Studio del comportamento termico e igrometrico in regime ... · La temperatura superficiale minima...

U N I V E R S I T À D E G L I S T U D I D I P A D O V A

D I P A R T I M E N T O D I F I S I C A T E C N I C A

DIPARTIMENTO DI FISICA TECNICA Via Venezia, 1 - 35131 Padova

Tel. 049-8276899 - Fax 049-8276896

Studio del comportamento termico e igrometrico in regime stazionario e dinamico di pareti in

calcestruzzo con coibentazione integrata secondo sistema ECOSISM

Prof. Marco Mariotti Prof. Lorenzo Moro Padova 28.07.05

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1 - INTRODUZIONE Un obiettivo fondamentale che bisogna conseguire nella progettazione dell’involucro edilizio è quello dell’ottimizzazione energetica ed economica. È auspicabile che una costruzione possa venire riscaldata e raffreddata con la minima spesa. In inverno, poiché la temperatura esterna si modifica lentamente ed entro limiti ridotti, si ammette il calcolo dell’impianto in regime stazionario; il flusso termico che attraversa le pareti viene determinato attraverso la trasmittanza U [W/(m2·K)] e considerando le temperature dell’ambiente interno ed esterno. Al contrario, in estate si hanno delle escursioni della temperatura esterna (sole-aria) nell’arco della giornata molto più elevate e conseguentemente non si può assumere il regime stazionario. In regime variabile, per calcolare il flusso termico in un determinato istante bisogna conoscere oltre alle proprietà termofisiche (spessori, densità, calori specifici e conduttività termica) anche la distribuzione dei vari strati che compongono la parete; si è così in grado di valutare l’attenuazione e il tempo impiegato dalla potenza termica ricevuta sulla faccia esterna a trasmettersi all’interno. Altro problema da analizzare nelle pareti che costituiscono l’involucro edilizio è quello dell’umidità: essa è una delle fonti principali di deterioramento in edilizia. La presenza di un eccesso di umidità si manifesta con: maculazioni, distacchi di rivestimento, sgretolamenti negli intonaci; in caso di gelo poi le conseguenze possono essere più gravi come fessurazioni e disgregamento dei materiali. Oltre a ciò è importante ricordare che l’umidità peggiora le caratteristiche di isolamento termico dei materiali accentuando in tal modo il fenomeno. In virtù di quanto esposto si è allora proceduto allo studio del comportamento termico e igrometrico in regime stazionario e dinamico di alcune tipologie di pareti in calcestruzzo con coibentazione integrata realizzate secondo il sistema ECOSISM. Più in dettaglio: • si procede alla determinazione teorica delle proprietà termofisiche; • verifica del comportamento sotto l’aspetto igrometrico delle pareti ECOSISM, più

precisamente: stima della temperatura superficiale interna per evitare umidità critica superficiale e valutazione del rischio di formazione di condensa interstiziale secondo EN ISO 13788.2001 [1] e UNI 10350 [2];

• caratterizzazione del comportamento termico in regime dinamico (variabile) di alcune pareti

ECOSISM di uso più frequente. Le pareti studiate sono quelle riportate nelle figure sottostanti: il materiale isolante utilizzato può essere il polistirene espanso o pannelli in fibra minerale.

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Ecosism 25 Ecosism 30 con intercapedine d’aria

Ecosism 30 con doppia intercapedine d’aria Ecosism 35 con doppia intercapedine d’aria

25

44

15

10

15

30

15 44 41

Intercapedine d’aria 1 cm

15

10

15

10

10 44 4 4

30

1

Intercapedini d’aria 1 cm

1

Pagina 4

2 - COMPORTAMENTO TERMOIGROMETRICO DELLE PARETI ECOSISM Molte proprietà dei materiali da costruzione sono influenzate dal loro contenuto di umidità: in particolare le principali prestazioni alterate sono la durata, la resistenza strutturale, le proprietà di isolamento termico, il grado di finitura superficiale: al riguardo, si ricordano gli intonaci che gonfiano e si screpolano, la formazione di muffe e le cricche dovute all’eventuale presenza di gelo. Prima di analizzare più in dettaglio le pareti Ecosism è utile premettere alcuni chiarimenti relativamente alle modalità con cui il vapore d’acqua diffonde attraverso le strutture edilizie. Negli ambienti interni alle abitazioni la concentrazione del vapore è per la maggior parte del tempo più elevata rispetto all’aria esterna; ciò è dovuto al fatto che all’interno delle abitazioni sono presenti sorgenti di vapore dovute agli occupanti (ogni individuo genera mediamente 0,1 kg/h di vapore), alle attività di cottura cibi, lavaggio indumenti ed a quelle legate all’igiene personale (docce e bagni). Per il suddetto motivo il vapore tende a diffondere attraverso le strutture perimetrali dell’edificio (pareti e coperture), costituite da materiali porosi dall’interno verso l’esterno. Il contenuto di vapore nell’aria ha un valore massimo, detto contenuto di saturazione (al quale corrisponde la pressione di saturazione ps), superato il quale si ha la condensazione del vapore in acqua. Tale contenuto massimo (ovvero la pressione di saturazione) dipende dalla temperatura ed è tanto più elevato quanto maggiore è la temperatura. Questo spiega il fenomeno ben noto della formazione di condensa su superfici fredde: durante il periodo invernale quando l’aria interna entra in contatto con le superfici vetrate (finestre) esposte verso l’esterno e perciò a temperatura inferiore a quella dell’aria ambiente, può accadere che quest’aria, raffreddandosi, si trovi ad avere un contenuto di umidità superiore al contenuto massimo consentito dalla temperatura della finestra, e quindi parte del vapore si condensi sulla superficie stessa. In generale la condensa si può manifestare sulla superficie della parete, condensa superficiale, o all’interno della parete dando luogo alla condensa interstiziale. A tale scopo le Norme EN ISO 13788:2001 [1] e la versione italiana UNI 10350 (“Prestazioni igrotermiche. Stima della temperatura superficiale interna per evitare umidità critica superficiale e valutazione del rischio di condensazione interstiziale”) [2] , prescrivono la procedura per effettuare la verifica del possibile raggiungimento di umidità superficiale critica e alla verifica della condensa interstiziale. In seguito, per le pareti sopra descritte, si effettueranno le verifiche in ottemperanza alle suddette norme. I dati climatici utilizzati si riferiscono alla città di Padova e sono desunti dalla UNI 10349 [3]. Le proprietà dei materiali sono state reperite nella norma UNI 10351 [4]. La classe di umidità prescelta è la “classe media” della norma UNI 10350. 2.1 – Verifica condensa superficiale

La condensa sulla superficie interna si verifica quando la temperatura superficiale della parete è inferiore alla temperatura di rugiada dell’aria che la lambisce.

Ciò può essere tollerato occasionalmente solo su superfici impermeabili all’acqua, come le piastrelle del bagno o le finestre.

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Nel caso delle pareti edili, oltre all’effetto antiestetico, la condensazione superficiale è responsabile della formazione di muffe e funghi. Muffe e funghi realizzano condizioni insalubri nei locali, dando origine, in taluni casi, a patologie quali asma, allergie e altre affezioni.

La crescita e proliferazione delle principali spore fungine dipende dalla temperatura e umidità relativa della superficie della parete come evidenziato nella Figura 1. Dalla figura è possibile notare che per temperature superficiali inferiori ai 20°C un’umidità relativa al di sopra dell’80% crea un ambiente favorevole alla crescita delle spore fungine. Per tali ragioni le norme EN ISO 13788:2001 e UNI 10350 impongono una verifica delle pareti in modo tale che la temperatura superficiale non scenda a valori critici ( ossia tali da realizzare umidità relative superficiali maggiori dell’80%).

La temperatura superficiale minima sufficiente a garantire un’umidità relativa superficiale maggiore dell’80% dipende dalla concentrazione di vapor d’acqua (pressione parziale del vapore) presente all’interno dell’ambiente.

Le norme [1-2] forniscono un diagramma, riportato in Figura 2, che, in funzione della temperatura esterna media mensile e classe di umidità del locale, permette di calcolare l’incremento di pressione parziale ∆pv da applicare alla pressione parziale del vapore esterna pve per ottenere quella interna pvi.

Figura 1. Condizioni limite di temperatura e umidità relativa sulla superficie per la proliferazioni principali spore fungine.

70

75

80

85

90

95

100

0 5 10 15 20 25 30

temperatura / °C

umid

ità re

lativ

a %

limite per proliferazione spore fongine

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Classi di umidità Uso dell’edificio Molto bassa Magazzini Bassa Uffici Media Alloggi con basso indice

di affollamento Alta Alloggi con alto indice

di affollamento Molto alta Edifici speciali (piscine,

distillerie, lavanderie)

Figura 2. Differenza tra la pressione parziale del vapore interna e quella esterna in funzione della temperatura esterna e classe di umidità.

Viene definito il fattore di temperatura in corrispondenza della superficie interna:

[1]

dove tsi è la temperatura superficiale minima che si dovrebbe realizzare nei vari mesi (da Ottobre ad Aprile) affinché l’umidità superficiale non superi 80% (con riferimento alle condizioni climatiche di temperatura media mensile esterna e pressione parziale del vapore esterna pve indicate dalla UNI 10349). Ovviamente la condizione più critica è quella relativa al mese in cui fRsi è massimo, fRsi,Max . D’altra parte conoscendo la trasmittanza U [W/(m2 K)] e il coefficiente superficiale di scambio interno hi [W/(m2 K)] di una parete, è immediata, nel caso di flusso monodimensionale, la determinazione del fattore di temperatura della superficie interna proprio della parete fRsi,(parete) attraverso la relazione:

fRsi,(parete) = 1-U/hi [2]

La parete risulterà allora verificata se

fRsi,(parete) ≥ fRsi,Max

È allora chiaro che per scongiurare il pericolo di condensa superficiale è importante cercare di mantenere elevata la temperatura superficiale: ciò si può ottenere utilizzando pareti ben coibentate ossia con bassi valori di trasmittanza. Di seguito si riportano le verifiche al raggiungimento dell’umidità critica superficiale per le pareti Ecosism di più frequente utilizzo.

ei

esiRsi tt

ttf

−−

=

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

-5 0 5 10 15 20 25

temperatura media mensile esterna / °C

INC

REM

ENTO

∆p

v / P

a

270 Pa

540 Pa

810 Pa

1080 Pa

molto bassa

bassa

media

alta

molto alta

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Per confronto si riportano anche le verifiche per due tipi di pareti in muratura tradizionale: una parete realizzata con blocchi di laterizio alveolare da 25 cm e una in laterizio normale da 25 cm con isolamento e rifodera sul lato interno.

Parete in laterizio alveolare da 25 cm

Materiale Spessore Condutt. Termica λ Resist. Termica R Coeff. Diff. al vapore [m] [W/(m·K)] [(m2·K)/W] δ· 1012 [kg/(m·s·Pa)] strato liminare interno hi = 8.00 W/(m2·K) Rsi= 0.1250 intonaco d1 = 0.02 λ1 = 0.9 R1 = 0,02 δ1 = 5.00Murat. (tipo Poroton) d2 = 0.25 λ2 = 0.30 R2 = 0,83 δ2 = 21.00intonaco d5 = 0.015 λ3 = 0.9 R3 = 0,02 δ3 = 5.00strato liminare esterno he = 23 W/(m2·K) Rsi = 0.04 U = 0.956 W/(m2·K) Rt = 1.046 (m2·K)/W

Parete tradizionale con isolamento interno

Materiale Spessore Condutt. Termica λ Resist. Termica R Coeff. Diff. al vapore [m] [W/(m·K)] [(m2·K)/W] δ· 1012 [kg/(m·s·Pa)] strato liminare interno hi = 8.00 W/(m2·K) Rsi= 0.1250 intonaco d1 = 0.015 λ1 = 0.9 R1 = 0.02 δ1 = 5.00tavellone 8 cm d2 = 0.080 λ2 = 0.27 R2 = 0.30 δ2 = 21.00isolante d3 = 0.040 λ3 = 0.039 R3 = 1.03 δ3 = 150.00laterizio d4 = 0.250 λ4 = 0.59 R4 = 0.42 δ4 = 18.00intonaco d5 = 0.015 λ5 = 0.9 R5 = 0.02 δ5 = 5.00strato liminare esterno he = 23 W/(m2·K) Rsi = 0.04 U = 0.514 W/(m2·K) Rt = 1.947 (m2·K)/W

Mese ϑe pe ϕe ∆p pi psat,i(ϑsi) ϑsi,min ϑsi ϕsi ϑi fRsi Mese[°C] [Pa] [%] [°C] [Pa] [Pa] [°C] [°C] [%] [°C] critico

Ottobre 13,8 1252 79 251 1566 1957 17,2 19,3 0,70 20 0,543Novembre 8,2 934 86 478 1531 1914 16,8 18,6 0,72 20 0,730Dicembre 3,6 677 86 664 1507 1884 16,6 18,0 0,73 20 0,791Gennaio 1,9 591 84 733 1507 1884 16,6 17,8 0,74 20 0,810 GennaioFebbraio 4 652 80 648 1462 1828 16,1 18,1 0,70 20 0,755Marzo 8,4 809 73 470 1396 1745 15,4 18,6 0,65 20 0,601Aprile 13 1083 72 284 1437 1797 15,8 19,2 0,65 20 0,403

fRsi,MAX = 0,810Rt = 1,05 [m2 K/W] U 0,956 [W/(m2K)]hsi = 8,00 [W/(m2K)]

fRsi,prog = 0,88

VERIFICA: frsi,prog > frsi,MAX verifica soddisfatta

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Ecosism 25

Materiale Spessore Condutt. Termica λ Resist. Termica R Coeff. Diff. al vapore [m] [W/(m·K)] [(m2·K)/W] δ· 1012 [kg/(m·s·Pa)] strato liminare interno hi = 8.00 W/(m2·K) Rsi= 0.1250 intonaco d1 = 0.020 λ1 = 0.9 R1 = 0.02 δ1 = 5isolante (polistirene) d2 = 0.040 λ2 = 0.039 R2 = 1.03 δ2 = 2cls d3 = 0.150 λ3 = 1.91 R3 = 0.06 δ3 = 2isolante (polistirene) d4 = 0.040 λ4 = 0.039 R4 = 1.14 δ4 = 2intonaco d5 = 0.020 λ5 = 0.9 R5 = 0.13 δ5 = 5strato liminare esterno he = 23 W/(m2·K) Rsi = 0.04 U = 0.427 W/(m2·K) Rt = 2.34 (m2·K)/W



f Rsi,MAX = 0,81R t = 2,34 [m2 K/W] U = 0,427 [W/(m2K]h si = 8,00 [W/(m2K]

f Rsi,prog = 0,95

VERIFICA: f rsi,prog > f rsi,MAX verifica soddisfatta



f Rsi,MAX = 0,810Rt = 1,95 [m2 K/W] U 0,514 [W/(m2K)]h si = 8,00 [W/m2 K]

f Rsi,prog = 0,94


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Ecosism 30 con 1 intercapedine

