CAT2007 Laurea specialistica IngEdile. Complementi di Architettura Tecnica CAT2007 I ponti termici in Edilizia. Ing. Mainini Andrea giovanni

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1 CAT2007 Laurea specialistica IngEdile Complementi di Architettura Tecnica CAT2007 I ponti termici in Edilizia Ing. Mainini Andrea giovanni

2 I ponti termici 2 Considerando l involucro edilizio si è in presenza di ponti termici quando si rileva: Eterogeneità di forma (angoli e spigoli): le pareti si articolano fra loro nello spazio tridimensionale per delimitare gli ambienti definendo angoli Eterogeneità di struttura (variazioni locali di trasmittanza dei componenti): pilastri in calcestruzzo all interno di murature in laterizi, camere d aria, giunti di malta Il flusso termico attraverso una parente contenente uno o più ponti termici può essere espresso come: ( ) tot i i i i i 0i 0e φ = U A + ψ l + χ ( T T ) ovvero φ = L ( T T ) tot 0i 0e Coefficiente di accoppiamento termico

3 I ponti termici 3 Flusso termico attraverso una parete omogenea Variazione di conducibilità in una sezione della parete Variazione localizzata della morfologia di una parete omogenea

4 L analisi dei ponte termici - 1 UNI EN ISO e UNI EN ISO Il calcolo dei flussi termici e delle temperature superficiali può essere effettuato con precisione utilizzando metodi numerici di calcolo dettagliati, in accordo con la norma UNI EN ISO (flusso termico tridimensionale) o con la norma UNI EN ISO (flusso termico bidimensionale). Le norme includono i limiti del modello geometrico e le sue suddivisioni, le condizioni limite ed i valori termici che sono ad esse collegate. Generalmente la presenza di ponti termici determina flussi termici tridimensionali o bidimensionali, che possono essere determinati con precisione utilizzando metodi numerici di calcolo dettagliati. Tuttavia, per ponti termici lineari, possono essere usati metodi di calcolo semplificati 4

5 L analisi dei ponti termici - 2 UNI EN ISO

6 L analisi dei ponti termici - 3 UNI 7357 FA-3 6 E l allegato alla norma UNI 7357 ormai ritirata. Presenta una serie di soluzioni di geometria di involucro e per ognuna di essere elabora delle formule di calcolo semplificato per la determinazione del coefficiente di trasmittanza lineica k (attualmente denominata ψ )

7 L analisi dei ponti termici ABAQUS Il software ABAQUS è un pacchetto per l analisi agli elementi finiti adatto ad una vasta gamma di problemi che vanno dall analisi strutturale (di tipo statico e dinamico sia lineare che non lineare), alla meccanica, all idraulica, alla termodinamica (problemi di scambio termico conduttivo sia lineare che non lineare, analisi accoppiata di problemi termo-meccanici lineari e non), all acustica ed all acustica-strutturale, a studi elettronici. La soluzione che viene calcolata dal programma è una soluzione numerica di un modello normalmente approssimato. Il componente analizzato viene mappato tramite una mesh o griglia di discretizzazione del dominio decisa dall utente. Successivamente il programma svolge le equazioni fondamentali per la risoluzione del problema fisico per ogni elemento della griglia. Questo processo porta a convergenza alla soluzione esatta solo se non sono stati commessi errori nella scelta dei modelli. Occorre quindi essere in grado di giudicare con appositi criteri se l'errore ottenuto sia sufficientemente piccolo, e quindi la soluzione possa essere ritenuta accettabile, o se sia il caso di procedere alla ricerca di ulteriori soluzioni, avendo provveduto ad un raffinamento progressivo della schematizzazione, tipicamente una riduzione delle dimensioni caratteristiche degli elementi, fino a che il criterio non sia soddisfatto.

