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di: Enrico De Angelis, Andrea Giovanni Maininidipartimento BEST - POLITECNICO DI MILANO

PONTI TERMICI DISPERDIMENTI E TECNOLOGIE

Cosa sono i ponti termici

• Il concetto di ponte termico si introduce per due motivi:� QUALITATIVO : per indicare le parti dell’involucro

in cui si ha un FORTE DISPERDIMENTO di calore, a parità di differenza di Temperatura

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Enrico De Angelis, Andrea Giovanni Mainini

� QUANTITATIVO : per ricordare che i disperdimentitra due ambienti a temperatura costante possono essere stimati con le TRASMITTANZE TERMICHE PIANE se e solo se le superfici che separano i due ambienti sono piane e, anche in corrispondenza dei bordi non vi è alcuna modifica delle linee di flusso

I ponti termici: un problema doppio:

•Il problema del termotecnico , in senso stretto, è determinare i disperdimenti (da cui fabbisogno e carichi termici) in maniera corretta:

� Il calcolo dei disperdimenti si continua a fare con le trasmittanzetermiche piane

� Poi queste vengono “corrette” o si corregge il risultato aggiungendo i “contributi dei ponti termici” (che altro non solo che fattori di correzione delle imprecisioni dovute alla sottostima o

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fattori di correzione delle imprecisioni dovute alla sottostima o sovrastima dei flussi in corrispondenza dei punti singolari) o delle reti di distribuzione.

•Il problema del progettista edile è concepire (e far realizzare) involucri che minimizzino il peso dei “problemi” causati dai ponti termici:

� Incremento locale dei flussi termici (e quindi dei disperdimenti)� Eterogeneità delle temperature superficiali (e rischi di

condensazione o condensazione differenziata)

I ponti termici (qualitativamente parlando)

• Sono essenzialmente delle discontinuità delle prestazioni di isolamento o, meglio, le zone in cui il flusso termico specifico è superiore. Può succedere per:� Eterogeneità di forma

angoli (le pareti si articolano fra loro nello spazio tridimensionale per delimitare gli ambienti definendo

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delimitare gli ambienti definendo angoli) rientranze, lesene …

� Eterogeneità di strutturadisomogeneità di conduttività nei componenti: pilastri in calcestruzzo all’ interno di murature in laterizi, camere d’aria, giunti di malta

http://www.coverd.it

Altri “ponti termici apparenti”: moti convettivi

• Non è un problema molto diffuso con le nostre tecnologie ma più si isola più è importante tenere sotto controllo la permeabilità degli strati e i possibili moti convettivi interni. Di solito di questi si tiene conto peggiorando le caratteristiche di conduttività dei materiali

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Altri “ponti termici apparenti”

• Dove ci sono variazioni delle condizioni al contorno, tipicamente in corrispondenza dei terminali dell’impianto di riscaldamento (ma anche delle tubazioni), c’è un

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delle tubazioni), c’è un aumento del flusso rispetto a condizioni standard.

Altri ponti termici “puntuali”

• I ponti termici prodotti dai fissaggi puntuali sono così “piccoli” (ma non trascurabili!) da venire solitamente considerati direttamente nel

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direttamente nel calcolodelle trasmittanze piane(vedere UNI EN ISO 6946)

Copertura

• Un altro punto “critico” per elementi strutturali e per attraversamenti impiantistici (almeno i pluviali, nelle

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i pluviali, nelle coperture piane)

I problemi dei ponti termici

• I problemi indotti dall’eterogeneità del flusso sono di quattro tipi:� Aumento del flusso energetico (non

necessariamente significativo)� Riduzione della temperatura superficiale delle

parti interne dell’involucro e formazione di

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parti interne dell’involucro e formazione di condensa superficiale

� Riduzione della temperatura interna ad una parete, solaio, copertura confinante con l’esterno e formazione di condensa interstiziale

� Variazione (aumento in certi punti) della temperatura superficiale esterna

Condensa superficiale

• Significa crescita di muffe e degrado delle finiture.

