Trasmittanza termica e

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1 Guida materiali isolanti Trasmittanza termica e caratteristiche termiche dei materiali Concetti teorici ed esempi pratici Materiali-isolanti_Ed1_Rev0_26novembre2015

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3 Sommario Glossario 4 Trasmissione del calore 6 La conduzione... 7 La convezione... 8 L irraggiamento... 9 Adduzione... 9 Trasmittanza e caratteristiche termiche 10 Conduttività termica λ Valori di conduttività termica Resistenza termica Resistenze termiche superficiali Adduttanza unitaria superficiale Trasmittanza termica Trasmittanza termica degli elementi trasparenti Ponte termico Materiali isolanti 19 Norme e valori limite di trasmittanza 21 Valori limite per interventi di riqualificazione energetica Valori limite per interventi di nuova costruzione Esempi di calcolo 25 Esempio 1: struttura in cemento armato e malta Esempio 2: parete per divisori interni Esempio 3: parete in cemento armato isolata con polistirene Esempio 4: parete composta da laterizio, polistirene espanso e intonaco Esempio 5: muratura a cassa vuota in laterizio forato Esempio 6: muratura in mattoni pieni con intercapedine o isolamento leggero Esempio 7: finestra con telaio in metallo con taglio termico, doppio vetro basso emissivo

4 Glossario Ecco un glossario con alcuni termini ricorrenti, utile per la comprensione dei concetti espressi nel seguito. Ambiente Spazio circostante alla superficie o al corpo considerati. Mentre l ambiente esterno è solitamente di volume indeterminato, l ambiente è delimitato dalle superfici interne delle varie pareti che racchiudono la superficie od il corpo considerati. Calore specifico Indica il calore, in Joule, assorbito o ceduto da 1 kg di materiale la cui temperatura aumenta o diminuisce di 1 K (Kelvin). In DIN EN sono indicati alcuni valori di calcolo del calore specifico e sono anche disponibili dati dei produttori verificati da laboratori di prova. Capacità di accumulo termico La quantità di calore immagazzinata cresce all aumentare del calore specifico, della massa, pari al volume per la densità, e della differenza di temperatura rispetto all ambiente (per es. l aria circostante). Capacità termica massica La capacità termica massica indica il valore della quantità calorica in Joule, che 1 kg di materia assorbe o emana, quando la sua temperatura viene alzata o abbassata di un K (Kelvin). Maggiore è la capacità termica massica e maggiore è la capacità di un materiale di accumulare energia termica. Coibentazione È l insieme di accorgimenti usati per impedire la trasmissione di calore attraverso una parete che divide ambienti a temperatura diversa. È detta più propriamente coibentazione termica o isolamento termico. Un adeguata coibentazione degli edifici permette di diminuire la dispersione termica durante la stagione fredda e quindi di ottenere un risparmio energetico per il riscaldamento degli ambienti. Previene inoltre eventuali ponti termici e fenomeni di condensa e muffe che ne derivano. La coibentazione si ottiene mediante l impiego di materiali termicamente isolanti, cioè caratterizzati da una bassa conducibilità termica. Conduttività termica Rappresenta la potenza termica, in Watt, che attraversa uno strato di materiale di 1 m² di superficie e 1 m di spessore per un calo di temperatura in direzione del flusso di calore pari ad 1 K. Diffusività termica Quoziente fra la conduttività termica e il prodotto fra densità e calore specifico. Serve per descrivere casi non stazionari. La diffusività termica è responsabile, insieme ad altre proprietà, dell andamento della temperatura in un punto all interno di un materiale in caso di cambiamenti della temperatura sulla superficie. Maggiore è la diffusività termica, più rapida è la variazione della temperatura interna di un materiale per variazioni della temperatura superficiale. 4

5 Gradiente Termico Il gradiente termico è la variazione di temperatura. Negli impianti di riscaldamento degli ambienti è la variazione di temperatura che c è tra quota pavimento e soffitto. Irraggiamento E uno dei tre modi col quale si propaga il calore, oltre alla convezione, sistema utilizzato per la maggior parte fino ad oggi (impianto con radiatori) e la conduzione. Permeabilità al vapore Le molecole gassose contenute nel vapore acqueo si distribuiscono omogeneamente nello spazio generando una certa pressione del vapore, la cosiddetta umidità atmosferica relativa. Quando la pressione del vapore presente all esterno coincide con l umidità atmosferica relativa registrata all interno dell abitazione, si ha una situazione di equilibrio. In presenza di un eventuale differenza di pressione fra interno ed esterno, il vapore fuoriesce dall elemento strutturale dal lato con pressione inferiore, per lo più verso l esterno. Ponte termico È un elemento che provoca una rapida dispersione di calore da un materiale ad un altro. Si verifica in presenza di discontinuità, giunture, connessioni (pilastri, travi, balconi, davanzali) e comunque in qualsiasi situazione dove vengano accostati materiali con risposte termiche diverse (giunti di malta tra i termo laterizi che compongono la muratura). Resistenza termica R La resistenza termica indica la resistenza che un materiale offre al passaggio di energia termica. In caso di elementi costruttivi multistrato si ricava sommando le resistenze termiche dei singoli strati di materiale, ottenendo così sia la R totale, che le temperature a ogni interfaccia dei vari materiali costituenti la parete. Resistenza termica unitaria Reciproco della potenza termica trasmessa attraverso una struttura di superficie unitaria quando è unitaria la differenza di temperatura fra le due opposte superfici che delimitano la struttura. Si esprime in metri quadrati grado kelvin al watt. Sfasamento Lo sfasamento è l arco di tempo (in ore) necessario all onda termica per spostarsi dalla faccia esterna a quella interna di un elemento edilizio. Più è elevato lo sfasamento, maggiore è il ritardo con il quale l interno dell edificio viene riscaldato. Per un elevato comfort abitativo, si deve cercare di ottenere uno sfasamento superiore a 10 ore. 5

