QUADERNO TECNICO N.3

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1 AFONTERMO RASANTE TERMICO RIFLETTENTE EFFICACIA - EFFICIENZA LA MANIERA PIU SEMPLICE DI ISOLARE TERMICAMENTE QUADERNO TECNICO N.3 CONDENSA SUPERFICIALE E INTERSTIZIALE 1 PARTE AFON CASA COLLABORAZIONE SCIENTIFICA CON: CNR DI PISA 0

2 1 Premessa La diffusione del vapore attraverso elementi opachi edilizi, deve poter avvenire nei due versi, dall interno verso l esterno nel periodo invernale, viceversa nel periodo estivo. E indispensabile, che i prodotti impiegati siano dotati di buona permeabilità al vapore, atte a consentire il normale e diffuso trasporto dello stesso. Il fenomeno igroscopico, pur essendo strettamente connesso a quello termico, presenta uno sviluppo temporale molto più lento, paragonabile a mesi o addirittura stagioni, rispetto a quello termico caratterizzato da archi temporali di ore, o al massimo qualche giorno. La quantità di vapore trasmessa, è funzione della permeabilità e dello spessore dei vari strati costituenti i componenti edilizi. Maggiore sarà lo spessore del componente, minore sarà la quantità di flusso di vapore trasmessa, fermo restando la traspirabilità dei materiali impiegati nella stratigrafia. Ciascun materiale all interno del componente è caratterizzato da una resistenza al vapore µ, dalla permeabilità δ, dallo spessore d. Tralasciando il parametro geometrico, gli altri due parametri sono tra loro connessi, e rappresentano: - δ (kg/ m s Pa): rappresenta la quantità di vapore che attraversa una parete piana di superficie unitaria e spessore unitario, per effetto di una differenza di pressione di 1 Pa. -µ: è il rapporto tra la permeabilità dell aria e la permeabilità del materiale (> 1). Indica quanto la resistenza al passaggio del vapore di un certo materiale è superiore a quella dell aria a parità di spessore e temperatura. Quante volte il materiale specifico è più resistente dell aria. = 0 Permeabilità al vapore dell aria Permeabilità al vapore del mezzo Lo spessore che, solitamente si considera è quello equivalente, ottenuto dal prodotto della resistenza al vapore µ e lo spessore reale del materiale (µ d in metri). Lo spessore µ d, è pari a quello dello strato di aria equivalente, che oppone una resistenza uguale a quella del prodotto specifico. Il valore µ d di ciascuno strato impiegato nell elemento edilizio, diventa così indicatore del comportamento dello stesso nei confronti del passaggio di vapore. 2 Diffusione del vapore - ipotesi di calcolo L ipotesi di calcolo Il trasporto di umidità sia dovuto solamente alla diffusione del vapore Nella realtà Il trasporto di umidità può avvenire per risalita dal basso, da precipitazioni meteoriche, assorbimento capillare nella materia con conseguente trasporto d acqua. 1

3 Dall ipotesi di partenza, e da ulteriori condizioni al contorno (descritte nel seguito), il moto che descrive la diffusione del vapore acqueo è di tipo monodimensionale, ed il legame matematico che lega tra loro i vari parametri in gioco è analogo a quello della trasmissione di calore: G A =g=m p Il flusso di vapore ha origine dalla differenza di pressione parziale del vapore: g flusso di vapore specifico, M permeanza della parete; capacità di far passare vapore, p differenza di pressione tra interno ed esterno (Pi-Pe) Le analogie: M è paragonabile alla conduttanza termica, p è paragonabile alla differenza di temperatura 2.1 Concetto di umidità relativa L aria ha la capacità di immagazzinare una certa quantità d acqua sotto forma di vapore, fino alla temperatura di -40 C. Ovviamente tale quantità dipende dalla temperatura, ed aumenta all aumentare della stessa. Al raggiungimento della massima quantità d acqua sotto forma di vapore nell aria ad una data temperatura, corrisponde una pressione del vapore detta di saturazione, ergo la massima ammissibile a quella temperatura. In condizioni ordinarie, nell aria è contenuta soltanto una frazione del quantitativo di saturazione che, espresso in percentuale, definisce l umidità relativa UR. Nota UR e la pressione di saturazione ad una certa temperatura, è possibile determinare la pressione parziale di vapore: Pv = Pv,sat (θ) x UR L UR, è un parametro fondamentale nella verifica igrometrica. Il valore di progetto della stessa, deve essere valutato attentamente, e prossimo alle condizioni reali del generico caso studio. 2.2 Il fenomeno Termoigrometrico 1 Condizione al contorno 2 e 3 Condizione al contorno La differenza di temperatura, quindi di pressione tra due ambienti, genera oltre che un flusso termico, un flusso di vapore con trasporto di umidità (ipotesi semplificativa). Quindi nello spessore della parete avviene un decremento di temperatura (da Ti a Te), oltre che diffusione di vapore acqueo. Il diagramma delle temperature corrisponde a tante isoterme parallele, ovvero il generico punto del diagramma, indica la temperatura che ha la parete lungo tutta l altezza della stessa. Ad ogni isoterma corrisponde una condizione di saturazione, quindi un valore della 2