Materiale Spessore Condutt. Termica λ Resist. Termica R Coeff. Diff. al vapore [m] [W/(m·K)] [(m2·K)/W] δ· 1012 [kg/(m·s·Pa)] strato liminare interno hi = 8.00 W/(m2·K) Rsi= 0.1250 intonaco d1 = 0.020 λ1 = 0.9 R1 = 0.02 δ1 = 5isolante (Polistirene) d2 = 0.040 λ2 = 0.039 R2 = 1.03 δ2 = 2cls d3 = 0.150 λ3 = 1.91 R3 = 0.08 δ3 = 2isolante (Polistirene) d4 = 0.040 λ4 = 0.039 R4 = 1.03 δ4 = 2intercapedine d5 = 0.010 λ5 = 0.076 R5 = 0.13 δ5 = 200isolante (Polistirene) d4 = 0.040 λ4 = 0.039 R4 = 1.03 δ4 = 2intonaco d6 = 0.020 λ6 = 0.9 R6 = 0.02 δ6 = 5strato liminare esterno he = 23 W/(m2·K) Rsi = 0.04 U = 0.286 W/(m2·K) Rt = 3.499 (m2 K)/W



f Rsi,MAX = 0,810R t = 3,50 [m2 K/W] U= 0,286 [W/(m2K)]h si = 8,00 [W/(m2K)]

f Rsi,prog = 0,96


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Ecosism 30 con doppia intercapedine

Materiale Spessore Condutt. Termica λ Resist. Termica R Coeff. Diff. al vapore [m] [W/(m·K)] [(m2·K)/W] δ ·1012 [kg/(m·s·Pa)] strato liminare interno hi = 8.00 W/(m2 K) Rsi= 0.1250 intonaco d1 = 0.020 λ1 = 0.900 R1 = 0.02 δ1 = 5isolante d2 = 0.040 λ2 = 0.039 R2 = 1.03 δ2 = 2cls d3 = 0.100 λ3 = 1.910 R3 = 0.05 δ3 = 2isolante d4 = 0.040 λ4 = 0.039 R4 = 1.03 δ4 = 2intercapedine d5 = 0.010 λ5 = 0.076 R5 = 0.13 δ5 = 200isolante d6 = 0.040 λ6 = 0.039 R6 = 1.03 δ6 = 2intercapedine d7 = 0.010 λ7 = 0.076 R7= 0.13 δ7 = 200isolante d8 = 0.040 λ8 = 0.039 R8= 1.03 δ8 = 2intonaco d9 = 0.020 λ9 = 0.900 R9= 0.02 δ9 = 5strato liminare esterno he = 23 W/(m2 K) Rsi = 0.04 U = 0.216 W/(m2 K) Rt = 4.631 (m2 K)/W



f Rsi,MAX = 0,810R t = 4,63 [m2 K/W] U = 0,216 [W/(m2K)]h si = 8,00 [W/(m2K)]

f Rsi,prog = 0,97


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Materiale Spessore Condutt. Termica λ Resist. Termica R Coeff. Diff. al vapore [m] [W/(m·K)] [(m2·K)/W] δ ·1012 [kg/(m·s·Pa)] strato liminare interno hi = 8.00 W/(m2 K) Rsi= 0.1250 intonaco d1 = 0,020 λ1 = 0.900 R1 = 0,02 δ1 = 5isolante d2 = 0,040 λ2 = 0.039 R2 = 1,03 δ2 = 2cls d3 = 0,150 λ3 = 1.91 R3 = 0,08 δ3 = 2isolante d4 = 0,040 λ4 = 0.039 R4 = 1,03 δ4 = 2intercapedine d5 = 0,010 λ5 = 0.076 R5 = 0,13 δ5 = 200isolante d6 = 0,040 λ6 = 0.039 R6 = 1,03 δ6 = 2intercapedine d7 = 0,010 λ7 = 0.076 R7= 0,13 δ7 = 200isolante d8 = 0,040 λ8 = 0.039 R8= 1,03 δ8 = 2intonaco d9 = 0,020 λ9 = 0.900 R9= 0,02 δ9 = 5strato liminare esterno he = 23 W/(m2 K) Rsi = 0.04 U = 0.215 W/(m2 K) Rt = 4.657 (m2 K)/W

2.2 – Condensa superficiale sui ponti termici Particolare attenzione bisogna porre nella verifica della condensa superficiale in corrispondenza dei ponti termici: ovvero quelle zone in cui, a causa della configurazione geometrica (ad esempio lo spigolo costituito dall’incontro di due pareti esterne) o configurazione strutturale (ad esempio discontinuità nelle pareti di tamponamento in laterizio per la presenza di pilastri in calcestruzzo), si ha la deviazione dalla condizione di flusso termico monodimensionale.



f Rsi,MAX = 0,810R t = 4,66 [m2 K/W] U = 0,215 [W/(m2K)]h si = 8,00 [W/(m2 K)]

f Rsi,prog = 0,97


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In corrispondenza del ponte termico si ha, oltre che una minore resistenza termica (maggiore dispersione termica), anche una temperatura inferiore rispetto a quella che si manifesterebbe con flusso monodimensionale con conseguente aumento del pericolo di condensa superficiale. In queste zone, le più elevate differenze tra la temperatura dell’aria e quella superficiale, sollecitano correnti convettive più intense portando a più rapidi accumuli di polvere che non altrove con variazioni cromatiche nelle tinteggiature che rendono evidente la zona del ponte termico. Per valutare l’effettivo valore della temperatura in questi punti si deve studiare la propagazione del calore in 2D (2 dimensioni) o 3D (tre dimensioni); normalmente questo viene fatto attraverso simulazioni numeriche con codici di calcolo alle differenze finite o agli elementi finiti. Si possono anche trovare i risultati delle simulazioni numeriche relative a molte tipologie di ponti termici in alcuni specifici manuali [5]. I risultati vengono usualmente espressi con un parametro Θ, coincidente nella forma con il fattore di temperatura superficiale ossia:

[3]

dove tsi è la temperatura sul ponte termico e ti e te le temperature dell’aria interna ed esterna. Come esempio si consideri il ponte termico costituito dall’angolo tra due pareti esterne: le pareti siano realizzate in un caso da muratura realizzata con laterizio alveolare da 25 cm, nel secondo caso sono invece tipo Ecosism 25 cm. I risultati della simulazione numerica effettuata sono riportati nella Figura 3 e Figura 4.

Parete in muratura 25 cm Parete Ecosism 25 cm

Figura 3. Campi termici bi-dimensionali in corrispondenza dello spigolo d’incrocio di pareti

esterne.

ei

esi

tttt

−−

=Θ

Θ =0.904

Θ = 0.772

Pagina 13

288

288.5

289

289.5

290

290.5

291

291.5

292

292.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

distanza dallo spigolo / m

tem

pera

tura

/ K

Parete in muratura 25 cmSismo 25

Θ = 0.772

Θ = 0.904

Figura 4. Abbassamento della temperatura in corrispondenza dello spigolo costituito

dall’incrocio di pareti in laterizio 25 cm, e pareti Ecosism 25. Nnel caso della parete in muratura si ottiene Θ = 0.772 e per la parete Ecosism 25 Θ = 0.904 (il valore prossimo ad 1 indica che si è quasi eliminato l’effetto del ponte termico). È allora possibile notare che la parete Ecosism continua a garantire umidità superficiali inferiori all’80% infatti: Θ = 0.904 > frsi,max = 0.81. Nel caso invece della parete in muratura, in corrispondenza del ponte termico si verificano delle condizioni critiche risultando Θ = 0.772< frsi,max. sebbene che lontano dal ponte termico la parete non presentasse condizioni critiche.

Figura 5. Campo termico bi-dimensionale e abbassamento della temperatura in corrispondenza della

giunzione muratura-pilastro in calcestruzzo.

286286,5

287287,5

288288,5

289289,5

290290,5

291

0 0,5 1 1,5 2 2,5distanza / [m]

tem

pera

ture

/[K

]

asse

Θ = 0.669

ECOSISM da 25 cm

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Si analizza ora un secondo esempio di ponte termico (Figura 5): quello costituito dalla giunzione muratura-pilastro in calcestruzzo. Anche in questa situazione si vede che in corrispondenza del ponte termico si verificano le condizioni di umidità critica superficiale Θ = 0.669< frsi,max. Risulta quindi indispensabile progettare l’involucro edilizio evitando il più possibile i ponti termici: sotto questo punto di vista il sistema Ecosism, disponendo l’isolante all’esterno oltre che internamente, offre il vantaggio di “correggere” e ridurre in modo sensibile gli effetti dei ponti termici. 2.3 – Condensa interstiziale La condensazione interstiziale, ovvero all’interno delle pareti edili, può portare ad alterazioni delle prestazioni dei materiali sia dal punto di vista strutturale che da un punto di vista termico (perdita delle proprietà di coibenza). Nella progettazione di una parete è allora importante verificare se sussistono le condizioni che danno origine a condensa interstiziale; rilevata l’esistenza di tali condizioni è indispensabile potervi porre rimedio ad esempio, attraverso una adeguata scelta dei materiali e della loro successione all’interno della parete. Nel caso in cui sia impraticabile questa strada è necessario verificare se la quantità d’acqua condensata durante il periodo sfavorevole raggiunge un valore limite che possa danneggiare la struttura (in mancanza di informazioni dettagliate, la condensa non può eccedere 0.5 kg/m2) e che possa in ogni caso rievaporare durante il successivo periodo favorevole di asciugamento. Nelle applicazioni termotecniche di verifica delle prestazioni igrotermiche delle pareti si ammette che il movimento dell’umidità sia dovuto solamente al fenomeno della diffusione; il vapore d’acqua migra dalle zone a pressione parziale di vapore maggiore a quelle con pressione parziale inferiore secondo la legge di Fick:

xp

g vv ∂

∂−= δ

[4]

dove gv [kg s-1 m-2] è la portata di vapore attraverso una sezione unitaria normale alla direzione di propagazione x, ∂pv / ∂x , il gradiente della pressione parziale, δ [kg m-1 s-1 Pa-1] è il coefficiente di diffusione al vapore o permeabilità del materiale che caratterizza l’attitudine del materiale alla diffusione del vapore.

Nell’attraversare una parete il vapore può condensare sulle superfici in cui la pressione parziale raggiunge quella di saturazione relativa alla temperatura di quelle superfici (ovvero l’umidità relativa raggiunge il 100 %).

Per controllare questo si utilizza il procedimento di Glaser il quale consiste nel riportare in un diagramma ad assi ortogonali, detto Diagramma di Glaser, sull’asse orizzontale la resistenza specifica alla diffusione del vapore (oppure lo spessore d’aria equivalente dei vari strati, ossia gli spessori di aria che darebbero luogo alla stessa resistenza alla diffusione dei vari strati), sull’asse delle ordinate la pressione di saturazione e la pressione parziale, il tutto in condizioni di regime stazionario.

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In tale diagramma la pressione parziale del vapore risulta un segmento congiungente la pressione parziale interna a quella esterna.

La verifica alla condensa interstiziale consiste nel controllare che la pressione parziale del vapore pvi sia sempre inferiore alla pressione di saturazione ps (che può essere determinata conoscendo l’andamento delle temperature all’interno della parete).

Nel caso in cui la pressione parziale intersechi quella di saturazione si ha condensazione e il profilo della pressione parziale non è più lineare; in questa circostanza il procedimento di Glaser prevede di ottenere il nuovo profilo delle pressioni parziali tracciando le tangenti alla curva delle ps dalle pressioni parziali di estremità pvi e pve.

La zona di condensazione è quella compresa tra i due punti di tangenza della nuova curva delle pressioni parziali.

Da quanto esposto risulta chiaro che il buon comportamento igrometrico di una parete dipenderà dall’ordine in cui sono disposti i vari strati che compongono la parete stessa.

In condizioni usuali, dove il vapore migra dall’interno all’esterno, gli strati più isolanti è meglio concentrarli sul lato esterno in modo tale che la maggior parte della struttura si trovi a temperatura prossima a quella dell’ambiente interno e quindi ad una pressione di saturazione relativamente elevata riducendo il rischio di formazione di condensa; gli strati con maggior resistenza alla diffusione del vapore invece è meglio disporli verso l’interno in modo tale da “dosare” il passaggio di vapore che poi deve trovare strati più permeabili verso l’esterno in modo tale da poter essere velocemente disperso.

La verifica della condensa interstiziale è stata eseguita sulle stesse pareti Ecosism precedenti considerando però le due varianti principali di materiali isolanti utilizzati nella coibentazione: il polistirene espanso (densità 25 kg/m3) e la fibra di roccia (80 kg/m3). Infatti sebbene dal punto di vista termico offrono un uguale isolamento (stessi valori di conduttività termica) si comportano in maniera sostanzialmente diversa al passaggio del vapore: la fibra minerale risulta notevolmente più permeabile rispetto al polistirene espanso.

Anche per la condensa interstiziale, allo scopo di confronto, si riportano le verifiche per le due pareti in muratura precedentemente descritte.

Nei grafici che seguono vengono riportati i Diagrammi di Glaser relativi ai mesi più critici.

Pagina 16

Diagrammi di Glaser relativi alla parete in laterizio alveolare da 25 cm

Diagrammi di Glaser relativi alla parete Ecosism 25 con isolante in polistirene espanso

Ottobre

0

500

1000

1500

2000

2500

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

spessore equivalente d'aria / m

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Pres

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Pres

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Tem

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Novembre

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Pres

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10

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/ °C

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sion

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18,00

20,00

Tem

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/ °C

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temperatura

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Diagrammi di Glaser relativi alla parete Ecosism 25 con isolante in fibra minerale

Ottobre

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1000

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2500

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00


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sion

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/ °C

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sion

i / P

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Gennaio

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/ °C

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Novembre

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Pres

sion

i / P

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25

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/ °C

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Dicembre

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1500

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Pres

sion

i / P

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0,00

5,00

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20,00

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Tem

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/ °C

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Gennaio

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0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00


Pres

sion

i / P

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2

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18

20

Tem

pera

ture

/ °C

pv

ps

Temperatura

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Diagrammi di Glaser relativi alla parete Ecosism 30 con intercapedine singola e isolante in polistirene

Diagrammi di Glaser relativi alla parete Ecosism 30 con intercapedine singola e isolante in fibra minerale.

