Prestazioni termoigrometriche. Corso di Fisica Tecnica Ambientale Scienze dell Architettura

Transcript

1 Prestazioni termoigrometriche Corso di Fisica Tecnica Ambientale Scienze dell Architettura

2 I RISCHI DELLA FORMAZIONE DI CONDENSA rischio BASSA TEMPERATURA rischio Prof.Gianfranco Cellai

3 Perché si ha condensa La struttura è poco isolata (ponte termico); errata distribuzione degli strati della struttura; l isolante termico è posizionato in modo errato, ad esempio spostato all interno la barriera al vapore dell isolante è sul lato freddo (montaggio al contrario); scarsa ventilazione dei locali ovvero presenza di elevata concentrazione del vapore; attenuazione/interruzione del riscaldamento.

4 Alcune regole di validità generale 1. Posizionare gli strati di materiale con maggior resistenza termica dall esterno verso l interno (isolamento a cappotto); 2. Posizionare gli strati di materiale con maggior resistenza al passaggio di vapore dall interno verso l esterno lato caldo); 3. Evitare il ricorso alle barriere vapore (cercare prima di correggere la posizione degli strati);altrimenti disporre la b.v. a monte dell isolante termico; 4. Le coperture con guaina di impermeabilizzazione devono essere dotate di b.v. verso il lato caldo con resistenza al passaggio di vapore da 5 a 7 volte maggiore di quella della guaina; 5. La resistenza termica degli strati sottostanti la b.v. non deve superare il 20% della resistenza termica globale.

5 Prof.Gianfranco Cellai

6 Le muffe Sono costituite da colonie di funghi (o miceti), in genere saprofiti, che proliferano a causa della presenza di umidità: condizioni essenziali per lo sviluppo e la conservazione di tali microrganismi sono pertanto un ambiente umido, sostanze organiche in decomposizione, mentre l assenza di luce solare non influenza la loro capacità riproduttiva essendo privi di clorofilla. I tipi più comuni di muffe sono: colorazione nera predominanza del genere Aspergillus, (specie Niger e/o Fumigatum) colorazione verde è tipica del genere Penicillium. La temperatura ideale per il loro sviluppo è intorno a C con aria stagnante, ne consegue che ambienti poco ventilati (dietro i mobili, nei ripostigli, negli spigoli delle pareti, ecc.) costituiscono l habitat ideale di insorgenza e riproduzione.

7 Il rischio dei ponti termici Zona di condensa Zona di condensa

8 Errori costruttivi che portano alla presenza di ponti termici

9 Errori costruttivi che portano alla presenza di ponti termici

10 Locale Bagno Umidità sulla parete esterna

11 Locale Camera Umidità da ponte termico negli spigoli alti della parete esterna

12 Locale Camera Umidità da ponte termico negli spigoli bassi della parete esterna

13 Umidità da ponte termico nello spigolo basso della parete esterna

14

15 Umidità da condensazione superficiale

16 Migrazione di sali e formazione di efflorescenze

17 Migrazione di sali e formazione di efflorescenze

18 Umidità per infiltrazione d acqua

19 Riferimenti normativi (sostituita dalla EN ISO 13788)

20 CARATTERISTICHE IGROMETRICHE Permeabilità δ [kg/mspa] attitudine a trasmettere per diffusione il vapor d acqua contenuto nell aria Resistenza al flusso di vapore z v = d/δ [sm 2 Pa/kg] si ottiene come rapporto tra lo spessore d dello strato e la permeabilità del materiale Coefficiente di resistenza al passaggio del vapore μ = δ p aria /δ mat Resistenza al passaggio del vapore riferita all aria; il fatto di essere adimensionale semplifica i calcoli Spessore equivalente d aria s d = μ d (m) spessore d aria avente la stessa resistenza alla diffusione del vapore del materiale con spessore d (m); consente la verifica grafica. Per strati d aria (intercapedini ) si assume s d = 0,01 m.

