Termoigrometria: Verifica dei fenomeni di condensazione ...

Termoigrometria:

Verifica dei fenomeni di condensazione superficiale ed interstiziale.

Prof. Paola Ricciardi - Le basi del bilancio energetico del sistema edificio-impianto termico 1

superficiale ed interstiziale.

Prof. Paola Prof. Paola RicciardiRicciardi

Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale Ambientale -- Università di PaviaUniversità di Pavia

PSICROMETRIA

ARIA + VAPOR D’ACQUA = ARIA UMIDAARIA + VAPOR D’ACQUA = ARIA UMIDA

aria secca aria secca (O(O22≅≅≅≅≅≅≅≅23% e N23% e N22 ≅≅≅≅≅≅≅≅76% in massa) 76% in massa) componente unicocomponente unico

vapor d'acqua vapor d'acqua ((≅≅≅≅≅≅≅≅ 1% in massa)1% in massa)

composizione costante composizione costante durante le trasformazionidurante le trasformazioni

acqua in fase liquida acqua in fase liquida e in fase vaporee in fase vapore


durante le trasformazionidurante le trasformazioni e in fase vaporee in fase vapore

Umidità assoluta o grado igrometrico

x = mv / ma [kgv /kga]

GRANDEZZE IGROMETRICHE

Pressione di saturazionecorrisponde alla massima

quantità di vapore che può essere contenuta nella miscela gassosa

eccessoeccesso didi vaporevapore

UmiditàUmidità relativarelativa liquidoliquido


UmiditàUmidità relativarelativa

Massa del vapore d'acqua alla temperatura tMassa del vapore d'acqua alla temperatura t--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Massa del vapor saturo alla stessa temperatura Massa del vapor saturo alla stessa temperatura

liquidoliquido

i = Pi = Pvv / P/ Pss i nell'intervallo (0 i nell'intervallo (0 ÷÷÷÷÷÷÷÷ 1) (0% 1) (0% ÷÷÷÷÷÷÷÷ 100%)100%)PPvv nell'intervallonell'intervallo ((00 ÷÷÷÷÷÷÷÷ PPss))

DIAGRAMMADI MOLLIER


DIAGRAMMADI MOLLIER

ti = 20°C

ii =70%

te= - 8°C


Temperatura di Temperatura di rugiada:rugiada:

ttrr=14=14°°CC

Temperatura limite Temperatura limite superficialesuperficiale

Alcuni problemi comuniAlcuni problemi comuni



A

Distribuzione dell'acqua in funzione del tipo Distribuzione dell'acqua in funzione del tipo di problemadi problema


Effetti:Effetti:degrado di intonaci;degrado di intonaci;imputridimento delle imputridimento delle strutture lignee;strutture lignee;formazione di muffe formazione di muffe sulla superficie internasulla superficie interna;;

Problemi igrometrici degli edificiProblemi igrometrici degli edifici


sulla superficie internasulla superficie interna;;migrazione di sali, migrazione di sali, formazione di efflorescenze;formazione di efflorescenze;presenza di acqua condensata sulla superficie ed presenza di acqua condensata sulla superficie ed all'interno delle pareti;all'interno delle pareti;riduzione del grado di isolamento termico riduzione del grado di isolamento termico dell'involucro aumento della conduttività termica;dell'involucro aumento della conduttività termica;variazione dimensionale e danneggiamento di variazione dimensionale e danneggiamento di manufatti (fessurazioni e deformazionimanufatti (fessurazioni e deformazioni))..

