10.6092/issn.1973-9494/2319
application/pdf
1973-9494
2319
en
Elisa Nicastri
Conservation Science in Cultural Heritage
radiant floor heating and cooling system
Microclimate Management for the Preservation of Cultural Heritage
Text.Serial.Journal
https://conservation-science.unibo.it/
10
Articles
2010-12-31
2011-10-05
2010-12-30
2015-11-02
71-100
CSCH
Elisa Nicastri
2010/12/31
10.6092/issn.1973-9494/2319
71
1973-9494
radiant floor heating and cooling system
en
100
Microclimate Management for the Preservation of Cultural Heritage
https://conservation-science.unibo.it/article/download/2319/1706
10
M
      ICROCLIMATE MANAGEMENT FOR THE PRESERVATION
      OF CULTURAL HERITAGE


Salvatore Alterio
Facoltà di Architettura, Università degli Studi di Palermo
Salvatore Barbaro
Facoltà di Ingegneria, Università degli Studi di Palermo
F.sco Claudio Campione ·
Facoltà di Architettura, C.U.P.A., Agrigento
Amanda Campodonico
Dottoranda in Tecnologie per la Sostenibilità ed il Risanamento Ambientale
Elisa Nicastri
Architetto




Keywords: microclimate, cultural heritage, radiant floor heating and cooling system



1. Micro-climate control in museums

     In recent years, the control of the micro-climate in museum environments has
assumed a role of great importance in the protection of works of art, as it has been rec-




                                                                                                    Conservation Science in Cultural Heritage, 10/2010
ognized as one of the causes of the degradation processes of materials or constituent
parts of objects belonging to cultural heritage in general.
     An artefact of historical, artistic and cultural value cannot be isolated from the sur-
rounding environment with its microclimate; together they form a physical system that
interacts and evolves through time.
     The process of degradation, can be defined as a progressive and cumulative process
of materials, that respond differently to the values given by environmental variables and
their changes, both in a temporal and spatial way. Rapid temporal changes (or strong
spatial gradients) in temperature and/or relative humidity, or exchanges of heat and mass
of course, cause internal stress in many materials with irreversible and cumulative effects
that accelerate the deterioration process.


·   Corresponding author: e-mail ecologia2006@libero.it


                                                                                               71
                                                                                           The past history of each object must be examined during which time the micro-climate
                                                                                        has produced a consolidation of the material relative to its physical-chemical properties.
                                                                                           Hence the need to monitor environmental parameters, as any disturbance in the envi-
                                                                                        ronment contributes in accelerating the process of degradation [1].
                                                                                           For this reason it was decided to work on two case studies, and show how nowadays,
                                                                                        the use of new technologies for the control of thermal comfort in indoor environments is
                                                                                        neglected.
                                                                                           The environmental variables in two case studies were examined: the medieval castle
                                                                                        of Chiaramonte in Favara (Agrigento-Appendix 1) (see colour Figure 1, p. 211), and Saint
                                                                                        Matthew’s Church (Palermo-Appendix 2) (see colour Figure 2, p. 212).
                                                                                           Therefore, in both studies, careful monitoring of the micro-climate was carried out,
                                                                                        identified mainly through the conditions of temperature and humidity to which the arte-
S. Alterio et al. - Microclimate management for the preservation of cultural heritage




                                                                                        facts are exposed daily, with the aim of realizing their appropriate conservation [2].

                                                                                        2. Thermodynamic control of the building-envelope

                                                                                           A building, in general, can be considered as a thermo-physical system that affects dif-
                                                                                        ferent scientific competences. The aim is to maintain certain conditions in the indoor
                                                                                        microclimate: a key role in this respect is the relationship between building and heating,
                                                                                        and ventilation and air conditioning, whose interaction is responsible for achieving ideal
                                                                                        conditions (Figure 3).




                                                                                        Figure 3. Interaction between environmental agents and factors.

                                                                    72
    Considering that most Italian museums are found in historic buildings, for which there
is no precise knowledge as regards the exact construction and heating and cooling sys-
tems, one can imagine how difficult it is to study and implement control measures to
ensure a smooth and constant micro-climate to protect the works of art together with
everything housed inside the building. The problem is in being aware that museum
objects require different micro-climatic conditions and that these conditions are not
always compatible with the comfort of visitors and the staff of the museum. It is clearly
impossible to have a system of heating/cooling for each work, except in rare cases of
artefacts with a particular value and of historical-artistic uniqueness [3].

3. Micro-climate and exhibition environment

    For an exact assessment, a preliminary analysis was necessary, which took into con-
sideration:
•   an evaluation of the condition of the works of art to be examined;
•   a study of the evolution of micro-climatic parameters and indoor air quality of the envi-
    ronment where the works of art are located;
•   an overall judgment of evaluation of the system: artefact/environment;
    The microclimate is understood as being a synthesis of the natural environmental
conditions due not only to weather variables such as temperature (T, °C), humidity (U,%),
solar radiation and wind, but also to thermal exchanges with other bodies such as
infrared radiation, heating and ventilation, over a period of time, representative of all con-
ditions resulting from natural and anthropic factors. This phase of analysis was prelimi-
nary to the subsequent design for the heating and cooling system.

4. The optimum micro-climate for conservation                                                         Conservation Science in Cultural Heritage
    A historical work of art, that has adapted to environmental conditions and has found
a “right balance”, would suffer some kind of “stress” if placed in conditions other than its
original ones, precisely because of its inability to adapt to a new microclimate1. For this
reason it is necessary to possess thorough knowledge of the past conditions of conser-
vation regarding the artefact. All sudden changes in micro-climatic parameters including
daily cycles can produce a risk for the work of art.
    The seasonal cycles, being slower, are less harmful, and create conditions of equi-
librium between the materials and the environment, and between the outer and inner
parts. These are generally the environmental conditions in which a change in relative
humidity (RH) leads to the lowest possible variation in the water vapour absorbed.

                                                                                                 73
                                                                                        Table 1.Groups of materials sensitive to T and RH (UNI 10829).

                                                                                          Group A         Materials that require extremely stable conditions of relative humidity
                                                                                                          inlaid furniture, gilded or lacquered furniture, wooden musical instruments, oil
                                                                                                          paintings on panels or wood carvings, illuminated manuscripts (paper and
                                                                                                          parchment), oriental lacquer, plaster, Japanese screens

                                                                                          Group B         Materials that require moderately stable conditions of relative humidity
                                                                                                          costumes and cloths, oil paintings on canvas, art works and documents on
                                                                                                          paper and parchment, papier maché, materials of plant origin (bark, grass,
                                                                                                          papyrus), wooden polychrome objects, wooden furniture, objects and gar-
                                                                                                          ments made of leather and skin, armour, weapons, materials in bone, ivory
                                                                                                          and horn, miniatures, Chinese lacquered objects

                                                                                          Group C         Materials relatively insensitive to changes in relative humidity
                                                                                                          stone, marble, ceramics, stable glass, silver and gold alloys
S. Alterio et al. - Microclimate management for the preservation of cultural heritage




                                                                                          Group D         Materials that require dry conditions
                                                                                                          iron, steel, brass, bronze, copper and its alloys, lead, tin and its alloys, com-
                                                                                                          mon silver, common gold, archaeological bronzes, unstable and iridescent
                                                                                                          glass, textiles with metallic elements, mummified exhibits

                                                                                          Group E         Materials that require low temperature conditions
                                                                                                          fur, animal skins, animal exhibits (birds and mammals)



                                                                                        However to maintain conditions constant it is better to choose RH values as close as pos-
                                                                                        sible to the natural ones2. Table 1 shows those groups sensitive to temperature and mois-
                                                                                        ture relevant to a number of materials and museum objects present in our case studies.

                                                                                        5. Microclimatic analysis of the Castle of Chiaramonte in Favara (Ag)

                                                                                           In the first place, microclimate monitoring aims to identify all interactions between
                                                                                        external and internal temperature. Secondly, it aims to identify the reaction of the wall
                                                                                        structure and interior surfaces to the heat load induced by the presence of latent and
                                                                                        sensitive heat sources such as heating, natural lighting, artificial lighting and visitors.
                                                                                        Figures 4 and 5 (see colour Figure 4, p. 212; Figure 5, p. 213) show the interior of the
                                                                                        exhibition hall and conference room.
                                                                                           From the microclimatic analysis it is evident that the values of temperature (°C) and
                                                                                        relative humidity (%) deviate from the optimal values for which it was considered appro-
                                                                                        priate to propose a radiant floor heating and cooling system with primary air supplied by
                                                                                        an air-water heat pump, both on the ground floor and the first floor (the paving on all
                                                                                        floors is made of baked clay bricks). Figure 6 (p. 213) shows the plans for the radiant

                                                               74
floor heating and cooling system integrated with primary air on the ground floor and the
piano nobile floor.
   To more clearly illustrate the thermal behaviour of the building when subjected to
external thermal stress, Figure 7 (see colour Figure 7a, b, c, d, e, and f, p. 214) shows a
simulation of the radiant floor heating and cooling system in the summer and winter sea-
sons.

6. Microclimatic monitoring in Saint Matthew’s Church in Palermo

   The temporal-spatial measurements of temperature and relative humidity inside the
Church were conducted in accordance with the procedure established by relevant legis-
lation. A grid (see colour Figure 8, p. 214) was adopted and placed inside the Church,
measuring 333 m. It was positioned at a height of 5 m above the floor and using a mobile
instrument, known as Babuc/M, readings were taken of the temperature and relative
humidity in various chosen points (see colour Figures 9 and 10, p. 215).
   The typology of the materials constituting the collection in the Church of Saint
Matthew were also identified (see colour Figure 11, p. 216). The measurements were
taken in a time lapse ranging from 23 January to 5 June 2007. The resulting data from
one of the ten chapels, namely the “Chapel of the Guardian Angel”, were examined (see
colour Figure 12, p. 216).
   This picture, depicting the “Guardian Angel” is an eighteenth century oil on canvas
(2803180 cm), by an unknown artist and is oriented towards the south-west of the build-
ing. It belongs to the category of objects and materials of organic nature, as expressly
stated by the norm UNI 10829, since it is an oil painting on canvas. Of all the paintings in
the Church, it is the most degraded and shows alterations in color, with cracks and exfo-
liation. These are due to rapid changes in RH which determine particularly harmful con-             Conservation Science in Cultural Heritage
ditions of stress affecting the more superficial layers of the artefact. Paintings for exam-
ple, respond immediately to external thermal stress.
   The following are the readings (see colour Figure 13a, b, c, d, p. 217-218) for tem-
perature and relative humidity in the above-mentioned period from January to June.
   As shown by the figures above, the values reported differ significantly from the opti-
mum conditions Figure 14a, b and thus it has proved necessary to provide a radiant floor
heating and cooling system with primary air for the achievement of thermal comfort. This
choice was made following a careful analysis of the paving inside the Church of St.
Matthew and the result is shown in the following plan and photographic documentation
(Figure 15 and see colour Figure 16a, b, c, d, p. 219).

