Caratteristiche termiche delle strutture edilizie Calcolo del … · 2013-04-23 · Università...
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Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Caratteristiche termiche delle strutture edilizieCaratteristiche termiche delle strutture edilizie
Calcolo del fabbisogno energetico degli edificiCalcolo del fabbisogno energetico degli edifici
Prof Simone SecchiProf Simone Secchi
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Calcolo della trasmittanza termica
Metodo di calcolo riportato nella norma UNI EN ISO 6946
La trasmittanza termica di una partizione egrave data dal reciproco della resistenza termicaLa trasmittanza termica di una partizione egrave data dal reciproco della resistenza termicatotale RT somma delle resistenze termiche parziali relative ai diversi strati di cui questaegrave composta
U 2
W 11
KRRRRRR sensiT
221 m
Rsi e Rse sono le resistenze termiche superficiali interna ed esterna (m2KW)R1 R2 Rn sono le resistenze termiche utili relative ai diversi strati componenti la
ti ipartizione
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Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente
Resistenza termica superficiale interna (Rsi) 010 013 017
Resistenza termica superficiale esterna (Rse) 004 004 004
Ai fini del calcolo dei consumi energetici le norme assegnano a Rsi e Rse i seguentivalori di default indipendentemente dalla giacitura dellrsquoelemento 0 125 (18) e 0 043valori di default indipendentemente dalla giacitura dell elemento 0125 (18) e 0043(123)
D t i i d ll i t t i h tili (W K)Determinazione delle resistenze termiche utili (WmK)
KmdR
2
W
R
d d l t i l ( )d = spessore del materiale (m) = coefficiente di conduttivitagrave termica (Wm2K)
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Valori dei coefficienti di conduttivitagrave termica () dei diversi materialiValori dei coefficienti di conduttivitagrave termica () dei diversi materiali(da norma UNI 10351)
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Intercapedini drsquoaria
Nel caso di pareti con intercapedini drsquoaria queste sono caratterizzate da un valore della
Intercapedini d aria
Nel caso di pareti con intercapedini d aria queste sono caratterizzate da un valore dellaresistenza termica da sommare a denominatore dellrsquoequazione generale dellatrasmittanza termica
Le intercapedini drsquoaria sono infatti interessate da scambi termici per irraggiamento econvezione che impediscono di valutare il solo coefficiente di conduttivitagrave termicad llrsquo i i idellrsquoaria in quiete
La resistenza termica offerta dallrsquointercapedine egrave differente se questa egrave ventilatadebolmente ventilata o non ventilata
Unrsquointercapedine drsquoaria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia inUn intercapedine d aria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia incomunicazione con lrsquoambiente esterno anche nei casi di ventilazione molto ridotta
Ad esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiAd esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiesterne di un muro in elementi laterizio a blocchi cavi non sono considerate comeaperture di ventilazione
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Resistenze termiche di intercapedini drsquoara non ventilate in (m2KW) di spessore inferiore a 30 cm
Spessore dellrsquointercapedine drsquoaria
(mm)
Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente(mm) Ascendente Orizzontale Discendente
0 000 000 000
5 0 11 0 11 0 115 011 011 011
7 013 013 013
10 015 015 015
15 016 017 017
25 016 018 019
50 0 16 0 18 0 2150 016 018 021
100 016 018 022
300 016 018 023
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
ProfGianfranco Cellai
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
ProfGianfranco Cellai
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Calcolo della trasmittanza termica
Metodo di calcolo riportato nella norma UNI EN ISO 6946
La trasmittanza termica di una partizione egrave data dal reciproco della resistenza termicaLa trasmittanza termica di una partizione egrave data dal reciproco della resistenza termicatotale RT somma delle resistenze termiche parziali relative ai diversi strati di cui questaegrave composta
U 2
W 11
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221 m
Rsi e Rse sono le resistenze termiche superficiali interna ed esterna (m2KW)R1 R2 Rn sono le resistenze termiche utili relative ai diversi strati componenti la
ti ipartizione
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Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente
Resistenza termica superficiale interna (Rsi) 010 013 017
Resistenza termica superficiale esterna (Rse) 004 004 004
Ai fini del calcolo dei consumi energetici le norme assegnano a Rsi e Rse i seguentivalori di default indipendentemente dalla giacitura dellrsquoelemento 0 125 (18) e 0 043valori di default indipendentemente dalla giacitura dell elemento 0125 (18) e 0043(123)
D t i i d ll i t t i h tili (W K)Determinazione delle resistenze termiche utili (WmK)
KmdR
2
W
R
d d l t i l ( )d = spessore del materiale (m) = coefficiente di conduttivitagrave termica (Wm2K)
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Valori dei coefficienti di conduttivitagrave termica () dei diversi materialiValori dei coefficienti di conduttivitagrave termica () dei diversi materiali(da norma UNI 10351)
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Intercapedini drsquoaria
Nel caso di pareti con intercapedini drsquoaria queste sono caratterizzate da un valore della
Intercapedini d aria
Nel caso di pareti con intercapedini d aria queste sono caratterizzate da un valore dellaresistenza termica da sommare a denominatore dellrsquoequazione generale dellatrasmittanza termica