Problemi igrometrici degli edificiProblemi igrometrici degli edifici

FENOMENI IGROMETRICI DI SUPERFICIE FENOMENI IGROMETRICI DI SUPERFICIE

raggiungimento di elevati valori di umidità relativa raggiungimento di elevati valori di umidità relativa

o condensazione del vapore sul lato interno o condensazione del vapore sul lato interno

dell'involucro edilizio (fenomeni di superficie); dell'involucro edilizio (fenomeni di superficie);


dell'involucro edilizio (fenomeni di superficie); dell'involucro edilizio (fenomeni di superficie);

CONDENSAZIONE INTERSTIZIALE all'interno CONDENSAZIONE INTERSTIZIALE all'interno

delle strutture perimetrali delle strutture perimetrali

Problemi igrometrici degli edificiProblemi igrometrici degli edificifenomeni con uno sviluppo in più lentofenomeni con uno sviluppo in più lento

nel tempo, rispetto a quelli termicinel tempo, rispetto a quelli termici

partecipazione delle strutture

trasmissione trasmissione


tempi più lunghi, dell’ordine tempi più lunghi, dell’ordine di settimane, mesi con di settimane, mesi con effetti anche nel ciclo effetti anche nel ciclo stagionale e annualestagionale e annuale

costanti di tempo costanti di tempo dell’ordine di dell’ordine di

oreore--giornigiorni

trasmissione del calore

trasmissione del vapore

Problemi igrometrici degli edificiProblemi igrometrici degli edificiCriteri di progettazione per prevenire Criteri di progettazione per prevenire fenomeni di degrado fenomeni di degrado

•• FENOMENIFENOMENI IGROMETRICIIGROMETRICI DIDI SUPERFICIESUPERFICIE

•• CONDENSAZIONECONDENSAZIONE INTERSTIZIALEINTERSTIZIALE


perper evitareevitare danneggiamentidanneggiamenti::intervenireintervenire sullesulle condizionicondizioni climaticheclimaticheinterneinternemodificaremodificare ilil disegnodisegno delledelle partiparti didiedificioedificio interessateinteressate

Problemi igrometrici degli edificiProblemi igrometrici degli edificiCriteri di progettazione per prevenire Criteri di progettazione per prevenire fenomeni di degrado fenomeni di degrado

il trasporto di vapore è il trasporto di vapore è determinato da determinato da differenze di temperatura differenze di temperatura

differenze di pressione differenze di pressione

del vaporedel vapore


del vaporedel vapore

Non si prendono in Non si prendono in considerazione:considerazione:risalita capillare risalita capillare

accumuli di condensa accumuli di condensa

all'interno di all'interno di

componenti edilizi componenti edilizi

tenuta all'acqua tenuta all'acqua

meteorica, etcmeteorica, etc..

Produzione di vapore in un ambienteProduzione di vapore in un ambienteNumero abitanti

1

2

3

4

Produzione media oraria

di vapore G [kg/h]

0.25

0.33

0.42

0.50


5

6

0.50

0.57

0.63

∆∆∆∆∆∆∆∆PPvv = [G / (n V)] R= [G / (n V)] Rvv TT

Produzione di vapore in un ambienteProduzione di vapore in un ambiente

540

810

1080

600

800

1000

1200

[Pa]

molto alta

alta

media

∆∆∆∆∆∆∆∆PPvv = [G / (n V)] R= [G / (n V)] Rvv TT UNI EN ISO 13788UNI EN ISO 13788


0 0 0

270

0

200

400

-5 0 5 10 15 20

temperatura media mensile dell'aria esterna [°C]

[Pa]

bassa

molto bassa

(P(Pvivi -- PPveve)) in funzione della temperatura esterna e in funzione della temperatura esterna e

della produzione di vapore (classi)della produzione di vapore (classi)

∆Pv = 400 Pa

Classi di concentrazione del vapore in Classi di concentrazione del vapore in un ambienteun ambiente

ClasseClasse Uso dell’edificioUso dell’edificio


Molto bassaMolto bassa MagazziniMagazzini

BassaBassa UfficiUffici

Media Media Alloggi con basso indice di affollamentoAlloggi con basso indice di affollamento

Alta Alta Alloggi con alto indice di affollamentoAlloggi con alto indice di affollamento

Molto altaMolto alta Edifici speciali Edifici speciali (es. lavanderie, distillerie, piscine)(es. lavanderie, distillerie, piscine)

BILANCIO IGROMETRICO DI UN AMBIENTEBILANCIO IGROMETRICO DI UN AMBIENTE

(P(Pvivi -- PPveve))direttamente proporzionaledirettamente proporzionale aa

produzione di vapore per unità di volume G/V produzione di vapore per unità di volume G/V inversamente proporzionale inversamente proporzionale alal

rinnovo di aria n. rinnovo di aria n.