Novembre

0

500

1000

1500

2000

2500

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00


Pres

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i / P

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/ °C

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0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00


Pres

sion

i / P

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0,00

5,00

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Tem

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/ °C

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Temperatura

Gennaio

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1500

2000

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Pres

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/ °C

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/ °C

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0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00


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Tem

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/ °C

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Novembre

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5

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Tem

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ture

/ °C

pv

ps

temperatura

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Diagrammi di Glaser relativi alla parete Ecosism 30 con doppia intercapedine e isolante in polistirene espanso.

Dicembre

0

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2500

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00


Pres

sion

i / P

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0,00

5,00

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20,00

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/ °C

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Gennaio

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Ottobre

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Pres

sion

i / P

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5

10

15

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Tem

pera

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/ °C

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Novembre

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0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00


Pres

sion

i / P

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5

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20

25

Tem

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/ °C

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Dicembre

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Pres

sion

i / P

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0,00

5,00

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15,00

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Tem

pera

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/ °C

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Gennaio

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Temperatura

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Diagrammi di Glaser relativi alla parete Ecosism 30 con doppia intercapedine e isolante in fibra minerale.

Diagrammi di Glaser relativi alla parete Ecosism 35 con doppia intercapedine e isolante in polistirene espanso.

Ottobre

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500

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0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00


Pres

sion

i / P

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Novembre

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Pres

sion

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Dicembre

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Pres

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Gennaio

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Pres

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Novembre

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/ °C

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temperatura

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Diagrammi di Glaser relativi alla parete Ecosism 35 con doppia intercapedine e isolante in fibra minerale.

Gennaio

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Pres

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0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00


Pres

sion

i / P

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0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

Tem

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Gennaio

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1500

2000

2500

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Pres

sion

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Ottobre

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Pres

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Dicembre

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Pres

sion

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Tem

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/ °C

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temperatura

Pagina 22

Diagrammi di Glaser relativi alla parete in muratura con isolamento interno e isolante in fibra minerale.

Come si può vedere dai Diagrammi di Glaser nel caso di parete in muratura con isolamento verso l’interno si ha condensa di vapore all’interfaccia tra isolante e laterizio da 25 cm. La totale quantità d’acqua accumulata è Macc= 0.146 kg/m2 (vedi Tabella 2). Il completo asciugamento si ha dopo circa 6 gg di Aprile.

Marzo

0

500

1000

1500

2000

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0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00


Pres

sion

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Aprile

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Pres

sion

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25

Tem

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Maggio

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500

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Pres

sion

i / P

a

17,0

17,5

18,0

18,5

19,0

19,5

20,0

Tem

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Dicembre

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Pres

sion

i / P

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0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

Tem

pera

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/ °C

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temperatura

Gennaio

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1000

1500

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2500

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00


Pres

sion

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0

2

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20

Tem

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Pres

sion

i / P

a

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Tem

pera

ture

/ °C

pv

ps

temperatura

Pagina 23

Tabella 2. Flusso di vapore condensato mensilmente e quantità di condensa accumulata.

Mese gve gvu Mmese Macc gg

kg/(m2s) kg/(m2s) kg/m2 kg/m2

Ottobre 0.00E+00 0.00E+00 0.0000 0.0000

Novembre 0.00E+00 0.00E+00 0.0000 0.0000

Dicembre 4.13E-08 2.20E-08 0.0499 0.0499

Gennaio 5.13E-08 2.19E-08 0.0762 0.1261

Febbraio 3.24E-08 2.48E-08 0.0197 0.1457

Marzo -8.28E-09 3.13E-08 -0.1025 0.0432

Aprile -4.39E-08 3.52E-08 -0.0432 0.0000 6.3

Aprile 0.00E+00 0.00E+00 0.0000 0.0000 23.7

Maggio 0.00E+00 0.00E+00 0.0000 0.0000

Giugno 0.00E+00 0.00E+00 0.0000 0.0000

Luglio 0.00E+00 0.00E+00 0.0000 0.0000

Agosto 0.00E+00 0.00E+00 0.0000 0.0000

Settembre 0.00E+00 0.00E+00 0.0000 0.0000

Pagina 24

3 - COMPORTAMENTO DINAMICO DELLE PARETI. Lo studio del comportamento termico delle pareti opache in regime variabile risulta più complesso rispetto al caso di regime stazionario, dove la trasmittanza della parete U [W/(m2·K)] ne descrive in modo esaustivo il comportamento. Nel caso di regime variabile, condizione peraltro maggiormente corrispondente alle reali condizioni in cui opera una parete, non si può prescindere dagli effetti dell’inerzia termica e, nel caso di pareti multistrato, dall’ordine in cui sono disposti i vari strati. La capacità termica e la sua distribuzione all’interno della parete gioca un importante ruolo nell’efficacia dei processi di riscaldamento e raffreddamento degli ambienti. In estate, dove si verificano delle elevate variazioni della temperatura esterna (sole-aria); pareti con elevata inerzia termica, riescono ad attenuare e ritardare sensibilmente i picchi di temperatura sulla faccia interna della parete. Conseguentemente anche il flusso termico ceduto all’interno subirà un’attenuazione dato che parte dell’energia immagazzinata dalle pareti sarà restituita all’esterno durante la notte. Affinché questo processo sia efficiente è necessario che lo sfasamento sia tale da portare i picchi di temperatura sulla superficie interna durante le ore serali, quando la temperatura esterna dell’aria è più bassa ed è quindi possibile raffreddare attraverso la ventilazione. Un metodo comunemente utilizzato per studiare il problema è quello di considerare la variabilità delle condizioni esterne attraverso il regime periodico stabilizzato [6-7-8]: si suppone cioè che mentre la temperatura interna Ti dell’aria rimane costante (a mezzo di un impianto) quella esterna Te (può essere quella dell’aria Tae o quella sole-aria Tsol-air) vari con legge periodica sulle 24 ore secondo la relazione:

)cos(ωτATT mee += (5) dove: Te è la temperatura esterna, A è l’ampiezza di oscillazione, differenza tra la temperatura massima e quella media: Tmax - Tme, τ è il tempo, ω è la pulsazione pari a ω = 2π/T (con T=24 h nel caso si considerino le oscillazioni giornaliere) e rappresenta l’armonica fondamentale dello sviluppo in serie di Fourier cui può essere ricondotta la funzione periodica che esprime la temperatura esterna. Giova ricordare che l’effetto combinato della variazione della temperatura dell’aria esterna e dell’irraggiamento solare è comunemente studiato attraverso la temperatura sole-aria Tsol-air; ossia considerando che dell’irraggiamento solare I [W/m2] incidente sulla superficie esterna di coefficiente di assorbimento α la frazione assorbita è αI, il totale flusso termico scambiato dalla superficie esterna è he(Te-Tse) + αI. Si può allora pensare ad una ipotetica temperatura esterna dell’aria Tsol-air (chiamata sole aria) che dia luogo allo stesso scambio termico totale cioè:

he(Tsol-air-Tse) = he(Te-Tse) + αI (6) e quindi:

Tsol-air = Tae+ αI/he (7)

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La soluzione di questo problema consente di comprendere come si propaga la sollecitazione termica dall’esterno all’interno. In particolare, come evidenziato in Figura 6, è possibile notare che:

• La temperatura sulla superficie interna della parete varia sinusoidalmente con un’ampiezza di oscillazione ∆Tsimax ridotta rispetto all’ampiezza di oscillazione della temperatura esterna ∆Temax , il rapporto ∆Tsimax/∆Temax viene chiamato fattore di smorzamento ed è indicato con γ. Il fattore di smorzamento indica l’attitudine della parete a ridurre le sollecitazioni esterne ossia: tanto minore è il fattore di smorzamento tanto maggiore sarà la riduzione di temperatura sulla superficie interna;

• Il picco di temperatura sulla superficie interna si manifesta con uno sfasamento (ritardo) ϕ rispetto a quello relativo alla temperatura esterna (vedi Figura 6).

Conoscendo la temperatura sulla superficie interna della parete è allora possibile esprimere, in regime periodico stabilizzato, il flusso termico specifico scambiato con l’ambiente interno mediante la seguente relazione:

)cos()( ϕωτγ −+−= AhTTUq iimei

(8)

dove : hi [W/m2K] è il coefficiente di scambio superficiale interno, γ e ϕ rispettivamente il fattore di smorzamento e ritardo precedentemente definiti (vedi Figura 6). In definitiva la relazione precedente esprime il flusso termico specifico come somma di due termini: il primo costante pari a )( ime TTU − , corrispondente al flusso termico specifico che la parete scambierebbe in regime stazionario se la temperatura esterna fosse costante pari Tme e un secondo termine sinusoidale che tiene conto della variazione delle condizioni esterne (temperatura dell’aria e irraggiamento solare). Nell’espressione precedente il fattore di smorzamento γ e il ritardo temporale ϕ dipendono, per assegnati valori della pulsazione e del coefficiente superficiale di scambio interno da:

• ordine e successione degli strati che compongono la parete;

• dalle proprietà isolanti si / λi dei singoli strati;

• dall’ inerzia termica dei singoli strati si ρi cpi. e inerzia termica totale della parete chiamata capacità termica totale superficiale Ctot = ( )∑ ρ

=

n

i ipii cs1

.

Pagina 26

Figura 6. Attenuazione e smorzamento onda termica La relazione (8) può anche essere riscritta, introducendo il concetto di “trasmittanza ciclica“ Ucic

[6-7-8] che indica il flusso termico scambiato sulla faccia interna della parete iq a causa di una variazione sinusoidale della temperatura esterna di ampiezza unitaria. Questa grandezza è espressa in numero complesso per tenere conto dello sfasamento del flusso termico rispetto alla variazione di temperatura esterna: in termini matematici si può scrivere:

e

icic ∆T

qU =

(9)

dove e∆T = maxe∆T exp(jωτ), iq = maxiq∆ exp(j(ωτ-ϕ)) In definitiva indicando con cicU il modulo della trasmittanza ciclica Ucic la (8) diventa:

cicU+−= )( imei TTUq )cos( ϕωτ −A

(10) o equivalentemente utilizzando la nomenclatura presente nella UNI 10375

[ ])cos()( ϕωτ −+−= AfTTUq aime

(11)

Avendo indicato con fa il fattore di attenuazione del flusso termico pari a:

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6

Sfasamento = ϕ

tem

pera

ture

∆Te max

h

∆Tsi max∆Te max

γ=∆Tsi max

Pagina 27

Uh

Uf i

aγ

== cicU

(12)

Il fattore di attenuazione fa esprime il rapporto tra il flusso termico scambiato dalla superficie interna della parete per effetto di una variazione sinusoidale della temperatura esterna di ampiezza unitaria e il flusso termico scambiato in regime stazionario per differenza unitaria di temperatura tra ambiente esterno ed interno. In Figura 7 viene ulteriormente chiarito il significato fisico dei parametri: in essa oltre alla temperatura esterna è riportata anche la potenza termica scambiata con l’ambiente interno per effetto della variazione di temperatura esterna. Nella pratica avere picchi ridotti dei flussi termici aggiuntivi (in aumento e riduzione) rispetto al flusso U(Tme – Ti) è molto importante in quanto questo consente la scelta di apparecchiature per i processi di condizionamento di taglia inferiore con riduzione dei costi. La Figura 7 mette chiaramente in luce come la riduzione dei picchi sia maggiore per le pareti con più bassi valori di Ucic ed fa. In pratica bassi valori del fattore di attenuazione fa, della trasmittanza ciclica Ucic e del fattore di smorzamento γ denotano migliori caratteristiche delle pareti nell’attenuazione delle sollecitazioni termiche esterne. Si può allora dire che l’effetto combinato del fattore di attenuazione fa (equivalentemente Ucic) e dello sfasamento ϕ caratterizza il comportamento termico delle pareti in regime dinamico.

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6

h

Temperatura esterna

ritardo=ϕ

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6

h

ritardo

Picchi elevati = alti valori di Ucic fa,

Potenza termica scambiata con l’interno

Temperatura esterna

Picchi ridotti = bassi valori di Ucic fa,

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6

Tem

pera

ture

est

erna

∆Te max

h

Scambio termico con l’interno

qi

Temperatura dell’aria

U(t

-t)

me

i

Ti= costante

Figura 7 – Illustrazione qualitativa dei parametri fa, Ucic

Pagina 28

Per meglio comprendere l’effetto della disposizione dell’isolante si è studiato il comportamento di una parete di 10 cm di calcestruzzo con l’isolante prima disposto sul lato interno (Figura 8) e poi sul lato esterno (Figura 9) ed infine metà da un lato e l’altra metà dall’altro. È possibile notare che la disposizione dell’isolante all’esterno porta ad un aumento dell’attenuazione dei picchi di temperatura e flusso termico sulla faccia interna della parete e ad un maggiore sfasamento rispetto alla disposizione con isolante all’interno; tuttavia i migliori risultati si ottengono con l’isolante disposto su entrambi i lati (“massa al centro della parete”). In questo ultimo caso infatti il fattore di attenuazione si riduce a metà rispetto alla disposizione con isolante esterno e ad un terzo rispetto a quella con l’isolante all’interno. Dalle osservazioni appena svolte appare quindi chiaro che per ridurre in modo efficace gli effetti prodotti su un lato di una parete dalle variazioni di temperatura presenti sul lato opposto la disposizione migliore dell’isolamento è quella su entrambi i lati (“la massa in centro alla parete”) o almeno la disposizione con l’isolante dalla parte in cui si manifestano le variazioni (esterno). In seguito vengono riportati i valori del fattore di attenuazione fa, sfasamento e trasmittanza ciclica per le pareti: Ecosism 25 e 30 con intercapedine, Ecosism 30 con doppia intercapedine, ed Ecosism 35 con doppia intercapedine. A titolo di confronto vengono anche riportati gli stessi parametri per una muratura costruita in blocchi di laterizio alveolare da 25 cm. Nelle tabelle seguenti vengono riportati oltre ai parametri

utilizzati nelle simulazioni anche la capacità termica totale superficiale Ctot = ( )∑ ρ=

n

i ipii cs1

.

