Le facciate ventilate

1) Introduzione: le facciate ventilate

Le norme UNI 8369 e UNI 7959 indicano le chiusure verticali come “classe di elementi tecnici con funzioni principali di regolare il passaggio di energia tra gli spazi interni e gli spazi esterni dell’organismo edilizio” e la cui scelta deve essere mirata a “mantenere la temperatura della superficie interna il più possibile vicina a quella dell’ambiente interno nelle varie situazioni di clima esterno e di clima interno previste, limitando al minimo l’apporto energetico degli impianti di climatizzazione (riscaldamento, raffreddamento, ventilazione) e controllando i fenomeni di condensa possibili”. 

Studiare l’involucro edilizio è un aspetto fondamentale e delicato allo stesso tempo, poiché da una buona progettazione di questo dipende il comfort termo–igrometrico e il conseguente risparmio energetico. Infatti i rivestimenti esterni dell’involucro hanno un ruolo fondamentale sia da un punto di vista estetico che funzionale. Secondo le leggi della fisica gli spostamenti d’aria tra due punti differenti si manifestano per differenza di pressione. Rinnovare e cambiare l’aria porta ad avere un’aria più salubre e più pulita all’interno delle stanze, poiché in questo modo si evitano concentrazioni di inquinanti come l’anidride carbonica. Oggigiorno sono sempre più sviluppate alcune tecniche che cercano di conciliare le esigenze di protezione e sostenibilità. Un esempio sono le pareti ventilate, particolari rivestimenti la cui caratteristica principale consiste nella realizzazione di un’intercapedine d’aria dove si genera un effetto camino, consentendo all’aria di scorrere dal basso verso l’alto, creando appunto una ventilazione naturale sulle pareti stesse dell’edificio. 

2) Tipologie di ventilazione

2.1) Ventilazione incrociata

La ventilazione incrociata è ottenuta tramite il posizionamento di due aperture su pareti contrapposte. Questo perché l’esposizione opposta porta ad una differenza di temperatura sulle facciate, generando così una ventilazione. 

2.2) Camino solare

La stratificazione dell’aria negli ambienti dipende dalla temperatura, poiché l’aria calda tende a salire verso l’alto. Si sfrutta infatti questo fenomeno e quindi possono essere realizzate delle aperture superiori in parete, affacciate su un condotto verticale (come un camino): in questo modo l’aria calda esce e quella fredda può entrare all’interno, tramite aperture poste più in basso rispetto alle altre. Solitamente l’apertura nella parte superiore è coronata da un cupolino metallico, che durante la stagione estiva si surriscalderà e permetterà l’attivazione delle correnti d’aria, mentre d’inverno risulterà chiuso ed eviterà che l’aria fredda entri. 

2.3) Atri aspiranti

Questa soluzione prevede un atrio centrale posto tra gli edifici interessati, che contribuisce al raffrescamento. Vengono disposte alcune aperture sulle pareti che si affacciano sull’atrio e questo fa si che si crei un fenomeno di “risucchio”, in maniera tale che l’aria calda si sposti verso la parte superiore dell’atrio. 

2.4) Torri di ventilazione

Le torri di ventilazione funzionano in maniera simile a quello dell’atrio aspirante: in questo metodo viene creata una torre centrale, sulla quale sono affacciate le abitazioni, ed è presente una piccola torre esterna, il centro di tutto il sistema, che è collegata a quella centrale attraverso un collegamento sotterraneo. L’aria che entra nel torrino esterno passa nel canale sotterraneo e quindi si raffresca, grazie alle temperature del terreno di circa 18°; dopodiché l’aria sale nella torre di ventilazione e viene così distribuita nei vari ambienti, tramite aperture. 

2.5) Torri del vento

Le torri del vento rappresentano una soluzione di costruzione antica, e sono spesso utilizzate in zone con presenza di vento, e là dove non possono essere realizzate vaste aperture a causa della forte calura.
La torre, di altezza maggiore rispetto all’edificio, è posizionata in direzione dei venti, che così vengono incanalati all’interno. La corrente che viene creata viene a sua volta direzionata negli ambienti interni attraverso alcune aperture inferiori delle pareti; al contrario, nella parete opposta ci sono aperture superiori, per far uscire l’aria calda. 

3) La ventilazione per l’isolamento

3.1) La composizione delle pareti ventilate

La parete dell’edificio è la base dalla quale viene costruita la facciata ventilata. La parete deve essere piana e senza interruzioni, e per ovviare a possibili problemi di questo genere si può rimediare con l’applicazione di uno strato di intonaco di circa 1-2 cm.
Lo strato seguente è composto dall’isolante, che viene applicato esternamente alla parete stessa per evitare la creazione di ponti termici; i pannelli isolanti, solitamente, hanno uno spessore variabile, dai 3 agli 8 cm, e hanno il compito di impedire e rallentare il passaggio del calore da un ambiente all’altro.

