Calcolo dei carichi termici invernali

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1 Dipartimento di Scienza e Tecnologie dell Ambiente Costruito Building & Environment Science & Technology BEST Calcolo dei carichi termici invernali Corso del Prof. Arch. Giuliano DALL Ò giuldal@polimi.it

2 Calcolo dei carichi termici invernali 2 Indice 1 La trasmissione del calore attraverso le strutture Strutture opache Strutture trasparenti Calcolo della temperatura nei locali non riscaldati I ponti termici Le dispersioni termiche dovute alla ventilazione Le maggiorazioni da apportare alle dispersioni termiche Correzioni per esposizione Maggiorazioni dovute all intermittenza del funzionamento...23 Appendice 1 - Moduli per il calcolo..24 Appendice 2 - Caratteristiche dei radiatori...27 Appendice 3 - Caratteristiche termofisiche dei materiali...29

3 Calcolo dei carichi termici invernali 3 La procedura per il calcolo del fabbisogno termico per il riscaldamento degli edifici è riportata nella norma UNI 7357/74 che viene ancora applicata con l avvertenza di non tener più conto degli aumenti che erano previsti per l intermittenza del funzionamento. In particolare si dovranno considerare le dispersioni di calore relative a: trasmissione attraverso le strutture verso l esterno; trasmissione attraverso le strutture verso gli ambienti non riscaldati o con temperature differenti da quelle dell ambiente considerato; ponti termici; ventilazione dei locali. Agli effetti del calcolo si trascurano gli apporti di calore dovuti all irraggiamento solare e ai carichi interni come illuminazione artificiale, presenza di persone, macchine operatrici, ecc. Questi contributi, che compensano in parte le dispersioni, vengono invece considerati per la valutazione del fabbisogno energetico annuo dell edificio (FEN), secondo la norma UNI 344. Le dispersioni termiche nelle condizioni di progetto devono essere compensate dalla potenzialità utile del generatore di calore. Il calcolo delle dispersioni, se eseguito per ogni singolo ambiente riscaldato, consente il dimensionamento degli elementi scaldanti. 1 La trasmissione del calore attraverso le strutture 1.1 Strutture opache In un edificio il flusso di calore verso l'esterno avviene attraverso le pareti che costituiscono l'involucro; in regime stazionario è dato da: Q = U A ( t t ) (1) o i e Q o quantità di calore che attraversa la struttura nell unità di tempo (W) t i temperatura interna ( C) t e temperatura esterna ( C) A superficie interessata (m 2 ) U trasmittanza unitaria della struttura (W/m² K) La trasmittanza U è definita dall'inverso della somma delle resistenze degli strati e delle intercapedini che costituiscono la parete: 1 s1 sn U = h λ λ C C h i 1 n a e 1 (2) 1/h i resistenza termica di ammissione in cui h i è l'adduttanza sulla superficie interna della struttura misurata in W/m² K s/λ resistenza termica di uno o più strati di materiale omogeneo in cui s è lo spessore dello strato misurato in m e λ è la conduttività termica del materiale in W/m K

4 Calcolo dei carichi termici invernali 4 1/C resistenza termica di strati di materiale non omogeneo in cui C è la conduttanza dello strato espressa in W/m² K 1/C a resistenza termica di eventuali intercapedini d'aria in cui C a è la conduttanza dell'intercapedine espressa in W/m² K 1/h e resistenza termica di emissione in cui h e è l'adduttanza sulla faccia esterna della parete misurata in W/m² K. Nella tabella 1 sono riportati i valori di alcuni parametri fisici per materiali utilizzati in edilizia, tratti dalla norma UNI 351: massa volumica ρ del materiale a secco (kg/m 3 ); permeabilità al vapore δ a e δ u, dove δ a è la permeabilità determinata nell intervallo di umidità relativa 0 50% e δ u quella determinata nell intervallo compreso nell intervallo 50 95% (kg/mspa 12 ); conduttività di riferimento λ m (W/m K); maggiorazione percentuale m per tener conto delle condizioni medie di esercizio; conduttività di calcolo λ (W/m K). Nella tabella 2 sono riportati i valori di 1/C, nella tabella 3 e valori di 1/C a e nella tabella 4 i valori di 1/h i e 1/h e più comunemente usati. I valori delle resistenze termiche di murature e solai (1/C a ) possono essere rilevati dalla recente norma UNI 355. I valori di 1/h e riportati in tabella 4 sono validi per i nostri climi in zone non particolarmente ventilate. Nel caso di pareti esterne che possono essere investite frequentemente da vento con velocità superiore a 4 m/s, per il calcolo di h e sono valide le seguenti espressioni: Superficie verticale ed orizzontale (flusso ascendente) h w e = ( 2, 3 +, 5 ) (3.a) Superficie orizzontale (flusso discendente) w h w e = 0, 7 ( 2, 3 +, 5 ) (3.b) è la velocità del vento (m/s) Esempio 1 - Calcolo della trasmittanza unitaria di una parete Calcolare la trasmittanza unitaria U di una parete verticale così composta (dall interno verso l esterno): 1. intonaco interno di calce e gesso spessore 2 cm 2. tavolato in mattoni forati (ρ = 800 kg/m 3 ) spessore 8 cm 3. intercapedine d aria spessore 4 cm 4. polistirene espanso in lastre stampate (ρ = kg/m 3 ) spessore 6 cm 5. mattoni pieni (ρ = kg/m 3 ) spessore 12 cm 6. intonaco esterno di calce e cemento spessore 2 cm considerare i seguenti valori delle adduttanze superficiali: adduttanza interna h i = 8,13 W/m 2 K adduttanza esterna h e = 23 W/m 2 K

