Prestazioni termiche ed acustiche delle case in legno: progettazione e realizzazione

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1 Prestazioni termiche ed acustiche delle case in legno: progettazione e realizzazione Prof. Ing. Piercarlo Romagnoni Dipartimento di Costruzione dell Architettura Università IUAV di Venezia Dorsoduro, Venezia

2 Definizioni Regime stazionario le caratteristiche termofisiche non dipendono dal tempo le temperature interna ed esterna non dipendono dal tempo trasmittanza termica condizioni di progetto invernale Regime variabile le caratteristiche termofisiche dipendono dal tempo le temperature interna ed esterna dipendono dal tempo capacità termica sfasamento temporale smorzamento

3 Per la valutazione dello scambio termico in regime stazionario (indipendenza dal tempo) è possibile scrivere: q = ( t i R t e totale ) = U ( t i t e ) ovvero trattare i singoli materiali come resistenze termiche Conduttive R t = s/λ Convettive R t = 1/h Radiante 1 ε1 1 1 ε + + ε1 F12 ε2 R t = 2 σ ( T + T ) ( T + T ) U = trasmittanza termica della struttura =1/ R tot

4 Energia richiesta per riscaldamento e raffrescamento Procedura di calcolo Energia scambiata per trasmissione Q T = [ H T, k ( θ i θ e, k )] k t H T,k = coefficiente di trasmissione con l ambiente a temperatura θ e ; θ i = temperatura della zona termica o dell edificio; t = periodo H T è calcolato in accordo con EN

5 Per computare il coefficiente di perdita di calore per trasmissione H T : H T = L D + L S + H U L S è il coefficiente di accoppiamento tra spazio riscaldato e terreno L D il coefficiente di accoppiamento (perdita per dispersione) tra lo spazio riscaldato e l esterno attraverso l involucro edilizio L D A U + l Ψ + = i i i k k k j χ j A i = superficie dell elemento i esimo dell involucro edilizio [m 2 ]; U i = trasmittanza termica dell elemento i-esimo[w/(m 2 K)]; l k = lunghezza del ponte termico lineare, [m]; Ψ k = trasmittanza termica lineica del ponte termico lineare k, [W/(m K)]; χ j = trasmittanza termica puntuale del ponte termico j, [W/K] (1)

6 spessori s [m]; conducibilità termiche λ [W/(m K)]; conduttanze C [W/(m 2 K)]; densità ρ [kg/m 3 ]; calore specifico c [J/(kg K)] La parete ha superficie A [m 2 ] la resistenza totale di scambio R tot è la somma delle resistenze termiche definite di seguito: R tot = R t + R' t + R si + R se R t = resistenza termica di strato omogeneo; R t = resistenza termica di strato non omogeneo; R s i = resistenza superficiale interna; R se = resistenza superficiale esterna.

7 R t = resistenza termica di uno strato omogeneo di spessore s [m] e conducibilità termica λ [W/(m K)]: Rt = s λ m 2 K [ ] W λ è ricavata da valori tabulati o secondo UNI EN ISO R t = resistenza termica di uno strato non omogeneo di spessore s [m] e conduttanza termica C [W/(m 2 K)]: R ' t = 1 C [ 2 m K ] W

8 Capacità termica E' la caratteristica del materiale ad immagazzinare una significativa quantità di energia termica e di ritardarne le riemissione. Tempi di risposta bassi consentono di moderare le fluttuazioni interne di temperature La richiesta di energia termica da parte dell'edificio può essere controllata con l'interazione tra capacità termica dell'edificio e sistema di condizionamento.

9 Massa termica areica m [kg/m 2 ] È il minimo tra: a) Massa fisica degli strati compresi tra l aria interna e lo strato di isolante concentrato m = Σ m i = Σ s i ρ i b) m = ρ d ρ = densità del primo strato interno (escluso intonaco) d = spessore efficace [m] d = 3,71 (λ/ρ) 0,5

10 Capacità termica dell involucro La capacità termica dell'involucro si determina utilizzando le relazioni riportate nell'appendice B alla UNI 10344: C T n = 1 m c j j A j n m c A numero di pareti che delimitano lo spazio interno; massa efficace di ciascuna parete; calore specifico di riferimento (1000 J/kgK); area della parete. I componenti da considerare sono le pareti perimetrali esterne. I solai dei vari piani incluso il tetto e il pavimento del piano terra e le pareti perimetrali interne (di separazione tra vani e tra appartamenti).

