AFONTERMO RASANTE TERMICO RIFLETTENTE EFFICACIA - EFFICIENZA LA MANIERA PIU SEMPLICE DI ISOLARE TERMICAMENTE QUADERNO TECNICO N.1. λ,eq UNI 16012:2012

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1 AFONTERMO RASANTE TERMICO RIFLETTENTE EFFICACIA - EFFICIENZA LA MANIERA PIU SEMPLICE DI ISOLARE TERMICAMENTE QUADERNO TECNICO N.1 λ,eq UNI 16012:2012 AFON CASA COLLABORAZIONE SCIENTIFICA CON: CNR DI PISA 0

2 1 Conducibilità di un materiale - PREMESSA La conducibilità del materiale (W/m K) esprime la quantità di energia (joule), che passa attraverso lo spessore del materiale (s) nell unità di tempo (sec.) per una determinata temperatura. Quindi, quali sono i parametri che influenzano la conducibilità di un materiale? I fattori che influenzano la conducibilità di un materiale sono molteplici: -la temperatura (in primis), -il contenuto d acqua, -la messa in opera del materiale, -la massa volumica. Fonti scientifiche dimostrano, che la conducibilità di un materiale isolante è tanto minore quanto maggiore risulta neutrale la propria carica, quest ultima legata alla quantità dei legami ionici di tipo stabile. D altronde quanto sopra, differenzia un materiale conduttore da un materiale isolante. I metalli ad esempio hanno ridotta quantità di legami ionici, ed elevata quantità di cariche libere (elettroni), e pertanto mostrano elevate capacità riflettenti piuttosto che termiche. Vediamo di analizzare i fattori che influenzano la conducibilità di un materiale: TEMPERATURA all aumentare della temperatura ogni materiale isolante ha la tendenza ad assorbire maggiore quantità di energia, a causa della rottura di alcuni legami ionici all interno della propria struttura; ciò favorisce il passaggio di maggiore energia, quindi di calore. Erroneamente tutt oggi, vengono utilizzati gli stessi valori di conducibilità termica sia per il calcolo della trasmittanza stazionaria (in inverno), che periodica (in estate). CONTENUTO D ACQUA Il contenuto d acqua è un parametro molto complesso da quantificare. Difatti esso talvolta è sottointeso come vapore specifico contenuto all interno del materiale, ma talvolta esso può manifestarsi come contenuto d acqua vero proprio. Quest ultimo caso si manifesta in opera in occasione della condensa interstiziale, vuoi per la particolare stratigrafia della parete (condizione 1 ), vuoi per l utilizzo di materiali a cella chiusa (condizione 2 ), il cui ordine di permeabilità risulta di gran lunga inferiore a quello degli altri materiali. 1

3 In laboratorio non è possibile emulare la seconda condizione, poiché la stagionatura eseguita prima della prova in piastra calda, prevede di lasciare il materiale 3 gg all interno di camera con temperatura di 23 C e u.r. pari al 50% (complessivamente il vapore è quantificato in 8 gr/kg di aria secca). Dunque è bene fare chiarezza sui certificati di laboratorio: -per i materiali a cella chiusa la stagionatura non può dare alcuna informazione sull invecchiamento del materiale, quindi il valore riportato sul certificato è parimenti al valore anidro. MESSA IN OPERA la messa in opera del materiale è molto fondamentale, soprattutto per quelli costituiti da pannelli da assemblare in opera. MASSA VOLUMICA è un aspetto molto importante, poiché solo una bassa massa volumica è in grado di garantire elevata termicità, stante l ottenimento di un minor valore di rifrazione, quest ultimo sinonimo di minore velocità di propagazione dell onda termica all interno dello spessore. 2 AFONTERMO Valore di conducibilità termica, valore di conducibilità termica equivalente. AFONTERMO è un materiale termico e riflettente, contrariamente ad altri materiali riflettenti non dotati di termicità. E proprio grazie alla propria termicità, che il materiale può essere applicato direttamente sul supporto, senza inficiare la propria caratteristica di riflettanza, e senza avvalersi di intercapedini d aria. La UNI :2012 impone che i materiali riflettenti siano soggetti alle seguenti prove per valutarne le caratteristiche termiche: -conducibilità del materiale nel cuore del prodotto da eseguire secondo regola di buona prassi (UNI Metodo Piastra calda); la stessa norma specifica che i materiali riflettenti nonostante debbano essere utilizzati per incrementare notevolmente la resistenza termica dei componenti opachi e trasparenti, non è necessario che siano termici; -valore di riflettanza solare mediante prove di laboratorio. Tale prova consente di determinare la percentuale di radiazione termica riflessa rispetto a quella incidente, all interno di un range di frequenze solitamente incidenti sulla superficie terrestre. E da specificare, che un materiale riflettente 2