5 Calcolo dei carichi termici invernali 5 TIPO DI STRUTTURA Dim. A (cm) Dim. B (cm) Conduttanza unitaria C (W/m 2 K) Schema della struttura TAVOLATO DI MATTONI FORATI DI LATERIZIO ,09 7,69 5,00 3,70 3,22 2,22 A B MURO IN MATTONI SEMIPIENI spessore (cm) ,26 4,16 4,16 2,70 A s=spessore B s MURO IN BLOCCHI FORATI A B spessore (cm) , 1,06 0,94 s s=spessore SOLAIO IN BLOCCHI FORATI DI LATERIZIO 49,5 49,5 49, ,33 3,03 2,56 A B SOLAIO TIPO PREDALLES asc. 3,57, disc.3,33 asc. 2,77, disc. 2,63 asc. 2,38, disc. 2,22 A B Nota: asc. = flusso di calore ascendente, disc. = flusso di calore discendente Tab. 2 Conduttanza unitaria C (W/m 2 K) di alcune strutture esclusi gli intonaci (fonte: UNI 355/94) Tipo di intercapedine Spessore 1 cm Spessore 2 - cm Strato d aria orizzontale (flusso di calore ascendente) 7,56 6,98 Strato d aria verticale 7,56 6,40 Strato d aria orizzontale (flusso di calore discendente) 7,56 5,23 Tab. 3 Conduttanza unitaria C a per intercapedini d aria (W/m 2 K)

6 Calcolo dei carichi termici invernali 6 Tipo di struttura 1 h i 1 h e Parete verticale 0,123 0,043 Parete orizzontale (flusso di calore ascendente) 0,7 0,043 Parete orizzontale (flusso di calore discendente) 0,172 0,061 Tab. 4 Valori delle resistenze termiche di ammissione (1/h i ) ed emissione (1/h e ) comunemente impiegati (m 2 K/W) Calcolare inoltre la potenza termica unitaria dissipata dalla parete nell ipotesi che l ambiente interno si trovi a C e quello esterno si trovi a -5 C. La resistenza totale al passaggio del calore è data dalla somma delle resistenze parziali: R T 1 s s s s s = h λ λ Ca λ λ λ h i e la prima operazione consiste nell assegnare ai diversi materiali, sulla base delle indicazioni riportate nelle tabelle 1, 2 e 3, i valori delle conduttività termiche λ e delle eventuali conduttanze unitarie C o C a. Nel caso specifico si rilevano i seguenti valori: 1. intonaco interno di calce e gesso λ = 0,70 W/m K 2. tavolato in mattoni forati (ρ = 800 kg/m 3 ) λ = 0,30 W/m K 3. intercapedine d aria C a = 6,4 W/m 2 K 4. polistirene espanso in lastre stampate (ρ = kg/m 3 ) λ = 0,040 W/m K 5. mattoni pieni (ρ = kg/m 3 ) λ = 0,90 W/m K 6. intonaco esterno di calce e cemento λ = 0,90 W/m K Lo schema di calcolo è riportato in figura 1 che raccoglie tutte le informazioni necessarie per definire la struttura dal punto di vista termico (numero progressivo dello strato, descrizione, spessore, conduttività termica, resistenza termica parziale, resistenza termica complessiva e trasmittanza unitaria). La potenza termica unitaria dissipata dalla parete nelle ipotesi assunte è data da: Q = U ( t) = 0,564 (+5) = 14,1 W/m 2.

7 Calcolo dei carichi termici invernali 7 Esempio 2 - Calcolo dello spessore di uno strato isolante Una struttura di tamponamento ha una trasmittanza unitaria U pari a 1,2 W/m 2 K. Si vuole ridurre il valore di U a 0,5 W/m 2 K aggiungendo uno strato di materiale coibente alla struttura esistente. Determinare lo spessore minimo dello strato isolante, suppo-nendo di utilizzare un materiale con conduttività termica λ pari a 0,040 W/m K. La resistenza termica complessiva della struttura prima e dopo la coibentazione è ricavabile dall inverso delle relative trasmittanze. Quindi risulta che: Resistenza termica iniziale R INI = 1/U INI = (1/1,2) = 0,833 m 2 K/W Resistenza termica finale R FIN = 1/U FIN = (1/0,5) = 2 m 2 K/W La resistenza termica dello strato di materiale aggiunto R è data dalla differenza tra R FIN e R INI, quindi: R = (2-0,833) = 1,167 m 2 K/W R, d altra parte, è anche uguale al rapporto tra lo spessore s e la conduttività termica λ. Si ricava quindi che lo spessore, che rappresenta l incognita, è uguale a: s = R. λ = (1,167. 0,040) = 0,04668 m 4,7 cm Applicando alla parete uno strato di materiale isolante di 4,7 cm si ridurrà quindi il valore della trasmittanza unitaria U da 1,2 W/m 2 K a 0,5 W/m 2 K.

