Corso di Energetica degli Edifici - · PDF file(UNI EN ISO 10456:2008) ... Introduzione alla...

Prestazioni

termoigrometriche dei

componenti nell’edilizia

Docenti:

Prof. Ing. Marco Dell’Isola

Università degli studi di Cassino

Ing. Fernanda Fuoco

Università degli studi di Cassino

Corso di Energetica degli Edifici

[email protected]

Indice

Generalità

Richiami aria umida

Cenni di dispersioni termiche attraverso pareti piane

Diffusione del vapore e Legge di Fick

Caratteristiche dei materiali

Effetti dell’acqua

Cause produzione vapor d’acqua

Verifica termoigrometrica Norma ISO13788

Bilancio igrometrico

Diagramma di Glaser

Correzione cause di condensa Isolamento termico

Barriera al vapore

Modifica microclima interno

Smaltimento della condensa

Normativa e legislazione

Funzioni principali Sicurezza strutturale, resistenza al fuoco

Protezione degli individui dalle variazioni climatiche, agenti atmosferici, rumore

Consentire l’interazione visiva con l’ambiente esterno

Impiego della luce naturale

Scopo degli impianti di climatizzazione ed illuminazione: realizzare condizioni

termoigrometriche e visive confortevoli

Caratteristiche di isolamento termico delle strutture edilizie:

Elementi opachi: proteggono gli spazi interni dalle sollecitazioni termiche indotte

dall’ambiente esterno.

Elementi trasparenti (isolamento termico da 5 a 10 volte inferiori rispetto alle pareti

opache.) Le superfici trasparenti costituiscono il 10-15 % della superficie dell’involucro

Involucro edilizio- Generalità

Diffusione del vapore e legge di Fick

Diffusione del vapore in un mezzo

poroso

I materiali da costruzione sono

generalmente porosi. Al loro interno,

pertanto, sono presenti dei vuoti che

possono essere comunicanti con

l’esterno e/o interconnessi tra loro,

oppure completamente isolati.

L’esistenza di interconnessioni è

condizione necessaria per

l’esistenza di fenomeni di diffusione

di vapore all’interno dei materiali.

I fenomeni igroscopici (pur essendo

strettamente connessi a quelli

termici) presentano uno sviluppo

temporale molto più lento (mesi-

stagioni) rispetto a quelli termici

(ore-giorni).

Legge di Fick

Per diffusione di vapore si intende un trasferimento di massa di vapore in un mezzo o tra più mezzi in contatto fisico, a causa di una non uniforme distribuzione della pressione parziale.

g=vettore di vapore, massa di vapore che fluisce nell’unità di tempo per area unitaria di

superficie isobarica nelle direzioni decrescenti delle pressioni parziali [kg/s m2].

δO=permeabilità al vapore dell’aria → 1.87·10-10 kg/(m s Pa)

sd=spessore equivalente di aria per la diffusione al vapore

δp=permeabilità al vapore del mezzo kg/(s m Pa) →g/(h m mmHg)

μ=permeabilità relativa al vapore del mezzo →

0 d

p

s

x

00p

d

p p pg

x x s

Definizioni

• La permeabilità δ rappresenta la quantità di vapore che attraversa una parete piana di

superficie unitaria e spessore unitario, per effetto di una differenza di pressione di 1 Pa.

• La permeabilità relativa μ rappresenta il rapporto tra la permeabilità dell’aria e la

permeabilità del materiale (numero adimensionale sempre maggiore di 1). In altre parole,

indica quanto la resistenza al passaggio del vapore di un certo materiale è superiore a

quella dell'aria a parità di spessore e di temperatura.

0 d

p

s

x

Il fenomeno della diffusione è descritto da una legge che è formalmente analoga a quella che descrive la trasmissione di calore per conduzione e che pertanto è suscettibile degli stessi sviluppi che si sono studiati in relazione alla trasmissione di calore per conduzione per descrivere il comportamento di pareti composte.

Nelle ipotesi di regime stazionario e trasmissione monodimensionale, la trasmissione di calore per conduzione in una parete composta è descritta dalla seguente equazione derivata dal postulato di Fourier

Q U A T Ti e

1 1U

1 s s 1R 1 nglobh n hi 1 e

RnT T T Tn 1 n i e

Rglob

Coefficiente di

scambio termico

(W/m2K)

Q

q U T Ti eA

Flusso termico

(W/m2)

Considerazioni:

• La forza spingente del fenomeno di scambio termico attraverso una parete è data dalla

differenza di T tra gli ambienti separati dalla parete stessa

• Il flusso termico trasmesso attraverso una parete multistrato diminuisce all’aumentare della

resistenza termica complessiva.

• La resistenza termica può essere incrementata inserendo all’interno della parete uno o più

strati caratterizzati da bassi valori di conduttività termica (materiali isolanti).

• La posizione dello strato di materiale all’interno della parete non influisce sul valore della

resistenza termica complessiva e quindi il flusso termico trasmesso attraverso la parete non

dipende da essa.

• L’andamento delle temperature all’interno della parete dipende dalla posizione degli strati. Il

salto termico è maggiore in corrispondenza degli strati isolanti.