21 IPOTESI SEMPLIFICATIVE Si trascurano le variazioni di temperatura dovute alla condensazione/evaporazione; Regime stazionario; Si trascura l assorbimento capillare ed il trasporto di vapore in fase liquida; Il trasporto di umidità si considera monodimensionale (analogo alla trasmissione di calore). Si considera una struttura piana e inizialmente asciutta

22 TRASMISSIONE DEL VAPORE analogia con la la trasmissione del calore Legge di Fourier Trasmissione del calore t i > t e λ (J/smK) R t = s/λ (m² s K /J) Q = (t i -t e )/ R t (J/m 2 s) T n = T n-1 Q Rn Legge di Fick Trasmissione del vapore p i > p e δ (kg/smpa) z v =s/δ (m² s Pa/kg) g= (p i -p e )/z vt (kg/m 2 s) P n = P n-1 g z v

23 Il gradiente di pressione La portata in massa di vapore acqueo che si diffonde in un materiale poroso in una certa direzione è proporzionale al gradiente di pressione parziale del vapore nella direzione normale a quella considerata. q = - λ grad T g = g = δ grad P (Kg/m²s)

24 Coefficiente di di resistenza al al passaggio del vapore μ = δ p aria /δ materiale ; s d = μ d ; δ aria ~ (kg/smpa) MATERIALE π (kg/smpa) μ Fibre di vetro 187, Laterizi (densità 600 kg/m 3 ) 37, Laterizi (densità 2000 kg/m 3 ) 18, Intonaco tradizionale 18, Intonaco plastico 1, Calcestruzzo (densità 1600 kg /m 3 ) 9, Calcestruzzo (densità 2400 kg /m 3 ) 1, Calcestruzzo cellulare (densità 400 kg /m 3 ) 31, Calcestruzzo cellulare (densità 800 kg /m 3 ) 18, Polistirene espanso (densità 30 kg/m 3 ) 3, Polistirene estruso con pelle (densità 30 kg/m 3 ) 1, Poliuretano espanso 2, Bitume 9, Foglio di alluminio (spessore 0,025-0,05 mm) δ 150,00 1,3

25 METODO DI GLASER Verifica del rischio di di formazione di di condensa Calcolo del quantitativo di di condensa che si si forma Verifica di di idoneità della struttura

26 REQUISITI DI IDONEITA 1. Q condensa + Q evaporata < 0 2. Q condensa < Q ammissibile 3. in ogni caso Q ammissibile < 500 g/m 2 Prof.Gianfranco Cellai

27 DIAGRAMMA DI GLASER metodo grafico p Confronto tra l andamento di p s e p v s d Verifica su base mensile p s = pressione si saturazione del vapore (Pa) p v = pressione parziale del vapore (Pa) s d = spessore equivalente d aria (m) NB. In assenza di fenomeni di condensazione l andamento di p v èlineare

28 p p i =p vi Parametri per il calcolo di p i e p e P S p e = pressione parziale media mensile del vapore (Pa) da UNI p e = p ve s d p i = p e + Δp Δp = Δ p 1,25 1,25 coeff.cautelativo Δ p = G Rv T/(n V) V = volume ambiente (m 3 ) T = temp. Aria interna Dove : G = produzione interna di vapore (kg/h) n = 0,2 + 0,04 Τe ricambi d aria orari (h 1 ) Te temp. Aria esterna per Te 0 si assume n = 0,2 Rv = costante del vapore Prof.Gianfranco (462 Pa Cellai m 3 /kgk)

29 Temperatura interna

30 Coefficienti liminari hi

31 Verifica del rischio di condensa superficiale Procedimento di calcolo Si definiscono le necessarie proprietà dei materiali e i coefficienti superficiali e le temperature interna ed esterna e l umidità relativa. Si calcola lo spessore s d di ogni singolo strato della struttura e si eseguono i calcoli seguenti per ciascun mese dell anno a partire dal mese di ottobre: a) si calcola il profilo di temperatura attraverso la sezione trasversale del componente edilizio; b) si calcola il profilo della pressione di saturazione p s del vapore in funzione della temperatura; c) si disegna una sezione trasversale della struttura edilizia sostituendo gli spessori effettivi dei materiali con gli spessori equivalenti di ogni strato s d e si riporta il profilo di p v del vapore come un segmento di retta tra il valore interno e quello esterno. Se le rette di p s e p v si incrociano si ha condensa altrimenti no. d) Mese per mese si calcola la quantità di condensa o di acqua evaporata e alla fine si esprime il giudizio di idoneità.

