Andra Ursini Casalena Massa e Comfort Capacita Termica

8/14/2019 Andra Ursini Casalena Massa e Comfort Capacita Termica

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LindustriadeiLaterizi marzo aprile2008 11088

D.Lgs. 311/06 verrebbe cos sostituito dal seguente:Verifica, in tutte le zone climatiche ad esclusionedella F, per le localit nelle qual i il valore medio

mensile dellirradianza sul piano orizzontale, nel

mese di massima insolazione estiva, Im,s, sia maggiore

o uguale a 290 W/m2, che il valore del modulo della

trasmittanza termica periodica Yie

delle pareti opa-

che verticali, orizzontali o inclinate, di cui al comma

11 dellallegato 1, sia inferiore a 0,12 W/m2K.Limitare il prodotto tra il fattore di attenuazione (fd)e la trasmittanza termica stazionaria (U), eliminandoanche il limite di massa superficiale, determinereb-be in tal modo la possibilit di realizzare pareti conbassa inerzia termica ed elevata capacit coibentee, allestremo, strutture realizzate interamente conmateriale isolante.

VALUTAZIONE E VERIFICHE SUL CAMPOIMPORTANZADELCOMFORTEDEICARICHIINTERNIINFASEESTIVADa studi effettuati con monitoraggi e simulazionidi edifici campione risultata verificata lefficaciadellapproccio con la trasmittanza termica periodicaYie per ottimizzare il risparmio energetico nella clima-tizzazione di un edificio. Riconducendo il problemaestivo essenzialmente ai flussi entranti dallesterno(irraggiamento solare e trasmissione conduttiva del-le pareti esterne), al fine di ridurre il contributo deicarichi esterni, la limitazione della Yie, in effetti, pre-

senta una sua validit.Tuttavia, risultato che, laddove vengano consideratianche i carichi interni, luso di un involucro leggero efortemente coibente controindicato, non tanto dalpunto di vista del risparmio energetico, ma soprattut-to dal punto di vista del comfort abitativo.

LACAPACITTERMICAAREICAINTERNAPERIODICA (CIP)

Per risolvere tali problemi, si provato ad introdurre,congiuntamente ai limiti sulla trasmittanza termicastazionaria e trasmittanza termica periodica (chetengono conto di carichi esterni, sfasamento termico

e fattore di attenuazione), un limite che considerianche i carichi interni, e pi precisamente la capaci-t termica areica interna periodica (Cip).

Attraverso monitoraggi e analisi parametriche di un

caso di studio si dimostra limportanza dellinerzia

termica interna dellinvolucro in estate, soprattut-

to in presenza di elevati carichi interni.

Si presenta la proposta di un limite inferiore dellacapacit termica areica interna periodica, da intro-

durre nei decreti attuativi del D.Lgs. 311.

LA SITUAZIONE ATTUALED. LGS. 311/06 ESUECONSEGUENZEIl recente D.Lgs. 311/06 si concentra essenzialmentesul risparmio energetico in fase invernale, limitando siai valori di trasmittanza termica dellinvolucro esternoU che il fabbisogno di energia primaria delledificio.Il comfort termico in fase estiva viene considerato in-

troducendo un limite inferiore di massa superficiale Mspari a 230 kg/m2 nelle localit pi soleggiate (in cui Im,s 290 W/m2, lettera b del comma 9, dellallegato I).Si rendono accettabili tutta una serie di pareti condiversa posizione reciproca tra isolante termico emassa (pareti a cappotto, a cassetta e con isolantesul lato interno), alcune delle quali presentano grossiproblemi riguardo al surriscaldamento estivo e allaverifica igrometrica.Inoltre, in certe situazioni (dove non obbligatoria laverifica di massa superficiale) consentito raggiunge-re le trasmittanze fissate usando solo materiali legge-

ri e coibenti.

LATRASMITTANZATERMICAPERIODICAAttualmente, in attesa dellemanazione delle lineeguida per la certificazione energetica degli edifici, in discussione ed analisi una proposta di modifica delD.Lgs. 311/06 la quale prevede che, per ridurre il fab-bisogno energetico estivo, venga eliminato il limitedi 230 kg/m2 sulla massa superficiale dellinvolucro,sostituendolo, sempre per le localit pi soleggiate,con un limite sulla trasmittanza termica periodicaYie = fd U [W/m

2K] pari a 0,12 per le pareti opache

verticali, orizzontali o inclinate (con fd fattore diattenuazione).Il testo della lettera b), del comma 9, dellallegato I, al

DIC. Di Perna*, F. Stazi**, A. Ursini Casalena**, A. Stazi***Dipartimento di Energetica, Universit Politecnica delle Marche, Ancona

**Dipartimento di Architettura Costruzioni e Strutture, Universit Politecnica delle Marche,

Ancona

Massa e comfort:necessit di una adeguata capacittermica areica interna periodica


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COMPRENDERELAVALIDITDI CIP stato assunto un caso di studio reale, caratterizzatodalla presenza di elevati carichi interni lIstituto diIstruzione Superiore A. Einstein, A. Nebbia di Lo-reto (fig. 1) sul quale sono stati effettuati monito-raggi, simulazioni in regime dinamico con il softwareEnergyplus (fig. 2), messa a punto di modelli virtualie analisi parametriche.Queste ultime sono state effettuate su un trancio

Fig. 1 La scuola assunta come caso di studio (vista sud).

Fig. 2 Il caso di studio simulato con il software Energyplus.

