Valutazione della prestazione igrotermica nel tempo dei sistemi di copertura a verde. Simulazioni numeriche e analisi dei difetti e dei degradi

Building’s roofs, once seen just as elements of separation between indoor and outdoor, now are mainly studied for the benefits they can provide both on building and environmental scale. For this reason cool and green roofs are increasingly spreading. This thesis is mainly focused on the over time analysis of green roofs. If not carefully designed, they can present considerable problems due to the presence of water, that is essential for plants survival. Therefore, forecast and study of roof behavior in the course of time are fundamental during the design phases, since they affect the analysis of the actual needs of different layers, their correct position and thickness and the maintenance activities. At zero time a lot of things were told in terms of technology and functional models. In this thesis a dynamic simulation model has been tested trough software WUFI, comparing the results with experimental data measured at Politecnico di Milano and evaluating possible variations in parameters choice. This model has been then applied to the study of two types of green roofs (inverted green roof and “hot” green roof) over time performances, changing order and number of layers, introducing damages (eg. crack) and modifying the weather conditions. Roofs with wooden frame have been considered and analysis have been conducted on the OSB planking and on XPS insulating layer. During the design phase, we wonder if it is better to preserve the waterproofing membrane, opting for an inverted roof, or to check the insulation thermal performance with a “hot” roof. This work gives an answer for different climate contexts: in hot and dry climates, the choice between the two type of roof doesn’t present any particular advantages or disadvantages, but in climates with abundant and frequent rainfall a “hot” green roof is suggested. The vegetation we will use and the impact of any damages (eg. crack) on the roof have to be taken into consideration as well. In case of low financial or time resources, we can rely on the “rule of art” otherwise we can operate the stratigraphy more accurately through over time dynamic simulations, ensuring a better and longer work of the roof. Such analysis are very important because the building sector is nowadays highly developed, materials change very often and new ones, whose behavior over time is not known or consolidated, are constantly being introduced.

Le coperture degli edifici, un tempo viste solo come elementi di separazione tra l’ambiente interno ed esterno, oggi vengono maggiormente studiate anche per i benefici che possono garantire sia a scala di edificio che a scala ambientale. Si stanno per questo diffondendo sempre più le coperture ad alto albedo e le coperture verdi. Nel seguente elaborato di tesi ci si è concentrati soprattutto sull’analisi del comportamento nel tempo delle coperture verdi in quanto, se non progettate accuratamente, possono presentare rilevanti problemi a causa della presenza dell’acqua, indispensabile per la sopravvivenza delle piante. Nelle fasi di progettazione è dunque fondamentale studiare e prevedere il comportamento della copertura nel tempo, in quanto ciò incide sulla valutazione dell’effettiva necessità dei vari strati, del loro corretto posizionamento e spessore e anche sulle attività manutentive. Al tempo zero molto è stato detto in termini di tecnologia e modelli funzionali. Nella presente tesi, utilizzando il software WUFI, è stato testato un modello di simulazione dinamica, attraverso il confronto con dati sperimentali misurati al Politecnico di Milano e attraverso la valutazione delle possibili varianti nella scelta dei parametri. Tale modello è stato poi applicato allo studio delle prestazioni nel tempo di due tipologie di coperture verdi (copertura verde rovescia e copertura verde calda), variando l’ordine e il numero degli strati presenti, introducendo dei difetti (es. lesioni) e modificando le sollecitazioni climatiche. Sono state considerate coperture con struttura portante in legno e le analisi sono state condotte sull’assito in OSB e sullo strato isolante in XPS. In fase di progettazione ci si chiede se sia meglio preservare lo strato di tenuta, optando per una copertura rovescia, oppure controllare la prestazione termica dell’isolante con una copertura calda. Questo lavoro dà una risposta a tale domanda, in relazione ai diversi contesti climatici: in climi caldi e secchi l’istallazione di una tipologia di copertura piuttosto che l’altra non comporta particolari vantaggi o svantaggi, in climi invece in cui le precipitazioni sono più abbondanti e frequenti è consigliabile optare per una copertura verde di tipo caldo. Ma la scelta tra le due coperture deve essere fatta anche in relazione alla tipologia di vegetazione che si prevede di utilizzare e all’impatto di un eventuale danno nella copertura (es. lesione). Qualora non si abbiano a disposizione sufficienti risorse economiche o di tempo ci si può affidare alla “regola dell’arte” ma in caso contrario, attraverso simulazioni dinamiche nel tempo, è possibile governare la stratigrafia in modo più accurato e garantire un migliore e più duraturo funzionamento della copertura. È importante eseguire analisi di questo tipo anche perché oramai il settore delle costruzioni è molto evoluto, i materiali cambiano molto spesso e ne vengono continuamente introdotti di nuovi, il cui comportamento nel tempo non è noto o consolidato.