ETFE: Coperture, Facciate, Installazioni e Architettura tessile

L’uso dei film in ETFE in architettura

Leggerezza dei sistemi costruttivi in ETFE

L’intrinseca leggerezza di questo sistema costruttivo è una degli elementi chiave del successo delle strutture in ETFE in architettura. L’efficiente uso del materiale, infatti, permette di ridurre al minimo la quantità di materia prima impiegata e il conseguente contenimento dei costi dell’intero progetto con vantaggi che non si limitano al solo involucro. Grazie al peso proprio ridotto, alla flessibilità delle coperture in ETFE e alla capacità di coprire grandi luci è infatti possibile ottimizzare la carpenteria di supporto aumentando le dimensioni della maglia strutturale e riducendo la dimensione e gli spessori degli elementi strutturali.

Il comportamento sismico degli edifici in ETFE

Peso ridotto ed elevata flessibilità sono gli elementi chiave che giustificano il successo dei sistemi in ETFE in zone sismiche. A differenza delle coperture in vetro, spesso danneggiate duramente in caso di sisma a causa del peso relativamente alto e della scarsa capacità di assorbire grandi deformazioni, i sistemi in ETFE sono soluzioni ottimali per edifici in zone sismiche al punto che, per edifici temporanei che rientrano nell’ambito della norma UNI EN 13782:2015 “Strutture temporanee – Tende – Sicurezza”, non è nemmeno necessaria la verifica strutturale antisismica.

Sicurezza dei sistemi in ETFE

Per edifici pubblici quali stazioni, ospedali e aeroporti, garantire un edificio sicuro nelle condizioni di carico più estreme è una delle priorità del progettista e uno degli obbiettivi principali del committente.
Gli involucri in ETFE, sia a cuscini che a layer singolo, permettono di coprire grandi atrii e pensiline in modo sicuro riducendo praticamente a zero il rischio di feriti dovuti a schegge o detriti in caso di attentati, esplosioni o incidenti.

Comportamento al fuoco dei film in ETFE

I film in ETFE per l’architettura sono classificati come classe B1(DIN 4102), B-s1,d0 (EN 13501-1), M2 (NFP 92-505), Pass ( NFPA 701) ed è universalmente riconosciuto come un ottimo materiale da costruzione dal punto di vista del comportamento al fuoco. Il materiale è combustibile ma poco infiammabile e auto estinguente e, grazie alla temperatura di fusione di 275°C il film è destinato a rompersi e a ritirarsi prima che le elevate temperature possano portare al collasso della struttura principale della struttura. Inoltre, grazie alla conseguente ventilazione degli ambienti sottostanti, è possibile ridurre al minimo il rischio di soffocamento dovuto alla concentrazione di fumo. Per applicazioni speciali in cui è essenziale garantire la ventilazione anche a basse temperature, esistono inoltre tecnologie brevettate che consentono l’apertura controllata dei moduli di copertura o la lacerazione controllata del film in ETFE. Nel caso di facciate a doppia pelle l’uso dell’ETFE per il layer più esterno permette di evitare la compartimentazione del rivestimento di facciata.

Schermatura solare tramite film in ETFE

Dal punto di vista della schermatura solare, i film in ETFE permettono di personalizzare le proprietà ottiche del film trasparente e di raggiungere i livelli di schermatura necessari per il comfort interno. La colorazione del film può avvenire con pigmenti aggiunti in fase di estrusione, con stampa a rotocalco e tramite stampa digitale. È di fondamentale importanza verificare l’adeguato livello di schermatura alle varie frequenze tramite appositi test di laboratorio e simulazioni dinamiche dell’involucro. L’aggiunta di più layer permette di incrementare l’effetto di schermatura e, nel caso di cuscini con tre o più layer, è possibile controllare la posizione dei film intermedi cambiando il livello di pressione nelle camere intermedie e realizzando così un involucro adattivo con costi di gestione estremamente contenuti.
Per applicazioni speciali sono inoltre disponibili trattamenti superficiali dell’ETFE volti a ridurre la trasmissione di radiazione solare nel campo IR e UV.