6 Trasmissione del calore In linea generale la trasmissione del calore tra due corpi avviene in maniera spontanea dal corpo a temperatura maggiore a quello a temperatura minore e il processo continua fino a che i due corpi non hanno raggiunto la stessa temperatura. Questo stato è detto stato di equilibrio termico. A seconda delle caratteristiche dei corpi coinvolti, la propagazione del calore può avvenire secondo tre meccanismi differenti: conduzione convezione irraggiamento 6

7 La conduzione La conduzione avviene quando si è in presenza di un gradiente di temperatura in un mezzo stazionario, il quale può essere un solido oppure un fluido. Pertanto, il trasferimento di calore per conduzione ha luogo tra due corpi a contatto, o tra parti di uno stesso corpo, che si trovano a temperature differenti. In questo caso, nella zona di contatto tra i due corpi, le particelle del corpo a temperatura maggiore, che possiedono un energia cinetica più elevata, urtandosi con le particelle del corpo a temperatura minore, che possiedono un energia cinetica più bassa, trasferiscono loro una parte della loro energia cinetica. Nella conduzione il calore si propaga attraverso gli urti tra le particelle. La conseguenza è un aumento della temperatura del corpo più freddo e una diminuzione della temperatura del corpo più caldo. Riscaldando per conduzione l estremità di una sbarra metallica, per esempio, il calore si propaga all interno della sbarra per urti fra le particelle del metallo, riscaldando gradatamente anche l altra estremità. La conduzione è il solo metodo di propagazione del calore dei corpi solidi. 7

8 La convezione Nei fluidi la propagazione del calore avviene con un meccanismo che prevede il trasporto delle molecole riscaldate dal basso verso l alto e di quelle fredde dall alto verso il basso, realizzando così il mescolamento del fluido che si riscalda. Questo movimento circolare delle particelle è detto movimento convettivo e il meccanismo di propagazione del calore nei fluidi è detto convezione. I fluidi hanno una capacità termica molto bassa e il processo di conduzione è di conseguenza molto lento. La convezione in un fluido è legata al trasporto di materia: quando si riscalda un fluido, la sezione che viene riscaldata per conduzione (per esempio attraverso il contatto con una parete a temperatura maggiore di quella del fluido) si sposta all interno del fluido, trasportando energia termica. Si creano così all interno del fluido delle correnti convettive, in modo che le molecole di fluido più ricche di agitazione termica si trasferiscono in un altra parte del fluido stesso, trasportando il calore all interno della massa. Riscaldando una pentola d acqua su un fornello, ad esempio, la parte di acqua a contatto con la superficie inferiore della pentola si riscalda prima, viene sospinta verso l alto a causa della sua minore densità (dovuta alla maggiore temperatura), mentre l acqua più fredda viene sospinta verso il basso: le correnti che si creano trasportano il calore da un punto all altro della massa d acqua, riscaldando in breve tutto il fluido. La convezione è il meccanismo di trasporto del calore che viene sfruttato per riscaldare le case con i termosifoni. Infatti, l impianto di riscaldamento è costituito da una caldaia situata in un locale nel piano più basso dell edificio, collegata per mezzo di tubi ai termosifoni situati negli appartamenti. L acqua calda risale lungo i tubi e raggiunge i termosifoni che si riscaldano e trasferiscono il calore all ambiente circostante. L acqua che invece ha già attraversato i termosifoni, poiché ha perso calore, diventa più fredda e pesante; pertanto ridiscende lungo i tubi di scarico che la riportano alla caldaia, dove viene nuovamente riscaldata. 8

9 L irraggiamento Nei processi di conduzione e di convezione del calore è necessaria la presenza di materia: nel primo caso due corpi devono essere a contatto, nel secondo caso vi è trasferimento di materia di un fluido. Ma il calore si può propagare anche nel vuoto, senza contatto o senza trasferimento di materia. Lo scambio termico per irraggiamento avviene tra due superfici a differente temperatura, tramite emissione di energia sotto forma di onde elettromagnetiche. L irraggiamento è il meccanismo di propagazione del calore nel vuoto ed è il modo in cui la Terra riceve calore dal Sole. Adduzione Il propagarsi del calore tramite i due i meccanismi di convezione e irraggiamento contemporaneamente, viene chiamato adduzione o conduzione esterna. 9

10 Trasmittanza e caratteristiche termiche Conduttività termica λ La conduttività termica rappresenta la capacità di un materiale di condurre il calore. In particolare, la conduttività termica è il rapporto fra il flusso di calore (cioè la quantità di calore trasferita nell unità di tempo attraverso l unità di superficie) e il gradiente di temperatura che provoca il passaggio del calore nel caso della conduzione termica (ovvero quando i contributi al trasferimento di calore per convezione e per irraggiamento termico siano trascurabili). Essa dipende solo dalla natura del materiale, non dalla sua forma. La conduttività termica viene misurata come quantità di calore, espressa in Watt per ora, che attraversa uno strato di spessore pari a 1 metro con un area di 1 m², quando la differenza di temperatura agli estremi del materiale è di un grado. Questa grandezza viene rappresentata con la lettera greca λ (lambda) e può essere calcolata mediante la formula: dove: W = quantità di calore per ora h = tempo m = spessore m² = area λ = W h m / (h m² K) - espressa in W/mK K = differenza di temperatura misurata in gradi Kelvin Kelvin è l unità di misura della temperatura, basata sui gradi Celsius; 0 gradi Kelvin, ossia lo zero assoluto ( -273,15º C), corrispondono alla temperatura più fredda possibile; K = C + 273,15 Wh 1m 1m 1m 10

11 Quanto più il valore di λ è basso, tanto migliore è il potere isolante del materiale. I materiali isolanti tipici hanno all incirca valori di λ= 0,01 0,06 W/m K. Nel grafico successivo si può osservare il contributo dei singoli effetti al trasferimento di calore totale attraverso un materiale isolante. Alle basse densità prevale il contributo radiativo e quello convettivo, mentre con l aumentare della densità tali contributi diminuiscono e aumenta quello conduttivo della fase solida. Andamento della conduttività termica in funzione della densità Andamento della conduttività in funzione della densità λ e a d b c a= conduzione nel fluido b= convenzione c= irraggiamento d= conduzione nella fase solida e= trasmissione del calore complessiva ρ (densità) 11

