Tesi - Bioedilizia: l’utilizzo del composto in canapa e calce

Università degli studi di Napoli “Federico II”

Scuola politecnica e delle scienze di base

Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale

Corso di Laurea in Ingegneria Edile

Tesi di Laurea in Architettura Tecnica

“Bioedilizia: l’utilizzo della canapa e calce”

Relatore: Prof.ssa Flavia Fascia

Candidato: Manuel Carotenuto

Matr. N41/2026

Correlatore: Ing. Corrado Gisondi

Anno Accademico 2019/2020

“Le persone che riescono in questo mondo sono quelle che ricercano le condizioni che desiderano, e se non le trovano le creano.”

(George Bernard Shaw)

Introduzione

A partire dalla Rivoluzione Industriale, si è messa in moto, e ad una velocità sempre maggiore, quella macchina che ha permesso di compiere quelli che sono stati i più grandi passi in avanti nella storia dell'umanità sotto vari tipi di aspetti, in primis tecnologici e scientifici: la macchina del progresso.

La velocità sempre maggiore a cui viene fatta viaggiare questa macchina ha comportato e comporta tutt'ora, un cambiamento continuo nel modo di vivere e soprattutto una ricerca sempre più ambiziosa di una maggior agiatezza e benessere.

La corsa all'oro, come ormai tutti sappiamo, ha portato con sé tuttavia moltissimi aspetti fortemente negativi di cui l'ambiente, e di conseguenza l'uomo, sta ancora pagando il conto.

Per citare alcuni, ormai noti, sintomi della grave crisi di cui si ha consapevolezza già a partire dagli anni '70 del secolo scorso con la crisi energetica, si ha:

• Inquinamento atmosferico (CO e altri gas) e i suoi effetti negativi (effetto serra, distruzione dello strato di ozono, piogge acide, malattie correlabili, ecc.);
• Prevedibile esaurimento delle risorse naturali non rigenerabili (petrolio, gas naturale);
• Inquinamento delle acque e del suolo e crescenti consumi di acqua potabile;
• Dissesti idrogeologici che si verificano in ogni parte del pianeta;
• Diminuzione della biodiversità, cioè delle specie animali e vegetali.

Quando tutto questo si è manifestato in modo così forte da non poter più essere trascurato, quando il costo dell'energia ha cominciato a crescere in modo insostenibile e quando, precisamente a partire dall'anno 2009, secondo quanto riportato dal WEO, World Energy Outlook, si è assistito ad una diminuzione della domanda di energia primaria in ogni settore, causata dalla crisi economica e di conseguenza prezzi più bassi e un rallentamento negli investimenti, i mercati energetici si sono modificati in maniera consistente.

È questo in sostanza che ha spinto, praticamente tutti i settori industriali, ad adottare una nuova politica finalizzata al raggiungimento di obiettivi di miglioramento ambientale, economico, sociale ed istituzionale facendo nascere così il concetto di sviluppo sostenibile, "un processo che lega la tutela e la valorizzazione delle risorse naturali alla dimensione economica e sociale", pur cercando di soddisfare i bisogni sempre comunque crescenti delle attuali generazioni ma al contempo evitando di compromettere la capacità delle future di soddisfare i propri.

Il settore delle costruzioni e dell'edilizia non rimane escluso da tutto quanto detto finora, anzi ne rappresenta uno dei soggetti maggiormente implicati.

Infatti le tecniche di progettazione che si sono sviluppate in modo preponderante a partire dal dopoguerra, pur presentando i notevoli pregi strutturali e architettonici di cui siamo a conoscenza, non ponevano di certo l'attenzione verso i problemi energetici e il benessere ambientale.

Si è passati così dalla sana abitudine del costruire con l'obiettivo di disporre di uno spazio protetto il cui involucro mitigasse gli effetti delle condizioni climatiche esterne, alla riproduzione di strutture più o meno analoghe a latitudini diverse, al mare o in montagna, e delegando il controllo delle condizioni interne a sistemi impiantistici sì sempre più tecnologici e sofisticati ma allo stesso tempo, ad elevato dispendio energetico.

Così l'involucro edilizio ha perso nel tempo la sua funzione di regolatore dei flussi termici, funzione affidata sempre di più all'impianto tecnologico.

Ma in un'edilizia correttamente orientata alle esigenze del contenimento dei consumi energetici, è questa che deve essere la funzione degli impianti? La domanda è retorica.

Questo non significa il rifiuto delle tecniche più innovative in questo settore ma solo che lo sforzo maggiore nella progettazione deve essere mirato a creare spazi confinati protetti adeguatamente dall'involucro che li separa dall'esterno.

L'impianto sarà a questo punto un valido sostegno per assicurare il benessere degli abitanti ma non il principale fautore: non sarà così più necessariamente, né energeticamente né economicamente, dispendioso.

Questo sbagliato approccio nella progettazione degli edifici, diffusasi negli anni passati non è il solo responsabile del fatto che il settore civile, residenziale più terziario, è fortemente coinvolto nel consumo energetico, con un contributo medio relativo alle fonti energetiche tradizionali che si attesta, mediamente in Europa, intorno al 40% (IEA, 2008).