Fig. 3 Lo studio si concentrato su una sezione adiabaticadelledificio simulato.

delledificio, sezionato in corrispondenza di unaula,da cielo a terra, e sono stati analizzati flussi e tempe-rature superficiali (fig. 3).Le variazioni parametriche applicate al sistemahanno riguardato le condizioni climatiche esterne,la destinazione duso, i carichi interni, la tipologiadi involucro esterno, la percentuale di superficie

vetrata e lutilizzo o meno di ventilazione naturale.In particolare, sono state studiate 3 zone climati-che (Palermo, Ancona e Bolzano), 2 tipologie duso(scuola e residenza), vari livelli di carico interno.Inoltre, sono state analizzate 4 percentuali di su-perficie vetrata, corrispondenti a 1/8, 1/6, 1/4, 1/3della superficie calpestabile. Infine, sono state simu-late due modalit di uso degli ambienti interni: unacorrispondente ad un uso tradizionale, con unaper-tura giornaliera delle finestre per il ricambio daria(definita nei grafici come ventilazione diurna);laltra caratterizzata da una ventilazione notturna

dalle 20 alle 7 del mattino, con ricambi daria varia-bili tra 2 e 4 vol/h.I casi di studio ottenuti sono stati analizzati dal pun-to di vista del comfort e dei consumi inserendo 5tipologie diverse di parete esterna e 5 tipologie dicopertura.Allinterno del trancio, lo studio si concentrato su: unaula del terzo piano (cio ad un piano interme-

dio), variando la tipologia del solo involucro ester-no (pareti da P1 a P5, pareti reali R1 R7);

unaula allultimo piano (cio ad un piano sottotetto;figg. 4 e 5), variando la tipologia costruttiva: linvo-

lucro esterno (pareti P1 e P5), la copertura (tetti daT1 a T5) e il solaio interpiano. Con diverse combina-zioni di queste strutture, si analizzato un edificioad alta inerzia, uno di tipo misto ed uno leggero.

TIPI DI COMPONENTI EDILIZI STUDIATISono state elaborate 5 tipologie di pareti fittizie carat-terizzate da determinati limiti per trasmittanza termi-ca stazionaria e periodica (U 0,4 W/m2K per Anconaal 2008; Yie 0,12 W/m

2K). In particolare, le tipologiesono state elaborate a parit di Yie = 0,10 W/m

2K, au-mentando di volta in volta lo spessore dellisolante e

diminuendo lo spessore di massa inerziale della strut-tura verticale dellinvolucro (mattoni pieni) in mododa mantenere costante il valore fissato di Yie (fig. 6).Inoltre, sono stati simulati 5 sistemi di copertura condiversa posizione di isolante e massa: (fig. 7).

I RISULTATI OTTENUTIYieOTTIMALEDALPUNTODIVISTADELRISPARMIOENERGETICO (RI-DUZIONEDEICARICHIESTERNI)Fissare il parametro di trasmittanza termica periodi-ca ad un valore basso (Yie = 0,10 W/m

2K) si dimo-strato ottimale per ridurre al massimo lingresso dei

carichi termici dallesterno, e pu sostituire le con-dizioni sullo sfasamento e sul fattore di attenuazionedel flusso termico che giunge allinterno.


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Fase invernale

Se si considerano le 5 tipologie di pareti prese inesame, a parit di trasmittanza termica periodica, esi confrontano le temperature superficiali interne asud, si nota chiaramente come sia solo la U a con-dizionarne fortemente il comportamento. Le paretiche si comportano meglio sono infatti quelle con bassivalori di trasmittanza termica stazionaria.Per ledificio scolastico stata ottenuta la tabella I,dove evidente come le temperature superficiali in-terne diminuiscano notevolmente allaumentare del-la trasmittanza termica U: dalla parete P5 (con U =0,135 W/m2K) alla parete P1 (con U = 0,392 W/m2K).La stessa cosa accade per ledificio residenziale(tab. II), in cui la parete P5 (costituita da solo coi-bente) registra temperature superficiali superiori dicirca 2C rispetto a P1 (la parete con inerzia internapi elevata).

Figg. 4, 5 Analisi parametriche sulla superficie finestrata di unaula allultimo piano: variazione del rapporto tra superficie vetrata esuperficie calpestabile da 1/8 a 1/3.

P1 P2 P3 P4 P5

interno

esterno

sp. = 26,2 cmfd = 0,25 = 8,0 oreYie = 0,10 W/m

2KU = 0,39 W/m2KM

s= 320,7 kg/m2

Cip = 151,7 kJ/m2K

sp. = 26,1 cmfd = 0,38 = 7,1 oreYie = 0,10 W/m

2KU = 0,26 W/m2KM

s= 237,4 kg/m2

Cip = 150,5 kJ/m2K

sp. = 28,1 cmfd = 0,57 = 6,7 oreYie = 0,10 W/m

2KU = 0,17 W/m2KM

s= 154,9 kg/m2

Cip = 107,1 kJ/m2K

sp. = 29,4 cmfd = 0,67 = 6,5 oreYie = 0,10 W/m

2KU = 0,14 W/m2KM

s= 113,7 kg/m2

Cip = 71,0 kJ/m2K

sp. = 29,5 cmfd = 0,74 = 5,8 oreYie = 0,10 W/m

2KU = 0,13 W/m2KM

s= 72,1 kg/m2

Cip = 31,9 kJ/m2K

Fig. 6 Cinque tipologie di pareti poste a confronto.

