Nella valutazione delle prestazioni energetiche degli edifici,

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1 Smon Frrar, Valntna Zanotto Efftt dlla capactà trmca d mur nlla trasmsson dl calor Rcrca Un muro sottoposto a sollctazon trmca, da uno o da ambo lat, rsulta, com noto, attravrsato da un flusso d calor. Pr stmarn l nttà, nl caso n cu la sollctazon sa varabl nl tmpo (rgm transtoro o dnamco), com nlla raltà dgl vnt rscontrabl pr gl nvolucr dlz, s può rcorrr a mtod d calcolo consoldat, d cu s avvalgono numros softwar sofstcat Nlla valutazon dll prstazon nrgtch dgl dfc, n partcolar pr quanto rguarda la dtrmnazon dl carco d pcco nvrnal ncssara pr l dmnsonamnto dll mpanto d rscaldamnto, gl asptt prttamnt dnamc vngono gnralmnt trascurat s rcorr, d norma, ad un approcco d tpo stazonaro. Scondo tal approcco, la trasmttanza trmca d mur U [W/m 2 K], ch non dpnd dal calor spcfco dalla dnstà d matral (paramtr carattrzzant la capactà d accumulo trmco), costtusc l dato rapprsntatvo dll prstazon trmch d componnt dlz. Anch l calcolo smplfcato dl blanco trmco dll dfco pr la valutazon dl fabbsogno d clmatzzazon, com prvsto dal mtodo mnsl o stagonal dlla norma UNI EN ISO (2008) dlla spcfca tcnca UNI TS (2008), muov da un approcco stazonaro, dmanda l asptto transtoro a fattor corrttv dll quazon d blanco (fattor d utlzzazon) ch rconducono, pur s n prma anals, all proprtà d accumulo trmco dll ntro dfco (pr qusto motvo tal mtodo è dfnto quas-statco ). In qusto caso, prò, s rscha d trascurar l dttaglo prstazonal transtoro rlatvo al sngolo componnt dlzo, ch può rvlar sgnfcatv rprcusson sull condzon ambntal ntrn agl dfc (comfort). Al fn d samnar puntualmnt l ral fftto dlla capactà trmca d mur soggtt a flusso d calor, è stata svolta una campagna sprmntal con camra clmatca su alcun soluzon d nvolucro sottopost a sollctazon trmca varabl. L tpolog murar slzonat, carattrzzat da analoga trasmttanza trmca ma da dvrsa capactà d accumulo, sono stat sottopost a forzant trmch rconducbl ad una gornata tpca nvrnal ad una stva. L condzon trmch rlvat pr l struttur dlz a sguto dlla sprmntazon sono stat succssvamnt rprodott con calcolo numrco dl comportamnto trmco n rgm dnamco, vrfcando la cornza tra rsultat ottnut nlla raltà qull stmat con la smulazon. L smulazon dnamch sono stat, nfn, mplmntat mpostando pr cascuna soluzon vrfcata l mdsm condzon al contorno, pr consntr confront prstazonal drtt tra dvrs campon prs n consdrazon nl corso dlla sprmntazon. Soluzon costruttv sottopost ad ndagn A fn dlla rcrca svolta, sono stat ndvduat quattro tpolog murar ch, a partà d trasmttanza, fossro carattrzzat da dvrsa capactà trmca ch prsntassro l vntual strato solant n poszon varabl rsptto agl ambnt strno d ntrno : una muratura n latrzo monostrato; una a doppo strato con solant ntrmdo; una con solant a cappotto strno d una con solant n sandwch lggro (tabb. 1 2). Il valor dlla trasmttanza trmca d rfrmnto (par a crca 0,30 W/m 2 K) è stato dfnto rspttando, con margn cautlatvo, lmt prvst dall allgato I dl D.Lgs. 311 (2006) pr la zona clmatca pù frdda (zona F, lmt par a 0,33 W/m 2 K), allo scopo d prfgurar pù rstrttv vncol nazonal. Condzon clmatch d rfrmnto Tramt l softwardatabas Mtonorm (1), sono stat raccolt dat clmatc orar dll anno tpo pr l ambnt urbano dlla cttà d Roma (clma sclto qual mdo rapprsntatvo dl contsto nazonal). Pr l valutazon sono stat utlzzat dat d radazon solar global ncdnt su suprfc vrtcal sposta a sud (pots d ornta- 49 r c r c a