Le intercapedini drsquoaria sono infatti interessate da scambi termici per irraggiamento econvezione che impediscono di valutare il solo coefficiente di conduttivitagrave termicad llrsquo i i idellrsquoaria in quiete
La resistenza termica offerta dallrsquointercapedine egrave differente se questa egrave ventilatadebolmente ventilata o non ventilata
Unrsquointercapedine drsquoaria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia inUn intercapedine d aria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia incomunicazione con lrsquoambiente esterno anche nei casi di ventilazione molto ridotta
Ad esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiAd esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiesterne di un muro in elementi laterizio a blocchi cavi non sono considerate comeaperture di ventilazione
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Resistenze termiche di intercapedini drsquoara non ventilate in (m2KW) di spessore inferiore a 30 cm
Spessore dellrsquointercapedine drsquoaria
(mm)
Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente(mm) Ascendente Orizzontale Discendente
0 000 000 000
5 0 11 0 11 0 115 011 011 011
7 013 013 013
10 015 015 015
15 016 017 017
25 016 018 019
50 0 16 0 18 0 2150 016 018 021
100 016 018 022
300 016 018 023
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
ProfGianfranco Cellai
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente
Resistenza termica superficiale interna (Rsi) 010 013 017
Resistenza termica superficiale esterna (Rse) 004 004 004
Ai fini del calcolo dei consumi energetici le norme assegnano a Rsi e Rse i seguentivalori di default indipendentemente dalla giacitura dellrsquoelemento 0 125 (18) e 0 043valori di default indipendentemente dalla giacitura dell elemento 0125 (18) e 0043(123)
D t i i d ll i t t i h tili (W K)Determinazione delle resistenze termiche utili (WmK)
KmdR
2
W
R
d d l t i l ( )d = spessore del materiale (m) = coefficiente di conduttivitagrave termica (Wm2K)
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Valori dei coefficienti di conduttivitagrave termica () dei diversi materialiValori dei coefficienti di conduttivitagrave termica () dei diversi materiali(da norma UNI 10351)
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Intercapedini drsquoaria
Nel caso di pareti con intercapedini drsquoaria queste sono caratterizzate da un valore della
Intercapedini d aria
Nel caso di pareti con intercapedini d aria queste sono caratterizzate da un valore dellaresistenza termica da sommare a denominatore dellrsquoequazione generale dellatrasmittanza termica
Le intercapedini drsquoaria sono infatti interessate da scambi termici per irraggiamento econvezione che impediscono di valutare il solo coefficiente di conduttivitagrave termicad llrsquo i i idellrsquoaria in quiete
La resistenza termica offerta dallrsquointercapedine egrave differente se questa egrave ventilatadebolmente ventilata o non ventilata
Unrsquointercapedine drsquoaria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia inUn intercapedine d aria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia incomunicazione con lrsquoambiente esterno anche nei casi di ventilazione molto ridotta
Ad esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiAd esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiesterne di un muro in elementi laterizio a blocchi cavi non sono considerate comeaperture di ventilazione
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Resistenze termiche di intercapedini drsquoara non ventilate in (m2KW) di spessore inferiore a 30 cm
Spessore dellrsquointercapedine drsquoaria
(mm)
Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente(mm) Ascendente Orizzontale Discendente
0 000 000 000
5 0 11 0 11 0 115 011 011 011
7 013 013 013
10 015 015 015
15 016 017 017
25 016 018 019
50 0 16 0 18 0 2150 016 018 021
100 016 018 022
300 016 018 023
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Valori dei coefficienti di conduttivitagrave termica () dei diversi materialiValori dei coefficienti di conduttivitagrave termica () dei diversi materiali(da norma UNI 10351)
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Intercapedini drsquoaria
Nel caso di pareti con intercapedini drsquoaria queste sono caratterizzate da un valore della
Intercapedini d aria
Nel caso di pareti con intercapedini d aria queste sono caratterizzate da un valore dellaresistenza termica da sommare a denominatore dellrsquoequazione generale dellatrasmittanza termica
Le intercapedini drsquoaria sono infatti interessate da scambi termici per irraggiamento econvezione che impediscono di valutare il solo coefficiente di conduttivitagrave termicad llrsquo i i idellrsquoaria in quiete
La resistenza termica offerta dallrsquointercapedine egrave differente se questa egrave ventilatadebolmente ventilata o non ventilata
Unrsquointercapedine drsquoaria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia inUn intercapedine d aria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia incomunicazione con lrsquoambiente esterno anche nei casi di ventilazione molto ridotta
Ad esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiAd esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiesterne di un muro in elementi laterizio a blocchi cavi non sono considerate comeaperture di ventilazione
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Resistenze termiche di intercapedini drsquoara non ventilate in (m2KW) di spessore inferiore a 30 cm
Spessore dellrsquointercapedine drsquoaria
(mm)
Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente(mm) Ascendente Orizzontale Discendente
0 000 000 000
5 0 11 0 11 0 115 011 011 011
7 013 013 013
10 015 015 015
15 016 017 017
25 016 018 019
50 0 16 0 18 0 2150 016 018 021
100 016 018 022
300 016 018 023
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Intercapedini drsquoaria
Nel caso di pareti con intercapedini drsquoaria queste sono caratterizzate da un valore della