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Tempe

raturasuperficialeinternasud[C]

P 1 P 2 P 3 P4 P5

Tab. I Temperature superficiali interne delle 5 pareti per 1 setti-mana invernale (18-24 gennaio) nelledificio scolastico.


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assenza di carichi interni, pareti a diversa inerzia e aparit di Yie si comportano in modo analogo, confer-mando cos lefficacia del parametro Yie per attenuarei carichi termici esterni.

COMFORT E CARICHI INTERNI: EMERGE LA NECESSI-T DI INERZIA TERMICA INTERNA.Ridotta fortemente lincidenza dei carichi esterni fis-sando la Yie, necessario valutare anche lincidenza,nel periodo estivo, dei carichi i nterni(persone, elet-trodomestici, radiazione diffusa in ingresso dalle su-

perfici vetrate) e ragionare non pi solo in termini dirisparmio energetico ma anche in termini di comfort(temperature superficiali, temperature operative,asimmetria radiante).

Fase estiva con carichi interni

La scelta di una struttura a bassa inerzia e forte-mente coibente (P5) determina, in relazione allin-troduzione dei carichi interni, oscillazioni maggioridelle temperature interne, temperature superficialipi elevate e di conseguenza temperature operantipi alte. Una soluzione di questo tipo , dunque,

sfavorita dal punto di vista del comfort.Ci si nota chiaramente dalla tabella IV che rappre-senta landamento delle temperature superficiali

Fase estiva senza carichi interni

Se si considerano le 5 tipologie di pareti, a parit ditrasmittanza periodica, e si confrontano le tempera-ture superficiali interne a sud in una condizione senzacarichi interni (persone, luci, ecc.) e a finestre chiusedi giorno, non si rilevano notevoli differenze tra ilcomportamento delle diverse pareti prese in esame.

Per ledificio scolastico stata ottenuta la tabella III,dove si nota chiaramente un comportamento analogotra le diverse tipologie di pareti. Ci dimostra che, in

Componentifisse

Tetto

T3

Componentivariate

Involucroopaco verticale

P1, P2, P3,P4, P5

T1 T2 T3 T4 T5

sp. = 33,7 cmfd = 0,13 = 9,6 oreYie = 0,05 W/m

2KU = 0,39 W/m2KMs = 664,1 kg/m

2

Cip = 228,5 kJ/m2K

sp. = 37,4 cmfd = 0,20 = 9,7 oreY

ie= 0,05 W/m2K

U = 0,25 W/m2KMs = 647,8 kg/m

2

Cip

= 13,1 kJ/m2K

sp. = 38,2 cmfd = 0,12 = 10,9 oreY

ie= 0,05 W/m2K

U = 0,41 W/m2KMs = 415,58 kg/m

2

Cip

= 91,6 kJ/m2K

sp. = 40,4 cmfd = 0,16 = 11,4 oreY

ie= 0,05 W/m2K

U = 0,31 W/m2KMs = 416,46 kg/m

2

Cip

= 29,9 kJ/m2K

sp. = 43,6 cmfd = 0,13 = 7,3 oreY

ie= 0,05 W/m2K

U = 0,41 W/m2KMs = 369,40 kg/m

2

Cip

= 57,4 kJ/m2K

Piastrelle in ceramica,sp. = 0,015 m

Isolante,sp. = 0,067 mSoletta in c.a.

sp. = 0,24 mIntonaco calce e ce-mento,

sp. = 0,015 m

Piastrelle in ceramica,sp. = 0,015 m

Soletta in c.a.sp. = 0,24 mIsolante,

sp. = 0,109 mCartongesso,

sp. = 0,010 m

Piastrelle in cemento,sp. = 0,015 m

Isolante,sp. = 0,052 mMassetto pendenze,

sp. = 0,06Caldana,

sp. = 0,04 mPignatta + travetto,

sp. 0,20 mIntonaco calce ecemento,

sp. =0,015 m

Piastrelle in cemen-to,

sp. = 0,015 mMassetto pendenze,sp. = 0,06

Caldana,sp. = 0,04 m

Pignatta + travetto,sp. 0,20 m

Isolante,sp. = 0,074 m

Intonaco calce ecemento,

sp. =0,015 m

Impermeabilizzante,sp. = 0,005 m

Isolante,sp. = 0,07 mCaldana,

sp. = 0,15 mLamiera grecataacciaio,

sp. 0,001 mIntercapedinearia,

sp. = 0,20 mCartongesso,

sp. = 0,010 m

Fig. 7 Cinque tipologie di coperture poste a confronto.

P1, P2, P3, P4, P5

T3

Fig. 8 Schema delle variazioni effettuate al modello relativo alletabb. I V.


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interne delle 5 pareti studiate per il caso delledifi-cio scolastico (elevati carichi interni). I valori regi-strati dalla parete P5, costituita da solo coibente,sono superiori rispetto alle altre pareti e presenta-no fluttuazioni elevate.Lo stesso fenomeno si nota nel caso delledificioresidenziale (tab. V) , in cui la parete P5, costituitada solo coibente, registra temperature di quasi 1C

superiori rispetto ad una parete ad elevata inerzia(P1).

