Il comportamento termico dinamico dei componenti opachi di involucro alla luce della recente normativa nazionale.

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1 Convegno: Tecnologie per il miglioramento a livello energetico della d performance dell involucro e sistemi a basso impatto ambientale Livorno,, 13 giugno 2008 Il comportamento termico dinamico dei componenti opachi di involucro alla luce della recente normativa nazionale. Francesco Leccese Dipartimento di Energetica Lorenzo Poggi Facoltà di Ingegneria - Università di Pisa Via Diotisalvi PISA : < >

2 INTRODUZIONE La Direttiva Europea 2002/91/CE ha suggerito strategie per incrementare l efficienza termica degli edifici nella stagione estiva, in particolare raccomandando l impiego di tecniche di raffrescamento passivo per migliorare il comfort termico degli ambienti. Ciò comporta la progettazione di pareti che non solo soddisfino i limiti di resistenza termica, precisati nelle normative tecniche, ma che presentino anche un comportamento in transitorio termico tale da assicurare nell ambiente interno un accettabile livello di comfort (anche in assenza di un impianto di condizionamento). Queste richieste possono essere soddisfatte con facilità impiegando pareti pesanti ad elevata capacità termica, tipiche dell edilizia tradizionale zionale; ; risulta invece nettamente più complesso soddisfare a queste richieste con pareti di tamponamento leggere a bassa capacità termica. In questo caso occorrerà correrà sopperire alla carenza di capacità termica con una riduzione della la trasmittanza termica e con una accurata scelta della stratigrafia.

3 I PARAMETRI CARATTERIZZANTI IL COMPORTAMENTO IN TRANSITORIO TERMICO DELLE PARETI /1 Si consideri una parete esterna di un edificio (v. fig.. 1). In condizioni di regime termico periodico il campo termico esterno T e, il campo termico interno T i e i flussi termici q i e q e rispettivamente sulla faccia interna ed esterna della parete risulteranno funzioni oscillanti del tempo con periodo P. Tra la temperatura T i ed il flusso termico q i e le grandezze analoghe T e e q e, sussiste la relazione lineare: Fig. 1 Schematizzazione del problema. T q i i = E G F T H q e e avendo indicato con E, F, G e H gli elementi della matrice di trasferimento della parete.

4 I PARAMETRI CARATTERIZZANTI IL COMPORTAMENTO IN TRANSITROIO TERMICO DELLE PARETI /2 Nel caso di un locale servito da un impianto di climatizzazione si può considerare costante la temperatura interna. In questo caso è possibile definire un fattore di decremento f (decrement( factor) come il rapporto: f = R / F = U D / U avendo indicato con U=1/R la trasmittanza termica (statica) della parete e con U D =1/ F la trasmittanza termica dinamica della parete. Indicata con Θ la temperatura della faccia interna della parete, le oscillazioni della temperatura Θ avverranno con uno sfasamento ovvero con un ritardo temporale τ (time lag),, rispetto a quelle della temperatura esterna, dato da: τ = ( P / 2π ) arg(f) avendo indicato con arg(f) l argomento della quantità complessa F.

5 I PARAMETRI CARATTERIZZANTI IL COMPORTAMENTO IN TRANSITROIO TERMICO DELLE PARETI /3 Per una parete multistrato, i parametri f e τ dipendono da R, da C, dall ordine di successione degli strati e dal periodo P. Generalmente si assume P=24 h che corrisponde a variazioni di temperatura giornaliere. La parete esterna garantirà un isolamento termico dinamico tanto maggiore, e cioè le condizioni interne del locale saranno tanto meno vincolate a quelle esterne, quanto più piccolo è il fattore di decremento d f e quanto più grande è il ritardo τ. La temperatura Θ è particolarmente importante ai fini del comfort ambientale in quanto gli scambi termici per irraggiamento tra corpo umano e ambiente sono determinati proprio dalla temperatura delle pareti che delimitano lo spazio interno. Si noti inoltre che se la temperatura Θ risulta inferiore alla temperatura t di rugiada dell aria ambiente si ha formazione di condensa superficiale con conseguente sviluppo di colonie fungine e la comparsa di macchie sulle pareti. La conoscenza della la temperatura Θ è poi necessaria per il calcolo della temperatura operante interna (UNI 10375, 1995).