Legge di Fick

Allo stesso modo, nelle ipotesi di regime stazionario e moto monodimensionale è possibile esprimere il flusso del vapor d’acqua con una equazione derivata dalla legge di Fick.

Essa fornisce la densità di flusso di vapore trasmesso per diffusione attraverso una parete composta da strati di materiale ognuno dei quali si comporta rispetto al vapore come una membrana semipermeabile

1 / δpi e 1 / δpe = resistenze di trasporto di massa convettivo trascurabili a fronte della resistenza

offerta dagli altri componenti edilizi, pertanto la pressione parziale del vapore sulle facce interna ed esterna del componente si assumono eguali alla pressione parziale del vapore dell’aria a contatto della superficie.

E’ possibile ottenere i valori della pressione parziale del vapor d’acqua ad ogni interfaccia e

descrivere dunque l’andamento delle pressioni parziali all’interno della parete.

i e

tot

p pg

Z

1

11 1

1 1 1

1 1.....

o

n nntot

si j se dj

pi p pn pej j

ssZZ Z Z s

1

1

j dj

j j i e j i en

totdj

j

Z sp p p p p p p

Zs

Valori di permeabilità al vapor d'acqua p

di alcuni materiali da costruzione

Materiale ?mg/mhPa kg/msPa*1012

INTONACI

malta di calce, malta di calce e cemento 0.043 12.00

calce e gesso 0.065 18.00

ELEMENTI DA COSTRUZIONE PORTANTI

calcestruzzo normale struttura chiusa 2000 kg/m3 0.007 2.00

calcestruzzo struttura aperta con argille espanse 1000 kg/m3 0.090 25.00

PANNELLI DA COSTRUZIONE

pannelli di cartongesso 0.083 23.00

pannelli in cemento armato 0.0315 8.75

MURATURE

mattone forato, leggero, ad alta resistenza mecc. 0.108 30.00

· muro di pietra d'arenaria calcarea o mattoni pieni 1000 kg/m3 0.128 35.42

ISOLANTI TERMICI

isolanti a fibra minerale e vegetale 0.540 150.00

isolanti in sughero 0.0638 17.72

polistirolo espanso:· 15 kg/m3 0.032 9.00

· 20 kg/m3 0.022 6.00

· 30 kg/m3 0.016 4.50

poliuretano 30 kg/m3 0.007 2.00

pannelli in legno truciolari 0.013 3.60

LEGNO E MATERIALI IN LEGNO

quercia, faggio, abete rosso, pino perp. alle fibre 0.016 4.50

pannelli in legno compensato 0.036 10.00

pannelli in legno pressati 0.013 3.60

VARIE

rivestimento murario esterno di mosaico di vetro ceramica 0 .0032 0.89

intonaco ad isolamento termico 0.1275 35.42

aria 0.695 193.00

gesso 0.065 18.00

guaine 0.0000075 0.0021

Permeanze utili mg/(hm2Pa) kg/m2sPa *1012

carta Kraft impregnata in bitume: 0.015 4.17

polietilene 100 μm 0.042 11.67

polietilene 300 μm 0.0105 2.92

foglio alluminio da 25 μm 0.0000075 0.00


(UNI EN ISO 10456:2008)

Sovente in letteratura i valori della resistenza al flusso di vapore si trovano espressi in forma adimensionale

mediante il parametro µ, dato dal rapporto tra la resistenza al flusso di vapore del materiale in esame e quella di

riferimento assunta pari alla resistenza alla diffusione del vapore offerta dall’aria a parità di spessore; ovviamente

per l’aria vale µ = 1.

Ad esempio una resistenza µ = 8 di una muratura in elementi pieni di laterizio , significa che il materiale in esame

ha un valore di permeabilità 10 inferiore a quello dell’aria;

.


(UNI EN ISO 10456:2008)

Fenomeno della condensazione

Se all’interno della parete la pressione saturazione si abbassa in qualche punto sino a raggiungere il valore della pressione di vapore si forma condensa sulle superfici verticali isoterme corrispondenti e nella fascia di parete tra esse comprese

Se ciò avviene all’interno della parete si avrà un cambiamento di fase che darà origine alla cosiddetta condensazione interstiziale e ovviamente l’ipotesi di stazionarietà del processo all’interno della parete verrà a cadere. Inoltre, il fatto che parte della materia in trasferimento passi alla fase liquida presuppone che la trasmissione di massa non avvenga più per sola diffusione in quanto il condensato verrà trasmesso all’interno della parete secondo processi diversi dalla diffusione.

Il verificarsi della condensazione interstiziale è un fenomeno indesiderato ed è pertanto opportuno verificare se e quando ciò possa avvenire. Infatti, sebbene il condensato possa in molti casi evaporare, se ciò non avviene, o avviene con ritardo, si può avere imbibizione del materiale che comporta importanti effetti indesiderati.

Diffusione del vapore con condensazione interstiziale

Diffusione del vapore senza condensazione interstiziale

La trasmissione del VAPORE ACQUEO è legata alla differenza di pressione parziale del

vapore presente nell’aria umida dei due ambienti ed alle caratteristiche di permeabilità al

vapore dei materiali che costituiscono la parete.

