2012

AID MONUMENTSconoscere progettare ricostruire

volume primo

a cura diClaudia ConfortiVittorio Gusella

prefazioneRenata Codello

Copyright © MMXIIIARACNE editrice S.r.l.

www.aracneeditrice.itinfo@aracneeditrice.it

via Raffaele Garofalo, 133/A–B00173 Roma(06) 93781065

ISBN 978-88-548-6506-8

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realizzato con il contributo di...........

progetto graficoValeria Menchetelli

videoimpaginazioneNicola CavalagliValeria MenchetelliGiacomo Pagnotta

AID MONUMENTSconoscere progettare ricostruirePerugia, 24-26 maggio 2012

comitato d’onoreRegione UmbriaProvincia di PerugiaComune di PerugiaFondazione Accademia di Belle Arti “Pietro Vannucci” di PerugiaAccademia Nazionale di San LucaDirezione Regionale per i Beni Culturali e Paesaggistici dell’Umbria

patrocinato daOrdine degli Architetti, Paesaggisti, Pianificatori e Conservatori della Provincia di PerugiaOrdine degli Ingegneri della Provincia di PerugiaFondazione Cassa di Risparmio di PerugiaANCE UmbriaConfindustria PerugiaPerugiAssisi 2019 Capitale Europea della Cultura

comitato scientifico

presidenteVittorio Gusella Università di Perugia

Claudia Conforti Università di Roma “Tor Vergata”Carolina Di Biase Politecnico di MilanoPatrizia Gabellini Politecnico di MilanoPaolo Giandebiaggi Università di ParmaAnnibale Luigi Materazzi Università di PerugiaRosario Marco Nobile Università di PalermoUlisse Tramonti Università di Firenze

comitato organizzatore

presidente Paolo Belardi Università di Perugia

Fabio Bianconi Università di PerugiaMarco Breccolotti Università di PerugiaFederico Cluni Università di PerugiaFabrizio Fiorini Università di PerugiaMassimiliano Gioffré Università di PerugiaFilippo Ubertini Università di PerugiaIlaria Venanzi Università di Perugia

segreteria organizzativaNicola Cavalagli Università di PerugiaValeria Menchetelli Università di Perugiatel +39 075 585 3956 / 3784email info@aidmonuments.eu

progetto graficoValeria Menchetelli Università di Perugia

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Energia rinnovabile negli edifici storici. Un tema di restauro, una relazione da ripensare

Maria Vitiello

La valutazione dell'efficienza energetica degli edifici storici costituisce un tema di grande attualità, poiché le direttive europee fissando una forte riduzione delle emissioni climateranti e imponendo l'incremento della quota di energia prodotta da fonti rinnovabili, portano alla ribalta della disciplina del restauro questioni di retrofit energetico, fino ad oggi interesse di un ristretto ambito di studiosi. 1 I requisiti rigidi fissati dalla normativa italiana, che non ha stabilito vagli differenti per le costruzioni nuove e per quelle esistenti, valutando il patrimonio edilizio esistente senza alcuna distinzione che tenga conto del regime di tutela al quale questo può essere sottoposto, interferisce pesantemente con la gestione dei centri storici e più in particolare sul patrimonio diffuso nel quale si fonda il valore storico e culturale della nostra terra 2.

La questione, dunque, è cruciale, per le complessità dei sistemi messi in gioco nell'interfaccia tra tecnologie e principi conservativi, per gli strumenti matematici di simulazione dei comportamenti energetici messi in gioco oltre che per l'impostazione generale del processo valutativo e prestazionale dell'edilizia esistente.

Sono molti gli aspetti da sciogliere nell'elaborazione di un sistema conoscitivo e metaprogettuale che possa condurre alla definizione di linee guida per la progettazione del retrofit energetico, perché la ricerca contemporanea fino ad oggi ha privilegiato l'indagine su aspetti che riguardano le forme di produzione, meno sull'applicabilità delle tecnologie innovative al costruito, il quale, invece, richiede di essere accuratamente ascoltato affinché le modificazioni, che di necessità devono essere introdotte nel processo di riqualificazione, non comportino una alterazione profonda e grossolana delle proprietà strutturali del sistema ambientale proprio dell'esistente storico.