4 è generalmente un polarizzatore di onde, ovvero in grado di respingere talune frequenze piuttosto che altre. La riflettanza determinata come sopra, è sicuramente un limite inferiore, poiché la loro applicazione è prevista all interno del campo infrarosso, mediamente compresa tra i -15 C (invernali) e gli C durante il periodo estivo. A tali temperature la capacità riflettente dei materiali risulta maggiore, poiché le temperature sono caratterizzate da minore frequenza, ergo più facili da riflettere. -Prove in opera e sotto diverse condizioni climatiche questa richiesta da parte della norma è la più importante, poiché mette in luce l effettivo grado di isolamento che un materiale riflettente è in grado di attribuire al componente su cui vengono installati: -posizione in cui viene installato (in primis), λeq -le caratteristiche del materiale devono essere determinate secondo l effettiva installazione in opera. In merito a quanto sopra per AFONTERMO, si distingue un valore di conducibilità intrinseco λ (nello spessore come per i materiali isolanti tradizionali determinato secondo il metodo della piastra calda), ed un valore estrinseco λ,eq (che tiene debito conto delle caratteristiche termiche e di riflettanza, valutata in opera sotto diverse condizioni climatiche, nella fattispecie all interno di un intera stagione di riscaldamento). λ,eq affidabilità del calcolo Tale valore di conducibilità è stato determinato in opera, ed ha sicuramente maggiore affinità con il reale apporto termico, che il materiale è in grado di attribuire al componente, essendo distante dalle condizioni ideali di laboratorio. D altronde, il laboratorio non è in grado di emulare le condizioni ambientali effettive quali: vento, pioggia, ombreggiamento, scambio con la volta celeste, ecc.., tutti fattori che concorrono nella determinazione del fabbisogno di energia termica utile ai sensi delle norme UNI TS L affidabilità del calcolo risiede nelle condizioni di prova (approccio ingegneristico con input energia primaria spesa), mediante le quali è stato possibile determinare il valore di conducibilità equivalente su immobile considerato valevole allo scopo per i seguenti fattori: -Controllo del vettore energetico fornitura del combustibile diretta (pellets), -Immobile ubicato in ambiente montano, -Immobile ubicato in zona climatica F, -Ombreggiamento permanente assenza di apporti solari gratuiti, 3

5 -Ore di riscaldamento giornaliere illimitate (zona climatica F), -Controllo della temperatura interna in ogni vano dell immobile per il controllo dei gradi giorno. Il periodo di prova pari ad un intera stagione di riscaldamento, mette in luce l omogeneità del materiale, e sicuramente è un arco temporale per il quale è lecito riconoscere nei valori determinati il frattile 90%, ovvero il valore dichiarato ha una probabilità del 10% di assumere valori maggiori. I valori di conducibilità così dichiarati sono equivalenti per i seguenti motivi: -Combinazione delle caratteristiche di riflettanza e termicità esplicitate dal materiale durante la prova stagionale, -Valore commisurato ad un intera stagione di riscaldamento. Il λ,eq è il valore estrinseco del materiale dedotto mediante prove in opera, in linea con quanto suggerito dalla norma 16012:2012. Tale valore dovrà essere considerato per il calcolo della trasmittanza stazionaria, periodica, e per la verifica della condensa superficiale o formazione di muffa. λ valore di conducibilità intrinseca è la conducibilità ottenuta mediante la prova in piastra calda, ed evidenzia soltanto la caratteristica termica del cuore del prodotto, ovvero nello spessore, alla stregua dei tradizionali materiali isolanti. Tale valore deve essere considerato per la verifica di condensa interstiziale, quindi per il calcolo del diagramma delle temperature all interno della stratigrafia. La posizione del materiale AFONTERMO può essere applicato sia all interno, che all esterno. La posizione in cui viene installato rispetto all ambiente a più alta temperatura (denominato caldo ; es. all interno dell abitazione in inverno, all esterno dell abitazione in estate), incide sul valore di conducibilità equivalente da considerare. Difatti se posto a contatto con l ambiente caldo il suo valore di conducibilità da considerare è pari allo 0, W/mK, in quanto riflettendo la massima temperatura (20 C), è massimo il grado di isolamento che apporta al componente. Viceversa, se posto a contatto con l ambiente esterno (es. all esterno in inverno), il suo valore di conducibilità aumenta al valore di 0,0029 W/mK. Va da sé, che 4

