimensioni dell’edificio e alla portata volumetrica dello scambiatore di calore.
L’aria esterna, prelevata mediante una presa posta generalmente in giardino o comunque lontano da fonti inquinanti, viene fatta passare attraverso filtri di elevata qualità (F7 o superiore) per poi arrivare al punto di entrata dell’edificio con temperature di circa 5-8 °C.
Laddove sia necessario un riscaldamento integrativo si ricorre all’utilizzo di impianti con una potenza limitata dell’ordine di 0,5-1,5 kW (pompe di calore,…). L’aria di rinnovo viene immessa nei vari ambienti attraverso bocchette d’immissione collocate generalmente a 15-20 cm dal soffitto per consentire una migliore distribuzione dell’aria all’interno dell’ambiente (effetto coanda).
La qualità dell'aria interna (IAQ) è una priorità assoluta di una casa passiva dove il clima interno sano è ottenuto attraverso:

• il rispetto dei criteri di comfort termico, compresa la prevenzione di aree con disagio termico locale;
• la ventilazione controllata che assicura un'ottima qualità dell'aria interna. Senza ventilazione controllata, la concentrazione di CO2 nell'aria superiori a certi limiti influisce negativamente sul comfort abitativo

Per mantenere buoni livelli di qualità dell’aria all’interno di un edificio passivo viene effettuato un ricambio periodico che dipende dal numero di persone presenti e dall’attività svolta. Il tasso di ricambio minimo previsto è pari a 0,3 h^-1 che significa che in un ora viene ricambiata un terzo del volume d’aria contenuto nell’ambiente.
Per esempio in un casa di 120 m² di superficie calpestabile considerando un fabbisogno d’aria fresca di 30 m³/h a persona, per una famiglia composta da 4 persone occorre 120 m³/h d’aria fresca. Calcolato un volume d’aria di 324 m³ (considerato un’altezza di 2,7 m) si avrà un tasso di ricambio necessario di 0,37 h^-1.
Il ricambio d’aria varia anche secondo l’uso dei locali. Il tasso tuttavia è regolabile in modo da consentire un numero di ricambi necessario al numero di persone presenti. Il tasso di ricambio varia anche in funzione dell’utilizzo dei locali: in un bagno è necessario un ricambio di 40 m³/h mentre una cucina ne richiede 60 m³/h

 

Tenuta all’aria

I parametri che influenzano in maniera significativa il bilancio energetico di un edificio, come si evince dal grafico, sono la coibentazione dell’involucro e la ventilazione.
Entrambi sono strettamente correlati alla tenuta all'aria dell’involucro edilizio ovvero al grado di ermeticità del sistema involucro costituito da vari elementi costruttivi interconnessi in vario modo. Queste connessioni rappresentano delle vie preferenziali per il passaggio di calore con conseguente aumento delle dispersioni termiche attraverso l’involucro. Un esempio tipico sono gli spifferi che si trovano in corrispondenza dell’attacco della finestre alle strutture murarie. Tali infiltrazioni d’aria sono direttamente responsabili dell’aumento della permeabilità all’aria dell’edificio definito come la quantità d’aria che attraversa l’involucro edilizio per effetto della differenza di pressione tra gli ambienti interni e quelli esterni.
La scarsa ermeticità dell’involucro causa:

• aumento dispersioni termiche nel periodo invernale per convenzione con conseguente aumento del fabbisogno per riscaldamento
• rischio di formazione di condensa all’interno delle stratigrafie a causa del passaggio del vapore acqueo dall’interno verso l’esterno (inverno) e dall’esterno verso l’interno (estate) con conseguente peggioramento della funzione isolante delle strutture
• riduzione del comfort degli ambienti interni per la presenza di spifferi che provocano un abbassamento locale della temperatura superficiale (discomfort locale) o dell’entrata all’interno del locale di flussi d’aria fredda/calda (inverno/estate) con conseguente diminuzione/aumento del tasso di umidità relativa
• ponti acustici, l’aria che entra attraverso gli spifferi è un buon veicolo per il trasporto dei rumori esterni
• riduzione del rendimento degli impianti a ventilazione meccanica con recuperatore di calore. Il calore contenuto nell’aria calda una volta disperso all’esterno attraverso le fessure non potrà essere recuperato