11 Nel regime dinamico, per le strutture edilizie può essere interessante definire Costante di tempo [s] τ 0 = 1 R C R 2 N m K = R [ ] C = N j j = 1 W i = 1 ρ i s i c i [ m 2 J K ] Profondità di penetrazione d p dell onda termica: è la profondità alla quale l oscillazione di temperatura superficiale è ridotta al 37% d = p a t π p t p = periodo dell oscillazione periodica (per es. 24 h, 1 anno, )

12 pannello multistrato fibra di legno lana minerale cartongesso rasatura s = 25 cm Parete legno multistrato a fibre incrociate di spessore 85/95 mm; esternamente è applicato un rivestimento a cappotto termico in fibra di legno naturale compressa (spessore di 10/12 cm). Nella parte interna della parete: due pannelli di cartongesso da mm un intercapedine di 27/30 mm pannello portante multistrato

13 RIVESTIMENTI IN PERLINE DI LEGNO O PIETRA RIVESTIMENTO IN RASATURA E INTONACO pannello multistrato in legno s = 8,1 cm intercapedine s = 2,7cm con lana minerale pannello multistrato PARETE ESTERNA PARETE INTERNA Prestazioni termiche ed energetiche di edifici in legno fibra di legno doppia lastra in cartongesso s = cm lana minerale rasatura cartongesso s = 18,3 cm 2 U = 0,23 W/m K Rw = 57dB s = 25 cm Il legno: materiale antico per il benessere di oggi Strato sottostante in gomma per le vibrazioni S. Michele all Adige, 9/11/2007

14 Caratteristiche di una parete esterna Descrizione Spessore Conducibilità Densità termica [m] [W/(m K)] [kg/m 3 ] 1 - Cartongesso 0,025 0, Lana minerale 0,03 0, Pannello multistrato 0,085 0, Fibra di legno 0,1 0, Rasatura 0,01 0, Trasmittanza termica: U = 0,24 W/(m 2 K) Dal D. Lgs. 311/06 U min = 0,33 W/(m 2 K)

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21 Andamento delle temperature all interno (interfaccia materiali) e a diverse ore della giornata (t int = 27 C). Caso di Bolzano.

22 Ponte termico Il ponte termico è una configurazione strutturale o geometrica che produce una deviazione del flusso termico dalla condizione di flusso monodirezionale tra superficie interna ed esterna di una parete. a) Ponte termico di forma b) Ponte termico di struttura

23 La trasmittanza termica lineica Ψ può essere determinata con al relazione Ψ = L 2D Σ U i l i L 2D è il coefficiente di accoppiamento termico lineico ottenuto con un calcolo bidimensionale del componente che separa i due ambienti considerati; U i è la trasmittanza termica dell i-esimo componente monodimensionale che separa i due ambienti considerati; l i è la lunghezza del modello geometrico bidimensionale cui si applica il valore U i. E necessario precisare il sistema di dimensioni utilizzate per il calcolo della trasmittanza termica lineica Ψ.

24 Il Prospetto 2 della UNI EN ISO riporta i valori di progetto per Ψ basati su tre sistemi di valutazioni delle dimensioni dell edificio: dimensioni interne, misurate tra le superfici interne finite di ogni ambiente (escluso lo spessore delle partizioni interne); dimensioni interne totali, misurate tra le superfici interne finite degli elementi dell edificio (incluso lo spessore delle partizioni interne); dimensioni esterne, misurate tra le superfici esterne finite degli elementi esterni dell edificio.