12 Valori di conduttività termica Di seguito sono riportate le tabelle con i valori di conduttività termica per diverse tipologie di materiali, come previsto dalla norma UNI 10351:2015. LANA DI ROCCIA Pannello in lana di roccia, densità da 40 a 100 kg/m 3 Pannello in lana di roccia a doppia densità: densità media 110 kg/m 3 Pannello in lana di roccia a doppia densità: densità media 150 kg/m 3 Pannello in lana di roccia a doppia densità: densità media 165 kg/m 3 Feltro in lana di roccia rivestito da un lato con carta kraft, di densità 22 kg/m 3 Lana sfusa da insufflaggio 0,035 W/mK 0,036 W/mK 0,038 W/mK 0,040 W/mK 0,042 W/mK 0,045 W/mK LANA DI VETRO Pannello in lana vetro con densità 20 kg/m³ Pannello in lana vetro con densità 25 kg/m³ Pannello in lana vetro con densità da 30 a 40 kg/m³ Pannello in lana vetro con densità da 50 a 85 kg/m³ Feltro in lana di vetro, densità 12 kg/m³ Pannello in lana di vetro a fibre parzialmente orientate con densità 75 kg/m³ Pannello in lana di vetro a fibre parzialmente orientate con densità kg/m 3 0,035 W/mK 0,034 W/mK 0,032 W/mK 0,031 W/mK 0,040 W/mK 0,036 W/mK 0,037 W/mK POLISTIRENE ESPANSO SINTERIZZATO Pannello in polistirene espanso sinterizzato EPS S Pannello in polistirene espanso sinterizzato EPS 50 Pannello in polistirene espanso sinterizzato EPS 70 Pannello in polistirene espanso sinterizzato EPS 80 Pannello in polistirene espanso sinterizzato EPS 100 Pannello in polistirene espanso sinterizzato EPS 120 EPS 150 Pannello in polistirene espanso sinterizzato EPS 200 EPS 250 Pannello in polistirene espanso sinterizzato (EPS) a conducibilità termica migliorata mediante riduzione della trasmissione radiativa del calore EPS S Pannello in polistirene espanso sinterizzato (EPS) a conducibilità termica migliorata mediante riduzione della trasmissione radiativa del calore EPS 50 EPS 70 Pannello in polistirene espanso sinterizzato (EPS) a conducibilità termica migliorata mediante riduzione della trasmissione radiativa del calore EPS 80 EPS 100 EPS 120 EPS 150 EPS 200 EPS 250 0,040 W/mK 0,038 W/mK 0,037 W/mK 0,036 W/mK 0,035 W/mK 0,034 W/mK 0,033 W/mK 0,033 W/mK 0,032 W/mK 0,031 W/mK 12

13 POLISTIRENE ESPANSO ESTRUSO Pannello in polistirene espanso estruso (XPS), a celle chiuse, espanso con CO 2, senza pelle Pannello in polistirene espanso estruso (XPS), a celle chiuse, espanso con CO 2, finitura liscia con pelle Pannello in polistirene espanso estruso (XPS), a celle chiuse, espanso con CO 2, finitura liscia con pelle: spessore 60 mm Pannello in polistirene espanso estruso (XPS), a celle chiuse, espanso con CO 2, finitura liscia con pelle: 60 mm < spessore 120 mm Pannello in polistirene espanso estruso (XPS), a celle chiuse, espanso con CO 2, finitura liscia con pelle: spessore > 120 mm 0,035 W/mK 0,035 W/mK 0,034 W/mK 0,036 W/mK 0,038 W/mK POLIURETANO ESPANSO RIGIDO Pannello in poliuretano espanso rigido (PUR o PU) con rivestimenti flessibili o rigidi impermeabili ai gas Pannello in poliuretano espanso rigido (PUR o PU) con rivestimenti flessibili permeabili ai gas: spessore 80 mm Pannello in poliuretano espanso rigido (PUR o PU) con rivestimenti flessibili permeabili ai gas: 80 mm < spessore 120 mm Pannello in poliuretano espanso rigido (PUR o PU) con rivestimenti flessibili permeabili ai gas: spessore > 120 mm 0,023 W/mK 0,028 W/mK 0,026 W/mK 0,025 W/mK Schiuma poliuretanica applicata a spruzzo o per colata percentuale di celle chiuse > 90%, priva di rivestimenti con densità da 30 a 50 kg/m 3 0,028 W/mK Schiuma poliuretanica applicata a spruzzo o per colata percentuale di celle chiuse > 90%, priva di rivestimenti con densità > 50 kg/m 3 0,029 W/mK Schiuma poliuretanica applicata per colata percentuale di celle chiuse < 90%, priva di rivestimenti. Densità < 30 kg/m 3 0,035 W/mK Pannelli SCHIUMA FENOLICA 0,022 W/mK Pannelli di densità da 130 a 150 kg/m 3 Pannelli densità 170 kg/m 3 VETRO CELLULARE 0,060 W/mK 0,048 W/mK LANA DI LEGNO Pannello monostrato in lana di legno di abete rosso, mineralizzata e legata con cemento Portland di densità media 400 kg/m 3 Pannello monostrato in lana di legno mineralizzata con magnesite ad alta temperatura, di densità media 400 kg/m 3 0,065 W/mK 0,09 W/mK 13