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http://www.physibel.be/trisco_ex.htm

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La convenzione della trasmittanza lineare

• Prendiamo il caso più semplice dell’eterogeneità di materiale in una parete piana, come la seguente:

Ambiente 1

Ambiente 2

materiale A

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Ambiente 2 materiale B



Ambiente 1

Ambiente 2

Se la conduttività dei materiali A e B è la stessa, la parete si comporta come una parete omogenea:

• Le linee di flussosono parallele

materiale A

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Ambiente 2sono parallelemateriale B



Ambiente 1

Ambiente 2

Se la conduttività dei materiali A e B è la stessa, la parete si comporta come una parete omogenea:

• Le linee di flusso sono parallele

materiale A

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Ambiente 2parallele• Le isoterme

sono parallele

materiale B



Ambiente 1

Ambiente 2

Se la conduttività dei materiali A e B è diversa,allora linee di flusso e isoterme sono soggette a deviazioni come le seguenti (λA<λB)

materiale A

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Ambiente 2 materiale B



Confrontiamo il flusso calcolato trascurando il ponte termico Φnopt con quello calcolato correttamente Φpt

Se la differenza tra i duepuò essere riportata ad

Φnopt

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una qualche “quantità” …... per esempio:se l’eterogeneità si sviluppauniformenente in sezione,posso correlare la differenzadi flusso alla lunghezzadel ponte termico

Φpt



Confrontiamo dunque le due quantità e la loro differenza (Φpt – Φnopt)

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Φnopt= U x S x ∆T

Φpt



Definisco trasmittanza lineare il coefficiente di correzione:

ψ = (Φpt – Φnopt)/(Lx∆T)

In quanto, se lo conosco, posso calcolare il flusso attraverso la parete con

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Φnopt Φpt

L L

attraverso la parete con ponte termico come:

Φpt = Φnopt + ψxLx∆T



Definisco trasmittanza lineare il coefficiente di correzione:

ψ = (Φpt – Φnopt)/(Lx∆T)

In quanto, se lo conosco, posso calcolare il flusso attraverso la parete con

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Φnopt Φpt

L L

attraverso la parete con ponte termico come:

Φpt = Φnopt + ψxLx∆T

Diciamolo diversamente:

Φcorretto//∆T = U x S + ψxL

La UNI EN ISO 14683

• Fornisce dei valori dei coefficienti correttivi anche molto cautelativi, per le tecnologie costruttive italiane.� Pareti perimetrali ad isolamento concentrato d = 0,3 m

� Con trasmittanza termica U = 0,343 W/(m2K)� Con strati di isolante con resistenza termica R = 2,5 m2K/W

� Pareti a isolamento diffuso: U = 0,375 W/(m2K)� Pareti interne d=0,20

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� Pareti interne d=0,20� Solai, spessore d = 0,15 m, in calcestruzzo pieno

con λcls = 2,0 W/(m · K)� Coperture con trasmittanza termica U = 0,365 W/(m2·K) e

resistenza termica dello strato isolante R = 2,5 (m2·K)/W� Pilastri: d = 0,3 m, in calcestruzzo pieno con λcls = 2,0 W/(m · K)� Telai dei serramenti d = 0,06 m

Suddivisione Ponti Termici UNI EN ISO 14683

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UNI EN ISO 14683:2008

• Dettaglio del solaio intermedio � Isolante concentrato in uno strato centrale

interno alla parete perimetrale.� Ponte termico non controllato

• Il valore del coefficiente correttivo è pari a:� Ψe = 0,80 (W/K) se si considera l’intera

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� Ψe = 0,80 (W/K) se si considera l’intera superficie esterna disperdente

� Ψi = 0,90 (W/K) se si considerala superficie interna disperdente

• Che succede se isolo il frontalino? Poco � Ψf = 0,60 (W/K)� Ψi = 0,65 (W/K)

• Pilastri in parete piana (non d’angolo):• Muro a cassetta:

� Ψi = Ψe = 1,20 (W/K)

