Coniugare NZEB e SaluteProf. Marco D’Orazio

Università Politecnica delle Marche

• Direttive comunitarie– …SAVE…NZEB…EPBD…

• Decreti di attuazione delle direttive comunitarie– ……DL 63/2013

Quale valore ?

In che modo ?

Prosecuzione incentivi DL 63/13 e DM 28.12.12

– coibentazione pareti e coperture, sostituzione serramenti e installazione schermature solari

– sostituzione di impianti esistenti per la climatizzazione invernale con impianti a più alta efficienza

– sostituzione o, in alcuni casi, nuova installazione di impianti alimentati a fonti rinnovabili (pompe di calore, caldaie, stufe e camini a biomassa, impianti solari termici anche abbinati a tecnologia solar cooling per la produzione di freddo)

Il recupero energetico e sismico degli edifici

Sd = 3‐5    ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐10 ‐‐‐‐‐‐‐12‐‐‐‐‐‐ Sd= 15….

CLASSE  1 …..     2 …..        3         CLASSE 4

A «safe»

?

passiamo il 90% del nostro tempo in ambienti abitati

Fasce deboli

Tenuta perrisparmioenergetico

Sd elevati

BARRIERA

Ciò che si produce rimane all’interno

1

2

BARRIERA

BARR

IERA

BARRIERA

Il passaggio all’edificio NZE fondato sull’iper‐isolamento può avere un impatto negativo sulla salute delle persone e sulla durata dell’elemento 

costruttivo stesso

Sono state condotte attività di ricerca volte ad indagare gli effetti dell’introduzione del concetto di NZEB sulla qualità dell’abitare1. Sperimentazioni sul 

comportamento termico di componenti edilizi fortemente isolati in ambito mediterraneo

2. Sperimentazioni sulle modifiche del confort collegate a questi modelli

3. Sperimentazioni relative all’impatto di tale mutamento sulla salute dell’uomo

4. Sperimentazioni relative alla durata dei componenti edilizi fortemente isolati

1

NZEB e Indoor Air Quality

CappottoInterno 10 cm EPS

Finestre classe A3

Isolamento copertura16 cm Isolante fibroso

Zona climatica EUtilizzo incentivi

Un caso di studio

Le verifiche

• Sollecitazioni termiche in fase estiva – Temperature interne– Temperature superficiali– Flussi termici

• Sollecitazioni igrometriche in fase invernale– UR% ambientali– Contenuti d’acqua negli strati superficiali

Ondata di calore

Temperatura interna > T superficiPer tutta la fase di scarico

Fuori confort

Gli aspetti igrometrici (e di IAQ)

UNI 13788

I risultatiCamera da letto

No interventi

Temperatura esterna

• La conseguenza, dal punto di vista igrometrico è un innalzamento dei contenuti d’acqua nei materiali di finitura interni

• In mancanza della possibilità di uno scambio verso l’interno della parete si estremizza il comportamento dell’elemento di finitura

• Più è sottile lo strato di accumulo minore è la sua capacità di distribuire l’aumento dei contenuti d’acqua

• Abbiamo allora provato a verificare se cambiando alcuni aspetti migliorava o peggiorava la situazione:– Tipo di parete (posizione dell’isolamento)– Tipo di isolante (diffusività al vapore)– Presenza o meno di barriera al vapore– Tipo di finitura

PRESENZA E POSIZIONE DELLA MASSA

Massa lato interno

CAPPOTTO ESTERNO CAPPOTTO INTERNO

Massa lato esterno

CASSETTA

Massa esterna e interna Massa assente

LEGGERA

TIPOLOGIA DI ISOLANTE

PRESENZA O MENO DELLA BARRIERA AL VAPORE

EPS SUGHERO LANA DI LEGNO

impermeabile mediamente igroscopico fortemente igroscopico

Le pareti

CLASSI DI UMIDITA’ (UNI 13788)

IMPULSIVO

INTERMEDIO

GRADUALE

Le condizioni ambientali

Champs‐MZ Syracuse University USA

I risultati: le UR% ambientali

No massa sul lato internoCappotto interno ‐ leggera

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

11,5

12,0

CAPPOTTO INT TOT ISOLATA CASSETTA CAPPOTTO EXT

Wc (m

3/m3)

U.R. 95%

U.R. 80%

U.R. 60%

M I G L I O R E   A  MA S S A   S U P E R F I C I A L E   C R E S C E N T E

CAPPOTTO INTERNO LEGGERA CASSETTA CAPPOTTO ESTERNO

CONTENUTI D ’ACQUA

Verifiche sull’intonaco superficiale interno

BASSA MASSA SUPERFICIALE INTERNA ALTA MASSA SUPERFICIALE INTERNA

I risultati: i contenuti d’acqua

9,0

9,1

9,2

9,3

9,4

9,5

9,6

9,7

9,8

9,9

10,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Wc (m

3/m3)

Cip lato interno (KJ/m2°K)

EPS SUGHERO LANA DI LEGNO

ISO

C. INT.

C.INT.