Intercapedini d aria
Nel caso di pareti con intercapedini d aria queste sono caratterizzate da un valore dellaresistenza termica da sommare a denominatore dellrsquoequazione generale dellatrasmittanza termica
Le intercapedini drsquoaria sono infatti interessate da scambi termici per irraggiamento econvezione che impediscono di valutare il solo coefficiente di conduttivitagrave termicad llrsquo i i idellrsquoaria in quiete
La resistenza termica offerta dallrsquointercapedine egrave differente se questa egrave ventilatadebolmente ventilata o non ventilata
Unrsquointercapedine drsquoaria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia inUn intercapedine d aria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia incomunicazione con lrsquoambiente esterno anche nei casi di ventilazione molto ridotta
Ad esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiAd esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiesterne di un muro in elementi laterizio a blocchi cavi non sono considerate comeaperture di ventilazione
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Resistenze termiche di intercapedini drsquoara non ventilate in (m2KW) di spessore inferiore a 30 cm
Spessore dellrsquointercapedine drsquoaria
(mm)
Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente(mm) Ascendente Orizzontale Discendente
0 000 000 000
5 0 11 0 11 0 115 011 011 011
7 013 013 013
10 015 015 015
15 016 017 017
25 016 018 019
50 0 16 0 18 0 2150 016 018 021
100 016 018 022
300 016 018 023
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
ProfGianfranco Cellai
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
ProfGianfranco Cellai
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Intercapedini drsquoaria
Nel caso di pareti con intercapedini drsquoaria queste sono caratterizzate da un valore della
Intercapedini d aria
Nel caso di pareti con intercapedini d aria queste sono caratterizzate da un valore dellaresistenza termica da sommare a denominatore dellrsquoequazione generale dellatrasmittanza termica
Le intercapedini drsquoaria sono infatti interessate da scambi termici per irraggiamento econvezione che impediscono di valutare il solo coefficiente di conduttivitagrave termicad llrsquo i i idellrsquoaria in quiete
La resistenza termica offerta dallrsquointercapedine egrave differente se questa egrave ventilatadebolmente ventilata o non ventilata
Unrsquointercapedine drsquoaria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia inUn intercapedine d aria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia incomunicazione con lrsquoambiente esterno anche nei casi di ventilazione molto ridotta
Ad esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiAd esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiesterne di un muro in elementi laterizio a blocchi cavi non sono considerate comeaperture di ventilazione
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Resistenze termiche di intercapedini drsquoara non ventilate in (m2KW) di spessore inferiore a 30 cm
Spessore dellrsquointercapedine drsquoaria
(mm)
Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente(mm) Ascendente Orizzontale Discendente
0 000 000 000
5 0 11 0 11 0 115 011 011 011
7 013 013 013
10 015 015 015
15 016 017 017
25 016 018 019
50 0 16 0 18 0 2150 016 018 021
100 016 018 022
300 016 018 023
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
ProfGianfranco Cellai
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
ProfGianfranco Cellai
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Intercapedini drsquoaria
Nel caso di pareti con intercapedini drsquoaria queste sono caratterizzate da un valore della
Intercapedini d aria
Nel caso di pareti con intercapedini d aria queste sono caratterizzate da un valore dellaresistenza termica da sommare a denominatore dellrsquoequazione generale dellatrasmittanza termica
Le intercapedini drsquoaria sono infatti interessate da scambi termici per irraggiamento econvezione che impediscono di valutare il solo coefficiente di conduttivitagrave termicad llrsquo i i idellrsquoaria in quiete
La resistenza termica offerta dallrsquointercapedine egrave differente se questa egrave ventilatadebolmente ventilata o non ventilata
Unrsquointercapedine drsquoaria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia inUn intercapedine d aria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia incomunicazione con lrsquoambiente esterno anche nei casi di ventilazione molto ridotta
Ad esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiAd esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiesterne di un muro in elementi laterizio a blocchi cavi non sono considerate comeaperture di ventilazione
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Resistenze termiche di intercapedini drsquoara non ventilate in (m2KW) di spessore inferiore a 30 cm
Spessore dellrsquointercapedine drsquoaria
(mm)
Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente(mm) Ascendente Orizzontale Discendente
0 000 000 000
5 0 11 0 11 0 115 011 011 011
7 013 013 013
10 015 015 015
15 016 017 017
25 016 018 019
50 0 16 0 18 0 2150 016 018 021
100 016 018 022
300 016 018 023
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
ProfGianfranco Cellai
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
ProfGianfranco Cellai
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Intercapedini drsquoaria
Nel caso di pareti con intercapedini drsquoaria queste sono caratterizzate da un valore della
Intercapedini d aria
Nel caso di pareti con intercapedini d aria queste sono caratterizzate da un valore dellaresistenza termica da sommare a denominatore dellrsquoequazione generale dellatrasmittanza termica
Le intercapedini drsquoaria sono infatti interessate da scambi termici per irraggiamento econvezione che impediscono di valutare il solo coefficiente di conduttivitagrave termicad llrsquo i i idellrsquoaria in quiete