INCIDENZA DELLA COPERTURA SUL COMFORTLa copertura influenza fortemente il comfort, so-prattutto in fase estiva. Il confronto tra una coper-tura isolata sul lato interno (T2) e una coperturaisolata sul lato esterno (T1), a parit di trasmittan-za termica periodica e con un involucro di tipo pe-sante (parete P1), evidenzia come sia importante,dal punto di vista del comfort, avere la massa sullato interno della copertura.

Dalle tabelle VI e VII possibile confrontare le duecoperture in termini di temperature superficiali etemperature operanti.

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Temperaturasuperficiale

internasud[C]

P1 P2 P3 P4 P5 Temperatura aria esterna

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Temperautasuperficialeinternasud[C]

P1 P2 P 3 P4 P5

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Temperaturasuperficialeinternasud[C]

P1 P2 P3 P4 P5 Temperatura aria esterna

Tab. III Temperature superficiali interne delle 5 pareti per 1 set-timana estiva (18-24 giugno) nelledificio scolastico in assenza dicarichi interni.

Tab. II Temperature superficiali interne delle 5 pareti per 1 set-timana invernale (18-24 gennaio) nelledificio residenziale.

Tab. IV Temperature superficiali interne delle 5 pareti per 1 set-timana estiva (18-24 giugno) nelledificio scolastico in presenza dicarichi interni.

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Temperautasuperficialeinternasud[C]

P1 P2 P3 P4 P5

Tab. V Temperature superficiali interne delle 5 pareti per 1 set-timana estiva (18-24 giugno) nelledificio residenziale in presenzadi carichi interni.

Componentifisse

Involucroopaco verticale

P1

Componenti

variate

Tetto

T1, T2

P1

T1, T2

Fig. 9 Schema delle variazioni effettuate al modello relativo alletabb. VI e VII.

INTRODURRE NELLE VALUTAZIONI LA CAPACIT TER-MICA AREICA PERIODICA INTERNAPartendo dalla considerazione che, per valutare latrasmittanza termica periodica, bisogna effettuare il

calcolo basato sulla risoluzione della conduzione ter-mica in componenti edilizi composti da diversi stratipiani, paralleli, omogenei, con condizioni al contorno


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Una parete che ha un alto potenziale di accumulo sullato interno avr un valore Cip elevato (tab. VIII): co-me hanno dimostrato le tabelle citate in precedenza,le pareti ottimali dal punto di vista del comfort (P1 eP2) sono proprio quelle con capacit termica areicaperiodica interna pi elevata.Poich il parametro Cip fornisce unindicazione dellacapacit di accumulo della parete sul lato interno, inestate tanto maggiori sono i carichi interni (ad esem-pio, unaula scolastica affollata) tanto pi importantesar fissare un valore alto di tale parametro.Dalla tabella IX si nota come, nel caso di scuole ed

uffici (con livelli elevati di carico interno), i valori

sinusoidali regolari e un flusso termico monodimen-sionale, descritto dalla ISO 13786:2007, si ritiene op-portuno proporre un ulteriore vincolo di valutazione,ovvero un parametro ottenibile dal medesimo calco-lo senza oneri aggiuntivi: la capacit termica arei-ca periodica interna Cip (ISO 13786). Tale parametro,funzione della profondit di penetrazione dellondatermica, descrive la capacit effettiva di accumulodel calore sul lato interno di un componente edilizioe rappresenta lo spessore della massa termica internache effettivamente contribuisce, in estate, a ridur-re le temperature superficiali interne e attenuare la

temperatura operante.

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Temperaturasuperficialeinte

rnacopertura[C]

T1 T2

Tab. VI - Temperature superficiali interne delle 2 coperture per 1settimana estiva (18-24 giugno) nelledificio scolastico.

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Temperaturaoperativapian

osottotetto[C]

T1 T2

Tab. VII - Temperature operative del piano sottotetto per le 2coperture per 1 settimana estiva (18-24 giugno) nelledificio sco-lastico.

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P1 P2 P3 P4 P5

Trasmittanzatermicastazionaria/fattore

diattenuazione

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Capacittermicaareicaint

ernaperiodica

[kJ/m2K]

Trasmittanza termica stazionaria Fattore di attenuazioneCapacit termica areica interna periodica

Tab. VIII Trasmittanza termica stazionaria, fattore di attenuazione e capacit termica areica interna periodica per le 5 pareti studiate[Yie = 0,10 W/m

2K].


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linerzia dei divisori interni, da pesanti (forati da15 cm intonacati su entrambi i lati) a leggeri (iso-lante sp. = 10 cm rivestito con pannelli in carton-gesso). Nella tabella X si riscontra una variazione

delle temperature operanti trascurabile.

di temperatura superficiale (medi, massimi e minimi)sono molto elevati in estate, soprattutto nel caso dipareti esterne a bassa capacit termica areica inter-na periodica. La linea dei valori medi rossa per la

scuola e nera per la residenza (e ancor pi la lineadei valori massimi) ha uninclinazione superiore nelprimo caso, evidenziando proprio lelevata incidenzadella capacit termica areica interna periodica sulletemperature superficiali quando i carichi interni sonoelevati.

