ELEMENTI DI INVOLUCRO OPACO E TRASPARENTE COMFORT TERMOIGROMETRICO

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1 ELEMENTI DI INVOLUCRO OPACO E TRASPARENTE COMFORT TERMOIGROMETRICO Docente Dott. Ing. Franco Barosso Dott. Ing. Franco Barosso 31 ottobre

2 SOMMARIO DEGLI ARGOMENTI Coibentazione degli EDIFICI Coibentazione delle strutture opache e trasparenti degli edifici Metodologie di coibentazione delle strutture opache: isolamento con tamponamento dall interno isolamento interstiziale isolamento esterno tipo cappotto termico esempi dimostrativi per muri, pavimenti e soffitti Diagramma di Glaser e verifica termoigrometrica delle strutture isolate: condensa superficiale condensa interstiziale e rischio ghiaccio interstiziale inserimento della barriera al vapore: vantaggi e svantaggi strutture contro terra Riferimenti Normativi: D.Lgs. 192/05 e s.m.i.: limiti di legge della trasmittanza delle strutture opache (Segue) 2

3 SOMMARIO DEGLI ARGOMENTI Strutture trasparenti degli edifici: superfici finestrate e serramenti Coibentazione degli EDIFICI Determinazione della trasmittanza globale del serramento: trasmittanza telaio trasmittanza vetro trasmittanza globale serramento parametri costruttivi che influenzano il valore di trasmittanza il ponte termico strutturale nell installazione del serramento Riferimenti Normativi: D.Lgs. 192/05 e s.m.i.: limiti di legge della trasmittanza per strutture trasparenti Esempi applicativi di serramenti ad elevata prestazione termica Calcolo della trasmittanza globale del serramento al variare di: tipologia e numero di strati vetrosi tipologia e spessore del telaio configurazione strutturale del serramento calcoli con software di settore secondo UNI EN ISO

4 ELEMENTI DI INVOLUCRO OPACO 4

5 LEGGE DI FOURIER CORSO DI ABILITAZIONE PER LA LA TRASMISSIONE DEL CALORE Legge che regola la propagazione del calore per conduzione: consente di stabilire il flusso termico che attraversa una parete per unità di area In regime stazionario e con flusso unidimensionale diventa (nel caso di parete monostrato omogenea):. 5

6 LA TRASMISSIONE DEL CALORE RESISTENZA TERMICA Il passaggio di calore è direttamente proporzionale alla conducibilità ed inversamente proporzionale allo spessore del materiale Si introduce la RESISTENZA TERMICA: R = s /λ [m2 K/ W] Maggiore è R, minore è il passaggio di calore e viceversa Per una parete multistrato la resistenza termica varrà: Il flusso termico che attraversa una parete multistrato diventa pertanto: Con t1 e tn+1 le temperature superficiali delle facce esterne n numero degli strati 6

7 Coibentazione delle strutture opache dell edificio La coibentazione o isolamento termico delle strutture La capacità di una struttura a trattenere il calore all interno del edificio è assimilabile ad una resistenza alla fuoriuscita del medesimo che si oppone al flusso termico naturale che si innescherebbe. Formula della resistenza termica Ta > Tb Tb Flusso termico spontaneo >>> 7

8 LA TRASMISSIONE DEL CALORE LA TRASMITTANZA: riepilogo per strutture opache e trasparenti 8

9 LA TRASMISSIONE DEL CALORE 9

10 Conduttività (conducibilità) termica dei materiali RIEPILOGO CONDUTTIVITA TERMICA DEI MATERIALI MATERIALI COMPATTI AD ALTA DENSITA : Calcestruzzi normali: Mattone pieno e semipieno: LATERIZI FORATI A BASSA DENSITA : Mattone forato leggero: Mattone forato alveolato: Calcestruzzi leggeri: MATERIALI ISOLANTI PER COIBENTAZIONE: Sfusi: Compatti base polistirenica: Compatti base poliuretanica: ~ 1,0 1,7 [W/mK] ~ 0,4 0,8 [W/mK] ~ 0,24 0,32 [W/mK] ~ 0,13 0,24 [W/mK] ~ 0,14 0,25 [W/mK] ~ 0,055 0,08 [W/mK] ~ 0,034 0,041 [W/mK] ~ 0,021 0,32 [W/m K] Potere COIBENTE aumenta! 10