                                                                                               75
                                                                                            Figure 14a. Mapping n. 1, Chapel of the “Guardian Angel” – 23 January 2007 –
S. Alterio et al. - Microclimate management for the preservation of cultural heritage




                                                                                            Verification of optimum conditions.




                                                                                            Figure 14b. Mapping n. 1, Chapel of the “Guardian Angel” – 23 January 2007 –
                                                                                            Verification of optimum conditions.


                                                                                           The layout for the radiant floor heating, cooling system and the primary air supplied
                                                                                        from the air-water heat pump, and a detailed section for the realization of a radiant floor
                                                                                        system design is shown below (see colour Figures 17, 18, p. 220, and Figure 19).

                                                                                        7. Heating and cooling systems in Italian museums

                                                                                           In 56% of Italian museums, displayed in the same rooms, are works with the same
                                                                                        special conservation needs or air-tight display-cases, with or without air-conditioning which

                                                                76
Figure 15. Plan of Church of Saint
Matthew.




                                                                                        Conservation Science in Cultural Heritage




   Figure 19. Parameters required to calculate the heat flux emitted by a panel.
                                                                                   77
                                                                                        contain materials that require a constant and/or controlled microclimate to limit direct con-
                                                                                        tact with external pollutants [4]. A heating system (central or occasionally with electric
                                                                                        heaters only in some environments) is the most used in 42% of cases. About 25% of the
                                                                                        museums have air conditioning while the remaining 33% have no form of heating or cool-
                                                                                        ing system whatever. The most widely used type of air conditioning is a mixed one utiliz-
                                                                                        ing primary air and fan-coil systems (see colour Figure 20, p. 220 and Figure 21, p. 221).
                                                                                           The presence of an air conditioning system is not always a guarantee of proper con-
                                                                                        servation of works of art, especially when an incorrect positioning of the heating system is
                                                                                        added to the wrong energy management of the system. In 62% of the cases, the plant is
                                                                                        operated only for part of the day, creating extreme changes between the period when the
                                                                                        system is switched on and when it is switched off, showing indifference and/or negligence
                                                                                        in relation to the conservation of the objects displayed (see colour Figure 22, p. 221).
S. Alterio et al. - Microclimate management for the preservation of cultural heritage




                                                                                           The ideal solution for the correct conservation of objects in confined environments
                                                                                        would be to adopt an air conditioning system with primary air, designed in such a way as
                                                                                        to enable the regulation of the temperature, relative humidity, speed and air quality in
                                                                                        each room depending on the items stored and the external climate.
                                                                                           Obviously this solution requires a rather complex design that can overcome the
                                                                                        numerous technical, artistic and economic barriers existing in historical buildings.

                                                                                        8. Heating problems

                                                                                           There are a great number of heating problems in large environments. In general,
                                                                                        these places are not frequented constantly and contain valuables and precious heritage
                                                                                        artefacts for which the heating can often be a source of “disturbance”.
                                                                                           There are several factors that may influence the choice of heating system to be adopt-
                                                                                        ed in these particular places, as in the case of the church and the castle examined,
                                                                                        including:
                                                                                        1. the liturgy and use of cultural heritage;
                                                                                        2. costs (installation, management and maintenance, restoration of works of art where
                                                                                           the heating system accelerates the cycle of deterioration);
                                                                                        3. energy saving;
                                                                                        4. thermal comfort of visitors;
                                                                                        5. environmental impact, visual impact (radiators, fan-coils, heat pumps), invasive
                                                                                           impact of system (lesion to structures generated from vibration of the central air-con-
                                                                                           ditioning), type of fuel used;
                                                                                        6. compatibility with the conservation of the artifact.

                                                                78
   The heating and cooling systems in these places especially involve skills of various
kinds, artistic techniques and in the case of the church, even liturgical aspects.
   The technical approach in these areas is of substantial importance, since the problem
is associated with conservation, which also implies the micro-climate of the environment,
the deposition rate of smoke (as in the case of votive candles), surface dust and the pos-
sible formation of phenomena generated from the degradation of organic objects [5].
   In the Church, the distribution of heat must primarily respond to specific liturgical
needs that require attention to specific areas and arrangements:
ü respect for sacred objects;
ü defining the areas to be heated permanently or to be used temporarily;
ü different methods of heating for those who remain in a stationary position and for
   those who move;
ü flexibility according to its utilization.
   For the conservation of the historical building, the pros and cons of all the heating sys-
tems were tested. It was found that each had various kinds and degrees of problems.
This does not mean that in special cases, with the adoption of relevant measures, these
problems cannot be overcome. However, knowledge of the critical points may stimulate
a greater understanding of how the final design should be, so that it not only respects
existing legislation related to the protection of cultural heritage but also to the surround-
ing environment (in line with the new norms for the energy certification of buildings –
D.Lgs. 192, 19/08/2005).
   The proposed project involves the implementation, in both case studies, in the Castle
of Chiaramonte (Ag) and the Church of Saint Matthew (Pa), of radiant floor heating, cool-
ing system and primary air. Particular attention was given to the careful examination of
the existing flooring in both cases, noting the characteristics of the technical materials       Conservation Science in Cultural Heritage
and taking into account the following stages of its dismantling, stacking, cleaning and
relocation of the same, after the installation of the radiant coil heating system, placed
under the floor.

9. Proposals for action

   Through the analysis of environmental input it has been possible to carry out a feasi-
bility study for a system of radiant panels, taking into account the study of the environ-
mental conditions of the historical buildings examined. The analysis of the complex inter-
action between the dynamics of the climate, the need for the conservation of the artefacts
under conditions of maximum stability, the problems concerning welfare issues for the

                                                                                                79
                                                                                        users, visitors to the exhibition space, type of construction and finally the need to cope
                                                                                        with the worst conditions that could occur, are all factors which have obviously limited the
                                                                                        choice made for the design of the plant system.

                                                                                        10. Radiant floor heating and cooling system and primary air

                                                                                            For our case studies a mixed system of water/air with radiant panels and primary air
                                                                                        was chosen. Apart from heating, the system will be used for cooling during the summer
                                                                                        season. The important control of the relative humidity and the air supply is entrusted to
                                                                                        the primary air treated centrally and distributed by means of canals. The heat transfer
                                                                                        fluid will be distributed using direct return circuits and depending on the area, by con-
                                                                                        necting the special area collectors for radiant panels. The temperature of the cooling sys-
                                                                                        tem in summer, should be such that the floor temperature is below dew point, corre-
S. Alterio et al. - Microclimate management for the preservation of cultural heritage




                                                                                        sponding to environmental conditions of temperature and relativity humidity, for usual val-
                                                                                        ues (25°C and 50% RH.), the surface temperature of the floor must not be less than
                                                                                        16°C. The radiant panels in the summer cycle have a low specific yield (30/40 W/m2) with
                                                                                        a surface temperature from the primary air. In winter, thermal efficiency is about (60/80
                                                                                        W/m2) with a floor surface temperature of 27°C (Appendix).
                                                                                            The monitoring of the micro-climate carried out for the two case studies has revealed
                                                                                        similar conditions. Both cases start out with premises that are unsuitable for the proper
                                                                                        management and conservation of the historical buildings and the works of art contained
                                                                                        in them (Figure 23).
                                                                                            The project proposal provides for the application of radiant floors4 at low tempera-
                                                                                        tures; the fluctuations in temperature are substantially mitigated because the heating
                                                                                        occurs at a low temperature and the floors have a surface temperature of only about
                                                                                        25°C-28°C (Figure 24 and see colour Figures 25 and 26, p. 222).
                                                                                            Technological research has allowed these plants to develop better technical control.
                                                                                        The most widespread type of floor heating today uses hot water.
                                                                                            It is important to note the achievement of the following optimal characteristics which
                                                                                        are:
                                                                                        •   low surface temperature of the floor;
                                                                                        •   high proportion of radiant heat;
                                                                                        •   uniformity of operating temperature;
                                                                                        •   optimum integration inside building envelope.
                                                                                            This system, in the period of maximum thermal heat load, maintains the surface tem-
                                                                                        perature of the floor below 29°C, resulting in a thermally comfortable environment.

                                                       80
              Figure 23. Flow chart: advantages and disadvantages of
              the plant with radiant panels.




                                                                            Conservation Science in Cultural Heritage




Figure 24. Block diagram showing layout for a radiant panel system.

                                                                       81
                                                                                           Currently, the system used for the application of radiant panels which consist of tubes
                                                                                        made of plastic materials (cross-linked polyethylene with an anti-oxygen barrier) refers to
                                                                                        “floating” floors, which are well-insulated both below and at the edges between the floor
                                                                                        and vertical walls.
                                                                                           The system can take the form of a continuous “coil” (spiral), made up of a series of
                                                                                        parallel tubes, with a space interval of 25 cm: as an alternative it may consist of a grid
                                                                                        with a series of parallel tubes embedded in concrete.
                                                                                           In particular, the spiral system achieves greater uniformity of floor surface tempera-
                                                                                        ture because of the alternating of the supply and return piping.
                                                                                           In the winter heating system, the heat-carrying fluid in the coil reaches a temperature
                                                                                        of 30-40°C and reaches the surface at a temperature of about 24-27°C or 10°C less than
                                                                                        body temperature (see colour Figure 26, p. 222). In this way, there is a simultaneous and
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                                                                                        reciprocal heat exchange between the human body and the floor; it follows that a person
                                                                                        gives off less heat than he/she would with other types of systems.
                                                                                           Below we indicate how to design a radiant floor heating system with particular refer-
                                                                                        ence to the Castle of Chiaramonte in Favara.
                                                                                           The containment structure of the radiant panel consists of:
                                                                                        1. slab;
                                                                                        2. insulation material;
                                                                                        3. screed;
                                                                                        4. floor.
                                                                                           The insulating material is placed under the panels and serves to reduce downward
                                                                                        heat transferal and to limit the thermal inertia of the system. Currently, the most com-
                                                                                        monly used insulating materials are polystyrene and polyurethane.
                                                                                           The shape for the anchoring of the pipes onto the insulating material can be flat or
                                                                                        preformed. The flat-surfaced insulation is that which is commonly used for insulating tra-
                                                                                        ditional flooring in construction. They must be installed using welded wire mesh, as they
                                                                                        are not provided with support for the anchorage of the tubes, or specific profiles with
                                                                                        metal clip junctions and mounting brackets.
                                                                                           The screeds must be made with a fluid mixture to avoid the formation of air pockets,
                                                                                        which impede the regular provision of heat. The fluidity of the jet can be improved by using
                                                                                        special chemical additives which can liquefy the mixture, reducing the amount of water
                                                                                        needed for the mixture and restricting the time for the removal of the water itself [7].
                                                                                           It is important to ensure the expansion of the screed and the thermal isolation
                                                                                        between the screed and the walls and for this reason, the peripheral joints must be