14 PERLITE ESPANSA Perlite espansa in granuli di grossa granulometria 1-5 mm confezionata in sacchi di polietilene, di densità kg/m 3 Pannello a base di perlite espansa, di densità 150 kg/m 3 0,048 W/mK 0,050 W/mK SUGHERO ESPANSO Pannello in sughero espanso di densità kg/m 3 Pannello in sughero espanso di densità kg/m 3 0,040 W/mK 0,043 W/mK FIBRE DI LEGNO Pannello in fibre di legno pressate di densità 50 kg/m 3 Pannello in fibre di legno pressate di densità 160 kg/m 3 Pannello in fibre di legno pressate di densità kg/m 3 0,038 W/mK 0,039 W/mK 0,043 W/mK Sfusa in granuli di densità 700 kg/m 3 Sfusa in granuli di densità 480 kg/m 3 Sfusa in granuli di densità 380 kg/m 3 Sfusa in granuli di densità 330 kg/m 3 Frantumata di densità 600 kg/m 3 Frantumata di densità 350 kg/m 3 ARGILLA ESPANSA 0,11 W/mK 0,10 W/mK 0,09 W/mK 0,09 W/mK 0,10 W/mK 0,07 W/mK VERMICULITE Minerale inorganico espanso per isolamento termico in forma granulare densità kg/m 3 0,057 W/mK POLIETILENE ESPANSO Pannelli e tappetini di polietilene espanso (PEF) di densità 30 kg/m 3 Pannelli e tappetini di polietilene espanso (PEF) di densità 40 kg/m 3 Pannelli e tappetini di polietilene espanso (PEF) di densità 60 kg/m 3 Pannelli e tappetini di polietilene espanso (PEF) di densità 80 kg/m 3 Pannelli e tappetini di polietilene espanso (PEF) di densità 100 kg/m 3 0,033 W/mK 0,039 W/mK 0,043 W/mK 0,045 W/mK 0,048 W/mK 14

15 FIBRE DI POLIESTERE Pannello in fibra di poliestere riciclato di densità 25 kg/m 3 Pannello in fibra di poliestere riciclato di densità 50 kg/m 3 Pannello in fibra di poliestere riciclato di densità 100 kg/m 3 0,040 W/mK 0,035 W/mK 0,032 W/mK FIBRE DI CANAPA-KENAF Pannelli in fibre di canapa di densità 30 kg/m 3 Pannelli in fibre di canapa di densità 38 kg/m 3 0,040 W/mK 0,038 W/mK Feltro in lana di pecora, densità kg/m 3 LANA DI PECORA 0,040 W/mK Isolamento in fiocchi a base di cellulosa CELLULOSA 0,040 W/mK CALCIO SILICATO Pannello minerale in idrato di silicato di calce, densità kg/m 3 0,045 W/mK 15

16 Resistenza termica La resistenza termica rappresenta la capacità di un materiale di opporsi al flusso di calore che tende ad attraversarlo. Nel caso di strati omogenei la resistenza termica R è determinata dal rapporto tra spessore dello strato e conducibilità termica λ del materiale di cui è composto lo strato stesso. Quindi, R si determina mediante la formula: dove: λ = conducibilità termica d = spessore del materiale (in metri) R = d/λ (espressa in m² K/W) La resistenza termica è direttamente proporzionale allo spessore e inversamente proporzionale alla conducibilità termica. Resistenze termiche superficiali La resistenza termica superficiale può essere interna o esterna. La resistenza termica interna R si è un valore caratteristico relativo allo scambio termico dall aria della stanza alla superficie interna dell elemento edilizio, mentre R se è il valore caratteristico relativo allo scambio termico dalla superficie esterna dell elemento edilizio all aria esterna. Le resistenze termiche superficiali dipendono dalla direzione del flusso di calore (ascendente, orizzontale o discendente).maggiore è la resistenza termica superficiale, minore è la quantità di calore scambiata fra l elemento edilizio e l aria. Conduttanza termica unitaria La conduttanza termica rappresenta il flusso di calore scambiato unicamente per via conduttiva all interno del solido in esame. I valori di conduttanza dei materiali sono riportati nelle apposite norme di riferimento (UNI 10355) oppure sono ricavabili dai certificati di prova forniti direttamente dai produttori. Adduttanza unitaria superficiale L adduttanza unitaria superficiale indica il coefficiente di scambio termico per irraggiamento e convezione tra l ambiente interno e la superficie del componente edilizio hi (espressa in W/m 2 K) e tra la superficie del componente edilizio e l ambiente esterno he (espresse in W/m 2 K). 16

17 Trasmittanza termica La trasmittanza termica U rappresenta la quantità di calore che attraversa una struttura di un edificio (ad esempio una parete esterna) a causa della differenza di temperatura esistente tra i due estremi (interno ed esterno) di tale struttura. Essa è legata alle caratteristiche del materiale che costituisce la struttura e alle condizioni di scambio termico; si assume pari a: U = 1/R T (espressa in W/m²K) ove: R T = resistenza termica totale (R si + R 1 + R R n + R se ) R si = resistenza termica superficiale interna R se = resistenza superficiale esterna R 1, R 2, R n = resistenza superficiale dei vari strati Conducibilità termica λ Al diminuire di λ aumenta il potere isolante del materiale λ Resistenza termica R All aumentare di R aumenta il potere isolante del materiale R Transmittanza termica U Al diminuire di U aumenta il potere isolante del materiale U 17

