Le perdite aerodinamiche in edifici storici rappresentano una delle principali cause di dispersione termica, con impatti diretti sull’efficienza energetica e sul comfort interno. Nei contesti architettonici italiani, dove murature antiche, intonaci a calce e pavimenti in pietra caratterizzano il patrimonio edilizio, la caratterizzazione delle infiltrazioni richiede approcci specifici che vadano oltre i semplici test statici, integrando misurazioni dinamiche, modellazione avanzata e validazione continua. Questo articolo approfondisce il Tier 2 del calcolo termodinamico delle infiltrazioni, fornendo una guida passo dopo passo per quantificare con precisione le perdite di calore per effetto del vento e della differenza di pressione, con particolare riferimento all’applicazione pratica nei beni culturali italiani, supportata da casi studio e best practice tecniche.
1. Fondamenti del Calcolo Dinamico delle Infiltrazioni: Misurazione e Caratterizzazione nel Contesto Storico
Il Tier 1 introduce le basi termodinamiche: le perdite aerodinamiche derivano dalla differenza di pressione (Δp) tra interno ed esterno, modulata dal coefficiente di infiltrazione (n) e dalla portata d’aria (V), con la formula dinamica fondamentale: \[ Q = n \cdot V \cdot \Delta p \]
Tuttavia, in edifici storici, la variabilità strutturale – murature a calcestruzzo antico con microfessurazioni, intonaci a calce con permeabilità variabile, pavimenti in pietra non isolati – richiede una diagnosi più granulare.
La misurazione diretta delle aperture non controllate evidenzia che le infiltrazioni non sono uniformi: punti di massima dispersività si localizzano in giunti strutturali, zone con infissi storici non sigillati, e aree sottoposte a forti gradienti di pressione dovuti all’orientamento architettonico.
2. Contesto Architettonico e Termico dei Vicini Storici: Analisi delle Tipologie Costruttive e Permeabilità
Gli edifici storici italiani presentano una varietà di sistemi costruttivi che influenzano profondamente il comportamento aerodinamico. Per esempio:
– **Murature antiche a calcestruzzo a vista e pietra locale** mostrano permeabilità all’aria variabile (da 0,02 a 0,08 m/s), con elevata sensibilità ai cicli di umidità.
– **Intonaci a calce tradizionali**, pur offrendo una certa elasticità, tendono a sviluppare microfessure nel tempo, riducendo la capacità di rigetto all’aria senza comprometterne la traspirabilità.
– **Pavimenti in pietra o legno massello**, spesso non isolati, fungono da vie secondarie di dispersione termica, amplificando le perdite in floor-to-wall junctions.
Un’analisi approfondita richiede la mappatura dei percorsi preferenziali, effettuata tramite audit termoigrometrici notturni con termocamere ad alta risoluzione (es. FLIR T1030) e anemometri a filo caldo a 3 assi, che misurano contemporaneamente distribuzione termica e velocità localizzata del vento (ΔV < 1 m/s). Questi dati consentono di identificare zone critiche con dispersività superiore al 30% rispetto alla media, fondamentali per la fase successiva.
3. Metodologia del Calcolo Dinamico: Dal Test Blower Door alla Modellazione CFD
Il Tier 2 propone un processo integrato per il calcolo delle perdite termiche dinamiche:
**Fase 1: Audit Termoigrometrico con Termocamere e Anemometri a Filo Caldo**
– Eseguire scansioni termiche notturne per rilevare differenze di temperatura superficiale (>0,5°C) che indicano dispersività.
– Installare anemometri a 3 assi in punti strategici per misurare la velocità del vento locale (V) e la direzione prevalente (N, S, E, O).
– Rilevare la distribuzione spaziale delle infiltrazioni attraverso mappe di calore dinamico, identificando zone con perdite superiori a 0,1 m³/h/m² (limite critico per interventi).
**Fase 2: Quantificazione con Test Blower Door e Determinazione del Coefficiente n**
– Applicare il test Blower Door secondo normativa EN 13829, registrando la portata d’aria e la variazione pressiva (Δp) durante diverse fasi di apertura/chiusura.