Parete in laterizio alveolare da 25 cm

strato Spessore [m]

Conduttività λ

[W/(m K]

Densità ρ [kg/(m3]

Calore specifico cp

[J/(kg K]

Resistenza esterna intonaco 0.02 0.9 1800 900 Laterizio 0.25 0.30 800 850 intonaco 0.02 0.9 1800 900

Resistenza interna Ctot = ( )∑ =pcsρ 234.80 kJ/(m2K)

Ecosism 25

strato Spessore [m]

Conduttività λ

[W/(m K]


Calore specifico cp [J/(kg K]

Resistenza esterna intonaco 0.02 0.9 1800 900 isolante 0.04 0.039 25 1210

calcestruzzo 0.15 1.91 2400 880 isolante 0.04 0.039 25 1210 intonaco 0.02 0.9 1800 900


Pagina 29

Ecosism 30 con 1 intercapedine

strato Spessore [m]

Conduttività λ

[W/(m K]


Calore specifico cp [J/(kg K]


intercapedine 0.01 0.076 1.2 1005 isolante 0.04 0.039 25 1210




strato Spessore [m]

Conduttività λ

[W/(m K]


Calore specifico cp

[J/(kg K]







strato Spessore [m]

Conduttività λ

[W/(m K]


Calore specifico cp

[J/(kg K]






Pagina 30

Figura 8 - Parete in calcestruzzo con isolamento interno: U = 0.775 W/(m2 K), smorzamento

γ = 0.057, sfasamento ϕ = 5.27 h; Ucic = 0.458 W/(m2 K), fa = 0.59.

Figura 9 - Parete in calcestruzzo con isolamento esterno: U = 0.775 W/(m2 K), smorzamento

γ = 0.036, sfasamento ϕ = 5.75 h; Ucic = 0.291 W/(m2 K), fa = 0.36.

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

ore

exte

rnal

tem

pera

ture

, int

erna

l sur

face

tem

pera

ture

, int

erna

l fux

(Ti=

cost

)

TextTsintqi

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

ore

exte

rnal

tem

pera

ture

, int

erna

l sur

face

tem

pera

ture

, int

erna

l fux

(Ti=

cost

)

TextTsintqi

10 cm2 cm

Calcestruzzo

Intonaco

Isolante

intonaco

2,0 cm

4 cm

10 cm2 cm

Calcestruzzo

Intonaco Isolante intonaco

4 cm 2,0 cm

Pagina 31

Figura 10 - Parete in calcestruzzo con isolamento esterno ed interno: U = 0.775 W/(m2 K),

smorzamento γ = 0.019, sfasamento ϕ = 7.23 h; Ucic = 0.15 W/(m2 K), fa = 0.19.

Figura 11 - Parete in muratura 25 cm: U = 0.956 W/(m2 K), smorzamento γ = 0.052, sfasamento

ϕ = 8.5 h; Ucic = 0.419 W/(m2 K), fa = 0.438.

25 cm 2 cm2 cm

Intonaco

Lateriziotipo POROTON

Intonaco

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

TextTsintqi

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

ore

exte

rnal

tem

pera

ture

, int

erna

l sur

face

tem

pera

ture

, int

erna

l fux

(Ti=

cost

)

TextTsintqi

10 cm

Calcestruzzo

Intonaco

Isolante

2 cm

Pagina 32

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

ore

exte

rnal

tem

pera

ture

, int

erna

l sur

face

tem

pera

ture

, int

erna

l fux

(Ti=

cost

)

TextTsintqi

Figura 12 - Parete ECOSISM-25: U = 0.427 W/(m2 K), smorzamento γ = 0.0038, sfasamento

ϕ = 8.5 h; Ucic = 0.0303 W/(m2 K), fa = 0.0709.

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

ore

exte

rnal

tem

pera

ture

, int

erna

l sur

face

tem

pera

ture

, int

erna

l fux

(Ti=

cost

)

TextTsintqi

Figura 13 - Parete ECOSISM-30 con intercapedine singola: U = 0.286 W/(m2 K), smorzamento γ = 0.00185, sfasamento ϕ = 8.8 h; Ucic = 0.0148 W/(m2 K), fa = 0.0519 .

30

15 44 41


15

10

25

44

15

10

15

Pagina 33

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

ore

exte

rnal

tem

pera

ture

, int

erna

l sur

face

tem

pera

ture

, int

erna

l fux

(Ti=

cost

)

TextTsintqi

Figura 14 - Parete ECOSISM-30 con doppia intercapedine: U = 0.216 W/(m2 K), smorzamento γ = 0.00187, sfasamento ϕ = 8.4 h, Ucic = 0.0149 W/(m2 K), fa = 0.0693.

Figura 15 - Parete ECOSISM-35 con doppia intercapedine: U = 0.215 W/(m2 K), smorzamento

γ = 0.00122, sfasamento ϕ = 9.13 h, Ucic = 0.00978 W/(m2 K), fa = 0.0456.

15

10

10 44 4 4

30

1


1

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

ore

exte

rnal

tem

pera

ture

, int

erna

l sur

face

tem

pera

ture

, int

erna

l fux

(Ti=

cost

)

TextTsintqi

Pagina 34

Tabella riassuntiva. Smorzamenti, sfasamenti e fattori di attenuazione fa delle varie pareti ECOSISM.

Ucic

γ = ∆Tsi/∆Te

Modulo Sfasamento Modulo Sfasamento

Denom./Parete U

[W/(m2K)] [W/(m2K)] h

Ufa

cicU=

h ECOSISM 25 0.427 0.0303 8.5 0.0709 0.0038 8.5 ECOSISM 30 con 1 interc 0.286 0.0148 8.8 0.0519 0.00185 8.8 ECOSISM 30 con 2 interc 0.216 0.0149 8.4 0.0693 0.00187 8.4 ECOSISM 35 con 2 interc 0.215 0.00978 9.1 0.0456 0.00122 9.1

PARETI DI CONFRONTO

Parete in cls con

isolante sui due lati 0.775 0.15 7.2 0.194 0.0188 7.2

Parete in cls con isolante all’esterno 0.775 0.293 5.7 0.378 0.0366 5.7

Parete in cls con isolante all’interno 0.775 0.461 5.2 0.594 0.058 5.2

Laterizio alveolare 25 0.956 0.419 8.6 0.438 0.052 8.5 4. - CONCLUSIONI Sotto l’aspetto termoigrometrico, per le pareti ECOSISM esaminate, è possibile sintetizzare:

• l’umidità relativa superficiale massima raggiunta nel caso della parete più semplice (Ecosism 25) è del 68 % ben al di sotto del valore limite dell’80% (limite oltre il quale si può avere proliferazione delle principali muffe e spore fungine);

• l’utilizzo dell’isolante all’esterno riduce gli effetti dei ponti termici scongiurando il pericolo di condensazioni superficiali anche in tali zone;

• per quanto riguarda la verifica alla condensa interstiziale, eseguita in conformità alla norma UNI 10350, non si è mai raggiunta la condizione di saturazione (ovvero la pressione parziale pv è risultata inferiore alla ps in ogni superficie della parete e in tutti i mesi dell’anno).

Si può allora concludere che la scelta effettuata nella disposizione dei vari strati è tale da evitare la condensa interstiziale. In particolare, come è logico attendersi, risultati ancora più soddisfacenti si ottengono con le pareti Ecosism 30 con intercapedine singola ed Ecosism 30 e 35 con intercapedine doppia, come si evince dai relativi diagrammi sopra riportati. Queste pareti, disponendo la maggior parte di isolante verso l’esterno, scongiurano in modo efficace la possibile condensa interstiziale; anche per i casi più “critici”, quelli relativi all’utilizzo di fibra minerale non si verifica condensa interstiziale.

Pagina 35

In base al comportamento in regime dinamico i risultati delle valutazioni portano a concludere:

• Le pareti ECOSISM esaminate presentano fattori di attenuazione e sfasamenti che garantiscono un buon comportamento termico dinamico. In particolare, è risultato che la disposizione dell’isolamento su entrambi i lati costituisce una scelta razionale al fine dell’ottenimento di bassi valori del fattore di attenuazione fa e al raggiungimento di sfasamenti superiori alle 8 h che portano correttamente i picchi di temperatura e flusso termico durante le ore serali. In questo modo si raggiunge lo scopo economico di una minore spesa nel condizionamento degli ambienti per la migliore efficienza dei processi di raffreddamento.

Il sistema edilizio ECOSISM è quindi risultato possedere elevate prestazioni sotto ogni aspetto termico ed igrometrico fornendo valori nettamente migliori di quelli corrispondenti a strutture tradizionali di uso corrente.

Pagina 36

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

[1] EN ISO 13788:2001, “Hygrothermal performance of building components and building

elements-Internal surface temperature to avoid critical surface humidity and interstitial condensation- Calculation methods.”

[2] UNI 10350, “Componenti edilizi e strutture edilizie – Prestazioni igrotermiche. Stima della

temperatura superficiale interna per evitare umidità critica superficiale e valutazione del rischio di condensazione interstiziale”.

[3] UNI 10349, Riscaldamento e raffreddamento degli edifici – Dati climatici. [4] UNI 10351, Materiali da costruzione – Conduttività termica e permeabilità al vapore. [5] Gerd Mauser, Horst Stiegel, “WÄRMEBRÜCKEN ATLAS” Bauverlag GmbH, Wiesbaden

und Berlin 1993. [6] UNI 10375, Metodo di calcolo della temperatura interna estiva degli ambienti. [7] Morris Grenfell Davies, “Building Heat Transfer”, Wiley, The Atrium, Southern Gate,

Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England, 2004. [8] Morris Grenfell Davies, “The Thermal Response of an Enclosure to Periodic Excitation:

the CIBSE Approach”, Building Environment, Vol. 29, 1994.

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CONSIDERAZIONI RELATIVE AL SISTEMA EDILIZIO DI COSTRUZIONE

ECOSISM

Prof. Marco Mariotti

Padova 28.07.05

Pagina 38

CONSIDERAZIONI RELATIVE AL SISTEMA EDILIZIO DI COSTRUZIONE

ECOSISM Introduzione

Costruire un edificio con tecniche e materiali tradizionali o ricorrere a quanto l’evoluzione tecnologica mette a disposizione?

Il quesito sopra formulato potrebbe aprire ad un ampio dibattito in cui valutazioni puramente soggettive si mescolerebbero a dati oggettivi evidenziando due opposti schieramenti e probabilmente non si giungerebbe ad alcuna conclusione, rimanendo ogni schieramento del proprio avviso.

Il problema deve essere posto sotto altri termini, ovvero bisogna chiedersi quale sia il modo migliore di soddisfare le esigenze che attualmente caratterizzano l’uso di un edificio.

Sono proprio queste esigenze che, mutate ed accresciute nel tempo, hanno via via portato all’’uso di materiali e tecnologie diverse.

Così oltre alla primitiva necessità di contrastare e mitigare le condizioni climatiche avverse tipiche della zona è immediatamente emersa l’esigenza del facile reperimento in loco del materiale da costruzione, fatto questo che ha portato all’uso del legno nelle zone boschive o all’uso di pietre piuttosto che di argilla o tufo in zone in cui erano abbondanti questi elementi; si è quindi venuta a creare una esperienza che nel corso del tempo ha formato la tradizione locale per la costruzione degli edifici.

Ferro e cemento armato hanno permesso di realizzare edifici completamente innovativi permettendo di soddisfare esigenze strutturali ed architettoniche capaci di modificare profondamente la struttura dell’edificio: senza l’uso di ferro e cemento non avrebbero potuto essere realizzate le grandi opere dell’architettura moderna.

Sembra banale a dirsi, ma l’edificio, secondo la propria destinazione d’uso, deve nascere attorno al concetto di comfort; tale concetto comprende gli aspetti termici, igrometrici, acustici, illuminotecnici, e di qualità dell’aria, ottenendo tutto ciò con il minor consumo energetico possibile, dato che lo spreco di energia, oltre ad incrementare i costi di gestione dell’edificio, costituisce la prima fonte di inquinamento ambientale.

In queste brevi note ci occuperemo prima degli aspetti termici ed igrometrici e poi degli aspetti acustici, in particolare, sotto l’aspetto termoigrometrico ci occuperemo delle pareti esterne che costituiscono sicuramente l’elemento edilizio più importante dell’edificio, mentre per l’aspetto acustico considereremo le pareti interne in quanto elementi di partizione tra ambienti e quindi determinanti ai fini della trasmissione del rumore. Aspetti termici

Il dato che maggiormente caratterizza sotto l’aspetto termico una parete è il suo coefficiente di trasmittanza “U” , questa grandezza indica la quantità di calore che attraversa la superficie unitaria di quella data parete nell’unità di tempo quando è posta tra due ambienti (interno ed esterno) la cui temperatura differisce di 1°C.

Pertanto, una parete risulterà avere prestazioni termiche migliori quanto più piccolo risulta il suo valore “U”.

Pagina 39

La trasmittanza di una parete dipende dalle caratteristiche termofisiche dei materiali di cui è composta e dal loro spessore, inoltre, dipende dai coefficienti superficiali di scambio termico sulle due facce (interna ed esterna).

I valori di riferimento delle caratteristiche termofisiche dei materiali sono riportati nella norma UNI 10351 in cui viene indicato anche, per ogni materiale, un coefficiente di maggiorazione “m” della conducibilità termica “λ” distinguendo quindi un “λ secco” (derivato dalle misure effettuate in laboratorio in condizioni ideali, corrispondente quindi a quanto riportato nei certificati di laboratorio) ed un “λ effettivo”che, a seguito della maggiorazione “m”, corrisponde, in modo più attendibile, alle condizioni reali di messa in opera del materiale.

Esaminiamo quindi alcune pareti realizzabili con il sistema ECOSISM e le poniamo a confronto con pareti tradizionali di uso corrente.

Sono pertanto qui di seguito riportate le tabelle di calcolo della trasmittanza termica delle pareti la cui struttura è anche evidenziata a disegno.

Nelle tabelle, oltre il calcolo della trasmittanza sono riportate anche i valori relativi alla permeabilità al vapore d’acqua dei vari materiali e calcolata la massa superficiale della parete, valori questi che influenzano il comportamento termico ed igrometrico e quello acustico della parete stessa.

Esaminiamo quindi alcune tipologie di parete tradizionale.

P01

Per poter avere un termine di riferimento, la prima parete esaminata è quella costituita da mattoni semipieni ed intonacati per uno spessore finito di 31 cm (nominale 30 cm).

Questa è una parete tipica di edifici realizzati prima dell’entrata in vigore della Legge 373 del 1976, ovvero senza la necessità di limitare i consumi energetici.