6 in estate, sono invertiti i due ambienti (caldo e freddo), quindi dovranno essere invertiti i valori di conducibilità termica equivalente del materiale. Es: AFONTERMO posto all interno: -Calcolo trasmittanza stazionaria [U] λ,eq = 0, W/mK, -Calcolo trasmittanza periodica [YIE] - λ,eq = 0,0029 W/mK, -Calcolo della condensa superficiale - λ,eq = 0, W/mK, -Calcolo della condensa interstiziale λ = 0,060 W/mK AFONTERMO posto all esterno: -Calcolo trasmittanza stazionaria [U] λ,eq = 0,0029 W/mK, -Calcolo trasmittanza periodica [YIE] - λ,eq = 0, W/mK, -Calcolo della condensa superficiale - λ,eq = 0,0029 W/mK, -Calcolo della condensa interstiziale λ = 0,060 W/mK 3 Riflettanza solare o semplicemente Riflettanza. La riflettanza solare è la capacità di un materiale di riflettere la radiazione solare incidente. Ma cosa si intende per radiazione solare? Non è altro che radiazione termica le cui frequenze sono comprese tra i 300 e i 2500 nm (pari 0,3 e i 2,5 μm), ovvero rappresentate nel diagramma seguente: Distribuzione solare incidente sulla superficie terrestre 5

7 Dunque la radiazione termica non è altro che un fenomeno fisico mediante il quale si propaga energia termica, quest ultima posseduta da qualsiasi corpo che abbia una temperatura superiore allo zero assoluto. Dunque va da sé, che un materiale riflettente è un polarizzatore di frequenze, ovvero tende ad assorbire generalmente le più alte frequenze corrispondenti al campo visibile o ultravioletto, comunque ben distanti dal campo infrarosso cui sono ricomprese le temperature utilizzate nei calcoli termici. In breve quando si parla di riflettanza solare, deve intendersi solo la metodologia di definizione della capacità riflettente di un determinato materiale secondo norma di comprovata validità (Es. ASTM E ), considerando il range di frequenze della figura riportata in precedenza. E bene precisare, che un materiale riflettente in generale, riflette le temperature, siano esse provenienti dall irraggiamento solare, siano esse prodotte da un determinato generatore, e tale riflessione avviene nel vuoto (all infrarosso), dunque è bene parlare generalmente di riflettanza. Per tale motivo, i materiali riflettenti trovano largo impiego in edilizia, specialmente in applicazioni interne agli edifici per riflettere la temperatura interna prodotta dagli impianti, e ridurre al minimo i consumi energetici. Un materiale riflettente è un materiale basso emissivo, ovvero ha tendenza a riflettere le radiazioni termiche piuttosto che assorbirle. D altronde per ogni materiale opaco vige il principio di conservazione dell energia, ovvero la somma della quantità riflessa (ρ) e di quella assorbita (α) deve essere pari ad 1 (come esplicitato sulla norma ASTM C ). 5 Conclusioni I materiali riflettenti sono impiegati in edilizia per incrementare notevolmente la resistenza termica delle strutture opache e trasparenti (come riportato sulla UNI 16012:12). Il valore di riflettanza è una grandezza estrinseca, ovvero correlata ad un range di temperature, pertanto a differenza dei 6

8 tradizionali materiali isolanti, è lecito ritenere costanti le proprie caratteristiche al variare della temperatura. 7