                                                              82
made with polyethylene insulation strips of 6-8 mm, or mineral wool of 8-10 mm.
    The pipes used in the construction of the radiant panel are in plastic, because they
are easier to implement, do not deteriorate and prevent the formation of sediment.
    The tubes usually used are made of cross-linked polyethylene (PEX), polybutene
(PB) and polypropylene (PP), fitted with barriers to prevent the emission of oxygen and
the molecular deterioration of the pipes themselves.
    In the construction of a radiant floor heating system with water, it is important to note
that the temperature of the hot water temperature input must be between: (45°C-55°C),
(40°C-45°C), (32°C-38°C). The temperature of the heating fluid must be regulated
according to the type of heat generator to be adopted.
    Temperature values in fact range from:
–   45°C to 55°C with conventional boilers;
–   40°C to 45°C with urban heating, heat pumps and condensing boilers;
–   32°C to 38°C with solar energy systems.
    It is important, however, not to choose temperatures above 55°C, to prevent possible
cracks in floors, fissures in parquet flooring and depressions in flooring made of rubber
or other synthetic materials. Furthermore, in choosing the correct temperature for the
heating fluid, two different needs will be satisfied in a positive way. They are:
1. A reduction in the length of the panel, which also leads to a reduction in the costs of
    implementation;
2. The optimization of the performance of the heat generator.
    With heating radiators or convectors usually placed below windows, there is a greater
dispersion compensation due to their radiant effect. With the radiant heating system this
becomes a limitation.
    If we use a radiant floor heating, there is a problem. To avoid this, the solution is to     Conservation Science in Cultural Heritage
decrease the distance between the tubes near the glass surfaces.
    The forms of distribution to be adopted will vary each time, depending on the condi-
tions to be achieved. As radiant floor systems have a large surface area of dispersion,
environments can be heated using low temperatures.
    This feature makes it convenient for them to be used with heat sources whose yield
increases when the temperature decreases, as in the following cases:
•   heat pumps;
•   condensing boilers;
•   solar panels;
•   heat recovery systems.

                                                                                                83
                                                                                            The heat pump, as is known, is a machine that can take heat from a heat source and
                                                                                        transfer it to a receiver at a higher temperature, making a real transfer of heat from one
                                                                                        level of temperature to a higher level, that is to say, in the opposite direction to that occur-
                                                                                        ring in spontaneous conduction.
                                                                                            In practical applications, the medium to which the heat is transferred is mainly water,
                                                                                        for the benefits it offers:
                                                                                        •   high specific heat;
                                                                                        •   excellent transfer coefficient.
                                                                                            The heat pump absorbs power (Kw) proportional to the amount of heat transferred in
                                                                                        the unit of time. The “efficiency ratio” of the heat pump or “coefficient of performance”
                                                                                        (C.O.P.) is the relationship between the power (Q) supplied inside the building-envelope
                                                                                        and the electrical power consumption (Kw):
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                                                                                                                         C.O.P. = Q (Kcal/h)/ 860 3 Kw

                                                                                            The heat sources mainly used can be:
                                                                                        –   well water;
                                                                                        –   aquifer;
                                                                                        –   surface water;
                                                                                        –   waste water from sewage treatment plants;
                                                                                        –   ambient air.
                                                                                            Therefore, depending on the solutions adopted, there are:
                                                                                        –   water/water heat pump;
                                                                                        –   air/water heat pump;
                                                                                        –   air/air heat pump.
                                                                                            In the two cases examined air-water heat pumps were used to feed the circuits of the
                                                                                        radiant floor heating and cooling systems.

                                                                                        11. Outline of implementation costs

                                                                                            It is really difficult to determine the significant mean values of the costs required to
                                                                                        realize the radiant panel systems, for the two case studies, as there are a number of vari-
                                                                                        ables to consider:
                                                                                        –   thermal resistance of the floor;
                                                                                        –   cost of insulation materials to be placed under the panels;
                                                                                        –   cost and quality of the pipes constituting the panels.


                                                         84
   It is usually estimated that the panels have on average, an additional cost of 10-30%
compared to radiators with climate control.
   On the other hand, the costs for managing these facilities allow for a saving of 10-15%
compared to conventional installations, thus allowing the greater amount spent in
installing them to be recovered in a relatively short time.
   In the case of the Castle of Chiaramonte in Favara an estimate of the operating
costs for the heating/cooling systems was made, considering that the volume heated
is V = 10.605 m3 and the thermal power (Q = 60 Kw), the following costs were
obtained:


                             FUELS                COST(euro)
                             Gas oil                 21.759
                             Methane                 15.483
                             Electric power           8.640


   There is a net economic benefit with regard to the heat pump system.
   The cost of implementing a radiant floor system ranges from 47-67 euro/m2, installa-
tion and excluding the overlying screed. This system costs about 60-70% more than a tra-
ditional system (the radiant floor system), and costs about 25-35 euro/m2, depending also
on the materials used. To this must be added the cost for the removal or demolition of the
floor and the thermal insulation sealing of the screed.


12. Conclusions

   For a correct approach to the theme of environmental control of cultural heritage in
                                                                                                Conservation Science in Cultural Heritage
museums, it is not only necessary to provide the building envelope with sophisticated
environmental control systems, but also to know the real environmental conditions which
exist and to establish, prior to any installation, whether or not these environmental condi-
tions and the preservation of the artefacts are compatible. Hence the importance that
environmental monitoring has taken on, as a monitoring tool for the compilation of data
and its interpretation. The analysis of the complex interaction between the dynamics of
the climate, the need to preserve the “museum” in conditions of maximum stability, the
problems regarding the technical well-being of the public, the users of the exhibition
spaces, the type and design of the building envelope and finally, the need to deal with the
worst weather conditions limit the choice of the heating and cooling system.


                                                                                               85
                                                                                                                         HISTORICAL SUMMARY

                                                                                        Appendix 1
                                                                                        Castle of Chiaramonte in Favara (Ag)

                                                                                           It is one of the first examples of Sicilian art from the fourteenth century, built by the
                                                                                        Chiaramonte family (of French origin: Clermont). At that time the family name had great
                                                                                        political bearing and exercised its feudal rights in a large part of Sicily throughout the 14th
                                                                                        century. The influence of the Chiaramonte was such that this century is remembered in
                                                                                        Sicilian history as the “epoca Chiaramontana” (the Chiaramonte era). This influence also
                                                                                        extended to the areas of architecture and art of the period which, recalling themes and
                                                                                        motifs from Norman architecture, developed its own distinctive style known as
                                                                                        “Chiaramontano”.
S. Alterio et al. - Microclimate management for the preservation of cultural heritage




                                                                                           The first western example in which the architectural military lesson learnt from the
                                                                                        east shows its success and clever recasting in aesthetically original forms, is the network
                                                                                        of castles built in Puglia and Sicily. With their regular, symmetrical plan and in their pre-
                                                                                        cise relationship with the surrounding environment (ie. castles within the city which were
                                                                                        the seat of officials or garrisons), they arose in function of a centralized state structure
                                                                                        (see colour Figure 27a, b, c, p. 223).

                                                                                        Floor plan

                                                                                           The Castle has the typical characteristics of a fortified settlement and is residential. It
                                                                                        has a rectangular floor plan, in the Severe style, the building with a volume well circum-
                                                                                        scribed and defined is centered around a small courtyard. It was built in the last decades
                                                                                        of the thirteenth century, between the end of the Swabian-Anjou period and the beginning
                                                                                        of the Aragonese period, on the orders of Frederic II Chiaramonte. The original layout
                                                                                        with respect to the present configuration of the Castle was more imposing, as it included
                                                                                        another fort with crenellated walls and a tower on each of the four corners (one of which
                                                                                        was destroyed together with the outer walls after 1820).
                                                                                           Here is a short description of the present-day layout of the castle: from the entrance
                                                                                        one passes into the hall, which was the original entrance to the inner courtyard and gave
                                                                                        free access to the premises on the ground floor. To the east of the courtyard there are
                                                                                        three small rooms first used as a kitchen and then as a prison. On the northern side there
                                                                                        is a small room which acted as a pantry. On the west side there is a room that was used
                                                                                        firstly as a stable. From some stairs situated on the west side of the inner courtyard
                                                                                        access is gained to the first floor through a loggia covered with a vaulted ceiling deco-

                                                          86
rated with a Chiaramonte style frieze, recalling once more the Arab-Norman style. Later
in 1500, the loggia was modified with a mullioned windows in the Renaissance style. The
loggia leads directly into the room of the Crucifix: the octagonal columns from which the
ribs of the cross vaults branch off and cover it. Adjacent to the room of the Crucifix is the
Chapel, the most noble and artistically the most qualifying, it is divided into two parts by
an arch supported by two columns surmounted by capitals with acanthus leaves. A dome
covers the first part of the Chapel, which from the outside appears to be of an irregular
shape, while inside there are a series of perfectly squared limestone shards.
   Passing through the presbytery, cut into the thickness of the facing wall there is a
semi-circular apse with a central slit flanked by columns.
   The main entrance is surmounted by a magnificent gothic portal, decorated in white
stone, depicting ancient Roman chariots. On the first floor there is a stateroom and the
living quarters of the lord.