32 Procedimento di calcolo interno t esterno Andamento della temperatura: Strati t n = t n-1 -(t i -t e ) R i /R t Andamento della pressione di saturazione: interno p sat esterno p sat = f (t n ) s d1 s d2 s d3 Andamento della pressione di vapore: interno p v esterno p vn = p vn-1 -(p i -p e ) z vi /z vt = p vn-1 -g s dn /δ p aria Prof.Gianfranco Cellai

33 Diffusione di vapore in struttura multistrato senza condensazione Pressione di saturazione Pressione parziale

34 Psi Confronto Pv -Ps Pvi Psi Pvi Pse Pve Pse Pve L andamento della pressione di vapore è definito da una curva che si schiaccia contro la curva della pressione di saturazione Piano di di condensazione Prof.Gianfranco Cellai

35 CONDENSA ACCUMULATA Noto il valore della pressione di vapore nel piano di condensazione calcolo le portate di vapore entranti g e ed uscenti g u g e g u g c = g e -g u

36 Calcolo della portata di vapore condensata vu ve Zona di condensa s di = δ p aria d i /δ i = δ p aria z vi g cmensile = g cond t (kg/m²) t = n di secondi nel mese

37 Calcolo della portata di vapore evaporata

38 Valutazione della quantità di condensa accumulata MESE Qc/e ott 0 nov 0,03 dic 0,06 gen 0,06 feb 0,04 mar 0,01 apr -0,05 mag -0,1 giu -0,14 lug 0 ago 0 set 0 Qc MESI Q t = - 0,09 < 0 la condensa è evaporata

39 CRITERI D INTERVENTOD Disposizione verso il lato esterno degli strati a maggiore resistenza termica Disposizione verso il lato interno degli strati a maggiore resistenza al passaggio del vapore Disposizione verso l interno di uno strato barriera vapore se non si può fare diversamente Ps Pv

40 IMPERMEABILIZZANTE SU COPERTURA Strato di impermeabilizzazione sul lato esterno: copertura senza e con barriera al vapore all interno guaina Ps Pv b.vapore guaina Prof.Gianfranco Cellai

41 Esercizio con formazione di condensa 1 intonaco λ 1 = 0,9 d = 1 cm δ = s d1 = 0,11 m 2 forati λ 2 = 0,5 d = 8 cm δ = s d2 = 0,56 m 3 lana di vetro λ 3 = 0,04 d= 5 cm δ = s d3 = 0,063 m 4 mattoni λ 4 = 0,8 d= 30 cm δ = s d4 = 3,2 m Calcolo s d1 intonaco: μ = 200/18 = 11 S d1 = 11 0,01 m = 0,11 m Condizioni di progetto Φi = 50% Ti = 20 C p s1 = 2336 Pa pvi = 0, = 1168 Φe = 90% Ti = 0 C p se = 611 Pa pve = 0,9 611 = 550 hi = 8 he = 23 p vn =p vn-1 -g s dn /δ p aria

42 Valori di p s in funzione di T

43 Calcolo andamento di Temp.. e p s 18, , T1= 18,72 C p s1 = 2158 s d1 = 0,11 m T2= 18,60 C p s2 = 2142 s d2 = 0,56 m T3= 16,97 C p s3 = 1933 s d3 = 0,063 m T4= 4,22 C p s4 = 825 s d4 = 3,2 m T5= 0,39 C p s5 = 628

44 Calcolo andamento pressioni parziali g v = = ( )/(0,11+0,56+0,063+3,2)= 3, p vn = p vn-1 (g v s dn / 0, ) p v1 = 1168 < p s1 = 2158 p v2 = 1168 (3, ) 0.11/0, = 1152 < p s2 = 2142 p v3 = (3, ) 0.56/0, = 1062 < p s3 = 1933 p v4 = (3, ) 0.063/0, = 1052 > p s4 = p c = 825 p v5 = (3, ) 3.2/0, = 550 < p s5 = 628

45 Calcolo g c condensata g cond = δ p aria [(pi pc)/ Σs d1-c -(pc pe)/ Σs dc-e ] g cond = [( )/(0,11+0,56+0,063) -( )/3,2]= 7, g/m²s g cond = 7, x 3600 x 24 h x 30 giorni = 0,2 g/m²