11 MODALITA DI POSA E REALIZZAZIONE DELLA COIBENTAZIONE PER STRUTTURE verticali orizzontali inclinate Modalità applicative dei materiali coibenti TECNICHE DI COIBENTAZIONE 11

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13 Coibentazione delle strutture opache dell edificio Modalità applicative dei materiali coibenti COIBENTAZIONI DELLE STRUTTURE OPACHE VERTICALI: muri ORIZZONTALI: solette intermedie, solai di chiusura e tetti a falda ISOLAMENTO DALL INTERNO edificio con tamponamento interno delle strutture ISOLAMENTO DALL ESTERNO edificio con isolamento a cappotto termico ISOLAMENTO INTERSTIZIALE edificio con isolante inserito all interno della struttura muraria 13

14 MURATURE VERTICALI 14

15 Coibentazione delle strutture opache dell edificio Modalità applicative dei materiali coibenti ISOLAMENTO DALL INTERNO edificio con tamponamento interno delle strutture T i C T e C 15

16 Modalità applicative dei materiali coibenti ISOLAMENTO DALL INTERNO edificio con tamponamento interno delle strutture Controparete Cartongesso T i C T e C 16

17 Modalità applicative dei materiali coibenti ISOLAMENTO INTERSTIZIALE DALL INTERNO edificio con tamponamento interno delle strutture T i C T e C 17

18 Modalità applicative dei materiali coibenti ISOLAMENTO INTERSTIZIALE edificio con isolante inserito all interno della struttura muraria in mezzeria T i C T e C 18

19 Modalità applicative dei materiali coibenti ISOLAMENTO INTERSTIZIALE DALL ESTERNO edificio con tamponamento esterno delle strutture T i C T e C 19

20 Modalità applicative dei materiali coibenti ISOLAMENTO DALL ESTERNO edificio con isolamento a cappotto termico T i C T e C 20

21 SOLETTE ORIZZONTALI 21

22 Modalità applicative dei materiali coibenti ISOLAMENTO ESTERNO edificio con tamponamento esterno delle strutture ORIZZONTALI: PAVIMENTI flusso verso basso T i C T e C 22

23 Modalità applicative dei materiali coibenti ISOLAMENTO INTERSTIZIALE edificio con tamponamento interno delle strutture ORIZZONTALI: PAVIMENTI flusso verso basso T i C T e C 23

24 Modalità applicative dei materiali coibenti ISOLAMENTO INTERSTIZIALE edificio con tamponamento interno delle strutture ORIZZONTALI: PAVIMENTI flusso verso terra T i C T terra C 24

25 Modalità applicative dei materiali coibenti 25

26 Modalità applicative dei materiali coibenti ISOLAMENTO INTERSTIZIALE edificio con tamponamento interno delle strutture ORIZZONTALI: TETTO LEGNO flusso verso alto T e C T i C 26

27 NOTA SULLA FORMAZIONE DI CONDENSA La struttura evidenzia formazione di condensa interstiziale che riesce evaporare completamente durante la stagione estiva come ammesso dal D.Lgs 192/05 modificato dal D.Lgs 311/06 La pressione di vapore interseca la pressione di saturazione (rugiada) ed ho formazione di acqua condensata. Bisogna aumentare il freno vapore posto prima dell isolante. 27

28 NOTA SULLA VERIFICA ESTIVA DELLE STRUTTURE Quando si opera su strutture leggere e coibentate, ossia prive di massa termica e relativa inerzia termica, risulta difficoltoso verificare la trasmittanza periodica estiva Yie <0.2 W/m K Introdotta dal D.P.R. 59/09 in vigore dal 25/06/09 Spessore isolante 12 cm OK! Spessore isolante 10 cm OK! OK! KO! 28

29 Modalità applicative dei materiali coibenti ISOLAMENTO INTERSTIZIALE edificio con tamponamento interno delle strutture ORIZZONTALI: TETTO LATERIZIO flusso verso alto T e C T i C 29

30 Modalità applicative dei materiali coibenti ISOLAMENTO INTERSTIZIALE edificio con tamponamento interno delle strutture ORIZZONTALI: TERRAZZO flusso verso alto T e C T i C 30