8 Calcolo dei carichi termici invernali 8 TIPO DI STRUTTURA Parete di tamponamento esempio 1 DESCRIZIONE STRATO (dall interno verso l esterno) s [m] λ [W/mK] C [W/m 2 K] ρ [kg/m 3 ] R [m 2 /K W] N. 1 Intonaco interno di calce e gesso 0,02 0, ,029 2 Tavolato in mattoni forati 0, ,0 3 Intercapedine d aria 0,04 6,4 0,156 4 Polistirene espanso in lastre stampate 0,04 0,04 1,000 5 Mattoni pieni 0,12 0, ,133 6 Intonaco esterno di calce e cemento 0,02 0, , Resistenza termica di ammissione (1/hi) 0,123 Resistenza termica di emissione (1/he) 0,043 Resistenza termica totale (Σ R) (m 2 K/W) 1,706 Trasmittanza unitaria U (W/m 2 K) 0,586 SCHEMA DELLA STRUTTURA Fig. 1 Calcolo della trasmittanza unitaria della parete dell esempio Strutture trasparenti La procedura per il calcolo della trasmittanza unitaria dei componenti edilizi trasparenti è riportata nella norma UNI 345, che prende in considerazione vetri di vario tipo (semplici, stratificati, con pellicole superficiali, con intercapedine) ed i relativi telai; vengono forniti anche valori di resistenza aggiuntiva in presenza di tapparelle abbassate.

9 Calcolo dei carichi termici invernali 9 La trasmittanza termica di un componente edilizio finestrato costituito dal serramento e dal vetro, è data dalla relazione: A vuv + At Ut Us = Av + At U v trasmittanza termica dell elemento vetrato (W/m 2 K) A v l area dell elemento vetrato (m 2 ) U t la trasmittanza termica del telaio (W/m 2 K) A t l area del telaio (m 2 ). (4) La trasmittanza termica di un componente trasparente, sia esso vetro singolo che multiplo, è data da: 1 n n U v = + ri s + Rsi + he i= 1 i= 1 hi (5) 1/h e R e, la resistenza termica superficiale esterna (m/k W) r resistività della lastra di vetro (1 mk/w) s spessore del vetro (m) R s resistenza termica dello strato racchiuso tra le due lastre (m/k W) 1/h i R i, la resistenza termica superficiale interna (m/k W) n numero di lastre costituenti il componente trasparente. Per h e e h i la UNI 345 suggerisce di utilizzare i seguenti valori: h e = (W/m 2 K) h = ε,, i 0, 837 (W/m 2 K) (6) dove ε è l emissività termica del componente trasparente (per vetri normali il valore di ε è pari a 0,837). Nella tabella 5 sono riportati i valori della resistenza termica di intercapedini d aria R s in funzione della emissività delle superfici e degli spessori. Per casi più specifici si rimanda alle procedure di calcolo contenute nella norma UNI. Spessore Intercapedine Emissività e (mm) 0,2 0,4 0,8 sup. non trattata 6 0,19 0,16 0,13 0,13 9 0,26 0,21 0,16 0, ,32 0, 0,18 0, ,36 0,28 0, 0, ,34 0,26 0,19 0,18 0 0,31 0, 0,18 0,17 Tab. 5 Valori della resistenza termica R s di intercapedini d aria (m 2 K/W)

10 Calcolo dei carichi termici invernali Il calcolo della trasmittanza unitaria del telaio U t risulta abbastanza laborioso, in relazione alla complessità delle configurazioni e al numero delle tipologie dei serramenti. Nella tabella 6 si riportano alcuni valori di U t riferiti ai telai comuni. Materiale del telaio Legno Caratteristiche telaio larghezza media telaio 30 mm larghezza media telaio 50 mm larghezza media telaio 0 mm U t (W/m 2 K) Metallo senza taglio termico 7,0 Metallo con taglio termico 3,1-3,7 Poliuretano con anima di metallo 2,6 Poliuretano con una camera d aria 2,4 PVC - profilo vuoto con due camere 2,0 PVC - profilo vuoto con tre camere 1,8 Tab. 6 Coefficienti globali di trasmissione termica U t di telai per serramenti (W/m 2 K) 2, 1,90 1,42 La presenza di tapparelle o di schermi esterni abbassati riduce la trasmittanza termica del serramento che può essere calcolata dalla seguente relazione: U fs = 1 U + s R 1 (7) U fs trasmittanza termica del serramento con tapparella abbassata (W/m 2 K) U s trasmittanza termica del serramento base (W/m 2 K) R resistenza termica aggiuntiva I valori della resistenza termica aggiuntiva per alcune tipologie di tapparelle sono riportati nella tabella 7. Tipo di tapparella bassa permeabilità all aria DR (m 2 K/W) media permeabilità all aria alta permeabilità all aria Alluminio 0,15 0,12 0,09 Legno e plastica senza schiuma 0,22 0,16 0,12 Legno e plastica con schiuma 0,26 0,19 0,13 Legno (da a 30 mm) 0,30 0,22 0,14 Tab. 7 Valori della resistenza termica aggiuntiva R per finestre dotate di tapparelle abbassate (W/m 2 K)