Oltre a questo, infatti l’estrazione delle materie prime, la produzione e la lavorazione dei materiali e i relativi trasporti, l’esecuzione e la manutenzione delle opere, nonché la demolizione e lo smaltimento degli edifici comportano un enorme dispendio di energia, tuttavia la maggior parte dei consumi energetici attribuibili all’edilizia viene impiegata per la climatizzazione e l’illuminazione degli edifici.

Lo sviluppo sostenibile nell'edilizia può allora essere inteso come la nuova "ipotesi progettuale che comporta determinate scelte tecnologiche volte a conseguire l'obiettivo di fornire beni e servizi con lo stesso livello qualitativo ma con un minore consumo di energia primaria, mettendo in campo risorse di altro tipo come capitale e lavoro" (G. Chiesa e G. Dall'O').

Si parla dunque di bioedilizia come approccio interdisciplinare che persegue come scopo ultimo la progettazione e la costruzione di edifici che possano accrescere il comfort e il benessere degli occupanti, pur con l'utilizzo di materiali il più possibile naturali e che comportino un miglioramento nelle condizioni energetiche e di sostenibilità ambientale.

È da qui che scaturisce la motivazione che sta alla base della scelta della tesi: analizzare e approfondire più nel dettaglio, ovvero dal punto di vista teorico e con un effettivo riscontro o meno nell'utilizzo pratico in un edificio in costruzione, l'uso di un particolare tipo di materiale il più possibile naturale, da impiegare nelle costruzioni edili che miri a soddisfare un duplice obiettivo, scopo ultimo della bioedilizia in genere:

• Conseguire un risparmio dal punto di vista energetico rispetto all'utilizzo dei materiali più tradizionali, ovvero perseguire un basso livello di energia grigia, la quantità di energia necessaria per l’estrazione, la trasformazione, l’impiego e lo smaltimento, e la riduzione al minimo del fabbisogno energetico per riscaldare/raffrescare l’edificio, ottimizzandone le prestazioni igrotermiche.
• Ottenere un'alternativa compatibile e sostenibile dal punto di vista ambientale che sia allo stesso tempo più performante rispetto ai materiali sintetici convenzionali generalmente impiegati.

Il materiale in questione è un biocomposto, una miscela di calce e canapa, di cui si andrà a descrivere le caratteristiche generali e tecniche e i possibili impieghi nel settore dell'edilizia, andando soprattutto ad indagare il suo comportamento igrotermico per dimostrare il perseguimento degli obiettivi sopra elencati.

Indice

Capitolo I la bioedilizia

Bioedilizia e sostenibilità ............................................................................... 1

1.1 L’evoluzione normativa per l’efficienza energetica degli edifici in Italia ...... 12

1.2 Linee Guida Nazionali per l’attestazione della prestazione energetica degli edifici .......................................................................................................................... 22

1.3 Sostenibilità dei materiali................................................................................ 27

1.4 Direttiva 2009/125/CE .................................................................................. 27

1.4.1 Protocollo ITACA e certificazione LEED .................................................... 28

1.4.2

Capitolo II la canapa

Storia della canapa ........................................................................................ 31

2.1 Caratteristiche botaniche ................................................................................ 35

2.2 Composizione ................................................................................................. 38

2.3 Utilizzi ............................................................................................................. 39

2.4 Tecniche produttive del canapulo .................................................................. 40

2.5 Il ruolo della canapa ........................................................................................ 47

2.6

Capitolo III la calce

La Calce: storia e composizione ..................................................................... 53

3.1 Produzione ..................................................................................................... 55

3.2 Perché è importante utilizzare la calce aerea ................................................. 59

3.3 Impatto ambientale ......................................................................................... 60

3.4

Capitolo IV il composto calce e canapa

Il composto calce-canapa ............................................................................... 61

4.1 Elementi in calce e canapa ............................................................................. 66

4.2 Messa in opera ............................................................................................... 68

4.3 Fasi della messa in opera del calcecanapulo .................................................. 74

4.4 Formazione degli operatori e sicurezza ........................................................ 75

4.4.1 Organizzazione e preparazione del cantiere ................................................. 77

4.4.2 Telai portanti: le diverse tipologie di strutture utilizzare nelle costruzioni in

4.4.3 Calce e canapa .............................................................................................. 78

Montaggio dei casseri e dei sistemi di ancoraggio ...................................... 81

4.4.4 Preparazione della miscela ........................................................................... 83

4.4.5 Installazione degli impianti ......................................................................... 88

4.4.6 Tecniche costruttive realizzabili con il composto in calce-canapa ................. 86

4.5 Elementi costruttivi in calce e canapa con applicazione manuale ............... 86

4.5.1 Elementi costruttivi in calce e canapa con applicazione a spruzzo mediante

4.5.2 Macchinari .................................................................................................... 95

Elementi costruttivi in calce e canapa prefabbricati ..................................... 97