La resistenza termica offerta dallrsquointercapedine egrave differente se questa egrave ventilatadebolmente ventilata o non ventilata
Unrsquointercapedine drsquoaria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia inUn intercapedine d aria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia incomunicazione con lrsquoambiente esterno anche nei casi di ventilazione molto ridotta
Ad esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiAd esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiesterne di un muro in elementi laterizio a blocchi cavi non sono considerate comeaperture di ventilazione
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Resistenze termiche di intercapedini drsquoara non ventilate in (m2KW) di spessore inferiore a 30 cm
Spessore dellrsquointercapedine drsquoaria
(mm)
Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente(mm) Ascendente Orizzontale Discendente
0 000 000 000
5 0 11 0 11 0 115 011 011 011
7 013 013 013
10 015 015 015
15 016 017 017
25 016 018 019
50 0 16 0 18 0 2150 016 018 021
100 016 018 022
300 016 018 023
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
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CaloreCalore specifico di materiali
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Intercapedini drsquoaria
Nel caso di pareti con intercapedini drsquoaria queste sono caratterizzate da un valore della
Intercapedini d aria
Nel caso di pareti con intercapedini d aria queste sono caratterizzate da un valore dellaresistenza termica da sommare a denominatore dellrsquoequazione generale dellatrasmittanza termica
Le intercapedini drsquoaria sono infatti interessate da scambi termici per irraggiamento econvezione che impediscono di valutare il solo coefficiente di conduttivitagrave termicad llrsquo i i idellrsquoaria in quiete
La resistenza termica offerta dallrsquointercapedine egrave differente se questa egrave ventilatadebolmente ventilata o non ventilata
Unrsquointercapedine drsquoaria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia inUn intercapedine d aria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia incomunicazione con lrsquoambiente esterno anche nei casi di ventilazione molto ridotta
Ad esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiAd esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiesterne di un muro in elementi laterizio a blocchi cavi non sono considerate comeaperture di ventilazione
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Resistenze termiche di intercapedini drsquoara non ventilate in (m2KW) di spessore inferiore a 30 cm
Spessore dellrsquointercapedine drsquoaria
(mm)
Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente(mm) Ascendente Orizzontale Discendente
0 000 000 000
5 0 11 0 11 0 115 011 011 011
7 013 013 013
10 015 015 015
15 016 017 017
25 016 018 019
50 0 16 0 18 0 2150 016 018 021
100 016 018 022
300 016 018 023
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
ProfGianfranco Cellai
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
ProfGianfranco Cellai
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Intercapedini drsquoaria
Nel caso di pareti con intercapedini drsquoaria queste sono caratterizzate da un valore della
Intercapedini d aria
Nel caso di pareti con intercapedini d aria queste sono caratterizzate da un valore dellaresistenza termica da sommare a denominatore dellrsquoequazione generale dellatrasmittanza termica
Le intercapedini drsquoaria sono infatti interessate da scambi termici per irraggiamento econvezione che impediscono di valutare il solo coefficiente di conduttivitagrave termicad llrsquo i i idellrsquoaria in quiete
La resistenza termica offerta dallrsquointercapedine egrave differente se questa egrave ventilatadebolmente ventilata o non ventilata
Unrsquointercapedine drsquoaria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia inUn intercapedine d aria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia incomunicazione con lrsquoambiente esterno anche nei casi di ventilazione molto ridotta
Ad esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiAd esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiesterne di un muro in elementi laterizio a blocchi cavi non sono considerate comeaperture di ventilazione
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Resistenze termiche di intercapedini drsquoara non ventilate in (m2KW) di spessore inferiore a 30 cm
Spessore dellrsquointercapedine drsquoaria
(mm)
Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente(mm) Ascendente Orizzontale Discendente
0 000 000 000
5 0 11 0 11 0 115 011 011 011
7 013 013 013
10 015 015 015
15 016 017 017
25 016 018 019
50 0 16 0 18 0 2150 016 018 021
100 016 018 022
300 016 018 023
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
ProfGianfranco Cellai
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
ProfGianfranco Cellai
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Intercapedini drsquoaria
Nel caso di pareti con intercapedini drsquoaria queste sono caratterizzate da un valore della
Intercapedini d aria
Nel caso di pareti con intercapedini d aria queste sono caratterizzate da un valore dellaresistenza termica da sommare a denominatore dellrsquoequazione generale dellatrasmittanza termica
Le intercapedini drsquoaria sono infatti interessate da scambi termici per irraggiamento econvezione che impediscono di valutare il solo coefficiente di conduttivitagrave termicad llrsquo i i idellrsquoaria in quiete
La resistenza termica offerta dallrsquointercapedine egrave differente se questa egrave ventilatadebolmente ventilata o non ventilata
Unrsquointercapedine drsquoaria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia inUn intercapedine d aria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia incomunicazione con lrsquoambiente esterno anche nei casi di ventilazione molto ridotta