11 Calcolo dei carichi termici invernali 11 Esempio 3 - Calcolo della trasmittanza di un serramento Calcolare la trasmittanza termica U s di un serramento con le seguenti caratteristiche: Superficie lorda A 2, m 2 Superficie vetro A v 1,65 m 2 Tipologia vetro vetrocamera (6 mm prima lastra, 9 mm intercapedine di aria, 4 mm seconda lastra) con lastre di vetro normale con superfici non trattate Tipologia telaio in PVC profilo vuoto con due camere Calcolare inoltre la trasmittanza termica dello stesso serramento con tapparelle in legno (media permeabilità all aria) abbassate. La trasmittanza termica del componente trasparente viene calcolato con la (5). Ad h e e ad h i vengono assegnati i seguenti valori: h e = (W/m 2 K) ε h = = ,,,,, 837 = i 0, 837 0, 837 8,04 (W/m 2 K) Dalla tabella 5, per una intercapedine d aria di 9 mm con lastre non trattate, si ricava il valore della resistenza termica dell intercapedine R s, pari a 0,15 m 2 /K W. Inserendo i valori di progetto nella (5) si ottiene che: 1 1 U v = + ( 1 0, 004) + ( 1 0, 006) + 015, + 8, 04 1 = 3,08 W/m 2 K La superficie del telaio A t è uguale a (A - A f ) = 0,6 m 2. La trasmittanza termica del telaio U t (vedi tabella 6) è di 2,0 W/m 2 K. La trasmittanza termica media del componente finestrato (vetro più telaio) è calcolabile applicando la (4) dalla quale risulta che: 1, 65 3, , 6 2, 0 U s = = 1, , 6 2,79 W/m 2 K La presenza di tapparelle o di schermi esterni abbassati riduce la trasmittanza termica del serramento che può essere calcolata con la (7), noto il valore di R. Dalla tabella 7 essa risulta pari a 0,22 m 2 K/W, quindi: 1 1 U fs = + 0, 22 = 1,52 W/m 2 K 2, 79

12 Calcolo dei carichi termici invernali 12 2 Calcolo della temperatura nei locali non riscaldati Per calcolare il flusso di calore da un locale riscaldato ad uno adiacente non riscaldato è necessario determinare la temperatura dell aria di quest ultimo; la norma UNI 7357 propone una serie di situazioni di riferimento che consentono di risolvere il problema senza ricorrere ad elaborazioni complesse e spesso poco affidabili (tabella 8). Descrizione dei locali Temp. Correzione da apportare ( C) se t i C se t e -5 C Cantine con serramenti aperti -2 (t i - ). 0,1 (t e + 5). 0,9 Cantine con serramenti chiusi 5 (t i - ). 0,4 (t e + 5). 0,6 Sottotetti non plafonati con tegole non sigillate esterna Sottotetti non plafonati con tegole ben sigillate -2 (t i - ). 0,1 (t e + 5). 0,9 Sottotetti plafonati 0 (t i - ). 0,2 (t e + 5). 0,8 Locali con 3 pareti esterne provviste di finestre 0 (t i - ). 0,2 (t e + 5). 0,8 Locali con 3 pareti esterne di cui 1 con finestra o 5 (t i - ). 0,4 (t e + 5). 0,6 con 2 pareti esterne entrambe con finestre Locali con 3 pareti esterne senza finestre (t i - ). 0,5 (t e + 5). 0,5 Locali con 2 pareti esterne senza finestre 12 (t i - ). 0,6 (t e + 5). 0,4 Locali con 1 parete esterna provvista di finestre 13 (t i - ). 0,6 (t e + 5). 0,4 Locali con 1 parete esterna senza finestre 15 (t i - ). 0,7 (t e + 5). 0,3 Appartamenti vicini non riscaldati: sottotetto 2 (t i - ). 0,3 (t e + 5). 0,7 ai piani intermedi 7 (t i - ). 0,5 (t e + 5). 0,5 al piano più basso 5 (t i - ). 0,4 (t e + 5). 0,6 Gabbie scala con parete esterna e finestre ad ogni piano porta d ingresso al piano terra chiusa: al piano terra 2 (t i - ). 0,3 (t e + 5). 0,7 ai piani sovrastanti 7 (t i - ). 0,5 (t e + 5). 0,5 Ai piani sovrastanti con porta aperta al piano terra -2 (t i - ). 0,5 (t e + 5). 0,9 ai piani sovrastanti 2 (t i - ). 0,3 (t e + 5). 0,7 Tab. 8 Temperatura indicativa di locali non riscaldati 3 I ponti termici La discontinuità e le giunzioni negli elementi strutturali di un edificio provocano modifiche al flusso termico monodimensionale; si dice che siamo in presenza di ponti termici. In generale si ha un ponte termico in corrispondenza di un nodo tra elementi aventi coefficienti di trasmissione diversi e più precisamente: nelle zone d'angolo tra due pareti esterne;

13 Calcolo dei carichi termici invernali 13 quando entro una struttura sono inseriti elementi strutturali a più alta conduttività termica; tra muro esterno e pavimento; in corrispondenza di serramenti. I ponti termici sono causa di due effetti importanti: 1) diminuzione della temperatura superficiale interna in corrispondenza della discontinuità; 2) aumento del flusso termico. In prossimità del ponte termico le isoterme hanno un andamento del tipo rappresentato in figura 3. Se ragioni costruttive comportano disomogeneità di comportamento termico lungo le strutture perimetrali, occorre garantire che la temperatura superficiale interna, in corrispondenza di un ponte termico, non scenda al di sotto della temperatura di rugiada dell'aria per evitare fenomeni di condensazione. Il rimedio più efficace consiste nell isolare termicamente, e quindi ridurre il flusso di calore in corrispondenza del ponte termico. Fig. 3 Rappresentazione grafica delle temperature in corrispondenza di un ponte termico (soletta / parete esterna) Nelle strutture edilizie i ponti termici possono essere di forma e di struttura (Fig. 4). I ponti termici di forma si verificano, ad esempio, quando due pareti esterne formano un angolo. I ponti termici di struttura si localizzano in corrispondenza di discontinuità causate dall inserimento di elementi aventi caratteristiche termiche diverse nella struttura perimetrale.