46 b.v. Esercizio con eliminazione di condensa 1 intonaco λ 1 = 0,9 d = 1 cm δ = s d1 = 0,11 m 2 forati λ 2 = 0,5 d = 8 cm δ = s d2 = 0,56 m b.vapore d = 1 mm δ = 0, s d3 = 10,7 m 4 lana di vetro λ 3 = 0,04 d= 5 cm δ = s d4 = 0,063 m mattoni λ 4 = 0,8 d= 30 cm δ = s d5 = 3,2 m Condizioni di progetto Φi = 50% Ti = 20 C p s1 = 2336 Pa pvi = 0, = 1168 Φe = 90% Ti = 0 C p se = 611 Pa pve = 0,9 611 = 550 hi = 8 he = 23 p vn =p vn-1 -g s dn /δ p aria

47 Calcolo andamento pressioni parziali g v = = ( )/(0,11+0,56+ 10,7+ 0,063+3,2) g v = ( )/14,63 = 0, p vn = p vn-1 (g v s dn / 0, ) p vi = 1168 < p s1 = 2158 p v1 = 1168 (0, ) 0.11/0, = 1163 < p s2 = 2142 p v2 = (0, ) 0.56/0, = 1139 < p s3 = 1933 p bv = (0, ) 10,7/ 0, = 690 < p s4 = 825 p v4 = (0, ) 0.063/0, = 687 < p s4 = 825 p v5 = (0, ) 3.2/0, = 553 < p s5 = 628

48 strato descrizione T p s P v barriere vapore p v Aria interna Strato liminare 18, intonaco 18, forati 16, b.v. 16, isolante 4, Mattoni pieni 0, Strato liminare Aria esterna Condizione critica senza b.v. nello strato 4 con p c = 825

49 CONDENSA SUPERFICIALE Prof.Gianfranco Cellai

50 FATTORE DI TEMPERATURA = valore max. mesi ottobre-aprile R t = resistenza termica parete

51 Fattore di temperatura θi θe θsi θsi = θi Q Rsi ( C) θi = temperatura aria interna di progetto ( C) θe = temperatura aria esterna media mensile( C) θsi = temperatura superficiale parete interna ( C) Q = U S (θi - θe) (W) calore trasmesso Rsi = 1/hi resistenza termica liminare (m²kw) hi = 2 4 (W/m²K) Rsi = 0,5 0,25 m²/kw

52 Con i limiti di legge non c è il rischio di condensa superficiale

53 Rinnovo dell aria

54 Calcolo di Δ p max f Rsi = 0,842 R t > R si /(1-0,842) = 0,25/0,158 = 1,58 (m²k/w) = 0,63 W/m 2 K

55 I rimedi agli inconvenienti aumentare l isolamento termico; eliminare/ridurre i ponti termici; aumentare la ventilazione degli alloggi; aumentare la temperatura negli alloggi.

56 Isolamento dall interno

57 Isolamento a cappotto

58 Controllo dei ponti termici con il Poroton

59 Isolamento spigolo esterno

60 Controllo dei ponti termici con il cappotto

61 Prof.Gianfranco Cellai n = ricambi orari (h -1 ) V = volume ambiente (m 3 ) ν = concentrazione vapore (kg/m 3 ) G = produzione di vapore (kg/h)

62 La ventilazione degli alloggi 1-A A: Concentrazione di vapore ESEMPIO 1: Stanza con 2 persone Volume: 54 m 3 T.(ideale): 20 Gradi UR 50%

63 Concentrazione degli inquinanti interni 1-A Es. 1: Stanza con 2 persone Vol. 54 m 3 - Ti 20 - UR 50% Umidità assoluta 7,4 gr/kg peso specifico dell aria secca interna (1.2 Kg/m 3 ) 7,4 gr/kg * 1,2 Kg/m 3 = 8,8 gr/m 3 8,8 gr/m 3 *54 m 3 (volume) = circa 470 gr. (1)

64 Concentrazione degli inquinanti interni Es. 1: Stanza con 2 persone Vol. 54 m 3 - Ti 20 - UR 50% Situazione interna della stanza dopo 4 ore 1-A 2 persone * 55 g/h di vapore in 4 ore di stazionamento 2* 55* 4 = 440 gr. (2)

65 Concentrazione degli inquinanti interni Es. 1: Stanza con 2 persone Vol. 54 m 3 - Temp UR 50% Situazione interna dopo 4 ore senza ricambi d aria 1-A Concentrazione di vapore dell aria (470 gr) (1) + Quantità di vapore prodotto dalle due persone (440 gr) = 910 gr. Totali (2) pari a circa 910/(54 m 3 *1,2 kg/m 3 ) = 14 gr/kg corrispondenti al 90% circa di umidità relativa (UR)