Ad esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiAd esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiesterne di un muro in elementi laterizio a blocchi cavi non sono considerate comeaperture di ventilazione
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Resistenze termiche di intercapedini drsquoara non ventilate in (m2KW) di spessore inferiore a 30 cm
Spessore dellrsquointercapedine drsquoaria
(mm)
Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente(mm) Ascendente Orizzontale Discendente
0 000 000 000
5 0 11 0 11 0 115 011 011 011
7 013 013 013
10 015 015 015
15 016 017 017
25 016 018 019
50 0 16 0 18 0 2150 016 018 021
100 016 018 022
300 016 018 023
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
ProfGianfranco Cellai
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
ProfGianfranco Cellai
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Intercapedini drsquoaria
Nel caso di pareti con intercapedini drsquoaria queste sono caratterizzate da un valore della
Intercapedini d aria
Nel caso di pareti con intercapedini d aria queste sono caratterizzate da un valore dellaresistenza termica da sommare a denominatore dellrsquoequazione generale dellatrasmittanza termica
Le intercapedini drsquoaria sono infatti interessate da scambi termici per irraggiamento econvezione che impediscono di valutare il solo coefficiente di conduttivitagrave termicad llrsquo i i idellrsquoaria in quiete
La resistenza termica offerta dallrsquointercapedine egrave differente se questa egrave ventilatadebolmente ventilata o non ventilata
Unrsquointercapedine drsquoaria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia inUn intercapedine d aria si considera non ventilata oltre al caso in cui non sia incomunicazione con lrsquoambiente esterno anche nei casi di ventilazione molto ridotta
Ad esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiAd esempio le aperture di drenaggio conformate come giunti verticali aperti sulle paretiesterne di un muro in elementi laterizio a blocchi cavi non sono considerate comeaperture di ventilazione
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Resistenze termiche di intercapedini drsquoara non ventilate in (m2KW) di spessore inferiore a 30 cm
Spessore dellrsquointercapedine drsquoaria
(mm)
Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente(mm) Ascendente Orizzontale Discendente
0 000 000 000
5 0 11 0 11 0 115 011 011 011
7 013 013 013
10 015 015 015
15 016 017 017
25 016 018 019
50 0 16 0 18 0 2150 016 018 021
100 016 018 022
300 016 018 023
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Resistenze termiche di intercapedini drsquoara non ventilate in (m2KW) di spessore inferiore a 30 cm
Spessore dellrsquointercapedine drsquoaria
(mm)
Direzione del flusso termico
Ascendente Orizzontale Discendente(mm) Ascendente Orizzontale Discendente
0 000 000 000
5 0 11 0 11 0 115 011 011 011
7 013 013 013
10 015 015 015
15 016 017 017
25 016 018 019
50 0 16 0 18 0 2150 016 018 021
100 016 018 022
300 016 018 023
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
ProfGianfranco Cellai
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
ProfGianfranco Cellai
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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R i t t i til di i t di i d b l tResistenza termica utile di intercapedini debolmente e fortemente ventilate
La resistenza termica utile di unrsquointercapedine daria debolmente ventilata egrave uguale allaLa resistenza termica utile di un intercapedine d aria debolmente ventilata egrave uguale alla
metagrave dei valori riportati in tabella 55 Tuttavia se la resistenza termica tra
lrsquointercapedine daria e lambiente esterno egrave maggiore di 0 15 (m2KW) essa devel intercapedine d aria e l ambiente esterno egrave maggiore di 015 (m2KW) essa deve
essere riportata al valore 015 (m2KW)
La resistenza termica totale di una partizione contenente unrsquointercapedine daria
fortemente ventilata si ottiene trascurando la resistenza termica dellrsquointercapedine daria
e di tutti gli altri strati che separano detta intercapedine daria dallambiente esterno e
includendo una resistenza termica superficiale esterna corrispondente allaria immobile
(cioegrave uguale alla resistenza termica superficiale interna del medesimo componente)
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
ProfGianfranco Cellai
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
ProfGianfranco Cellai
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Determinazione dei ponti termiciDeterminazione dei ponti termiciSi definiscono ponti termici le zone dei componenti edilizi dove si registrano salti termici particolarmente elevati con conseguente raffreddamento delle superfici in tali zone si ha una riduzione della resistenza termica e quindi un incremento delle dispersioni ovvero il gradiente di temperatura raggiunge il l iil valore massimo
I ponti termici sono rischiosi percheacute possono dar luogo a p p p gformazione di condensa e conseguente comparsa di muffe
I ponti termici si verificano per due motiviI ponti termici si verificano per due motivi
bull per eterogeneitagrave dei materiali
bull per ragioni di forma geometrica (spigoli angoli)
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Tipologie piugrave comuni di ponti termiciTipologie piugrave comuni di ponti termici
Piugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianoPiugrave generalmente potremo dire che avremo dei ponti termici ove vi sianonodi tra elementi aventi coefficiente di trasmissione termica diversa oqualora vi sia interruzione del materiale isolante nella struttura dellrsquoedificio
- angolo tra due pareti esterne
- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box- giunto tra un muro ed un pavimento su passaggio aperto cantine box