14 Calcolo dei carichi termici invernali 14 La sovrapposizione di un ponte termico di forma ad un ponte termico di struttura (ad esempio un pilastro in posizione d angolo) esalta l effetto negativo. PONTE TERMICO DI FORMA PONTE TERMICO DI STRUTTURA Fig. 4 Schema di due ponti termici: uno di forma (angolo tra due pareti di uguali caratteristiche) ed uno di struttura (discontinuità per la presenza, ad esempio, di un pilastro) Nella figura 5 sono schematizzati alcuni esempi di ponte termico e gli interventi correttivi per ridurre o annullare l effetto. Il calcolo del flusso di calore del ponte termico può essere effettuato con la procedura della norma UNI 7357, che introduce il coefficiente di trasmissione lineica Ψ (W/m K). Determinato il valore di Ψ, il flusso di calore attraverso il ponte termico viene calcolato moltiplicando il coefficiente lineico per la lunghezza del ponte termico. Il flusso di calore attraverso una parete, con differenza di temperatura di 1 C, è dato dalla relazione: Qtot = ( U A) + ( ψ L) (8) U trasmittanza termica della parete (W/m 2 K) A area della parete (m 2 ) Ψ trasmittanza lineare (W/m K) L lunghezza di ogni giunto. Il secondo termine della (8) tiene conto della presenza dei ponti termici.

15 Calcolo dei carichi termici invernali 15 GIUNTO FRA DUE MURI D ANGOLO Soluzione errata Soluzione corretta Soluzione corretta PARETE ISOLATA CON PILASTRO Soluzione errata Soluzione corretta Soluzione corretta GIUNTO MURO ESTERNO MURO INTERNO Soluzione errata Soluzione corretta Soluzione corretta Fig. 5 Esempi di ponti termici con interventi correttivi (continua)

16 Calcolo dei carichi termici invernali 16 MENSOLA SPORGENTE Soluzione errata Soluzione corretta Soluzione corretta GIUNTO MURO SERRAMENTO Soluzione errata Soluzione corretta Soluzione corretta Fig. 5 Esempi di ponti termici con interventi correttivi (fine) Nel caso di angolo fra due pareti (figura 6) la potenza termica dispersa potenza termica dispersa Q tot si può scrivere: Q tot = U 1 A 1 t + U 2 A 2 t + 2 ψ L t (9) U 1 e U 2 trasmittanze delle due pareti (W/m 2 K) A 1 e A 2 superfici delle due pareti (m 2 ) t differenza tra la temperatura interna e quella esterna (K) ψ coefficiente lineico (W/m K). Nei calcoli correnti, tuttavia, la trasmissione di calore attraverso i ponti termici viene calcolata separatamente dalla trasmissione di calore attraverso le strutture piane. In figura 7 sono riportate le formule semplificate per calcolare il coefficiente lineico nei casi più comuni. A1 A 2 Fig. 6 Angolo fra due pareti

17 Calcolo dei carichi termici invernali 17 ANGOLO DI DUE PARETI (Isolamento ripartito nelle pareti) SCHEMA FORMULA ψ = 0, 2 U s U = trasmittanza unitaria della parete (W/m 2 K) s = spessore della parete (m) s ANGOLO DI DUE PARETI (Pilastro d angolo in calcestruzzo) SCHEMA N.B. Se le due pareti sono uguali si considerano U ed s come valori medi aritmetici FORMULA ψ = 0, 45 s s = media aritmetica degli spessori delle due pareti (m) S ANGOLO DI DUE PARETI (Isolamento sul lato interno) SCHEMA FORMULA ψ 0 Fig. 7 Formule per la determinazione del coefficiente lineico (continua)

18 Calcolo dei carichi termici invernali 18 ANGOLO DI DUE PARETI (Isolamento sul lato esterno) SCHEMA FORMULA ψ = 0, 6 U s U = trasmittanza unitaria della parete (W/m 2 K) s = spessore della parete senza isolamento (m) S PARETE ISOLATA CON PILASTRO (Con interruzione di isolamento) SCHEMA FORMULA L s e s i ψ = U L + ( U U0 ) f ( y) f ( y) = 0, 26y 2 + 0, 31y + 0, 02 con y = s i / ( s i + s ) e U = trasmittanza unitaria della parete non isolata (W/m 2 K) U 0 = trasmittanza unitaria della parete isolata (W/m 2 K) L = larghezza del tratto non isolato (m) PARETE ISOLATA CON PILASTRO (Senza interruzione di isolamento) SCHEMA FORMULA ψ 0 Fig. 7 Formule per la determinazione del coefficiente lineico (continua)

19 Calcolo dei carichi termici invernali 19 GIUNTO MURO ESTERNO CON MURO INTERNO (Parete esterna a isolamento ripartito) SCHEMA FORMULA ψ = 0, 4 U s S U = trasmittanza unitaria della parete fittizia posta in corrispondenza della parete interna e delimitata dai tratti tratteggiati (W/m 2 K) s = spessore della parete interna (m) K GIUNTO MURO ESTERNO CON MURO INTERNO (Parete isolata esternamente) SCHEMA FORMULA ψ 0 GIUNTO MURO ESTERNO CON MURO INTERNO (Parete esterna con isolamento interrotto) SCHEMA FORMULA s e e si e L ψ = 0, 4 U L + 0, 4 ( U U0) f ( y ) f ( y) = 0, 26y 2 + 0, 31y + 0, 02 con y = s i / ( s i + s ) e U = trasmittanza unitaria della parete non isolata (W/m 2 K) U 0 = trasmittanza unitaria della parete isolata (W/m 2 K) L = larghezza del tratto non isolato (m) Fig. 7 Formule per la determinazione del coefficiente lineico (continua)