18 Trasmittanza termica degli elementi trasparenti La trasmittanza termica di un serramento rappresenta la media pesata tra la trasmittanza termica del telaio e di quella della vetrata, più un contributo aggiuntivo, la trasmittanza termica lineare Y g, dovuto all interazione tra i due componenti e alla presenza del distanziatore, applicato lungo il perimetro visibile dalla vetrata. Le variabili che influenzano il calcolo della trasmittanza termica sono quindi: la tipologia di vetro la tipologia di telaio la tipologia di un eventuale distanziatore Per il calcolo si procede combinando in parallelo la trasmittanza degli elementi che costituiscono la chiusura, pesandoli rispetto all area e aggiungendo a questo contributo l effetto del ponte termico determinato dall interfaccia vetro-telaio e localizzato in corrispondenza del distanziatore. L effetto del distanziatore viene contabilizzato in presenza di vetri doppi o tripli. La trasmittanza delle chiusure trasparenti U w viene calcolata secondo quanto riportato nella UNI EN ISO : 2007 ed in particolare: dove: U w =(A g U g +A t U t +l g Y g ) / A w U W è la trasmittanza termica del serramento - espressa in W/(m²K) A W è l area del serramento o dimensione del vano finestra considerata esternamente - espressa in m² A g è l area del vetro - espressa in m² U g è la trasmittanza termica del vetro - espressa in W/(m²K) A t è l area del serramento (telaio) - espressa in m² U t è la trasmittanza termica del telaio - espressa in W/(m²K) l g è il perimetro del vetro - espresso in m Y g è la trasmittanza termica lineare del distanziatore, - espressa in W/(mK). Il valore di trasmittanza termica lineare è riferito alla conduzione di calore supplementare che avviene a causa dell interazione tra telaio, vetri e distanziatore dei vetri in funzione delle proprietà termiche di ognuno dei componenti Ponte termico Si ha la formazione di un ponte termico quando un elemento strutturale correttamente isolato (es. parete perimetrale) viene in contatto con un elemento avente scarse capacità isolanti (es. pilastro), consentendo la dispersione di calore attraverso il ponte. Gli effetti tipici dei ponti termici sono i seguenti: diminuzione delle temperature delle superfici interne possibilità di umidità in alcune parti della struttura aumento significativo delle perdite di calore 18

19 Materiali isolanti I materiali isolanti si possono classificare in: materiali fibrosi: la presenza di un reticolo di fibre (naturali oppure artificiali) permette di trattenere aria all interno del materiale stesso. Appartengono a questa categoria: lana di vetro, lana di roccia, lana e fibra di legno, fibre di poliestere, ecc. materiali cellulari: la presenza di elementi chiusi materiali cellulari (come cellule) che trattengono l aria al loro interno rende questi materiali leggeri e molto isolanti. Appartengono a questa categoria: polistirene, poliuretano, vetro cellulare, ecc. materiali porosi: la presenza di cavità e cunicoli materiali porosi all interno del materiale garantisce che l aria rimanga all interno permettendo buoni livelli di isolamento. Appartengono a questa categoria: argilla espansa, vermiculite, cemento cellulare, ecc. A queste categorie si può aggiungere quella dei materiali riflettenti: essi hanno la capacità di riflettere il calore verso l ambiente più caldo (l interno delle abitazioni in inverno, l ambiente esterno in estate). Al contrario di quelli appartenenti alle altre tipologie, questi materiali non trattengono al loro interno aria ferma, ma isolano mediante la loro differente proprietà fisica. Materiale Fibroso Materiale Cellulare Materiale Poroso I materiali isolanti sono caratterizzati da particolari valori di condiucibilità termica. In linea generale è possibile distinguere i materiali in funzione del loro valore di conducibilità termica λ. materiali isolante: λ minore di W/mK materiali debolmente isolanti: λ compreso tra e W/mK materiali non isolanti: λ maggiore di W/mK Per quanto riguarda la caratteristica di isolamento si definiscono materiali isolanti o meno a seconda del valore della conduttività del materiale. Materiale Non isolante <0.65 W/m K Debolmente isolante W/m K Isolante >0.090 W/m K Definizione di materiale isolante 19

20 Il valore di λ è indicato in modo chiaro in tutte le schede tecniche. La scelta di un materiale da utilizzare in cantiere dipende da molteplici fattori tra i quali sicuramente il principale è certamente la conducibilità termica. Attenzione: due materiali con lo stesso parametro λ non è detto che siano intercambiabili tra di loro perché la scelta dell uno o dell altro dipende anche da fattori differenti come la presenza di umidità, la resistenza al fuoco ecc. ISOLANTI ORGANICO SINTETICO NATURALE FIBROSI CELLULARI POROSI - FIBROSI CELLULARI POROSI - POLIESTERE POLIETILENE POLISTIRENE SINTERIZZATO (EPS) POLISTIRENE ESTRUSO (XPS) POLIURETANO FIBROLEGNO LANA DI LEGNO FIBRE VEGETALI SUGHERO INORGANICO SINTETICO NATURALE FIBROSI CELLULARI POROSI LANA DI VETRO LANA DI ROCCIA VETRO CELLULARE CALCIO SILICATO CEMENTO CELLULARE FIBROSI CELLULARI - POROSI VERMICULITE PERLITE ARGILLA ESPANSA 20

21 Norme e valori limite di trasmittanza Il dm 26 giugno 2015 (decreto requisiti minimi) definisce i valori limite per gli edifici nuovi e quelli sottoposti a riqualificazione energetica. Valori limite per interventi di riqualificazione energetica Trasmittanza termica U massima delle strutture opache verticali, verso l esterno soggette a riqualificazione Zona climatica U (W/m 2 K) A e B 0,45 0,40 C 0,40 0,36 D 0,36 0,32 E 0,30 0,28 F 0,28 0,26 Trasmittanza termica U massima delle strutture opache orizzontali o inclinate di copertura, verso l esterno soggette a riqualificazione Zona climatica U (W/m 2 K) A e B 0,34 0,32 C 0,34 0,32 D 0,28 0,26 E 0,26 0,24 F 0,24 0,22 Trasmittanza termica U massima delle strutture opache orizzontali di pavimento, verso l esterno, soggette a riqualificazione Zona climatica U (W/m 2 K) A e B 0,48 0,42 C 0,42 0,38 D 0,36 0,32 E 0,31 0,29 F 0,30 0,28 21

22 Trasmittanza termica U massima delle chiusure tecniche trasparenti e opache e dei cassonetti, comprensivi degli infissi, verso l esterno e verso ambienti non climatizzati soggette a riqualificazione Zona climatica U (W/m 2 K) A e B 3,20 3,00 C 2,40 2,00 D 2,10 1,80 E 1,90 1,40 F 1,70 1,00 22