P01

Materiale Densità Permeab Spessore Conducib Condutt. Resis. Incremento Conducib Condutt. Resis. ρ δ.1012 s λ sec C R a norma λ effettiva C R

(kg/m3) (kg/msPa) (m) (W/mK) (W/m2K) (m2K/W) % (W/mK) (W/m2K) (m2K/W)

Intonaco interno 1800 5 0,015 0,9 0,017 0,900 0 0,017

Mattoni semipieni 1800 21 0,28 0,63 0,444 14 0,718 0 0,390

Intonaco esterno 1800 5 0,015 0,9 0,017 0,900 0 0,017

Coef.Liminare int. 8 0,125 8 0,125

Coef. Liminare est. 23 0,043 23 0,043

Massa sup. (kg/m2) 558,000 Spessore 0,310 Rtot 0,646 Rtot 0,592

U secco (W/(m2K)) 1,55 U effettivo (W/(m2K)) 1,69

Esterno Interno

1,5

28

1,5

Intonaco

Mattonisemipieni

Pagina 40

P02

L’entrata in vigore della già citata Legge 373 ha reso necessario operare una coibentazione delle pareti dell’edificio, ovvero realizzare pareti con minore trasmittanza termica.

Anche se termicamente non corretta, viene spesso realizzata la parete con coibentazione interna, ovvero costituita da mattoni semipieni, uno strato di materiale isolante (polistirene o lana di vetro) e controparete interna in tavelloni ovviamente intonacata sulle due facce e con uno spessore complessivo di 35 cm.

P02




Tavellone 700 21 0,08 0,14 0,571 90 0,266 0 0,301

Polistirene Espanso 25 2 0,04 0,035 1,143 10 0,039 0 1,039





Massa Sup. (kg/m2) 561,000 Spessore 0,400 Rtot 2,313 Rtot 1,890


P03

I gravi problemi di ponti termici e condense generati dalla tipologia della precedente parete hanno portato a realizzare una coibentazione dall’esterno (isolamento a cappotto) che risulta termicamente corretta e rappresenta la migliore soluzione tradizionale. La parete è ancora costituita da mattoni semipieni isolata esternamente ed intonacata sulle due facce con spessore complessivo di 32-35 cm .

Esterno Interno

1,5 8 425

1,5

Intonaco

Mattonisemipieni

Intonaco Tavellone

Isolante

Pagina 41

P03

Materiale Densità Permeab Spessore Conducib Condutt. Resis. Incremento Conducib Condutt. Resis.

ρ δ.1012 s λ sec C R a norma λ effettiva C R










P04

I costi elevati delle pareti coibentate dovuti alla manodopera richiesta ed i problemi tecnologici connessi alla scelta di un pacchetto isolante testato in ogni suo componente ed i frequenti rischi di una esecuzione non a regola d’arte, hanno spinto a realizzare murature con mattoni ad elevata foratura in laterizio alveolare. Tuttavia il problema dei ponti termici non risulta automaticamente risolto. Si hanno quindi pareti in “Laterizio alveolare” da 30 cm con spessore finito di 33 cm .

P04




Laterizio alveolare 800 21 0,3 0,18 1,667 65 0,297 0 1,010






Esterno Interno

1,5 5

25

1,5

Intonaco

Mattonisemipieni

Intonaco

Isolante

Pagina 42

P05

Oppure, con le stesse caratteristiche della parete precedente, ma con “Laterizio alveolare” da 35 cm e spessore finito di 38 cm .

P05




Laterizio alveolare 800 21 0,35 0,18 1,944 65 0,297 0 1,178






I valori della trasmittanza “U” delle pareti considerate sono compresi tra 1,69 W/m2K delle murature non coibentate e 0,53 delle murature coibentate, anche se non sempre .idonee sotto l’aspetto igrometrico e dei ponti termici.

Esterno Interno

Esterno Interno

1,5

30

1,5

IntonacoIntonaco

Laterizio Alveolato

1,5 3 5

1,5

IntonacoIntonaco

Laterizio alveolato

Pagina 43

Trascurando la prima, trattandosi di soluzione non idonea, i valori della trasmittanza termica per pareti tradizionali sono generalmente compresi tra 0,6 e 0,8 W/m2K.

Questi valori, nell’ottica di un contenimento dei consumi energetici, se potevano essere considerati sufficienti una trentina di anni fa, oggi risultano troppo elevati, è pertanto necessario ricercare nuove soluzioni edilizie dato che questa è la strada più semplice ed immediata per ridurre in modo consistente i consumi energetici.

Si comprende facilmente che la soluzione del sistema monocomponente tipo “Laterizio alveolare” è impercorribile dato che richiederebbe spessori di muratura troppo grandi e quindi non accettabili, senza peraltro risolvere i problemi già descritti.

Più promettente è la soluzione di incrementare lo spessore del rivestimento a cappotto; in questo caso si aprono due soluzioni: se applicato sulla muratura portante da 30 cm lo spessore del muro finito supera abbondantemente lo spessore di 40 ÷ 45 cm, oppure si realizza una parete di tamponamento leggera il cui spessore è costituito prevalentemente dal materiale isolante.

In entrambi i casi si possono ottenere valori di trasmittanza inferiori del 50% ed oltre di quelli calcolati in precedenza, ma il comportamento termico delle due soluzioni risulta completamente differente.

Se è vero che l’energia dissipata attraverso una parete è proporzionale alla sua trasmittanza è altrettanto vero che il confort ambientale e la potenza termica necessaria al controllo della temperatura interna dipendono dalla capacità termica della parete stessa.

La parete infatti non opera in condizioni stabili di temperatura ma, nell’arco della giornata è sottoposta ad una onda termica determinata dall’escursione termica giornaliera e dall’effetto della radiazione solare incidente sulla parete.

Si può facilmente intuire che una parete oltre ad opporre una resistenza al passaggio del calore deve anche essere in grado di smorzare le variazioni termiche giornaliere mediante la propria inerzia termica.

La capacità termica di un elemento è data dal prodotto della sua massa per il suo calore specifico; poiché i materiali costituenti la struttura edilizia hanno densità elevata (1800-2400 kg/m3) e valori del calore specifico poco discosti (mattoni 840, cls 880 Ws/kgK.), mentre i materiali isolanti hanno calore specifico più elevato (1000-1300 Ws/kgK ) ma densità 100 volte inferiori, possiamo dire che la capacità termica di una parete è con buona approssimazione proporzionale alla sua massa superficiale.

Le prestazioni termiche di una parete saranno quindi migliori al diminuire della trasmittanza ed all’aumentare della sua massa superficiale..

Occorre inoltre osservare che il comportamento dinamico di una parete, essendo questa non omogenea ma costituita da strati di materiale ad elevata capacità termica e da strati di materiale isolante ad elevata resistenza termica, dipende anche da come sono disposti i vari strati, fatto questo che influenza anche il suo comportamento igrometrico.

Se si suppone che la parete sia sottoposta ad una onda termica sinusoidale in regime periodico stabilizzato, è possibile calcolare quale sarà lo smorzamento dell’ampiezza dell’onda termica e lo sfasamento nel tempo dell’onda che si propaga all’interno rispetto a quella esterna mantenendo costante la temperatura interna.

A titolo d’esempio sono riportati i risultati di tre pareti aventi la stessa trasmittanza U e la stessa massa ma con differente disposizione dell’isolamento.

Pagina 44

Parete in calcestruzzo con isolamento interno: U = 0.775 W/(m2 K), smorzamento γ = 0.057, sfasamento ϕ = 5.27 h;

Ucic = 0.458 W/(m2 K), fa = 0.59.

Parete in calcestruzzo con isolamento esterno: U = 0.775 W/(m2 K), smorzamento γ = 0.036, sfasamento ϕ = 5.75 h;

Ucic = 0.291 W/(m2 K), fa = 0.36.

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

ore

exte

rnal

tem

pera

ture

, int

erna

l sur

face

tem

pera

ture

, int

erna

l fux

(Ti=

cost

)

TextTsintqi

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

ore

exte

rnal

tem

pera

ture

, int

erna

l sur

face

tem

pera

ture

, int

erna

l fux

(Ti=

cost

)

TextTsintqi

10 cm2 cm

Calcestruzzo

Intonaco

Isolante

intonaco

2,0 cm

4 cm

10 cm2 cm

Calcestruzzo

Intonaco Isolante intonaco

4 cm 2,0 cm

Pagina 45

Parete in calcestruzzo con isolamento esterno ed interno: U = 0.775 W/(m2 K), smorzamento γ = 0.019, sfasamento

ϕ = 7.23 h; Ucic = 0.15 W/(m2 K), fa = 0.19.

I diagrammi riportano l’andamento dell’onda termica esterna in blu, la risposta della parete data dall’andamento della temperatura superficiale interna tracciata in verde ed il corrispondente flusso termico attraverso la parete indicato in rosso.

Le oscillazioni avvengono ovviamente attorno ai rispettivi valori medi.

Il significato dei parametri riportati sotto ogni diagramma oltre alla trasmittanza U può essere così riassunto:

• lo smorzamento γ rappresenta il rapporto tra l’ampiezza dell’onda termica presente sulla faccia interna della parete rispetto all’ampiezza dell’onda termica esterna, il suo valore è sempre inferiore ad 1 e la parete risulta tanto più prestazionale quanto γ è più piccolo;

• lo sfasamento φ rappresenta il ritardo con cui si manifesta il picco termico sulla faccia interna rispetto all’istante in cui si ha il picco dell’onda termica esterna; maggiore è lo sfasamento migliore risulterà la parete;

• la trasmittanza ciclica Ucic ed il fattore di attenuazione fa, pur essendo definiti in modo differente, dal punto di vista pratico sono due modi di indicare la stessa prestazione della parete, ovvero la capacità di ridurre il flusso termico trasmesso nella sua componente periodica. Il flusso termico attraverso la parete in regime dinamico può infatti essere pensato come derivante da due contributi, un contributo stazionario, dipendente dalla trasmittanza U della parete e calcolato alla temperatura media esterna ed un contributo variabile periodicamente la cui entità risulta direttamente proporzionale alla trasmittanza ciclica Ucic oppure al fattore di attenuazione fa . Evidentemente la parete risulterà avere prestazione migliore se, a parità di trasmittanza U, la componente periodica del flusso risulta minima, ovvero quanto più piccoli risultano i valori di Ucic e fa .

Dai diagrammi sopra riportati è possibile dedurre che la disposizione dell’isolante all’esterno porta ad un aumento dell’attenuazione dei picchi di temperatura e flusso termico sulla faccia interna della parete e ad un maggiore sfasamento rispetto alla disposizione con isolante all’interno. Tuttavia i migliori risultati si ottengono con l’isolante disposto su entrambi i lati (“massa al centro della parete”): il fattore di attenuazione infatti si riduce a metà rispetto alla disposizione con isolante esterno e un terzo rispetto a quella con l’isolante all’interno.

Per ulteriori dettagli si rimanda allo studio effettuato dal Dipartimento di Fisica Tecnica dell’Università di Padova.

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

ore

exte

rnal

tem

pera

ture

, int

erna

l sur

face

tem

pera

ture

, int

erna

l fux

(Ti=

cost

)

TextTsintqi

10 cm

Calcestruzzo

Intonaco

Isolante

2 cm

Pagina 46

Per ottenere buone prestazioni da una parete occorre pertanto abbinare gli effetti di materiali ad elevata densità con quelli dei materiali isolanti.

La soluzione delle pareti leggere anche se ad elevata resistenza termica non costituisce una buona soluzione al problema specialmente in climi caratterizzati da una elevata escursione termica; non resta quindi che prendere nuovamente in considerazione i sistemi con isolamento a cappotto.

Cercando una soluzione di tipo tradizionale si devono risolvere numerosi problemi tecnici a partire dalle modalità di ancoraggio di rivestimenti il cui spessore diviene superiore a 12 cm.

La posa di rivestimenti a cappotto di elevato spessore richiede una collaudata esperienza nell’uso dei componenti il sistema e l’impiego di manodopera qualificata.

Come è facile intuire, si avrà un aumento consistente dei costi di costruzione a cui si dovrà aggiungere la perdita economica dovuta alla riduzione della superficie effettiva calpestabile degli ambienti a causa dell’elevato spessore delle pareti (superiore a 45 cm).

Soluzioni tecnologiche innovative consentono oggi di affrontare il problema in modo diverso ed ottenere risultati eccellenti in modo semplice ed efficace.

Il sistema costruttivo ECOSISM, per la cui descrizione e specifiche si rimanda alla documentazione tecnica della Ditta stessa, offre soluzioni adeguate abbinando caratteristiche strutturali conformi alle nuove norme antisismiche, massa superficiale elevata e minima trasmittanza termica, il tutto con spessori corrispondenti a quelli delle attuali pareti.

Riportiamo quindi i calcoli per alcune pareti realizzabili con il sistema ECOSISM.

S01

Costituisce la struttura più semplice, ma già questa tipologia di parete è capace di fornire risultati più che soddisfacenti unendo una elevata semplicità di esecuzione e messa in opera.

S01





Calcestruzzo 2400 2 0,15 1,66 0,090 15 1,909 0 0,079







Con una massa superficiale di 434 kg/m2 si ha una trasmittanza “U” di 0,42 W/m2K in uno spessore finito di soli 27 cm, prestazioni queste nettamente superiori a tutte le pareti tradizionali precedentemente esaminate.

Pagina 47

S02

La tecnologia ECOSISM consente di aumentare le prestazioni della parete in modo molto semplice realizzando soluzioni a cappotto di elevato spessore risolvendo in modo definitivo ogni problema di ancoraggio e di perfetta esecuzione.

S02





Calcestruzzo 2400 2 0,15 1,66 0,090 15 1,909 0 0,079


Intercapedine 0,01 7,56 0,132 0,000 7,56 0,132







Esterno Interno

2

Intonaco

Calcestruzzo

415

4 2

IsolanteIntonaco

Isolante

Pagina 48

S03

In analogia alla parete precedente è possibile aumentare ulteriormente lo spessore complessivo dell’isolamento a cappotto, si realizza quindi una parete ad elevate prestazioni termiche i cui tempi di messa in opera sono identici a quelli della parete semplice S01 e pertanto l’incidenza sui costi di realizzazione è soltanto quella dovuta al puro costo del materiale isolante aggiunto.