8 L analisi dei ponti termici Therm 5.2 Therm 5.2 è un programma sviluppato dal Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) usato per analizzare i flussi di calore bi-dimensionali attraverso differenti componenti edilizi quali Finestre, Pareti, Fondazioni, Tetti in cui è rilevante la concentrazione dei flussi di calore a causa della presenza di ponti termici. Il programma permette di individuare le modifiche locali della trasmittanza dovute alla variazione dei flussi termici, oltre a mostrare e identificare le distribuzioni di temperatura nella sezione corrente, permettendo di valutare eventuali problemi di condensazione interstiziale e/o superficiale. Therm 5.2 dispone di una interfaccia grafica che permette di disegnare agevolmente la sezione corrente del componente di cui si vuole calcolare la prestazione termica. Definita la geometria del modello, i materiali e le condizioni al contorno la sezione viene processata da un generatore automatico di Mesh (che richiede la discretizzazione in modelli elementi non sovrapposti tra loro) e di un solutore sempre agli elementi finiti. In questo modo è possibile ottimizzare il modello riducendo eventuali errori di compilazione.

9 Caso di studio Doppio tavolato con isolante interposto 9 Resistenza superficiale interna Resistenza superficiale esterna RESISTENZA TERMICA TOTALE [m2 K/W] TRASMITTANZA TOTALE [W/m2 K] 0,13 0,04 4,819 0,207 STRATIGRAFIE S λ W mρ [kg/m R (interno-esterno) [mm] K 3] [m2 K/W] Intonaco di calce e gesso 20 0, ,029 Blocco 25cm 250 0, ,087 Malta di cemento 10 1, ,007 Pannello isolante in polistirene espanso EPS-F ,142 Pannello isolante in polistirene espanso EPS-F ,286 Mattone semipieno 120 0, ,240 Malta di calce o di calce e cemento 20 0, ,022

10 Caso di studio 10 Resistenza superficiale interna Resistenza superficiale esterna RESISTENZA TERMICA TOTALE [m2 K/W] TRASMITTANZA TOTALE [W/m2 K] 0,13 0,04 2,754 0,379 STRATIGRAFIE S λ W mρ [kg/m R (interno-esterno) [mm] K 3] [m2 K/W] Intonaco di calce e gesso 20 0, ,029 Mattone forato 80 0, Intercapedine d aria 90 0, ,180 ISOVER MUPAN K lana di vetro 80 0, ,905 Malta di cemento 10 1, Mattone semipieno 120 0, ,240 Malta di calce o di calce e cemento 20 0, ,022

11 Confronto tra i modelli e risultati UNI UNI 7357 FA3 ψ = k = 0.45 L s Ψ = 0.10 W/mk Ψ = W/mk

12 Confronto dei modelli 12 ABAQUS THERM 5.2

13 Confronto tra i modelli e risultati 13 φ I software considerati permettono di ricavare il flusso termico totale che attraversa il componente da analizzare in funzione delle condizioni al contorno ipotizzate. E quindi possibile determinare ψ tramite la formula indiretta: ( ψ ) tot i i 0i 0e = U A + l ( T T ) ψ φ tot = 2 t U c ABAQUS THERM 5.2 φtot= W t =25 C Uc = W/m2K Ψ = W/mk φtot= W t =25 C Uc = W/m2K Ψ = W/mk

14 Conclusioni 14 METODO Ψ [W/m k] Variaz. UNI UNI 7357 FA % ABAQUS % Therm %

15 Controllo della condensazione superficiale 15 UNI EN ISO Fornisce procedure di calcolo per determinare la temperatura superficiale interna di componenti o elementi edilizi al di sotto della quale è probabile la formazione di condensa superficiale. Il valore di temperatura superficiale dipenderà dalla temperatura interna ed esterna all ambiente e dall umidità relativa interna In funzione della condizioni di temperatura esterna è possibile determinare: L umidità volumica esterna νe La pressione di vapore esterna pe In funzione della condizioni di temperatura interna è possibile determinare: L umidità volumica interna νi La pressione di vapore interna pi