4 pressione di saturazione. Affinché non si abbia quantitativo di condensato, le pressioni di saturazione devono essere superiori a quelle parziali. Ciò non basta ad esaurire l esame termoigrometrico della parete: la condensa potrebbe avvenire sulla superficie interna della parete. 4 Condizione al contorno Affinché ciò non avvenga, è necessario che la temperatura interna della parete (θpi), abbia un valore superiore alla temperatura di rugiada (θr), in corrispondenza della quale si ha il passaggio da frazione di vapore contenuta nell aria, alla condizione di saturazione, con conseguente formazione di muffa. 3 Condensa superficiale ESEMPIO di calcolo con AFONTERMO Due tipologie di Approccio: 1 - Calcolo della temperatura superficiale interna con limite superiore di umidità relativa critica φ si,cr = 0,8 UNI EN ISO 13788; 2 Calcolo della temperatura superficiale interna con limite inferiore di temperatura al di sotto della quale avviene il fenomeno (θr). Condizione al contorno UR. interna θ interna θ rugiada Step N.1 Dati climatici della località_ Archivio delle temperature medie mensili esterne. Step N.2 Temperature interne degli ambienti: Per edifici destinati ad abitazione e simili, in assenza di più specifiche informazioni, si adottano i seguenti valori di temperatura interna: θi = 20 C per l intero mese, nei mesi (o frazione di mese) in cui è in funzione l impianto di riscaldamento (periodo legale di riscaldamento DPR 412/93) (a); θi = 18 C nei mesi in cui l impianto di riscaldamento non è in funzione per l intero mese (fuori dal periodo legale di riscaldamento), ma la temperatura esterna media mensile è < 18 C (b); θi = θe nei mesi in cui la temperatura esterna media mensile è 18 C (c). E necessario distinguere due situazioni: -AFONTERMO applicato all interno. In questo caso l azione di riflessione è di tipo diretta, quindi è necessario assumere un valore di temperatura superficiale della parete, conseguenza dell 80% del flusso termico specifico riflesso. Quest ultimo è già ricompreso nel valore di λ eq = 0, W/m K del materiale. -AFONTERMO applicato all esterno. In questo caso l azione di riflessione è di tipo indiretta, quindi è necessario assumere un valore di temperatura superficiale della parete, conseguenza della minore capacità di riflettanza, dovuta 3

5 altrimenti all interfaccia a contatto con altro materiale. Quest ultimo è già ricompreso nel valore di λ eq = 0,0029 W/m K del materiale. I risultati suddetti inerenti il comportamento del materiale, sono il frutto di un lungo monitoraggio in opera del materiale, basato sull effettiva energia primaria spesa, di immobili ritenuti casi limite per gli ingerenti costi sostenuti per il riscaldamento. Il materiale riflette l 80% in corrispondenza della superficie definita libera, ovvero a contatto con l aria. Il contatto con altri solidi non inficia il valore di riflettanza, ma a seconda della posizione (interno od esterno) cambia la giacitura su cui incide l onda elettromagnetica. Pertanto se posto all interno, si ottengono eccellenti risultati in termini di risparmio energetico di riscaldamento con buon risultato in regime estivo, se posto all esterno si ottengono risultati eccellenti in termini di sfasamento e attenuazione dell onda elettromagnetica e buoni risultati nel periodo invernale. Se posto all interno e all esterno il risultato diviene eccellente, sia in inverno che in estate. Approccio 1 Località - Generica Mese - Gennaio θe (-5 C) θi (20 C) UR int. (65%) UR est. (90%) Condizione (a) Pi = Pv,sat (θi) x UR int. = 2337 Pa x 0,65 = 1519,05 Pa Pe = Pv,sat (θe) x UR est. = 402 Pa x 0,90 = 361,80 Pa Limite di UR. Superficiale critica UR. si,cr pari a 80%: Pv,sat (θsi) = Pi / UR.si,cr = 1519,05 Pa / 0,8 = 1898,81 Pa θsi,min = Calcolo del fattore di temperatura max: f R, max = (θsi,min - θe) / (θi θe) = 0,872 = 16,81 C Calcolo della temperatura della parete interna (θpi): Valore minimo imposto dalle condizioni igrometriche Fattore di temperatura al di sotto del quale si ha condensa Strati d (m) λ (W/mK) µ δ* (kg/(m h Pa)) AFON TERMO 0,006 0, ,0 134,0 Intonaco interno 0,02 0,9 10,0 67,0 Mattoni pieni 0,3 0,72 20,0 33,5 Intonaco esterno 0,02 0,9 10,0 67,0 0,346 Rtot = 0,13 + Σ di /λi + 0,04 = 7,15 mq K/W 4