L'atteggiamento sistemico evidente nei protocolli in uso per la stima dell'efficienza energetica delle preesistenze edilizie, è quello sottoporre a

valutazione il bilancio termico tra una costruzione e il suo ambiente esterno attraverso modelli di calcolo che si prestano a quantificare il fabbisogno energetico dell'edificio, vagliato in funzione delle proprietà di trasmittanza specificate in relazione a ciascuna componente costruttiva presente.

La valutazione incentrata esclusivamente sulla tecnologia costruttiva dell'involucro e la quantificazione dello scambio termico tra ambiente interno ed esterno rivela una scarsa attenzione per le particolarità strutturali delle forme aggregate tipiche dell'edilizia storica. Nel processo di semplificazione delle procedure, la normativa sembra aver tralasciato la cura di molti aspetti che, invece, sono propri dell'edilizia storica preindustriale e la distinguono dal cumulo dell'edificato esistente.

Il carattere sostanziale di un edificio storico è rappresentato dal suo essere elemento costituente di una struttura complessa data dall'aggregato urbano, in questo la qualificazione delle relazioni intercorrenti tra e le parti è elemento fondamentale ai fini di una definizione qualitativa, oltre che quantitativa, delle diverse componenti che lo definiscono.

In altri termini, quando in esame vi sono gli scambi energetici tra le unità che definiscono la natura del sistema, l'edilizia storica, prima ancora di essere studiata nelle sue componenti tecnologiche, esige un apprezzamento che va oltre gli aspetti strettamente costruttivi e prestazionali dei singoli elementi che qualificano l'involucro architettonico.

Una corretta valutazione implica l'estensione dell'analisi al sistema urbano del quale l'elemento costruito è parte, e al quale partecipa alla formazione della valenza di "struttura" che è propria di qualunque organismo civico.

Ciò implica, in sostanza, che se "ogni molecola dell'universo antropico è quello che è principalmente in virtù della sua relazione, e nella sua relazione, con le altre che insieme costituiscono una struttura" 3, nulla può essere studiato indipendentemente dalle relazioni intorno alle quali l'organismo urbano si articola e ogni modificazione, che sia di aggiunta o sottrazione, non può non essere che analizzata all'interno di questa complessa trama di rimandi.

La comprensione del sistema energetico di ogni singola costruzione, dunque, deve essere necessariamente aperta alla cognizione dei nessi

relazionali intorno ai quali si individuano i caratteri di ogni edificio affinché i presidi in progetto possano essere individuati nell'ambito di una pratica restaurativa che si ponga in una posizione dialettica tra continuità e mutazione, così che le istanze della conservazione si possano effettivamente coniugare con quelle della sostenibilità dell’intero processo di modificazione dell’esistente.

Solo spostando l'approccio metodologico dell'efficientamento energetico del patrimonio edilizio preindustriale, dalla scala dell'edificio a quella del settore urbano, è possibile individuare nella logica modificativa, che è insita nel processo di adeguamento prestazionale, uno scardinamento dell'idea d'incompatibilità tra la richiesta normativa del risparmio energetico e l'istanza di conservazione propria del restauro architettonico.

Gli aggregati urbani, infatti, si compongono non solo dei pieni formati da case, da palazzi, da edilizia specialistica, ma di vuoti.

Le strade, le piazze, i vicoli organizzano la trama gerarchica dei luoghi, ne definiscono le reciproche influenze e tessono la rete delle interconnessioni tra edificato ed eminenzialità architettoniche, costituendo un'unità organica che nell'insieme rappresenta una compagine da analizzare energeticamente, oltre che una risorsa da tutelare unitariamente.

Esaminare la qualità degli spazi pubblici, la densità edilizia e l'integrazione del costruito con la natura nell'ambito di uno studio mirato all'efficientamento energetico degli edifici storici, è importante quanto la valutazione delle singole componenti dell'involucro.

Questi sono gli elementi che caratterizzano la permeabilità del sistema urbano e ne precisano la capacità ad interagire con le componenti climatiche proprie di un sito.

È dalla reciprocità di queste relazioni che si determinano i carichi termici effettivi a cui le costruzioni sono sottoposte ed è nelle mutue influenze che si possono generare risposte diverse ad una medesima sollecitazione. La capacità di un edificio di rispondere positivamente a una pressione termica dipende sì dalla tipologia costruttiva, dal rapporto tra la superficie disperdente dell'edificio esposta all'esterno e il suo volume espresso dal rapporto S/V (parametro che misura la compattezza di un edificio) ma non solo 4.