ISOC.INT.ISO

C.EXTC.EXT

CASS.

C.EXT

CASS.

CASS.

Contenuti d’acqua sullo strato interno

Più che la natura dell’isolante è la parte massiva della parete sul lato interno che aiuta a scaricare lo strato superficiale

Stiamo introducendo un nuovo modello di funzionamento dell’involucro

UR%+ Inquinanti

la parte interna tende ad agire da sistema di accumulo e rilascio (tampone) verso l’interno di quanto prodotto internamente all’ambiente

Perché è un problema

NON E’ IL FATTORE PREPONDERANTE

SONO I FATTORIPREPONDERANTI

Perché

Isopleth: condizioni limite

Requisito essenziale per la germinazione delle spore

Condizioni limiteper la germinazionedelle spore

Sulla superficie

La pericolosità• Classe A: funghi e loro prodotti metabolici che hanno la caratteristica di essere altamente patogeni. Per la gravità dei loro effetti sulla salute dell’uomo, non deve essere ammessa la loro presenza all’interno degli ambienti;

• Classe B: Funghi e loro prodotti metabolici che diventano patogeni se l’organismo umano viene sottoposto ad una loro esposizione per lungo tempo e che possono essere causa di reazioni allergiche;

• Classe C: Funghi che non sono pericolosi per la salute dell’uomo, ma che possono comunque causare danni alle superfici.

(aspergillus versicolor)

Irritazione degli occhiIrritazioni della pelleReazioni allergicheDifficoltà respiratorieInfezioni cronicheAsma, bronchitiEffetti sul sistema nervoso e immunitarioContributo a patologie tumorali (microtossine)Infezioni che causano direttamente il decesso

A

B

Moisture Level Category of 

microoorganism

High

(aw> 0.9; ERH% > 90%)

Tertiary colonizers

(hydrophilic)

Alternaria alternata; Aspergillus fumigatus;

epicoccum spp.; exophiala spp. fusarium

moniliforme; mucr plumbeus; phoma erbarum;

phialophora spp.; rhizopus spp.; stachybotrys

chartarum (s.atra); trhchoderma spp.;

ulocladium consortiale; sporobolomyces spp.

Actinobacteria

(or Actinomycetes)

Intermediate

(aw 0.8‐0.9; ERH% 80‐90%)

Secondary colonizers Aspergillus flavus; aspergillus versicolor;

cladosporium cladosporioides; cladosporium

sphaerospermum; mucor circinelloides; rhizopus

orzyae

Low

(aw< 0.8; ERH% < 80%)

Primary colonizers

(xerophilic)

Alternaria citri; apsergillus (eurotium)

amstelodami; aspergillus candidus; aspegillus

(eurotium) glaucus; aspergillus niger; aspergillus

penicilloides; aspergillus (eurotium) repens;

aspergillus restrictus; aspergillus versicolor;

paenicillium variatii; paenicillium

aurantiogriseum; paenicillium brevicompactum;

paenicillium chrysogenum; paenicillium

commune; paenicillium expansum; paenicillium

greseofulvum; wallemia sebi.

La sperimentazione• Scelta di 3 ceppi (colonizzatori primari)

– Aspergillus versicolor (più frequente nelleabitazioni)

– Penicillium chrysogenum– Stachybotrys chartarum.

• Scelta di diverse tipologie di rasanti e finiture (3 rasanti per cappotto, 2 finiture per interno, 2 pitture)