S03





Calcestruzzo 2400 2 0,1 1,66 0,060 15 1,909 0 0,052


Intercapedine 0,01 7,56 0,132 0,000 7,56 0,132


Intercapedine 0,01 7,56 0,132 0,000 7,56 0,132







Come si può notare, con una massa superficiale confrontabile con quella di pareti in laterizio alveolare ed uno spessore ugualmente contenuto in 32 cm si ottiene una trasmittanza “U” pari a 0,21 W/m2K contro 0,83 della corrispondente parete in Laterizio alveolare.

Interno Esterno

2

Intonaco

Calcestruzzo

4

15

4 1

Isolante Intonaco

Isolante

Intercapedined'aria

4

2

Pagina 49

S04

Incrementando lo spessore del calcestruzzo a 15 cm per esigenze strutturali o semplicemente per aumentare la massa della parete, non si ha una variazione sensibile della trasmittanza ma si può usufruire di una inerzia termica più elevata pur contenendo lo spessore entro 37 cm.

S04





Calcestruzzo 2400 2 0,15 1,66 0,090 15 1,909 0 0,079


Intercapedine 0,01 7,56 0,132 0,000 7,56 0,132


Intercapedine 0,01 7,56 0,132 0,000 7,56 0,132







Interno Esterno

2

Intonaco

Calcestruzzo

4

10

Isolante Intonaco

Isolante

Intercapedine

d'aria

4 1 4

214

Pagina 50

S05

Questa tipologia di parete (doppia parete) è idonea come parete divisoria interna tra unità abitative e pertanto deve rispondere principalmente a requisiti di isolamento acustico, tuttavia è importante che tra gli alloggi vi sia anche una separazione termica e che il grado di isolamento sia elevato dato che non sempre il riscaldamento degli alloggi è contemporaneo.

S05





Calcestruzzo 2400 2 0,1 1,66 0,060 15 1,909 0 0,052


Calcestruzzo 2400 2 0,1 1,66 0,060 15 1,909 0 0,052







Con una massa superficiale di 555 kg/m2 (fondamentale in campo acustico) si ottiene una trasmittanza di 0,29 W/m2K con uno spessore di 36 cm.

Interno Esterno

Calcestruzzo

4

15

Isolante Intonaco

Isolante

2

Intonaco

Intercapedine

d'aria

4 14

214

Pagina 51

Nel diagramma seguente sono state sintetizzate le trasmittanze delle varie pareti per un più agevole confronto.

0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,80

P01 P02 P03 P04 P05 S01 S02 S03 S04 S05

Trasmittanza U [W/(m2K)]

Anche in regime dinamico, in ragione dell’elevata capacità termica e resistenza termica, le pareti ECOSISM raggiungono i migliori risultati in virtù anche della presenza di uno strato di isolante anche all’interno.

Interno Esterno

2

Intonaco

Calcestruzzo

410

Isolante Intonaco

Isolante

410

4

2

Pagina 52

Parete ECOSISM-25: U = 0.427 W/(m2 K), smorzamento γ = 0.0038, sfasamento ϕ = 8.5 h; Ucic = 0.0303 W/(m2 K), fa = 0.0709.

Parete ECOSISM-30 con intercapedine singola: U = 0.286 W/(m2 K), smorzamento γ = 0.00185, sfasamento ϕ = 8.8 h; Ucic = 0.0148 W/(m2 K), fa = 0.0519 .

30

15 44 41


15

10

25

44

15

10

15

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

ore

external temperature, internal surface temperature, internal fux (Ti=cost) TextTsintqi

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12 -11.2 -10.4 -9.6 -8.8 -8 -7.2 -6.4 -5.6 -4.8 -4 -3.2 -2.4 -1.6 -0.8 0 0.8 1.6 2.4 3.2 4 4.8 5.6 6.4 7.2 8 8.8 9.6 10.4 11.2 12

ore

external temperature, internal surface temperature, internal fux (Ti=cost)

TextTsintqi

Pagina 53

Parete ECOSISM-30 con doppia intercapedine: U = 0.216 W/(m2 K), smorzamento γ = 0.00187, sfasamento ϕ = 8.4 h, Ucic = 0.0149 W/(m2 K), fa = 0.0693.

Parete ECOSISM-35 con doppia intercapedine: U = 0.215 W/(m2 K), smorzamento γ = 0.00122, sfasamento

ϕ = 9.13 h, Ucic = 0.00978 W/(m2 K), fa = 0.0456.

Gli ottimi risultati conseguiti in regime dinamico consentono un autolivellamento della temperatura interna, ovvero senza dover variare in modo sensibile la potenza erogata dagli impianti di climatizzazione; ciò si traduce in una minore potenza termica necessaria (valore di picco nettamente inferiore) ed una maggiore facilità di regolazione dell’impianto.

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

ore

exte

rnal

tem

pera

ture

, int

erna

l sur

face

tem

pera

ture

, int

erna

l fux

(Ti=

cost

)

TextTsintqi

15

10

10 44 4 4

30

1


1 -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-12-11.2-10.4-9.6-8.8

-8-7.2-6.4-5.6-4.8

-4-3.2-2.4-1.6-0.8

00.81.62.43.2

44.85.66.47.2

88.89.6

10.411.2

12

ore

external temperature, internal surface temperature, internal fux (Ti=cost)

Text Tsint qi

Pagina 54

Aspetti igrometrici

Nelle tabelle relative alle varie tipologie di pareti più sopra riportate appare indicata anche la permeabilità del materiale al vapore d’acqua.

Questo dato è molto importante per determinare le condizioni igrometriche in cui viene ad operare una parete nell’arco stagionale: la parete non deve mai presentare condizioni critiche di umidità sulla sua superficie interna (Ur >80%) o formazione di condense interstiziali se non di breve durata tali che possano essere smaltite rapidamente.

L’analisi igrometrica delle pareti deve essere condotta secondo le indicazioni della normativa UNI-10350 e per le pareti tradizionali la tipologia più critica è sicuramente quella con isolamento interno alla muratura e rifodera con tavelle senza peraltro considerare le zone di ponte termico dove è possibile raggiungere facilmente condizioni critiche superficiali.

Difficoltà a risolvere i problemi di ponte termico si hanno anche con le strutture in laterizio alveolare, mentre questo problema è superato dalle strutture con rivestimento a cappotto che, ancora una volta, risultano essere le più efficienti anche sotto l’aspetto igrometrico.

Nell’isolamento a cappotto occorre tuttavia prestare la massima attenzione alla scelta del pacchetto di rivestimento dato che, essendo la permeabilità della muratura maggiore di quella del pacchetto isolante, se lo spessore di questo non è adeguato possono formarsi condensa sulla superficie di contatto muro-isolante che possono determinarne il progressivo distacco.

Le pareti realizzate secondo la tecnologia ECOSISM sono state esaminate anche sotto l’aspetto igrometrico ed hanno fornito risultati ampiamente soddisfacenti anche utilizzando materiali isolanti diversi (polistirene o fibre minerali).

La tecnica di realizzazione è tale da scongiurare ogni pericolo di perdita di prestazioni nel tempo a causa di condense o errata messa in opera del pacchetto isolante.

Per maggiori dettagli si rimanda nuovamente allo studio già citato effettuato dal Dipartimento di Fisica Tecnica dell’Università di Padova.

Consumi energetici

Le prestazioni termiche delle pareti sopra riportate si traducono in comfort ambientale e costi di gestione dell’edificio.

Il consumo energetico di un edificio nell’arco stagionale dipende da numerosi fattori determinati dalla zona climatica in cui si trova ubicato, dalla trasmittanza media del suo involucro edilizio, dal livello termico mantenuto al suo interno, dalla tipologia ed efficienza dell’impianto di climatizzazione, dalle modalità di conduzione e regolazione, dalla capacità di sfruttare gli apporti energetici gratuiti come la radiazione solare e non ultimo dalle abitudini dei sui occupanti.

Risulta quindi evidente che ogni edificio avrà un proprio consumo energetico e pertanto non generalizzabile, è tuttavia importante fornire una valutazione di quanto sia il consumo dovuto da un tipo di parete piuttosto che da un altro.

Prescindendo quindi dall’intero edificio, in queste brevi note si vuole evidenziare quale sia il consumo di metano ed il relativo costo per 1 m2 di parete avente una determinata trasmittanza quando questa sia posta in differenti condizioni climatiche.

Il calcolo è stato condotto in modo stazionario su base oraria partendo dai dati climatici medi mensili della località esaminata; il contributo solare è stato valutato mediante la temperatura fittizia sole-aria in base all’energia solare incidente sulla parete al variare dell’ora e per le diverse esposizione della parete stessa.

Il calcolo è stato condotto per una parete di riferimento avente trasmittanza U = 1 W/m2K

Pagina 55

Il risultato è facilmente estendibile ad altre tipologie di parete dato che il consumo risulterà direttamente proporzionale alla trasmittanza della parete considerata; è quindi possibile valutare il risparmio energetico ed economico ottenibile scegliendo pareti aventi prestazioni termiche migliori, valorizzando quindi dal punto di vista economico la variazione della trasmittanza.

La località presa come riferimento è Padova ed i dati medi mensili utilizzati per il calcolo sono quelli riportati nella tabella seguente:

PADOVA

T media Esc.

Gior. Rad. Sol Tmax Tmin MESE (°C) (°C) (kJ/m2day) (°C) (°C) GEN 1,9 5 4100 4,4 -0,6 FEB 4 5,7 7100 6,9 1,2 MAR 8,4 5,9 11000 11,4 5,5 APR 13 6,4 14700 16,2 9,8 MAG 17,1 6,9 18800 20,6 13,7 GIU 21,3 7,3 20600 25,0 17,7 LUG 23,6 7,8 21500 27,5 19,7 AGO 23,1 7,6 18700 26,9 19,3 SETT 19,7 7,2 14400 23,3 16,1 OTT 13,8 6 9400 16,8 10,8 NOV 8,2 5 5000 10,7 5,7 DIC 3,6 4,9 4200 6,1 1,2

Per una parete avente trasmittanza unitaria il consumo energetico (e quindi di metano) stagionale per le quattro esposizioni (Nord, Est, Sud e Ovest) risulta riportato nel diagramma sottostante dove il calcolo è stato condotto

assumendo un rendimento medio stagionale di una caldaia tradizionale pari a 0,85.

Fabbisogno energetico medio mensile (kWh)

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

Consumo energetico - Nord 13,33 10,47 8,06 4,25 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 4,21 8,31 12,08

Consumo energetico - Est 12,90 9,89 7,01 3,26 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3,60 7,80 11,78

Consumo energetico - Sud 11,92 8,85 6,47 3,86 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3,48 6,71 10,38

Consumo energetico - Ovest 12,90 9,89 7,04 3,83 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 4,06 7,80 11,78

GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SETT OTT NOV DIC

Pagina 56

Il consumo medio per le quattro esposizioni è pertanto di 56.47 kWh corrispondenti a 6.72 Nm3 di metano.

Risulta pertanto possibile valutare consumi e costi dovuti alle pareti in un edificio avente 600 m2 di pareti uniformemente disposte come orientamento confrontando il risultato conseguibile con pareti tradizionali e pareti ECOSISM.

I diagrammi successivi illustrano i risultati ottenuti.

Confronto parete tipo P01 con pareti ECOSISM

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

Consumo energetico stagionale (kWh) 57258 14230 9487 7115 7115 9825

Consumo stagionale metano (Nm3) 6814 1693 1129 847 847 1169

Costo stagionale (€) 3952 982 655 491 491 678

Risparmio stagionale (%) 0% 75% 83% 88% 88% 83%

P01 S01 S02 S03 S04 S05


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000





P02 S01 S02 S03 S04 S05

1,5 28

1,5

Intonaco

Mattoni semipieni

1,5 8 4 25

1,5

Intonaco

Mattoni semipieni

Intonaco Tavellone

Isolante

Pagina 57


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000





P03 S01 S02 S03 S04 S05


0

5000

10000

15000

20000

25000

30000





P04 S01 S02 S03 S04 S05

1,5 5 25

1,5

Intonaco

Mattoni semipieni

Intonaco

Isolante

1,5 30

1,5

Intonaco Intonaco

Laterizio alveolato

Pagina 58


0

5000

10000

15000

20000

25000

30000





P05 S01 S02 S03 S04 S05

2 Intonaco

Calcestruzzo

4 15 4 2

Isolante Intonaco

Isolante

2

Intonaco

Calcestruzzo

415

4 1

IsolanteIntonaco

Isolante

Intercapedined'aria

4

2

2

Intonaco

Calcestruzzo

4 10

Isolante Intonaco

Isolante

Intercapedined'aria

4 1 4

21

2

Intonaco

Calcestruzzo

415

Isolante Intonaco

Isolante

Intercapedined'aria

4 1 4 2 1

2

Intonaco

Calcestruzzo

410

Isolante

Intonaco Isolante

410

4

2

S01 S02 S03

S04 S05

4

4

1,5 35

1,5

Intonaco Intonaco

Laterizio alveolato

Pagina 59

La stessa analisi è stata condotta per varie località aventi condizioni climatiche differenti in modo da stimare il costo di riscaldamento imputabile alle pareti al variare del clima, sono state pertanto prese in considerazione le località di Bolzano, Roma e Palermo.

BOLZANO

T media Esc.

Gior. Rad. Sol Tmax Tmin MESE (°C) (°C) (kJ/m2day) (°C) (°C) GEN 1,2 7,2 4500 4,8 -2,4 FEB 4,2 8,8 8200 8,6 -0,2 MAR 9 8 12700 13,0 5,0 APR 13,4 9,7 16500 18,3 8,6 MAG 16,9 10,3 20300 22,1 11,8 GIU 21 11,7 21300 26,9 15,2 LUG 22,7 13,4 22500 29,4 16,0 AGO 22 12,6 18500 28,3 15,7 SETT 18,8 10,1 14200 23,9 13,8 OTT 12,9 8,7 9300 17,3 8,6 NOV 6,7 6,2 5100 9,8 3,6 DIC 2,2 5,7 3900 5,1 -0,7


0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00






Consumo energetico stagionale medio

(kWh/m2) 61,80 Consumo stagionale metano (Nm3/m2) 7,35

Pagina 60


0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000





P01 S01 S02 S03 S04 S05


0

5000

10000

15000

20000

25000





P02 S01 S02 S03 S04 S05

1,5 28

1,5

Intonaco

Mattoni semipieni

1,5 8 4 25

1,5

Intonaco

Mattoni semipieni

Intonaco Tavellone

Isolante

Pagina 61


0

5000

10000

15000

20000

25000





P03 S01 S02 S03 S04 S05


0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000





P04 S01 S02 S03 S04 S05

1,5 5 25

1,5

Intonaco

Mattoni semipieni

Intonaco

Isolante

1,5 30

1,5

Intonaco Intonaco

Laterizio alveolato

Pagina 62


0

5000

10000

15000

20000

25000

30000





P05 S01 S02 S03 S04 S05

2 Intonaco

Calcestruzzo

4 15 4 2

Isolante Intonaco

Isolante

2

Intonaco

Calcestruzzo

415

4 1

IsolanteIntonaco

Isolante

Intercapedined'aria

4

2

2

Intonaco

Calcestruzzo

4 10

Isolante Intonaco

Isolante

Intercapedined'aria

4 1 4

21

2

Intonaco

Calcestruzzo

415

Isolante Intonaco

Isolante

Intercapedined'aria

4 1 4 2 1

2

Intonaco

Calcestruzzo

410

Isolante

Intonaco Isolante

410

4

2

S01 S02 S03

S04 S05

4

4

1,5 35

1,5

Intonaco Intonaco

Laterizio alveolato

Pagina 63

ROMA

T media Esc.