La contiguità delle costruzioni e la loro elevata concentrazione costituiscono una misura importante per la caratterizzazione del comportamento energetico del tessuto edilizio in rapporto a determinate condizioni ambientali. In esso le qualità formali e costruttive degli edifici che lo compongono si relazionano a quelle egli spazi vuoti che lo articolano. Così se l'ampiezza di un vano stradale influisce sul soleggiamento delle superfici architettoniche che ne definiscono gli ambiti, la presenza di alberature può contribuire all'ombreggiamento dei fronti e la qualità dei materiali impiegati per la definizione degli spazi urbani può agire da amplificatore dei caratteri climatici, ovvero contribuirne a mitigare gli effetti.

La predisposizione di una mappatura di tutti gli elementi presenti alla scala urbana capaci di concorrere alla definizione della qualità energetica di differenti ambiti urbani, costituisce l'inizio di un processo di rinnovamento del sistema di parametrazione attualmente adottato dalla normativa. La messa a sistema di questi nuovi elementi di giudizio, con la descrizione analitica offerta dalla UNI TS 11300 diviene un'operazione conseguente e meramente connessa alla computazione di questi nel comportamento energetico globale dell'architettura.

La conoscenza delle caratteristiche materiche e tecnologiche delle componenti architettoniche dell'involucro sono fondamentali per la definizione del comportamento termo-igrometrico dell'edificio oggetto dell'analisi, oltre che per il rilievo del range di variabilità delle sue prestazioni energetiche. Nell'ambito di tali approfondimenti è fondamentale l'acquisizione dei dati storici della fabbrica, sia attraverso la raccolta archivistico-documentaria, sia attraverso l'analisi diretta e stratigrafica delle murature pertinenti l'edificio, sia per mezzo di analisi diagnostiche quali la termografia, i microcarortaggi, le endoscopie, il rilevamento ultrasonoro o altre ancora, che consentano la ricomposizione del processo evolutivo dell'edificio. Tali studi hanno lo scopo di acquisire elementi per la documentazione storica, costruttiva e artistica dell'edificio, per comprenderne l'articolazione e analizzarne la fruibilità in un'ottica di valorizzazione, ma non solo. Queste, infatti, consentono di individuare sia lo stato di conservazione della materia, sia le discontinuità della fabbrica. Le lacune d'intonaco, la polverizzazione della malta d'allettamento, le infiltrazioni d'acqua sono degradi che influiscono sul comportamento igrometrico delle murature. Mentre la

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presenza in queste di alterazioni introdotte dai restauri per adeguamenti e consolidamenti strutturali incide non solo in termini di modificazione del comportamento statico, ma grava sulla disomogeneità delle risposte termiche dei muri, i quali, a volte sono pesantemente alterati dall'inserimento di corpi estranei quali cordoli e spillature armate, diatoni, putrelle e reti elettrosaldate.

Gli strumenti e i metodi che consentono di modellare matematicamente il comportamento termico di edifici caratterizzati da alterazioni introdotte dal tempo oltre che da modificazioni di tipo antropico, non sono ancora disponibili sul mercato. I software in uso non sono sufficientemente evoluti per poter considerare nelle forme più opportune le specificità e i problemi di un tale genere di murature, anzi essendo nati per la stima energetica dell'edilizia di nuova realizzazione non riescono a conteggiare neanche in maniera adeguata l'inerzia termica delle murature spesse, sottostimando il loro comportamento e restituendo dei profili di temperature diverse da quelle rilevabili nell'edificio per mezzo di prove sperimentali 5.

I limiti riscontrabili nell'impiego di tali software riguardano sia l'immissione di dati generali riguardanti l'edificio, sia la caratterizzazione troppo generica delle murature (le categorie relative alle costruzioni murarie di tipo 'leggera', 'media' e pesante' non solo parametrabili a quelle in pietrame di grande spessore il cui peso può giungere anche al triplo degli 800 kg/mq di una muratura in mattoni pieni), vi è finanche all'impossibilità di effettuare scelte flessibili e diversificate sulle tipologie dei serramenti, sulle altezze interne dei vani, sugli spessori dei solai, sull'inserimento dei valori di ventilazione, sulla presenza di umidità delle murature, sulla dell'inerzia termica che spesso non viene proprio richiesta ma che è il principio maggiormente caratterizzante le costruzioni storiche 6.