• Attivazione delle muffe con bagno colturale 

• Inoculazione su capsule petri• 15 dd in camera

climatica con UR >90% e T=23°C• Analisi della % coperta con microscopio a 

fluorescenza• Analisi del rapporto tra superficie coperta 

e sostanze organiche

I risultati

Cod.Mould index % di superficie copertaAspergillus versicolor

Penicillium chrysogenum

Stachybotrys chartarum

Aspergillusversicolor

Penicilliumchrysogenum

Stachybotryschartarum

A 3 3 2 6.9% 9.2% 1.1%

B 2 4 4 1.8% 12.4% 17.9%

C 0 3 4 0.1% 6.1% 12.1%

D 3 3 5 6.3% 9.4% 23.4%

E 4 2 3 12.4% 1.5% 5.9%

F 6 7 7 57.8% 66.1% 69.3%

G 2 0 1 3.9% 0.0% 0.8%

In soli 15 giorni

• A,B rasanti per cappotto• C,D,E Finiture da interno• F,G Pitture

I risultati

• A,B rasanti per cappotto

• C,D,E Finiture da interno

• F,G Pitture

Maggiorecontenuto di sostanze organiche

La compresenza di acqua e sostanze organiche nei materiali di finitura eleva il rischio

….ma nelle abitazioni non si produce solo vapore…

Fonte: ISPRA

Rapporto dei livelli di BTX tra aria interna ed esterna per la città di Torino

Toluene, Xylene

Benzene

Limiti a breve termine (1h)

Analisi di 240 edifici – pre e post innalzamento livelli di isolamento

I valori limite della esposizione giornaliera (per inalazione) a benzene, toluene, m/p‐xylene e o‐xylene sono: BENZENE 0.1 μg/kg/giornoTOLUENE 1.2 μg/kg/giornom/p XYLENE 0.4 μg/kg/giornoO‐XYLENE 0.3 μg/kg/giorno

In parte legataAi materiali inseriti,In parte legata alla maggiore tenuta

Cosa ne deriva

• Si da luogo pertanto ad ambienti che presentano condizioni sia di IAQ che di confort peggiorative rispetto al passato

• È possibile compensare con sistemi impiantistici (es. VMC)….ma….

è opportuno introdurre impianti (con il relativo costo energetico e le necessità 

manutentive) per far funzionare adeguatamente uno NZEB ?

2

Verso l’NZEBGli effetti «secondari» sulla durata 

dei componenti edilizi

Tenuta perrisparmioenergetico

Sd elevati

BARRIERA

Ciò che si produce rimane all’interno

1

2

BARRIERA

BARR

IERA

BARRIERA

• Anche la parte esterna dell’involucro soffre del disaccoppiamento interno/esterno

• Si verificano, rispetto al passato accumuli igroscopici maggiori a carico dei materiali esterni con maggiore velocità di crescita di organismi biologici (alghe, cianobatteri ‐ Aspetto già rilevato in Germania su sistemi ETICS ad alto spessore a metà degli anni 2000)

• In fase estiva i materiali sono costretti a lavorare a temperature maggiori, in fase invernali a temperature minori (reirraggiamento non compensato)

Non isolato

Isolato

Sono organismi autotrofi : sintetizzano quanto necessario alla loro sopravvivenzagrazie all’acqua ed alla luce (sintesi clorofilliana)

Haematoccuspluvialis

Alghe verdi

Le attività

• Fase analitica– Valutazione TOW, PC,PU per diverse tipologie di pareti e diverse condizioni di esposizione

• Fase sperimentale– Caratterizzazione di materiali di finitura esterna

• Rugosità, Struttura porosa, capacità di adsorbimento e assorbimento

– Crescita in camere climatiche di alghe su superfici di finitura esterne 

• confronto finiture x ETICS e Laterizi con cicli di esposizione con bagnatura ciclica e irraggiamento diurno / fase notturna

La fase analitica

• Le pareti

• Le località

Fase analitica: i criteri di valutazione

• Potenziale di undercooling (tempo nel quale le temperature superficiali sono al di sotto della temperatura ambiente)

• Potenziale di condensazione (quantità d’acqua formatasi per condensazione superficiale)

• TOW (time of wetness ‐ Tempo nel quale la superficie ha contenuti d’acqua superiori al limite di possibile crescita delle specie algali)

La fase sperimentale

Rif. Tipo AW 

[Kg/m2s0.5]

Ra [µm] Rz[mm]

Gruppo ETICS

ETICS‐1 0.0071 317 0.99

ETICS‐2 0.0043 441 1.33

ETICS‐3 0.0011 403 1.23

ETICS‐4 0.0027 485 1.71

Gruppo FVE

FVE‐1 0.0370 161 0.56

FVE‐2 0.0440 235 0.82

FVE‐3 0.0500 6 0.03

Gruppo FVM

FVM‐1 0.1332 287 1.05

FVM‐2 0.2872 261 0.91

FVM‐3 0.2675 284 1.03

Molto dipende dalla natura del materiale utilizzato in superficieStiamo sperimentando funzionalizzazioni delle superfici per attenuare i problemi stessi