25 ψ L = 0,0044 W/(m K)

26 ψ L = 0,0645 W/(m K)

27 ψ L = 0,0319 W/(m K)

28 edificio residenziale Vigo di TON (TN) GG = 3143 Zona F Trasmittanza termica di componenti di involucro: Muro esterno: U = 0,24 W/(m 2 K) Tetto: U = 0,27 W/(m 2 K) Geometria: Volume: 727 m 3 Area: 242 m 2 Area finestrata / Area disperdente totale = 0,08

29 Il comfort interno s1 s2 Text 90 s1 s2 Hext Temperature [ C] Relative Humidity [%] /1/2005 0:00 1/2/2005 0:00 1/3/2005 0:00 1/4/2005 0:00 1/5/2005 0:00 1/6/2005 0:00 1/7/2005 0:00 1/8/2005 0:00 1/9/2005 0:00 1/10/2005 0:00 1/11/2005 0:00 1/12/2005 0:00 1/13/2005 0:00 1/14/2005 0:00 1/15/2005 0:00 1/16/2005 0:00 1/17/2005 0:00 1/18/2005 0:00 1/19/2005 0:00 1/20/2005 0:00 1/21/2005 0:00 1/22/2005 0:00 1/23/2005 0:00 1/24/2005 0:00 1/25/2005 0:00 1/26/2005 0:00 1/27/2005 0:00 1/28/2005 0:00 1/29/2005 0:00 1/30/2005 0:00 1/31/2005 0:00 1/1/2005 0:00 1/2/2005 0:00 1/3/2005 0:00 1/4/2005 0:00 1/5/2005 0:00 1/6/2005 0:00 1/7/2005 0:00 1/8/2005 0:00 1/9/2005 0:00 1/10/2005 0:00 1/11/2005 0:00 1/12/2005 0:00 1/13/2005 0:00 1/14/2005 0:00 1/15/2005 0:00 1/16/2005 0:00 1/17/2005 0:00 1/18/2005 0:00 1/19/2005 0:00 1/20/2005 0:00 1/21/2005 0:00 1/22/2005 0:00 1/23/2005 0:00 1/24/2005 0:00 1/25/2005 0:00 1/26/2005 0:00 1/27/2005 0:00 1/28/2005 0:00 1/29/2005 0:00 1/30/2005 0:00 1/31/2005 0:00 Time [dd/mm/yy hh:mm] Time [dd/mm/yy hh:mm] A B Temperature interne (rosso e blu), temperatura dell aria esterna (A) e Umidità Relativa (B) durante il mese di Gennaio 2005

30 Il comfort interno s1 s2 Hext Temperature [ C] Relative Humidity [%] 5 s1 s2 Text /1/2004 0:00 7/2/2004 0:00 7/3/2004 0:00 7/4/2004 0:00 7/5/2004 0:00 7/6/2004 0:00 7/7/2004 0:00 7/8/2004 0:00 7/9/2004 0:00 7/10/2004 0:00 7/11/2004 0:00 7/12/2004 0:00 7/13/2004 0:00 7/14/2004 0:00 7/15/2004 0:00 7/16/2004 0:00 7/17/2004 0:00 7/18/2004 0:00 7/19/2004 0:00 7/20/2004 0:00 7/21/2004 0:00 7/22/2004 0:00 7/23/2004 0:00 7/24/2004 0:00 7/25/2004 0:00 7/26/2004 0:00 7/27/2004 0:00 7/28/2004 0:00 7/29/2004 0:00 7/30/2004 0:00 7/31/2004 0:00 7/1/2004 0:00 7/2/2004 0:00 7/3/2004 0:00 7/4/2004 0:00 7/5/2004 0:00 7/6/2004 0:00 7/7/2004 0:00 7/8/2004 0:00 7/9/2004 0:00 7/10/2004 0:00 7/11/2004 0:00 7/12/2004 0:00 7/13/2004 0:00 7/14/2004 0:00 7/15/2004 0:00 7/16/2004 0:00 7/17/2004 0:00 7/18/2004 0:00 7/19/2004 0:00 7/20/2004 0:00 7/21/2004 0:00 7/22/2004 0:00 7/23/2004 0:00 7/24/2004 0:00 7/25/2004 0:00 7/26/2004 0:00 7/27/2004 0:00 7/28/2004 0:00 7/29/2004 0:00 7/30/2004 0:00 7/31/2004 0:00 time [mm/dd/yy hh:mm] time [mm/dd/yy hh:mm] Temperature interne (rosso e blu), temperatura dell aria esterna (A) e Umidità Relativa (B) durante il mese di Luglio 2005