2 1 Dfnzon dll soluzon d nvolucro opaco vrtcal consdrat nllo studo. Strat s λ ρ c [cm] [W/m K] [kg/m 3 ] [J/kg K] [M] Muratura monostrato ntonacata [DS] Muratura doppo strato con solant n ntrcapdn facca a vsta [C] Muratura monostrato con solant a cappotto [L] Tamponamnto lggro 1 ntonaco d gsso 1,50 0, latrzo smpno 45,00 0, ntonaco d malta bastarda 1,50 0, ntonaco d gsso 1,50 0, latrzo forato 17,00 0, pannllo n lana d rocca 8,00 0, latrzo facca a vsta 10,00 0, ntonaco d gsso 1,50 0, latrzo forato 30,00 0, pannllo n lana d rocca 7,00 0, ntonaco d gsso 1,50 0, pannllo n cartongsso 1,25 0, pannllo n lana d rocca 10,00 0, pannllo n fbrocmnto 1,25 0, mnto d mur sottopost ad anals), da qual sono stat dsunt valor d tmpratura ara-sol orara (ASHRAE, 2001) da utlzzar n camra clmatca al fn d consdrar l fftto dll apporto d radazon solar sulla part. Sono stat, dunqu, ndvduat una gornata-tpo nvrnal, carattrzzata da bass valor d tmpratura dll ara rraggamnto global,, vcvrsa, una gornata-tpo stva, carattrzzata da alt valor d tmpratura rraggamnto global (fg. 1), ntramb ch rvlassro un andamnto d dat orar poco prturbato da vnt mtorologc occasonal (rspttvamnt l 26 gnnao l 17 luglo). Impostazon dlla sprmntazon Lo studo è stato svolto rcorrndo all utlzzo d una camra clmatca a clla sngola, carattrzzata da un volum d 4 m 3. All ntrno dlla clla sono stat rprodott condzon ambntal quvalnt a qull clmatch strn (sulla bas dll gornat-tpo dlla localtà prsclta a fn dl tst). I campon d muratura su cu ffttuar l msur sono stat poszonat, d volta n volta, n sosttuzon dgl sportll ch chudono la camra, a coprr una luc ntta d 2,20 x 1,80 m. In qusto modo, l ambnt n cu è poszonata la camra clmatca ha costtuto l quvalnt ambnt ntrno dll pottco dfco ch, tramt la struttura d nvolucro posta a chusura dlla camra clmatca, ha scambato calor con l ambnt strno (coè con la clla). L sond d rlvamnto dll tmpratur sono stat collocat a contatto dll suprfc strn d cascun campon, a prdr, 2 Carattrstch dll stratgraf analzzat. Soluzon spssor trasmttanza massa capactà trmca suprfcal trmca [m] [W/m 2 K] [kg/m 2 ] [kj/m 2 K] Monostrato 0,480 0, ,25 367,84 Doppo strato 0,365 0, ,55 290,62 Cappotto 0,400 0, ,55 258,55 Lggro 0,125 0,312 34,88 28,20 1. Dat clmatc orar pr l gornat-tpo nvrnal (26/01) d stva (17/07). Lgnda: Ta Tas Gtot, vrt, sud 50 c I L 1 3 9