∆∆∆∆∆∆∆∆PPvv = [G / (n V)] R= [G / (n V)] Rvv TT


rinnovo di aria n. rinnovo di aria n.

invernoinverno: se n : se n molto ridottomolto ridotto (serramenti a tenuta) (serramenti a tenuta) per per ambienti piccoli + molte personeambienti piccoli + molte persone

PPvivi elevateelevateestateestate:: frequentefrequente aperturaapertura didi finestre,finestre, elevatoelevato rinnovorinnovod'ariad'aria

maggiore Pmaggiore Pvivi

PPvivi ≅≅≅≅≅≅≅≅ PPveve

inversamente proporzionale a n, inversamente proporzionale a n, rinnovo di ariarinnovo di aria

(Pvi - Pve)

direttamente direttamente proporzionale a G/V, proporzionale a G/V, produzione di vapore produzione di vapore

Pressione del vapore Pressione del vapore ∆∆∆∆∆∆∆∆PPvv = [G / (n V)] R= [G / (n V)] Rvv TT


produzione di vapore produzione di vapore per unità di volumeper unità di volume

(Pvi - Pve)elevata

maggiore probabilità di maggiore probabilità di condensazionecondensazione

maggiore portata di vaporemaggiore portata di vapore

Fenomeni di superficieFenomeni di superficie

U.R. dipende dalla temperatura e quindi da:U.R. dipende dalla temperatura e quindi da:riscaldamento intermittente,riscaldamento intermittente,

attenuazione notturna, attenuazione notturna, cambiamenti climatici, cambiamenti climatici,

effetti connessi con l'inerzia termicaeffetti connessi con l'inerzia termica

valore di valore di riferimento riferimento limitelimite: :

U.R. U.R. = 80 % = 80 % su superfici su superfici

interne delle pareti interne delle pareti (normativa)(normativa)

U.R. = U.R. = PPvv/P/Pss


(normativa)(normativa)

SpecieSpecie URURminmin necessaria per necessaria per la crescitala crescita

AlternariaAlternaria alternataalternata 85 %85 %

AspergillusAspergillus versicolorversicolor 75 %75 %

PenicilliumPenicillium chrysogenumchrysogenum 79 %79 %

StachybotrysStachybotrys atraatra 94 %94 %

MucorMucor plumbeusplumbeus 93 %93 %

Fenomeni di superficieFenomeni di superficieFattore di temperaturaFattore di temperatura

ei

epi

Rsitt

ttf

−

−=

∆∆∆∆∆∆∆∆P'P'vv = = RRvv T (G / V) / nT (G / V) / n

PP = f (mese)= f (mese)

∆∆∆∆∆∆∆∆PPvv = P= Pvivi -- PPveve∆∆∆∆∆∆∆∆PPvv = 1.10 = 1.10 ∆∆∆∆∆∆∆∆''PPvv


Il più alto valore di fRsi, valutato nella stagione

invernale (Ottobre-Aprile), è il fattore di temperatura

minimo ammissibile

max

Rsif

PPveve = f (mese)= f (mese)PPs s = P= Pvivi / 0.8/ 0.8

tpi = f-1 (Ps)

t3.237

t269.17

s e5.610P +=

Fenomeni di superficie Fenomeni di superficie -- TTrasmittanza U rasmittanza U Valore di progetto per strutture perimetraliValore di progetto per strutture perimetrali

flusso termico (parete perimetrale): flusso termico (parete perimetrale):

ϕϕϕϕϕϕϕϕ = U A (t= U A (tii -- ttee))

inin funzionefunzione didi ttpipi ϕϕϕϕϕϕϕϕ == hhii AA (t(tii -- ttpipi)) ei

epi

Rsitt

ttf

−

−=


maxRsiRsi f f >

quindi:quindi: U = U = hhi i (1 (1 -- ffRsiRsi))

maxRsiRsi f - 1 f1 <−

U = hi (1 - fRsi) < hi (1 - ) max

Rsif

Fenomeni di superficie Fenomeni di superficie -- TTrasmittanza K rasmittanza K Valore di progetto per strutture perimetraliValore di progetto per strutture perimetrali

flusso termico (parete perimetrale): flusso termico (parete perimetrale):

ϕϕϕϕϕϕϕϕ' = K (t' = K (tii -- ttee))

inin funzionefunzione didi ttpipi ϕϕϕϕϕϕϕϕ'' == hhii (t(tii -- ttpipi))

K = K = hh (t(t -- tt ) / (t) / (t -- tt ))


maxRsiRsi f f >

K = K = hhii (t(tii -- ttpipi) / (t) / (tii -- ttee))

(t(tii -- ttpipi) / (t) / (tii -- ttee) = (1 ) = (1 -- ffRsiRsi) )

quindi:quindi: K = K = hhi i (1 (1 -- ffRsiRsi))

maxRsiRsi f - 1 f1 <−

K = hi (1 - fRsi) < hi (1 - ) max

Rsif


U = hi (1 - fRsi) < hi (1 - ) max

Rsifparete piana senza parete piana senza schermi: schermi:

hhii = 4 W / (m= 4 W / (m22K)K)


hhii = 4 W / (m= 4 W / (m K)K)


U = hi (1 - fRsi) < hi (1 - )

tabella 2.1 valori limite della trasmittanza termica U

delle strutture opache verticali in W/m2K

zona climatica gen2006 gen2008 gen2010

A 0.85 0.72 0.62

maxRsif


A 0.85 0.72 0.62

B 0.64 0.54 0.48

C 0.57 0.46 0.4

D 0.5 0.4 0.36

E 0.46 0.37 0.34

F 0.44 0.35 0.33

Fenomeni Fenomeni di superficiedi superficie

Trasmittanza Trasmittanza massima massima

in riferimento ai in riferimento ai

Umax


in riferimento ai in riferimento ai valori massimi valori massimi ammissibili ammissibili dell’umidità relativa dell’umidità relativa sulle superfici delle sulle superfici delle paretipareti

Fenomeni di superficie Fenomeni di superficie Parametri di controlloParametri di controllo

ALTO nALTO n: ventilazione degli ambienti interni : ventilazione degli ambienti interni

due tipi di controllo:due tipi di controllo:

PPvivi = P= Pveve + + RRvv T (G / V) / nT (G / V) / n


ALTO nALTO n: ventilazione degli ambienti interni : ventilazione degli ambienti interni sufficiente, prelevando aria dall’esterno per diluire la sufficiente, prelevando aria dall’esterno per diluire la concentrazione di vapore (riduzione di Pconcentrazione di vapore (riduzione di Pvivi))

BASSA UBASSA U: idoneo isolamento termico delle pareti per : idoneo isolamento termico delle pareti per assicurare temperature superficiali interne (tassicurare temperature superficiali interne (tpipi) ) superiori al valore limitesuperiori al valore limite

Fenomeni di condensazione interstiziale Fenomeni di condensazione interstiziale

LEGGE DI FICK:LEGGE DI FICK:in assenza di condensazionein assenza di condensazione

g'g'vv = costante= costanteg'g'vv = (P= (Pvivi -- PPveve) / z') / z'vt vt [kg/m[kg/m22s]s]

nei mesi invernali (valori medi mensili) nei mesi invernali (valori medi mensili)

PPvivi > P> Pveve e te tii > t> tee


resistenza alla trasmissione del vaporeresistenza alla trasmissione del vapore

z'z'vtvt = (1 / = (1 / ββββββββii + + ΣΣΣΣΣΣΣΣ L / L / δδδδδδδδ + 1 / + 1 / ββββββββee) ) [Pa / kg m[Pa / kg m22s]s]

1 / 1 / ββββββββii e 1 / e 1 / ββββββββe e = resistenze di trasporto di massa = resistenze di trasporto di massa convettivo (trascurabili) convettivo (trascurabili)

LL // δδδδδδδδ == resistenzaresistenza stratostrato didi materialemateriale

δδδδδδδδ == permeabilitàpermeabilità alal vaporevapore [kg/m[kg/m ss Pa]Pa]

z'z'vtvt = = ΣΣΣΣΣΣΣΣii LL ii / / δδδδδδδδ ii



Trasmissione del Trasmissione del vaporevapore

Trasmissione del Trasmissione del calorecalore

PPvivi > P> Pveve ttii > t> tee

g'g'vv = (P= (Pvivi -- PPveve) / z') / z'vtvt

[kg/m[kg/m22s]s]

ϕϕϕϕϕϕϕϕ' = (t' = (tii -- ttee) / R') / R'tt[W/m[W/m22]]


Ipotesi:Ipotesi:ilil trasportotrasporto didi umiditàumidità sisi verificaverifica inin fasefase vaporevapore inin ununmaterialemateriale nonnon igroscopicoigroscopico;;nonnon sisi consideraconsidera l'effettol'effetto provocatoprovocato daidai gradientigradienti termicitermici

Metodo di GlaserMetodo di Glaserconfrontoconfronto graficografico dell'andamentodell'andamento didi PPss ee didi PPvv


nonnon sisi consideraconsidera l'effettol'effetto provocatoprovocato daidai gradientigradienti termicitermiciesistentiesistenti nellanella strutturastruttura;;nonnon sisi consideraconsidera ilil trasportotrasporto associatoassociato aa motimoti convettiviconvettivididi ariaaria umidaumida;;condizionicondizioni didi regimeregime stazionariostazionario;;l'acqual'acqua condensatacondensata nonnon sisi muovemuove versoverso lele zonezone limitrofelimitrofepiùpiù secchesecche..

Fenomeni di condensazione interstiziale Fenomeni di condensazione interstiziale Procedura:Procedura:

Calcolo della distribuzione di Calcolo della distribuzione di temperatura nella strutturatemperatura nella struttura

Ps


Calcolo della distribuzione di pressione di Calcolo della distribuzione di pressione di saturazione nella strutturasaturazione nella struttura

Calcolo della pressione di vapore internaCalcolo della pressione di vapore interna

Linea di congiungimento valore internoLinea di congiungimento valore interno--esternoesterno

Resistenza alla diffusione del vapore z'v


Pv

Fenomeni di condensazione interstizialeFenomeni di condensazione interstizialeQuantità di vapore che condensa Quantità di vapore che condensa

BilancioBilancio delledelle portateportate didi vaporevapore

PortataPortata entranteentrante (g'(g'vivi)) ==

== portataportata uscenteuscente (g'(g'veve)) ++ quantitàquantità didi condensacondensa


== portataportata uscenteuscente (g'(g'veve)) ++ quantitàquantità didi condensacondensa

g'g'vivi -- g'g'veve = g'= g'cc

g'g'cc == portataportata didi vaporevapore condensatacondensata perper unitàunità didi areaarea

CondensazioneCondensazione:: g'g'vivi -- g'g'veve >> 00

EvaporazioneEvaporazione delladella condensacondensa:: g'g'vivi -- g'g'veve << 00

Fenomeni di condensazione interstizialeFenomeni di condensazione interstizialeCalcolo della condensaCalcolo della condensa

BilancioBilancio delledelle portateportate didi vaporevapore

PortataPortata entranteentrante

g'g'vivi == (P(Pvivi -- PPvv*)*) // z'z'vv**PPvv**


PortataPortata didi vaporevapore cheche esceesce dalladalla pareteparete

g'g'veve = (P= (Pvv* * -- PPveve) / (z') / (z'vv -- z'z'vv*)*)

Portata di vapore condensata per unità di area Portata di vapore condensata per unità di area

g'g'cc= g'= g'vivi -- g'g'veve

z'z'vv**

Fenomeni di condensazione interstizialeFenomeni di condensazione interstizialeCondizioni per verifica positivaCondizioni per verifica positiva

Calcolo sulla base di condizioni climatiche medie mensiliCalcolo sulla base di condizioni climatiche medie mensili

Valutazione delle condizioni nel ciclo annualeValutazione delle condizioni nel ciclo annuale


Quantità di vapore che condensa (in inverno) Quantità di vapore che condensa (in inverno) UGUALE o inferiore UGUALE o inferiore

a quella che evapora (in estate) a quella che evapora (in estate)

INFERIORE al limite massimo ammissibile INFERIORE al limite massimo ammissibile

per il materialeper il materiale

Fenomeni di condensazione interstizialeFenomeni di condensazione interstizialeEvaporazioneEvaporazione

Pv

Ps

Ps

Pv

Stagioni Stagioni intermedieintermedie




Pv

Ps

Ps

Pv

ti =te

EstateEstate

Fenomeni di condensazione interstiziale Fenomeni di condensazione interstiziale Criteri di intervento su strutture non idoneeCriteri di intervento su strutture non idonee

disposizione esterno

maggiore resistenza maggiore resistenza termica R'termica R'

Modifica dell’andamento della pressione di saturazioneModifica dell’andamento della pressione di saturazione


disposizione degli strati

internomaggiore resistenza maggiore resistenza

alla diffusione del alla diffusione del vapore z'vapore z'vv

inserimento sul lato interno di un materiale ad alta resistenza alla diffusione (barriera al vapore)

Fenomeni di condensazione interstiziale Fenomeni di condensazione interstiziale Criteri di intervento su strutture non idoneeCriteri di intervento su strutture non idoneeInserimento di strati isolanti Inserimento di strati isolanti per mantenere la struttura a per mantenere la struttura a temperatura maggioretemperatura maggiore

Pareti verticali Pareti verticali -- CappottoCappotto


Fenomeni di condensazione interstiziale Fenomeni di condensazione interstiziale Criteri di intervento su strutture non idoneeCriteri di intervento su strutture non idoneeInserimento di strati isolanti per mantenere la struttura Inserimento di strati isolanti per mantenere la struttura a temperatura maggiorea temperatura maggiore

Pareti verticali Pareti verticali -- CappottoCappotto



Pareti verticaliPareti verticali

Isolante in intercapedineIsolante in intercapedine



Inserimento di strati isolanti per mantenere la struttura Inserimento di strati isolanti per mantenere la struttura a temperatura maggiorea temperatura maggiore

Coperture Coperture



Modifica dell’andamento della pressione di saturazioneModifica dell’andamento della pressione di saturazionecon inserimento di uno strato a bassissima permeabilità al vapore

Pv

Psi materiale 1



Pv

Ps

Pvi

strato barriera

materiale 2


ventilazione naturale con aria esternaventilazione naturale con aria esternadella zona (intercapedine) interessata della zona (intercapedine) interessata alla condensazione alla condensazione

Smaltimento della condensaSmaltimento della condensa


alla condensazione alla condensazione

Diminuzione della pressione del vaporenell’ambiente con un maggiore controllodelle condizioni termoigrometriche, peresempio mediante ventilazione controllata

Modifica delle condizioni ambientali interneModifica delle condizioni ambientali interne

Termoigrometria: Verifica dei fenomeni di condensazione ...

Documents

Transcript of Termoigrometria: Verifica dei fenomeni di condensazione ...