20 Calcolo dei carichi termici invernali GIUNTO MURO ESTERNO SERRAMENTO SCHEMA FORMULA ψ 0 GIUNTO MURO ESTERNO SERRAM ENTO SCHEMA FORMULA S ψ = 0, 6 U s U = trasmittanza unitaria della parete isolata (W/m 2 K) s = spessore della parete senza isolamento (m) S GIUNTO MURO ESTERNO SERRAMENTO SCHEMA FORMULA S ψ = 0, 6 s 0, 06 + Rm S Rm = resistenza termica specifica della parete di muro non isolata (m 2 K/W) s = spessore della parete senza isolamento (m) Fig. 7 Formule per la determinazione del coefficiente lineico (fine)

21 Calcolo dei carichi termici invernali 21 4 Le dispersioni termiche dovute alla ventilazione Per garantire le caratteristiche qualitative dell aria all interno di un ambiente abitato è necessario assicurare adeguati ricambi in relazione alla destinazione d uso del locale considerato ed inoltre si deve tener conto che l involucro di un edificio non è impermeabile all aria ma è attraversato da non trascurabili portate d aria che danno significativi contributi al bilancio di energia. È comune adottare una tecnica progettuale che consiste nell imporre a priori nei calcoli di progetto una portata d aria proveniente dall esterno, che viene normalmente espressa nell unità non corrente numero dei ricambi all ora del volume ambiente (n). Questo metodo non si preoccupa di correlare il fenomeno delle infiltrazioni d aria attraverso l involucro e della ventilazione naturale al microclima interno ed esterno, ma è molto utile se si vuole imporre un limite al ricambio d aria per motivi di risparmio energetico e per garantire il comfort interno. Dal punto di vista del fabbisogno energetico nel periodo invernale, l aria di rinnovo immessa nel locale da un impianto di ventilazione o per infiltrazione e ventilazione naturale deve essere riscaldata dalla temperatura esterna fino alla temperatura operante all interno del locale. La quantità di calore necessario per riscaldare l'aria esterna è data da: Q V = n V c sv (t int - t est ) () n numero dei ricambi all ora (1/h) V volume dell ambiente (m 3 ) c sv calore specifico dell'aria (convenzionalmente assunto pari a 0,35 Wh/m 3 K) t int - t est differenza tra la temperatura interna e quella esterna (K). Il valore di n varia in funzione delle attività svolte all'interno del locale e comunque è proporzionale all'affollamento. Nel caso di edifici residenziali, ad esempio, n è di solito uguale a 0,5 ad eccezione di alcuni locali dove la ventilazione deve essere superiore (bagno n=2, cucine n= 1). Nella tabella 9 sono riportati i valori dei ricambi d aria n da prevedere per alcune destinazioni d uso. Per alcune utenze (locali particolarmente affollati) il calcolo del ricambio d aria basato sul valore di n, e quindi proporzionale al volume, può essere insufficiente per garantire la corretta ventilazione. Sempre nella tabella sono indicati i valori minimi delle portate d aria per persona, espresse in l/s, che comunque devono essere garantite.

22 Calcolo dei carichi termici invernali 22 DESTINAZIONE D USO DEI LOCALI Ricambi d aria n (vol. amb./ora) Portate minime (l/s persona) Edifici residenziali 0,5 7,5 Uffici 1,5 2,5 Edifici commerciali Bar Ristoranti 1 2 Alberghi 0,5 1 8 Asili nido e scuole materne 2,5 8 Scuole elementari 2,5 8 Scuole medie inferiori 3,5 8 Scuole medie superiori 5 8 Università 5 8 Ospedali - degenze in genere 2 13 Ospedali - degenze bambini 3 13 Ospedali - reparti diagnostica 6 8 Ospedali - sale operatorie Teatri e cinematografi - 8 Tab. 9 Valori dei ricambi d aria n e delle portate minime di ventilazione per alcune utenze 5 Le maggiorazioni da apportare alle dispersioni termiche Per la definizione del fabbisogno termico di un edificio la norma UNI 7357 prevede delle maggiorazioni di cui si deve tener conto nel calcolo delle dispersioni, precisamente quelle dovute all esposizione e all intermittenza del funzionamento. 5.1 Correzioni per esposizione Tengono conto dell irraggiamento solare diretto, del diverso grado di umidità delle pareti e della diversa velocità e temperatura dei venti. I valori proposti dalla norma, espressi come percento di maggiorazione, sono riportati nella tabella 11 e vengono applicati alle dispersioni per conduzione attraverso le strutture ed alle dispersioni dovute ai ponti termici. S SO O NO N NE E SE - 2 5% 5 % 15% 15 % 15 % 15% 5 % Tab. Maggiorazioni da applicare alle dispersioni termiche in funzione degli orientamenti delle strutture disperdenti