• Se il vapore d’acqua (che in regime invernale fluisce dall’ambiente interno verso l’esterno)

condensa sulla faccia della parete rivolta verso l’interno abbiamo condensa superficiale e se

condensa nella parete stessa abbiamo condensa interstiziale.

Effetti della presenza di acqua nelle strutture edilizie:

• Deterioramento dei materiali

• Indebolimento delle strutture

• Aumento della conduttività dei materiali isolanti (quindi riduzione del loro potere di

isolamento termico)

• Formazione di macchie e di muffe

Fenomeno della condensazione

Provenienza umidità nelle murature

La presenza di acqua nelle strutture edilizie può essere dovuta a :

• Condensazione del vapore d’acqua che attraversa le pareti (a causa della differenza

della pressione parziale del vapor d’acqua presente nell’aria umida, tra i due

ambienti separati dalla parete)

• Risalita per capillarità dal suolo

• Infiltrazione di acque meteoriche

• Perdite da tubazioni

Presenza di umidità nelle murature

(da: Mundula, Tubi, 2003)

Effetti dell’umidità

Degrado di intonaci;

marcescenza delle strutture;

formazione di muffe;

migrazione di sali,

formazione di efflorescenze;

Presenza di acqua sulla superficie ed all'interno delle pareti;

riduzione del grado di isolamento termico dell'involucro ;

variazione dimensionale e danneggiamento di manufatti (fessurazioni e deformazioni) in seguito all’aumento di volume dell’acqua (se la temperatura scende sotto lo zero)

Fattori che influenzano la formazione

di muffe

Specie URmin

Alternaria alternata 85%

Aspergillus versicolor 75%

Penicillium chrysogenum 79 %

Stachybotrys atra 94%

Mucor plumbeus 93 %

Produzione vapor d’acqua

La produzione di vapor d’acqua G all’interno degli ambienti deriva essenzialmente da:

la traspirazione e sudorazione degli occupanti

l’evaporazione in bagni, cucine, lavanderia

Effettuando un bilancio della massa di vapore sull’involucro edilizio, trascurando il flusso diffusivo sulle pareti, deriva che la produzione G è uguale al flusso convettivo di vapore scambiato per ventilazione:

(n V) (νi – νe) = G [kg/s]

avendo indicato con:

ν l’umidità volumica [kg/m3]

V il volume [m3]

n il numero ricambi orari [1/s]

Da cui sostituendo:

ν = mv/V = pvV/RvT

ed approssimando Ti=Te=T si ha:

pvi -pve = G Rv T/ (nV)

Verifica termoigrometrica

Introduzione alla ISO 13788

Formazione di Condensa superficiale o interstiziale

Hp semplificativa che gli altri fenomeni, oltre alla condensazione del vapore a causa

della Δp, non abbiano effetto sui meccanismi di diffusione del vapore attraverso le

strutture. Tuttavia il processo di trasmissione del vapore attraverso le pareti risulta complesso.

Metodi di Calcolo semplificati : risultati cautelativi.

Se una struttura valutata in tal modo risulta non

idonea è possibile esaminarla con altri metodi

Metodo di calcolo più

accurati e complessi

Le Hp dei metodi di calcolo semplificati sono:

• Regime stazionario

• Geometria piana indefinita (assenza di effetti di bordo)

• Flusso termico monodimensionale

• Moto (del vapor d’acqua nella parete) monodimensionale

• Parete costituita da un solo strato o da più strati disposti in serie

• Costanza delle proprietà termofisiche dei materiali al variare della temperatura e dell’umidità

• Materiali omogenei ed isotropi

• Trascurabilità degli effetti dovuti agli accumuli di massa

• Trascurabilità dei fenomeni di trasporto di massa d’acqua nelle pareti diversi dalla diffusione del

vapore

• Trascurabilità dei flussi di aria nelle pareti

• Trascurabilità degli effetti della radiazione solare incidente sulle pareti

Verifica termoigrometrica in base

alla ISO 13788 ISO 13788: norma più aggiornata in ambito di formazione di condensa in strutture

edilizie

Di un componente perimetrale di un involucro edilizio sono necessarie:

• Analisi termica

• Analisi igrometrica

Comma 8 - Per tutte le categorie di edifici, così come classificati in base alla

destinazione d’uso all’art. 3 del decreto del Presidente della Repubblica 26 agosto

1993, n. 412, ad eccezione della categoria E.8, si procede alla verifica dell’assenza di

condensazioni superficiali e interstiziali che le condensazioni interstiziali delle pareti

opache siano limitate alla quantità rievaporabile, conformemente alla normativa

tecnica vigente. Qualora non esista un sistema di controllo della umidità relativa

interna, per i calcoli necessari, questa verrà assunta pari al 65% alla temperatura

interna di 20 °C.

Interventi correttivi: nel caso che dalla verifica di calcolo risulti una significativa

presenza di condensa all’interno della struttura (che non rievapora completamente nelle

stagioni intermedie ed estive).