Rispetto alla mancanza di software di calcolo effettivamente in grado di valutare le prestazioni energetiche degli edifici storici con metodologie dedicate e non mutuate da sistemi usati per le nuove costruzioni, si auspica che il legislatore rinunci alla pretesa di "adeguamento" ai rigidi requisiti prescritti dalla normativa italiana, in favore di un miglioramento compatibile con le esigenze di tutela.

Accertata la necessità di osservare il costruito storico da una prospettiva scalare, è doveroso interrogarsi sulla sostenibilità degli

interventi diretti all'incremento delle caratteristiche energetiche e alla compensazione delle discrepanze esistenti tra i livelli di prestazionali reali, quelli richiesti dai nuovi usi in funzione della compatibilità delle azioni restaurative.

Questi, in altri termini, necessitano di essere stabiliti intorno ai livelli modificabilità delle componenti d'involucro dell'edilizia storica, individuati sulla base di indicatori capaci di caratterizzare quanto nella materia esistente sia già stato trasformato dal tempo, da restauri pregressi, da sostituzioni più o meno ampie di materiali o da alterazioni apportate alla sua consistenza morfologica. Si tratta, cioè, di intendere quante e quali manipolazioni siano già state apportate al sistema linguistico, a quello strutturale e distributivo e quanto ancora l'edificio e la struttura urbana nel suo insieme, siano ancora capaci di assorbire ulteriori trasformazioni.

La metodologia predisposta, dunque, si articola intorno alla dialettica tra innovazione e conservazione e si appoggia alle tecniche di assestment, normalmente utilizzate per lo studio unitario di fattori diversi, multidimensionali e difficilmente quantificabili.

Le procedure di Analisi Multicriterio, MCDA, Multi-Criteria Decision Aid, largamente adottate in diversi settori della valutazione dei beni culturali, costituiscono uno strumento di supporto al processo decisionale dal quale non scaturiscono scelte preconfezionate, tipiche di una certa manualistica, ma tracce metaprogettuali che bene si accostano alla molteplicità delle conformazioni dell'edilizia storica. Il sistema individuato per lo sviluppo delle linee guida per la progettazione del retrofit energetico è l'AHP Analytic Hierarchy Process 7.

Diversamente da quanto fino ad ora è stato prodotto, le Linee Guida pensate per di accompagnare il restauratore nelle scelte progettuali, non sono scritte una volta per tutte, ma sono state pensate in forma interattiva. Tale decisione è stata effettuata in quanto la selezione delle azioni restaurative avviene sulla base di tecnologie che nella realtà non sono mai ferme ma in continuo aggiornamento e di regole sempre implementabili in funzione di nuove misure e termini di raffronto, in modo che il percorso di affiancamento si cali effettivamente nell'alveo dell'individualità dell'edificio storico e nel cosiddetto "caso per caso".

All'interno di questo semplice schema di calcolo un momento importante è rappresentato dall'individuazione dei criteri sui quali

impostare il percorso per la scelta delle soluzioni ottimali ai fini del miglioramento delle prestazioni energetiche dell'edilizia storica, oltre che dalle gerarchie e dai pesi attribuiti a ciascun fattore.

In tal modo, ogni macroelemento costruttivo, considerato nello specifico rapporto d'interfaccia con l'ambiente, è valutato in funzione della quantificazione e qualificazione delle alterazioni già presenti nell'edificio, del sistema percettivo posto in atto nella relazione tra sistema urbano e edificato ed è misurato in rapporto alla compatibilità figurativa, fisica e chimica, alla removibilità, all'effettivo incremento prestazionale e alla fattibilità economica dell'intervento.

La ricerca ha cercato di ricomporre il sistema multiscalare e multidimensionale che è alla base della struttura urbana di cui gli edifici storici, siano essi edilizia di base o specialistica, sono parte, portando al vaglio le molte componenti che in questo sistema interagiscono con la questione energetica del costruito esistente.

Le complessità delle relazioni tra gli elementi della composizione, hanno bisogno ancora di essere del tutto sciolte e integrata attraverso la completa fusione dei protocolli.