23 Valori limite per interventi di nuova costruzione Di seguito si riportano i valori relativi all edificio di riferimento, come definito dal d.m. 26 giugno 2015 (da intendersi come valori massimi). Trasmittanza termica U delle strutture opache verticali, verso l esterno, gli ambienti non climatizzati o contro terra Zona climatica U (W/m 2 K) /2021 A e B 0,45 0,43 C 0,38 0,34 D 0,34 0,29 E 0,30 0,26 F 0,28 0,24 Trasmittanza termica U delle strutture opache orizzontali o inclinate di copertura, verso l esterno e gli ambienti non climatizzati Zona climatica U (W/m 2 K) /2021 A e B 0,38 0,35 C 0,36 0,33 D 0,30 0,26 E 0,25 0,22 F 0,23 0,20 Trasmittanza termica U delle opache orizzontali di pavimento, verso l esterno, gli ambienti non climatizzati o contro terra Zona climatica U (W/m 2 K) /2021 A e B 0,46 0,44 C 0,40 0,38 D 0,32 0,29 E 0,30 0,26 F 0,28 0,24 23

24 Trasmittanza termica U delle chiusure tecniche trasparenti e opache e dei cassonetti, comprensivi degli infissi, verso l esterno e verso ambienti non climatizzati Zona climatica U (W/m 2 K) /2021 A e B 3,20 3,00 C 2,40 2,20 D 2,00 1,80 E 1,80 1,40 F 1,50 1,10 Trasmittanza termica U delle strutture opache verticali e orizzontali di separazione tra edifici o unità immobiliari confinanti U (W/m 2 K) Zona climatica /2021 Tutte le zone 0,80 0,80 24

25 Esempi di calcolo Di seguito proponiamo alcuni esempi di calcolo della trasmittanza di strutture composte. Al riguardo è stato utilizzato il software TerMus di ACCA (la versione TerMus-G gratuita consente il calcolo della trasmittanza e della verifica di Glaser). Clicca qui per conoscere tutti i dettagli su TerMus Clicca qui per scaricare GRATIS TerMus-G 25

26 Esempio 1: struttura in cemento armato e malta Di seguito si propone un esempio di calcolo della trasmittanza di una struttura in cemento armato e malta. La stratigrafia è composta da: Adduttanza Interna - R= 0,130 m²k/w CLS di aggregati naturali - a struttura chiusa - pareti protette - R= 0,199 m²k/w Malta di calce o di calce e cemento - R= 0,022m²K/W Adduttanza esterna - R= 0,040m²K/W Si ha: resistenza totale R tot = m²k/w spessore d = 0,4 m Pertanto, la trasmittanza U risulta pari a: U = 1/R tot = W/m²K CARATTERISTICHE TERMICHE E IGROMETRICHE DEI COMPONENTI OPACHI Codice Struttura: Esempio 1 Descrizione Struttura: Esempio di calcolo della trasmittanza di una struttura in cemento armato e malta N. DESCRIZIONE STRATO s lambda C M.S. P<50*10¹² C.S. R (dall'interno all'esterno) [mm] [W/mK] [W/m²K] [kg/m²] [kg/mspa] [J/kgK] [m²k/w] 1 Adduttanza Interna CLS di aggregati naturali - a struttura chiusa - pareti protette - mv Malta di calce o di calce e cemento Adduttanza Esterna RESISTENZA = m²k/w TRASMITTANZA = W/m²K SPESSORE = 400 mm CAPACITA' TERMICA AREICA (int) = kj/m²k MASSA SUPERFICIALE = 912 kg/m² TRASMITTANZA TERMICA PERIODICA = 0.44 W/m²K FATTORE DI ATTENUAZIONE = 0.17 SFASAMENTO = h s = Spessore dello strato; lambda = Conduttività termica del materiale; C = Conduttanza unitaria; M.S. = Massa Superficiale; P<50*10¹² = Permeabilità al vapore con umidità relativa fino al 50%; C.S. = Calore Specifico; R = Resistenza termica dei singoli strati; Resistenza - Trasmittanza = Valori di resistenza e trasmittanza reali; Massa Superficiale = Valore calcolato come disposto nell'allegato A del D.Lgs.192/05 e s.m.i.. STRATIGRAFIA STRUTTURA DIAGRAMMI DELLE PRESSIONI Ti [ C] Psi [Pa] Pri [Pa] URi [%] Te [ C] Pse [Pa] Pre [Pa] URe [%] DIAGRAMMI DELLE PRESSIONI Ti = Temperatura interna; Psi = Pressione di saturazione interna; Pri = Pressione relativa interna; URi = Umidità relativa interna; Te = Temperatura esterna; Pse = Pressione di saturazione esterna; Pre = Pressione relativa esterna; URe = Umidità relativa esterna. 26

27 Esempio 2: parete per divisori interni Ecco l esempio di calcolo della trasmittanza di una parete per divisori interni realizzata con tavella in laterizio a due fori. CARATTERISTICHE TERMICHE E IGROMETRICHE DEI COMPONENTI OPACHI Codice Struttura: Esempio 2 Descrizione Struttura: Esempio di calcolo della trasmittanza di una parete per divisori interni realizzata con tavella in laterizio a due fori N. DESCRIZIONE STRATO (dall'interno all'esterno) s [mm] lambda [W/mK] C [W/m²K] M.S. [kg/m²] P<50*10¹² [kg/mspa] C.S. [J/kgK] R [m²k/w] 1 Adduttanza Interna Intonaco di calce e gesso Mattone forato di laterizio (250*80*250) spessore Intonaco di calce e gesso Adduttanza Esterna RESISTENZA = m²k/w TRASMITTANZA = W/m²K SPESSORE = 100 mm CAPACITA' TERMICA AREICA (int) = kj/m²k MASSA SUPERFICIALE = 62 kg/m² TRASMITTANZA TERMICA PERIODICA = 2.39 W/m²K FATTORE DI ATTENUAZIONE = 0.95 SFASAMENTO = 1.72 h s = Spessore dello strato; lambda = Conduttività termica del materiale; C = Conduttanza unitaria; M.S. = Massa Superficiale; P<50*10¹² = Permeabilità al vapore con umidità relativa fino al 50%; C.S. = Calore Specifico; R = Resistenza termica dei singoli strati; Resistenza - Trasmittanza = Valori di resistenza e trasmittanza reali; Massa Superficiale = Valore calcolato come disposto nell'allegato A del D.Lgs.192/05 e s.m.i.. STRATIGRAFIA STRUTTURA DIAGRAMMI DELLE PRESSIONI Ti [ C] Psi [Pa] Pri [Pa] URi [%] Te [ C] Pse [Pa] Pre [Pa] URe [%] DIAGRAMMI DELLE PRESSIONI Ti = Temperatura interna; Psi = Pressione di saturazione interna; Pri = Pressione relativa interna; URi = Umidità relativa interna; Te = Temperatura esterna; Pse = Pressione di saturazione esterna; Pre = Pressione relativa esterna; URe = Umidità relativa esterna. 27