16 Pressione di vapore e umidità volumica ν e = ϕ eν sat ( θ e ) p = p + p p = ϕ p ( θ ) e e sat e i e 16 ν = ν + ν i e

17 Determinazione della temperatura Sup Min 17 Al fine di evitare fenomeni di condensa superficiale si deve garantire che il valore massimo di umidità relativa in corrispondenza della superficie sia pari a 0.8 quindi: ϕ 0.8 si Sotto questa condizione è possibile determinare il valore minimo di umidità volumica a saturazione νsat ν ( θ ) = sat si ν i 0.8 pressione di saturazione psat θ si = psat loge psat loge p sat ( θ ) = La temperatura superficiale minima accettabile verrà determinata ad esempio in funzione della pressione di saturazione minima accettabile psat θ si = si p i 0.8 psat loge psat loge 610.5

18 Correzione dei ponti termici 18 Un ponte termico viene definito corretto quando la trasmittanza della parete fittizzia, intesa come il tratto in corrispondenza del ponte termico, non supera per più del 15% la trasmittanza termica della parete corrente Consideriamo il ponte termico riportato nella UNI EN ISO Innesto del DIVISORIO su PARETE VERTICALE Ψi=0.05 lc lf lc Lc Uc Lf Uf Um h Ac Af semilunghezza della parete corrente, con riferimento alle dimensioni interne (m) trasmittanza termica della parete corrente (W/m2K) lunghezza della parete fittizia (m) trasmittanza termica della parete fittizia (W/m2K) trasmittanza termica media (W/m2K), con riferimento all'area della parete corrente altezza netta interna dei locali 1 e 2, con riferimento alle dimensioni interne (m) 2 * Lc * h = area della parete corrente, con riferimento alle dimensioni interne (m2) Lf * h = area della parete fittizia (m2), con riferimento alle dimensioni interne (m2)

19 Correzione dei ponti termici 19 E necessario immaginare la parete fittizia come una parete con trasmittanza tale da generare lo stesso coefficiente di accoppiamento del ponte termico, riferendosi all aria della parete fittizia. Il coefficiente di accoppiamento termico della parete fittizia può essere scritto come: L = ψ h = U A f i f f lc lf lc U f ψ = i l f A f = l f h U A U A f f c c A f A c 0,15

20 Certificazione ENergetica degli EDifici 20 Software sviluppato dall ITC-CNR sulla base della procedura di calcolo per la certificazione energetica degli edifici della Regione Lombardia E finalizzato alla certificazione degli edifici esistenti e alla verifica dei requisiti minimi di prestazione fissati dalla Regione Lombardia U = U (1 + F ) c Dove U c è la trasmittanza corretta di ciascun componente opaco, k termicamente uniforme, che separa l ambiente climatizzato dall ambiente circostante U è la trasmittanza di ciascun componente opaco k, termicamente uniforme, che separa l ambiente climatizzato dall ambiente circostante F PT è il fattore correttivo da applicare al valore di trasmittanza termica di ciascun componente opaco disperdente k, così da tenere conto delle maggiorazioni dovute ai ponti termici PT

21 Certificazione ENergetica degli EDifici 21 Parete con isolamento dall esterno ( a cappotto senza aggetti/balconi) Parete con isolamento dall esterno (a capotto con aggetti/balconi) Parete omogenea in mattoni pieni o in pietra (senza isolante) Parete a cassa vuota con mattoni forati (senza isolante) Parete a cassa vuota con isolamento nell intercapedine (ponte termico corretto) Parete a cassa vuota con isolamento nell intercapedine ( ponte termico non corretto) Pannello prefabbricato in calcestruzzo con pannello isolante all interno DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA Maggiorazione Ft Parete con isolamento dall esterno ( a cappotto senza aggetti/balconi) 0 Parete con isolamento dall esterno (a capotto con aggetti/balconi) 5 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 corretto) 10 Parete a cassa vuota con isolamento nell intercapedine ( ponte termico non corretto) 20 Pannello prefabbricato in calcestruzzo con pannello isolante all interno 30

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