Scopo della ISO 13788: fornire procedure di calcolo per valutare la capacità di un

componente edilizio di evitare problemi dovuti a umidità superficiale critica ed a

condensa interstiziale.

Hp delle procedure di calcolo:

• Regime stazionario

• Base mensile

Innovazioni della norma

Introduce la procedura di verifica dell’umidità superficiale critica

Condizioni climatiche esterne

• Temperatura di bulbo asciutto Te (la norma utilizza ϑ). Vedere appendice nazionale per i dati climatici delle località..

• Pressione parziale del vapore pve. Tali valori, per le località italiane, sono riportate nella norma UNI 10349

•Se sono disponibili solo i valori medi mensili della temperatura di bulbo asciutto e dell’umidità relativa, è

possibile ricavare con buona approssimazione eccetto che per climi caldi, la pressione parziale di vapore

media mensile dalla seguente equazione:

•Se il componente è adiacente al terreno, si deve sempre assumere la temperatura esterna media annuale di

bulbo asciutto ed un’umidità relativa del 100% .

vseevep p (T )

Valutazioni delle condizioni termo-igrometriche

interne ed esterne. Approccio teorico

Dati Climatici:

UNI 10349


alla ISO 13788

Condizioni termoigrometriche interne

La norma 13788 rinvia agli standard nazionali: la UNI 10350 indica che la temperatura

interna debba essere valutata in funzione dell’uso specifico dell’edificio. Per

applicazioni residenziali si pone:

Ti= 20°C durante i mesi in cui è in funzione l’impianto di riscaldamento

Ti=18°C durante i mesi in cui il valore della Te < 18°C

Ti=Te durante i mesi in cui il valore della temperatura esterna è ≥ a 18°C

Per edifici destinati ad altri utilizzi la temperatura interna deve essere valutata caso per

caso

Valutazione dell’umidità interna

Riguardo alla valutazione dell’umidità interna, la norma propone diverse procedure di

calcolo per la determinazione di pvi.

vi vvep p p

CASO 1: Ricambi di aria costante e generazione di vapor d’acqua (G=cost ed n=cost)

CASO 2: Classi di umidità (vlim= cost)

CASO 3: Condizioni di umidità relativa interna costante e nota come ad es. ambienti

climatizzati (pvi=cost)


alla ISO 13788 vi vvep p p

1) Calcolo di Δpv mediante equazione e di

La pressione parziale del vapore interna pvi dipende dal vapore all’estern e dal grado di

occupazione e di ventilazione dell’edificio. La differenza tra le pressioni parziali del vapore

all’interno ed all’esterno, Δpv , riportate nell’appendice E.2 della ISO 13788 si calcola:

i e i e

v v v

3

3v

i

e

T T T TGp R R

2 n V 2

in cui

apporto specifico di vapore[kg / m ]

R cos tan te dei gas per il vapore acqueo 462Pa m / K kg

T temperatura int erna assoluta[K]

T temperatura esterna assoluta[K]

G produzionedi vaporeall 'i

1

3

nt ernodeg liambienti[kg / h]

n rinnovo d 'aria medio giornalieroin volumiall 'ora h

V volume int erno netto[m ]

La norma non riporta indicazioni per G. Si

adottano i valori indicati in letteratura (Aghemo et

al., 1996 o TenWolde, 1994)

Calcolo di n

• Assunto costante e pari a 0.5 h-1

• Come da ISO 13788

•

Come da UNI 10350

Calcolata Δpv, si ricava la pvi dall’equazione

vi vvep p p

1en 0.2 0.04T [h ]

1e e

1e

n 0.2 0.04T [h ] per T 0 C

n 0.2 [h ] per T 0 C


alla ISO 13788

vi vvep p p 2) Calcolo di Δpv mediante grafico e di

La norma fornisce il diagramma Figura A.6 dell’Appendice A della ISO 13788 che consente di

valutare Δpv in funzione della Temperatura media mensile dell’aria esterna e delle classi di

concentrazione del vapore all’interno degli ambienti (tabella A.1 stessa appendice).

Per i calcoli vanno usati i valori limite superiori per ogni classe.

Classe Uso edificio

1 Molto

bassa

Magazzini

2 Bassa Uffici

3 Media Alloggi a basso

affollamento

4 Alta Alloggi ad alto

affollamento

5 Molto

alta

Edifici speciali (es.

piscine, ecc.)

Classi concentrazione vapor d’acqua

(UNI EN ISO 13788)

Calcolata Δpv, si ricava la pvi dall’equazione vi vvep p p

Per ogni classe di concentrazione del vapore all’interno degli ambienti, Δpv è massimo

e rimane costante per Testerne medie mensili <0°C

Per 0°C<Testerne medie mensili< 20°C Δpv decresce linearmente e si annulla in

corrispondenza di 20°C.

Infatti all’aumentare

della Te, aumentano le

portate di ventilazione

e quindi Δpv decresce;

quando si

raggiungono 20°C

ragioni di equilibrio

implicano Δpv = 0


alla ISO 13788 3) Calcolo di pvi in presenza di un locale climatizzato

In presenza di un impianto di climatizzazione, l’umidità relativa interna φi del locale

assume un valore costante e noto.