• Isolamento interno:� Ψi = Ψe = 1,05 (W/K)

UNI EN ISO 14683:2008 23


� Ψi = Ψe = 1,05 (W/K)

• Isolamento distribuito:� Ψi = Ψe = 0,90 (W/K)

• Copertura • Parete a cassetta e isolamento

estradosso non continuo:� Ψe = 0,50 (W/K) � Ψi = 0,65 (W/K)

UNI EN ISO 14683:2008 24


� Ψi = 0,65 (W/K)

• Se l’isolamento è interno� Ψe = 0,40 (W/K)� Ψi = 0,55 (W/K)

• ANGOLI (senza pilastri) verso l’interno:• Isolamento centrale:

� Ψe = - 0,10 (W/K) � Ψi = + 0,10 (W/K)

• Se l’isolamento è esterno:

int

UNI EN ISO 14683:2008 25


� Ψe = - 0,05 (W/K) � Ψi = + 0,15 (W/K)

• Se l’isolamento è interno:� Ψe = - 0,20 (W/K) � Ψi = + 0,05 (W/K)

int

int

• Serramenti • Paramento esterno e interno

della muratura continui:� Ψe = Ψi = 0,65 (W/K)

UNI EN ISO 14683:2008 26


• Se la parete è considerata isolante dipende dalla posizione del serramento:� Ψe = Ψi = 0,05 (W/K)

La norma svizzera

• L’ufficio federale per l’energia elvetico ha prodotto una serie di documenti utili a comprendere l’influenza dei ponti termici nella determinazione dei disperdimenti per trasmissione.

• Il documento è assai completo e utile anche per le nostre tecnologie costruttive. Quanto segue è relativo alla correzione per il ponte termico del solaio interno per due tipologie di parete isolata internamente

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Da: Ponts Thermiques (Ufficio federale dell’energia Svizzero – OFEN)

La norma svizzera

• Copertura con isolamento non continuo di parete isolata internamente

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La norma svizzera

• Stessa configurazione della precedente, con rientro dell’isolamento verso l’interno, all’intradosso

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La norma svizzera

• Ovviamente se l’isolamento della copertura è all’interno ed è continuo, visto che calcolo i disperdimento secondo la superficie esterna …

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Obiettivo dell’intervento

� Dimostrare che i ponti termici, se non controllati, ma anche se controllati “poco”), hanno un impatto notevole sui disperdi-menti e sul fabbisogno energetico di riscaldamento (oggetto di certificazione) e di climatizzazione, in generale.

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climatizzazione, in generale.

� Fornire una regola per capire di “quanto” i ponti termici debbano essere controllati

Quanto pesano i ponti termici?

•Studiamo una tipologia residenziale comune, un edificio in linea libero sui quattro lati, di taglio medio:

� 90-100 m2 netti per appartamento, due per piano� Spessore parete perimetrale 0.40 m� Interasse strutturale: 5.8 x 4.0 m� Un bagno centrale in aspirazione

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� Un bagno centrale in aspirazione� No balconi, facciata semplice� Profondità. corpo di fabbrica 12.3 m� Solaio inferiore su spazi aperti� Copertura piana� Serramenti di altezza pari a 1.5 m e superficie tale da

garantire un rapporto aeroilluminante di 1/10

33Calcoliamo i disperdimenti dimenticando PT

Supponiamo che le trasmittanze termiche siano quelle sotto elencate (Umedia = 0,42 W/m2K).Ad esse corrisponde un coeff. di disperdimento per trasmissione pari a circa 500 W/K


