L ANALISI DEI PONTI TERMICI NEL PROGETTO DELL ISOLAMENTO TERMICO

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1 L ANALISI DEI PONTI TERMICI NEL PROGETTO DELL ISOLAMENTO TERMICO prof. ing. Vincenzo Corrado Dipartimento Energia, Politecnico di Torino

2 Introduzione al concetto di ponte termico Scambio termico monodimensionale attraverso una parete piana: il flusso termico attraversa la parete in senso ortogonale rispetto alle superfici e le linee isoterme sono parallele alle superfici stesse Tuttavia l involucro edilizio non è mai perfettamente omogeneo e presenta notevoli discontinuità sia geometriche (angolo parete) che di materiale (giunzione tra pilastro e parete) Di conseguenza l ipotesi di flusso termico monodimensionale non è più soddisfatta Queste configurazioni geometriche e strutturali, che producono tali deviazioni dalle condizioni di flusso termico monodimensionali, sono definite di PONTE TERMICO (tipo lineare (2D) puntuale(3d))

3 Introduzione al concetto di ponte termico Definizione normativa di ponte termico (UNI EN ISO 10211) Parte dell'involucro edilizio dove la resistenza termica, altrove uniforme, cambia in modo significativo per effetto di: compenetrazione totale o parziale di materiali con conduttività termica diversa nell'involucro edilizio e/o variazione dello spessore della costruzione e/o differenze tra l'area della superficie disperdente sul lato interno e quella del lato esterno, come avviene per esempio in corrispondenza dei giunti tra parete e pavimento o parete e soffitto

4 Introduzione al concetto di ponte termico Ponti termici di forma deviazione di flusso monodimensionale è dovuta esclusivamente alla geometria Ponti termici di struttura deviazione di flusso monodimensionale è dovuta alla presenza di un elemento costruttivo di resistenza termica diversa Ponti termici di tipo mista sovrapposizione di un ponte termico di forma con uno di struttura

5 Introduzione al concetto di ponte termico La quantificazione delle dispersioni termiche attraverso i ponti termici avviene attraverso la determinazione di due parametri: la trasmittanza termica lineare y (per le dispersioni attraverso i ponti termici lineari) la trasmittanza termica puntuale c (per le dispersioni attraverso i ponti termici puntuali) Generalmente i ponti termici lineari hanno una rilevanza maggiore sulle dispersioni di energia termica attraverso l involucro edilizio rispetto ai ponti termici puntuali. Per questo motivo, nonché per carenza di valori di riferimento da utilizzarsi, i ponti termici puntuali solitamente vengono trascurati.

6 Coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso l ambiente esterno H D H b AU l c tr tr i i i k k k j j A U l k c i i k j Area dell elemento i-esimo dell involucro [m 2 ] Trasmittanza termica dell elemento i-esimo dell involucro [W/(m 2 K)] Lunghezza del ponte termico k [m] Trasmittanza termica lineare del ponte termico k [W/(mK)] Trasmittanza termica puntuale del ponte termico puntuale j [W/K]

7 Normativa tecnica per il calcolo di y: UNI EN ISO La norma UNI EN ISO prevede l utilizzo di 3 sistemi di definizione delle dimensioni: Interne: misurate tra le superfici interne finite (escluse partizioni interne) Interne totali: misurate tra le superfici interne finite (incluse partizioni interne) Esterne: misurate tra le superfici esterne finite dell edificio Il valore del ponte termico dipende dal sistema di dimensioni scelto e compensa le differenze nel calcolo del flusso termico dovute alle diverse superfici disperdenti risultanti.

8 Normativa tecnica per il calcolo di y: UNI EN ISO H A1, EST U1 A2, EST U2 est,1 l [ W / K] Utilizzando le dimensioni esterne, si conta due volte la zona d angolo Il ponte termico y può essere negativo

9 Normativa tecnica per il calcolo di y: UNI EN ISO H A1, INT U1 A2, INT U2 int l [ W / K] Utilizzando le dimensioni interne, si tiene conto della zona d angolo solo col ponte termico il ponte termico y è sempre positivo

10 Normativa tecnica per il calcolo di y UNI EN ISO 14683:2008 Ponti termici in edilizia. Coefficiente di trasmissione termica lineare. Metodi semplificati e valori di riferimento. UNI EN ISO 10211:2008 Ponti termici in edilizia. Flussi termici e temperature superficiali. Calcoli dettagliati.

11 Collocazione dei ponti termici

12 Normativa tecnica per il calcolo di y: UNI EN ISO Le possibili modalità di calcolo della trasmittanza termica lineare y indicate dalla normativa, in relazione alla rispettiva accuratezza, sono: metodi numerici (accuratezza tipica ± 5%); atlanti di ponti termici (accuratezza tipica ± 20%); calcoli manuali (accuratezza tipica ± 20%); valori standard (accuratezza tipica da 0% a 50%).