Per cui pvi si calcola: vsiivip p (T )


alla ISO 13788

Tuttavia per tener conto delle inaccuratezze del metodo:

• nel caso in cui si utilizzano le prime due procedure (calcolo di Δpv ), il valore di Δpv

deve essere moltiplicato per un fattore di 1.10 (la UNI 10350 indica invece un valore

pari a 1.25).

•Se l’umidità relativa interna è assegnata (terza procedura), questa deve essere

aumentata del 5%.

•Il metodo infatti non tiene conto delle:

•Variazioni di T dell’aria esterna e della radiazione solare

•Inerzia igroscopica

•Regolazione dinamica dell’impianto di riscaldamento

N.B. Il metodo non è adatto alla valutazione delle prestazioni dei componenti in

presenza di ponti termici che presentano elevata inerzia termica

:

Verifica

Fenomeni igroscopici di superficie

Umidità superficiale critica

La condensa superficiale si forma quando:

•Tsi < Trug dell’aria interna

•ϕ relativa superficiale interna > 80% per lunghi periodi

( eccessiva umidità interna dipende da un bilancio sfavorevole tra la produzione di

vapor d’acqua e la rimozione del vapore dall’ambiente)

Rimedi

•Un’appropriata ventilazione è uno dei possibili rimedi per evitare il raggiungimento

dell’umidità superficiale critica (80%)

•Aumentare la T interna

•Abbassare l’umidità relativa interna

•Incrementare la circolazione d’aria vicino alla superficie

•Agire sulle caratteristiche termiche dell’involucro: incremento della resistenza

termica unitaria del componente che comporta un aumento della Tsi ed allontanamento

dalle condizioni di umidità superficiale critica


Per caratterizzare il comportamento di un componente edilizio, la norma ISO 13788

propone un parametro ossia IL FATTORE DI TEMPERATURA fRsi definito come

si e

Rsii e

T Tf

T T

Tsi è la Temperatura superficiale interna del componente dell’involucro.

Si dimostra che

compl sisi e

Rsii e compl

R RT Tf

T T R

in cui Rcompl è la resistenza complessiva unitaria della parete.


Per ciascun mese dell’anno: a)Definire la temperatura dell’aria esterna

b)Definire l’umidità esterna

c)Definire la temperatura interna

d) Calcolare l’umidità relativa interna (pvi) con le procedure descritte

e)Si calcola pvi/0.8 e si valuta la Temperatura di saturazione dell’acqua corrispondente al valore pvi/0.8

pvi/ϕ=pvs (Tsi) con ϕ=0.80

f) Si valuta quindi la Tsi critica corrispondente a ϕ=0.80 per ciascun mese dell’anno

e) Valutiamo il corrispondente fattore di temperatura, fRsi

f) Si ripete il calcolo mese per mese e si definisce mese critico il mese con più elevato valore di fRsi richiesto,

ossia fRsi max

g) Affinchè non si determini umidità superficiale critica, il componente edilizio deve essere progettato in modo

che risulti: fRsi, parete>fRsi max

Questo garantisce che la Tsi della parete è maggiore della Temperatura superficiale critica (cioè corrispondente al

raggiungimento di umidità superficiale dell’80%)

si eRsi

i e

T Tf

T T

Esempio 1

Calcolo fattore di temperatura minimo con classi di umidità


La UNI 10350 propone la verifica di una disuguaglianza equivalente.

La resistenza complessiva del componente edilizio deve verificare tale disuguaglianza:

si

compl max

RR

1 fRsi

La ISO 13788 propone le relazioni empiriche dell’Appendice E per valutare le psat

dell’acqua in funzione della T e le Tsat in funzione della pressione.

IPOTESI SEMPLIFICATIVE

Il metodo usato assume che l’umidità di costruzione si sia asciugata e non tiene conto di alcuni importanti fenomeni fisici, quali:

la dipendenza della conduttività termica dal contenuto di umidità;

lo scambio di calore latente;

la variazione delle proprietà dei materiali in funzione del contenuto di umidità;

la risalita capillare e il trasporto di acqua liquida all’interno dei materiali;

il moto dell’aria attraverso fessure o intercapedini;

la capacità igroscopica dei materiali.

Di conseguenza il metodo può essere applicato solo a strutture nelle quali questi effetti sono trascurabili.

Esempio verifica condensazione

superficiale

NORMA UNI 13788 - Definisce criteri di progettazione per

prevenire fenomeni di degrado FENOMENI IGROMETRICI DI SUPERFICIE E CONDENSAZIONE INTERSTIZIALE

