1.A CLASSE DI REQUISITO: COMFORT TERMOIGROMETRICO

Date le loro caratteristiche di leggerezza e di semitrasparenza, le membrane possono essere considerate più dei filtri che delle barriere di flussi dall’esterno verso l’interno e viceversa. Di conseguenza, le prestazioni termoigrometriche che sono in grado di garantire, difficilmente possono essere comparate con quelle offerte da elementi costruttivi massivi, come riportato anche nello studio di:

Hirokuza M., Kiyotaka K.,
(1984), Thermal property of coated fabrics, in “The Design Process” International Symposium on Architectural Fabric Structures, Orlando

in cui vengono messe a confronto le proprietà termiche del calcestruzzo, del vetro e di una membrana in fibra di vetro/ptfe. Un dato su tutti per dimostrare la scarsa prestazione della membrana tessile: la resistenza conduttiva dello strato interno (mqK/W) è pari a 0,0042, contro 0,15 del calcestruzzo e 0,01 del vetro.
Se nel passato tale limitazione poteva essere un dettaglio trascurabile, considerata la natura temporanea di queste strutture a membrana, attualmente, invece, con le recenti realizzazioni a carattere permanente, la capacità di prevedere e controllare non solo le condizioni igrotermiche, ma anche acustiche e luminose, diventa fondamentale, come afferma:

Chilton S.,
(2003), Environmental aspect, in Textile Roof  2003, Berlin

Una membrana in trazione non è altro che una sottilissima pelle, spessa non più di 1 mm, che non possiede la capacità di smorzare gli effetti conseguenti alla fluttuazione delle temperature esterne. Qualsiasi cambiamento di temperatura sulla faccia esterna della membrana, attribuibile a moti convettivi e radianti, è accompagnato in modo quasi istantaneo da variazioni sulla sua faccia interna. Specifiche misurazioni, riportate in:

Crome D.J., Moseley P.,
(1984), Energy and thermal performance of airhouses, in The design of air-supported structures, Institute of Structural Engineers, London

hanno mostrato che la differenza di temperatura tra due facce opposte di una membrana monostrato è sempre inferiore a 0,5°C.
L’architettura a membrana, inoltre, origina spazi caratterizzati da luci molto ampie e da altezze elevate: le diverse quote dell’intradosso delle coperture tessili favoriscono l’accumulo di aria calda nei punti più alti della struttura, determinando strati di aria più fredda nelle zone più basse, proprio dove è prevista la permanenza delle persone. Questo fenomeno tende ad amplificarsi durante il giorno, quando la membrana di copertura viene colpita dai raggi solari, tanto che è possibile riscontrare differenze di temperatura fra il punto più alto e il pavimento anche di 14°C, come è stato riportato nella documentazione di:

Harvie G.N.,
(1995), An investigation into the thermal behaviour of spaces enclosed by fabric membranes, PhD Thesis, Cardiff University of Wales-GB

Durante le ore notturne, questa variazione si inverte, dato che la superficie della membrana di copertura si raffredda più velocemente del pavimento, più massivo e quindi caratterizzato da maggior inerzia termica.
La bassissima inerzia termica e la ridotta proprietà isolante, che rendono la tensostruttura incapace di smorzare gli sbalzi di temperatura che si generano sulle diverse facce dell’involucro, unita alla caratteristica di idrorepellenza dei tessuti rivestiti con cui vengono prodotte le membrane, sono responsabili della vulnerabilità delle membrane tessili ai fenomeni di condensa. La condensa contribuisce a creare condizioni microclimatiche decisamente poco confortevoli, favorisce la proliferazione di muffe sulle superfici, con formazione di macchie e scolorimento, riduce in modo significativo la vita di esercizio dei materiali e delle finiture.
Migliorare il comportamento termoigrometrico delle membrane, a scapito, però, della traslucenza dell’involucro, è possibile con l’adozione di un espediente tecnico-costruttivo, cioè l’aumento del numero degli strati tessili che costituiscono l’involucro.
Come ampiamente descritto nel testo:

Forster B., Mollaert M., (edizione italiana a cura di Zanelli A.)
(2007), Progettare con le membrane, Maggioli, Rimini

sono numerose le soluzioni praticabili per creare un involucro multistrato: la strategia comune è di intrappolare aria tra i diversi strati di membrana o all’interno della membrana stessa, inserendo per esempio materiali isolanti di natura fibrosa, camere d’aria, schiume, o qualsiasi combinazione di questi differenti accorgimenti tecnici. Tra gli involucri multistrato i più diffusi sono quelli a doppio strato di membrana tessile: l’intradosso della membrana strutturale esterna è rivestito da uno strato addizionale e fra questo e la membrana più interna, che costituisce lo strato visibile internamente, viene lasciata una lama d’aria di uno spessore che può variare fra i 100 e i 500 mm. Questa camera d’aria interposta tra le membrane riduce il trasferimento di calore per convezione che si sviluppa tra lo strato esterno e lo spazio interno. Per migliorare le prestazioni termiche delle strutture in membrana, la ricerca si sta attivando con molti sforzi, come emerge anche dalle memorie presentate nei convegni più importanti, fra cui:

Balz M., Mühlberger J.,
(2006), Multiple layer membrane structures, in IASS 2006 Proceedings, Beijing
Devulder T., Chilton J., Wilson R., Blum R.,
(2007), Advanced textile skins: predicting the thermal response of complex membrane constructions, in TensiNet Symposium Proceedings, Milano
Pause H.,
(2006), Membranes with thermo-regulating properties for architectural application, in Adaptables ’06, Eindhoven
Zhang L.,
(2006), Transparent thermal insulating multi-layer membrane structure for building envelope, in Adaptables ’06, Eindhoven

Accanto alle membrane multistrato, trovano posto anche le membrane isolate, costituite da uno strato di materiale isolante a bassa densità inserito tra la pelle strutturale esterna e la pelle interna. Lo strato isolante può essere collegato in modo diretto alla pelle strutturale oppure sospeso a essa, un’altra possibilità è l’appoggio sulla pelle interna. Sono preferibili le soluzioni che evitano il contatto diretto con lo strato strutturale, perché semplificano la fase di assemblaggio e di pretensionamento della tensostruttura.
Spalmature in schiuma, materiali fibrosi, film con bolle d’aria rappresentano l’offerta del mercato edilizio; ciascuna alternativa offre diversi livelli di trasparenza e di isolamento termico, come indicato nello studio di:

Baier B.,
(2000), Climatic and energy-saving aspects in the optimization of membrane constructions, in The design and pratical realisation of architectural membrane structures, Textile Roofs 2000, Berlin

La predisposizione di uno strato isolante interposto tra i diversi strati di membrana, in grado di intrappolare aria all’interno della sua struttura porosa e a bassa densità, influisce notevolmente sulla trasmissione di calore attraverso lo spessore dell’involucro tessile, consentendo un controllo più preciso delle condizione termiche dell’ambiente interno.
Il controllo della condensa nelle chiusure a membrana isolata rappresenta un aspetto critico, tanto che i progettisti devono necessariamente ricorrere all’inserimento, nella stratificazione, di barriere al vapore opache o metallizzate per poter controllare in modo efficace il fenomeno, a scapito però della trasparenza.
E’ importante sottolineare che anche la ventilazione deve assumere un ruolo strategico: la ventilazione naturale è la strategia più percorribile per raffrescare l’ambiente interno durante la stagione estiva, da ciò l’importanza di progettare delle parti apribili dell’involucro, attraverso cui favorire l’ingresso dell’aria fresca esterna ai livelli inferiori, trasportando quella surriscaldata verso l’alto, secondo il flusso naturale dei moti convettivi interni. Durante il periodo invernale, invece, l’immissione di aria esterna dovrebbe essere ridotta al minimo, così da diminuire le dispersioni di calore, mentre sarebbe opportuno incentivare la mescolanza tra i diversi flussi d’aria stratificati nell’ambiente interno, impiegando, per esempio, ventole destratificanti. La ventilazione naturale può essere incrementata, realizzando nell’involucro delle aperture regolabili, dimensionate e posizionate così da permettere il massimo sfruttamento della pressione del vento tutto intorno all’edificio, oltre che differenze di temperatura tra le varie aree della struttura.