Il calcolo dei ponti termici alla luce della attuale ... · ISO 10211:2008, UNI EN ISO 6946:2008 e...

Ph.D. Ing. Riccardo Farina

Ingegnere Meccanico - Dottore di Ricerca in Ingegneria dei Sistemi

Ordine degli Ingegneri della Provincia di Roma n. 22912 sezione A

[email protected]

Il calcolo dei ponti termici alla luce della attuale normativa in

tema di prestazioni energetiche degli edifici

IL CAPPOTTO ESTERNO, LA GESTIONE DEGLI IMPIANTI E LA VERIFICA

DELLE PRESTAZIONI OTTENUTE

Regole e parametri per realizzare un’abitazione a basso consumo in regime mediterraneo

12 dicembre 2016

Ph.D. Ing. Riccardo Farina12 dicembre 2016 2

• Il bilancio energetico dell’edificio

• Lo scambio di energia termica per trasmissione

• I ponti termici

• definizione

• modalità di calcolo

• trasmittanza U vs. trasmittanza ψ

• Il decreto “requisiti minimi”

• Le verifiche termoigrometriche

SOMMARIO


Energia p

rimaria p

er riscald

amen

to e acq

ua

calda san

itaria

Scamb

i term

ici per

trasmissio

ne

Scamb

i termici

per ven

tilazion

e

Scambio termico totale

Fabbisogno ideale di energia

termica per riscaldamento

Apporti termici totali

Apporti termici

utilizzabili

Apporti termici interni

Apporti termici solari dei componenti vetrati

Apporti termici non utilizzabili

Apporti termici dagli occupantiA

pp

orti term

ici dalle

app

arecchiatu

re

Fabbisogno di energia per acqua calda sanitaria

Perdite tecnicheEnergia recuperata


termica per riscaldamento e acqua calda

sanitaria

Fabbisogno globale di energia

primaria per riscaldamento e acqua calda

sanitaria

Confine dell’ambiente climatizzato

Il bilancio energetico dell’edificio per il riscaldamento

Apporti termici solari dei

componenti opachi



Energia p

rimaria p

er riscald

amen

to e acq

ua

calda san

itaria



Fabbisogno

ideale di

energia

termica per

riscaldamento

Apporti termici

utilizzabili


Ap

po

rti termici d

alle ap

parecch

iature





sanitaria



sanitaria


Apporti termici dagli occupanti

La specifica tecnica nazionale UNI/TS 11300-1

Scamb

i term

ici per

trasmissio

ne

Scamb

i termici

per ven

tilazion

eApporti termici non utilizzabili


componenti opachi





En

erg

ia p

rima

ria p

er

riscald

am

en

to e

acq

ua

cald

a sa

nita

ria



termica per riscaldamento


Apporti termici

utilizzabili


Apporti termici dagli occupantiA

pp

orti term

ici dalle

app

arecchiatu

re



sanitaria



sanitaria


La specifica tecnica nazionale UNI/TS 11300-2

Scamb

i term

ici per

trasmissio

ne

Scamb

i termici

per ven

tilazion

eApporti termici non utilizzabili


componenti opachi


Lo scambio di energia termica per trasmissione nel caso di riscaldamento

dove:

Htr,adj è il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione della zona considerata [W/K];

θint,set,H è la temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona considerata [°C] (pari a 20°C per gli edifici residenziali);

θe è la temperatura esterna media del mese considerato [°C];

t è la durata del mese considerato o della frazione di mese [Ms];

Qr è lo scambio termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste [MJ];

Qr,u è lo scambio termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste dagli ambienti non climatizzati adiacenti [MJ];

Qsol,op è l’apporto di energia termica dovuto alla radiazione solare incidente sui componenti opachi [MJ].

QH,tr = Htr,adj × (θint,set,H – θe) × t ++ Qr + Qr,u – Qsol,op


Lo scambio termico per trasmissione

Htr,adj = HD + HU + Hg + HA [W/K]

Il trasferimento di calore può avvenire:

- verso l’esterno (direct, D);

- verso ambienti non climatizzati (unconditioned, U);

- verso il terreno (ground, g);

- fra edifici adiacenti a temperatura diversa dall’ambiente riscaldato (adjacent, A).