13 Normativa sulle prestazioni termoenergetiche dell involucro edilizio UNI/TS :2008 Lo scambio termico per trasmissione attraverso i ponti termici può essere calcolato secondo la UNI EN ISO Per gli edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, per alcune tipologie edilizie, lo scambio termico attraverso i ponti termici può essere determinato forfetariamente secondo quanto indicato nel prospetto 4.

14 Normativa tecnica per il calcolo di y: UNI/TS Maggiorazione forfettaria DESCRIZIONE MAGG Parete con isolamento dall'esterno (a cappotto) senza aggetti/balconi e ponti 5 % termici corretti Parete con isolamento dall'esterno (a cappotto) con aggetti/balconi 15 % Parete omogenea in mattoni pieni o in pietra (senza isolante) 5 % Parete a cassa vuota con mattoni forati (senza isolante) 10 % Parete a cassa vuota con isolamento nell'intercapedine (ponte termico 10 % corretto) Parete a cassa vuota con isolamento nell'intercapedine (ponte termico non 20 % corretto) Pannello prefabbricato in calcestruzzo con pannello isolante all'interno 30 % Le maggiorazioni si applicano alle dispersioni della parete opaca e tengono conto anche dei ponti termici relativi ai serramenti. Non realistica nel caso delle strutture isolate

15 Normativa sulle prestazioni termoenergetiche dell involucro edilizio pruni/ts rev:2012 Lo scambio di energia termica per trasmissione attraverso i ponti termici deve essere calcolato secondo il punto 5 della UNI EN ISO Nella valutazione sul progetto i valori di trasmittanza termica lineare devono essere determinati esclusivamente attraverso il calcolo numerico in accordo alla UNI EN ISO oppure attraverso l uso di atlanti di ponti termici conformi alla UNI EN ISO Per gli edifici esistenti è ammesso in aggiunta l uso di metodi di calcolo manuali conformi alla UNI EN ISO È sempre da escludersi l utilizzo dei valori di progetto della trasmittanza termica lineare riportati nell allegato A della UNI EN ISO

16 Normativa tecnica per il calcolo di y: UNI EN ISO L utilizzo di valori standard implica notevoli approssimazioni: y calcolati per alcune tipologie edilizie che non ricoprono la totalità delle tecnologie costruttive; parametri (condizioni al contorno, parametri geometrici e caratteristiche fisico - tecniche dei materiali) prefissati tendono ad una sovrastima cautelativa delle dispersioni di energia termica attraverso i giunti.

17 Normativa tecnica per il calcolo di y: UNI EN ISO Scopo della norma UNI EN ISO 10211:2008 è la definizione delle specifiche di un modello geometrico tridimensionale e bidimensionale di un ponte termico - per il calcolo numerico dei flussi termici, - per la stima delle dispersioni termiche totali di un edificio o di parte di questo - per il calcolo delle temperature superficiali minime per valutare il rischio di condensazione superficiale. La norma specifica i limiti geometrici del modello, i criteri da adottare per la sua suddivisione, le condizioni termiche al contorno, i valori termici e le relazioni da utilizzare. Può essere inoltre utilizzata per ricavare i valori della trasmittanza termica lineare e puntuale ed i fattori di temperatura superficiale.

18 Normativa tecnica per il calcolo di y: UNI EN ISO Suddivisione dell edificio in superfici piane (U), ponti termici bidimensionali (y) e ponti termici tridimensionali (c) Calcolo del flusso termico attraverso il singolo elemento (L 2D, L 3D ) mediante l utilizzo di modelli complessi (differenze finite ecc.) Calcolo dei parametri y e c

19 Normativa tecnica per il calcolo di y: UNI EN ISO U m² ψ m H tr N U A l k k y m m k m n N k 1 m 1 n 1 N c n [W/K] [W/(m K)]

20 Normativa tecnica per il calcolo di y: UNI EN ISO q i q e q i Il ponte termico deve essere delimitato da piani di taglio posizionati in prossimità di un piano di simmetria, se questo dista meno di d min ; ad almeno d min se non ci sono piani di simmetria più vicini, con d min pari al valore maggiore tra 1 m e tre volte lo spessore dell elemento laterale considerato

21 Normativa tecnica per il calcolo di y: UNI EN ISO d e U y e = L 2D U d e d i y oi = L 2D U d oi L 2D d oi y i = L 2D U d i Come si calcola L 2D?

22 Normativa tecnica per il calcolo di y: UNI EN ISO Per il calcolo del flusso termico bidimensionale occorre utilizzare una metodologia di calcolo agli elementi/differenze finite a) b) a) Rappresentazione grafica delle isoterme relative al nodo parete solaio interpiano (Therm) b) Rappresentazione dei piani in cui e` suddiviso l elemento tecnico (TRISCO)

23 Atlanti di ponti termici Atlanti di ponti termici Per quanto riguarda l utilizzo degli atlanti di ponti termici, la normativa ne permette l utilizzo solo nel caso in cui le dimensioni e le proprietà termofisiche del nodo inserito nell atlante siano simili a quelli del dettaglio considerato o termicamente meno favorevoli. Tuttavia si possono utilizzare atlanti più flessibili, con database, dove si possono variare le dimensioni e i materiali: l'accuratezza diventa in questo caso quella del calcolo numerico.