INERZIA TERMICA INTERNA O SULLINVOLUCROESTERNO? bene sottolineare che la scelta di aumentare liner-zia termica delle strutture interne non risolutiva dalpunto di vista del comfort. Lincremento dellinerzia

di solai e pareti interne non modifica sensibilmente latemperatura superficiale delle relative strutture, ov-vero non modifica la temperatura operante. linvo-lucro esterno ad influenzare fortemente la tempera-tura operante in relazione ai carichi interni e dunquea garantire, o meno, il comfort abitativo.Per avere una conferma di quanto sopra: si effettuata una simulazione in estate mantenen-

do fissa linerzia termica delle partizioni interne (ditipo pesante) e diminuendo linerzia dellinvolucroda P1 a P5: nella tabella X si nota un aumento delletemperature operanti;

si effettuata, successivamente, una seconda si-mulazione mantenendo fissa linerzia termicadellinvolucro (di tipo pesante P1) e diminuendo

R 2 = 0,89

R 2 = 0,94

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0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00

Capacit termica areica interna periodica [kJ/m2K]

Temperaturasuperficialeinternapa

retesud[C]

Media Min Max Media scuola

Min scuola Max scuola Poli. (Max) Poli. (Media)

Poli. (Min) Poli. (Media scuola) Poli. (Max scuola) Poli. (Min scuola)

Tab. IX Temperature superficiali interne medie giornaliere (valori minimi, medi e massimi) nel caso della scuola (in rosso) e della resi-denza (in nero), 23 giugno.

Componentifisse

TettoT3

Partizioniinternepesanti

Componentivariate

Involucroopaco verticaleP1, P5

Componentifisse

Involucroopaco verticaleP1

TettoT3

Componentivariate

Partizioniinternepesanti eleggere

P1, P5

P1

T3

T3

Fig. 10 Schema delle variazioni effettuate al modello relativoalla tab. X.

interno pesante

interno pesanteinterno leggero


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Temperaturaoperativasud[C]

P 1 Interno pesante P 1 Interno leggero P 5 Interno pesante

Tab. X Temperatura operante sud (18-24 giugno) per 3 casi distudio (residenza, ventilazione diurna).

Ponendo a confronto un involucro esterno ad altainerzia (parete P1, tetto T3) con uno a bassa iner-zia (parete P5, tetto T4), si nota come adottandoun valore basso di percentuale vetrata, pari cio a1/8 della superficie calpestabile (tab. XI), le tem-perature superficiali interne sulla parete P1 sianomediamente pi basse di circa 1C rispetto a quelle

registrate sulla parete P5 e presentano escursionitermiche giornaliere minori. Laumento della per-centuale vetrata fino ad 1/3 della superficie di pa-vimento (tab. XII) determina un innalzamento delletemperature superficiali per entrambe le pareti euna notevole escursione termica giornaliera per laparete di tipo leggero.Analoghe considerazioni possono essere fatte con-frontando le temperature superficiali in copertura.Le pareti P1 e P5 sono state confrontate dal punto divista del comfort interno riportando i valori di tem-peratura operante registrata nei due casi e confron-

tandoli con i limiti di comfort individuati secondo laEN15251:2007. La verifica stata effettuata per i duevalori di superficie finestrata selezionati.La parete ad elevata inerzia P1 presenta un numerodi ore di discomfort inferiore rispetto alla parete leg-gera P5 (tab. XV). In particolare, le ore di discomfortdovute al surriscaldamento dellambiente interno so-no del 7% nel primo caso e del 25% nel secondo caso.Laumento della percentuale vetrata (tab. XVI) deter-mina un aumento delle ore di discomfort dovute alsurriscaldamento interno per entrambe le pareti: finoal 20% per la parete ad elevata inerzia e fino al 35%

per quella leggera. importante, dunque, che la superficie opaca pre-senti una significativa inerzia (coefficiente Cip eleva-to) poich, pur diminuita notevolmente allaumenta-re della percentuale finestrata, incide notevolmentesul livello di comfort interno.

INCIDENZA DELLA VENTILAZIONE NATURALEUn ulteriore parametro che incide notevolmente sulcomportamento dellinvolucro esterno la ventila-zione naturale. Per analizzarne gli effetti sulle pa-reti di diversa inerzia termica, sono state simulate 2

Ci dimostra come sia pi importante interveniresullinerzia dellinvolucro esterno piuttosto che suquella delle strutture interne.

INCIDENZA DELLA PERCENTUALE FINESTRATALa percentuale finestrata incide molto sul comfort in-terno e sulle temperature superficiali interne dellin-volucro esterno.

Componenti

fisse


Componentivariate

Involucroopaco verticaleP1, P5

TettoT3, T4

CombinazioneutilizzataP1 + T3,P5 + T4

+

P1+

P5

T3T4

Fig. 11 Schema delle variazioni effettuate al modello relativoalle tabb. XI IXX.

interno pesante

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Temperaturasuperficialeinternaparetesud

[C]

P 1+T3 P 5+T4

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Temperaturasuperficialeinternaparetesud

[C]

P 1+T3 P 5+T4

Tabb. XI e XII Temperature superficiali interne per le pareti P1 e P5 con superficie vetrata pari a 1/8 (a sinistra) e a 1/3 (a destra) dellasuperficie calpestabile (scuola, ventilazione diurna).

P1 interno pesante: involucro esterno pesante (P1) e divisori in-terni pesanti;P1 interno leggero: involucro esterno pesante (P1) e divisori in-terni leggeri;P5 interno pesante: involucro esterno leggero (P5) e divisori in-terni pesanti.


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Temperaturasuperficialeinternacopertura[C]

P1 + T3 P5 +T4

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Temperaturasuperficialeinternaparetesud[C]

P1 + T3 P5 +T4

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Temp

eraturasuperficialeinternacopertura[C]

P1+ T3 P5 +T4

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Temperaturasuperficialeinternaparetesud[C]

P1 + T3 P5 +T4

Tabb. XIII e XIV Temperature superficiali interne in copertura con superficie vetrata pari a 1/8 (a sinistra) e a 1/3 (a destra) della super-ficie calpestabile (scuola, ventilazione diurna).