Isolamento Termico

L’alta trasmissione della luce negli spettri del visibile e dell’UV rende l’ETFE il materiale ideale per massimizzare i guadagni termici dell’involucro durante la stagione fredda. Dal punto di vista dell’isolamento termico, tuttavia, i sistemi di involucro in ETFE sono condizionati dalle scarse proprietà isolanti del materiale e dai ridotti spessori impiegati. Un layer singolo di ETFE ha una trasmittanza termica U di 5.6 w/m2K che si riduce a 1.96 w/m2K ne caso di un cuscino a tre layer.
Inoltre, nei progetti che utilizzano cuscini di grandi dimensioni il ponte termico dovuto ai profili di bordo si riduce considerevolmente.
Nel caso di applicazioni con alte concentrazioni di umidità quali serre, giardini d’inverno e piscine, si consiglia l’installazione di profili aggiuntivi per la raccolta della condensa che può facilmente formarsi o accumularsi in corrispondenza dei profili di bordo.

Isolamento acustico di involucri in ETFE

I cuscini in ETFE sono un tipo di copertura leggera e trasparente il che comporta livelli di isolamento acustico piuttosto esigui. Laddove necessario è possibile inserire una rete per l’attenuazione del rumore grazie che funziona come damper riducendo il riverbero nello spazio sottostante.
I profili di bordo in alluminio possono essere facilmente progettati in modo da poter aggiungere la rete anche in un secondo momento offrendo quindi la possibilità di valutare l’entità del problema di intervenire.
Varie tipologie di involucro sono state studiate da un team di ricercatori olandese che ha presentato i risultati dello studio al convegno dell’Associazione Internazionale di Strutture Spaziali con un intervento dal titolo “ETFE cushions as building envelope material – acoustic challenges and developments” da cui si può ricavare l’isolamento acustico per il rumore dato dal traffico e dalla pioggia battente.

Coperture in ETFE per l’architettura

A partire dalla prima applicazione dell’ETFE in edilizia presso lo Zoo di Burges nel 1982, le coperture in ETFE hanno progressivamente guadagnato quote di mercato e sono oggigiorno utilizzati con successo in numerosi edifici.
Il sistema più utilizzato per le coperture è quello dei cuscini a due o più layer. Grazie ad una accurata progettazione del cutting pattern della membrana è possibile gestire con successo anche le condizioni di carico più gravose. I carichi vento sono generalmente gestiti tramite la sovrappressione dei cuscini che può anche essere controllata in modo adattivo in modo da garantire una pressione interna superiore alla pressione esterna dovuta al vento evitando così problemi di “fluttering”.
In caso di nevicate eccezionali con carichi superiori alla pressione interna dei cuscini è invece possibile ipotizzare il parziale o totale sgonfiaggio dei cuscini. In questo scenario, gli strati di ETFE si sovrappongono l’uno all’altro permettendo così di distribuire il carico in modo omogeneo tra i diversi layer garantendo la tenuta della copertura anche in condizioni estreme. In caso di carichi neve estremamente elevati o di cuscini di grandi dimensioni è inoltre possibile aggiungere funi strutturali di supporto progettate per ridurre l’eccessiva deformazione della copertura in ETFE.
Sistemi a singolo layer sono poco utilizzati nei sistemi di copertura per via del rischi di eccessivo allungamento dell’ETFE fuori dal campo elastico. Sistemi di questo tipo sono generalmente utilizzati in aree con un carico neve limitato e sono generalmente rinforzati con funi di supporto.

Facciate in ETFE

Grazie all’assenza di carichi neve, i sistemi di facciata in ETFE sono caratterizzati da una maggiore libertà compositiva con meno limiti tecnici dovuti ai rischi di ristagni d’acqua e all’accumulo di neve e ghiaccio.
Oltre ai sistemi a cuscino a due o più strati, è possibile utilizzare con successo sistemi modulari a pannelli o sistemi a singolo layer a doppia curvatura.
Come per le coperture, anche nelle facciate in ETFE è possibile integrare funi o reti di funi di supporto che permettono di garantire il sistema costruttivo anche in aree tropicali con venti oltre i 36 m/s.
Uno dei vantaggi chiave dell’uso dell’ETFE per sistemi di facciata è la possibilità di ottenere forme tridimensionali complesse ad un costo contenuto, specialmente se paragonato a sistemi di facciata in vetro.