28 Esempio 3: parete in cemento armato isolata con polistirene Ecco l esempio di calcolo della trasmittanza di una parete in cemento armato isolata con polistirene. CARATTERISTICHE TERMICHE E IGROMETRICHE DEI COMPONENTI OPACHI Codice Struttura: Esempio 3 Descrizione Struttura: Esempio di calcolo della trasmittanza di una struttura in cemento armato isolata con polistirene espanso N. DESCRIZIONE STRATO (dall'interno all'esterno) s [mm] lambda [W/mK] C [W/m²K] M.S. [kg/m²] P<50*10¹² [kg/mspa] C.S. [J/kgK] R [m²k/w] 1 Adduttanza Interna Intonaco di calce e gesso CLS di aggregati naturali - a struttura chiusa - pareti protette - mv Polistirene espanso estruso (senza pelle) - mv Malta di calce o di calce e cemento Adduttanza Esterna RESISTENZA = m²k/w TRASMITTANZA = W/m²K SPESSORE = 400 mm CAPACITA' TERMICA AREICA (int) = kj/m²k MASSA SUPERFICIALE = 724 kg/m² TRASMITTANZA TERMICA PERIODICA = 0.03 W/m²K FATTORE DI ATTENUAZIONE = 0.08 SFASAMENTO = h s = Spessore dello strato; lambda = Conduttività termica del materiale; C = Conduttanza unitaria; M.S. = Massa Superficiale; P<50*10¹² = Permeabilità al vapore con umidità relativa fino al 50%; C.S. = Calore Specifico; R = Resistenza termica dei singoli strati; Resistenza - Trasmittanza = Valori di resistenza e trasmittanza reali; Massa Superficiale = Valore calcolato come disposto nell'allegato A del D.Lgs.192/05 e s.m.i.. STRATIGRAFIA STRUTTURA DIAGRAMMI DELLE PRESSIONI Ti [ C] Psi [Pa] Pri [Pa] URi [%] Te [ C] Pse [Pa] Pre [Pa] URe [%] DIAGRAMMI DELLE PRESSIONI Ti = Temperatura interna; Psi = Pressione di saturazione interna; Pri = Pressione relativa interna; URi = Umidità relativa interna; Te = Temperatura esterna; Pse = Pressione di saturazione esterna; Pre = Pressione relativa esterna; URe = Umidità relativa esterna. 28

29 Esempio 4: parete composta da laterizio, polistirene espanso e intonaco Ecco l esempio di calcolo della trasmittanza di una parete composta da laterizio, polistirene espanso e intonaco. CARATTERISTICHE TERMICHE E IGROMETRICHE DEI COMPONENTI OPACHI Codice Struttura: Esempio 4 Descrizione Struttura: Esempio di calcolo della trasmittanza di una parete composta da laterizio, polistirene espanso e intonaco N. DESCRIZIONE STRATO (dall'interno all'esterno) s [mm] lambda [W/mK] C [W/m²K] M.S. [kg/m²] P<50*10¹² [kg/mspa] C.S. [J/kgK] R [m²k/w] 1 Adduttanza Interna Intonaco di calce e gesso Polistirene espanso in lastre stampate - mv Mattone forato di laterizio (250*120*250) spessore Malta di calce o di calce e cemento Adduttanza Esterna RESISTENZA = m²k/w TRASMITTANZA = W/m²K SPESSORE = 210 mm CAPACITA' TERMICA AREICA (int) = kj/m²k MASSA SUPERFICIALE = 88 kg/m² TRASMITTANZA TERMICA PERIODICA = 0.36 W/m²K FATTORE DI ATTENUAZIONE = 0.74 SFASAMENTO = 4.49 h s = Spessore dello strato; lambda = Conduttività termica del materiale; C = Conduttanza unitaria; M.S. = Massa Superficiale; P<50*10¹² = Permeabilità al vapore con umidità relativa fino al 50%; C.S. = Calore Specifico; R = Resistenza termica dei singoli strati; Resistenza - Trasmittanza = Valori di resistenza e trasmittanza reali; Massa Superficiale = Valore calcolato come disposto nell'allegato A del D.Lgs.192/05 e s.m.i.. STRATIGRAFIA STRUTTURA DIAGRAMMI DELLE PRESSIONI Ti [ C] Psi [Pa] Pri [Pa] URi [%] Te [ C] Pse [Pa] Pre [Pa] URe [%] DIAGRAMMI DELLE PRESSIONI Ti = Temperatura interna; Psi = Pressione di saturazione interna; Pri = Pressione relativa interna; URi = Umidità relativa interna; Te = Temperatura esterna; Pse = Pressione di saturazione esterna; Pre = Pressione relativa esterna; URe = Umidità relativa esterna. 29