Tabb. XV e XVI Temperature operanti registrate nei due casi (edificio con parete P1 e con parete P5) con superficie vetrata pari a 1/8 (asinistra) e a 1/3 (a destra) della superficie calpestabile (scuola, ventilazione diurna).

Tabb. XVII e XVIII Temperature superficiali interne per le pareti P1 e P5 con superficie vetrata pari a 1/8 della scuola con una ventilazio-ne diurna (a sinistra) e notturna + schermatura diurna (a destra).

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Temperaturaoperan

te[C]

lim superiore T ottimale lim inferiore T operante P5 T operante P1

Ore di discomfort per surriscaldamento:P1 = 7%; P5 = 25%

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Temperaturaoperante[C]


Ore di discomfort per surriscaldamento:P1 = 20%; P5 = 35%

situazioni: il caso peggiore, cio con elevati carichiinterni dovuti ad unapertura diurna delle finestre(e dunque allingresso di calore dallesterno) e il casomigliore, cio con finestre chiuse e schermate di gior-no e una ventilazione notturna. In particolare, sonostate confrontate le temperature superficiali interneregistrate nelle pareti P1 e P5 e le temperature ope-

ranti negli ambienti come parametro di comfort.Lottimizzazione della ventilazione estiva (con unat-tivazione esclusivamente notturna) determina un no-tevole abbassamento delle temperature superficialiin entrambe le pareti, pur mantenendosi unoscilla-zione molto pi ampia nella parete leggera (tabb.XVII e XVIII).


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Introducendo una ventilazione notturna, la curva del-le temperature operanti (tab. XIX) si abbassa notevol-mente registrando di notte, per entrambe le pareti,un elevato numero di ore di discomfort. In particola-re, la parete ad elevata inerzia registra il 24% di oredi discomfort mentre la parete leggera ne registrail 38%, dimostrando, anche in questo caso, il migliorcomportamento della parete ad elevata inerzia.

INCIDENZA DI VARI PARAMETRI SUL COMPORTAMEN-TO DI STRUTTURE A DIVERSA INERZIASono stati elaborati i valori delle temperature ope-ranti medie giornaliere e delle temperature superfi-ciali massime giornaliere ricavando in entrambi i casiil valore massimo per il periodo estivo. Il valore otte-nuto stato usato per confrontare il comportamentodi 3 tipologie costruttive (ad alta inerzia, mista, abassa inerzia) al variare di alcuni parametri: la loca-lit climatica, la destinazione duso, la percentualevetrata, lintroduzione di ventilazione notturna.

Dalla tabella XX, ottenuta per la fase estiva, si notache: allaumentare della superficie vetrata, i valori mas-

simi delle temperature operanti medie giornaliereaumentano per tutte le tipologie costruttive. Taleaumento incide di pi in un clima caldo come quellodi Palermo piuttosto che in un clima come quello diAncona. Lo studio delle temperature massime gior-naliere evidenzia come laumento della superficiefinestrata, e dunque dei carichi interni, renda sfa-vorite le strutture a bassa inerzia;

la ventilazione notturna porta notevoli vantaggi

ma, anche nei casi ottimali in cui viene attivata,laumento della capacit termica areica internaperiodica (dalla tipologia A alla tipologia B) riduce

Componentifisse

Involucro opacoverticaleP1

TettoT3

Partizioni internepesanti

Variazioni

parametri-che

- percentuale fi-nestrata

- ventilazione- zona climatica- dest inazione

duso

Componentifisse


TettoT4

Partizioni internepesanti

Variazioniparametri-

che


- ventilazione- zona climatica

- destinazioneduso

Componentifisse


TettoT5

Partizioni interneleggere

Variazioniparametri-

che


- ventilazione- zona climatica- destinazione

duso

P1

P5

T3

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Fig. 12 Schema delle variazioni effettuate al modello relativoalla tab. XX.

interno pesante

interno pesante

P5

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Temperaturaoperante[C]


Tab. XIX Temperature operanti registrate nei due casi (edificio con parete P1 e P5) con superficie vetrata pari a 1/8 dopo lintroduzionedella ventilazione notturna + schermatura diurna.


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Tab. XX - Temperature operanti e superficiali interne per differenti soluzioni costruttive al variare delle localit, destinazione duso, su-perficie vetrata e tipo di ventilazione/schermatura.

Localit Ventilazione1/8(1)

(Sop

/V = 0,41)(2)1/6

(Sop

/V = 0,37)1/4

(Sop

/V = 0,39)1/3

(Sop

/V = 0,35)

STRUTTURAA = tipologia costruttiva ad alta inerzia

B = tipologia costruttiva mista(involucro esterno bassa inerzia,strutture interne alta inerzia)