4.5.3 Caratteristiche principali e peculiarità del biocomposto calce e canapa ....... 102

4.6 Traspirabilità e salubrità ............................................................................. 102

4.6.1 Proprietà termiche ....................................................................................... 105

4.6.2 Trasmittanza e conducibilità termica ................................................ 105

4.6.2.1 Tenuta d’aria ..................................................................................... 106

4.6.2.2 Inerzia termica .................................................................................. 107

4.6.2.3 Proprietà d’isolamento acustico .......................................................... 108

4.6.3 Resistenza al fuoco ..................................................................................... 110

4.6.4 Proprietà strutturali ..................................................................................... 111

4.6.5 Resistenza a compressione cilindrica ................................................ 111

4.6.5.1 Resistenza a flessione ....................................................................... 114

4.6.5.2 Altre proprietà della miscela calce-canapa ................................................ 116

4.6.6

Capitolo V realizzazioni in edilizia con calce e canapa

Casa passiva mediterranea: Casa Hi-Low ..................................................... 118

5.1 Casa in calce e canapa in Florida .................................................................. 123

5.2 Casa privata a Supersano (Lecce) ................................................................. 127

5.3 Verona: riqualificazione energetica di un edificio ........................................ 128

5.4 Complesso residenziale “Casa di Luce” ....................................................... 130

5.5 Area oggetto di rigenerazione urbana sostenibile ....................................... 130

5.5.1 Tipologia d’intervento ................................................................................ 132

5.5.2 Caratteristiche sistema distributivo edifici ................................................. 134

5.5.3 Sistema costruttivo ..................................................................................... 136

5.5.4 Progettazione integrata delle stratigrafie .................................................... 138

5.5.5 Progettazione della parete esterna ..................................................... 138

5.5.5.1 Progettazione del solaio interpiano ................................................... 139

5.5.5.2 Progettazione del solaio di copertura ................................................ 140

5.5.5.3 Conclusioni ................................................................................................. 141

5.5.6 Le serre solari ............................................................................................. 141

5.5.7 Fonti rinnovabili e caratteristiche impiantistiche dell’edificio ................... 144

5.5.8 Analisi comparata blocchi con Canapa e Calce con altri tradizionali ........ 145

5.5.9 Risultato dell’analisi comparata ................................................................. 148

5.5.10 Riflessioni finali ............................................................................................ 148

5.6 Conclusioni .............................................................................................................. 150

Ringraziamenti ........................................................................................................ 151

Capitolo I la bioedilizia

1.1 Bioedilizia e sostenibilità

Per comprendere più a fondo come il settore dell'edilizia incida sui consumi energetici e sull'inquinamento globale e come, per contro, costituisca un enorme potenziale di considerevoli risparmi e di riduzione delle emissioni di carbonio grazie soprattutto all’impiego di materiali più sostenibili, è necessario inquadrare tale settore nel contesto nazionale ed internazionale nel quale ci troviamo oggi che di per sé è sicuramente molto complicato ed incerto.

La crisi economica del 2008/2009 infatti ha investito tutte le economie occidentali, con importanti ripercussioni a livello globale.

In tutto questo, ciò su cui sembra doversi maggiormente concentrare è il settore energetico il quale infatti ha un ruolo fondamentale nella crescita economica di un Paese, sia per quelli in via di sviluppo sia per il mantenimento degli elevati ritmi di consumo di quelli sviluppati: avere energia a costi competitivi, con limitato impatto ambientale e con elevata qualità del servizio è una condizione essenziale per lo sviluppo delle imprese, delle famiglie e quindi di uno Stato.

Assicurare un’energia più competitiva e sostenibile è dunque una delle sfide più rilevanti per il futuro del nostro Paese e del globo in generale.

Il rapporto annuale dell'energia mondiale, il World Energy Outlook (WEO), ha presentato lo scorso Novembre 2019, gli scenari presenti e futuri sull'evoluzione dell'energia e dell'economia nei prossimi decenni.

I dati raccolti mettono a confronto tre scenari:

• Current Policies, che segue il trend attuale.
• Stated Policies, nuove politiche adottate dai governi.
• Sustainable Development, stato ideale per il futuro del pianeta.
• 450 ppm.

Il primo descrive come ci si aspetta che evolvano le cose se le tendenze rimanessero quelle attuali, aumento della domanda di energia (1,3% l’anno), tensioni sui mercati, innalzamento vertiginoso dei gas serra, lo scenario Nuove Politiche è l'evoluzione attesa se si implementassero le politiche annunciate dagli Stati, centinaia di milioni di persone continuerebbero a non avere accesso all’elettricità, ci sarebbero cambiamenti climatici legati alle emissioni di 2 ed il tasso di decessi legati all’inquinamento resterebbe pressoché inalterato, e 450 ppm è come evolverebbe la situazione se gli Stati si impegnassero ad evitare che la concentrazione di 2 nell'atmosfera raggiungesse le 450 parti per milione.

Figura 1.1 – Rapporto annuale dell’energia mondiale

Secondo la sintesi del rapporto, le questioni più rilevanti nella situazione attuale sarebbero la forte caduta dei prezzi del petrolio, gli impegni che le nazioni stanno prendendo in tutto il mondo per ridurre le emissioni di 2, la transizione della Cina ad un'economia meno intens