6 U = 1/Rtot = 0,139 W/mq K Calcolo del flusso specifico di calore: q = θ / Rt = 25 / 7,15 = 3,496 W/mq Temperatura della parete interna: θpi = θi q* 0,13 = 19,54 C > 16,81 All aumentare dell UR interna aumenta θsi,min, di conseguenza è maggiore la domanda in termini di grado di isolamento. Il vantaggio di un materiale riflettente, è quello di attribuire al componente un elevatissima resistenza termica, tale da evidenziare valori del flusso specifico di calore molto modesti. Il materiale inoltre è igroscopico per natura, non subisce deterioramento, anzi interagisce con l umidità in maniera reversibile, senza danneggiare la propria struttura regolare cristallina. L assorbimento di acqua dall ambiente continuo e reversibile, modifica in ogni istante le condizioni igrometriche dell ambiente. Il prodotto difatti è naturale e anallergico, ed il suo comportamento è paragonabile a quello di altri materiali naturali come ad esempio il legno, o addirittura al corpo umano. E consigliabile l applicazione del materiale all interno, in virtù della sua collaborazione con l umidità; per questo è definito anticondensa. 5

7 Approccio 2 Fermo restando la θpi, è necessario calcolare la θr mediante il diagramma di Mollier (dell aria umida). Tale diagramma rappresenta le trasformazioni dell aria umida. a) Umidità Relativa: La quantità di vapore che può essere contenuto in 1 kg di aria secca non è illimitato. La massima quantità corrispondente alle condizioni di saturazione identifica l unità, mentre le quantità parziali rappresentano le effettive condizioni igrometriche. L U.R. è un fattore di scala delle condizioni ambientali. Nel diagramma di Mollier: ad ogni isoterma corrispondo diversi valori di U.R. C D E F B A A θ = 20 C, U.R. = 10% B θ = 20 C, U.R. = 30% C θ = 20 C, U.R. = 80% b)temperatura a bulbo secco: L umidità relativa è strettamente connessa alla temperatura di bulbo secco. A parità di grammi di vapore acqueo contenuti nel kg di aria secca, l U.R. aumenta al diminuire della temperatura: minore è la temperatura dell aria, minore è la miscibilità del vapore acqueo nell aria stessa. D θ = 15 C, U.R. = 70% E θ = 24,5 C, U.R. = 40% F θ = 32 C, U.R. = 25% c)temperatura a bulbo umido: La temperatura a bulbo umido è determinata mediante termometro il cui bulbo è tenuto avvolto in una garza imbevuta d acqua. A contatto con l aria, l acqua della garza evapora sottraendo calore al mercurio del termometro, fino alla condizione di equilibrio, che rappresenterebbe la temperatura di quell ambiente con un dato tasso di U.R. 6

8 La temperatura a bulbo umido (Tbu) chiaramente minore di quella a bulbo secco (Tbs). Le due temperature coindono soltanto in caso di U.R. 100%. G θ = 20 C, U.R. = 60% G Tbu = 15 C d)temperatura di rugiada: è la temperatura alla quale l aria raggiunge le condizioni di saturazione (U.R. = 100%): su ogni parete che si trova ad una temperatura inferiore a quella di rugiada si forma condensa. H H θ = 20 C, U.R. = 70% θr = 14 C 7

9 Fermo restando una temperatura di 20 C all interno, all aumentare della U.R. aumenta la θr. Le possibilità che si possa formare condensa sono maggiori, poiché la temperatura di rugiada si avvicina a quella interna, e diventa coincidente per U.R. = 100%. Le condizioni igrometriche di un ambiente, possono definire anche i costi dell intervento, la quantità di isolamento strettamente necessario ad aumentare la temperatura interna, quindi il maggior grado di isolamento. Ai fini della verifica risulta: θr = 13 C θpi = θi q* 0,13 = 19,54 C > 13 C Se invece volessi considerare quale condizione critica U.R. = 80%, si otterrebbe lo stesso limite inferiore determinato secondo l Approccio 1. L Approccio 1 è più cautelativo, poiché considera una situazione critica diversa dalla condizione effettiva, ma che sicuramente include eventuali mutamenti non favorevoli della classe di vapore. AfonTermo è in grado di garantire temperature sempre elevate della parete interna, in virtù dell elevato grado di isolamento apportato all intero componente per merito della riflettanza dell 80%, con modesto apporto di materiale, e costi contenuti. La riflessione della temperatura nei materiali isolanti, influenza anche le condizioni di regime stazionario (temperatura interna ed esterna note a priori). La riflessione è affiancata dalla bassa emissività del materiale, ne consegue che la temperatura del materiale non può coincidere con quella determinata in regime stazionario. L esercizio della riflessione permette di respingere la temperatura agente su quella superficie, per ripristinare quanto prima la temperatura propria del materiale. Questo aspetto è estremamente importante quando si trattano materiali riflettenti, che non sfruttano la presenza di camera d aria. La verifica della condensa superficiale, considera l impianto sempre accesso, trascurando il fatto che, durante le ore di spegnimento le condizioni di verifica possono cambiare più o meno velocemente, funzione dell inerzia termica dell intero involucro e della classe di vapore (UNI EN ISO 13788). Inoltre è bene ricordare che, anche le temperature considerate fisse, variano all interno del giorno, in alcuni casi anche in alcune ore. 8