6 ASPETTI NORMATIVI /1 Il D. Lgs.vo 192/2005, di adozione della Direttiva Europea 2002/91/CE, impone dei valori massimi della trasmittanza termica delle pareti esterne (U( max ) in funzione della zona climatica. In tale decreto, per limitare i fabbisogni energetici per la climatizzazione estiva e contenere la temperatura interna degli ambienti, si prescrive (eccetto( per la zona climatica F) che la massa superficiale M debba risultare non inferiore al valore v limite M lim =230 kg/m 2 (se il valore medio mensile dell intensità della radiazione solare, nel mese di massima insolazione, risulti superiore a 290 W/m 2 ). Per massa superficiale M si intende la massa per unità di superficie della parete compresa la malta dei giunti ma esclusi gli strati di intonaco. La stessa norma prevede che questa condizione sul valore minimo di M possa anche essere disattesa qualora, con l utilizzo di tecniche e materiali innovativi, risulti possibile contenere le oscillazioni della temperatura degli ambienti in relazione all andamento dell irraggiamento solare.

7 ASPETTI NORMATIVI /2 Nella pratica edilizia corrente vengono impiegate, assai spesso, pareti di tamponamento e solai di copertura con valori di M anche nettamente te inferiori al valore di 230 kg/m 2, di qui la necessità di prevedere per queste strutture l uso di materiali adatti e di progettarle con opportune stratigrafie ed opportuni valori di U (ovviamente con U<U max ) in maniera tale da conferire ad esse un comportamento termico in condizioni non stazionarie, caratterizzato da valori dei parametri f e τ pari o migliori di quelli di strutture tradizionali con M=M lim e U=U max. M=M lim U=U max Si noti che nelle Linee Guida per l Edilizia Sostenibile della Regione R Toscana, derivanti dal Protocollo Itaca, si assume, per un edificio, come indicatore e di prestazione del requisito inerzia termica, il valore del ritardo medio τ m (media dei valori dei τ relativi alle varie pareti dell involucro). Viene attribuito all edificio un punteggio p variabile da 22 a +5 confrontando il valore di τ m con una data scala di prestazione; si ha p= 2 2 per τ m <7 h e p=+5 per τ m >12 h. Recentemente (aprile 2007), a seguito di un aggiornamento del Protocollo Itaca, nel requisito inerzia termica è stato aggiunto anche il fattore di decremento d medio f m come ulteriore indicatore di prestazione.

8 ESEMPI DI PARETI LEGGERE /1 Parete Strato 1 2 Materiale (esterno) Pannello in fibre di legno Intercapedine d aria d cm ρ kg/m k W/mK 0.20 c p kj/kgk Pannello di legno e leganti organici (OSB) Pannello semirigido in lana di roccia PL1 5 Pannello di legno e leganti organici (OSB) Pannello di legno e leganti organici (OSB) (interno) Pannello in gesso rivestito (esterno) Pannello in materiale composito Pannello in lana di legno mineralizzata PL Pannello semirigido in lana di roccia Intercapedine d aria (interno) Pannello in gesso rivestito (esterno) Intonaco PL3 3 Calcestruzzo cellulare (interno) Intonaco (esterno) Intonaco PL (interno) Intonaco

9 ESEMPI DI PARETI LEGGERE /2 Tutte le pareti considerate sono caratterizzate da valori della conduttanza nettamente inferiori ai valori limiti imposti dal D. Lgs.vo 192 (a partire dal 1 gennaio 2010) per tutte le zone climatiche italiane. PL1 Spessore complessivo D=38 cm; massa superficiale M=68 kg/m 2 ; trasmittanza termica U=0.12 W/m 2 K e capacità termica C=118 kj/m 2 K. PL2 Spessore complessivo D=43 cm; massa superficiale M=82 kg/m 2 ; trasmittanza termica U=0.13 W/m 2 K e capacità termica C=101 kj/m 2 K. PL3 Spessore complessivo D=30 cm; massa superficiale M=112 kg/m 2 ; trasmittanza termica U=0.27 W/m 2 K e capacità termica C=127 kj/m 2 K. PL4 Spessore complessivo D=58 cm; massa superficiale M=19 kg/m 2 ; trasmittanza termica U=0.062 W/m 2 K e capacità termica C=90 kj/m 2 K.