24 Atlanti dei ponti termici

25 Atlanti di ponti termici - Svizzera Catalogue des ponts thermiques Ponte termico per giunzione muratura / tetto con attenuazione del ponte termico da isolamento del bordo soletta

26 Rules Th K77 Atlanti di ponti termici - Francia

27 Atlanti di ponti termici Nuova Zelanda

28 Atlanti di ponti termici - Italia I ponti termici dell esempio di calcolo sono calcolati attraverso l utilizzo del software Thermal Bridge Evaluator.

29 TRASMISSIONE DI CALORE ATTRAVERSO I PONTI TERMICI ANALISI DI UN CASO DI STUDIO N CODICE R5 CODICE B1 CODICE C1 CODICE C5 CODICE GF5 CODICE IF1 CODICE W7 VARIABILI PROGETTUALI E RELATIVO INTERVALLO DI VARIAZIONE PER IL CALCOLO DELLA TRASMITTANZA TERMICA LINEARE Variabile Simbolo Valori Spessore solaio interpiano o copertura o balcone [m] S sol =S co =S b [0,15-0,25] Spessore della parete (senza isolante termico) [m] S mur [0,2-0,4] Spessore isolante solaio o copertura [m] Trasmittanza termica solaio o copertura [W/(m 2 K)] Spessore isolante parete [m] Trasmittanza termica della parete [W/(m 2 K)] S is U sol S ip U par [0,0453-0,3902] [0,1-0,7] [0,0023-0,3843] [0,1-0,7] Conduttività termica della muratura [W/(m K)] l mur [0,25-0,90] Fattore di correzione della temperatura b tr [0,5-0,1]

30 [W/K] [W/K] 2 TRASMISSIONE DI CALORE ATTRAVERSO I PONTI TERMICI ANALISI DELL INCIDENZA DEI PONTI TERMICI Incidenza dei singoli ponti termici sul coefficiente di scambio termico per trasmissione attraverso i ponti termici MEDIA DEV. STANDARD MIN MAX H tr R5 [%] 3,6 16,8 2,3 0,3-1,6 16,3 9,5 17,2 H tr B1 [%] 20,8 12,8 10,5 0,7 6,5 11,5 44,9 13,7 H tr C1[%] -8,0-1,1 6,8 0,0-25,8-1,1-1,6-1,0 H tr C5[%] 1,3 0,6 1,2 0,0 0,3 0,6 4,8 0,7 H tr IF1[%] 7,7 0,0 14,6 0,0 0,0 0,0 59,8 0,0 H tr GF5[%] -2,8 16,8 8,8 0,2-22,6 16,5 6,1 17,2 H tr W7 [%] 77,4 54,0 10,1 0,3 48,5 53,7 91,3 54, UNI EN ISO R5 - copertura B1 - balcone C1 - angolo convesso C5 - angolo concavo IF1 - solaio interpiano GF5 - solaio controterra W7 - finestre casi di studio UNI EN ISO R5 - copertura B1 - balcone C1 - angolo convesso C5 - angolo concavo IF1 - solaio interpiano GF5 - solaio controterra W7 - finestre casi di studio

31 [kwh/m 2 ] 2 TRASMISSIONE DI CALORE ATTRAVERSO I PONTI TERMICI ANALISI DELL INCIDENZA DEI PONTI TERMICI U = 0,5 W/(m 2 K) U = 0,3 W/(m 2 K) U = 0,1 W/(m 2 K) Totale Incidenza dei ponti termici sul fabbisogno di energia termica MEDIA DEV. STANDARD MIN MAX Q H,tr,pt [%] 14,0 28,5 5,3 0,5 7,9 27,3 21,0 29,1 Q H,nd [kwh/m 2 ] 64,2 78,3 5,6 1,3 57,5 76,8 72,9 81,6 Q H,tr,pt [%] 25,6 41,4 9,5 0,7 14,1 39,5 37,4 42,2 Q H,nd [kwh/m 2 ] 41,4 54,0 6,4 0,9 33,8 53,0 50,0 56,5 Q H,tr,pt [%] 45,4 61,2 9,0 0,4 30,8 60,7 59,4 61,9 Q H,nd [kwh/m 2 ] 24,9 34,3 14,1 0,3 18,0 33,9 33,1 34,8 Q H,tr,pt [%] 28,3 43,7 15,9 13,7 7,9 27,3 59,4 61,9 Q H,nd [kwh/m 2 ] 43,5 55,6 17,3 18,3 18,0 33,9 72,9 81, UNI EN ISO UNI EN ISO casi di studio

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