Il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione è pari in generale a:

θint,set,HHD HA

HU

θe

Hg


Lo scambio termico per trasmissione

Ognuno dei quattro coefficienti dipende dalla capacità che i componenti edilizi costituenti l’ambiente hanno di trasmettere calore e quindi dalla trasmittanza di tali componenti e dalle trasmittanze lineare e puntuale dei ponti termici presenti:

Hx = btr,x [Σi Ai Ui + Σk ℓk ψk + Σj χj] [W/K]

Ai è l’area dell'i-esimo componente edilizio [m2];

dove:

btr,x è il fattore di correzione dello scambio termico tra ambienti [0], con btr,x = 1 nel caso di scambio termico verso l’esterno e btr,x < 1 negli altri casi.

Ui è la trasmittanza termica dell'i-esimo componente edilizio [W/(m2K)];

ℓk è la lunghezza del ponte termico k-esimo [m];

ψk è la trasmittanza termica lineare del ponte termico k-esimo [W/(mK)];

χj è la trasmittanza termica puntuale del ponte termico j-esimo [W/K];


I sistemi dimensionali

Le dimensioni dei componenti edilizi possono essere misurate secondo tre diversi

sistemi, in accordo alla UNI EN ISO 13789:2008:

- dimensioni interne, misurate tra le facciate interne finite di ogni ambiente in un edificio (escluso quindi lo spessore delle partizioni interne);

- dimensioni interne totali, misurate tra le facciate interne finite degli elementi esterni dell’edificio (incluso quindi lo spessore delle partizioni interne);

- dimensioni esterne, misurate tra le facciate esterne finite degli elementi esterni dell’edificio.

Dimensioni esterneDimensioni interne totaliDimensioni interne

Ognuno dei sistemi può essere adottato, purché sia utilizzato in modo uniforme per tutte le parti dell’edificio: il coefficiente di scambio termico per trasmissione risulta essere lo stesso a condizione che tutti i ponti termici siano presi in considerazione.


Sono le posizioni dell’involucro edilizio in corrispondenza delle quali si hanno modifiche del tasso di flusso termico e delle temperature superficiali, quali:

I ponti termici

- tetti (R);

- balconi (B);

- angoli (C);

- pavimenti intermedi (IF);

- pareti interne (IW);

- pavimenti (GF);

- pilastri (P);

R IWW

R

- aperture con finestre o porte (W).

P BC

WC

IW

IF

GF

I valori della trasmittanza termica lineare ψ devono essere determinati esclusivamente attraverso il calcolo numerico in accordo alla UNI EN ISO 10211 (accuratezza tipica ±5%) o attraverso l’uso di atlanti di ponti termici conformi alla UNI EN ISO 14683 (accuratezza tipica ±20%). Per gli edifici esistenti è ammesso in aggiunta l’uso di metodi manuali conformi alla UNI EN ISO 14683 (accuratezza tipica ±20%).

N.B.: È sempre da escludersi l’utilizzo dei valori di progetto della trasmittanza termica lineare ψ riportati nell’allegato A della UNI EN ISO 14683:2008.


Gli esempi di dettagli edilizi riportati negli atlanti dei ponti termici presentano essenzialmente alcuni parametri prefissati (per esempio dimensioni e materiali) e risultano quindi meno flessibili rispetto ai calcoli.

Atlanti di ponti termici

In generale, gli esempi indicati in un atlante non corrispondono esattamente alla particolare tipologia considerata e quindi l’applicazione del valore di ψ, specificato dall’atlante, ad un particolare dettaglio introduce un’incertezza.

Tuttavia può essere utilizzato il valore di ψ preso da un atlante, a condizione che le dimensioni e le proprietà termiche dell’esempio dell’atlante siano simili o termicamente meno favorevoli di quelle del dettaglio considerato.

[fonte: Catalogue des ponts thermiques, Office Fédéral de l'Énergie (Svizzera)]


La maggior parte dei metodi manuali si applica solo ad un tipo specifico di ponte termico perciò può essere molto accurato nello specifico intervallo di applicazione, ma molto poco accurato al di fuori di questo campo.

Metodi manuali per il calcolo di ponti termici

[fonte: Abaco dei ponti termici Cened]


L’abaco dei ponti termici CENED

Nasce nel 2011 dalla collaborazione di Regione Lombardia, ANCE Lombardia e Politecnico di Milano.

Raccoglie 90 ponti termici classificati in 10 famiglie tipologiche (archetipi):

Ogni ponte termico è descritto in una scheda che consente il calcolo della trasmittanza termica lineare ad esso associata a partire da un set di parametri caratteristici e relativa ad un sistema di dimensioni interne od esterne.

L’analisi in esso contenuta è stata svolta facendo riferimento alle norme UNI EN ISO 10211:2008, UNI EN ISO 6946:2008 e UNI EN ISO 14683:2008.