C = tipologia costruttiva a bassa inerzia

A B C A B A B A B C

SCUOLA

ANCONA

diurna(3)

nonschermata

Top(4) 30 31 32 30 31 30 31 31 32 33

Tsup(5) 30 32 33 31 32 31 33 32 34 37

notturnaschermata

Top 26 27 28 26 27 27 28 29 30 31

Tsup

27 28 29 27 28 27 29 30 33 35

PALERMO

diurnanonschermata

Top 30 31 33 31 32 31 32 32 33 35

Tsup 31 32 34 31 33 32 33 33 35 38

notturnaschermata

Top 27 28 29 27 28 27 28 30 31 32

Tsup 29 30 31 28 30 28 30 31 34 38

BOLZANO

diurnanonschermata

Top 30 31 32 30 31 30 31 31 32 33

Tsup

30 32 33 30 32 31 32 32 34 36

notturnaschermata

Top 25 26 26 25 25 25 25 26 27 29

Tsup 26 28 29 26 27 26 27 27 29 32

RESIDENZA

ANCONA

diurnanonschermata

Top 32 33 33 32 33 32 33 32 33 34

Tsup 32 34 35 33 34 33 34 33 34 36

notturnaschermata

Top 30 31 32 30 31 30 31 30 31 31

Tsup

31 32 33 31 32 31 32 31 32 33

(1) rapporto tra superficie vetrata e superficie calpestabile(2) rapporto tra superficie opaca esterna disperdente e volume climatizzato della stanza(3) ventilazione corrispondente ad un uso tradizionale con unapertura giornaliera delle finestre per il ricambio daria(4) valore massimo delle temperature operanti medie giornaliere nel periodo estivo (1 giugno- 30 settembre)(5) valore massimo delle temperature superficiali massime giornaliere nel periodo estivo (1 giugno- 30 settembre)

di circa 1C le temperature operanti medie giorna-liere;

le temperature, nel caso di un uso residenziale,registrano valori superiori rispetto ad un uso scola-stico. Questo spiegato dal fatto che, nel periodoestivo considerato (1 giugno- 30 settembre), i valori

massimi di temperature operanti e superficiali perla residenza si registrano nel mese pi caldo, a lu-glio, quando la scuola non occupata dagli studenti

e i carichi interni sono assenti. I valori massimi perla scuola si registrano nel mese di giugno.

PRIME VERIFICHE SU PARETI DI TIPO REALESi effettuata una prima verifica su pareti realmenterealizzabili (fig. 13) ponendole a confronto.

I risultati ottenuti per la scuola in fase estiva hannosuggerito la scelta di una parete di tipo R1 (elevatovalore di Cip) piuttosto che la scelta di una parete di


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tipo R4 (elevata inerzia interna valore molto bassodi Cip), che registra valori di temperatura superficia-le pi elevati (tab. XXI).Analoghe considerazioni possono essere effettuateper il caso di studio di edilizia ad uso residenziale(tab. XXII).

TRASMITTANZA TERMICA PERIODICA (Yie) E CAPACIT

TERMICA AREICA INTERNA PERIODICA (Cip)

Negli studi sopra riportati, si sono confrontate pa-reti a parit di trasmittanza termica periodica Yie,questultima considerata pari a circa 0,12 W/m2K,

R1 R2 R3 R4

interno

esterno

sp. = 32,0 cmfd = 0,2531 = 10,0 oreYie = 0,1125 W/m

2KU = 0,44 W/m2KM

s= 368,00 kg/m2

Cip = 154,9 kJ/m2K

sp. = 35,5 cmfd = 0,3646 = 9,7 oreYie = 0,1095 W/m

2KU = 0,30 W/m2KM

s= 282,20 kg/m2

Cip = 106,0 kJ/m2K

sp. = 33,5 cmfd = 0,4307 = 8,8 oreYie = 0,1101 W/m

2KU = 0,25 W/m2KM

s= 286,10 kg/m2

Cip = 66,5 kJ/m2K

sp. = 18,5 cmfd = 0,3823 = 8,0 oreYie = 0,1056 W/m

2KU = 0,27 W/m2KM

s= 66,20 kg/m2

Cip = 17,6 kJ/m2K

Intonaco calce e ce-mento,

sp. = 0,015 mMattone pieno,

sp. = 0,12 mIsolante,

sp. = 0,05 mBlocco forato,


sp. = 0,015 m

Intonaco calce e ce-mento,


sp. = 0,12 mIsolante,



sp. = 0,015 m

Intonaco calce e gesso,sp. = 0,015 m

Blocco forato,sp. = 0,08 m


Mattone pieno,sp. = 0,12 m

Cartongesso in lastre,sp. = 0,01 m


Pannello OSB,sp. = 0,02 m


Pannello in fibre di le-gno,


sp. = 0,015 m

Fig. 13 - Quattro pareti realizzabili poste a confronto.

Componentifisse

TettoT3


Componentivariate

Involucroopaco verticaleR1, R2, R3, R4

R1, R2, R3, R4

T3

Fig. 14 Schema delle variazioni effettuate al modello relativo

alle tabb. XXI e XXII.

interno pesante

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R 1 R 2 R 3 R 4

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06/2307:00:00

06/2401:00:00

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R 1 R 2 R 3 R 4

Tab. XXI - Temperature superficiali interne per le pareti R1, R2,

R3, R4 delledificio scolastico (Ancona 18-24 giugno).

Tab. XXII - Temperature superficiali interne per le pareti R1, R2, R3,R4 delledificio residenziale (18-24 giugno, ventilazione diurna).