Gior. Rad. Sol Tmax Tmin MESE (°C) (°C) (kJ/m2day) (°C) (°C) GEN 7,6 7,4 6300 11,3 3,9 FEB 8,7 8,1 9200 12,8 4,7 MAR 11,4 8,5 13700 15,7 7,2 APR 14,7 9,4 18900 19,4 10,0 MAG 18,5 10 23600 23,5 13,5 GIU 22,9 10,4 25700 28,1 17,7 LUG 25,7 11,8 27100 31,6 19,8 AGO 25,3 11,6 23300 31,1 19,5 SETT 22,4 10,4 17600 27,6 17,2 OTT 17,4 8,4 12200 21,6 13,2 NOV 12,6 7,6 7300 16,4 8,8 DIC 8,9 7 5400 12,4 5,4


0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00








Pagina 64


0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000





P01 S01 S02 S03 S04 S05


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000





P02 S01 S02 S03 S04 S05

1,5 28

1,5

Intonaco

Mattoni semipieni

1,5 8 4 25

1,5

Intonaco

Mattoni semipieni

Intonaco Tavellone

Isolante

Pagina 65


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000





P03 S01 S02 S03 S04 S05


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000





P04 S01 S02 S03 S04 S05

1,5 5 25

1,5

Intonaco

Mattoni semipieni

Intonaco

Isolante

1,5 30

1,5

Intonaco Intonaco

Laterizio alveolato

Pagina 66


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000





P05 S01 S02 S03 S04 S05

2 Intonaco

Calcestruzzo

4 15 4 2

Isolante Intonaco

Isolante

2

Intonaco

Calcestruzzo

415

4 1

IsolanteIntonaco

Isolante

Intercapedined'aria

4

2

2

Intonaco

Calcestruzzo

4 10

Isolante Intonaco

Isolante

Intercapedined'aria

4 1 4

21

2

Intonaco

Calcestruzzo

415

Isolante Intonaco

Isolante

Intercapedined'aria

4 1 4 2 1

2

Intonaco

Calcestruzzo

410

Isolante

Intonaco Isolante

410

4

2

S01 S02 S03

S04 S05

4

4

1,5 35

1,5

Intonaco Intonaco

Laterizio alveolato

Pagina 67

PALERMO

T media Esc.

Gior. Rad. Sol Tmax Tmin MESE (°C) (°C) (kJ/m2day) (°C) (°C) GEN 11,1 10,5 7700 16,4 5,9 FEB 11,6 10,6 11100 16,9 6,3 MAR 13,1 11,7 15700 19,0 7,3 APR 15,5 11,5 20800 21,3 9,8 MAG 18,8 12,2 25200 24,9 12,7 GIU 22,7 12,8 27900 29,1 16,3 LUG 25,5 13,4 27900 32,2 18,8 AGO 25,4 13,2 25200 32,0 18,8 SETT 23,6 12,8 19600 30,0 17,2 OTT 19,8 11,7 13500 25,7 14,0 NOV 16 10,8 9300 21,4 10,6 DIC 12,6 9,7 6900 17,5 7,8


0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00








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0

5000

10000

15000

20000

25000

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P01 S01 S02 S03 S04 S05


0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000





P02 S01 S02 S03 S04 S05

1,5 28

1,5

Intonaco

Mattoni semipieni

1,5 8 4 25

1,5

Intonaco

Mattoni semipieni

Intonaco Tavellone

Isolante

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0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000





P03 S01 S02 S03 S04 S05


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000





P04 S01 S02 S03 S04 S05

1,5 5 25

1,5

Intonaco

Mattoni semipieni

Intonaco

Isolante

1,5 30

1,5

Intonaco Intonaco

Laterizio alveolato

Pagina 70


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000





P05 S01 S02 S03 S04 S05

2 Intonaco

Calcestruzzo

4 15 4 2

Isolante Intonaco

Isolante

2

Intonaco

Calcestruzzo

415

4 1

IsolanteIntonaco

Isolante

Intercapedined'aria

4

2

2

Intonaco

Calcestruzzo

4 10

Isolante Intonaco

Isolante

Intercapedined'aria

4 1 4

21

2

Intonaco

Calcestruzzo

415

Isolante Intonaco

Isolante

Intercapedined'aria

4 1 4 2 1

2

Intonaco

Calcestruzzo

410

Isolante

Intonaco Isolante

410

4

2

S01 S02 S03

S04 S05

4

4

1,5 35

1,5

Intonaco Intonaco

Laterizio alveolato

Pagina 71

Dai risultati conseguiti si evidenzia che le pareti Ecosism realizzano risparmi che mediamente sono compresi tra il 50 ed il 70%, considerato che il costo di realizzazione del sistema Ecosism è paragonabile alla muratura tradizionale in laterizio alveolare (muratura meno prestazionale), il loro impiego risulta sempre vantaggioso anche in climi come quello di Palermo.

Aspetti acustici

Occorre premettere che la tipologia di realizzazione delle pareti Ecosism, essendo gettate in calcestruzzo con casseri a perdere, non è compatibile con le camere di prova dei laboratori di acustica qualificati e quindi rispondenti agli standars richiesti dalla normativa.

Questo è dovuto al fatto che in laboratorio la parete sottoposta a prova deve essere posta a divisione tra la camera disturbante e quella ricevente e costituire tamponamento all’interno di una cornice prestabilita e pertanto non è possibile materialmente effettuare il getto fino alla chiusura superiore della cornice, la parte superiore dovrebbe essere tamponata con blocchi di parete preconfezionati non rispettando in tal modo la caratteristica monolitica del sistema Ecosism rendendo così impossibile la sua certificazione acustica.

Non resta quindi che avvalersi di valutazioni teoriche basate semplicemente sulla legge di massa e relazioni empiriche indicate nella norma UNI EN 12354-1:2002 appendice B

Le pareti Ecosism sono pareti composte da più strati di materiale diverso (intonaco, isolante termico, cemento armato), ma la loro massa superficiale è determinata quasi esclusivamente dalla struttura in cemento armato.

Bisogna inoltre osservare che i vari strati risultano tra loro legati strutturalmente da una maglia tridimensionale in filo di acciaio da 2 mm che conferisce al sistema una certa rigidità.

Il sistema risulta pertanto complesso e non consente di condurre una valutazione delle prestazioni acustiche dettagliata in termini di analisi in frequenza, risulta possibile invece calcolare il valore del potere fonoisolante medio delle pareti considerandole come se fossero monostrato.

Questa valutazione è sicuramente cautelativa e penalizza il sistema Ecosism, ma i valori così ottenuti potranno essere utilizzati con sicurezza da chi deve effettuare la progettazione acustica dell’edificio.

Verifiche sperimentali in opera potranno confermare quanto detto sopra.

Passiamo quindi ad esaminare le varie pareti le cui masse superficiali sono state ricavate in precedenza e riportate nelle tabelle di calcolo delle trasmittanze termiche.

La relazione utilizzata per la stima del potere fonoisolante è la relazione CEN riportata nella norma UNI EN 12354-1:2002 appendice B

Rw= 37,5 lg (m’) – 42 dB Valida per m’ > 150 kg/m2 (m’ = massa per unità di area)

Per le pareti Ecosim i valori ottenuti sono riportati nella tabella seguente.

Parete tipo Massa Rw monolitica CEN

kg/m2 dB S01 434 56,91 S02 435 56,94 S03 316 51,74 S04 436 56,98 S05 555 60,91

Pagina 72

I valori riportati, in considerazione anche del loro carattere cautelativo, testimoniano la bontà del sistema Ecosism anche sotto l’aspetto acustico.

In particolare è utile porre una particolare attenzione sulla parete doppia tipo S05 che è proprio destinata a dividere acusticamente due ambienti: la particolare modalità di costruzione Ecosism garantisce che vi sia anche una discontinuità dei solai dei due ambienti evitando in tal modo alle origini ogni propagazione di rumore per via strutturale attraverso le solette dei pavimenti, questo fatto, unito all’elevato potere fonoisolante della struttura, è in grado di garantire in opera prestazioni acustiche di ottimo livello.

Conclusioni

Esaminate le caratteristiche termiche, igrometriche ed acustiche del sistema Ecosism possiamo ritornare alle considerazione fatte nell’introduzione di queste brevi note, ovvero ci eravamo chiesti quale fosse il modo migliore di soddisfare le esigenze che attualmente caratterizzano l’uso di un edificio.

Il problema ambientale ed energetico è diventato sempre più stringente ed i costi per la climatizzazione di un edificio continuano a salire, l’utente inoltre richiede livelli di comfort sempre più elevati tra cui un isolamento acustico dal rumore che quotidianamente lo circonda, il tutto deve essere ottenibile con costi limitati.

I sistemi tradizionali non sono più in grado di soddisfare contemporaneamente a queste esigenze dato che ogni miglioramento di prestazione si traduce in un consistente aggravio dei costi e maggiori difficoltà di realizzazione e conseguente ricorso a manodopera specializzata pena gravi rischi di rapido deterioramento dei manufatti.

Il sistemo Ecosism si è dimostrato superiore sotto ogni punto di vista considerato con costi di realizzazione confrontabili con il più basso livello tradizionale.

Optare oggi per soluzioni tradizionali, una volta conosciuto il sistema Ecosism, significa rinunciare in partenza ad avere un edificio che risponde alle attuali esigenze di comfort ed economicità di gestione.

Pagina 73

NOTA

Proprio mentre siamo in fase di chiusura è stato emanato il D.M. DECRETO 27 luglio 2005 Norma concernente il regolamento d'attuazione della legge 9 gennaio 1991, n. 10 (articolo 4, commi 1 e 2), recante: “norme per l'attuazione del piano energetico nazionale in materia di uso razionale dell'energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia”. (gu n. 178 del 2-8-2005).

Tale decreto apporta modifiche al regolamento di attuazione della Legge 10 fin qui vigente ed impone più restrittive condizioni per l’isolamento termico degli edifici (riduzione dei Cd e valore massimo della trasmittanza per le coperture).

All’Art.3 si legge “Per tutti gli edifici di nuova costruzione vanno minimizzati i consumi di energia principale anche attraverso: l'utilizzo ottimale di materiali componenti e sistemi per raggiungere adeguati livelli di isolamento termico e di inerzia termica dell'involucro dell'edificio ….. ”

Vengono quindi finalmente abbinati il concetto di trasmittanza termica e di inerzia termica di una parete.

Tutto ciò è in perfetta sintonia con la tecnica costruttiva Ecosism che, come già sottolineato, è caratterizzata da pareti con trasmittanza molto bassa abbinata ad una massa superficiale rilevante.

Il nuovo decreto prevede dei coefficienti riduttivi della trasmittanza calcolata per la parete in funzione della sua massa superficiale secondo la seguente tabella:

Valori dei coefficienti Cm in funzione della massa frontale (kg/m2)

Massa frontale (kg/m2)

100

150

200

250

300

350

400

Coefficiente Cm

0,98

0,97

0,95

0,92

0,88

0,84

0,80

L’applicazione di questi coefficienti alle pareti Ecosism evidenzia in modo ancor più significativo le loro elevate prestazioni rispetto ai sistemi tradizionali.




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Studio del comportamento termico in regime stazionario di strutture per solai e coperture in

calcestruzzo con coibentazione integrata secondo sistema Ecosism

Prof. Marco Mariotti Prof. Lorenzo Moro Padova 20.10.06




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DEFINIZIONI

Grandezza Definizione Unità S.I.

Unità S.T.

ST⇒ SI

Potenza termica q Calore scambiato nell’unità di tempo [W] [kcal/h] 1.163

Potenza termica specifica

qs Calore scambiato nell’unità di tempo e superficie [W/m2] [kcal/(h m2)] 1.163

Resistenza termica

R

Definita come qTR Δ

=

Rappresenta la differenza di temperatura che in regime stazionario si deve applicare a due superfici per dar

luogo ad una potenza termica unitaria

[K/W] [h °C/kcal] 0.86

Resistenza termica specifica

Rs

Definita come s

s qTR Δ

=

Rappresenta la differenza di temperatura che in regime stazionario si deve applicare a due superfici per dar

luogo ad una potenza termica specifica unitaria

[m2 K/W] [m2 h °C/kcal] 0.86

Conduttanza C

Definita come RT

qC

1==

Δ

Rappresenta la potenza termica scambiata in regime stazionario per differenza di temperatura unitaria

applicata alle superfici di un corpo

[ W/K] [ kcal/(h °C)] 1.163

Conduttanza specifica

Cs

Definita come s

ss RT

qC

1==

Δ

Rappresenta la potenza termica specifica scambiata in regime stazionario per differenza di temperatura

unitaria applicata alle superfici di un corpo

[ W/(m2K)] [ kcal/(m2 h °C)] 1.163

Trasmittanza U

Potenza termica specifica che passa in regime stazionario da un fluido ad un altro fluido attraverso

una struttura per differenza unitaria di temperatura tra i due fluidi

[ W/(m2K)] [ kcal/(m2 h °C)] 1.163

Conduttività termica λ

Potenza termica specifica indotta su un materiale isotropo ed omogeneo da un gradiente termico unitario in direzione perpendicolare alla superficie. Rappresenta l’attitudine di un mezzo a trasmettere calore per conduzione

[ W/(m K)] [ kcal/(m h °C)] 1.163

Coefficienti liminari hi e he

Rappresenta il rapporto tra la potenza termica specifica scambiata da una superficie con l’ambiente circostante (comprende lo scambio convettivo e quello radiativo) e la differenza di temperatura tra superficie e ambiente. Coefficienti che tengono conto sia dello scambio convettivo con l’aria che quello per irraggiamento con i corpi circostanti

[ W/(m2K)] [ kcal/(m2 h °C)] 1.163

1- INTRODUZIONE

Il recepimento della direttiva europea 2002/91/CE sul rendimento energetico degli edifici è stato avviato con l’entrata in vigore del Decreto Legislativo n. 192. del 19 agosto 2005. In tale decreto vengono indicati i requisiti minimi per l’efficienza energetica degli edifici; in particolare, in alternativa alla verifica del fabbisogno di energia primaria, la norma consente la verifica prestazionale relativamente all’isolamento dell’involucro imponendo dei valori massimi di trasmittanza termica delle strutture differenziati a seconda della zona climatica. Rispettando la soglia prestazionale relativa all’isolamento dell’involucro, oltre agli altri limiti imposti, risulta quindi possibile omettere la verifica del fabbisogno di energia primaria dell’edificio. Sotto questo aspetto diventa allora essenziale la corretta valutazione delle trasmittanze delle strutture.