A tal fine sarebbe necessaria una fattiva collaborazione multidisciplinare, dove i saperi degli architetti-restauratori, dei tecnologi e degli informatici si riuniscano per produrre una soluzione coordinata e completa. Maria Vitiello (maria.vitiello@uniroma1.it); Assegnista di Ricerca presso il Dipartimento di Storia, Disegno, Restauro dell’Architettura; Università degli Studi “Sapienza” di Roma. 1 Nota a piè di pagina: 3 punti in meno rispetto al testo principale, rientro della prima riga di 0,5 cm. Nota a piè di pagina: 3 punti in meno rispetto al testo principale, rientro della prima riga di 0,5 cm. Nota a piè di pagina: 3 punti in meno rispetto al testo principale, rientro della prima riga di 0,5 cm. 2 Decreto Ministeriale 26/06/2009 - Ministero dello Sviluppo Economico, Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici. 3 Miarelli Mariani, 1978. 4 Conte, 2007; Scrimma 2007. 5 Caputo, 2007; Rogora, 1998.

6 Una ricerca condotta in seno al Dipartimento BEST del Politecnico di Milano, ha testato tre software di analisi termica operanti in regime dinamico. Dalla ricerca emerge un totale scollamento tra le simulazioni elaborate dai prodotti informatici e quelle effettivamente rilevate da analisi in situ. Adhikari, 2011. 7 L'AHP è uno dei metodi di analisi multi criterio e consente sia di assegnare una priorità ad una serie di stimoli decisionali sia di mettere in relazione livelli caratterizzati da valutazioni qualitative e quantitative non direttamente confrontabili. Dalla combinazione dei differenti sistemi di ranking si ottiene una sintesi che sostiene il processo decisionale nell'individuazione delle scelte progettuali più adeguate. Saaty, 1980; Figueira, 2005. Studi citati MIARELLI 1978 = G. Miarelli Mariani, Restauro e territorio. Appunti su un rapporto

difficile e controverso, in "Palladio", XXV (1978) pp. 83-100. SAATY 1980 = T.L. Saaty, The Analytic Hierarchy Process, New York, McGraw-Hills,

1980 ROGORA 1998 = A. Rogora, La simulazione del comportamento termico degli edifici, in

La qualità ambientale degli edifici, Rimini, Maggioli, 1998, pp. 501-516. FIGUEIRA 2005 = J. Figueira, S. Greco, M. Eds, Multiple Criteria Decision Analysis:

State of the Art Surveys. In Internaional Series in Operations Research and Managment Science, vol.78, Boston, Springer-Verlag, 2005.

CAPUTO 2007 = P. Caputo, Strumenti di valutazione del comportamento energetico, in "il Progetto Sostenibile, 16 (2007), pp. 6-15.

CONTE 2007 = E. Conte, V. Lattanzi, R. Milano, Un insediamento residenziale: verifica delle prestazioni energetiche d'involucro, in L'involucro edilizio, una progettazione complessa. Artec 2007, Firenze, Alinea, 2007, pp. 227-236.

SCRIMMA 2007 = R. Scrimma, Tra "muro e "involucro", in L'involucro edilizio, una progettazione complessa. Artec 2007, Firenze, Alinea, 2007, pp. 173-179.

ADHIKARI 2011 = R. Adhikari, V. Pracchi, A. Rogora, E. Rosina, La valutazione delle prestazioni energetiche negli edifici storici: sperimentazioni in corso, in "il Progetto Sostenibile", 28 (2011), pp. 20-27.

2 Decreto Ministeriale 26/06/2009 - Ministero dello Sviluppo Economico, Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici. 3 Miarelli Mariani, 1978. 4 Conte, 2007; Scrimma 2007. 5 Caputo, 2007; Rogora, 1998. 6 Una ricerca condotta in seno al Dipartimento BEST del Politecnico di Milano, ha testato tre software di analisi termica operanti in regime dinamico. Dalla ricerca emerge un totale scollamento tra le simulazioni elaborate dai prodotti informatici e quelle effettivamente rilevate da analisi in situ. Adhikari, 2011. 7 L'AHP è uno dei metodi di analisi multi criterio e consente sia di assegnare una priorità ad una serie di stimoli decisionali sia di mettere in relazione livelli caratterizzati da valutazioni qualitative e quantitative non direttamente confrontabili. Dalla combinazione dei differenti sistemi di ranking si ottiene una sintesi che sostiene il processo decisionale nell'individuazione delle scelte progettuali più adeguate. Saaty, 1980; Figueira, 2005.