S U Ft Htparete perimetrale verticale 527.0 0.30 1.0 158.1

parete interna verso scale 130.6 0.80 0.5 52.2finestre 57.6 2.20 1.0 126.7

porte di accesso 11.3 1.00 1.0 11.3copertura 227.5 0.30 1.0 68.3

solaio inferiore 227.5 0.33 1.0 75.1

totale involucro 1181.5 491.7

Distribuzione percentuale

Distribuzionedelle superfici disperdenti

copertura

solaio inferiore

porte di accesso

finestre

parete interna verso scale

parete perimetrale

verticale

S%parete perimetrale verticale 45%

parete interna verso scale 11%finestre 5%

porte di accesso 1%copertura 19%

solaio inferiore 19%

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Distribuzione dei disp.per trasmissione (no PT)

verso scale

copertura

solaio inferiore

porte di accesso

finestre parete interna verso scale

parete perimetrale

verticaleH%parete perimetrale verticale 32%

parete interna verso scale 11%finestre 26%

porte di accesso 2%copertura 14%

solaio inferiore 15%

Le dispersioni attraverso i ponti termici

Con rif. alla UNI EN ISO 14683 (dove possib.):

� Pilastro in sezione corrente e parete perimetrale a cassetta con isolamento interposto: Ψe = 1,20 (W/K)

� Pilastro in angolo verso esterno e parete perimetrale a cassetta con

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isolamento interposto: Ψe = 0,30 (W/K) � Pilastro in angolo vs interno: Ψe = 0,60

� Solaio in CA che interrompe l’isolante della parete perimetrale a cassetta:� Ψe = 0,95 (W/K)

� Stesso valore per balcone e solaio a sbalzo (scala)


Facciamo i conti secondo la UNI EN ISO 14683 (dove è possibile)

� Copertura piana isolata con isolante discontinuo: Ψe = 0,50 (W/K)

� Ipotizziamo che il solaio inferiore sia

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� Ipotizziamo che il solaio inferiore sia fatto alla stessa maniera …

� Serramento: Ψe = 1,00 (W/K)


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Ponti termicilungh.(m)

ψψψψ(W/mK)

btr,x (-)Ht. Pt

(W/K)Parete-solaio vs. esterno 126.2 0.95 1.0 119.9Parete-solaio vs. scala 28.2 0.95 0.5 13.4Parete-copertura 63.1 0.50 1.0 31.55Parete-solaio inferiore 63.1 0.50 1.0 31.55Vano scala-copertura 14.1 0.5 0.5 3.5Vano scala-solaio inf. 14.1 0.5 0.5 3.5Pilastri in parete perim. 74.1 1.20 1.0 88.9Pilastri d'angolo vs.est. 55.6 0.30 1.0 16.68Pilastri d'angolo vs.int. 18.5 0.60 0.5 5.55Serramenti 172.8 1.00 1.0 172.8

Totale ponti termici 629,8 487.4

I disperdimenti per trasmissione

ponti termici parete perimetrale

verticale


finestre

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finestre

porte di accesso

solaio inferiore

copertura

DispersioniHt. Pt

(W/K)Chiusure perimetrali 491.7Ponti termici 487.4

Ψe medio = 0.8 [ W/mK ]

Vediamo che succede se …

•… se miglioriamo il controllo dei ponti termici, imponendo per esempio che ψe= 0.60 W/mK):


parete perimetrale

verticale

ponti termici

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coperturasolaio inferiore

porte di accesso

finestre

… e se …

•… Il grafico che segue è calcolato per ψ= 0.25W/mK):

parete perimetrale

verticaleponti termici

40


copertura

solaio inferiore

porte di accesso

finestre


Facciamo ancora qualche conto

Supponiamo che ci sia, ogni 5 m di facciata, un pilastro non isolato e un serramento di 3,13 m2 (2,0 x 1,56 con un perimetro di 7,13 m).

Il flusso per campitura di parete opaca è pari a:� Parete: 0,34 x (15 – 3,15) = 4,04 (W/K)� PT-Pilastro 1,3 x 3 = 3,9 (W/K)� PT-Trave 0,8 x 5,0 = 4,0 (W/K)� PT-Serramento 0,65 x 7,13 = 4,6 (W/K)

3,0

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� TOTALE: 16,57 W/K

La trasmittanza media della solaparte opaca è: 1,39 W/m 2K !!!!!!!!!!!!