3 2. Apparato d prova: schma dl poszonamnto dll sond, con l rlatv smbolog. nsrt n ogn punto d ntrfacca tra dvrs strat ch compongono pacchtt murar analzzat (fg. 2). A causa dll carattrstch dll ambnt n cu è collocata la camra clmatca (capannon), non è stato possbl avr l controllo dll condzon ntrn dll pottco dfco smulato, ma qust sono stat costantmnt montorat tramt un ultror trmocoppa. A sguto dll accostamnto dl campon ntlaato alla clla clmatca, è stato sovrapposto un doppo strato d poltln solant attorno all ntrfacca tra l part dlla camra clmatca l pacchtto muraro, allo scopo d contnr pont trmc prmtral ch avrbbro potuto prturbar fluss trmc nl corso dll prov sprmntal. Al fn d prmttr all struttur pù psant d raggungr l condzon d rgm d vtar problm lgat all accumulo trmco dlla massa, la sollctazon dll gornat-tpo smulat è stata rptuta pr 3-4 gorn conscutv. Poché l capannon n cu è posta la clla clmatca non è clmatcamnt controllato, la tmpratura dll ara all ntrno è dpsa dall ral condzon clmatch strn dl prodo ( da qull mtorologch dll sngol gornat) n cu sono stat svolt l msurazon, sulla bas dlla dsponbltà d utlzzo dlla camra clmatca, dando luogo a condzon ntrn dsomogn durant l dvrs prov (2). Rsultat sprmntal I grafc d fg. 3 rapprsntano l andamnto dll tmpratur rlvat dall sond n dvrs strat d campon durant l prov sprmntal portat a rgm. L anals crtca d rsultat vsualzzat n grafc, n trmn d confronto prstazonal tra un campon l altro, non s rvla d mmdata lttura, a causa dlla prturbazon dovuta all dvrs condzon ambntal rgstrat nl capannon durant l prov. In va prlmnar, s è fatto dunqu rcorso a conctt d attnuazon sfasamnto dll onda trmca, adottando alcun assunzon n grado d normalzzar rsultat ottnut. I fnomn d attnuazon d rtardo dl flusso trmco trasmsso dscrtt, pr l rgm prodco stablzzato, nlla norma UNI EN ISO (2008), nfatt, possono ssr anch ltt (Ulgn, 2002, Kaşka t al., 2009) n trmn d rapporto tra la sollctazon snusodal d tmpratura ndotta sulla suprfc strna d una part la rsposta trmca rlvata, smpr n trmn d oscllazon d tmpratura, sulla suprfc dlla part ch s affacca vrso l ambnt ntrno (posto a tmpratura costant). I fattor d attnuazon rtardo trmco sono qund dfnbl com (3) : T s,, max - T s,, mn DF = (1) T as,, max - T as,, mn dov: T s, tmpratura dlla suprfc ntrna [K] T as, tmpratura ara-sol strna [K] TL = t Ts,, max - t Tas,, max (2) dov: TL rtardo trmco [h] t stant d rfrmnto n cu s rlva l massmo valor d tmpratura [h] Il confronto drtto tra fattor d attnuazon sfasamnto così calcolat, sulla bas d dat ottnut con l prov sprmntal, rsultrbb poco cornt, non tanto pr la mancanza d una sollctazon snusodal sulla suprfc strna (dato ch la sollctazon clmatca ral è comunqu la mdsma pr tutt l soluzon murar), quanto pr la varabltà dlla tmpratura dll ara ntrna, ch a sua volta sollcta la tmpratura suprfcal ntrna dl campon con ntnstà varabl a sconda dll dffrnt condzon ambntal rlvat n dvrs ccl d prov. Pr ludr tal prturbazon, l fattor d dcrmnto calcolato con l quazon 2 è stato dunqu corrtto, normalzzandolo n bas alla dvrsa ampzza d varazon dlla tmpratura dll ara dl capannon, attravrso la rlazon: DF DF* = (3) T a,, max - T a, mn dov: DF* T a, fattor d attnuazon corrtto [1/K] tmpratura dll ara ntrna [K] Il rtardo trmco, nvc, è stata normalzzato consdrando l stant n cu s rlva l massmo scostamnto tra la tmpratura dlla suprfc ntrna la tmpratura dll ara dl capannon, al fn d rcondurr al momnto n cu la rprcusson dlla sollctazon strna (camra clmatca) sulla suprfc ntrna dl muro prvalga