I parametri utilizzati per il calcolo della trasmittanza termica lineare sono:

• La trasmittanza termica delle pareti, U [W/m2K)];

• La trasmittanza termica del telaio del serramento, UTEL [W/(m2K)];

• La conduttività termica equivalente della parete:

λeq = C × L [W/(mK)]

dove:

C è la conduttanza della parete escludendo lo strato di isolante [W/(m2K)];∑

λ

==

ii

iid

1

R

1C

L è lo spessore della parete escludendo lo strato di isolante [m];∑=i idL

• La trasmittanza adimensionale, U* [0];

• La lunghezza adimensionale, L* [0].




[fonte: Abaco dei ponti termici Cened]


Muratura in mattoni pieni, d = 42 cm (2 – 38 – 2)

Angolo di 270°Angolo di 90°Dim. Parete

interne

esterne

U = 1,336 W/(m2K) ψe = -0,875 W/(mK)

ψi = 0,247 W/(mK)

ψe = 0,353 W/(mK)

ψi = -0,770 W/(mK)

E I

E

I E

I

Trasmittanza U e trasmittanza lineare ψ


Muratura piena listata con mattoni, d = 42 cm (2 – 38 – 2)


interne

esterne

U = 1,336 W/(m2K) ψe = -0,875 W/(mK)

ψi = 0,247 W/(mK)

ψe = 0,353 W/(mK)

ψi = -0,770 W/(mK)

Supponendo che la parete sia alta 3 m, si può determinare il flusso di calore unitario e cioè il coefficiente di scambio termico attraverso ciascun ponte termico, che deve prescindere dal sistema dimensionale.

• Nel caso dell’angolo di 90° si ha:

(i) Htr,i = ψi × ℓ = 0,247 × 3 = 0,741 W/K;

= 1,336 × 2 (0,42 × 3) – 0,875 × 3

= 0,742 W/K.


E

I(e) Htr,e = U × 2 (d × ℓ) + ψe × ℓ =


Muratura piena listata con mattoni, d = 42 cm (2 – 38 – 2)


interne

esterne

U = 1,336 W/(m2K) ψe = -0,875 W/(mK)

ψi = 0,247 W/(mK)

ψe = 0,353 W/(mK)

ψi = -0,770 W/(mK)

Supponendo che la parete sia alta 3 m, si può determinare il flusso di calore unitario e cioè il coefficiente di scambio termico attraverso ciascun ponte termico, che deve prescindere dal sistema dimensionale.

• Nel caso dell’angolo di 270° si ha:

(i) Htr,i = U × 2 (d × ℓ) + ψi × ℓ

= 1,336 × 2 (0,42 × 3) – 0,770 × 3

= 1,057 W/K.


E I

(e) Htr,e = ψe × ℓ = 0,353 × 3 = 1,059 W/K


• Verifica che il coefficiente medio globale di scambio termico H’T risulti inferiore al valore massimo ammissibile riportato nella Tabella 10 dell’Appendice A in funzione della zona climatica e del rapporto S/V.

Per tale verifica, il coefficiente H’T si calcola come:

H’T = Htr,adj / Σk Ak [W/(m2K)]

dove:

Htr,adj è il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione [W/K];

Ak è la superficie del k-esimo componente (opaco o trasparente) [m2].

Requisiti e prescrizioni specifici per gli edifici soggetti a ristrutturazioni importanti

di primo livello (involucro opaco)

Il decreto “requisiti minimi”


• Rispetto dei requisiti e delle prescrizioni relative agli edifici esistenti sottoposti a riqualificazione energetica;

Requisiti e prescrizioni specifici per gli edifici soggetti a ristrutturazioni importanti

di secondo livello (involucro opaco)


• Verifica che il coefficiente medio globale di scambio termico H’T , determinato per l’intera porzione dell’involucro oggetto dell’intervento(parete verticale, copertura, solaio, serramenti, ecc.), comprensiva di tutti i componenti, su cui si è intervenuti, risulti inferiore al pertinente valore limite riportato alla quarta riga della Tabella 10, dell’Appendice A.


• I valori della trasmittanza termica U per le strutture opache verticali, orizzontali o inclinate di copertura e di pavimento, delimitanti il volume climatizzato verso l’esterno o verso locali non climatizzati, non devono risultare superiori ai valori massimi ammissibili riportati, rispettivamente, nelle Tabelle 1, 2 e 3 dell’Appendice B in funzione della zona climatica.