Le cause la formazione della condensa possono schematicamente essere ricondotte a:

errori progettuali

inadeguato isolamento dei ponti termici;

conducibilità dei materiali in condizioni di esercizio diversa da quella nominale

spessori delle pareti troppo esigui;

inadeguato controllo dell'umidità relativa all'interno degli ambienti (persone, asciugatura, sviluppo di vapore dei bagni ecc.);

utilizzo di serramenti a elevata tenuta (senza provvedere nel contempo ai ricambi d'aria)

errori di installazione;

errata posa in opera degli isolanti;

spessore degli isolanti inferiore a quelli di progettazione

degrado dei materiali isolanti nel tempo;

impiego di intonaci plastici esterni (eliminano la traspirazione della parete);

mancata protezione delle murature in posa in opera (la parete non ha tempo e modo di asciugarsi a seguito del suo successivo veloce completamento);

impiego di tipologie di pareti che innescano fenomeni di condensa interstiziale

errori di conduzione

insufficiente ventilazione degli ambienti;

intermittenza del riscaldamento con raffreddamento soprattutto delle pareti esterne di notte e conseguenza l'accumulo di umidità

mancanza cappa di aspirazione in cucina

Condensazione Interstiziale

Diagramma di Glaser:

Ipotesi semplificative

Nella pratica edilizia le applicazioni sono rivolte più che altro a

verificare se all’interno di una parete avvenga o no condensazione

interstiziale piuttosto che a studiare dettagliatamente la trasmissione di

massa dell’acqua. A tale scopo, si può ricorrere ad un procedimento

grafico detto diagramma di Glaser che vale nelle ipotesi che:

la trasmissione di massa avvenga per sola diffusione;

il campo delle temperature e delle concentrazioni del vapore

d’acqua sia costante nel tempo ovvero che il sia regime stazionario;

le trasmissioni di energia e di massa si possano supporre

monodimensionale;

che ogni singolo materiale che compone la parete si possa

supporre omogeneo e isotropo e che le sue proprietà si possano

supporre indipendenti dalle variazioni di temperatura e di

concentrazione del vapore d’acqua.

Diagramma di Glaser

Per prevenire i danni causati dai fenomeni di condensa interstiziale è necessaria la verifica igrometrica, con il diagramma di Glaser, di ogni tipo di tamponamento esterno, solette di primo piano, di copertura, di logge rientranti, ecc.

Il diagramma si basa sulla rappresentazione dell’andamento delle pressioni parziali e della pressione di saturazione del vapore d’acqua all’interno della parete.

In genere, tale andamento si determina, per semplicità, stimando i valori delle suddette pressioni ad ogni interfaccia degli strati che compongono la parete e stimando un andamento lineare delle stesse all’interno di ogni strato.

Su tale diagramma si individuano le eventuali zone critiche nelle quali la pressione parziale risulta uguale o superiore alla pressione di saturazione ed il vapore condensa.

Diagramma di Glaser

Condizioni al contorno

Per poter eseguire lo studio del campo termico ed igrometrico che riguarda la parete, si devono definire le condizioni al contorno ovvero si devono determinare gli stati termodinamici assunti dall’aria negli ambienti che la parete separa.

Si utilizzano, in genere, le grandezze di stato temperatura e umidità relativa cosicché, posto che la parete sia una parete perimetrale,

lo stato dell’aria dell’ambiente interno è determinato dai valori ti e φi,

e quello dell’ambiente esterno è determinato dai valori te e φe.

Esempio:

Parete multistrato (andamento temperature)

Strato Descrizione Spessore

/m

Conducibilità

/(W/(m K))

1 (interno) Blocchi in

laterizio forato

0.08 0.4 5

2 Pannello in

fibre minerali

0.05 0.045 1

3 (esterno) Pannello in cls

armato

0.16 1.91 70

231 2

globi 1 2 3 e

s1 s s 1 m KR 1.56

h h W

2i i i

2e e e

t 20 C 50% h 8.1 W / (m K)

t 5 C 90% h 23.3 W / (m K)

2glob

1 WK 0.64

R m K

i e2

glob

t t Wq 16

R m

1 ii

12 1

1

23 2

2

34 3

3

e 4e

1t t q 18.03 C

h

st t q 14.83 C

st t q 2.94 C

st t q 4.29 C

1t t q 5.0 C

h

Interfaccia t/°C Pvs/Pa

i 20,00 2338

1 18.03 2063

2 14.83 1684

3 -2.94 480

4 -4.29 427

e -5.00 402

i i s,i

e e s,e

p p 1169 Pa

p p 362 Pa

31 2

1 2 3

29

tot

ss s m s PaZ 60.4 10

kg

i e 9

2tot

p p kgg 13.4 10

Z m s

12 1

p1

23 2

p2

34 3

p3

sp p g 1141 Pa

sp p g 1137 Pa

sp p g 362 Pa

Esempio:

Parete multistrato (andamento pressioni)

Norma UNI EN ISO 13788:2003

Calcolo della condensazione interstiziale

La norma fornisce un metodo per calcolare il bilancio di vapore annuale e la massima quantità di umidità accumulata dovuta alla condensazione interstiziale.

Il metodo, che si basa sull’uso del diagramma di Glaser, deve essere considerato come uno strumento di valutazione piuttosto che di previsione accurata. Esso infatti permette di confrontare soluzioni costruttive diverse e di verificare gli effetti delle modifiche apportate alla struttura.