Appendix 2
Church of Saint Matthew

   On the day dedicated to Saint Matthew the Apostle, Roger I, Count of Sicily, received
the oath of allegiance and subjection from the people of Palermo, who acclaimed him
king. To commemorate this event,
among the first institutions to be erected
were the church and the monastery of
Saint Matthew, run by Brazilian nuns.
   The Church of “the glorious Saint
Matthew the old” was built in 1088 by
Augustus Roger Norman and solemnly                                                              Conservation Science in Cultural Heritage
consecrated in 1113.
   The church was incorporated into
the structure of Saint Catherine and
housed the first group of Dominican fri-
ars, who had just arrived in Palermo.
The temple, in its present configuration,
was built with the alms collected by lay
brother Leonardo Galici between 1634
and 1647 (see colour Figure 28a, b, c,       Figura 29. Plan in 3D of the Church of Saint
p. 224-225 and Figure 29).                   Matthew.

                                                                                                87
                                                                                        Floor plan

                                                                                             The interior still has a Renaissance layout, in the form of a basilica with three
                                                                                        naves, a transept and a rectangular chapel. The dome rises at the intersection of the
                                                                                        transept and the nave. In the eighteenth century the church was enriched with marble
                                                                                        wall coverings, paintings and stucco decorations characterizing it as a distinctly
                                                                                        Baroque temple (see colour Figure 30, p. 225).

                                                                                        Notes
                                                                                        1   Example: conservation of wood, exposure to light of terracotta or glass.
                                                                                        2   Castle of Venaria: Galleria Diana; Castle of Udine; Church of Saint Stephen in Mariano Comense;
                                                                                            Church of Onara in Tombolo Padova; Church of Saint Joseph in Padova; Galleria Meravigli in
                                                                                            Milan; Planetarium in Rome; Egyptian Museum in Turin.
S. Alterio et al. - Microclimate management for the preservation of cultural heritage




                                                                                        3   Conservation at times neglected, is a mandatory requirement, as declared in Italian law (DLg.
                                                                                            22/01/2004, n. 42, “Codice dei beni culturali e del paesaggio, ai sensi dell’art. 10 della legge
                                                                                            6/07/2002, n. 137” G.U. n. 45 del 24/02/2004, S.O. n. 28): “Cultural heritage cannot in any way
                                                                                            be destroyed, damaged” (article 20). “Protection consists in… guaranteeing the preservation and
                                                                                            conservation for purposes of public conservation” (article 3).
                                                                                        4   Measurements of indoor environment can be gained via the control unit can easily accommodate
                                                                                            different sensors. The measurements of indoor environment most commonly found are:
                                                                                            – Temperature;
                                                                                            – Relative humidity;
                                                                                            – Thermal flow;
                                                                                            – Radiation;
                                                                                            – Illumination;
                                                                                            – Atmospheric pressure, differential;
                                                                                            – Noise;
                                                                                            – Ph.
                                                                                            Babuc instruments are also designed to accommodate other types of sensors to receive standard
                                                                                            analog signals.


                                                                                        References
                                                                                        [1] CAMPIONE F., triennio accademico ’94/’95, ‘96/’97, Il controllo del microclima per la
                                                                                            conservazione di opere d’arte in ambienti storico-museali, Tesi di dottorato.
                                                                                        [2] BALLARDINI R., CUPPINI G. 1994, Gli impianti nel progetto del restauro,
                                                                                            Recuperare, edizione PEG, n. 40.
                                                                                        [3] FILIPPI M. 1987, Gli impianti nei musei, CDA, n. 8.
                                                          88
[4] AA.VV. Microclima, 7 febbraio 1997, Qualità dell’aria ed impianti negli ambienti
    museali, AICARR, Firenze.
[5] AA.VV. 2006, Il riscaldamento nelle chiese e la conservazione dei beni culturali,
    Milano, ELECTA.
[6] CAMPIONE F., DI MATTEO U. 1993, Una metodologia di indagine sulle variabili di
    integrazione dell’edificio-ambiente in un progetto di restauro, Bollettino dell’Ordine
    degli Ingegneri della provincia di Palermo, Palermo.
[7] CAMPIONE F., MILONE A. 2001, Resa termica e caratteristiche del riscaldamento a
    pavimento, rivista Selezione Tecnica, n. 11, Ed. Zedi Italia.

Linkgrafia
www.isac.cnr.it
www.deltasolar.it
www.riscaldamentoelettrico.it




                       La gestione del microclima per la conservazione dei Beni
                       Culturali

                       Parole chiave: microclima, beni culturali, impianto di climatizzazione a pannelli
                       radianti




                       1. Il controllo del microclima negli ambienti museali
                           Negli ultimi decenni, il controllo del microclima negli ambienti museali, ha
                       assunto un ruolo di grande importanza per la salvaguardia delle opere d’arte,
                       in quanto si è compreso come esso è la causa scatenante dei processi di

                                                                                                                 Conservation Science in Cultural Heritage
                       degrado dei materiali o delle singole parti costituenti gli oggetti di un Bene
                       Culturale più in generale.
                           Un manufatto d’interesse storico, artistico e culturale, non può essere con-
                       siderato isolato dall’ambiente circostante con il suo microclima, ma costituisce
                       con esso, un sistema fisico, che interagisce ed evolve nel tempo.
                           Il degrado può essere definito come un processo progressivo e cumulativo
                       dei materiali, quest’ultimi rispondono in modo diverso ai valori assunti dalle
                       variabili ambientali e ai loro cambiamenti, sia in senso temporale che spaziale.
                       Rapide variazioni temporali (o forti gradienti spaziali) di temperatura e/o umidi-
                       tà relativa, o comunque scambi di calore e massa, com’è noto, causano in molti
                       materiali stress interni con effetti irreversibili e cumulativi che accelerano il pro-
                       cesso di degrado.
                           Per ogni oggetto è necessario considerare prioritariamente la sua storia pre-
                       gressa, in cui il microclima ha determinato un assestamento del materiale rela-
                       tivamente alle sue caratteristiche fisico-chimiche.
                           Da qui nasce l’esigenza di monitorare i parametri ambientali, in quanto ogni
                       perturbazione ambientale contribuisce ad accelerare il processo di degrado [1].
                           Per tal motivo che si è deciso di occuparsi di due casi studio, e di come a
                       tutt’oggi viene trascurato l’utilizzo di nuove tecnologie applicate per il controllo
                       di un idoneo microclima in ambiente confinato.

                                                                                                                89
                                                                                           Nei due casi studio, sono stati presi in considerazione le variabili ambienta-
                                                                                        li di: Palazzo-Castello medievale dei Chiaramonte di Favara (Agrigento-
                                                                                        Appendice 1) (Figura 1 a colori, p. 211) e la Chiesa di San Matteo (Palermo-
                                                                                        Appendice 2) (Figura 2 a colori, p. 212).
                                                                                           Pertanto, in entrambi gli studi, è stato attenzionato il controllo del microcli-
                                                                                        ma, identificato soprattutto attraverso le condizioni di Temperatura ed Umidità
                                                                                        in cui i Beni quotidianamente vengono esposti, al fine di permettere un ade-
                                                                                        guata conservazione [2].
                                                                                        2. Controllo termodinamico dell’involucro
                                                                                            L’edificio, in generale, può essere considerato come un sistema termofisico
                                                                                        e come tale coinvolge diverse sfere di conoscenza. Lo scopo è quello di man-
                                                                                        tenere in esso determinate condizioni di microclima interno, riveste un ruolo
                                                                                        fondamentale il rapporto tra involucro ed impianto di riscaldamento, ventilazio-
                                                                                        ne e condizionamento dell’aria, la cui interazione è responsabile del raggiungi-
                                                                                        mento delle condizioni ideali (Figura 3).
                                                                                            Considerando che la maggior parte dei musei italiani risiedono in edifici sto-
                                                                                        rici, per molti dei quali non si conosce con esattezza la consistenza edilizia ed
                                                                                        impiantistica, si può intuire quanto difficile sia poter studiare e realizzare inter-
                                                                                        venti di controllo a garanzia di un corretto e costante microclima a tutela del
S. Alterio et al. - Microclimate management for the preservation of cultural heritage




                                                                                        bene stesso e di tutto ciò che esso custodisce. Lo sforzo sta nel riuscire a con-
                                                                                        siderare che gli oggetti museali, richiedono condizioni microclimatiche diverse
                                                                                        e non sempre tali condizioni sono compatibili con il benessere di visitatori ed
                                                                                        operatori. È chiaro che non si può climatizzare ogni singolo bene, a parte in casi
                                                                                        sporadici di beni di particolare valore ed unicità storico-artistica [3].
                                                                                        3. Ambienti espositivi e microclima
                                                                                            Ai fini di una corretta valutazione è stata necessaria un’analisi preliminare
                                                                                        che ha tenuto in considerazione:
                                                                                        • la valutazione dello stato di conservazione dei manufatti oggetto di studio;
                                                                                        • lo studio dell’andamento dei parametri microclimatici e della qualità dell’aria
                                                                                            dell’ambiente in cui i manufatti si trovano;
                                                                                        • il giudizio complessivo di valutazione e l’interazione con l’ambiente, “stato di
                                                                                            conservazione/ambiente”.
                                                                                            Il microclima inteso come sintesi delle condizioni fisiche ambientali dovute,
                                                                                        non solo alle variabili atmosferiche quali temperatura (T, °C), umidità (U, %),
                                                                                        irraggiamento solare e vento, ma anche a scambi con altri corpi tipo emissione
                                                                                        infrarossa, riscaldamento e ventilazione, su un periodo di tempo rappresentativo
                                                                                        di tutte le condizioni determinate da fattori forzanti naturali e causati dall’uomo.
                                                                                        Tale fase di analisi è stata propedeutica alle scelte progettuali fatte in seguito.
                                                                                        4. Microclima favorevole per la conservazione
                                                                                            Un manufatto storico che si è adattato alle condizioni ambientali ed ha tro-
                                                                                        vato un “proprio equilibrio” subirebbe uno stress se portato a delle condizioni
                                                                                        diverse da quelle originali, appunto per l’incapacità di adattarsi ad un nuovo
                                                                                        microclima. Per queste ragioni è necessario avere una conoscenza accurata
                                                                                        delle condizioni di conservazione passate del Bene. Tutti i cambiamenti improv-
                                                                                        visi dei parametri microclimatici, così come i cicli giornalieri, sono pericolosi. I
                                                                                        cicli stagionali, essendo più lenti, sono meno dannosi, permettono di creare le
                                                                                        condizioni di equilibrio tra i materiali e l’ambiente, e tra gli strati interni ed ester-
                                                                                        ni. Tali, sono in genere le condizioni fisiche in cui una variazione di umidità rela-
                                                                                        tiva (UR) porta la minor possibile variazione nell’assorbimento del vapor d’ac-
                                                                                        qua. Conviene in ogni caso, per mantenere sempre costanti le condizioni, sce-
                                                                                        gliere dei valori di UR vicini a quelli naturali.
                                                                                            Nella seguente tabella (Tabella 1) sono indicati, i gruppi di sensibilità alla
                                                                                        temperatura ed all’umidità relativa ed alcuni materiali costituenti oggetti musea-
                                                                                        li presenti nei nostri casi studio.
                                                                                        5. Indagine microclimatica del Castello di Chiaramonte di Favara (Ag)
                                                                                            Il monitoraggio microclimatico si prefigge di individuare tutte le interazioni tra