31 RIFERIMENTI NORMATIVI 31

32 NORMATIVA NAZIONALE D.Lgs 192/05, D.Lgs 311/06 e D.P.R. 59/09 32

35 COIBENTAZIONE TUBAZIONI 35

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40 D.P.R n

41 COMFORT TERMOIGROMETRICO 41

42 Coibentazione delle strutture opache e trasparenti dell edificio Verifica termoigrometrica delle strutture opache Per tutte le modalità di coibentazione e le strutture analizzate fino ad ora la Legge impone che sia verificato il DIAGRAMMA DI GLASER (VERIFICA DI GLASER) 42

43 Coibentazione delle strutture opache e trasparenti dell edificio Verifica termoigrometrica delle strutture opache Con questa verifica, si garantisce non solo che la trasmittanza finale della struttura sia conforme ai valori minimi prescritti da legge, ma si verifica anche che la posizione dell isolamento termico sia consona alla tipologia di stratigrafia in esame. Sintesi della verifica di Glaser In una struttura muraria, omogenea o eterogenea, non si ha formazione di condensa interstiziale (all interno della muratura), se e solo se la pressione di vapore dell aria in un punto qualsiasi dello spessore della struttura non è mai superiore alla pressione di saturazione dell aria umida nello stesso punto:l andamento della pressione di vapore cioè non deve mai intersecare quello della pressione di saturazione. 43

44 IL VAPOR D ACQUA ALL INTERNO DEGLI AMBIENTI 44

45 FLUSSO DI MASSA (VAPORE) ATTRAVERSO LA STRUTTURA Legge di Fick: fornisce il flusso di vapore trasmesso per diffusione attraverso una parete composta da strati di materiale ognuno dei quali si comporta rispetto al vapore come una membrana semipermeabile. Si ottiene pertanto: essendo pvi e pve le pressioni parziali del vapor d acqua nell aria umida corrispondente ai due ambienti interno ed esterno separati dalla parete stessa. 45

46 FLUSSO DI MASSA (VAPORE) ATTRAVERSO LA STRUTTURA In analogia con il parametro U della trasmissione di calore, Π è detto permeanza specifica della parete composta e si ottiene dall inverso della somma delle resistenze alla trasmissione del vapor d acqua per diffusione proprie ad ognuno dei singoli strati componenti la parete. 46

47 FLUSSO DI MASSA (VAPORE) ATTRAVERSO LA STRUTTURA L inverso della permeanza specifica al vapor d acqua della parete corrisponde ad una resistenza che viene denominata resistenza globale della parete alla trasmissione del vapor d acqua per diffusione. La formula di Fick si può allora anche scrivere come: Analogamente a quanto avviene nella conduzione termica, nelle ipotesi di regime stazionario e trasmissione monodimensionale, in assenza di fenomeni di condensazione, il flusso di vapore d acqua che attraversa per diffusione ogni strato deve essere costante. In particolare si può dire che il flusso che attraversa lo strato ennesimo in conseguenza delle differenza di pressione parziale sulle sue due facce deve essere uguale al flusso che attraversa tutta la parete in conseguenza delle differenza di pressione parziale sulle sue due facce estreme. 47

48 FLUSSO DI MASSA (VAPORE) ATTRAVERSO LA STRUTTURA Imponendo l uguaglianza: Il valore della pressione parziale del vapor d acqua che si realizza a valle dello strato ennesimo vale dunque: Il vapore d acqua è la componente condensabile della miscela d aria umida e può avvenire, pertanto, che in un qualsiasi punto della parete caratterizzato dalla temperatura Tp la pressione parziale uguagli quella di saturazione del vapore alla temperatura Tp. In questo punto il vapor d acqua viene a trovarsi in condizioni di saturazione: è evidente pertanto che basterà un piccolo decremento della temperatura Tp perchè esso condensi. Se ciò avviene all interno della parete si avrà un cambiamento di fase che darà origine alla cosiddetta condensazione interstiziale. 48

49 LA PRESSIONE DI SATURAZIONE 49

50 Coibentazione delle strutture opache e trasparenti dell edificio Verifica termoigrometrica delle strutture opache IL FENOMENO DELLA CONDENSA SUPERFICIALE Vediamo quando si ha un punto di condensa o punto di rugiada R R A A A: Temperatura 20 C ed U.R.% dell aria ambiente 50%. R: Temperatura di rugiada (condensa) al valore di U.R.% pari a ~9,3 A : Temperatura 20 C ed U.R.% dell aria ambiente 67%. R : Temperatura di rugiada (condensa) al valore di U.R.% pari a ~13,5 A : Temperatura 20 C ed U.R.% dell aria ambiente 30%. R : Temperatura di rugiada (condensa) al valore di U.R.% pari a ~3 50