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ovvero il limite proposto nellipotesi di un aggiorna-mento normativo.Con tale valore, tra le pareti analizzate, solo quel-le con una capacit termica areica interna periodicasuperiore a 90 kJ/m2K hanno garantito condizioni dicomfort accettabili.In particolare, fissando il valore di trasmittanza ter-mica periodica Yie, vengono considerati costanti gliapporti gratuiti delle superfici opache, i quali contri-buiscono al surriscaldamento dellambiente interno

andandosi a sommare ai carichi interni. evidente, pertanto, come una diminuzione delvalore Yie (corrispondente, ad esempio, ad un mag-giore isolamento della parete opaca) determini diconseguenza una diminuzione dei carichi interniriducendo lincidenza della capacit termica arei-ca interna periodica. In questo modo, si rendonoaccettabili per tale parametro valori pi bassi ri-spetto al limite di 90 kJ/m2K indicato precedente-mente.A tale proposito, sono state effettuate simulazioni suun numero elevato di pareti al variare della trasmit-

tanza termica periodica Yie. A titolo esemplificativo, siriportano i risultati ottenuti per 3 pareti caratterizza-te da valori di trasmittanza termica periodica pari a0,01-0,06-0,11 W/m2K.Dal confronto tra le temperature superficiali riscon-trate a sud, per una settimana estiva del mese di giu-gno (tab. XXIII), si nota come le tre pareti esaminate,pur avendo diversi valori di Cip e Yie, si comportino inmodo analogo.

PROPOSTA DI LIMITI DA ASSEGNARE ALLA Cip

IN RE-LAZIONE ALLA Y

ie

Dalle considerazioni effettuate, si evidenziatala necessit di assegnare un limite di capacit ter-mica areica interna periodica Cip variabile in fun-

R5 R6 R7

interno

esterno

sp. = 41,5 cmfd = 0,04 = 20,2 oreYie = 0,01 W/m

2KU = 0,34 W/m2KM

s= 419,8 kg/m2

Cip = 58,9 kJ/m2K

sp. = 36,0 cmfd = 0,19 = 10,7 oreYie = 0,06 W/m

2KU = 0,34 W/m2KM

s= 258,0 kg/m2

Cip = 72,7 kJ/m2K

sp. = 35,5 cmfd = 0,36 = 9,7 oreYie = 0,11 W/m

2KU = 0,30 W/m2KM

s= 282,2 kg/m2

Cip = 106,0 kJ/m2K

Fig. 15 Pareti reali a confronto che rispettano i limiti proposti.

Fig. 16 - Schema delle variazioni effettuate al modello relativoalla tab. XXIII.

Componentifisse

TettoT3


Componentivariate

Involucroopaco verticaleR5, R6, R7

R5, R6, R7

T3

interno pesante

zione del valore di trasmittanza termica periodicaYie ( 0,12 W/m

2K). I risultati ottenuti permettono dielaborare la seguente proposta che individua coppieYie - Cip a cui corrispondono analoghe risposte di com-fort abitativo in fase estiva (tab. XXIV).

CONSIDERAZIONI A MARGINE SULLASPETTO IGRO-METRICOLaumento dello spessore dellisolante sul lato ester-no dellinvolucro non contribuisce alla riduzione del-la tensione di vapore che avviene soprattutto per lamiscelazione dellaria interna con laria esterna diinfiltrazione.La massa interna, a tale riguardo, gioca un ruolo fon-damentale, oltre che sul comfort, anche sullaccu-mulo igroscopico. Se infatti lisolante posto sul latoesterno di tipo sintetico (curva di adsorbimentobassa), laccumulo igroscopico di fatto a carico del

laterizio: luso di un materiale non inerziale elimine-rebbe tale opportunit favorendo il rischio di conden-sazione superficiale.


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interna introducendo anche la capacit termica arei-ca interna periodica, con i relativi limiti quantitativi.Nel presente articolo abbiamo formulato una nostraproposta in tal senso.

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CONCLUSIONI stato effettuato uno studio sperimentale e parame-trico che ha permesso di dimostrare come, ai fini delcomfort estivo e nelle stagioni intermedie, la solu-zione che ottiene i risultati migliori sempre quellache presenta elevata inerzia termica sul lato internoe caratterizzata da un elevato valore di capacit ter-mica areica periodica interna.Anche al variare della zona climatica, della destina-zione duso, della percentuale vetrata e della presen-za, o meno, di ventilazione notturna, le soluzioni adelevata inerzia interna presentano, in estate, tempe-rature superficiali e operanti sempre inferiori rispettoalle soluzioni leggere, con differenze da 1 a 3C.Da altri studi, gi avviati in parallelo, sugli aspettiigrometrici, di prossima pubblicazione, risulta che lesoluzioni ad elevata inerzia termica interna si com-portano meglio anche in relazione al rischio di con-densa. fondamentale pertanto che, nei prossimi/futuri svi-

luppi normativi, si tenga conto dellinerzia termica

Tab. XXIV Coppie di valori Yie

- Cip

con analoghe risposte in termi-ni di comfort abitativo in fase estiva.

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Temperaturasuperficialeinternasud[

C]

R5 R6 R7

Tab. XXIII - Temperature superficiali interne della parete sud registrata per tre diverse pareti rientranti nei limiti proposti (superficie ve-trata pari a 1/8 della superficie calpestabile e ventilazione diurna). Ancona, 18-25 giugno.

Trasmittanza termicaperiodica [W/m2K]

Capacit termicaareica interna

periodica[kJ/m2K]

Yie 0,04 C

ip 50

0,04 < Yie 0,08 Cip 70

0,08 < Yie 0,12 Cip 90

Andra Ursini Casalena Massa e Comfort Capacita Termica

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