Per evitare tali fenomeni è necessario studiare in fase di progettazione soluzioni costruttive in grado di garantire una buona tenuta all’aria dell’intero involucro edilizio. La tenuta all’aria viene garantita attraverso uno strato interno di tenuta all’aria in grado di impedire il passaggio di flussi d’aria dall’interno verso l’esterno. Per ridurre al minimo le dispersioni termiche per convenzione viene inserito uno strato esterno di tenuta al vento.
Lo strato di tenuta all’aria è generalmente realizzato sul lato interno prima dello strato isolante e deve contenere l’intero volume riscaldato senza alcuna interruzione e discontinuità. Assume la funzione anche di freno a vapore.

Il livello di tenuta all'aria di un edificio viene misurato attraverso il Blower Door Test che permette di valutare la permeabilità dell’involucro attraverso il calcolo dei ricambi d’aria per infiltrazione, con una differenza di pressione fra interno ed esterno di 50 Pa ( 1 Pascal rappresenta la forza di 1 N esercitata su una superficie di 1m2: la pressione generata nel test di 50 Pascal corrisponde circa a una pressione dinamica generata su una parete soggetta all’azione perpendicolare del vento ad una velocità di 9 m/s).
La prova viene eseguita utilizzando un ventilatore che, opportunamente installato su una porta o finestra esterna (tutte le altre aperture sterne vengono chiuse), estrae l’aria dall’edificio in modo da creare una differenza di pressione tra interno ed esterno di 50 Pa. Con opportuni strumenti viene misurato la portata d’aria indotta dal ventilatore all’interno dell’edificio e il relativo ricambio d’aria attraverso gli spifferi dell’involucro.
Il Blower Door Test prevede una fase di pressurizzazione dove il ventilatore immette aria all’interno dell’edificio attraverso incrementi di pressione di 10 Pa e una fase di depressurizzazione dove gli incrementi di pressione sono negativi. Il numero di ricambi orari ottenuto in tali condizioni viene indicato con il simbolo n₅₀ espresso in h^-1.
In sintesi il valore n indica la quantità d’aria che viene ricambiata ogni ora all’interno dell’edificio e può essere determinata attraverso la formula:

n₅₀ = V₅₀ / V [h^-1]

V₅₀ = portata d’aria misurata con ΔP=50 Pa [m³ /h]

V = volume d’aria dell’edificio [m³]

La vigente normativa nazionale non impone alcun requisito di permeabilità all’aria dell’involucro negli edifici di nuova costruzione o sottoposti a interventi di riqualificazione energetica. Esistono tuttavia ad oggi sul territorio nazionale vari comuni e province che hanno adottato nei propri regolamenti edilizi protocolli di certificazione energetica che impongono dei requisiti di tenuta all’aria per gli edifici introducendo dei valori limite di ricambio d’aria n50 certificati attraverso il Blower Door Test.
Il protocollo di certificazione Casaclima dell’Agenzia di Bolzano fissa per tutti gli edifici residenziali di nuova costruzione un valore limite n₅₀ in base alla classe energetica.
Una casa realizzata secondo lo standard passivhaus è caratterizzata da un elevata ermeticità dell’involucro con un valore n₅₀ ≤ 0,6 h^-1

 

 

La prova per la verifica della tenuta all'aria attraverso il Blower Door Test prevede due metodologie come prescritto dalla normativa UNI EN 13829:

Metodo B: usato per controllare la qualità dei lavori e per rilevare le fughe nell’involucro in fase di costruzione. La ricerca di eventuali perdite d’aria viene eseguita attraverso opportuni strumenti quali termo-anemometro, termocamera, generatori di fumo.

Metodo A: il test viene eseguito nel momento in cui l’involucro è nelle stesse condizioni operative di quando sono in funzione gli impianti di riscaldamento o raffrescamento. Tutte le aperture esterne vengono chiuse e lasciate aperte quelle interne. Questo metodo è utilizzato per determinare il valore n₅₀.