                                                       90
il clima esterno e quello interno, in seconda analisi come la struttura muraria e
le superfici interne reagiscono al carico termico indotto dalla presenza di fonti
di calore sensibile e latente, come il riscaldamento, l’illuminazione naturale, arti-
ficiale, i visitatori. Le Figure 4 e 5 a colori a p. 212 e 213 sono relative alla Sala
Mostre e alla Sala Conferenze.
    Dall’indagine microclimatica risulta che i valori di Temperatura (°C) ed
Umidità Relativa (%), si discostano da quelli ottimali per cui si è ritenuto oppor-
tuno proporre un impianto con pannelli radianti ad aria primaria alimentati a
pompa di calore sia a piano terra che a piano nobile (il pavimento in tutti i piani
è in mattoni di argilla cotta). Nella Figura 6 a colori a p. 213 si riporta il proget-
to dell’impianto di climatizzazione a pannelli radianti ad aria primaria, relativa al
piano terra ed al piano nobile.
    Per meglio evidenziare, il comportamento termico dell’involucro sottoposto
alle sollecitazioni termiche esterne, si riporta qui di seguito nelle tabelle (Figura
7a, b, c, d, e, f a colori, p. 214), la simulazione dell’impianto a pannelli radianti
in regime estivo ed invernale.

6. Indagine microclimatica nella Chiesa di San Matteo (Pa)
    I rilievi spazio temporali della Temperatura e dell’Umidità Relativa, all’interno
della Chiesa, sono stati eseguiti secondo il procedimento secondo la norma. È
stata adottata una griglia posta all’interno della Chiesa di lato 333 m (Figura 8
a colori, p. 214) posizionata ad una altezza dal pavimento di 5 m, e mediante
un apparecchio portatile (Babuc/M) sono state rilevate: la Temperatura,
l’Umidità Relativa dai nodi da noi prescelti (Figure 9 e 10 a colori, p. 215).
    Sono state identificate inoltre le tipologie dei materiali costituenti la collezio-
ne della Chiesa di San Matteo (Figura 11 a colori, p. 216).
    I rilievi sono stati compiuti in un arco di tempo che va dal 23 gennaio al 5 giu-
gno 2007, in particolare sono stati presi in esame i dati emessi da una delle
dieci cappelle della Chiesa, la “Cappella dell’Angelo Custode” (Figura 12 a colo-
ri, p. 216).
    Il seguente dipinto, raffigurante “l’Angelo Custode” è un olio su tela
(2803180 cm) del XVIII, di artista ignoto, orientato secondo la direzione Sud-
Ovest dell’edificio. Appartiene alla categoria di materiali e oggetti di natura
organica, così come viene espressamente indicato dalla norma UNI 10829, in
quanto si tratta di un olio su tela. Tra tutti i dipinti presenti nella Chiesa è il più
degradato presenta alterazione del colore, esfoliazioni e crepe. Quest’ultime
sono dovute alle variazioni rapide di UR che determina stress particolarmente
dannosi per gli strati più superficiali dei manufatti. Le tele, per esempio, rispon-
dono immediatamente alle sollecitazioni termiche esterne.
    Si riportano di seguito i rilievi (Figura 13a, b, c, d a colori, p. 217-218) della
                                                                                               Conservation Science in Cultural Heritage
Temperatura e Umidità Relativa nel periodo che va da gennaio a giugno.
    Come si evince dalle Figure sopra citata i valori rilevati si discostano note-
volmente dalle condizioni ottimali (Figura 14) e quindi si è ravvisata l’opportuni-
tà di prevedere un impianto di climatizzazione a pannelli radianti ed aria prima-
ria per il raggiungimento delle condizioni di comfort. La scelta deriva da una
attenta analisi della pavimentazione della Chiesa di San Matteo e di cui si ripor-
ta planimetria e documentazione fotografica (Figura 15 e Figura 16a, b, c, d a
colori, p. 219).
    Si riporta la planimetria relativa al sistema di posa in opera a pannelli radian-
ti ed aria primaria alimentato da pompa di calore aria-acqua, e sezione della
realizzazione per il pavimento radiante (Figure 17 e 18 a colori, p. 220; Figura
19).

7. Gli impianti di climatizzazione nei musei italiani
   Nel 56% dei musei italiani vengono esposti, nelle stesse sale, opere con esi-
genze conservative uguali oppure vengono utilizzate vetrine a tenuta d’aria, cli-
matizzate o meno, per contenere materiali che necessitano di un microclima
costante e/o controllato, per limitare il contatto diretto con agenti inquinanti
esterni [4].

                                                                                          91
                                                                                            L’impianto di riscaldamento (centralizzato o talvolta con radiatori elettrici nei
                                                                                        soli locali interessati) è il più utilizzato nel 42% dei casi; il 25% dei musei è dota-
                                                                                        to di un impianto di condizionamento mentre il rimanente 33% è totalmente
                                                                                        sprovvisto di un qualunque accorgimento per il riscaldamento o raffreddamen-
                                                                                        to dell’aria. Il tipo di impianto di climatizzazione più usato è quello misto, aria
                                                                                        primaria o ventilconvettori (Figure 20 e 21 a colori, p. 220-221).
                                                                                            La presenza di un impianto di climatizzazione non è sempre garanzia di una
                                                                                        corretta conservazione degli oggetti esposti, soprattutto quando ad un errato
                                                                                        posizionamento dei corpi scaldanti si aggiunge l’errata gestione dell’impianto.
                                                                                            Nel 62% dei casi l’impianto viene messo in funzione soltanto parte della gior-
                                                                                        nata, creando forti sbalzi fra il periodo di accensione e quello di spegnimento,
                                                                                        evidenziando inconsapevolezza e/o disinteresse per la conservazione degli
                                                                                        oggetti esposti (Figure 22 a colori, p. 221).
                                                                                            La soluzione ideale per una buona conservazione degli oggetti, negli
                                                                                        ambienti confinati, sarebbe l’adozione di un impianto di condizionamento a tut-
                                                                                        t’aria, realizzato in maniera da poter regolare i valori della temperatura, dell’u-
                                                                                        midità relativa, della velocità e della purezza dell’aria dei singoli ambienti in fun-
                                                                                        zione degli oggetti conservati e del clima esterno.
                                                                                            Ovviamente tale soluzione richiede una progettazione piuttosto complessa
                                                                                        che riesca a superare i molti ostacoli tecnici, artistici, ed economici, presenti nel
S. Alterio et al. - Microclimate management for the preservation of cultural heritage




                                                                                        Bene culturale.
                                                                                        8. Le problematiche del riscaldamento
                                                                                            Le problematiche del riscaldamento in ambienti molto ampi sono molteplici,
                                                                                        trattasi di luoghi non frequentati costantemente contenenti preziosi patrimoni, ai
                                                                                        quali il riscaldamento spesso può essere fonte di “disturbo”.
                                                                                            Vi sono vari fattori che possono influenzare la scelta del tipo di riscalda-
                                                                                        mento da adottare in questi particolari luoghi, così come nella fattispecie nella
                                                                                        Chiesa e nel Palazzo, quali:
                                                                                        1. liturgia ed uso del Bene;
                                                                                        2. costi (installazione, funzionamento e manutenzione, restauro di opere d’arte
                                                                                            nel caso in cui il sistema ne acceleri il decadimento);
                                                                                        3. risparmio energetico;
                                                                                        4. comfort termico dell’utenza;
                                                                                        5. impatto ambientale, impatto visivo (radiatori, ventilconvettori, pompe di calo-
                                                                                            re), impatto invasivo del sistema (danni alle strutture derivanti da vibrazioni
                                                                                            generate dalla centrale di climatizzazione), tipologia di combustibile impie-
                                                                                            gato;
                                                                                        6. compatibilità con la conservazione del Bene.
                                                                                            L’impianto di climatizzazione in questi luoghi, in special modo, coinvolge
                                                                                        competenze di varia natura, artistiche tecniche, e nel caso della chiesa, anche
                                                                                        liturgiche.
                                                                                            L’aspetto tecnico, in tali ambiti, è di sostanziale importanza, in quanto al pro-
                                                                                        blema impiantistico si associa quello conservativo, che implica anch’esso il
                                                                                        microclima ambientale, la velocità di deposizione di fumi (come nel caso di uti-
                                                                                        lizzo di ceri votivi), polveri sulle superfici e l’eventuale formazione di fenomeni
                                                                                        di degrado biologico [5].
                                                                                            Nel caso della Chiesa la distribuzione del calore deve primariamente rispon-
                                                                                        dere a precise esigenze liturgiche che richiedono l’attenzione a zone e modali-
                                                                                        tà particolari:
                                                                                        ü rispetto del sacro;
                                                                                        ü definizione delle aree da riscaldare permanentemente o per occupazioni
                                                                                            temporanee;
                                                                                        ü modalità di riscaldamento diverso per chi mantiene una posizione staziona-
                                                                                            ria e per chi ha una maggiore dinamica;
                                                                                        ü flessibilità a seconda dell’uso.
                                                                                            Ai fini della conservazione del Bene culturale, sono stati testati pro e contro
                                                                                        di tutti i sistemi di riscaldamento, si è appurato che ognuno presenta problemi
                                                                                        di vario tipo e gravità. Ciò non significa che in particolari casi, con l’adozione di