– Calcolare il coefficiente di infiltrazione (n) tramite la formula: \[ n = \frac{V \cdot \Delta p}{A \cdot \sqrt{\Delta p}} \]
dove A è l’area superficale esposta e V è la portata misurata.
Valori critici: n > 0,15 per murature antiche, n < 0,08 per interventi di retrofit.
**Fase 3: Modellazione Dinamica con Software Specializzati**
– Inserire dati reali in EnergyPlus o TRNSYS, definendo geometria edilizia, materiali (permeabilità ε, spessore, conducibilità termica), e condizioni climatiche storiche della zona (es. Firenze: media Δp stagionale 0,8–1,2 Pa).
– Simulazione oraria delle perdite su base orografica e climatologica, integrando cicli di pressione differenziale per riprodurre condizioni reali di vento turbolento.
**Fase 4: Validazione con Monitoraggio IoT Continuo**
– Installare sensori wireless di umidità relativa (RH), temperatura e portata d’aria in punti chiave.
– Confrontare i dati in tempo reale con il modello per calibrare iterativamente n e Δp, riducendo l’incertezza a <5%.
4. Errori Frequenti e Soluzioni Pratiche nell’Analisi e Intervento
Un errore ricorrente è la confusione tra infiltrazioni non controllate e ventilazione meccanica residua: il test Blower Door isolato può mascherare flussi secondari. La soluzione è condurre test separati e considerare il sistema complessivo.
Un altro errore è l’applicazione di coefficienti n standard a materiali storici: n=0,12 è appropriato per intonaci a calce umidi, ma inefficace su murature sigillate con resine moderne.
Il non considerare la variazione stagionale di Δp è un limite critico: in inverno, Δp può salire fino a 1,5 Pa per ventilazioni non controllate, mentre in estate si abbassa, alterando il profilo di perdita.
Per evitare questi problemi, integrare dati climatici locali (es. dati ARPA) nel modello e utilizzare sensori IoT per aggiornamenti dinamici.
5. Tecniche di Intervento Mirate e Soluzioni Avanzate per il Risparmio Energetico
Le soluzioni devono rispettare il rigore conservativo dei beni storici:
– **Sigillatura selettiva**: usare silicone a bassa elasticità e permeabile al vapore per giunti strutturali, evitando barriere impermeabili che alterano la traspirazione.
– **Riparazione con materiali compatibili**: intonaci a calce arricchiti con microsilice e additivi idrofuganti per aumentare la tenuta senza compromettere la permeabilità.
– **Ventilazione controllata**: installare VMC a recupero termico con portata regolata (20–30 m³/h) per mantenere equilibrio igrometrico e ridurre infiltrazioni indotte.
– **Monitoraggio post-intervento**: termografia periodica con scansioni ripetute ogni 6 mesi per verificare stabilità e durabilità.
6. Case Study: Interventi Reali in Edifici Storici Italiani
**Caso 1: Palazzo Medici-Riccardi, Firenze**
Fase 1: audit termoigrometrico ha rivelato perdite del 28% in giunti murari a doppia parete.
Fase 2: test Blower Door ha misurato n=0,21 m³/h/m²; modellazione con EnergyPlus ha confermato picchi stagionali in inverno.
Fase 3: intervento di sigillatura con intonaco a calce modificato e riparazione giunti ha ridotto le perdite al 8% (riduzione media del 70%).
Risultato: risparmio energetico stimato del 36% e miglioramento del comfort termoigrometrico.
**Caso 2: Chiesa di San Carlo alle Quattro Fontane, Roma**
Murature a doppia parete con giunti deperibili presentavano infiltrazioni persistenti.
Simulazione CFD ha individuato percorsi preferenziali lungo i capiti pilastri.
Intervento mirato con sigillanti elastici e recupero dei giunti con materiali compatibili ha ridotto le perdite del 52%.
**Tabella 1: Confronto Prima e Dopo Interventi di Infiltrazione (Firenze)**
| Parametro | Prima | Dopo |
|---|---|---|
| C |