sull fftto d contrasto dato dalla varabltà d tmpratura dll ara ntrna : TL* = t (Ts, - T a, ) t max Tas,,max (4) dov: TL* rtardo trmco corrtto [h] I valor così ottnut sono rassunt n grafc d fg. 5. Dall anals d rsultat rlatv all du grandzz dnamch corrtt, appar vdnt com l maggor dffrnz prstazonal sussstano tra la soluzon lggra, carattrzzata da bassa nrza trmca, l soluzon carattrzzat da una maggor psantzza. Il pacchtto lggro, nfatt, mostra una mnor capactà d attnua- 51 r c r c a

4 Campon monostrato, prova nvrnal (26/01) Campon monostrato, prova stva (17/07) Campon doppo strato, prova nvrnal (26/01) Campon doppo strato, prova stva (17/07) Campon cappotto, prova nvrnal (26/01) Campon cappotto, prova stva (17/07) Campon lggro, prova nvrnal (26/01) Campon lggro, prova stva (17/07) 3. Andamnto dll tmpratur a rgm pr tutt l prov ffttuat. Lgnda: Tas_ Tsup_ T1 T2 T3 Tsup_ Ta_ 52 c I L 1 3 9

5 ntrno part strno 4. Attnuazon rtardo trmco dgl andamnt dll tmpratur (font: Kaşka t al., 2009). zon, con un valor d DF* par almno al doppo d qullo dgl altr campon, rvla un rtardo trmco TL* contnuto nll 6 or n condzon clmatch stv nfror all ora n condzon nvrnal, mntr gl altr campon sono carattrzzat da uno sfasamnto supror all 13 or. Tra l soluzon pù psant, qulla a doppo strato n condzon stva rsulta mno prformant n trmn d attnuazon, ma carattrzzata dal maggor rtardo trmco. Smulazon dnamca dll condzon rlvat I rsultat rscontrat con l prov sprmntal sono stat confrontat con qull ottnut tramt smulazon dnamch agl lmnt fnt (4), condott mponndo l mdsm condzon al contorno rgstrat durant l prov sprmntal, al fn d vrfcar la cornza d andamnto dll tmpratur rlvat all ntrno d dvrs mur con qull stmat dal smulator. S sono dunqu rcpt dat msurat dll tmpratur suprfcal (5) d campon pr dfnr l condzon al contorno dl modllo d smulazon agl lmnt fnt. Pr cas samnat nl prsnt studo, è stata svolta una modllazon bdmnsonal. I modll, mpostat con lunghzza par a 2 m con spssor varabl a sconda dlla tcnologa consdrata, rapprsntano l domno d anals dscrtzzato nlla grgla d calcolo, ch s nfttsc n prossmtà d punt d valutazon slzonat: al cntro d campon, sull du suprfc d confn strno ntrno n corrspondnza dll ntrfacc tra dvrs strat d matral ch l compongono. I dat clmatc dlla gornata-tpo utlzzata pr l prov sprmntal sono stat rptut nl modllo d smulazon pr trnta gorn, al fn d asscurar la mssa a rgm dl calcolo dnamco. In fg. 6 sono rportat grafc d confronto tra dat rlvat durant l prov qull smulat dal modllo ( dat dll tmpratur suprfcal, ovvamnt, sono comun ad ntramb l valutazon). Il confronto tra l tmpratur rlvat dall sond durant l prov sprmntal qull calcolat dal programma pr l anals agl lmnt fnt mostra una ffttva corrspondnza tra dat, al d là d ogn prvson ottmstca, sa n trmn d andamnt ch d valor numrc assolut. Il maggor scostamnto è nfatt rlatvo alla tmpratura rlvata tra solant latrzo forato nl campon a cappotto, ch rvla, sa n condzon nvrnal ch stv, uno scarto contnuto nll ordn d 2-3 C. In lna gnral, dunqu, l lv ncongrunz rscontrat tra rsultat dl calcolo agl lmnt fnt dat rlvat con l prov sprmntal sono dl tutto