23 Calcolo dei carichi termici invernali Maggiorazioni dovute all intermittenza del funzionamento Un fattore correttivo da prevedere nel calcolo delle dispersioni termiche globali dell edificio è quello dovuto all'attenuazione notturna del riscaldamento o al funzionamento ad intermittenza dell'impianto. I valori relativi alle maggiorazioni percentuali sono riportati in tabella 11 e si applicano alla somma globale delle dispersioni, comprese quelle per ventilazione. Funzionamento Impianti ad aria calda Impianti a radiatori Impianti a pannelli Continuo con attenuazione notturna Con utilizzo giornaliero di ore 15 8 Con utilizzo giornaliero di ore 12 Con utilizzo giornaliero di 8-12 ore Con utilizzo giornaliero di 6-8 ore Con utilizzo giornaliero di 4-6 ore 35 Tab. 11 Aumento percentuale da apportare alla potenzialità termica in funzione del tipo di impianto

24 Calcolo dei carichi termici invernali 24 Appendice 1 Moduli per il calcolo

25 Calcolo dei carichi termici invernali TIPO DI STRUTTURA N. DESCRIZIONE STRATO (dall interno verso l esterno) s [m] λ [W/mK] C [W/m 2 K] ρ [kg/m 3 ] R [m 2 /K W] Resistenza termica di ammissione (1/hi) Resistenza termica di emissione (1/he) Resistenza termica totale (Σ R) (m 2 K/W) Trasmittanza unitaria K (W/m 2 K) SCHEMA DELLA STRUTTURA

26 Calcolo dei carichi termici invernali 26 MODULO PER IL CALCOLO DELLE DISPERSIONI TERMICHE Ambiente N. Destinazione d uso ti ( C) t e ( C) A - Potenza dispersa per il rinnovo dell aria (Q v ) N ricambi d aria (vol./ora) Volume netto (m 3 ) Qv (W) B - Potenza dispersa attraverso le superfici (Qd) N. Descrizione U (W/m 2 K) S (m 2 ) t ( C) Or M (%) Qd (W) C - Potenza dispersa attraverso i ponti termici (Q pt ) N. Descrizione Ψ L t (W/mK) (m) ( C) ΣQd Or (W) M (%) Qpt (W) ΣQpt (W) D - Riepilogo dispersioni e calcolo potenza termica Qv (W) Qd (W) Qpt (W) ΣQ(v,d,pt) (W) Magg. (%) Q totale (W)

27 Calcolo dei carichi termici invernali 27 Appendice 2 - Caratteristiche dei radiatori

28 Calcolo dei carichi termici invernali 28

29 Calcolo dei carichi termici invernali 29 Appendice 3 - Caratteristiche termofisiche dei materiali (Fonte: UNI 351/94)

30 Calcolo dei carichi termici invernali 30 Materiale ρ (kg/m 3 ) δa 12 (kg/mspa) δu 12 (kg/mspa) λm (W/mK) m % λ (W/mK) Materiale ρ (kg/m 3 ) δa 12 (kg/mspa) δu 12 (kg/mspa) λm (W/mK) m % λ (W/mK) Aria in quiete aria a 293 K 1, ,026 Calcestruzzo a struttura chiusa calcestruzzo confezionato con aggregati naturali (valori di calcolo per pareti esterne e interne protette) calcestruzzo di argille espanse (conduttività di riferimento relativa a materiale secco) Calcestruzzo a struttura aperta calcestruzzo di argille espanse (conduttività di riferimento relativa a materiale secco) calcestruzzo cellulare da autoclave (valori di calcolo per pareti interne o esterne protette) calcestruzzo di inerti espansi di origine vulcanica (valori orientativi di calcolo per pareti interne o esterne protette) calcestruzzo di inerti espansi di origine vulcanica (valori orientativi di calcolo per pareti interne o esterne protette) ,3-2,6 1,3-2,6 1,3-2,6 1,3-2,6 1,3-2,6 1,3-2,6 1,3-2,6 1,3-2,6 1,3-2,6 1,3-2,6 1,3-2,6 1,8-2,4 1,8-2,4 1,8-2,4 1,8-2,4 1,8-2,4 1,8-2,4 1,8-2,4 1,8-2,4 1,8-2,4 1,8-2,4 1,8-2, ,01 1,29 1,66 0, 0,29 0,33 0,37 0,42 0,47 0,54 0,63 0,14 0,16 0,18 0, 0,22 0, 0,12 0,14 0,15 0,17 0, 0,90 0, ,16 1,48 1,91 0,31 0,35 0,39 0,44 0,50 0,57 0,65 0,75 0,16 0,18 0,21 0,24 0,27 0,31 0,15 0,17 0,19 0,22 0, 0,38 0,47 0,58 0,13 0,13 calcestruzzo in genere in mancanza di ulteriori informazioni (valori di calcolo per pareti interne o esterne protette) ,19 0,22 0,24 0,27 0,30 0,34 0,38 0,42 0,47 0,52 0,58 0,65 0,73 0,83 0,93 1,06 Carta, cartone e derivati carta e cartone ,18 cartone bitumato 1, ,23 cartongesso in lastre 900 0,21 cartone ondulato 0 0,065 Fibre di vetro feltri resinati pannelli semirigidi ,048 0,044 0,042 0,042 0,039 0,036 0,053 0,048 0,046 0,046 0,043 0,040 pannelli rigidi 0 0,035 0,038