Dopodiché si passa allo strato dell’intercapedine, spesso circa 4 cm, che non deve avere interruzioni, per permettere una corretta circolazione dell’aria. Infatti è grazie a questo strato che si innesca l’effetto camino; si devono inoltre progettare delle aperture di ventilazione sia nella zona alla base, sia nella sommità della parete ventilata, protette da griglie, per evitare l’ingresso di corpi estranei che potrebbero limitare il flusso dell’aria; queste piccole aperture in inverno vengono chiuse per proteggere ulteriormente l’edificio dal freddo. Dopo passiamo alla struttura portante, composta da montanti, traversi, staffe e ancoraggi, meglio se in alluminio, poiché il peso di questo è ridotto e perché resiste al meglio alla corrosione rispetto all’acciaio.

I metodi di ancoraggio delle pareti verticali si dividono in strutture visibili e invisibili; nelle prime le lastre vengono agganciate alla struttura portante e sono visibili esternamente, poiché gli ancoraggi sono posizionati sui montanti verticali; in alternativa esistono le strutture non visibili, realizzate grazie a tasselli meccanici collegati alla parte posteriore dei pannelli.  Infine passiamo al rivestimento esterno , che di solito consiste in lastre di formato abbastanza grande, in cotto o in gres porcellanato.  I materiali che vengono usati in una facciata ventilata devono avere un’alta resistenza meccanica, un’elevata resistenza agli sbalzi termici e un ridotto assorbimento all’acqua.

3.2) Come funziona la parete ventilata

Per installare una parete ventilata è opportuno fare studi sul contorno di dove si trova l’edificio stesso. Inoltre la funzione varia a seconda del periodo dell’anno in cui ci si trova. Durante la stagione estiva la parete ventilata mantiene una temperatura mite all’interno dell’ambiente; il vapore negli ambiente fuoriesce tramite il moto convettivo nell’intercapedine. Inoltre in estate la parete ventilata si comporta da schermatura per i raggi solari, poiché il calore che si accumula sulla superficie non penetra all’interno dell’edificio, ma viene dissipato grazie all’effetto camino.
Nella stagione invernale il sistema dell’isolamento a cappotto protegge dalle condizioni meteorologiche di maltempo, e allo stesso tempo il vapore fuoriesce grazie al moto convettivo della camera d’aria. La facciata ventilata protegge dall’irradiazione solare e contemporaneamente mantiene costante la circolazione dell’aria a temperatura ambiente.

La facciata ventilata necessita di una coibentazione a cappotto, in modo tale che si crei un isolamento del tutto uniforme, che porterà alla riduzione dei ponti termici.
Quindi la facciata ventilata contribuisce a migliorare l’isolamento, e questo permette un migliore utilizzo della capacità termica di una parete.
Ne derivano due effetti positivi:
-l’eliminazione dei ponti termici, ossia quei difetti che provocano condense e muffe all’interno degli ambienti, a causa di crepe di parti della facciata;
–lo scudo termico: nei periodi più caldi, grazie all’azione combinata della parete esterna che ripara dai raggi solari e della circolazione costante dell’aria a temperatura ambiente, la facciata ventilata crea una sorta di “scudo”, proteggendo così l’edificio dal calore.

Con la facciata ventilata si ha anche un miglioramento delle prestazioni acustiche dell’edificio; infatti grazie a questa tecnologia si ha solitamente un dimezzamento del livello sonoro negli ambienti interni; l’effetto di isolamento è continuo e senza interruzioni e così sono eliminati facilmente i ponti acustici.

4) Casi studio

4.1) Grattacielo Intesa San Paolo, Torino – Renzo Piano

Il grattacielo Intesa San Paolo di Renzo Piano, si trova a Torino e ospita più di 2.000 impiegati del gruppo bancario Intesa San Paolo. L’involucro dell’edificio è costituito da doppie pareti vetrate, e consentono il passaggio dell’aria, al fine di raffreddare la massa dei solai utilizzando così la ventilazione naturale. Inoltre la facciata a doppia pelle consente di sprecare le dispersioni termiche in inverno; il sistema è regolato a seconda degli apporti termici che arrivano all’edificio tramite un meccanismo di aperture e schermature solari a lamelle motorizzate, che controllano in questo modo le radiazioni solari e la luce in arrivo nelle aree di lavoro.