Serre e giardini d’inverno in ETFE

Serre e giardini d’inverno sono una delle applicazioni più naturali dei sistemi di involucro in ETFE grazie alla elevata trasparenza del materiale, anche negli spettri della radiazione solare generalmente schermati dai pannelli in vetro.
Oltre ad ottimizzare i guadagni termici nella stagione invernale, l’elevata trasparenza dell’ETFE permette di incrementare la resa nelle coltivazioni di frutta e verdura riducendo l’uso di trattamenti chimici grazie all’azione fungicida della radiazione ultravioletta della luce solare.
Alla maggiore trasparenza del film di copertura si aggiungono inoltre i vantaggi di una carpenteria di supporto meno ingombrante che riduce l’ombra sulle colture sottostanti.
L’eden Project in Cornovaglia è sicuramente l’esempio più noto di serra in ETFE ma il sistema può essere utilizzato con successo anche per applicazioni meno costose in agricoltura permettendo la rapida e efficiente sostituzione dei pannelli in vetro o dei tradizionali film plastici.

Installazioni artistiche in ETFE

La stampa digitale ha aperto novi scenari e miriadi di possibilità di personalizzazione dei film in ETFE che è quindi divenuto un’alternativa i film in PVC o PU per applicazioni che richiedono migliori prestazioni in termini di resistenza meccanica e di resistenza agli agenti atmosferici.
Recenti applicazioni per installazioni artistiche includono il padiglione Coca-Cola Beatbox per le Olimpiadi di Londra 2012 (Asif Khan and Pernilla Ohrstedt), il padiglione 2015 della Serpentine Gallery (SalgasCano) e l’installazione artistica Invisible Borders per il Fuorisalone di Milano 2016.

Retrofitting e adeguamento di edifici esistenti

Grazie all’intrinseca leggerezza e flessibilità dei sistemi di rivestimento in ETFE è possibile intervenire su edifici esistenti migliorandone l’estetica e le prestazioni termiche senza comprometterne il comportamento strutturale. I carichi estremamente ridotti per unità di superficie non aggravano le sollecitazioni strutturali in caso di sisma e riducendo al contempo i rischio che detriti possano distaccarsi della facciata o dalla copertura ferendo i passanti.

Strutture temporanee in ETFE

Strutture temporanee quali pop-up shops, fiere o eventi itineranti sono generalmente realizzati in tessuti e film in PVC per via della flessibilità del materiale.
La recente esperienza del padiglione itinerante per l’area hospitality di Yamaha MotoGP ha tuttavia evidenziato la fattibilità di facciate in ETFE modulari anche per strutture itineranti e per l’architettura temporanea tradizionalmente realizzate con materiali diversi dall’ETFE.

Esempi di architettura in ETFE:

Profili in alluminio singoli e doppi

Gli involucri in ETFE sono progettati e realizzati tramite software 3D, tavoli di taglio e saldatrici che garantiscono un elevato livello di precisione che difficilmente si coincide con le attuali tolleranze nel mondo dell’edilizia. Il modo più pratico di integrare il sistema in ETFE in un edificio tradizionale è l’utilizzo di profili in alluminio che permettono di installare la membrana in ETFE con facilità e precisione e gestire eventuali tolleranze tramite il sistema di aggancio alla sottostruttura, generalmente realizzato on flange di ancoraggio a T. Per speciali applicazioni i profili possono essere progettati con un taglio termico che riduca il rischio di ponti termici localizzati.

Flange di supporto per il montaggio e la rapida manutenzione

I profili in alluminio sono montati sulla sottostruttura di supporto tramite flange a T o a C saldate sulla carpenteria di supporto o fissate alla struttura principale in legno o calcestruzzo armato tramite appositi tasselli.
Questo dettaglio, spesso in combinazione a fori asolati, permette di gestire eventuali errori nella sottostruttura offrendo inoltre la possibilità di rimuovere facilmente porzioni della struttura in caso di manutenzione ordinaria.
Nel caso di strutture in legno, l’intercapedine tra la copertura e la struttura permette di ventilare e mantenere asciutta la struttura in legno anche in caso di condensa o di piccole infiltrazioni.