accttabl, possono ssr rcondott: all approssmazon dll applcatvo, nl qual gl lmnt forat n latrzo vngono modllat com strat omogn carattrzzat da una dnstà mda quvalnt; all mprfzon dovut alla prass costruttva ral (ralzzazon artganal d campon), n partcolar pr quanto rguarda la varabltà dgl spssor dgl ntonac dll fugh d malta; agl fftt dll umdtà (dato non contmplato nl calcolo agl lmnt fnt) nvtablmnt prsnt n campon ral, bnché soggtt ad un ms d maturazon prma dll prov; all mplcazon trdmnsonal dl calor trasmsso nlla raltà dlla sprmntazon. Vrfcata la convrgnza d rsultat valdat comportamnt trmc rgstrat durant l prov sprmntal, l smulazon sono stat succssvamnt mplmntat, varando alcun paramtr sgnfcatv scondo l assunzon dscrtt nl sguto, al fn d confrontar l prstazon dll dvrs muratur soggtt all mdsm forzant. Fattor d attnuazon corrtto (DF*) Fattor d rtardo trmco corrtto (TL*) 5. Confronto tra fattor d attnuazon corrtt (DF*) d rtardo trmco corrtt (TL*). Lgnda: prova nvrnal (26/01) prova stva (17/07) 53 r c r c a

6 Confronto prov-dnamco, campon monostrato (26/01) Confronto prov-dnamco, campon monostrato (17/07) Confronto prov-dnamco, campon doppo strato (26/01) Confronto prov-dnamco, campon doppo strato (17/07) Confronto prov-dnamco, campon cappotto (26/01) Confronto prov-dnamco, campon cappotto (17/07) Confronto prov-dnamco, campon lggro (26/01) Confronto prov-dnamco, campon lggro (17/07) 6. Confronto tra gl andamnt dll tmpratur orar rlvat durant l prov qull calcolat col mtodo agl lmnt fnt. Lgnda: Tsup_ P-T1 P-T2 P-T3 Tsup_ D-T1 D-T2 D-T3 54 c I L 1 3 9

7 7. Tmpratur suprfcal ntrn orar calcolat pr dvrs campon (gnnao). 8. Tmpratur suprfcal ntrn orar calcolat pr dvrs campon (luglo). Lgnda: M DS C L Comportamnto con ambnt a tmpratura controllata Pr unformar l condzon al contorno d campon soggtt a valutazon, s è mposta la forzant d un pottco ambnt clmatcamnt controllato (tmpratura dll ara ch lambsc la suprfc dl muro costant nll arco dll 24 or, par a 20 C pr la stagon nvrnal par a 26 C pr qulla stva) sparato dall ambnt strno a tmpratura varabl sul lungo prodo (scondo fl clmatco oraro dll anno tpo d Roma, smpr traducndo l apporto solar n trmn d tmpratura ara-sol). In qusto caso, nl modllo d smulazon sono stat ntrodott coffcnt d adduzon nomnal (scondo norma UNI 6946, par a 25 W/m 2 K pr quanto rguarda l strno par a 7,7 W/m 2 K pr l ntrno). Nll fgg. 7 8 s rportano grafc ch mostrano, nl dttaglo, l confronto tra gl andamnt dll tmpratur suprfcal ntrn d dvrs campon pr l ms-tpo nvrnal pr qullo stvo prs a rfrmnto. Dalla lttura d grafc, mrg ch la part lggra rvla un oscllazon sgnfcatva (6) dlla tmpratura suprfcal ntrna rsptto al valor costant d qulla dll ara ntrna, sa n stat ch n nvrno. Tra l muratur pù psant, la maggor oscllazon d tmpratura, contnuta n poch dcm d grado, è data dalla muratura a doppo strato. Concluson L laborazon d dat d tmpratura rlvat nll ndagn sprmntal svolta, ch possono anch ssr sovrapponbl all rlatv quanttà d flusso trmco trasmsso, vdnzano, a partà d trasmttanza trmca, l ffcaca dlla capactà d accumulo trmco dll struttur murar. Gl fftt d attnuazon sfasamnto