Durante la stagione estiva fresca notturna viene convogliata all’interno dei doppi solai in cemento che ne assorbono la freschezza, che poi viene restituita di giorno negli uffici grazie ai pannelli radianti. Tutto il sistema è gestito da sonde collegate al BMS (Building Management System), un impianto computerizzato che verifica e controlla i dispositivi meccanici ed elettrici dell’intero edificio, come la ventilazione, illuminazione e sicurezza.

4.2) Progetto per la Mediateca, Tolosa – Buffi Associati, C. Ramin e F. Egreteau

Il progetto propone una strana e particolare interpretazione dell’involucro, dove l’elevata mobilità degli elementi nella schermatura permette diversi effetti di luce e diversi effetti visivi ed estetici. La facciata può assumere svariate configurazioni grazie alla movimentazione degli elementi che la compongono, infatti le singole parti possono modificarsi in maniera molto flessibile nel tempo, andando a creare soluzioni molteplici di involucro, a seconda dell’irraggiamento solare.

L’involucro può assumere tutte le configurazioni possibili tra i due poli estremi, quindi dalla chiusura totale (tramite la disposizione degli schermi in maniera parallela all’involucro retrostante), alla trasparenza assoluta (posizionando gli schermi perpendicolari all’edificio). Gli schermi possono variare attraverso la loro stessa rotazione sull’asse centrale. I pannelli sono formati da un telaio composto da due piatti in acciaio laterali, da un piatto lungo l’asse dello schermo e da due profili che funzionano da traversi; gli stessi pannelli sono ancorati alla struttura tramite due perni, uno inferiore e uno superiore che ne consentono la rotazione. Il movimento dei pannelli è regolato da un sistema di controllo computerizzato; in modalità automatica i pannelli ruotano a seconda delle condizioni di luminosità esterna, che vengono captate tramite un sensore.

4.3) Banca popolare di Lodi – Renzo Piano

L’involucro del’edificio è costituito da una doppia pelle ventilata, con una coibentazione a cappotto, rivestita da lastre in laterizio. La pelle in laterizio è ancorata alla struttura retrostante tramite un reticolo in acciaio inox; le finestre sono riparate da brise soleil, anch’essi in laterizio. L’adozione di questo sistema ha permesso di arrivare a buoni aspetti prestazionali, quali un buon isolamento termico invernale ed estivo, una eccellente durabilità rispetto agli agenti climatici ed atmosferici. Ci sono però anche alcuni punti critici, come ad esempio, sotto il lato funzionale, la stabilità e resistenza nel tempo del sistema della sotto struttura e del rivestimento.

La presenza dell’ intercapedine risulta fondamentale dal punto di vista del comportamento igrotermico, poiché funge da strato di isolamento termico e di raffrescamento estivo. Lo spazio di circa 1,5 cm dell’intercapedine è sufficiente a diminuire la pressione del vapore proveniente dall’interno, in modo tale da non creare fenomeni di condensazione sul retro del rivestimento in cotto. Per quanto riguarda la durabilità della facciata il rivestimento funziona come uno strato protettivo che è esso stesso esposto a rischi di degrado.

Per gli elementi in cotto ci possono essere rischi legati alla natura stessa del materiale, in relazione ad agenti atmosferici, come il gelo e la pioggia, ma anche a causa di agenti inquinanti, e a rischi legati alle condizioni di montaggio. La sottostruttura è ottenuta tramite una prima orditura verticale (montanti) ancorata all’edificio e da una seconda intelaiatura orizzontale (staffe). Ogni modulo che costituisce il rivestimento è formato un telaio al quale sono ancorati gli elementi in cotto.

4.4) Abitazioni sociali in Holzstrasse, Linz, Austria – T. Herzog

L’intervento realizzato a Linz consiste in due volumi parallelepipedi, paralleli e di lunghezza diversa, che ospitano 400 alloggi. Sono state adottate strategie progettuali innovative, come l’uso delle facciate ventilate. Una vetrata modulare apribile e regolabile copre la galleria interna degli edifici, così è protetta dagli agenti atmosferici, e viene garantita una ventilazione naturale.

Il controllo dell’isolamento termico porta ad un aumento della temperatura interna; nella stagione invernale si ha quindi un grande risparmio energetico per il riscaldamento degli appartamenti stessi degli edifici, mentre durante l’estate l’aria calda sale e fuoriesce tramite le apposite aperture del tetto, mentre nella zona più bassa circola aria fresca che raffresca l’ambiente interno. I fronti degli edifici nord e sud sono caratterizzati dall’uso di pareti ventilate, con una struttura in metallo e laterizio. I montanti verticali della sottostruttura sono ancorati all’edificio tramite staffe in acciaio inox, ai quali è agganciato un profilato orizzontale sul quale sono poggiate molle sagomate, che rappresentano i sostegni delle lastre in cotto.