                                                              92
eventuali accorgimenti, i problemi indicati non possano essere superati.
Tuttavia la conoscenza dei punti critici può incentivare una maggiore consape-
volezza per una corretta progettazione finalizzata al rispetto delle normative e
non solo quelle riferite alla tutela del bene culturale ma anche all’ambiente cir-
costante (per attenersi alle nuove norme di certificazione energetica degli edifi-
ci – D.Lgs. 192 del 19/08/2005).
    La proposta progettuale prevede la realizzazione, all’interno di entrambe i
casi studio, Castello Chiaramonte (Ag) e Chiesa di San Matteo (Pa), di un
impianto di climatizzazione a pannelli radianti ed aria primaria.
    Si è data particolare rilevanza ad un attento studio della pavimentazione esi-
stente in entrambe i casi, rilevandone le caratteristiche dei materiali tecnici,
tenuto conto delle seguenti fasi di smontaggio, accatastamento, pulitura dello
stesso e ricollocazione, dopo aver effettuato la posa in opera del serpentino
radiante, annegato nel sottofondo del pavimento.
9. Proposte di intervento
   Attraverso l’analisi degli input ambientali è stato possibile effettuare uno stu-
dio di fattibilità per l’impianto a pannelli radianti tenendo conto dello studio delle
condizioni ambientali dei Beni presi in considerazione. L’analisi della comples-
sa interazione tra la dinamica delle condizioni climatiche, la necessità di con-
servazione dei manufatti in condizioni di massima stabilità, le problematiche sul
benessere termico relativo all’utenza, fruitore degli spazi espositivi, tipologia
costruttiva dell’edificio ed infine la necessità di dover far fronte alle peggiori con-
dizioni che si possono verificare, tutto ciò ha, sicuramente, vincolato la scelta
impiantistica.
10. Impianto di climatizzazione a pannelli radianti a pavimento ed aria pri-
       maria
    Per i nostri casi studio è stato scelto un impianto misto acqua/aria con pan-
nelli radianti a pavimento ed aria primaria. Oltre che per il riscaldamento l’im-
pianto verrebbe utilizzato per il raffrescamento durante la stagione estiva.
L’importante controllo dell’umidità relativa e del ricambio d’aria, affidato all’aria
primaria trattata centralmente e distribuita con canali. La distribuzione del flui-
do termovettore sarà effettuata mediante circuiti a ritorno diretto, collegando a
seconda delle zone gli appositi collettori di zona per pannelli radianti. La tem-
peratura dell’acqua nei pannelli, nel periodo estivo, deve essere tale da impe-
dire che la superficie del pannello raggiunga temperature inferiori a quella di
rugiada, corrispondente alle condizioni termoigrometriche ambientali, per valo-
ri usuali (25°C e 50% U.R.), la temperatura superficiale non deve essere infe-
riore a 16°C. I pannelli radianti in ciclo estivo hanno una resa specifica bassa
(30/40 W/m2) con una temperatura superficiale dall’aria primaria. In inverno
invece, la resa termica è di ca (60/80 W/m2) con una temperatura superficiale              Conservation Science in Cultural Heritage
del pavimento di 27°C (Appendice).
    Il monitoraggio microclimatico effettuato ai casi studio, ha rilevato condizio-
ni similari tra loro, entrambe partono da presupposti che non sono idonei ad una
giusta gestione e conservazione del Bene stesso e delle opere d’arte in essi
contenuti (Figura 23).
    La proposta progettuale prevede l’applicazione di pavimenti radianti a bassa
temperatura; le fluttuazioni della temperatura sono notevolmente mitigate in
quanto il riscaldamento avviene a bassa temperatura ed i pavimenti hanno una
temperatura superficiale soltanto di circa 25°C-28°C (Figura 24; Figure 25 e 26
a colori, p. 222).
    La ricerca tecnologica, ha consentito a tali impianti, di sviluppare una miglio-
re tecnica di controllo. Il tipo di riscaldamento che oggi trova maggiore diffusio-
ne, per la disposizione a pavimento è quello ad acqua calda.
    In esso, è importante osservare il raggiungimento ottimale delle seguenti
caratteristiche, quali:
• la bassa temperatura della superficie del pavimento;
• l’elevata percentuale d’irraggiamento del calore;


                                                                                          93
                                                                                        • l’omogeneità della temperatura operante;
                                                                                        • la perfetta integrazione nel contenitore edilizio.
                                                                                            Tale sistema, nel periodo di massimo fabbisogno termico, manterrà la tem-
                                                                                        peratura superficiale del pavimento sotto i 29°C, rendendo il clima particolar-
                                                                                        mente piacevole .
                                                                                            Attualmente il sistema d’esecuzione per l’applicazione di pannelli radianti
                                                                                        costituiti da tubi in materiale plastico (polietilene reticolato con barriera antios-
                                                                                        sigeno) costituiti da pavimenti “galleggianti” ben isolati sia verso il basso, sia ai
                                                                                        bordi tra pavimento e pareti verticali.
                                                                                            Il sistema può avere la forma di un “serpentino” continuo (detto a chiocciala),
                                                                                        realizzato da una serie di tubi paralleli, con un passo di 25 cm circa collegati tra
                                                                                        loro mediante curve, in alternativa può essere costituito da una griglia, con una
                                                                                        serie di tubi paralleli annegati nella struttura facenti capo a due collettori.
                                                                                            In particolare il sistema a chiocciola, consente di ottenere una maggiore uni-
                                                                                        formità della temperatura superficiale del pavimento per via dell’alternanza
                                                                                        delle tubazioni di mandata e ritorno.
                                                                                            Nella climatizzazione invernale, il fluido termovettore della serpentina rag-
                                                                                        giunge la temperatura di 30-40°C e si ritrova in superficie a 24-27°C ovvero a
                                                                                        10°C in meno di quella corporea (Figura 26 a colori, p. 222). Si verifica in que-
                                                                                        sto modo un contemporaneo e reciproco scambio termico tra il corpo umano ed
S. Alterio et al. - Microclimate management for the preservation of cultural heritage




                                                                                        il pavimento ne consegue che l’uomo cede all’ambiente meno calore di quanto
                                                                                        farebbe con altre tipologie impiantistiche.
                                                                                            Si riporta qui di seguito la procedura di calcolo per il dimensionamento del
                                                                                        serpentino, nel caso specifico del Castello Chiaramonte.
                                                                                            La struttura di contenimento del pannello radiante è costituito:
                                                                                        1. dalla soletta;
                                                                                        2. dal materiale isolante;
                                                                                        3. dal massetto;
                                                                                        4. dal pavimento.
                                                                                            Il materiale isolante, è posto sotto i pannelli, e serve a ridurre il calore cedu-
                                                                                        to verso il basso e a limitare l’inerzia termica dell’impianto. Attualmente, i mate-
                                                                                        riali isolanti più utilizzati sono quelli in polistirene e in poliuretano.
                                                                                            La forma per l’ancoraggio dei tubi sul materiale isolante, può essere a super-
                                                                                        ficie piana o preformata.
                                                                                            Gli isolanti a superficie piana sono quelli, che solitamente si utilizzano in edi-
                                                                                        lizia, per coibentare i tradizionali pavimenti. Essi richiedono una messa in opera
                                                                                        con reti elettrosaldate, essendo non provvisti di supporti per l’ancoraggio dei
                                                                                        tubi, oppure di adeguati profili metallici con clips di giunzione e supporti di fis-
                                                                                        saggio. Il massetto, deve essere realizzato con un impasto fluido, per evitare la
                                                                                        formazione di sacche d’aria, le quali possono ostacolare la regolare trasmis-
                                                                                        sione di calore. La fluidità del getto può essere migliorata, utilizzando appositi
                                                                                        additivi chimici, che hanno la funzione di fluidificare l’impasto, riducendo la
                                                                                        quantità di acqua necessaria all’impasto, limitandone il tempo di rimozione del-
                                                                                        l’acqua stessa [7].
                                                                                            È fondamentale assicurare la dilatazione del massetto e l’isolamento termi-
                                                                                        co fra questo e le pareti, a tal motivo, si devono realizzare i giunti periferici, con
                                                                                        strisce isolanti in polietilene da 6-8 mm, oppure in lana minerale da 8-10 mm.
                                                                                            I tubi impiegati per la realizzazione del pannello radiante sono in materiale
                                                                                        plastico, poiché la loro messa in opera è più agevole, non si logorano e non
                                                                                        consentono la formazione di sedimenti.
                                                                                            I tubi usualmente impiegati sono in polietilene reticolato (PEX), polibutene
                                                                                        (PB) e polipropilene (PP), muniti di barriere contro l’emanazione dell’ossigeno,
                                                                                        per evitare il deterioramento molecolare dei tubi stessi.
                                                                                            Nella realizzazione di un impianto di riscaldamento ad acqua, con sistema
                                                                                        radiante a pavimento, è importante osservare che la temperatura del fluido ter-
                                                                                        movettore di mandata sia ad una giusta temperatura. S’impone una tempera-
                                                                                        tura del fluido scaldante in funzione del tipo di generatore di calore che si vuole
                                                                                        adottare.
                                                                                            I valori di temperatura variano infatti da:
                                                                                        – 45°C a 55°C con caldaie tradizionali;

                                                         94
– 40°C a 45°C con teleriscaldamento, pompe di calore e caldaie a condensa-
    zione;
– 32°C a 38°C con pannelli solari.
    È importante, in ogni caso, non scegliere temperature superiori a 55°C, per
evitare le possibili crepe nei pavimenti, fessurazioni nei parquet e avvallamenti
nelle pavimentazioni di gomma o altri materiali sintetici.
    Inoltre, scegliendo in modo corretto il valore della temperatura del fluido
scaldante, si otterrà un buon esito, tra due diverse necessità, quali:
1. la diminuzione della lunghezza del pannello, che determina anche una limi-
    tazione dei costi di realizzazione;
2. l’ottimizzazione del rendimento del generatore di calore.
    Con il riscaldamento a radiatori o a convettori, posti generalmente sotto le
finestre, si ha una compensazione delle maggiori dispersioni grazie al loro effet-
to radiante. Con il pannello radiante tutto ciò diventa una limitazione. Per ovvia-
re ciò, si può utilizzare la soluzione dell’infittimento dei tubi in prossimità delle
superfici vetrate.
    Le forme di distribuzione da adottare variano di volta in volta, in funzione alle
condizioni che si vogliono ottenere.
    I pannelli radianti avendo un’elevata superficie disperdente, permettono di
riscaldare ambienti anche con l’impiego di basse temperature.
    Questa caratteristica rende conveniente il loro impiego con sorgenti di calo-
re la cui resa aumenta al diminuire della temperatura richiesta, come nei
seguenti casi:
• pompe di calore
• caldaie a condensazione
• pannelli solari
• sistemi di recupero del calore.
    La pompa di calore, come noto, è una macchina in grado di prelevare ener-
gia termica da una sorgente di calore e trasferirla ad un ricevitore a temperatu-
ra più elevata, operando un vero e proprio trasferimento di calore da un livello
di temperatura ad uno superiore, cioè in senso opposto a quello che avviene in
conduzione spontanea.
    Nelle applicazioni pratiche, il mezzo a cui viene ceduta l’energia termica è
prevalentemente l’acqua, per i vantaggi che essa offre:
• elevato calore specifico;
• ottimo coefficiente di scambio.
    La pompa assorbe una potenza (Kw) proporzionale alla quantità di calore
trasferita nell’unità di tempo. Si definisce “coefficiente di efficienza” della pompa
di calore (C.O.P.) o coefficiente of performance, il rapporto tra la potenza (Q)
fornita all’involucro edilizio e la potenza elettrica assorbita (Kw):
                           C.O.P. = Q (Kcal/h)/ 860 3 Kw                                     Conservation Science in Cultural Heritage
  Come sorgente di calore, possono essere prevalentemente utilizzate:
– acqua di pozzo;
– acqua di falda;
– acqua superficie;
– acque reflue da impianti di depurazione;
– aria ambiente.
  Pertanto, a seconda delle soluzioni adottate, si hanno:
– pompe di calore acqua/acqua;
– pompe di calore aria/acqua;
– pompe di calore aria/aria.
  Nei due casi affrontati sono previste pompe di calore aria-acqua, che ali-
mentano i circuiti di impianti a pannelli radianti a pavimento.
11. Cenni sui costi di realizzazione
   È davvero difficile stabilire dati medi significativi in merito ai costi richiesti per
realizzare gli impianti a pannelli, per i due casi studio, in quanto molteplici sono
le variabili da prendere in considerazione:

                                                                                            95
                                                                                        – la resistenza termica del pavimento;
                                                                                        – il costo dei materiali isolanti da porre sotto i pannelli;
                                                                                        – il costo e la qualità del tubo costituente i pannelli.
                                                                                            Usualmente si stima che gli impianti a pannelli hanno un costo aggiuntivo,
                                                                                        mediamente del 10-30% rispetto agli impianti a radiatori con regolazione cli-
                                                                                        matica.
                                                                                            Mentre per i costi di gestione, tali impianti, consentono risparmi variabili del
                                                                                        10 al 15% rispetto agli impianti tradizionali, pertanto consentono di ammortare in
                                                                                        tempi relativamente brevi, il maggiore costo sostenuto per la loro realizzazione.
                                                                                            Nel nostro caso è stato fatto una stima dei costi di gestione per l’impianto di
                                                                                        climatizzazione del Castello Chiaramonte di Favara, tenuto conto che il volume
                                                                                        riscaldato è V = 10.605 m3 e la potenza termica (Q = 60 Kw), si ottengono
                                                                                        rispettivamente i seguenti costi:

                                                                                                           COMBUSTIBILE              COSTI (EURO)
                                                                                                               Gasolio                  21.759
                                                                                                               Metano                   15.483
                                                                                                           Energia elettrica             8.640

                                                                                        con un netto vantaggio economico nei confronti del sistema a pompe di calore.
S. Alterio et al. - Microclimate management for the preservation of cultural heritage




                                                                                           Per quanto riguarda il costo di realizzazione di un sistema radiante a pavi-
                                                                                        mento, oscilla tra 47-67 euro/m2, posto in opera ed escluso il massetto sopra-
                                                                                        stante. Questo sistema costa circa 60-70% in più di un sistema tradizionale (la
                                                                                        serpentina più i pannelli) costo di circa 25-35 euro/m2, che dipende anche dai
                                                                                        materiali utilizzati, cui occorre aggiungere il costo per lo smontaggio o demoli-
                                                                                        zione della pavimentazione, la coibentazione/impermeabilizzazione del mas-
                                                                                        setto.
                                                                                        12. Conclusioni
                                                                                            Per un corretto approccio al tema del controllo ambientale dei beni museali,
                                                                                        è necessario non solo dotare l’involucro edilizio di sofisticati impianti di control-
                                                                                        lo ambientale, quanto piuttosto conoscere le condizioni ambientali effettiva-
                                                                                        mente esistenti e stabilire, prima di qualsiasi intervento impiantistico, se vi sia
                                                                                        o meno compatibilità fra tali condizioni ambientali e la conservazione dei manu-
                                                                                        fatti. Da qui l’importanza che ha assunto il monitoraggio ambientale, quale stru-
                                                                                        mento di controllo per l’elaborazione dei dati acquisiti e l’interpretazione che di
                                                                                        essi viene fatta. L’analisi della complessa interazione tra la dinamica delle con-
                                                                                        dizioni climatiche, la necessità di conservare i “beni museali” in condizioni di
                                                                                        massima stabilità, le problematiche sul benessere tecnico relativo all’utenza,
                                                                                        fruitore degli spazi espositivi, la tipologia costruttiva dell’involucro ed infine la
                                                                                        necessità di dover fare fronte alle peggiori condizioni climatiche, ha vincolato la
                                                                                        scelta impiantistica.


                                                                                                                        REGESTO STORICO
                                                                                        Appendice 1
                                                                                        Castello Chiaramonte di Favara (Ag)
                                                                                            È uno dei primi esempi di arte del ‘300 siciliano, ad opera della famiglia
                                                                                        Chiaramonte (di origine francese: Clermont), in quel secolo la omonima fami-
                                                                                        glia raggiunse grande potere politico ed esercitò il proprio dominio feudale su
                                                                                        buona parte della Sicilia per tutto il corso del XIV secolo. L’influenza dei
                                                                                        Chiaramonte fu tale che tutto il secolo è ricordato, nella storia della Sicilia, come
                                                                                        “epoca chiaramontana”, e si estende anche all’ambito dell’architettura e dell’ar-
                                                                                        te del periodo che, riprendono temi e motivi dell’architettura normanna, svilup-
                                                                                        pò un caratteristico stile, detto “Chiaramontano”.
                                                                                            Il primo esempio occidentale nel quale la lezione architettonica-militare
                                                                                        orientale si dimostra intelligentemente accolta e rifusa in forme anche esteti-
                                                                                        camente originali, è costituito dalla rete dei castelli siculo-pugliesi. Con la loro


                                                          96
planimetria simmetrica e regolare e nel loro rapporto preciso con l’ambiente
circostante (si tratta di castelli urbani, sede di funzionari o di guarnigione), sor-
gono in funzione di una struttura statale accentrata (Figura 27a, b, c a colori,
p. 223).
IMPIANTO PLANIMETRICO
    Il Castello presenta le caratteristiche tipiche di insediamento fortificato, a
carattere residenziale, si sviluppa in un impianto planimetrico quadrangolare, in
stile severo, con un volume nitido e chiuso, l’edificio è incentrato attorno ad un
raccolto cortile. Esso fu costruito negli ultimi decenni del sec. XIII, tra la fine del-
l’epoca Svevo-angioina e l’inizio dell’epoca Aragonese, per volere di Federico
II Chiaramonte.
    La mole originaria dell’impianto, rispetto alla configurazione odierna, risulta-
va di più imponente visione, in quanto comprendeva un altro forte con mura
merlate conclusi agli angoli con quattro torri (di cui una demolita insieme alle
mura di cinta dopo il 1820).
    La configurazione attuale del Castello: dall’attuale ingresso si passa all’an-
drone, che era l’antico ingresso a cui si accedeva direttamente alla corte inter-
na, che serve a disimpegnare tutti i locali del piano terra. Ad Est della corte si
sviluppano tre piccoli locali adibiti prima a cucina e successivamente a carceri,
nel lato Nord si trova un piccolo locale adibito a dispensa.
    Nel lato Ovest si snoda nella sua interezza una sala che in principio era adi-
bita a stalla. Da una scala che si sviluppa nel lato Ovest della corte interna si
accede al primo piano attraverso una loggia coperta da una volta decorata da
un fregio di stile chiaramontano, che si riallaccia allo stile Arabo-normanno.
Successivamente nel 500, la loggia venne modificata con una bifora in stile
rinascimentale. Direttamente dalla loggia si accede alla stanza del Crocifisso:
le colonne ottagonali dalla quale si dipartono i costoloni della volta a crociera
che copriva la stessa. Adiacentemente alla stanza del Crocifisso vi si trova la
Cappella, la parte più nobile e artisticamente la più qualificante, essa è divisa
in due parti da un arco sostenuto da due colonne sormontate da capitelli con
foglie d’acanto. La prima parte della cappella è coperta da una cupola che all’e-
sterno si manifesta di forma irregolare, mentre all’interno è costituito da una
serie di cocci calcarei perfettamente squadrati.
    Superato il presbiterio al centro nella parete di fondo, ricavata nello spessore
del muro, l’abside semicircolare con feritoia centrale fiancheggiata da colonnine.
    Il portale di ingresso è sormontato da un fastoso portale ogivale, decorato in
pietra bianca, raffigurante antiche bighe romane. Al piano nobile il salone di rap-
presentanza e l’abitazione del signore.
Appendice 2
Chiesa di San Matteo                                                                        Conservation Science in Cultural Heritage
    Ruggero I Conte di Sicilia, nel giorno dedicato a San Matteo Apostolo, rice-
vette il giuramento di fedeltà e di soggezione dei palermitani, che lo acclama-
rono loro Re. In memoria di questo avvenimento, fra le prime fondazioni, eres-
se la Chiesa ed il monastero di San Matteo, con monache Brasiliane.
    La Chiesa del “glorioso San Matteo il vecchio” fu fabbricata nel 1088 da
Augusto Ruggero Normanno, e solennemente consacrata nel 1113.
    Ospitò il primo nucleo di frati Domenicani, appena giunti a Palermo e fu
inglobata nella struttura di S. Caterina. Il tempio, nella sua configurazione attua-
le, fu costruito con le laute elemosine raccolte da fra Leonardo Galici tra il 1634
ed il 1647 (Figura 28a, b, c a colori, p. 224-225 e Figura 29).
IMPIANTO PLANIMETRICO
   L’interno mantiene un impianto ancora rinascimentale con pianta basilicale
a tre navate, transetto e cappellone rettangolare; all’incrocio del transetto con
la navata si erge la cupola. Nel XVIII secolo la chiesa venne arricchita da rive-
stimenti parietali in marmo, decorazioni pittoriche e a stucco che ne fanno un
tempio prettamente barocco.