Qualche riflessione conclusiva

Conseguenze dello NZEB

1. Si riducono drasticamente le permeabilità al vapore dell’involucro (parteopaca e trasparente) con conseguenze importanti per la salutedell’uomo

2. Si riducono fortemente i flussi termici passanti attraverso i componentiedilizi con fenomeni di disaccoppiamento della parte interna ed esternae peggioramento delle condizioni di esercizio termo‐igrometriche siainterne che esterne

Possibili soluzioni

1. Occorre mantenere strategie di climatizzazione passiva piuttosto chepuntare solo sull’isolamento (iper)

2. Occorre garantire elementi massivi con capacità di accumulo esmorzamento sia termico che igrometrico

3. Occorre garantire ricambi d’aria accettando il concetto di NET eripudiando quello di NEAR

4. Occorre modificare le proprietà dei materiali impiegati per le superficiinterne riducendo il contenuto di sostanze organiche

The safe

Non a tenutaperfetta

ventilazione

Bassa assorbanza

Mass storage emoisture buffering

Riferimenti bibliografici recentiGraziani, L., Quagliarini, E., Bondioli, F., D’Orazio, M., 2014. Durability of self‐cleaning TiO2 coatings on fired clay brick façades: Effects of UV exposure and wet & dry cycles. Building and Environment 71, 193–203.D’Orazio, M., Di Perna, C., Di Giuseppe, E., 2014. Experimental operating cell temperature assessment of BIPV with different installationconfigurations on roofs under Mediterranean climate. Renewable Energy 68, 378–396.Graziani, L., Quagliarini, E., Osimani, A., Aquilanti, L., Clementi, F., Yéprémian, C., Lariccia, V., Amoroso, S., D’Orazio, M., 2013. Evaluation of inhibitory effect of TiO2 nanocoatings against microalgal growth on clay brick façades under weak UV exposure conditions. Building and Environment 64, 38–45.D’Orazio, M., Di Perna, C., Di Giuseppe, E., 2013. Performance Assessment of Different Roof Integrated Photovoltaic Modules under Mediterranean Climate. Energy Procedia 42, 183–192.D’Orazio, M., Di Perna, C., Di Giuseppe, E., Morodo, M., 2013b. Thermal performance of an insulated roof with reflective insulation: Field testsunder hot climatic conditions. Journal of Building Physics 36, 229–246.D’Orazio, M., Di Perna, C., Di Giuseppe, E., 2013a. A field study of thermal inertia of roofs and its influence on indoor comfort. Journal of Building Physics 1744259113480134.Olivieri, F., Di Perna, C., D’Orazio, M., Olivieri, L., Neila, J., 2013. Experimental measurements and numerical model for the summer performance assessment of extensive green roofs in a Mediterranean coastal climate. Energy and Buildings 63, 1–14.D’Orazio, M., Di Perna, C., Di Giuseppe, E., 2012. Green roof yearly performance: A case study in a highly insulated building under temperate climate. Energy and Buildings 55, 439–451.Di Perna, C., Stazi, F., Casalena, A.U., D’Orazio, M., 2011. Influence of the internal inertia of the building envelope on summertime comfort in buildings with high internal heat loads. Energy and buildings 43, 200–206.D’Orazio, M., Di Perna, C., Di Giuseppe, E., 2010b. The effects of roof covering on the thermal performance of highly insulated roofs in Mediterranean climates. Energy and Buildings 42, 1619–1627.Naticchia, B., D’Orazio, M., Carbonari, A., Persico, I., 2010. Energy performance evaluation of a novel evaporative cooling technique. Energy and Buildings 42, 1926–1938.D’Orazio, M., Palladini, M., Aquilanti, L., Clementi, F., 2009. Experimental evaluation of the growth rate of mould on finishes for indoor housingenvironments: effects of the 2002/91/EC directive. Building and Environment 44, 1668–1674.Cerolini, S., D’Orazio, M., Di Perna, C., Stazi, A., 2009. Moisture buffering capacity of highly absorbing materials. Energy and Buildings 41, 164–168.D’Orazio, M., Di Perna, C., Stazi, F., 2009. Thermal behaviour of vented roofs. Structural Survey 27, 411–422.D’Orazio, M., Di Perna, C., Principi, P., Stazi, A., 2008. Effects of roof tile permeability on the thermal performance of ventilated roofs: Analysis of annual performance. Energy and Buildings 40, 911–916.