Se il serramento ha una U=2,2 W/m2K la trasmittanza media di tutta la facciata è 1,56 (W/m2K)(contro 0,73 W/m2K trascurando completamente i PONTI TERMICIe 0,78 W/m2K peggiorando la trasmittanza termica della parete del 20%) LA META’

5,0

I disperdimenti totali

: rapporto superficie/volume (lordi) (m-1) S V

U =Ui ⋅ Si∑

Si∑

ψ =ψi ⋅ Li∑

Li∑

H g

Vtot

= 0,34 ⋅ Vi

Vtot

⋅ n + U +ψ ⋅ Ltot

Stot

⋅

Stot

Vtot

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: rapporto superficie/volume (lordi) (m-1)

: porzione di volume netta interna (-): si tratta di un parametro che varia in funzione della tecnologia adottata

: estensione dei punti singolari sull’involucro, rapportata alla superficie totale (m-1), che chiameremo “rapporto lunghezza/superficie”

Stot Vtot

Vi Vtot = (1−κ )

Ltot Stot

Correlazione tra S/V e L/S

0.550

0.600

0.650

Edificio a 3 piani Edificio a 4 piani Edificio a 5 piani Edificio a 6 piani Edificio a 7 piani

Numero di piani crescente

Ltot Stot

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0.450

0.500

0.550

0.300 0.350 0.400 0.450 0.500 0-550 S/V (1/m)

Numero di lotti affiancati crescente da 10 a 100 m di sviluppo circa

Stot Vtot

Ponti termici e disperdimenti

U

U

� se non è superiore a 1,0 W/m2K (edificio isolato anni ’90), è sufficiente che ψ medio sia intorno a 0,20 W/mK perché l’incremento complessivo dei disperdimenti per trasmissione sia inferiore al 10%. In questo caso l’influenza della ventilazione è piccola …

� se è molto basso (0,5 W/m2K è la media di un edificio “un po’ meglio della norma” attuale”), ψ deve essere inferiore a 0,08

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U

po’ meglio della norma” attuale”), ψ deve essere inferiore a 0,08W/mK, per garantire lo stesso obiettivo. In questo caso la ventilazione influisce leggermente e basta uno 0,10 W/Km per contenere l’incremento dei disperdimenti totali entro il 10%

� se è dell’ordine di grandezza di 0,25 W/m2K (casa passiva), allora ψ deve essere contenuto entro valori inferiori a 0,05 W/mK(ma dei disperdimenti totali sarà circa il 5%, perché la ventilazione non meccanizzata e senza scambiatore incide quasi del 50% sul totale)

Valori della trasmittanza lineare

Nel caso di sistemi isolati (U<1,0 W/m2K), le eterogeneità dell’involucro possono avere un peso molto grande sui disperdimenti, se non controllate e, per edifici “normali”, per i ponti termici lineari, che sono i più diffusi, si potrebbe classificare i dettagli in funzione della trasmittanza lineare che li caratterizza:

� dettagli “non controllati”: ψψψψe = = = = 0,50÷1,20 (W/mK) ( “vietati ” e di fatto lo sarebbero se si facessero i conti!

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� dettagli “mediamente-scarsamente controllati”:ψψψψe = = = = 0,20÷0,50 (W/mK)PRATICAMENTE OBBLIGATORI PER EVITARE CONDENSA

� dettagli “controllati”: ψψψψe < 0,20 (W/mK)una specie di CLASSE B dei dettagli costruttivi

� dettagli “da casa passiva”: 0,05 (W/mK)la CLASSE A dei dettagli costruttivi

� ψψψψe < 0,01: la CLASSE A+

I dettagli costruttivi e le loro prestazioni

Pilastro d’angolo verso l’esterno non isolato (no ISO 14683)

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I dettagli costruttivi e le loro prestazioni

Pilastro d’angolo verso l’interno e verso l’esterno isolato

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Pilastro in sezione corrente

I dettagli costruttivi e le loro prestazioni 48


solaio



Solaio di copertura



Trasmittanza media e dispersioni

Trasmittanze Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5

Vediamo, per le seguenti cinque configurazioni di involucro opaco (alla stessa trasmittanza) e trasparente, per l’edificio ideale di riferimento, l’andamento dei disperdimenti annui per unità di superficie utile, nel sito climatico Milano (2404 GG ai sensi del DM 412-94).