31 22 July 40 C 35 AMBIENTE ESTERNO AMBIENTE INTERNO h 0 22/ 07/ / 07/ t ime [ dd/ mm/ yy hh:mm] Valori misurati Vigo di TON (TN) estate July week Smorzamento S = A i / A est S 1 (soggiorno) 0,15 0,35 S 2 (camera da letto) 0,07 0, s1t 5 s2t ext 0 16/ 07/ / 07/ / 07/ / 07/ / 07/ / 07/ / 07/ / 07/ t ime [ dd/ mm/ gg hh:mm] Sfasamento orario sulla t ext massima Φ 1 (soggiorno) = 5h10m Φ 2 (camera da letto) = 7h

32 L acustica I limiti di legge: DPCM 5/ 12/ db 40 db 40 db 50 db 63 db R w = indice del potere fonoisolante apparente di partizione fra ambienti (isolamento acustico in opera) D 2m,nT,w = indice dell isolamento acustico normalizzato di facciata L n,w = indice del livello di rumore di calpestio di solai normalizzato

33 Il potere fonoisolante di una partizione E utile tuttavia definire, soprattutto ai fini della progettazione, un altra grandezza, legata a τ, detta potere fonoisolante, R, e definita dalla relazione: R 1 ( f ) = 10log [ db] τ R = 10 log I I inc tras R = 10 log I I 0 I I 0 inc tras R I = 10 log I inc 0 I 10 log I trans 0 R = L I, inc LI, tras

34 Indice di valutazione del potere fonoisolante Si può descrivere in modo sintetico con un unico valore la capacità fonoisolante di una parete usando l indice di valutazione del potere fonoisolante, R w.

35 Pareti multistrato Isolamento acustico [db] Isolamento caratteristico di una parete doppia Isolamento teorico di una parete semplice ~12 db/ottava legge di massa: 6 db/ottava a) b) Frequenza, f [Hz] f f f f n Sistemi meccanici paragonabili a quelli di una parete doppia: a) Masse indipendenti separate da intercapedine d aria b) Masse indipendenti con interposizione di materiale fonoassorbente

36 Il fiancheggiamento Rumori aerei

37 L isolamento dei pannelli di rivestimento

38 L effetto della sigillatura

39 Disgiunzione tra diversi elementi Rumori aerei

40 Riassumendo: i fattori che influenzano il potere fonoisolante di una partizione 1) La massa specifica [kg/m 2 ] 2) La presenza di strati di materiali diversi 3) Presenza di cavità e loro riempimento con materiale fonoassorbente 4) Le connessioni ai bordi 5) La presenza di fessure, cricche 6) Il fiancheggiamento Valori abituali del potere fonoisolante di una partizione

41 L isolamento dei suoni trasmessi per via aerea a frequenze diverse può essere approssimativamente trovato con la seguente equazione: R = 20 Log (m f) 49 R = indice di riduzione sonora della struttura [db]; m = massa per unità d area della parete [kg/m³]; f = frequenza [Hz]. M Rw Max 70,2 kg/m² 51 db Min 68,1 kg/m² 51 db

42 Isolamento da rumori impattivi Il metodo efficace per ridurre il rumore da impatto (oggetti che cadono, passi, etc.) consiste nell'interporre tra gli strati del solaio un materiale in grado di smorzare le oscillazioni generate dall'urto. I materiali idonei all'uso sono i cosiddetti materiali resilienti: gomma, sughero, cartone di fibra, sabbia, segatura, lana di vetro ed analoghi; Le caratteristiche indispensabili che devono possedere i materiali resilienti sono: elevata resistenza alla compressione; modulo di elasticità dinamico basso e vicino al valore del modulo di elasticità statico. Messa in opera dei materiali resilienti: immediatamente sopra alla soletta, sotto il massetto e la pavimentazione ottenendo quello che viene definito pavimento galleggiante.