31 Calcolo dei carichi termici invernali 31 Materiale ρ (kg/m 3 ) δa 12 (kg/mspa) δu 12 (kg/mspa) λm (W/mK) m % λ (W/mK) Materiale ρ (kg/m 3 ) δa 12 (kg/mspa) δu 12 (kg/mspa) λm (W/mK) m % λ (W/mK) Fibre minerali ottenute da rocce feldspatiche feltri resinati 30 0,041 0,045 pannelli semirigidi pannelli rigidi ,040 0,038 0,036 0,035 0,034 0,034 0,044 0,042 0,040 0,039 0,038 0,038 pannelli di fibre orientate 0 0,044 0,048 Fibre minerali ottenute da rocce basaltiche feltri trapuntati ,037 0,037 0,038 0,044 0,044 0,045 Fibre minerali ottenute da loppe di altoforno feltri 40 0,049 0,054 pannelli rigidi e semirigidi Intonaci e malte malte di gesso per intonaci o in pannelli con inerti di vario tipo ,049 0,044 0,042 0,042 0,044 0,054 0,048 0,046 0,046 0,048 0,29 0,35 0,41 0,47 0,58 intonaco di gesso puro ,35 intonaco di calce e gesso ,70 intonaco di calce o di calce e cemento ,90 malta di cemento ,40 Laterizi mattoni pieni, forati, leggeri, mattoni ad alta resistenza meccanica ,13 0,18 0,24 0,32 0,40 0,50 0,63 0, , 0,30 0,36 0,43 0,50 0,59 0,72 0,90 Legnami abete 450 0,3 0,9 0, 0,12 pino 550 4,5 4,5 0,12 0,15 acero 7 4,5 4,5 0,15 0,18 quercia 850 4,5 4,5 0,18 0,22 Materiali per impermeabilizzazioni asfalto 2.0 0,70 asfalto con sabbia ,15 bitume 1.0 0,17 bitume con sabbia ,26 cartone catramato ,50 fogli di materiale sintetico 1.0 0,01 0,14 0,01 0,14 0,23 Materiali sfusi e di riempimento argilla espansa in granuli ,080 0,090 0, ,090 0, 0,12 fibre di cellulosa 32 0, ,058 perlite espansa in granuli 0 0,055 0,066 polistirolo espanso in granuli 15 0,045 0,054 pomice naturale 400 0,080 scorie espanse 600 0,13 vermiculite espansa in granuli ,064 0,068 0,077 0,082

32 Calcolo dei carichi termici invernali 32 Materiale ρ (kg/m 3 ) δa 12 (kg/mspa) δu 12 (kg/mspa) λm (W/mK) m % λ (W/mK) Materiale ρ (kg/m 3 ) δa 12 (kg/mspa) δu 12 (kg/mspa) λm (W/mK) m % λ (W/mK) ciotoli e pietre frantumate , ,70 ghiaia grossa senza argilla ,60 0 1, sabbia secca , ,60 Materie plastiche cellulari cloruro di polivinile espanso rigido in lastre ,5 1 0, ,032 0,035 0,039 0,041 polietilene espanso estruso in continuo non reticolato ,042 0,050 0,050 0,060 polietilene espanso estruso in continuo reticolato ,040 0,048 0,048 0,058 polistirene espanso sinterizzato 15 3,6 9 3,9 9 0,041 0,045 polistirene espanso sinterizzato in lastre ricavate da blocchi UNI7891 2,5 6 2,5 6 2,5 6 2,5 6 polistirene espanso sinterizzato in lastre ricavato da blocchi polistirene espanso in lastre stampate 30 polistirene espanso estruso con pelle polistirene espanso estruso senza pelle poliuretano in lastre ricavate da blocchi ,8 4,5 3,6 9 2,5 6 1,8 4,5 1,8 4,5 3,6 9 2,5 6 1,8 4,5 0,037 0,036 0,036 0,051 0,043 0,040 0,039 0,038 0,036 0,035 0,035 0,031 0,030 0,037 0,028 0,031 0,023 0,022 0, ,041 0,040 0,040 0,059 0,047 0,044 0,042 0,042 0,040 0,039 0,039 0,036 0,035 0,041 0,034 0,034 0,032 0,032 0,032 0,6 2,2 0,6 2,2 0,6 2,2 0,6 2, poliuretani espansi in situ 37 1,8 6 1,8 6 0, ,035 resine fenoliche in lastre resine ureiche espanse in situ ,6 6 3,6 6 3, ,6 6 3,6 6 3, ,034 0,037 0,037 0,038 0,036 0,034 0, ,041 0,044 0,046 0,057 0,054 0,051 0,048 Materie plastiche compatte acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS) ,28 polimetilmetalcrilato (PMMA) 1.0 0,18 poliammide (PA) 1.0 0,30 policarbonato (PC) 1. 0,23 policloruro di vinile (PVC) ,16 Metalli acciaio acciaio inossidabile alluminio leghe di alluminio ferro ghisa rame piombo Pannelli e lastre varie lastra a base di perlite espansa ,059 0,071 pannelli di fibre di legno duri ed etraduri pannelli di lana di legno con leganti inorganici pannelli di spaccato di legno con leganti inorganici ,6 2,6 2, ,6 2,6 2, ,1 0,130 0, 0,071 0,076 0,081 0,091 0,09 0,11 0, ,14 0,16 0,18 0,085 0,091 0,097 0,011 0,12 0,14 0,16

33 Calcolo dei carichi termici invernali 33 Materiale ρ (kg/m 3 ) δa 12 (kg/mspa) δu 12 (kg/mspa) λm (W/mK) m % λ (W/mK) Porcellana piastrelle ,0 Rocce naturali ardesia calcare ,5 1,6 2,9 3,5 granito ,2 4,1 marmo tufo ,63 1,7 Vetro cellulare espanso ,050 0,055 0,060 0,055 0,060 0,066 da finestre ,0