Il metodo assume che:

l’umidità di costruzione si sia asciugata;

le proprietà termofisiche dei materiali siano costanti (con l’umidità e la temperatura);

l’ igroscopicità dei materiali, l’assorbimento capillare ed il trasporto di acqua liquida siano trascurabili;

non vi siano movimenti dell’aria attraverso fessure o intercapedini

il trasporto di vapore sia monodimensionale;

le condizioni climatiche al contorno siano costanti nel periodo mensile e gli effetti delle radiazioni termiche siano trascurabili.



Temperatura interna degli ambienti

Per edifici destinati ad abitazione e simili, in assenza di più specifiche informazioni, la norma suggerisce i seguenti valori della temperatura interna:

ϑi= 20 °C nei mesi in cui è in funzione l'impianto di riscaldamento;

ϑi= 18 °C nei mesi in cui l'impianto di riscaldamento non è in funzione, ma la temperatura esterna media mensile è < 18 °C;

ϑi = ϑe nei mesi in cui la temperatura esterna media mensile è ≥ 18 °C.

Per edifici destinati ad altri utilizzi la temperatura interna deve essere valutata caso per caso, coerentemente con le condizioni d'uso prevedibili o accertabili.



CASO A: non si trova condensazione in nessuno dei dodici mesi,

ed allora si assume che il componente sia esente da fenomeni di condensazione interstiziale;

CASO B: si trova condensazione in uno dei dodici mesi

si individua il mese di partenza della condensazione,

si calcola la condensa accumulata complessivamente nell’anno,

si verifica che la massa accumulata sia inferiore ad un valore limite (500 g/m2)

si verifica che la massa accumulata sia inferiore a quella evaporata



Distribuzione di q, ps e pv

Per ogni mese e per ogni interfaccia j tra i materiali:

a) si calcola la temperatura in base a:

b) si calcola la pressione di saturazione del vapore in base a:

c) si calcola la pressione del vapore in base a:



MESE DI INIZIO CONDENSAZIONE

A partire dal primo mese in cui è prevista condensazione, vengono considerate le condizioni medie mensili esterne per calcolare la quantità di acqua condensata o evaporata in ciascuno dei dodici mesi dell’anno.

Nel caso di climi non tropicali è possibile individuare il mese di partenza scegliendo il mese antecedente il periodo invernale, in caso contrario è possibile iterativamente procedere a ritroso dal mese in cui si è riscontrato il fenomeno di condensazione fino ad individuare il mese in cui non si verifica tale fenomeno)



Condensazione

Se la pressione parziale del vapore

supera in una qualsiasi interfaccia la

pressione di saturazione, si ritracciano le

pressioni parziali del vapore come

segmenti di retta tangenti al profilo della

pressione di saturazione nell’interfaccia

di condensa (senza oltrepassarla).

Si calcola il valore il flusso specifico di

acqua condensata.

Nota: Se si verifica condensazione in più di

un’interfaccia, occorre valutare le quantità di condensa

separatamente su ciascuna interfaccia.

0d

p

s s s

Spessore equivalente di aria per la

diffusione del vapore:

La ISO 13788 prescrive che gli strati con maggiore resistenza

termica (ad esempio gli strati di isolante), vengano suddivisi in

sottostrati con resistenza unitaria non superiore a 0.25 m2K/W.



Evaporazione

In presenza di condensa, accumulata nei mesi precedenti, in una o più interfacce, la pressione parziale del vapore deve essere uguale a quella di saturazione e il profilo della pressione parziale del vapore deve essere ritracciato con segmenti di retta tra la pressione parziale del vapore interna, quella in corrispondenza dell’interfaccia di condensazione, quella del vapore esterna.

Si calcola il valore il flusso specifico di evaporazione e quindi la massa specifica evaporata. Il risultato assume valore negativo.

gevap

Norma UNI 10350


Condensazione

Se la pressione parziale del vapore

supera in uno strato la pressione di

saturazione, nello strato che presenta

condensa il valore della pressione

parziale del vapore deve essere posto

pari al valore di saturazione.

Si calcola il valore il flusso specifico di

acqua condensata.

Il flusso g indica acqua condensata se

positivo ed acqua (condensa) evaporata

se negativo.

Andamento delle pressione calcolate e modificate in presenza di

condensa interstiziale in uno strato di una parete multistrato.

Norma UNI 10350


Evaporazione

Andamento delle pressioni in fase di evaporazione della condensa da uno strato di una parete multistrato.



Verifica della quantità limite di condensa ammissibile alla fine del periodo di condensazione In assenza di specifiche informazioni, la quantità ammissibile di condensa

presente in ciascun elemento alla fine del periodo di condensazione non deve superare i limiti riportati in tabella.

In ogni caso la quantità di condensa non può superare il limite di 500 g/m2.

Tutta la condensa formatasi all’interno di un elemento al termine del periodo invernale dovrà sempre evaporare prima dell’inizio della successiva stagione di riscaldamento.