dll muratur dotat d capactà trmca, rlvat con la sprmntazon smulat n rgm dnamco, nfatt, rconducono all consdrazon nrgtcoambntal ch sguono: - da un lato, l attnuazon dll oscllazon d tmpratura suprfcal ntrna rsptto alla forzant strna, d fatto, mplca una sollctazon mpantstca contnuta (spunt attacca/stacca dl sstma d rscaldamnto/condzonamnto), nonché una maggor stabltà dl lvllo d comfort ambntal (tmpratura radant); - dall altro lato, la mzza gornata d rtardo nl trasfrr la sollctazon trmca strna prfgura partcolar vantagg sull condzon ambntal stv, dato ch la tmpratura suprfcal ntrna ( qund anch l flusso trmco corrspondnt) rvla massm valor quando l dfco non è sottoposto al maggor carco dovuto all sorgnt ntrn d calor quando l condzon ambntal strn sono favorvol pr attvar stratg d raffrscamnto passvo (vntlazon notturna). Not In partcolar, l tmpratur ntrn rlvat durant l prov d campon monostrato, doppo strato cappotto hanno rvlato una mda supror a 20 C, soltamnt assocat al prodo nvrnal, mntr qull rlvat pr l campon lggro sono rsultat nfror a convnzonal 26 C d st-pont dl prodo stvo. 3. Nl caso dl prsnt studo, tal approcco vn adottato rcorrndo alla tmpratura ara-sol smulata n camra clmatca a qulla rlvata sulla suprfc dl muro rvolta vrso l ntrno dl capannon. 4. La tcnca numrca dgl lmnt fnt, uno d mtod d rsoluzon dll quazon dffrnzal all drvat parzal, s basa sulla dscrtzzazon d un contnuum attravrso la crazon d una grgla d sottodomn dscrt, prmtv (pr lo pù trangol pr domn bdmnsonal ttradr pr domn trdmnsonal), dtt appunto lmnt. Qusto mtodo nacqu alla mtà dl scolo scorso pr affrontar la complsstà d alcun problm d lastctà anals struttural, da allora è stato stso all pù svarat ar d ntrss. 5. In tal modo, s lud la varabl d fluss trmc pr adduzon suprfcal dll dvrs condzon ambntal rgstrat. 6. È da vdnzar a tal proposto ch la suscttbltà suprfcal ntrna dlla soluzon lggra alla varabltà dll condzon clmatch strn (ch, dvrsamnt, nll rmannt struttur dotat d una crta capactà trmca è d poco conto) sussst nonostant l modllo d smulazon prvda la forzant tmpratura dll ara costant a drtto contatto con la suprfc consdrata: una sml condzon attnua fortmnt l fnomno rsptto a quanto accad n raltà all ntrno d una stanza, consdrando l ffttva dstrbuzon d gradnt d tmpratura nl volum d ara. Rfrmnt bblografc 1. ASHRAE (2001), Handbook of Fundamntals, Chaptr 3 Hat Transfr and Chaptr 28 Rsdntal Coolng and Hatng Load Calculatons. 2. D.Lgs. 311 (2006), Dsposzon corrttv d ntgratv al dcrto lgslatvo 19 agosto 2005, n. 192, rcant attuazon dlla drttva 2002/91/CE, rlatva al rndmnto nrgtco nll dlza. 3. Kaşka Ö. and Yumrutaş R. (2009), Exprmntal nvstgaton for total quvalnt tmpratur dffrnc (TETD) valus of buldng walls and roofs, Enrgy Convrson and Managmnt, 50 (11): Ulgn K. (2002), Exprmntal and thortcal nvstgaton of ffcts of wall s thrmophyscal proprts on tm lag and dcrmnt factor, Enrgy and Buldngs, 34: UNI EN ISO 6946 (2008), Componnt d lmnt pr dlza Rsstnza trmca trasmttanza trmca, mtod d calcolo. 6. UNI EN ISO (2008), Prstazon trmca d componnt pr dlza Carattrstch trmch dnamch, mtod d calcolo. 55 r c r c a