10 ESEMPI DI PARETI TRADIZIONALI Parete PTC Strato Materiale (esterno) Intonaco Blocco in laterizio d cm ρ kg/m k W/mK 0.43 c p kj/kgk (interno) Intonaco (esterno) Intonaco Blocco in laterizio PTS Blocco in laterizio (interno) Intonaco 0.88 Entrambe le pareti soddisfano il D. Lgs.vo 192 per tutte le zone climatiche (dal 1 gennaio 2010) e per valori di insolazione anche superiori a 290 W/m 2. PTC (a( cappotto) Spessore complessivo D= cm; massa superficiale M=230 kg/m 2 ; trasmittanza termica U=0.32 W/m 2 K e capacità termica C=223 kj/m 2 K. PTS (a( a sandwich) Spessore complessivo D=34 cm; massa superficiale M=243 kg/m 2 ; trasmittanza termica U=0.32 W/m 2 K e capacità termica C=234 kj/m 2 K.

11 CONFRONTO TRA PARETI LEGGERE E PARETI TRADIZIONALI /1 In Tabella sono riportati i valori di M, U, f e τ per le pareti PL1, PL2, PL3, PL4 e per le pareti tradizionali PTC e PTS (i( i valori di f e τ si riferiscono a P=24 h). h Dalla Tabella appare evidente che le pareti PL1, PL2, PL3 pur presentando valori di M nettamente inferiori al valore limite di 230 kg/m 2 sono caratterizzate da valori dei parametri f e τ migliori di quelli relativi alle pareti tradizionali PTC e PTS. Considerando anche i bassi valori delle trasmittanze delle pareti PL1, PL2 e PL3 si può affermare che tali pareti soddisfino i limiti imposti dal D. Lgs.vo 192 per tutte le zone climatiche italiane e per qualunque livello di insolazione. Ovviamente anche la parete PL4 soddisfa tale decreto ma, a causa del suo elevato spessore, ha scarsa importanza nella pratica edilizia. Parete PTC PTS PL1 PL2 PL3 PL4 M (kg/m 2 ) U (W/m 2 K) f τ (h)

12 CONFRONTO TRA PARETI LEGGERE E PARETI TRADIZIONALI /2 Fig. 2 Andamento del fattore di decremtento

13 CONFRONTO TRA PARETI LEGGERE E PARETI TRADIZIONALI /3 Fig. 3 Andamento del ritardo temporale

14 CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE E stato confrontato il comportamento termico dinamico di alcune pareti multistrato leggere con quello di pareti pesanti tradizionali. Sono state considerate due tipiche pareti tradizionali: una in laterizio l con lo strato di isolante posto sull esterno (PTC, cappotto) e l altra con l isolante disposto tra t due paramenti in laterizio (PTS, sandwich). Entrambe le pareti soddisfano completamente le richieste del D. Lgs.vo 192 per tutte le zone climatiche e per qualunque livello di insolazione (U= <U lim W/m 2 K ed M M lim =230 kg/m 2 ). Sono state studiate tre pareti multistrato leggere con diverse e particolari stratigrafie: PL1 (a nove strati) e PL2 (a sette strati) entrambe con M 1/3 M M lim e PL3 (a cinque strati) con M 1/2 M M lim (per le tre pareti risulta U<U W/m 2 K per tutte le zone climatiche). U<U lim W/m Si è dimostrato che queste pareti, pur con valori di M nettamente e inferiori al valore limite di normativa, sono caratterizzate da valori di f e τ migliori di quelli delle pareti PTC e PTS e pertanto possono essere considerare accettabili ai sensi s del D. Lgs.vo 192. Si è anche evidenziato che è possibile soddisfare la normativa con pareti leggerissime (p.e. la PL4 con M 1/10 M M lim ed U=0.062 W/m 2 K) anche se il bassissimo valore di U comporta l impiego di elevati spessori di materiale isolante con conseguenti elevati spessori delle pareti tali da renderne problematico l impiego nella pratica edilizia.

15 Ringraziamenti I risultati presentati sono stati pubblicati nel lavoro: PARETI LEGGERE IN EDILIZIA Guida all impiego secondo la più recente normativa nazionale Autori: Francesco Leccese e Giuseppe Tuoni Rivista: neo-eúbios, giugno 2008 (di( prossima uscita). GRAZIE PER LA VOSTRA ATTENZIONE