Guarnizioni per la tenuta all’acqua

La tenuta ermetica delle soluzioni in ETFE è garantita da guarnizioni che impediscono le infiltrazioni di aria e acqua. Nel caso di applicazioni in edificio a rischio di condensa (serre, giardini d’inverno, piscine e luoghi affollati) si raccomanda l’installazione di una grondaia interna per la raccolta e lo smaltimento dell’eventuale condensa

Soffianti, filtri e deumidificatori

La pressione dei sistemi a cuscini è garantita da un impianto composto da una soffiante con una prevalenza che garantisce la sovrappressione dei cuscini con un flusso d’aria estremamente limitato. Questo permette di contenere drasticamente i consumi e si riesce a mantenere in pressione ampie coperture con un dispendio minimo di energia. Per coperture di medie dimensioni l’unità per il gonfiaggio ha un ingombro di circa un metro cubo che aumenta nel caso sia necessario installare soffianti di emergenza, filtri speciali o deumidificatori dell’aria.

Valvole e condotte di ventilazione

L’aria in pressione viene distribuita tramite un sistema di tubazioni di diametro compreso tra 10-15 cm (conduttura principale) e 4 cm ( diramazione per il singolo cuscino).
I tubi dell’aria in pressione sono collegati al cuscino tramite apposite valvole in alluminio che vengono fissate al film in ETFE in modo meccanico durante le fasi di confezionamento. In alcune aree della copertura sono generalmente inserite valvole di sovrappressione che garantiscono il ricircolo periodico dell’aria nel cuscino garantendo al contempo una pressione inferiore ai limiti consentiti.

Riciclabilità e impatto ambientale

I film in ETFE sono riciclabili al 100% e possono essere utilizzati per realizzare prodotti per l’industria quali tubi e valvole senza particolari esigenze estetiche e di trasparenza.
Per via della vita utile del film in ETFE (50-100 anni) le quantità di materiale riciclato sono estremamente ridotte e gran parte del materiale riciclato attualmente proviene dagli scarti di lavorazione dei film nuovi.
Per quanto riguarda i profili in alluminio, nonostante l’elevata energia incorporata, gli impatti ambientali sono mitigati dalla durata del materiale e dalla facilità con cui può essere riciclato senza comprometterne le proprietà.

Durabilità

I sistemi in ETFE sono generalmente accompagnati da una garanzia che tutela il cliente da eventuali difetti nei vari componenti o da un errato montaggio. Si consiglia di concordare un contratto di manutenzione con il fornitore al fine di estendere le aspettative di vita dell’intera copertura o facciata.
Grazie alla straordinaria resistenza alla radiazione UV, all’inquinamento e agli agenti meteorologici, il film in ETFE ha una vita utile compresa tra i 50 e i 100 anni, decisamente superiore alle materie plastiche tradizionali.

Dichiarazione Ambientale di prodotto

In letteratura esistono diversi studi sugli impatti dell’ETFE sull’ambiente tra cui studi LCA (Life Cycle Assesment) e dichiarazioni EPD (dichiarazione ambientale certificata di prodotto).
L’ETFE è classificato in classe II dal trattato di Montreal con danni minimi allo stato di ozono. La produzione di ETFE avviene tramite trasformazione del monomero TFE nel polimero ETFE tramite un processo di Polimerizzazione a base d’acqua senza l’uso di solventi. Il materiale viene poi estruso in vari spessori tramite un processo di estrusione che richiede l’uso di minime quantità di energia così come le operazioni di taglio e saldatura dei rotoli di ETFE per la confezione del prodotto finito.

Linee guida TensiNet per le strutture in ETFE

L’associazione europea TensiNet ha pubblicato un appendice alle linee guida per le tensostrutture (Annex 5: Design Recommendations for ETFE Foil Structures, 2013) specificatamente dedicato all’uso dell’ETFE in architettura e nell’edilizia.

Verso un Eurocodice per le tensotrutture

Nel 2016 un team di accademici e rappresentanti del industria delle tensostrutture ha pubblicato un report dal titolo “Prospect for European Guidance for the Structural Design of Tensile Membrane Structures” al fine di supportare l’implementazione, l’armonizzazione delle attuali linee guida e il futuro sviluppo di un Eurocodice per le tensotrutture.
Il documento include raccomandazioni per le strutture pneumatiche e per le strutture in ETFE di grande interesse per gli ingegneri e gli architetti che intendono approcciare questo tipo di strutture.

Novità dal mondo dell’ETFE: