COMPORTAMENTO DINAMICO DELL INVOLUCRO OPACO

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1 COMPORTAMENTO DINAMICO DELL INVOLUCRO OPACO Prof. Ing. Pietro Stefanizzi Politecnico di Bari Dipartimento di Architettura ed Urbanistica Sezione Fisica Tecnica Via Orabona Bari REQUISITI TERMICI DELL INVOLUCRO OPACO ISOLAMENTO TERMICO Trasmittanza termica (UNI EN ISO 6946:2008) INERZIA TERMICA Parametri termici dinamici (UNI EN ISO 3786:2008) CONTROLLO DELLA CONDENSAZIONE SUPERFICIALE Fattore di qualità termica (UNI EN ISO 3788:2003) CONTROLLO DELLA CONDENSAZIONE INTERNA Profilo pressione di vapore (UNI EN ISO 3788:2003)

2 Metodi per la valutazione della trasmittanza termica U [W/m 2 K] Calcolo (UNI EN ISO 6946) Acquisizione dati stratigrafia Misura in labtorio (UNI EN 934; UNI EN ISO 8990) Misura in opera (ISO 9869) Progetto-Relazione Legge 0/9 Foro nella parete Carotaggio Endoscopio W CALCOLO DELLA TRASMITTANZA: U = s 2 + m K + h λ h i e CONDUTTIVITA TERMICA? UNI 035:994 Materiale solido (laterizio, cls, intonaco, ) Valore di base (UNI EN 745:2005) Valore dichiarato e valore di progetto (UNI EN ISO 0456:2008) UNI/TS 300-:2008 Aria nelle cavità UNI 0355:994 UNI EN ISO 6946:2008

3 Permeabilità al vapore d acqua in tazza secca densità Permeabilità al vapore d acqua in tazza umida Conduttività di riferimento (in labtorio) Maggizione percentuale per umidità Conduttività utile di calcolo Misura di conduttività termica, con metodo dinamico (sorgente piana) ISOMET 204 (Applied Precision Ltd.)

4 sonda Termocoppia (linea blu) Provino Termocoppia 2 (linea rossa) Misura di: 27,00 26,50 W λ m K λ α = ρ c m s Conduttività termica 2 Diffusività termica temperatura 26,00 25,50 25,00 24,50 24,00 23,50 23, secondi Apparecchiatura a piastra calda con guardia per misure di conduttività termica secondo ISO 8302 ed EN 2664 (Lambda Meßtechnik GmbH Dresden)

5 λ 0,dry Esempio certificato di λ 0,dry

6 Determinazione del valore di conduttività termica di progetto Per valori di temperatura ed umidità (T 2, ψ 2 ) diversi da quelli di riferimento (T, ψ ) si calcolano dei fattori correttivi F F T m = = e e f f T ψ ( T T ) 2 ( ψ ψ ) 2 λ 2 = λ F T F m UNI EN ISO 0456

7 ESEMPIO DI CALCOLO PER LATERIZIO Valore base da certificato: W λ = 0,448 m K ( T = 0 C dry) b, Valore di progetto per parete interna: (20 C, 50%UR) F F T m = e = e λ = F T f T fψ F ( T2 T ) 0,00( 20 0) = e =,00 ( ψ 2 ψ ) 0( 0,007 0) = e =,073 m λ =,00 *,073* 0,448 = 0,486 b W m K Valore di progetto per parete esterna: (0 C, 80%UR) F F T m = e = e λ = F T f T fψ F ( T2 T ) 0,00( 0 0) = e = ( ψ 2 ψ ) 0( 0,02 0) = e =,27 m λ = *,27 * 0,448 = 0,505 b W m K MISURA DI TRASMITTANZA IN OPERA MULTIMETRO T SE T SI q T E T I C = T SI q T SE m W 2 K Conduttanza R = C 2 m K W Resistenza U = T I q T E m W 2 K Trasmittanza U = h I + R + h E m W 2 K

8 INTERNO Termoflussimetro Pt00 per Temperatura aria Pt00 per Temperatura superficiale MULTIMETRO ESTERNO Pt00 per Temperatura superficiale Pt00 per Temperatura aria

9 Rilievo di trasmittanza termica in opera 4 piano Palazzina a Bisceglie punto di misura 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 T. aria interna, C T. aria esterna, C Flusso termico, W/m2 T. superf. interna, C T. superf. esterna, C 5,0 0,0 5,0 0,0 3/06/2008 5/06/2008 7/06/2008 9/06/2008 2/06/ /06/2008

10 Elabzione misure con metodo delle medie mobili (ISO 9869) Resistenza termica [m 2 K/W] 2,0,8,6,4,2,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, tempo [min] Risultati: Con riferimento agli ultimi due giorni del periodo utile per il calcolo: Resistenza termica, R,38 m 2 K/W Conduttanza termica, /R 0,726 W/(m 2 K) Trasmittanza termica, U 0,640 W/(m 2 K)

11 Analisi con software FLUENT 2D Temperature in una cavità d aria chiusa da setti in laterizio Piccole intercapedini d aria chiuse b < 0 d [m 2 K/W] resistenza termica della cavità d aria

12 Determinazione di resistenza termica specifica di murature di blocchi secondo UNI EN 745 ed UNI EN ISO 6946 lato adiabatico intonaco interno intonaco esterno lato adiabatico Modello STRAUS 7 della zona di incastro in parete di blocchi fti di laterizio (colori diversi corrispondono a materiali differenti) Risultati STRAUS per parete in blocchi di laterizio distribuzione temperature RESISTENZA TERMICA

13 INERZIA TERMICA DI UNA PARETE è l attitudine della parete a ridurre (smorzamento) e ritardare (sfasamento) l effetto di sollecitazioni dinamiche sul carico termico dell ambiente. Le sollecitazioni dinamiche possono essere: esterne variazione giornaliera della temperatura esterna variazione giornaliera della radiazione incidente sulla parete interne radiazione solare attraverso i vetri occupazione, apporti interni intermittenza impianto di riscaldamento/raffrescamento DPR 2 aprile 2009, n. 59 Regolamento di attuazione dell'articolo 4, comma, lettere a) e b), del decreto legislativo 9 agosto 2005, n. 92, concernente attuazione della direttiva 2002/9/CE sul rendimento energetico in edilizia. (GU n. 32 del ) il progettista, al fine di limitare i fabbisogni energetici per la climatizzazione estiva e di contenere la temperatura interna degli ambienti, nel caso di edifici di nuova costruzione e nel caso di ristrutturazioni di edifici esistenti di cui all articolo 3, comma 2, lettere a), b) e c), numero ), del decreto legislativo, questo ultimo limitatamente alle ristrutturazioni totali: a) valuta puntualmente e documenta l efficacia dei sistemi schermanti delle superfici vetrate, esterni o interni, tali da ridurre l apporto di calore per irraggiamento solare;

14 b) esegue, in tutte le zone climatiche ad esclusione della F, per le località nelle quali il valore medio mensile dell irradianza sul piano orizzontale, nel mese di massima insolazione estiva, I m,s, sia maggiore o uguale a 290 W/m 2 : ) relativamente a tutte le pareti opache verticali con l eccezione di quelle comprese nel quadrante nord-ovest / nord / nord-est, almeno una delle seguenti verifiche: Massa superficiale Ms > 230 kg/m 2 Trasmittanza termica periodica YIE < 0,2 W/m 2 K 2) relativamente a tutte le pareti opache orizzontali ed inclinate: Trasmittanza termica periodica YIE < 0,20 W/m2K Anno tipo (Bari-Palese) - Aria esterna - 5 giugno Temperatura [ C] Periodo di registrazione (ASHRAE Handbook 2009) Temperatura [ C] 20 Anno tipo (Bari-Palese) - Aria esterna gen 20-feb 0-apr 30-mag 9-lug 7-set 27-ott 6-dic

15 CONDUZIONE TERMICA PERIODICA STAZIONARIA θˆ 0 θˆ ˆϕ 0 ˆϕ INTERNO ˆ θ ˆ ϕ = Z Z 2 Z Z 2 22 ESTERNO ˆ θ 0 ˆ ϕ0 dove Z Z 2 = cosh ( γ s) = λγ sinh Z 2 sinh λγ ( γ s) ( γ s) Z = cosh( γ s) 22 = γ = jkω α

16 Z = Z Z 2 Z Z 2 22 MATRICE DI TRASFERIMENTO dello strato Per N strati: [ Z ] = [ Z ] [ Z ]...[ Z ] 2 N N=3 I termini della matrice di trasferimento globale sono numeri complessi che caratterizzano, per ogni armonica, il comportamento della parete Assume particolare significato il primo termine della matrice (Y ) in quanto rappresenta il rapporto tra l oscillazione di flusso termico interno e l oscillazione di temperatura interna, con temperatura esterna costante, esso viene detto ammettenza interna: ˆθ e ˆθ i ˆϕ e ˆϕ i Y = Z Z 2 = ˆ ϕ i ˆ θi W 2 m ˆ K θ = 0 e

17 ˆθ e ˆθ i ˆϕ e ˆϕ i Y = Y = Z ˆ ϕi = θe 2 2 ˆ 2 W 2 m ˆ θ = 0 K i Y 2 = trasmittanza termica periodica, rapporto del flusso termico sul lato interno e la temperatura sul lato esterno con temperatura interna costante. Il rapporto tra la trasmittanza termica periodica Y 2 e la trasmittanza termica U viene detto fattore di decremento f = U Y 2 [ ] f = per parete senza capacità di accumulo (inerzia nulla) f = 0 per parete con capacità di accumulo infinita

18 ESEMPIO Parete omogenea di blocchi di laterizio intonacata Composisione struttura strati d λ ρ R c m W/mK kg/m 3 m 2 K/W J/kg C /hi 0,30 intonaco calce e gesso 0,05 0, , laterizio fto (65%) 0,300 0, , intonaco calce e gesso 0,05 0, , /he 0,040 Proprietà dinamiche secondo UNI EN ISO 3786:2008

19 RISPOSTA DELLA PARETE a variazione sinusoidale della temperatura esterna Temperatura interna [ C] Temperatura esterna [ C] Temperatura interna θi = 0 = costante Temperatura esterna 2π θe = 0 sen τ 24 τ tempo in ore Risultato θ e massima=0 C alle 6:00 ϕ i massimo =,03 W/m 2 alle 7: , Flusso lato interno [W/m2] 0, ,5 Temperatura esterna [ C] , Flusso termico interno 2π ϕi = YieΔθesen 24 W Yie = 0,03 2 m K Δθ = 0 C e ψ =,65 ore ( τ ψ ) Temperatura esterna 2π θe = 0 sen τ 24 τ tempo in ore

20 SOLUZIONI PARETE con: Spessore 33 cm Massa superficiale 20 kg/m 2 Trasmittanza termica stazionaria U=0,4 W/(m 2 K) DOVE DISPORRE LO STRATO ISOLANTE?

21 θ e massima=0 C alle 6:00 ϕ i massimo =,03 W/m 2 alle 7:30 2, , Flusso lato interno [W/m2] 0, ,5 - Temperatura esterna [ C] , , ϕ i massimo =2,4 W/m 2 alle 2:00 interno esterno ϕ i massimo =,03 W/m 2 alle 7:30 θ e massima=0 C alle 6: , Flusso lato interno [W/m2] 0, ,5 Temperatura esterna [ C] , ϕ i massimo =,58 W/m 2 alle 3:00 Temperatura esterna interno esterno

22 ϕ i massimo =,03 W/m 2 alle 7:30 θ e massima=0 C alle 6: Flusso lato interno [W/m2] Temperatura esterna [ C] ϕ i massimo =2,45 W/m 2 alle 2:00 Temperatura esterna interno esterno ϕ i massimo =,03 W/m 2 alle 7:30 θ e massima=0 C alle 6: Flusso lato interno [W/m2] Temperatura esterna [ C] ϕ i massimo =2,40 W/m 2 alle 2: Temperatura esterna interno esterno

23 ϕ i massimo =,03 W/m 2 alle 7:30 θ e massima=0 C alle 6:00 2, , Flusso lato interno [W/m2] 0, ,5 - Temperatura esterna [ C] , , ϕ i massimo =2,02 W/m 2 alle 2:00 Temperatura esterna interno esterno ϕ i massimo =,03 W/m 2 alle 7:30 θ e massima=0 C alle 6:00, Flusso lato interno [W/m2] 0, ,5 Temperatura esterna [ C] , ϕ i massimo =0,66 W/m 2 alle 4:00 Temperatura esterna interno esterno

24 A 2.C 2.D 2.E 2.B 2.F Flusso lato interno [W/m 2 ]

25 Parete omogenea con U=0,40 W/(m 2 K) costante e massa variabile Trasmittanza termica periodica Yie [W/(mq K)] 0,25 0,20 0,5 0,0 0,05 0, Massa superficiale Ms [kg/mq]

26 Parete omogenea con Ms = 20 kg/m 2 costante e trasmittanza termica (U) variabile 0,70 Trasmittanza termica periodica Yie [W/(mq K)] 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,0 0,00 0 0,2 0,4 0,6 0,8,2 Trasmittanza termica U [W/(mq K)] Massa superficiale (Ms) o Trasmittanza termica periodica (YIE)? Massa superficiale (Ms) 220 kg/m 2 < 230 kg/m 2 Trasmittanza termica stazionaria (U) Trasmittanza termica periodica (YIE) Sfasamento 0,39 W/m 2 K 0,06 W/m 2 K < 0,2 W/m 2 K 4 ore

27 8 cm cls + 9 cm polistirene + 8 cm cls Massa superficiale (Ms) 289 kg/m 2 > 230 kg/m 2 Trasmittanza termica stazionaria (U) Trasmittanza termica periodica (YIE) Sfasamento 0,39 W/m 2 K 0,8 W/m 2 K > 0,2 W/m 2 K 7 ore parete parete Temperatura media sulla faccia interna delle pareti in funzione del tempo Parete = parete in laterizio da 220 kg/m 2 Parete 2 = parete in cls-polistirene-cls da 289 kg/m 2

28 Quindi la trasmittanza termica stazionaria U è un indicatore insufficiente a descrivere la prestazione di una parete in regime variabile; la trasmittanza termica periodica Y ie è il parametro più idoneo a caratterizzare la capacità di un componente edilizio di attenuare una sollecitazione termica periodica sulla sua faccia esterna; il valore della trasmittanza termica periodica dipende sia dalla capacità di accumulo termico (massa x calore specifico), sia dal grado di isolamento termico della parete (trasmittanza U); a parità di massa superficiale e di trasmittanza termica, la trasmittanza termica periodica varia anche in funzione della tipologia costruttiva (stratigrafia, posizione dell isolante). COMPORTAMENTO TERMOIGROMETRICO (UNI EN ISO 3788:2003) A) Parete esterna isolata a doppio paramento

29 COMPORTAMENTO TERMOIGROMETRICO (UNI EN ISO 3788:2003) B) Parete esterna monostrato Prestazioni termiche Spessore 38 cm 42cm Massa superficiale (Ms) 205 kg/m kg/m 2 Trasmittanza termica stazionaria (U) < 0,36 W/m 2 K (zona D) Trasmittanza termica periodica (YIE) < 0,2 W/m 2 K 0,349 W/m 2 K 0,343 W/m 2 K 0,49 W/m 2 K 0,037 W/m 2 K Fattore di attenuazione (f) 0,426 0,07 Sfasamento 8,5 ore 6 ore

30 COMPORTAMENTO TERMOIGROMETRICO COMPORTAMENTO TERMOIGROMETRICO

31 CRITERI PROGETTUALI DA ADOTTARE PER EVITARE LA CONDENSAZIONE INTERSTIZIALE Qual la struttura non risultasse idonea si può ricorrere all inserimento di una barriera al vapore, ovvero uno strato di piccolo spessore (frazione di mm) ad alta resistenza alla diffusione del vapore e con resistenza termica trascurabile, prima dello strato isolante (nel verso del flusso di vapore) L inserimento di una barriera al vapore deve essere valutato sempre molto attentamente. La riduzione della capacità traspirante della struttura può portare ad una riduzione dell asciugatura estiva e ad ostacolare lo smaltimento dell umidità di costruzione nelle strutture con impermeabilizzazione sul lato esterno rispetto all isolante UNA CATTIVA POSA IN OPERA DELLA BARRIERA AL VAPORE PUO PROVOCARE LA SUA ROTTURA IN UNO O PIU PUNTI 635,94 [Pa] 89,02 [Pa]

32 grazie per l attenzione

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