Verifica condensa interstiziale

Correzione cause di condensa

Per poter eliminare il fenomeno della condensa è possibile:

Modificare il microclima interno mediante: ventilazione interna o

deumidificazione;

Modificare le strutture non idonee attraverso:

la modifica dell’andamento delle pressioni parziali di vapore saturo pvs

agendo sull’andamento della temperatura sulla parete ovvero

sull’isolamento termico;

la modifica dell’andamento delle pressioni parziali pv diminuendo la

permeanza al vapore ovvero introducendo una barriera al vapore;

l’Introduzione di intercapedini ventilate smaltendo la condensa che si

forma;

Correzione condensa:

Isolamento termico pareti

Assicurare un idoneo isolamento

termico delle pareti per mantenere la

temperatura superficiale interna al

di sopra del valore limite di tsi

In particolare è possibile disporre,

verso il lato esterno degli strati

caratterizzati da maggiore resistenza

termica R

S Se la parete

comprende uno

strato di materiale

isolante, si cercherà

di mantenere la

continuità di tale

strato anche in

corrispondenza del

nodo strutturale


Ventilazione - deumidificazione

Assicurare una sufficiente

ventilazione o deumidificazione

degli ambienti interni per ridurre

la concentrazione di vapore pvi


Pareti ventilate

Al fine di aumentare la

possibilità di

smaltimento dell'acqua

condensata è anche

possibile prevedere

un'opportuna

ventilazione con aria

esterna della zona

interessata alla

condensazione


Barriera al vapore E’ evidente pertanto che la condensazione interstiziale sarebbe sempre da

evitare, cosa che si può fare progettando opportunamente la parete ed eventualmente introducendo in essa materiali con bassissima permeabilità al vapor d’acqua. Questi materiali, che vengono utilizzati in strati di spessore piccolissimo che prendono il nome corrente di barriere al vapore.

In ogni caso l'adozione di barriera al vapore deve essere sempre valutata con molta cautela, in quanto può essere causa di inconvenienti tra cui:

una riduzione dell'asciugamento estivo;

una impossibilità di smaltimento della condensa accumulata all’atto della costruzione (getti in opera) specie nelle strutture con impermeabilizzazione sul lato esterno;

una degradazione nel tempo delle sue caratteristiche.

In genere se la quantità di condensa formatasi risulta ammissibile, per una ulteriore riduzione, è sconsigliabile porre in opera uno strato barriera al vapore; è auspicabile invece una più accurata progettazione dell’involucro edilizio.

.


Barriera al vapore Tale strato deve produrre una caduta di pressione tale far scendere la pressione parziale del vapore pv,2, prima dello strato

coibente, a valori inferiori di quello della pressione di saturazione dopo lo stesso strato (pS,3 = 480 Pa).

Nel nuovo diagramma pv,2 tenderà a crescere perché gran parte della totale differenza di pressione sarà costituita dalla c. d. p. sulla barriera, quindi assumiamo il caso peggiore e poniamo: pv,2 pv,i =1169 Pa. La c. d. p. che la barriera deve realizzare, è pari a pv,2 - pS,3 = (1169-480) Pa = 689 Pa, che rappresenta la frazione della totale differenza di pressione pari a:

La resistenza richiesta alla barriera al vapore è molto elevata e si può ottenere con un foglio di alluminio incollato sulla faccia calda dell'isolante e rivestito con un foglio di polietilene, la resistenza è 440·109 m2sPa/kg e lo spessore complessivo della barriera è circa 50 m.

Tale spessore è trascurabile pertanto non viene alterata la resistenza termica della parete, quindi la distribuzione delle temperature resta uguale a quella precedente, perciò le pressioni di saturazione non cambiano. Invece la distribuzione delle pressioni parziali viene modificata poiché la resistenza aggiunta ha un valore molto grande rispetto a quella della parete senza barriera.

BV1169 480

f 0.851169 362

29

BVm s Pa

Z 413 10kg

2

3

4

p 1166 Pa

p 456 Pa

p 456 Pa

29

tot,new tot BVm s Pa

Z Z Z 500.4 10kg

pre

ssio

ne/

Pa

ascissa/m

BVBV

BV tot

Zf

Z z

pre

ssio

ne/

Pa

ascissa/m

ascissa/m

pre

ssio

ne/

Pa


Barriera al vapore

Normativa Tecnica

NORMA

TITOLO

UNI EN ISO 13788:2001

Temperatura superficiale interna per evitare l’umidità

superficiale critica e condensazione interstiziale

Metodo di calcolo

UNI EN ISO 10456:2008

Materiali e prodotti per edilizia - Proprietà igrometriche – Valori tabulati di

progetto e procedimenti per la determinazione dei valori termici dichiarati

e di progetto

ISO 12572 Hygrothermal performance of building materials and products -

Determination of water vapour transmission properties

UNI EN ISO 15927-1 Prestazione termoigrometrica degli edifici - Calcolo e presentazione dei

dati climatici - Medie mensili dei singoli elementi meteorologici

UNI 10351: 1994 Materiali da costruzione. Conduttività termica e permeabilità al vapore.

UNI EN 12524: 2001

(RITIRATA e sostituita da UNI

EN ISO 10456)

Materiali e prodotti per edilizia - Proprietà igrometriche - Valori tabulati di

progetto

http://www.uni.com/

http://www.iso.ch/iso/en/ISOOnline.frontpage

Corso di Energetica degli Edifici - · PDF file(UNI EN ISO 10456:2008) ... Introduzione alla...

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