- giunto tra un muro ed una terrazza o soffitto di sottotetto
- giunto tra un muro esterno ed un pavimento (interno o anche sporgente)
- zone intorno o comprendenti i serramenti (mazzette velette davanzalisoglie ecc)
- elementi strutturali ad elevata conduttanza inseriti in altri a conduttanzainferiore
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EsemplificazioneEsemplificazione
ProfGianfranco Cellai
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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EsemplificazioneEsemplificazione
ProfGianfranco Cellai
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
ProfGianfranco Cellai
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Esempi di ponti termiciEsempi di ponti termici
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)Per tenere conto della presenza dei ponti termici nel calcolo della dispersione termica daparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono laparte di un edificio egrave necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale
jkkii lAULL = coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzaL coefficiente di accoppiamento termico da utilizzarsi per il calcolo della potenzatermica trasmessa attraverso una porzione dellrsquoinvolucro edilizio contenente pontitermici
Ui = trasmittanza termica dellrsquoi-esimo componente dellinvolucro edilizio
rsquoAi = lrsquoarea del componente i
k = trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare
lk = lunghezza del ponte termico lineare
j = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale (generalmentetrascurabile)
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Metodologia di calcolo dei ponti termici (UNI 14683)
I ponti termici posso essere raggruppati per tipo e per disposizione dello strato isolanteLo strato isolante puograve essere posizionato
bull sul lato esternobull nella parte intermedianella parte intermediabull sul lato internobull uniformemente distribuito nella struttura (quando lelemento egrave costituito da
muratura leggera o parete intelaiata in legno)muratura leggera o parete intelaiata in legno)
Per ogni tipo di ponte termico e per ogni posizione dello strato isolante principale f iti t l i di vengono forniti tre valori di
bull i basato sulle dimensioni internebull oi basato sulle dimensioni totali internebull e basato sulle dimensioni esterne
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
P i i lPareti con isolamento concentrato
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Posizione e tipologia dei principali ponti termici in edilizia
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Nodo tra parete esterna e solai di coperturaNodo tra parete esterna e solai di copertura
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Angoli tra pareti esterne
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Nodo tra pareti esterne e pareti interne
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Nodo tra pareti esterne e pilastri
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Nodo tra parete esterna e solai di copertura
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Angoli tra pareti esterne
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Nodo tra pareti esterne e solai interpiano
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Nodo tra pareti esterne e pareti interne
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Nodo tra pareti esterne e pilastri
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
S h f i lSchema funzionale
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Nodo tra pareti esterne e serramenti di porte e finestre
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Comportamento delle strutture in regime dinamicoCo po ta e to de e st uttu e eg e d a colrsquoinerzia termica
In regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che alIn regime stazionario la disposizione degli strati egrave indifferente pur evidenziando che almutare della stessa varia lrsquoandamento interno delle temperature ad esempio laposizione dellrsquoisolante a seconda della stagione mantiene una massa della parete ap g ptemperatura mediamente piugrave o meno elevata ovvero con una capacitagrave maggiore ominore di accumulare calore
Nelle figure seguenti in regime invernale si evidenzia che la situazione ottimale egraverappresentata dallrsquoisolamento a cappotto (figura 2)
1 2 3 4
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Inerzia e capacitagrave termicaInerzia e capacitagrave termicaLrsquoinerzia termica puograve essere definita come la capacitagrave di un componente ad opporsi alle variazioni di temperatura
Le variazioni di temperatura che si verificano sulla facciaLe variazioni di temperatura che si verificano sulla faccia esterna arrivano sulla faccia interna con un certo ritardo e attenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave laattenuate in misura tanto maggiore quanto maggiore egrave la capacitagrave termica areica Cm
Cm = cp middot m (kJm2K)
c calore specifico a pressione costante (kJkgK)cp = calore specifico a pressione costante (kJkgK)
m = massa termica areica (kgmsup2) assa te ca a e ca ( g )
la diffusivitagrave termica sup2 = cp indice dellrsquoinerzia termicaProfGianfranco Cellai
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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CaloreCalore specifico di materiali
ProfGianfranco Cellai
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Massa termica areica (UNI 10375)Massa termica areica (UNI 10375)Pareti senza isolamento concentratoPareti senza isolamento concentrato
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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P i i lPareti con isolamento concentrato
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Soluzioni di pareteSoluzioni di parete
ProfGianfranco Cellai