2- PRINCIPI GENERALI

Il comfort interno e il risparmio energetico sono due elementi fondamentali per la valutazione delle prestazioni termiche degli edifici. Nel calcolo del fabbisogno annuo di energia primaria è indispensabile conoscere la trasmittanza delle strutture delimitanti il volume riscaldato verso l’esterno, ovvero verso ambienti non riscaldati. L’obiettivo del presente studio è quello di valutare l’effettivo comportamento termico in regime stazionario delle strutture orizzontali tetti e solai realizzati con il sistema di isolamento integrato ECOSISM. Le dispersioni termiche attraverso le strutture che separano gli ambienti interni riscaldati da quelli esterni possono essere valutate attraverso la relazione:

)( ei ttUSq −= (2.1)

dove q [W] è la potenza termica, ossia il calore che attraversa la parete nell’unità di tempo, S [m2] la superficie della parete, U [W m-2 K-1] la trasmittanza, ti e te rispettivamente la temperatura interna ed esterna. Nel caso in cui la parete sia composta da più strati omogenei in serie la trasmittanza può esprimersi come:

∑ ++=

es

i hR

h

U11

1 (2.2)

dove Rs [W -1 m2 K] è la resistenza termica specifica di ogni singolo strato, hi e he [W m-2 K-1] i coefficienti liminari di scambio termico superficiale (radiazione/conduzione) interno ed esterno. La resistenza termica specifica Rs può essere inserita nella (2.2) direttamente oppure espressa attraverso il rapporto si/λi con si [m] e λi [W m-1 K-1] rispettivamente spessore e conduttività dello strato. Per i materiali più comunemente utilizzati i valori della conduttività termica da inserire nella (2.2) sono riportati nella norma UNI 10351; si tratta di valori cautelativi che considerano delle maggiorazioni per le reali condizioni di esercizio tra cui l’umidità, le modalità di messa in opera, la variabilità della produzione, ecc.. Per molti materiali omogenei è possibile determinare direttamente il valore di conduttività termica su provini di opportune dimensioni con delle prove di laboratorio attraverso l’apparecchiatura a termoflussimetri o a piastra calda con anello di guardia. In questi casi il valore di conduttività termica da inserire nella relazione è quella del certificato maggiorata secondo le stesse indicazione della norma UNI 10351 per tenere conto delle effettive condizioni di esercizio in cui si trova il materiale. Nel caso di strutture con forti eterogeneità non ha senso definire una conduttività termica del materiale, risulta più opportuno utilizzare nella (2.2) la resistenza termica specifica o il suo inverso ovvero la conduttanza termica specifica Cs [W m-2 K-1]

Infatti, a causa dell’eterogeneità, in queste strutture si stabilisce un flusso termico tridimensionale la cui valutazione può essere fatta attraverso simulazione numerica a partire dai valori di conduttività termica dei singoli componenti presenti nella struttura. Nelle strutture esaminate le disomogeneità sono dovute alla presenza contemporanea di tre materiali con diverse conduttività termiche (nervature e solette di calcestruzzo, blocchi in polistirene e maglia metallica).

3 - METODO DI RISOLUZIONE

Il campo termico all’interno di un dominio tridimensionale soddisfa all’equazione generale della conduzione che può essere risolta agevolmente solo nel caso di problemi termici con flusso monodimensionale. Per le strutture oggetto di questo studio si ricorrerà alla risoluzione numerica dell’equazione generale della conduzione (equazione differenziale di Laplace perché manca il termine di generazione interna e l’analisi è in regime stazionario) attraverso il metodo degli elementi finiti. In particolare, sfruttando alcuni piani di simmetria, che dal punto di vista termico si comportano come superfici adiabatiche, lo studio può essere semplificato considerando un elemento di larghezza 0.3 m, comprendente a metà nervatura di calcestruzzo e metà blocco di polistirene; si considera poi una profondità di 0.05 m in cui un piano seziona a metà l’armatura verticale (vedi figura 3.1 per Ecosism 20 +5).

7,522,52cm dimalta

520

Figura 3.1. Schematizzazione studio solai sfruttando simmetrie.

Le modalità di calcolo sono state conformi a quanto indicato nella norma UNI 10355: le strutture vengono studiate applicando alle superfici orizzontali estreme le condizioni al contorno del terzo tipo ossia di scambio convettivo/radiativo con gli ambienti esterni ed interni. I coefficienti superficiali di scambio da assumere nel calcolo per le strutture orizzontali sono:

Interno esterno hi [W m-2 K-1] Ri [ W -1 m2K] he [W m-2 K-1] Re [ W -1 m2K]

Flusso ascendente 10 0.10 25 0.04

Per l’ambiente esterno viene assunta una temperatura di 0°C mentre per quello internodi 20°C.

Le conduttività dei materiali prese nei calcoli di simulazione numerica sono riportate nella tabella sottostante e derivano dalla norma UNI 10351 per l’acciaio, l’intonaco e il calcestruzzo mentre per il polistirene si è preso il valore del certificato opportunamente maggiorato per tenere conto delle condizioni di esercizio.

materiale Densità ρ [kg m-3]

Conduttività λ [W m-1 K-1]

Gabbia acciaio galvanizzato 7800 52 Polistirene espanso 25 0,039

Calcestruzzo 2000 1,90 Malta esterna 1600 0,85

La determinazione del flusso termico e la distribuzione della temperatura è ottenuta numericamente attraverso l’applicazione di un codice di calcolo agli elementi finiti. Dai risultati è possibile conoscere il flusso termico scambiato qtot e quindi valutare una trasmittanza fittizia o il suo inverso resistenza totale (è fittizia perché non tiene conto degli strati di finitura superiori) attraverso la relazione:

TSq

U totΔ

=* (3.1)

Una volta conosciuta la trasmittanza fittizia è possibile valutare la resistenza termica specifica della struttura R studiata sottraendo alla resistenza totale R*=1/U* le resistenze superficiali esterne ed interne:

seiei ChhU

RRRR 1111*

* =−−=−−= (3.2)

Nota la conduttanza termica specifica Cs della struttura è poi possibile valutare la trasmittanza reale del componente edilizio completo posto in opera con l’espressione:

∑ +++=

es

si hR

Ch

U111

1 (3.3)

dove Rs sono le resistenze termiche specifiche degli strati omogenei di finitura disposti sopra la struttura, ad esempio: massetto, pavimento, copertura, ecc. .

4 -RISULTATI DELLE SIMULAZIONI

Come detto nell’introduzione, si passerà ora a valutare, mediante metodo numerico agli elementi finiti, la conduttanza termica specifica delle principali strutture di orizzontamento Ecosism. La risoluzione della propagazione del calore in 3D (tre dimensioni) permette la valutazione della resistenza termica specifica Rs o del suo inverso conduttanza termica specifica Cs. Al fine di controllare i risultati ottenuti, lo studio delle strutture è stato effettuato con suddivisioni del dominio via via più fitte verificando l’indipendenza della soluzione della mesh (mesh independent). Per ogni struttura i calcoli sono eseguiti con conduttività del polistirene pari a λ is = 0.039 W/(mK) che corrisponde al valore maggiorato secondo le indicazioni dalla norma UNI 10351 e la conduttività riportata nel certificato λ is = 0.035 W/(mK) .

Ecosism 20+5

Si parte ora analizzando la struttura Ecosism ES20 con 5 cm aggiuntivi di cappa in calcestruzzo.

15

25

45

Figura 4.1. ECOSISM 20 + 5 CAPPA

Figura 4.2. Modello 3D (discretizzazione Ecosism 20 +5)

Si riportano ora i risultati della simulazione numerica per la struttura Ecosism 20+5

qtot

[W]

qs

[W m-2]

U*

[W m-2 K-1]

R*

[ W -1 m2K]

Cs

[W m-2 K-1]

R

[ W -1 m2K]

Ecosism 20+5

(λis = 0.039 W/(mK)) 0.169 1128 0.564 1.77 0.616 1.62

Ecosism 20+5

(λis = 0.035 W/(mK)) 0.159 10.609 0.530 1.88 0.576 1.74

Di seguito si presentano i grafici relativi alla temperatura e al flusso termico in corrispondenza anche di alcune sezioni significative del solaio:

Brick Temperature (°C)

Figura 4.3. Andamento della temperatura


Figura 4.4. Andamento della temperatura lato esterno

Figura 4.5. flusso termico

Ecosism 25+5

15 1545

5

Figura 4.6. ECOSISM 25 + 5 CAPPA

Figura 4.7. Schema del modello (discretizzazione Ecosism 25 +5)

Si riportano i risultati della simulazione numerica per la struttura Ecosism 25+5

qtot

[W]

qs

[W m-2]

U*

[W m-2 K-1]

R*

[ W -1 m2K]

Cs

[W m-2 K-1]

R

[ W -1 m2K]

Ecosism 25+5

(λis = 0.039 W/(mK)) 0.159 10.61 0.530 1.88 0.576 1.74

Ecosism 25+5

(λis = 0.035 W/(mK)) 0.150 9.98 0.499 2.00 0.539 1.86


Figura 4.8. Andamento della temperatura




Figura 4.10. Andamento del flusso termico

Ecosism 30+5

15 45

30

60

Figura 4.11. ECOSISM 30+5

Figura 4.12. Schema del modello (discretizzazione Ecosism 30 +5)

In questo tipo di solaio si ha un’intercapedine d’aria di spessore 1 cm. Dato lo spessore modesto si può ammettere che la convezione sia trascurabile e gli scambi termici nell’intercapedine siano dovuti alla conduzione nell’aria e all’irraggiamento tra le due superfici orizzontali affacciate ossia:

111)(

21

42

4121

at−

ε+

ε

−σ+

−λ=

TTLTT

q n (4.1)

Dove T1, T2 e ε1, ε2 sono rispettivamente le temperature e le emissività delle superfici orizzontali che delimitano l’intercapedine, ovvero riferite alle superfici calda e fredda, σn è la costante di Stefan-Boltzmann e λa ed L sono rispettivamente la conduttività termica e lo spessore della lama d’aria. Per piccole differenze di temperatura è possible fare la seguente approssimazione:

)(4= 21

342

41 TTTTT m (4.2)

e quindi scrivere il flusso termico specifico come:

)(111

4)( 21

21

3

21a

rct TTT

TTL

qqq mn −−

ε+

ε

σ+−

λ=+=

(4.3)

La resistenza specifica dell’intercapedine risulta:

11141

21

3a

21int

−++

=−

=

εε

σλ mntot TL

qTT

R (4.4)

Assumendo per le emissività ε1=ε2 = 0.9, per la conduttività dell’aria λa = 0.0257 W/(mK), una temperatura media Tm = 283 K applicando la relazione (4.4) si ottiene Rint = 0.15 m2K/W a cui corrisponde una conduttività equivalente dell’intercapedine (ossia la conduttività termica di un ipotetico mezzo conduttore che se riempisse l’intercapedine darebbe luogo allo stesso scambio termico) pari a:

067.0int

int ==λR

L W/(mK) (4.5)

Utilizzando allora nelle simulazioni tale valore di conduttività termica equivalente per l’intercapedine si ottiene:

qtot

[W]

qs

[W m-2]

U*

[W m-2 K-1]

R*

[ W -1 m2K]

Cs

[W m-2 K-1]

R

[ W -1 m2K]

Ecosism 30+5

(λis = 0.039 W/(mK)) 0.107 7.103 0.355 2.82 0.375 2.67

Ecosism 30+5

(λis = 0.035 W/(mK)) 0.100 6.660 0.333 3.003 0.350 2.85



Figura 4.13 Andamento della temperatura



Figura 4.15. Andamento del flusso in sezione

Tabella riassuntiva

Conduttività termica maggiorata secondo Norma UNI 10351 (λis = 0.039 W/(mK))

qtot

[W]

qs

[W m-2]

U*

[W m-2 K-1]

R*

[ W -1 m2K]

Cs

[W m-2 K-1]

Rs

[ W -1 m2K]

Ecosism 20+5 0.169 1128 0.564 1.77 0.616 1.62

Ecosism 25+5 0.159 10.61 0.530 1.88 0.576 1.74

Ecosism 30+5 0.107 7.103 0.355 2.82 0.375 2.67

Conduttività termic asecondo certificato (λis = 0.035 W/(mK))

Ecosism 20+5 0.159 10.609 0.530 1.88 0.576 1.74

Ecosism 25+5 0.150 9.98 0.499 2.00 0.539 1.86

Ecosism 30+5 0.100 6.660 0.333 3.003 0.350 2.85

5 -OSSERVAZIONI

Si ritiene che il lavoro svolto, riportando non solo i valori teorici di certificato ma anche e soprattutto i valori maggiorati utili per i calcoli termici dell’edificio, possa fornire un valido aiuto al professionista che ogni giorno è sempre più impegnato nella realizzazione di edifici a basso consumo energetico. Si osserva purtroppo che da parte di molti vengono assunti direttamente i dati di trasmittanza forniti da certificati o bollettini tecnici dei produttori e che questi difficilmente riportano i valori utili di calcolo ma solo quelli teorici di certificato; ciò lascia il professionista nella impossibilità di attribuire una maggiorazione adeguata alla conduttanza della struttura che deve impiegare. E’ facile quindi che si lasci attrarre dal valore lusinghiero del certificato. Non dimentichiamo che il campo termico di strutture complesse, essendo tridimensionale, determinerà una incidenza delle maggiorazioni della conduttività termica dei singoli materiali secondo la UNI 10351 in modo non lineare e quindi solo uno studio numerico tridimensionale compiuto con tali valori può cautelare il professionista.

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