30 Esempio 5: muratura a cassa vuota in laterizio forato Ecco l esempio di calcolo della trasmittanza di una muratura a cassa vuota in laterizio forato ( ) - [fonte UNI/TR 11552]. CARATTERISTICHE TERMICHE E IGROMETRICHE DEI COMPONENTI OPACHI Codice Struttura: Esempio 5 Descrizione Struttura: Esempio di calcolo della trasmittanza di una muratura a cassa vuota in laterizio forato N. DESCRIZIONE STRATO (dall'interno all'esterno) s [mm] lambda [W/mK] C [W/m²K] M.S. [kg/m²] P<50*10¹² [kg/mspa] C.S. [J/kgK] R [m²k/w] 1 Adduttanza Interna Intonaco interno Mattone forato da Intercapedine con isolante Blocco in laterizio da Intonaco esterno Calore Specifico 1000 J/kgK Adduttanza Esterna RESISTENZA = m²k/w TRASMITTANZA = W/m²K SPESSORE = 490 mm CAPACITA' TERMICA AREICA (int) = kj/m²k MASSA SUPERFICIALE = 318 kg/m² TRASMITTANZA TERMICA PERIODICA = 0.03 W/m²K FATTORE DI ATTENUAZIONE = 0.11 SFASAMENTO = h s = Spessore dello strato; lambda = Conduttività termica del materiale; C = Conduttanza unitaria; M.S. = Massa Superficiale; P<50*10¹² = Permeabilità al vapore con umidità relativa fino al 50%; C.S. = Calore Specifico; R = Resistenza termica dei singoli strati; Resistenza - Trasmittanza = Valori di resistenza e trasmittanza reali; Massa Superficiale = Valore calcolato come disposto nell'allegato A del D.Lgs.192/05 e s.m.i.. STRATIGRAFIA STRUTTURA DIAGRAMMI DELLE PRESSIONI Ti [ C] Psi [Pa] Pri [Pa] URi [%] Te [ C] Pse [Pa] Pre [Pa] URe [%] DIAGRAMMI DELLE PRESSIONI Ti = Temperatura interna; Psi = Pressione di saturazione interna; Pri = Pressione relativa interna; URi = Umidità relativa interna; Te = Temperatura esterna; Pse = Pressione di saturazione esterna; Pre = Pressione relativa esterna; URe = Umidità relativa esterna. 30

31 Esempio 6: muratura in mattoni pieni con intercapedine o isolamento leggero Ecco l esempio di calcolo della trasmittanza di una muratura in mattoni pieni con intercapedine o isolamento leggero ( ) - [fonte UNI/TR 11552]. CARATTERISTICHE TERMICHE E IGROMETRICHE DEI COMPONENTI OPACHI Codice Struttura: Esempio 6 Descrizione Struttura: Esempio di calcolo della trasmittanza di una muratura in mattoni pieni con intercapedine o isolamento leggero N. DESCRIZIONE STRATO (dall'interno all'esterno) s [mm] lambda [W/mK] C [W/m²K] M.S. [kg/m²] P<50*10¹² [kg/mspa] C.S. [J/kgK] R [m²k/w] 1 Adduttanza Interna Intonaco interno Mattone forato da Polistirolo Mattoni pieni per abaco Intonaco esterno Calore Specifico 1000 J/kgK Adduttanza Esterna RESISTENZA = m²k/w TRASMITTANZA = W/m²K SPESSORE = 280 mm CAPACITA' TERMICA AREICA (int) = kj/m²k MASSA SUPERFICIALE = 281 kg/m² TRASMITTANZA TERMICA PERIODICA = 0.23 W/m²K FATTORE DI ATTENUAZIONE = 0.34 SFASAMENTO = 9.47 h s = Spessore dello strato; lambda = Conduttività termica del materiale; C = Conduttanza unitaria; M.S. = Massa Superficiale; P<50*10¹² = Permeabilità al vapore con umidità relativa fino al 50%; C.S. = Calore Specifico; R = Resistenza termica dei singoli strati; Resistenza - Trasmittanza = Valori di resistenza e trasmittanza reali; Massa Superficiale = Valore calcolato come disposto nell'allegato A del D.Lgs.192/05 e s.m.i.. STRATIGRAFIA STRUTTURA DIAGRAMMI DELLE PRESSIONI Ti [ C] Psi [Pa] Pri [Pa] URi [%] Te [ C] Pse [Pa] Pre [Pa] URe [%] DIAGRAMMI DELLE PRESSIONI Ti = Temperatura interna; Psi = Pressione di saturazione interna; Pri = Pressione relativa interna; URi = Umidità relativa interna; Te = Temperatura esterna; Pse = Pressione di saturazione esterna; Pre = Pressione relativa esterna; URe = Umidità relativa esterna. 31

32 Esempio 7: finestra con telaio in metallo con taglio termico, doppio vetro basso emissivo Ecco l esempio di calcolo della trasmittanza di una finestra con telaio in metallo con taglio termico, doppio vetro basso emissivo. CARATTERISTICHE TERMICHE DEI COMPONENTI FINESTRATI Codice Struttura: Esempio 7 Descrizione Struttura: Esempio di calcolo della trasmittanza di una finestra con telaio in metallo con taglio termico, doppio vetro basso emissivo Dimensioni: L = 1.20 m; H = 1.40 m DESCRIZIONE Ag [m²] S E R R A M E N T O Af [m²] Lg [m] S I N G O L O Ug [W/m²K] Uf [W/m²K] kl [W/mK] Uw [W/m²K] INFISSO Ponte Termico Infisso-Parete: = 0.33 [W/mK] Fonte - Uf: da Normativa; Ug: da Normativa Ag = Area vetro; Af = Area telaio; Lg = Lunghezza perimetro superficie vetrata; Ug = Trasmittanza termica superficie vetrata; Uf = Trasmittanza termica telaio; kl = Trasmittanza lineica distanziatore (nulla se singolo vetro); Uw = Trasmittanza termica totale serramento; Fg = Trasmittanza di energia solare totale per incidenza normale. Fg [-] INFISSO COEFFICIENTE RIDUZIONE AREA TELAIO RESISTENZA UNITARIA SUPERFICIALE INTERNA m²k/w RESISTENZA UNITARIA SUPERFICIALE ESTERNA m²k/w CONDUTTANZA UNITARIA SUPERFICIALE INTERNA W/m²K CONDUTTANZA UNITARIA SUPERFICIALE ESTERNA W/m²K RESISTENZA TERMICA TOTALE m²k/w TRASMITTANZA TOTALE W/m²K TRASMITTANZA VETRO TOTALE W/m²K 32