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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I i t i d ff ttiInerzia termica ed effettiA A = semiampiezzaAE
A
Faccia interna della parete
A semiampiezza della oscillazione
AI
Rit dTpm= tempmedia superficiale
Rt
Ritardo o sfasamento temporale
pm p pdella parete
Andamento temperatura sulla faccia esterna della
Andamento temperatura sulla faccia interna della
tsulla faccia esterna della parete
parete
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Inerzia termicaTemperatura che varia Inerzia termica Schematizzazione
grafica
Temperatura che varia con legge sinusoidale
T Tmax i ( grafica
AET
max T = AI sin (Tpm= tempmedia superficiale d ll
AI
Tpm della parete
TminRitardo R t
La pulsazione egrave pari a h
t
Rt = R i (s) h middot (s-1)
Tempo Ri = sivi (s) con si = spessore dello strato i-esimo
l itagrave di t t d llrsquo d t i ( )
Tempo
vi = velocitagrave di spostamento dellrsquoonda termica (ms)vi = 2 sup2 (ms)
sup2i(cpimiddot i ) (msup2s)
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Eq a ione di Fo rier e sol ioni per lrsquoiner ia termicaEquazione di Fourier e soluzioni per lrsquoinerzia termica
lrsquoequazione di Fourier per flusso monodimensionale allrsquointernol equazione di Fourier per flusso monodimensionale all interno della parete ad un certo istante ammette la seguente soluzione per una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dallaper una variazione di T sinusoidale e ad una profonditagrave x dalla superficie esterna
T( x ) = Tm + AE middot e -Ri middot sin [( Ri(x ) m E [ ( i
dove R i (ritardoritardo) egrave il tempo che lrsquoonda termica impiega ad attraversare lo strato i-esimo di materiale di spessore x
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Rit dRitardomiddot (s-1)Dalla relazione Ri = sivi si ha ( )i i i
Ri = si middot 1 (2 sup2i ) = si si cpimiddot i (2 i ) (s)i i i i i pi i i
Ri = 8276 si middot cpimiddot i (i si) = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
A
p p
Per una condizione ottimaleAE
AIRt = 0023 si cpimiddot i Ui 9 (h) AI
Sfasamento (ore) Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 ottime I
Rt
S gt 12 ottime I
12 ge S gt 10 buone II
10 ge S gt 8 medie III
8 ge S gt 6 sufficienti IV
6 ge S mediocri V
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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A iAttenuazione
AE
AI
A
R
AIE
Rt
e (- 0261 middot R ) e ( 0261 Rt)
= e -0261 middot 9 = 010 valore di attenuazione
Ad esempio nelrsquoesempio precedente se il punto di massimo dellrsquoonda AE impiega Rt = 9 h per giungere sulla faccia interna de o da E p ega t 9 pe g u ge e su a acc a te adella parete lrsquoampiezza AE risulteragrave attenuata di circa 10 volte
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EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
S h f i lSchema funzionale
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
EsercizioEsercizio
Una parete in mattoni pieni ha le seguenti caratteristicheSpessore s = 30 cm = 0 72 WmK c = 835 JkgKSpessore s = 30 cm = 072 WmK cp = 835 JkgK = 1920 kgm3
si determini il valore del ritardo Rt e dellrsquoattenuazione
noncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia internanoncheacute il valore della ampiezza massima sulla faccia interna dopo 24 ore con i seguenti dati climatici (UNI 10349)
Temp esterna max = 37deg Escursione giornaliera 10degC-Temp esterna max = 37 Escursione giornaliera 10 C
- semiampiezza di oscillazione AE = 102 = 5 degC
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Calcolo del ritardo RDalla relazione Rt = 8276 si cpimiddot i Ui (s)
Si hSi ha
Rt = 8276 [ s c imiddot U]3600 (h) =Rt 8276 [ s cpi U]3600 (h)
0023 [ 03 middot 835 middot 1920(07203) ] = 103 h Prestazioni buone
AE
AI
103
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
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I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Calcolo dellrsquoattenuazione e di Calcolo dellrsquoattenuazione e di
e (-0261 middot Rt)Dalla relazione e = e 0261 middot 103) = 007 Ovvero lrsquoampiezza dellrsquoonda termica esterna AE subisce unrsquoattenuazione di circa 15 volte
= AIAE AI = 5 middotmiddot 007 = 035 = 035 degdegC C
AE
AI
103
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Calcolo della trasmittanza termica periodica YIECalcolo della trasmittanza termica periodica YIE (Wm2K)
La trasmittanza termica periodica egrave stata introdotta come parametro di verifica dellrsquoinerzia termica dal DPR 59 del 242009
Essa rappresenta il prodotto della Trasmittanza U (Wm2K) per un fattore di decremento o attenuazione fa (-) dato dal seguente rapportofa= flusso termico dinamico flusso termico stazionariofa = qdinamicoqstazionario YIE =YIE = f f middot middot U U (Wm2K) Il flusso termico in condizioni reali (qdinamico) si riferisce al regime dinamico che si calcola attraverso la soluzione dellrsquoequazione generale della conduzione del calore in regime variabileIl flusso termico stazionario (qstazionario) egrave pari al prodotto della trasmittanza termica (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno- interno ( Temax - Ti)qstazionario = U x ( Temax - Ti)
Llsquointervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1L intervallo di valori del fattore di attenuazione (fa) egrave compreso tra 0 e 1- 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore- 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo
NB Non si deve confondere lrsquoattenuazione fa con
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
I valori limite di legge e tabella di giudizio per S f e YIE
Sfasamento(ore) Attenuazione Prestazioni Qualitagrave prestazionale
S gt 12 fa lt0 15 ottime IS gt 12 fa lt015 ottime I
12 ge S gt 10 015 le fa lt030 buone II
10 ge S gt 8 030 le fa lt040 medie III
8 ge S gt 6 040 le fa lt060 sufficienti IV
6 ge S 060le fa mediocri V