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Trasmittanze [W/m2K]

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5

Parete 0.130 0.193 0.255 0.315 0.375

Serramento 1.30 1.60 1.90 2.20 2.20

Media 0.21 0.28 0.36 0.43 0.67

Incidenza dei ponti termici sui disperdimenti

Al variare della configurazione di parete, nell’ipotesi di ponte termico non controllato, per l’edificio esaminato, ventilazione compresa

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LBNL-THERM Ver. 6.2 – 5.2 53

• THERM versione 6.2 e 5.2 • Download diretto da:• http://windows.lbl.gov/software/

therm/therm.html

• Documentazione:


• Documentazione:• http://windows.lbl.gov/software/th

erm/52/THERM52_docs.htm

Casi particolari 1 54


[FONTE: F. Re Cecconi, M. Antonini, A.G. Mainini, Banca dati dei dettagli esecutivi, Maggioli, 2009]

NODOSOLAIO – PARETE

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SOLAIO – PARETE PERIMETRALE

Caso Base_Isolamento 12 cm 58

Uparete = 0.241 [W/m2K]

ψψψψ= 0.66 [W/mK]


Caso 01_Isolamento 8 cm 59




Caso 02_Isolamento 5 cm 60




Caso 03_Solaio non alleggerito 61




Caso 04_Isolamento solaio /1 62




Caso 04_Isolamento solaio /2 63




Caso 06_Isolamento Bordo_fibra di legno 3 cm

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Caso 07_Isolamento Bordo_fibra di legno 5 cm

65




Caso 08_Isolamento Bordo_polistirene 3 cm 66




Caso 09_Isolamento Bordo_polistirene 5 cm 67




Caso 10_Isolamento inferiore solaio 68




Caso 11_Isolamento a cappotto 8 cm 69




Caso 12_Isolamento a cappotto 12 cm 70




Caso 13_Isolamento completo trave 71




Tabella Riassuntiva risultati 72


Due o tre dimensioni?

• ATTENZIONE:In realtà l’angolo ha una complessità tridimensionale!!

• La scelta di analizzarlo

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• La scelta di analizzarlo in 2D è una semplificazione(piuttosto ragionevole, però)

SOFTWARE 3D

•Ha senso?� In fase di predimensionamento

(progettazione di massima) non serve, bastano i coefficienti della ISO 14683

� In fase di verifica finale (certificazione ) può aver SENSO,

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(certificazione ) può aver SENSO, soprattutto se i dettagli sono male isolati: la norma ISO 14683 è molto a favore di sicurezza per casi non drammaticamente sconci

� In fase di messa a punto di una soluzione tecnica può rivelarsi FONDAMENTALE

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[AnTherm]

Conclusioni

� I ponti termici non controllati possono avere un incidenza straordinaria sui disperdimenti finali

� Se si vuole contenere entro valori ragionevoli la loro incidenza sui disperdimenti (o sul fabbisogno), è possibile porsi un obiettivo di controllo della trasmittanza termica lineare media dei ponti termici entro valori che dipenderanno dalla trasmittanza termica media dell’involucro e il suo tasso di ventilazione.

� L’utilizzo della norma ISO 14683 è utile per delle verifiche iniziali

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� L’utilizzo della norma ISO 14683 è utile per delle verifiche iniziali (progetto preliminare) della fattibilità di una prestazione energetica obiettivo ed è - ovviamente - tanto meno efficace quanto più ci si allontana dalla configurazione di involucro utilizzata per l’abaco che essa contiene.

� L’ottimizzazione di un sistema di involucro edilizio non può non basarsi su analisi “avanzate” delle sue prestazioni energetiche, utilizzando modelli agli elementi finiti dei flussi termici che li attraversano.

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