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53 Permeabilità al vapore e resistenza al vapore SONO CARATTERISTICHE MOLTO IMPORTANTI DA CONSIDERARE NELLA SCELTA DEL MATERIALE COIBENTE E DELLA SUA POSIZIONE NELLA STRATIGRAFIA PERCHE INFLUENZANO LA FORMAZIONE DI CONDENSA INTERSTIZIALE ALL INTERNO DELLE STRUTTURE MURARIE. 53

54 Permeabilità al vapore e resistenza al vapore Valore (µ): indica la resistenza di un materiale alla diffusione del vapore acqueo presente in sospensione nell aria ambiente. 54

55 Permeabilità al vapore e resistenza al vapore TRASPIRANTI!!! 55

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57 Alcune tipologie di barriera al vapore disponibile in edilizia e relativo µ 57

58 Esempio di materiale isolante disponibile sul mercato in struttura semplice o completo di barriera vapore quale la lana di vetro abbinata a cartone oleato e/o bitumato (trattato con prodotti idrorepellenti). 58

59 ESEMPIO DI DIAGRAMMA DI GLASER 59

65 ESEMPIO DI DIAGRAMMA DI GLASER Devo inserire una barriera vapore per evitare la condensa interstiziale 65

66 Verifica termoigrometrica delle strutture opache Vediamo un esempio di struttura con la relativa verifica: struttura esistente in mattone pieno da 30 cm! T i C T e C 66

67 Verifica termoigrometrica delle strutture opache Condensa La struttura esistente già Presenta una situazione di condensa interstiziale, dovuta alla sovrapposizione delle curve di pressione del vapore e della relativa curva di saturazione. Le temperature sono >0 C Non ho ghiaccio interstiziale 67

68 Verifica termoigrometrica delle strutture opache Stessa struttura di prima ma situata ad Alagna Valsesia.. Si rischia la formazione di ghiaccio interstiziale con conseguente sgretolamento dellamuratura 68

69 Verifica termoigrometrica delle strutture opache Applicazione di materiale coibente posto all interno dell edificio!!! T i C T e C 69

70 Verifica termoigrometrica delle strutture opache La struttura riqualificata presenta ancora una situazione di condensa interstiziale, dovuta alla sovrapposizione delle curve di pressione del vapore e della relativa curva di saturazione. Le temperature sono >0 C Non ho ghiaccio interstiziale 70

71 Verifica termoigrometrica delle strutture opache Applicazione di materiale coibente a cappotto termico!!! T i C T e C 71

72 Verifica termoigrometrica delle strutture opache La struttura riqualificata NON presenta più una situazione di condensa interstiziale, dovuta alla sovrapposizione delle curve di pressione del vapore e della relativa curva di saturazione. Le temperature sono >0 C VERIFICA POSITIVA 72

73 Verifica termoigrometrica delle strutture opache ATTENZIONE esiste un caso particolare ammesso dalla norma!!! T i C T e C 73

74 Verifica termoigrometrica delle strutture opache La struttura riqualificata presenta una situazione di condensa interstiziale, ma con quantità minore della massima ammissibile e asciugatura estiva. Le temperature sono >0 C VERIFICA POSITIVA 74

75 Verifica termoigrometrica delle strutture opache Per verificare il diagramma di Glaser è stato adottato del materiale isolante abbinato ad uno strato impermeabile al vapore detto: BARRIERA VAPORE In questo modo, la pressione di vapore precipita sulla linea della B.V. essendo la medesima impermeabile e si evita l intersezione dei diagrammi vapore e di saturazione. INCONVENIENTE: viene inficiata e penalizzata la traspirazione naturale dell edificio che si comporta come un palloncino! In questo modo, non si ha più il drenaggio naturale dell umidità interna prodotta dal corpo umano (ed altro ), che deve essere eliminata in altro modo, previa la formazione di condensa superficiale sulle superfici fredde 75

76 Verifica termoigrometrica delle strutture opache IL FENOMENO DELLA CONDENSA SUPERFICIALE Da quanto visto si deduce che l incremento dell isolante, imposto dalla normativa vigente, abbinato alla necessità di dover adottare barriere vapore per verificare il diagramma di Glaser e all impiego di materiali coibenti poco traspirabili, COMPORTA l inevitabile riduzione di rinnovo naturale dell aria che, se abbinato a serramenti in elevata classe di tenuta all aria, CAUSA IL MANCATO RINNOVO D ARIA con conseguente incremento dell umidità all interno degli edifici ed aumento della probabilità di formazione di condense e muffe indesiderate. 76