in tutte le zone climatiche ad esclusione della F per le localitagrave nelle quali il valore medio mensile dellrsquoirradianza sul piano orizzontale nel mese di massima insolazione estiva Ims sia 290 W sup2Wmsup2 1 relativamente a tutte le pareti verticali opache con lrsquoeccezione di quelle comprese nel
quadrante nord-ovest nord nord-est si esegue almeno una delle seguenti verifiche bull che il alore della massa s perficiale Ms di c i al comma 22 dellrsquoallegato A sia s periorebull che il valore della massa superficiale Ms di cui al comma 22 dellrsquoallegato A sia superiore
a 230 kgm2 bull che il valore di YIE sia lt 012 Wm2K
2 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 0 202 relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate che il valore di YIE sia lt 020 Wm2K
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Calcolo deicarichi termici
in regime invernale ed estivo
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Scopo del condizionamentoScopo del condizionamento
Mantenere condizioni ambiente interne confortevoli significaMantenere condizioni ambiente interne confortevoli significa controllare i carichi termici perturbatori generati nellrsquoedificio o trasmessi attraverso le strutturetrasmessi attraverso le strutture
I carichi termici che si manifestano con variazioni di temperatura positive o negative vengono definiti sensibilisensibilipositive o negative vengono definiti sensibilisensibiliSono definiti latentilatenti quelli corrispondenti alla potenza termica
bi t i i di d idifi i idifi iscambiata nei processi di deumidificazioneumidificazione dellrsquoaria
Lrsquoaria esterna di ventilazioneinfiltrazione immessa direttamente in ambiente rappresenta per i locali un carico sensibile e latente
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Tipologia dei carichi termiciTipologia dei carichi termiciI carichi termici sensibili sono di due tipi
bull in ingresso o interni allrsquoedificio detti positivipositivi (regime estivo) g pp ( g )bull in uscita dallrsquoedificio detti negativinegativi (regime invernale)
I carichi interni provocano sempre un aumento della temperatura
Al fine di mantenere le condizioni igrometriche desiderate occorre anche deumidificareumidificare lrsquoaria di ventilazione (caricoanche deumidificareumidificare l aria di ventilazione (carico latente)
In sintesi occorre fornire o sottrarre una certa quantitagrave di energia e vapor drsquoacquavapor d acqua
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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S h f i lSchema funzionale
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Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Bil i t i i bi tBilancio termico in un ambientePer il principio di conservazione dellrsquoenergia il bilancio termico dellrsquoaria racchiusa in un ambiente ad un dato istante egrave espresso dalla seguente equazione (segni in valore assoluto)
Q + Q + Q + Q 0QC + QV + QG + QP = 0QC = potenza termica scambiata per convezione con le C
paretiQ = potenza termica dovuta alle portate drsquoaria diQV = potenza termica dovuta alle portate d aria di
ventilazione ed infiltrazioneQG = apporti interni gratuitiQP = potenza fornita dal terminale drsquoimpiantoQP potenza fornita dal terminale d impianto
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Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scambio termico in regime invernale
- QC - QV + QG + QP = 0 generalmente QG si trascura
I i t i i l t tti Q ograveIn regime stazionario la componente convettiva QC puograve essere determinata ricorrendo al principio di sovrapposizione degli effetti
QC = Qt + QsQt = potenza termica scambiata per trasmissioneQt potenza termica scambiata per trasmissioneQs = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare
Generalmente in inverno Qs si trascura
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
Universitagrave degli Studi di FirenzeDipartimento di Ingegneria Industriale
C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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Scambio termico in regime invernale semplificato
Lrsquoequazione del bilancio termico divienesemplificato
- Qt - QV + QP = 0
QV egrave un carico termico per il terminale solo se lrsquoaria di ventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se lrsquoaria egraveventilazione egrave immessa direttamente in ambiente se l aria egrave trattata centralmente il carico termico corrispondente grava sulle batterie dellrsquounitagrave di trattamento aria e quindi si ha
- Qt + QP = 0
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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C i t i til iCarico termico per ventilazioneN ti i t ib ti til i d i filt i i tti l t tNoti i contributi per ventilazione ed infiltrazione si ottiene la portata drsquoaria qv e quindi il carico termico Qv dovuto alla ventilazione egrave dato dalla relazionedalla relazione
Qv = qv ρa ca (θa ndash θe) (W)Qv qv ρa a ( a e) ( )qv = portata drsquoaria in m3sρ = densitagrave dellrsquoaria (circa 1 2 kgm3)ρa = densitagrave dell aria (circa 12 kgm )ca = calore specifico dellrsquoaria (029 Jkg degC)
Oppure Qv = 034 n V (θa ndash θe) (W)
n = ndeg ricambi orari (h ndash1)
V = volume dellrsquoambiente (m3)V volume dell ambiente (m )
ρa ca = 034 (Whm3 degC)
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti
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C i hi i i i iCarichi termici estiviDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QVDiventa fondamentale sia il carico termico dovuto alla ventilazione QV talora anche quello degli apporti interni QG
ll d llrsquoi i l Qma soprattutto quello dovuto allrsquoirraggiamento solare QS
QS = QSE + QSI (W)
QS = potenza termica attribuita allrsquoirraggiamento solare QSE apporti della radiazione solare attraverso componenti opachi QSI apporti attraverso componenti trasparenti