N.B.: I valori di trasmittanza delle tabelle 1, 2 e 3 (strutture opache), si considerano comprensivi dei ponti termici all’interno delle strutture oggetto di riqualificazione (ad esempio ponte termico tra finestra e muro) e di metà del ponte termico al perimetro della superficie oggetto di riqualificazione.

Requisiti e prescrizioni specifici per gli edifici soggetti a riqualificazione energetica

(involucro opaco)



Prescrizioni comuni per gli edifici di nuova costruzione, gli edifici oggetto di ristrutturazioni importanti e gli edifici sottoposti a riqualificazione energetica


• Nel caso di intervento che riguardi le strutture opache delimitanti il volume climatizzato verso l’esterno, si procede in conformità alla normativa tecnica vigente (UNI EN ISO 13788), alla verifica dell’assenza:

• di rischio di formazione di muffe, con particolare attenzione ai ponti

termici negli edifici di nuova costruzione;

• di condensazioni interstiziali.


Si ha rischio di formazione di muffe quando i valori medi mensili dell’umiditàrelativa superficiale sono superiori all’umidità relativa critica ϕsi,cr = 80%.

Le verifiche termoigrometriche

ei

emin,simin,Rsi

ei

esiRsi ff

θ−θ

θ−θ=>

θ−θ

θ−θ=

Per evitare tale rischio occorre che il fattore di temperatura in corrispondenza della superficie interna fRsi sia superiore al relativo fattore di progetto fRsi,min:

θe è la temperatura media mensile dell’aria esterna [°C];

dove:

θi è la temperatura operativa dell’aria interna [°C], che per edifici destinati ad abitazione e simili si assume pari a 20°C per l’intero mese, nei mesi (o frazioni di mese) in cui è in funzione l’impianto di riscaldamento;

θsi è la temperatura della superficie interna [°C];

θsi,min è la temperatura della superficie interna minima accettabile [°C], al disopra della quale ha inizio la crescita di muffe, che si determina a partire dalla pressione del vapore acqueo nell’aria interna.


Si definisce mese critico per una data località quello con il più alto valore richiesto di fRsi,min. Il fattore di temperatura per questo mese viene indicato con fRsi,max e il componente edilizio deve essere progettato in modo tale da avere un fattore fRsi

sempre maggiore di fRsi,max.

Le verifiche termoigrometriche

Per elementi piani, questa verifica può ricondursi a quella che la resistenza termica totale del componente risulti:

max,Rsi

siT

f1

RR

−>

in cui Rsi rappresenta la resistenza superficiale interna del componente, da assumere cautelativamente pari a 0,25 m2K/W.

N.B.: si deve assumere Rsi = 0,25 m2K/W anche per rappresentare l’effetto di angoli, mobili, tende o controsoffitti ⇒ due simulazioni dinamiche: una per la verifica termoigrometrica ed una per il calcolo della trasmittanza del ponte termico!

Nel caso di trasmissione del calore in geometria non monodimensionale, quale quello dei ponti termici, occorre determinare le temperature superficiali minime attraverso una simulazione dinamica agli elementi finiti.


La UNI EN ISO 13788 e le UNI 10349:2016 indicano che per Roma:

• il mese più freddo è Gennaio, con θe = 8,1 °C;

• il mese critico per la condensa è Gennaio, con θsi,min = 12,8 °C,RT,min = 0,414 m2K/W e Umax = 2,415 W/(m2K);

• il mese critico per il rischio muffa è Gennaio, con θsi,min = 16,2 °C,RT,min = 0,795 m2K/W e Umax = 1,258 W/(m2K).

Mentre per una parete con cappotto esterno tali requisiti non risultano particolarmente stringenti, occorre verificare cosa accade in corrispondenza dei ponti termici in essa presenti (anche se il decreto parla di “particolare attenzione ai ponti termici negli edifici di nuova costruzione”).

N.B.: tale verifica è possibile solo attraverso una simulazione dinamica!

Esempio di calcolo


Simulazione dinamica con software agli elementi finiti (Therm) del ponte termico relativo ad una parete con cappotto da 10 cm ed il solaio interpiano con balcone,ψe = 0,652 W/(mK), con condizioni al contorno di Roma a Gennaio (θe = 8,1 °C).

⇒ maggiore della temperatura minima

al disotto della quale si ha rischio muffa!

Esempio di calcolo


Grazie per l’attenzione

[email protected]

Il calcolo dei ponti termici alla luce della attuale ... · ISO 10211:2008, UNI EN ISO 6946:2008 e...

Documents

Transcript of Il calcolo dei ponti termici alla luce della attuale ... · ISO 10211:2008, UNI EN ISO 6946:2008 e...