77 STRUTTURE TRASPARENTI FINESTRATE 77

78 Le superfici finestrate Esempio di spaccato di un serramento in legno ed alluminio. Il serramento è composto da: - Falso telaio di supporto: solitamente fissato solidamente alla muratura; - Telaio fisso che sorregge l anta mobile con aperture varie; - Telaio mobile che porta la superficie vetrata, incernierato al telaio fisso; - Vetro trasparente che permette il passaggio della luce; 78

79 Le superfici finestrate Analisi dei principali parametri che influenzano la trasmittanza globale di un serramento: Influenza il recupero di energia solare Influenzano il recupero di energia solare e schermatura estiva Influenza la trasmittanza del vetro Influenza la trasmittanza del vetro Influenza le perdite per ponte termico Influenza la trasmittanza del vetro Influenza la trasmittanza del telaio (Segue) 79

80 Le superfici finestrate I più significativi sono: 80

81 La trasmittanza di un serramento trasparente KL di P.T. Uf Grandezze in gioco nel calcolo di U del serramento: Ug: trasmittanza solo vetro W/m 2 C Uf: trasmittanza solo telaio W/m 2 C Kpt: conduzione lineica W/m C Ug T e C T i C Q User 81

82 La trasmittanza di un serramento trasparente (UNI ) 82

86 Le superfici finestrate Il doppio / triplo vetro: Vetro Vetro Vetro Inerte o aria Vetro Inerte o aria Vetro 86

87 Le superfici finestrate RESISTENZA INTERCAPEDINI Dalla tabella si nota che a seconda della scelta del materiale inerte contenuto tra le due lastre di vetro e della finitura superficiale del vetro la resistenza termica cambia notevolmente. Di conseguenza, intercapedini elevate con gas inerte avente struttura molecolare fine quale l Argon p.e. abbinati a superfici Basso Emissive riflettenti (B.E.), aumentano la resistenza termica e riducono la trasmittanza del vetro. 87

88 Determinazione semplificata della trasmittanza termica dei componenti trasparenti 88

89 TRASMITTANZA TELAI Dalla tabella si nota che a seconda della scelta del materiale e della tipologia di telaio il valore di trasmittanza unitario cambia notevolmente. Di conseguenza, la forma del serramento, che comprende la quantità di telaio, influenza altrettanto sulla trasmittanza finale del serramento intero. 89

90 (Rif.: UNI/TS Prospetto C2) 90

91 (Rif.: UNI Prospetto E.1) 91

92 92

93 Trasmittanza termica per finestre con percentuale dell area di telaio pari al 30% dell area dell intera finestra (UNI Prospetto F.1) 93

94 PONTE TERMICO TELAIO Dalla tabella si nota che a seconda della posizione del serramento rispetto allo strato di materiale coibente, la trasmittanza termica totale cambia notevolmente. Di conseguenza risulta ottimale posizionare il serramento o in corrispondenza dell isolante o comunque a filo esterno rispetto il medesimo. 94

95 Tabella per la stima del ponte termico UNI EN ISO 14683: 95

96 Permeabilità all aria dei serramenti Parametro molto importante per la corretta ventilazione naturale degli ambienti. Valore normato dalla UNI EN

97 Le superfici finestrate: altri parametri 97

98 Le superfici finestrate: altri parametri 98

99 Le superfici finestrate: altri parametri (Rif.: UNI/TS Prospetto C4) 99

100 Le superfici finestrate ESEMPIO DI CALCOLO 100

102 Apparecchiature impiantistiche per la misurazione della trasmittanza TERMOFLUSSIMETRO MISURAZIONE STRUMENTALE DELLA TRASMITTANZA TERMICA La trasmittanza come altre grandezze termo fisiche è misurabile direttamente sulla struttura realizzata; lo strumento utilizzato per la sua misurazione è il termoflussimetro. E composto da sensori di temperatura statici ed un sensore di flusso termico, da due registratori di dati scaricabili su PC per l analisi. (Conforme alla normativa ISO9869) 102

103 Apparecchiature impiantistiche per la misurazione della trasmittanza A 4 punti di temperatura A 2 punti di temperatura 103

104 GRAZIE PER LA CORTESE ATTENZIONE 104