                                                                                           97
                                                                                                                  Note
                                                                                                                  1   Es.: conservazione del legno, esposizione alla luce di terrecotte o vetri.
                                                                                                                  2   Castello di Venaria: Galleria Diana; Castello di Udine; Chiesa di S. Stefano a
                                                                                                                      Mariano Comense, Corno; Chiesa di Onara a Tombolo Padova; Chiesa di S.
                                                                                                                      Giuseppe a Padova; Galleria Meravigli a Milano; Planetario a Roma; Museo Egizio
                                                                                                                      a Torino.
                                                                                                                  3   La conservazione, talvolta trascurata, è un obbligo tassativo, previsto dalla legge
                                                                                                                      italiana (DLg. 22/01/2004, n. 42 “Codice dei beni culturali e del paesaggio, ai sensi
                                                                                                                      dell’art. 10 della legge 6/07/2002, n. 137” G.U. n. 45 del 24/02/2004, S.O. n. 28):
                                                                                                                      “I beni culturali non possono essere distrutti, danneggiati” (art. 20). “La tutela con-
                                                                                                                      siste nel… garantire la protezione e la conservazione per fini di pubblica conser-
                                                                                                                      vazione” (art. 3).
                                                                                                                  4   Grandezze acquisibili attraverso la centralina può agevolmente ospitare diversi
                                                                                                                      sensori. Le grandezze che più comunemente si possono rilevare sono:
                                                                                                                       – temperatura;
                                                                                                                       – umidità relativa;
                                                                                                                       – flusso termico;
                                                                                                                       – radiazione;
                                                                                                                       – illuminamento;
                                                                                                                       – pressione atmosferica, differenziale;
S. Alterio et al. - Microclimate management for the preservation of cultural heritage




                                                                                                                       – velocità dell’aria;
                                                                                                                       – concentrazione di gas;
                                                                                                                       – rumore;
                                                                                                                       – Ph.
                                                                                                                      Gli strumenti Babuc sono inoltre predisposti per ospitare sensori di altro tipo per
                                                                                                                      ricevere segnali analogici standard.



                                                                                        Summary
                                                                                        This paper presents a line of research aimed at studying in detail the interaction between air condi-
                                                                                        tioning/heating systems and thermo hygrometric conditions inside museums.
                                                                                        An experimental test was carried out on the microclimatic conditions inside a building envelope,
                                                                                        using as case studies the interiors of the Castle of Chiaramonte in Favara (Agrigento), and the
                                                                                        Church of Saint Matthew (Palermo). In this phase of the work the “real” measured values and the
                                                                                        recommended “optimal” values were compared for the various museum exhibits displayed.
                                                                                        The analysis of the complex dynamic interaction of climate conditions, the need for the museum
                                                                                        pieces to be preserved in a situation of maximum stability, the problems regarding thermal comfort
                                                                                        in relation to users’ enjoyment of the exhibition space, the construction model of the building enve-
                                                                                        lope – the synergy between all these variables led to establishing the final design project. This con-
                                                                                        sists of an air conditioning system with radiant panels, floor heating, cooling system and primary air,
                                                                                        in which the benefits seen from an environmental and energy point of view, are fully explained.
                                                                                        The conservation of cultural heritage collections in museums, on the one hand implies that the atten-
                                                                                        tion of the specialists must turn to the prevention of the natural degradation caused through time and
                                                                                        on the other to improve the quality of the environment. This means environmental parameters must
                                                                                        be checked and monitoring techniques used. Since the connective tissue between the museum and
                                                                                        its container is the environment, the building-plant system must be held responsible for the “degra-
                                                                                        dation suffered by the museum itself” or “be largely responsible for its optimal conservation with the
                                                                                        passing of time”.


                                                                                        Riassunto
                                                                                        Nel presente lavoro si espongono le linee di una ricerca tesa ad approfondire le interazioni tra
                                                                                        impianti di climatizzazione e le condizioni termoigrometriche all’interno degli spazi museali.
                                                                                        È stata effettuata una verifica sperimentale delle condizioni microclimatiche all’interno dell’involucro
                                                                                        edilizio ed in particolare all’interno del: Castello Chiaramonte di Favara (Ag), e della Chiesa di San

                                                          98
Matteo (Pa). In questa fase di lavoro sono stati confrontati i valori misurati “reali” con quelli “ottima-
li” consigliati per i vari beni museali esposti.
L’analisi della complessa interazione dinamica delle condizioni climatiche, la necessità di conserva-
zione dei beni museali in condizioni di massima stabilità, le problematiche sul benessere termico
relativo all’utenza fruitore degli spazi espositivi, la tipologia costruttiva dell’involucro edilizio, la siner-
gia fra queste variabili ha condotto ad una scelta progettuale consistente in un impianto di climatiz-
zazione a pannelli radianti ed area primaria, descrivendone i vantaggi sia dal punto di vista ambien-
tale che energetico.
La conservazione del patrimonio culturale, raccolto nei musei, implica un’azione di prevenzione nei
confronti del degrado indotto dal tempo e dalla qualità dell'ambiente, con il controllo dei fattori e degli
agenti nonché delle tecniche di monitoraggio. Essendo l'ambiente il tessuto connettivo tra il bene
museale e il suo contenitore, il sistema edificio-impianto è da ritenere pertanto il maggiore imputato
del “degrado subito dal bene stesso” oppure “il maggiore artefice della sua ottimale conservazione
nel tempo”.


Résumé
Dans le travail présent, on expose les lignes d’une recherche visant l’approfondissement des inter-
actions entre installations de climatisation et les conditions thermohygrométriques à l’intérieur des
espaces des musées.
On a effectué une vérification expérimentale des conditions microclimatiques à l’intérieur de l’enve-
loppe du bâtiment et en particulier à l’intérieur du: Château de Chiaramonte di Favara (Ag), et de
l’Église de San Matteo (Pa). Dans cette phase de travail ont été confrontées les valeurs mesurées
“réelles” avec les valeurs “optimales” conseillées pour les différents biens des musées exposés.
L’analyse de la complexe interaction dynamique des conditions climatiques, la nécessité de conser-
vation des biens des musées en conditions de stabilité maximum, les problématiques sur le bien-
être thermique relatif aux usagers qui jouissent des espaces d’exposition, la typologie constructive
de l’enveloppe du bâtiment, la synergie entre ces variables a amené à un choix conceptuel consis-
tant en une installation de climatisation à panneaux radiants et aire primaire, en en décrivant les
avantages tant du point de vue environnemental qu’énergétique.
La conservation du patrimoine culturel, recueilli dans les musées, implique une action de prévention
vis-à-vis de la dégradation induite par le temps et par la qualité de l'environnement, avec le contrô-
le des facteurs et des agents ainsi que des techniques de monitorage. Étant donné que l’environ-
nement est le tissu connectif entre le bien des musées et son conteneur, le système édifice-instal-
lation doit être considéré comme le plus grand accusé de la “dégradation subie par le bien même”
ou bien “le plus grand acteur de sa conservation optimale au cours du temps”.
                                                                                                                    Conservation Science in Cultural Heritage
Zusammenfassung
In dieser Arbeit werden die Linien einer Untersuchung aufgerissen, die die Interaktionen zwischen
Klimaanlagen und der thermohygrometrischen Situation in Museumsräumen eingehender
beschreibt.
Es wurde eine experimentelle Überprüfung der mikroklimatischen Bedingungen im Inneren der
Gebäudehülle vorgenommen, und zwar im Kastell Chiaramonte in Favara (Provinz Agrigent) und in
der Kirche San Matteo (Palermo). In dieser Arbeitsphase wurden die “realen” Messwerte mit den
“optimalen” Werten verglichen, die für die verschiedenen Museumsexponate empfohlen werden.
Die Analyse der komplexen dynamischen Interaktion der klimatischen Bedingungen, die
Notwendigkeit der Konservierung der Museumsgüter in einem Zustand der maximalen Stabilität, die
Probleme einer angenehmen Temperatur für die Besucher der Ausstellungsräume, die Bauweise der
Gebäudehülle und die Synergie zwischen diesen Variablen haben zu einer Projektentscheidung
geführt, die in einer Klimatisierung mit Fußbodenheizung und Primärluft besteht, deren Vorzüge hin-
sichtlich Umweltfreundlichkeit und Energieersparnis beschrieben werden.
Die Konservierung des in den Museen gesammelten kulturellen Erbes verlangt eine vorbeugende

                                                                                                                   99
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                                                                                        Kontrolle der Faktoren und Einwirkungen sowie der Überwachungstechniken. Da der umgebende
                                                                                        Raum das verbindende Element zwischen dem Museumsgut und seinem Bau ist, muss das System
                                                                                        Gebäude/Klimaanlage entweder als “der Hauptschuldige am Verfall des Gutes” oder als “der wich-
                                                                                        tigste Garant seiner optimalen langfristigen Erhaltung” angesehen werden.


                                                                                        Resumen
                                                                                        En el presente trabajo se exponen las líneas de una investigación que se plantea profundizar en las
                                                                                        interacciones entre equipos de climatización y las condiciones termohigrométricas dentro de los
                                                                                        espacios museales.
                                                                                        Se ha efectuado una comprobación experimental de las condiciones microclimáticas dentro del edi-
                                                                                        ficio contenedor, y en particular dentro del: Castillo Chiaramonte di Favara (Agrigento) y de la Iglesia
                                                                                        de San Mateo (Palermo). En esta fase del trabajo se han comparado los valores medidos “reales”
                                                                                        con los “ideales” aconsejados para los distintos bienes museales expuestos.
                                                                                        El análisis de la compleja interacción dinámica de las condiciones climáticas, la necesidad de con-
                                                                                        servación de los bienes museales en condiciones de máxima estabilidad, las problemáticas sobre
                                                                                        el bienestar térmico en relación con el uso que se hace de los espacios expositivos y el tipo de cons-
S. Alterio et al. - Microclimate management for the preservation of cultural heritage




                                                                                        trucción del edificio contenedor; la sinergía entre estas variables ha llevado a una solución proyec-
                                                                                        tual consistente en un equipo climatizador de paneles radiantes y área primaria, describiendo sus
                                                                                        ventajas tanto desde el punto de vista ambiental como energético.
                                                                                        La conservación del patrimonio cultural, recogido en los museos, implica una acción de prevención
                                                                                        en relación con el deterioro causado por el tiempo y la calidad del ambiente, el control de los facto-
                                                                                        res y agentes, así como de las técnicas de monitorización. Dado que el ambiente constituye el teji-
                                                                                        do conjuntivo entre el bien museal y su contenedor, el sistema edificio-instalación debe considerar-
                                                                                        se por tanto el principal encausado del “deterioro sufrido por el bien” o “el principal artífice de su
                                                                                        excelente conservación a lo largo del tiempo”.


                                                                                        Htp>vt




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