Tecnica del Controllo Ambientale

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1 1 Tecnica del Controllo Ambientale Corso di laurea in ARCHITETTURA Dipartimento di Architettura e Disegno Industriale L. Vanvitelli Seconda Università degli Studi di Napoli INVOLUCRO EDILIZIO

2 TRASMISIONE DEL CALORE ATTRAVERSO PARETI OPACHE 2 RIFERIMENTO BIBLIOGRAFICO Capitolo 13 del libro: "Termodinamica e trasmissione del calore" Autore: Y. Cengel - Editore: McGraw-Hill - Quarta edizione

3 ELEMENTI DI TRASMISIONE DEL CALORE L energia può essere trasmessa in modalità calore secondo 3 meccanismi: CONDUZIONE CONVEZIONE IRRAGGIMENTO 3

4 CONDUZIONE Nella conduzione il trasferimento di energia in modalità calore avviene all'interno di corpi solidi, liquidi, o aeriformi in cui sia presente un gradiente di temperatura (senza un movimento macroscopico di materia all interno dei corpi). Oppure avviene tra corpi solidi, liquidi o aeriformi a temperatura diversa che si trovano a contatto fisico tra loro (non in moto relativo). 4

5 CONVEZIONE La convezione è il meccanismo di trasferimento di energia in modalità calore che si verifica tra due sistemi a temperature diverse posti in contatto fisico quando i due sistemi sono in moto relativo. La convezione può essere naturale (quando il moto è indotto da differenze di densità dovute a variazioni di temperatura) o forzata (quando il moto è provocato da agenti esterni quali un ventilatore, una pompa o il vento). Convezione NATURALE Convezione FORZATA 5

6 IRRAGGIAMENTO Si ha trasferimento di energia in modalità calore per irraggiamento tramite onde elettromagnetiche di lunghezza d onda compresa tra 0,1 mm e 100 mm (radiazioni termiche) emesse dalle cariche elettriche microscopiche di cui ogni corpo è costituito. Ad ogni onda elettromagnetica è associata un energia che dipende dalla temperatura del corpo emittente e dalla lunghezza d onda. 6

7 IRRAGGIAMENTO La radiazione incidente un corpo viene, generalmente, in parte riflessa, in parte assorbita e in parte trasmessa. t = 0 CORPO OPACO t 0 CORPO SEMI-TRASPARENTE 7

8 TRASMISSIONE DEL CALORE ATTRAVERO ELEMENTI OPACHI E SEMI-TRASPARENTI Il calcolo della potenza termica trasmessa attraverso elementi opachi e semi-trasparenti risulta di fondamentale importanza per determinare le dispersioni termiche dell involucro edilizio e, quindi, progettare gli impianti di condizionamento e climatizzazione. 8

9 TRASMISSIONE DEL CALORE IN PARETI OPACHE 9

10 TRASMISSIONE DEL CALORE IN PARETI OPACHE Come si calcola la potenza termica trasmessa attraverso una parete opaca??? In tutti i casi si assumeranno valide le seguenti principali ipotesi semplificative: 1) Regime stazionario 2) Flusso termico monodimensionale 3) Omogeneità spaziale delle temperature dell ambiente interno ed esterno 4) Materiali omogenei e isotropi 5) Proprietà dei materiali indipendenti dalla temperatura e dell umidità 10

11 TRASMISSIONE DEL CALORE IN PARETI OPACHE Considereremo i seguenti 3 casi: 1) PARETE OPACA MONOSTRATO 2) PARETE OPACA MULTISTRATO CON STRATI COLLEGATI IN SERIE 3) PARETE OPACA MULTISTRATO CON STRATI COLLEGATI IN PARALLELO 11

12 POTENZA TERMICA TRASMESSA T i (lato interno) T e (lato esterno) Q ie A T R Potenza termica trasmessa [W] Q ie A q è detto «flusso termico» [W/m 2 ] Superficie di scambio termico ortogonale alla direzione del flusso termico [m 2 ] Resistenza termica [(m 2 K)/W] Differenza di temperatura tra ambiente interno ed esterno [K] 12

13 POTENZA TERMICA TRASMESSA T i (lato interno) T e (lato esterno) Q ie U A T Potenza termica trasmessa [W] Q ie A q è detto «flusso termico» [W/m 2 ] Trasmittanza termica [W/(m 2 K)] Superficie di scambio termico ortogonale alla direzione del flusso termico [m 2 ] Differenza di temperatura tra ambiente interno ed esterno [K] 13

14 POTENZA TERMICA TRASMESSA Q ie U A T A T R TRASMITTANZA TERMICA [W/(m 2 K)] RESISTENZA TERMICA [(m 2 K)/W] A parità di T ed A: - tanto più piccola è U tanto più piccola è la potenza termica trasmessa - tanto più grande è R tanto più piccola è la potenza termica trasmessa 14

15 RESISTENZA TERMICA DELLE PARETI OPACHE MONOSTRATO T i L andamento della temperatura nella parete è LINEARE La relativa pendenza cresce al crescere della resistenza conduttiva T e R conv,i +R rad,i R cond R conv,e +R rad,e T i T e 15

16 RESISTENZA TERMICA DELLE PARETI OPACHE MONOSTRATO Il metodo di calcolo di R totale per pareti opache (sia monostrato che multistrato) è definito dalla norma «EN ISO 6946:1996» R = 1 L 1 L + R + R totale si se hi he h i = coefficiente di scambio termico combinato convettivo-radiativo dell aria interna [W/(m 2 K)] h e = coefficiente di scambio termico combinato convettivo-radiativo dell aria esterna [W/(m 2 K)] L = spessore dello strato [m] = conducibilità termica dello strato [W/(mK)] R si = resistenza termica superficiale lato interno [(m 2 K)/W] R se = resistenza termica superficiale lato esterno [(m 2 K)/W] 16

17 RESISTENZE TERMICHE INTERNE ED ESTERNE totale si se L R = R + R R R si se 1 h i 1 h e Nel caso in esame (aria in fase aeriforme) i valori di R si e R se si ricavano dalla norma «EN ISO 6946:1996» 17

18 CONDUCIBILITÀ TERMICA L R totale = R si+ Rse La conducibilità termica è la potenza termica che si trasmette attraverso uno spessore unitario di materiale per unità di superficie e per differenza di temperatura unitaria. Ridotta -> materiali termicamente isolanti 18

19 CONDUCIBILITÀ TERMICA totale si se L R = R + R I valori di si ricavano dalla norma «UNI 10351:1994» Tabella scaricabile dalla pagina web del docente (ricavata dalla norma) 19

20 CONDUCIBILITÀ TERMICA Esiste in commercio una vasta gamma di materiali termicamente isolanti commercializzati da numerose aziende: Ogni casa produttrice fornisce, per ogni prodotto, la conducibilità termica. 20

21 CONDUCIBILITÀ TERMICA totale si se L R = R + R 21

22 ESERCIZIO 1 Si consideri una parete opaca verticale monostrato di spessore pari a 10,0 cm che separa un ambiente interno a temperatura T i = 20 C da un ambiente esterno a temperatura T e = 0 C. La larghezza e l altezza della parete sono pari, rispettivamente, a 1,0 m e 10,0 m. La parete è costituita da mattoni con conducibilità termica pari a 0,90 W/(mK). Sia R si =0,13 m 2 K/W e R se =0,04 m 2 K/W. Calcolare: 1) la resistenza termica totale 2) la trasmittanza termica totale 3) la potenza termica trasmessa 4) il flusso termico trasmesso RISULTATI R = 0,28 totale W W U totale = 3,57 mk 2 2 mk Q ie = 714 W q = Q W A= 71,4 m ie ie 2 22

23 TRASMISSIONE DEL CALORE IN PARETI OPACHE MONOSTRATO 1 2 T i (lato interno) T e (lato esterno) Q A = Q = A T - T R T - T R ie i e totale i1 i 1 i1 Q A = Q = A T - T R T - T R ie i e totale Q A = Q = A T - T R T - T R ie i e totale 2e 2 e 2e 23

24 DISTRIBUZIONE DELLA TEMPERATURA IN PARETE: PARETE MONOSTRATO T i (lato interno) T e (lato esterno) Q ie Q ix R ix x i T i - Te R totale T = T - R ix = resistenza termica che il flusso termico incontra partendo dall aria interna fino allo strato x-esimo compreso 24

25 DISTRIBUZIONE DELLA TEMPERATURA IN PARETE: PARETE MONOSTRATO T i (lato interno) T e (lato esterno) Q ie Q ix U totale x i T i - Te Uix T = T - U ix = trasmittanza termica partendo dall aria interna fino allo strato x-esimo compreso 25

26 ESERCIZIO 2 Si consideri una parete opaca verticale monostrato di spessore pari a 10,0 cm che separa un ambiente interno a temperatura T i = 20 C da un ambiente esterno a temperatura T e = 0 C. Sia h i =7,7 W/m 2 K e h e =25,0 W/m 2 K. La larghezza e l altezza della parete sono pari, rispettivamente, a 1,0 m e 10,0 m. La parete è costituita da mattoni con conducibilità termica pari a 0,90 W/(mK). Calcolare: 1) la temperatura T 1 2) la temperatura T 2 T i (lato interno) RISULTATI R T = T - T -T = 10,8 C i1 1 i i e R totale R T = T - T -T = 2,9 C i e R totale < T i > T e T e (lato esterno) 26

27 TRASMITTANZA TERMICA DELLE PARETI OPACHE MULTISTRATO CON STRATI IN SERIE Q ie T - T i R e totale R = i e totale Rn n U = totale R 1 totale 27

28 TRASMITTANZA TERMICA DELLE PARETI OPACHE MULTISTRATO CON STRATI IN SERIE Il metodo di calcolo di R totale per pareti opache (sia monostrato che multistrato) è definito dalla norma «EN ISO 6946:1996» L N M j totale si g,j se j=1 j j=1 R = R + R + R R si = resistenza termica superficiale lato interno [(m 2 K)/W] R se = resistenza termica superficiale lato esterno [(m 2 K)/W] L j = spessore del j-esimo strato [m] j = conducibilità termica del j-esimo strato [W/(mK)] R g,j = resistenza termica superficiale della j-esima intercapedine d aria [(m 2 K)/W] N = numero di strati componenti la parete M = numero di intercapedini d aria 28

29 RESISTENZE TERMICHE INTERCAPEDINI ARIA L N M j totale si g,j se j=1 j j=1 R = R + R + R Le intercapedini d aria sono interessate da scambi termici per irraggiamento e convezione che non permettono di trattarle come semplici strati di materiale opaco. La resistenza termica offerta dall intercapedine d aria è differente se questa è ventilata, debolmente ventilata o non ventilata. 29

30 RESISTENZE TERMICHE INTERCAPEDINI ARIA L N M j totale si g,j se j=1 j j=1 R = R + R + R Nel caso di intercapedini debolmente ventilate o ventilate si usano delle opportune formule suggerite dalla norma. 30

31 TRASMITTANZA TERMICA DELLE PARETI OPACHE MULTISTRATO CON STRATI IN SERIE T i T e Q A Q = A = Q = A T - T R = T - T R T - T R = ie i e totale i1 i 1 i1 1a 1 a 1a Q = A Q = A Q = A T - T R = T - T R = T - T R ab a b ab b2 b 2 b2 2e 2 e 2e 31

32 TRASMITTANZA TERMICA DELLE PARETI OPACHE MULTISTRATO CON STRATI IN SERIE T i T e Q ie Q ix R ix x i T i - Te R totale T = T - R ix = resistenza termica che il flusso termico incontra partendo dall aria interna fino allo strato x-esimo compreso 32

33 TRASMITTANZA TERMICA DELLE PARETI OPACHE MULTISTRATO CON STRATI IN SERIE T i T e Q ie Q ix U totale x i T i - Te Uix T = T - U ix = trasmittanza termica partendo dall aria interna fino allo strato x-esimo compreso 33

34 ESERCIZIO 3 Si consideri una parete opaca verticale multistrato (strati collegati in serie) costituita dai seguenti 2 strati (partendo dall interno verso l esterno): 1) Strato 1: spessore = 10,0 cm, conducibilità termica = 0,37 W/(mK) 2) Strato 2: spessore = 10,0 cm, conducibilità termica = 0,90 W/(mK) Sia R si =0,13 m 2 K/W e R se =0,04 m 2 K/W. La parete separa un ambiente interno a temperatura T i = 20 C da un ambiente esterno a temperatura T e = 0 C. La larghezza e l altezza della parete sono pari, rispettivamente, a 1,0 m e 10,0 m. Determinare la distribuzione di temperatura nella parete RISULTATI R ix x i T i - Te R totale T = T - 34

35 ESERCIZIO 4 Se aggiungiamo alla parete dell esercizio precedente uno strato di «polistirene espanso estruso con pelle» (r=30 kg/m 3 ) di spessore pari a 5 cm al centro della parete? RISULTATI R ix x i T i - Te R totale T = T - 35

36 TRASMITTANZA TERMICA DELLE PARETI OPACHE MULTISTRATO CON STRATI IN PARALLEO L Q ie Ti Te Ti T R R totale si R 12 A ' A '' A ''' A ' A '' A ''' R se i 1 2 e ' '' ''' R R R R = R12 R R R R R R dove ' '' ''' 12 ' '' ''' L L L R =, R =, R = A A A ' '' ''' ' ' '' '' ''' ''' 36

37 VALORI LIMITE DI TRASMITTANZA TERMICA DM 26 Gennaio 2010 VALORI MASSIMI DA NON SUPERARE! 37

38 ZONE CLIMATICHE GG 38

39 ESERCIZIO 5 Una parete verticale opaca multistrato (strati in serie) a Napoli è costituita da (partendo dall ambiente interno verso l esterno): 1) Malte di gesso per intonaci senza inerti - r=1200 kg/m 3 spessore=20 mm 2) Mattoni forati per pareti esterne - r=1800 kg/m 3 spessore=30 cm 3) Malte di gesso per intonaci senza inerti - r=1200 kg/m 3 - spessore=0.020 m Sia R si =0,13 m 2 K/W e R se =0,04 m 2 K/W. Le temperature dell ambiente esterno e interno sono, rispettivamente, -2 C e 20 C. L altezza e la larghezza della parete sono pari a 2,7 m e 6,0 m. 1) Determinare la potenza termica dispersa 2) Verificare se il limite di legge per la trasmittanza è verificato (U lim =0,34 W/m 2 K) 3) Determinare lo spessore di isolante da inserire per rispettare la trasmittanza di legge nel caso si utilizzi come materiale isolante «cloruro di polivinile espanso rigido in lastre all esterno» (r= 30 kg/m 3 ). RISULTATI Ti-T e 22 Q ie = = = 544 W R 0,13 0,02 0,3 0,02 0,04 totale,si ,2 0,35 16,2 0,81 16,2 0,35 16,2 16,2 SI = Senza Isolante 1 1 W U = = = 1,54 2 R A 0,040 16,2 mk totale,si Non verificato! 1 U lim= L isol = 0,089 m Lisol R totale,si+ A isol A 39

40 ISOLAMENTO TERMICO Dal punto di vista del rispetto dei limiti di trasmittanza imposti dalla legge, il posizionamento dell solante sulla parete opaca può essere qualsiasi (dall esterno, dall interno, distribuito all interno della parete). ISOLAMENTO DALL ESTERNO Comporta il rifacimento della facciata esterna dell edificio (e, dunque, non praticabile in edifici la cui facciata sia sottoposta a vincoli architettonici-storici-paesaggistici) Costo maggiore legato alla necessità di utilizzare ponteggi Necessità di proteggere accuratamente l isolante dagli agenti atmosferici per evitare problemi di durata Non si riducono gli spazi interni per gli occupanti Non si arrecano disagi agli occupanti durante la posa in opera ISOLAMENTO DALL INTERNO Permette il mantenimento delle caratteristiche della facciata esterna Più economico e più facile da realizzare Comporta una riduzione del volume abitabile e disagi per gli occupanti durante la posa in opera 40

41 ISOLAMENTO TERMICO La scelta del materiale isolante e del suo posizionamento non deve solo rispondere ai requisiti di trasmittanza termica imposti dalla legge! Deve essere fatta anche/soprattutto tenendo conto di: 1. PONTI TERMICI 2. VERIFICA TERMO-IGROMETRICA 3. INERZIA TERMICA 41

42 PONTI TERMICI RIFERIMENTO BIBLIOGRAFICO Capitolo 10 del libro: "Fisica Tecnica Ambientale Trasmissione del calore" Autore: L. De Santoli - Editore: Casa Editrice Ambrosiana Volume secondo 42

43 PONTI TERMICI Il calcolo della potenza termica attraverso pareti opache è stato condotto finora nell ipotesi semplificativa di flusso termico monodimensionale Tale ipotesi semplificativa NON può essere ritenuta valida quando in corrispondenza dell involucro edilizio si verificano: 1) DISCONTINUITÀ DI FORMA (angoli e spigoli) 2) DISCONTINUITÀ DI STRUTTURA (pilastri in murature continue, infissi, intersezione di pareti interne ed esterne, ecc) 43

44 POSIZIONE DEI PONTI TERMICI Dove sono localizzate le discontinuità di forma o struttura? - Intersezioni tra pareti esterne e il tetto (R) - Intersezioni tra pareti esterne e balconi (B) - Intersezioni tra pareti esterne (C) - Intersezioni tra pareti interne e il pavimento (F) - Intersezioni tra pareti interne e il tetto (IW) - Intersezioni tra pareti esterne e pilastri (P) - Intersezioni tra pareti esterne e infissi/porte (W) - Intersezioni tra pareti esterne e il pavimento (Gf) 44

45 PONTI TERMICI Il calcolo della potenza termica attraverso pareti opache è stato condotto finora nell ipotesi semplificativa di flusso termico monodimensionale Tale ipotesi semplificativa NON può essere ritenuta valida quando in corrispondenza dell involucro edilizio si verificano: 1) DISCONTINUITÀ DI FORMA (angoli e spigoli) 2) DISCONTINUITÀ DI STRUTTURA (pilastri in murature continue, infissi, intersezione di pareti interne ed esterne, ecc) 45

46 PONTI TERMICI Si può avere anche la sovrapposizione di una discontinuità di forma con una discontinuità di struttura, come ad esempio la presenza di un pilastro in posizione d angolo. 46

47 PONTI TERMICI In corrispondenza di discontinuità di forma o di struttura si ha: A) una disomogeneità della temperatura sulle superfici B) una perturbazione del flusso termico che diventa bi- o tridimensionale C) un aumento del flusso termico trasmesso (fino a +20%) D) Una riduzione della temperatura in parete (con rischio di formazione di condensa e discomfort termico) 47

48 PONTI TERMICI La zona in corrispondenza di discontinuità di forma o di struttura prende il nome di PONTE TERMICO. Un ponte termico si dice ponte termico di forma o di struttura a seconda del tipo di discontinuità che lo contraddistingue. In corrispondenza di un ponte termico NON si possono usare le equazioni viste finora per il calcolo del flusso termico. Esistono diversi metodi per effettuare tale calcolo: in questo corso vedremo il metodo semplificato basato sulla norma «UNI EN ISO 14683:2008» 48

49 PONTI TERMICI - Calcolo potenza termica trasmessa Formula per il calcolo della potenza termica trasmessa attraverso una porzione di involucro edilizio composto da M elementi interessati da un totale di N ponti termici lineari e Z ponti termici puntuali: Q M N Z U A T l T X T ie j j j j j j=1 j=1 j=1 T = valore assoluto della differenza di temperatura tra ambiente interno e esterno [K] A j = area di scambio termico del j-esimo elemento di involucro [m 2 ] U j = trasmittanza termica del j-esimo elemento di involucro [W/m 2 K] Ψ j = coefficiente di trasmissione lineico o lineare del j-esimo ponte termico lineare [W/(mK)] l j = lunghezza del j-esimo ponte termico [m] X j = coefficiente di trasmissione puntuale del j-esimo ponte termico puntuale [W/K] 49

50 PONTI TERMICI - Calcolo potenza termica trasmessa Formula per il calcolo della potenza termica trasmessa attraverso una porzione di involucro edilizio composto da M elementi interessati da un totale di N ponti termici lineari e Z ponti termici puntuali: Q M N Z U A T l T X T ie j j j j j j=1 j=1 j=1 Generalmente i ponti termici lineari hanno una rilevanza significativamente superiore rispetto ai ponti termici puntuali in termini di dispersioni energetiche attraverso l involucro edilizio. Per tale ragione, nonché per la carenza di riferimenti adeguati per il calcolo del coefficiente di trasmissione puntuale, in genere i ponti termici puntuali vengono trascurati rispetto a quelli lineari. 50

51 PONTI TERMICI Coefficiente di trasmissione lineico per diversi tipi di ponte termico e diversi posizionamenti dell isolante 51

52 PONTI TERMICI Coefficiente di trasmissione lineico per diversi tipi di ponte termico e diversi posizionamenti dell isolante 52

53 ESERCIZIO 6 Si determini: 1) la potenza termica Q A,senzaPT dispersa attraverso la parete opaca A senza considerare i ponti termici; 2) la potenza termica Q w,senzapt dispersa attraverso la finestra assumendo U w = 0,5 W/m 2 K; 3) la potenza termica Q PT dispersa solo per effetto del ponte termico lineare tra la parete opaca A e la finestra (Ψ = 0,15 W/mK, lunghezza del ponte termico = perimetro della finestra) 4) La potenza termica Q TOT totale trasmessa attraverso parete, finestra e ponte termico 53

54 ESERCIZIO 6 RISULTATI Q U A U Q A,senzaPT i e N T - T 1 l T - T l T - T 0,15 1, ,9 W PT j j i e i e j=1 1 0,02 0,4 0, mk 7,7 0,70 0,68 0,70 25, A 1,5 1,5 9,75 m A,senzaPT i e 1,25 W Q U A T - T 1,25 9,75 21= 256 W w,senzapt w w i e -> L area della finestra NON deve essere considerata Q U A T - T 0,5 2,25 21= 23,6 W Q Q Q Q ,6 18,9 298,5 W TOT A,senzaPT w,senzapt PT 54

55 CORREZIONE PONTI TERMICI 55

56 CORREZIONE DI PONTI TERMICI 56

57 VERIFICA TERMO-IGROMETRICA RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI Capitolo 11 del libro: "Termodinamica e trasmissione del calore", Autore: Y. Cengel - Editore: McGraw-Hill - Quarta edizione Capitolo 4 del libro: "Progettazione di impianti tecnici - Problemi ed applicazioni", Autori: G. Moncada Lo Giudice, L. De Santoli Editore: MASSON Editoriale ESR 57

58 ARIA UMIDA 58

59 ARIA UMIDA L aria umida è studiata come una miscela di due componenti. Per individuare lo stato termodinamico occorrono 3 proprietà indipendenti Una proprietà termodinamica che si può ritenere sempre nota è la pressione totale della miscela pari alla pressione ambiente p tot = p a + p v p tot pressione totale dell aria umida = 101 kpa p a p v pressione parziale dell aria secca pressione parziale del vapor d acqua Per individuare lo stato termodinamico sono sufficienti altre 2 proprietà indipendenti 59

60 ARIA UMIDA titolo x (anche indicata con w) mv pv 0,622 m p - p x as tot v x è una grandezza adimensionale x assume valori dell ordine di 10-2 per questo spesso accade che m v è espressa in grammi e m a in kg Per ogni fissata temperatura T dell aria umida: se aumenta la quantità di vapor d acqua m v contenuta nell aria umida aumenta la sua pressione parziale p v e viceversa la massa di vapor d acqua può aumentare fino a raggiungere un valore massimo m vs anche la pressione parziale del vapor d acqua può aumentare fino ad un valore massimo p vs = pressione di saturazione dell acqua corrispondente alla temperatura dell aria umida considerata = p sat (T) 60

61 ARIA UMIDA umidità relativa UR (anche indicata con ϕ) UR m m v vs p p UR è una grandezza adimensionale il cui valore è compreso tra 0 e 1 (o in percentuale) v vs UR = 0 solo aria secca UR = 1 aria umida satura 61

62 ARIA UMIDA Calcolo di p vs Tabella scaricabile dalla pagina web del docente 62

63 ARIA UMIDA temperatura di rugiada T r La temperatura di rugiada è la temperatura di saturazione dell acqua alla pressione parziale del vapor d acqua p v T = r Tsat pv Per una fissata pressione parziale del vapor d acqua p v : se T > T r l aria umida NON è satura se T= T r l aria umida è satura (UR=100%, p v =p vs =p sat (T)) Per una fissata pressione parziale del vapor d acqua p v : Se si raffredda l aria umida ad una temperatura T<T r una parte di acqua in fase aeriforme dell aria umida diventa liquida (condensazione) 63

64 ARIA UMIDA UR = 50% T BA = 20 C T r 64

65 DIFFUSIONE DEL VAPOR D ACQUA Se: 1) i materiali da costruzione costituenti le pareti opache sono porosi (al loro interno, cioè, sono presenti dei vuoti); 2) i pori sono tra loro interconnessi e connettono i due ambienti (interno ed esterno) separati dalla parete opaca; 3) esiste una differenza di pressione parziale del vapor d acqua p v tra l aria umida dell ambiente interno e l aria umida dell ambiente esterno si può avere diffusione (trasferimento di massa) di vapor d acqua dall ambiente a pressione parziale più alta a quello con pressione parziale più bassa attraverso la parete opaca 65

66 DIFFUSIONE DEL VAPOR D ACQUA La diffusione del vapor d acqua attraverso una parete opaca monostrato è governata dalla cosiddetta legge di FICK: g Δp Z v Δp L v dove: g [kg/(s m 2 )] = massa di vapor d acqua che fluisce in 1 secondo attraverso una superficie di area pari a 1 m 2 ortogonalmente alla parete opaca nel verso delle pressioni parziali decrescenti p v [Pa] = differenza di pressione parziale del vapor d acqua tra interno e esterno Z [(s m 2 Pa)/kg] = resistenza unitaria alla diffusione del vapore dello strato [kg/(s m Pa)] = permeabilità al vapor d acqua dello strato L [m] = spessore dello strato /L [kg/(s m 2 Pa)] = permeanza unitaria alla diffusione del vapore dello strato 66

67 DIFFUSIONE DEL VAPOR D ACQUA La diffusione del vapor d acqua attraverso una parete opaca multistrato (strati in serie) è governata dalla cosiddetta legge di FICK: g Z Δp v totale Δpv L1 L2 L... N 1 2 N dove: N è il numero di strati componenti la parete Z totale è la resistenza unitaria totale al flusso di vapore della parete 67

68 PERMEABILITÀ AL VAPOR D ACQUA La permeabilità al vapore [kg/(s m Pa)] è la massa di vapore che attraversa in 1 secondo una parete opaca di spessore di 1 m per effetto di una differenza di pressione parziale del vapor d acqua pari a 1 Pa. Essa varia con il materiale: Aria = kg/(s m Pa) Intonaco di calce e gesso = kg/(s m Pa) Alluminio = 0, kg/(s m Pa) x [kg/(s m Pa)] 68

69 PERMEABILITÀ AL VAPOR D ACQUA Attenzione!!! I valori della permeabilità al vapore dei diversi materiali si ricavano dalla norma UNI EN ISO 10456:2008. Sulla pagina web del docente sono riportati i valori di dei principali materiali. 69

70 ANALOGIA TERMICO-IGROMETRICA T q= g 1 L1 L2 LN h h i 1 2 N e Δpv L1 L2 L... N 1 2 N la forza spingente del fenomeno di scambio termico è la differenza di temperatura, mentre quella responsabile della diffusione del vapor d acqua è la differenza di pressione parziale il flusso termico diminuisce all aumentare della resistenza termica complessiva, come il flusso di vapore si riduce al crescere della resistenza unitaria complessiva alla diffusione del vapor d acqua la resistenza termica può essere incrementata inserendo materiali con bassa conducibilità, come la resistenza unitaria complessiva alla diffusione del vapor d acqua può essere aumentata inserendo materiali con bassa permeabilità Le resistenze unitarie alla diffusione del vapore lato interno ed esterno sono trascurabili (a differenza di R si e R se ) 70

71 ESERCIZIO 7 Si consideri una parete opaca verticale multistrato costituita dai seguenti strati collegati in serie (partendo dall ambiente interno verso l esterno): a) Malte di gesso per intonaci senza inerti - r=1200 kg/m 3 spessore=20 mm b) Mattoni forati per pareti esterne - r=1800 kg/m 3 spessore=30 cm c) Cloruro di polivinile espanso rigido in lastre all esterno - (r= 30 kg/m 3 ) spessore=0,09 m d) Malte di gesso per intonaci senza inerti - r=1200 kg/m 3 - spessore=0,020 m Le temperature dell ambiente esterno e interno sono, rispettivamente, T e =-2 C e T i =20 C. L umidità relativa dell aria umida esterna è pari a UR e =30%, mentre quella dell aria interna è UR i =70%. Determinare: 1) Temperatura di rugiada dell aria umida interna 2) La pressione parziale dell acqua nell aria umida interna ed esterna 3) Flusso di vapore attraverso la parete RISULTATI T r,i= 14,5 C Δpv kg g 1, Z 0,020 0,3 0,09 0,020 totale m s p v,i=uri p vs(t i)=1637 Pa p v,e=ure p vs(t e)=155 Pa 71

72 ANALOGIA TERMICO-IGROMETRICA R ix x i T i - Te R totale T = T - Formula per il calcolo della distribuzione della TEMPERATURA nella parete Z p = p - p - p ix v,x v,i v,i v,e Ztotale Formula per il calcolo della distribuzione della PRESSIONE PARZIALE nella parete dove Z ix è resistenza unitaria al flusso di vapore che il flusso di vapore incontra partendo dall aria interna fino allo strato x-esimo compreso Analogamente all andamento della temperatura, anche l andamento della pressione parziale nella parete opaca verticale risulta LINEARE La DIFFERENZA DI PRESSIONE PARZIALE in uno strato dipende dalla relativa resistenza unitaria alla diffusione del vapore (come la differenza di temperatura in uno strato dipende dalla relativa resistenza termica) 72

73 ANALOGIA TERMICO-IGROMETRICA R ix x i T i - Te R totale T = T - Formula per il calcolo della distribuzione della TEMPERATURA nella parete Z p = p - p - p ix v,x v,i v,i v,e Ztotale Formula per il calcolo della distribuzione della PRESSIONE PARZIALE nella parete dove Z ix è resistenza unitaria al flusso di vapore che il flusso di vapore incontra partendo dall aria interna fino allo strato x-esimo compreso Analogamente all andamento della temperatura, anche l andamento della pressione parziale nella parete opaca verticale risulta LINEARE La DIFFERENZA DI PRESSIONE PARZIALE in uno strato dipende dalla relativa resistenza unitaria alla diffusione del vapore (come la differenza di temperatura in uno strato dipende dalla relativa resistenza termica) 73

74 ESERCIZIO 8 Si consideri una parete opaca verticale multistrato costituita dai seguenti strati collegati in serie (partendo dall ambiente interno verso l esterno): a) Malte di gesso per intonaci senza inerti - r=1200 kg/m 3 spessore=20 mm b) Mattoni forati per pareti esterne - r=1800 kg/m 3 spessore=30 cm c) Cloruro di polivinile espanso rigido in lastre all esterno - (r= 30 kg/m 3 ) spessore=0,09 m d) Malte di gesso per intonaci senza inerti - r=1200 kg/m 3 - spessore=0,020 m Le temperature dell ambiente esterno e interno sono, rispettivamente, T e =-2 C e T i =20 C. L umidità relativa dell aria umida esterna ed interna sono, rispettivamente, pari a UR e =30% e UR i =70%. Determinare: - L andamento della pressione di saturazione del vapor d acqua - L andamento della pressione parziale del vapor d acqua 74

75 ESERCIZIO 8 RISULTATI Per determinare l andamento della pressione di saturazione occorre determinare preliminarmente l andamento delle temperature nella parete opaca R ix x i T i - Te R totale T = T - T 1 = 19,0 C T 2 = 18,6 C T 3 = 15,9 C T 4 = -1,3 C T 5 = -1,7 C i e L andamento della pressione di saturazione si ottiene dall andamento delle temperature tramite la tabella disponibile sulla pagina web del docente p vs,i =pvs T i = 2338 Pa p vs,1 =pvs T 1 = 2197 Pa vs,2 vs 2 p vs,3 =pvs T 3 = 1806 Pa p vs,4 =pvs T 4 = 548 Pa vs,5 vs 5 p =p T = 517 Pa vs,e vs e p =p T = 2143 Pa p =p T = 531 Pa 75

76 ESERCIZIO 8 RISULTATI Z p = p - p - p ix v,x v,i v,i v,e Ztotale p = p = 1637 Pa v,1 v,i 1,1110 p v,2 = Pa 11 1,0 10 v,5 v,e ,1110 8,3310 p v,3 = Pa 11 1, i ,1110 8,3310 9,0 10 p v,4 = Pa 11 1,0 10 p = p = 155 Pa e 76

77 FORMAZIONE DI CONDENSA La diffusione di vapor d acqua tra l ambiente interno e quello esterno comporta la presenza di vapor d acqua nella parete opaca. La presenza di vapor d acqua nella parete opaca può comportare: - CONDENSA SUPERFICIALE: parte del vapor d acqua condensa (passa in fase liquida) sulla faccia interna o sulla faccia esterna della parete opaca - CONDENSA INTERSTIZIALE: parte del vapor d acqua condensa (passa in fase liquida) su una faccia intermedia della parete opaca 77

78 FORMAZIONE DI CONDENSA Principali effetti della presenza di acqua nelle strutture edilizie: Deterioramento dei materiali Indebolimento delle strutture dovuto a variazione dimensionale di manufatti (fessurazioni e deformazioni) in seguito all aumento di volume dell acqua (se la temperatura scende sotto lo zero) Aumento della conducibilità termica dei materiali Formazione di macchie e di muffe 78

79 VERIFICA TERMO-IGROMETRICA Il verificarsi della condensazione superficiale/interstiziale è un fenomeno indesiderato ed è pertanto opportuno verificare se e quando possa avvenire (verifica termo-igrometrica). La verifica termo-igrometrica può avvenire secondo due metodi: Metodo semplificato: METODO DI GLASER Metodo accurato: norma UNI ISO 13788:

80 METODO DI GLASER La verifica termo-igrometrica con il METODO DI GLASER consente di verificare la presenza di: Condensa superficiale: confrontando la temperatura delle superficie interna (T 1 ) ed esterna (T 3 ) della parete con la temperatura di rugiada dell aria interna (T r,i ) ed esterna (T r,e ), rispettivamente Si avrà condensa superficiale quando T 1 <T r,i oppure T 3 < T r,e Condensa interstiziale: calcolando l andamento delle pressioni parziali del vapore (p v ) e confrontandole con quelle di saturazione (p vs ) ottenute dal diagramma delle temperature in parete Si avrà condensa interstiziale laddove p v > p vs P vsi P vsi P vse P vse Il diagramma che riporta gli andamenti in parete di p v e p vs prende il nome di DIAGRAMMA DI GLASER 80

81 ESERCIZIO 9 Si consideri una parete opaca verticale multistrato costituita dai seguenti strati collegati in serie (partendo dall ambiente interno verso l esterno): a) Malte di gesso per intonaci senza inerti - r=1200 kg/m 3 spessore=20 mm b) Mattoni forati per pareti esterne - r=1800 kg/m 3 spessore=30 cm c) Cloruro di polivinile espanso rigido in lastre all esterno - (r= 30 kg/m 3 ) spessore=0,09 m d) Malte di gesso per intonaci senza inerti - r=1200 kg/m 3 - spessore=0,020 m Le temperature dell ambiente esterno e interno sono, rispettivamente, T e =-2 C e T i =20 C. L umidità relativa dell aria umida interna è pari a UR i =70%. Verificare se: - si forma condensa sulla superficie interna - si forma condensa interstiziale 81

82 ESERCIZIO 9 RISULTATI p vs,1 = 2197 Pa p vs,2 = 2143 Pa p vs,3 =1806 Pa 2197 Pa 2143 Pa 1806 Pa p vs p v p vs,4 =548 Pa p vs,5 = 531 Pa p = 1637 Pa v, Pa i 1620 Pa 1487 Pa e p = 1620 Pa v,2 p = 1487 Pa v,3 p = 163 Pa v,4 p = 155 Pa v,5 NON C E CONDENSA SUPERFICIALE E INTERSTIZIALE!!! 163 Pa 548 Pa 531 Pa 155 Pa 82

83 CONDIZIONI DI VERIFICA MENSILE T i = valore di progetto URi= 50% T e e p v,e fornite dalla norma UNI 10349:1994 in funzione della località e del mese 83

84 FORMAZIONE CONDENSA - POSSIBILI RIMEDI Per evitare il rischio di formazione di condensa: 1) Ridurre l umidità relativa interna (minimizzando le fonti di produzione e/o tramite opportuna ventilazione e/o deumidificazione) 2) Correggere i ponti termici 3) Agire sull involucro edilizio Principali possibili interventi sull involucro: 1) Inserire uno strato di isolante per modificare la distribuzione di temperatura e, quindi, di p vs all interno della parete opaca 2) Inserire una «barriera al vapore» (strato di materiale a bassa permeabilità) per modificare la distribuzione di p v all interno della parete opaca 84

85 FORMAZIONE CONDENSA - POSSIBILI RIMEDI Isolamento termico I materiali isolanti (bassa conducibilità termica) in genere sono caratterizzati da una resistenza al flusso di vapore modesta Dove deve essere posizionato l isolante termico in parete per ridurre il rischio di condensa interstiziale? Verso la superficie ESTERNA della parete opaca! 85

86 FORMAZIONE CONDENSA - POSSIBILI RIMEDI Isolamento termico corretto posizionamento SI PROGETTA CON RIFERIMENTO ALLA STAGIONE INVERNALE Isolante all esterno Isolante all interno L isolante termico in parete per ridurre il rischio di condensa interstiziale deve essere posizionato verso la superficie ESTERNA della parete opaca! 86

87 FORMAZIONE CONDENSA - POSSIBILI RIMEDI Isolamento termico corretto posizionamento Si ha formazione di condensa interstiziale sulla superficie 2 Inserendo l isolante verso l esterno la distribuzione dei valori di p v in parete sostanzialmente non cambia, mentre la curva dei valori di p vs si alza! i e p vs p vs

88 FORMAZIONE CONDENSA - POSSIBILI RIMEDI Isolamento termico corretto posizionamento Tpi Tpi 88

89 FORMAZIONE CONDENSA - POSSIBILI RIMEDI Barriera al vapore La barriera al vapore è costituita generalmente da fogli di plastica o metallo o da carte catramate con elevata resistenza unitaria al passaggio del vapore (e di solito da basse resistenze termiche sia per il tipo di materiale che per il loro spessore) Dove deve essere posizionata la barriera al vapore in parete per ridurre il rischio di condensa interstiziale? Verso la superficie INTERNA della parete opaca! 89

90 FORMAZIONE CONDENSA - POSSIBILI RIMEDI Barriera al vapore corretto posizionamento Si ha formazione di condensa interstiziale sulla superficie 2 Inserendo la barriera al vapore verso l interno, la distribuzione della temperatura (e, quindi, di p vs ) in parete sostanzialmente non cambia, mentre la curva dei valori di p v si abbassa! i e p vs (T i ) p vs (T e ) 90

91 TRASMISIONE DEL CALORE ATTRAVERSO ELEMENTI SEMI-TRASPARENTI RIFERIMENTO BIBLIOGRAFICO Capitolo 13 del libro: "Termodinamica e trasmissione del calore" Autore: Y. Cengel - Editore: McGraw-Hill - Quarta edizione 91

92 BILANCIO Facoltà di Architettura TERMICO - Corso di SU Tecnica UNA del Controllo SUPERFICIE Ambientale VETRATA Controllo solare riferito all abilità di un vetro di regolare il flusso di calore della radiazione solare diretta. W a t r Controllo o isolamento termico riferito al valore di isolamento del vetro: è l abilità di regolare il flusso termico tra l ambiente più caldo e quello più freddo. 92

93 SUPERFICI Facoltà di Architettura VETRATE - Corso di Tecnica CONTROLLO del Controllo Ambientale FLUSSO TERMICO Relativamente a questa importante caratteristica prestazionale occorre considerare: 1. L energia termica è scambiata tra interno ed esterno per meccanismi combinati Il vetro è caratterizzato da una trasmittanza termica che consente di ridurre il flusso termico tra interno ed esterno Convezione + Irraggiamento Conduzione Convezione + Irraggiamento 93

94 SUPERFICI Facoltà di Architettura VETRATE - Corso di Tecnica CONTROLLO del Controllo Ambientale FLUSSO TERMICO Il vetro monolitico offre una scarsa resistenza al passaggio del calore perché il vetro non è un buon isolante termico ( = 1.0 W/mK). Per incrementare la resistenza, un metodo è quello di aggiungere una seconda lastra separata dalla prima da un intercapedine d aria. L intercapedine fornisce uno strato resistente addizionale efficiente data la bassa conducibilità termica dell aria (confrontata con quella del vetro). Per aumentare la resistenza termica offerta dalla superficie vetrata possono essere utilizzati altri gas inerti al posto dell aria. 94

95 SUPERFICI Facoltà di Architettura VETRATE - Corso di Tecnica CONTROLLO del Controllo Ambientale FLUSSO TERMICO Rispetto al caso precedente le prestazioni di isolamento termico del vetro sono migliorate con l uso di pellicole o sostanze basso emissive (lowe) che riducono le perdite per irraggiamento termico a bassi valori di lunghezza d onda 95

96 Facoltà di Architettura - Corso di Tecnica del Controllo Ambientale SUPERFICI VETRATE CONTROLLO RADIAZIONE SOLARE Relativamente a questa importante caratteristica prestazionale occorre considerare: 2. L energia termica che entra dall esterno attraverso il vetro. Si definisce il fattore solare o coefficiente di guadagno solare Fg, specifico di ciascun tipo di prodotto vetrario, come la percentuale di energia termica che entra attraverso il vetro, rispetto all energia solare incidente sulla superficie del vetro stesso. 96

97 RADIAZIONE SOLARE Facoltà di Architettura - Corso di Tecnica del Controllo Ambientale COMPONENTI DIRETTA, DIFFUSA E RIFLESSA Diretta frazione dell energia solare che senza subire scattering o assorbimenti, raggiunge la superficie terrestre nella direzione dell angolo zenitale Diffusa frazione dell energia solare che per la presenza di molecole di gas e vapore subisce una riflessione in tutte le direzioni (scattering) Riflessa frazione dell energia solare che per la presenza di superfici riflettenti (terreno, acqua,etc..) subisce una riflessione 97

98 CONTROLLO Facoltà di Architettura SOLARE - Corso di Tecnica LA del Controllo RADIAZIONE Ambientale SOLARE Lo spettro dell irraggiamento extraterrestre corrisponde circa all emissione di un corpo nero portato a 5800 K. La sua distribuzione in energia è ripartita in: ultravioletto 0.20 < λ < 0.38 μm 6.4 % visibile 0.38 < λ < 0.78 μm 48 % infrarosso 0.78 < λ < 10 μm 45.6 % La figura mostra l attenuazione osservata dopo il passaggio attraverso uno strato dell atmosfera. 98

99 Facoltà di Architettura PROPRIETÀ - Corso di Tecnica OTTICHE del Controllo DEI Ambientale VETRI Dipendenza dall angolo di incidenza Dipendenza dalla lunghezza d onda UV VIS IR 99

100 Facoltà di Architettura - Corso di Tecnica del Controllo Ambientale SUPERFICI VETRATE CONTROLLO RADIAZIONE SOLARE Vetri colorati in pasta con elevato assorbimento Questi tipi di vetro sono hanno generalmente colorazione grigia, verde, bronzo o blu. Le loro proprietà di controllo solare variano molto al variare dello spessore, mentre la riflessione è leggermente più bassa di quella di un vetro float chiaro. Quando usati in vetrata isolante è preferibile posizionarli come lastra esterna in modo tale che la radiazione assorbita sia più facilmente dissipata. 100

101 SUPERFICI VETRATE CONTROLLO RADIAZIONE SOLARE Facoltà di Architettura - Corso di Tecnica del Controllo Ambientale Vetro con coating Il controllo è incrementato attraverso l utilizzo di coatings che: Riducono il guadagno solare con una ampia gamma di opzioni prestazionali e performance alte, medie o ridotte. Offrono un range di trasmissione luminosa da elevata a bassa Forniscono diversi gradi di riflessione inclusa quella bassa 101

102 SUPERFICI Facoltà di Architettura VETRATE - Corso SMART di Tecnica del Controllo CONTROLLO Ambientale DINAMICO DELLA RADIAZIONE SOLARE Il termine cromogenics è stato introdotto dagli studiosi Lambert e Granqvist al fine di designare la scienza che studia i materiali in grado di cambiare le proprie caratteristiche ottiche in risposta ad uno stimolo esterno. In funzione dello stimolo esterno che provoca la variazione delle sue proprietà, i vetri cromogenici possono essere suddivisi in: materiali cromogenici non attivati elettricamente vetri fotocromici; vetri termocromici; materiali cromogenici attivati elettricamente vetri elettrocromici; vetri a cristalli liquidi. 102

103 SUPERFICI Facoltà di Architettura VETRATE - Corso CONTROLLO di Tecnica del Controllo RADIAZIONE Ambientale SOLARE 103

104 ELEMENTI Facoltà di Architettura DI CLIMATOLOGIA - Corso di Tecnica del Controllo GEOMETRIA Ambientale SOLARE 104

105 ELEMENTI DI CLIMATOLOGIA GEOMETRIA SOLARE Facoltà di Architettura - Corso di Tecnica del Controllo Ambientale Greenwich Giugno Latitudine Declinazione Longitudine Settembre / Marzo Dicembre Equatore 105

106 ELEMENTI Facoltà di Architettura DI CLIMATOLOGIA - Corso di Tecnica del Controllo GEOMETRIA Ambientale SOLARE La posizione del sole nella volta celeste è individuata attraverso due angoli. Altezza solare a, definita a partire dal piano dell osservatore; b a Azimuth b, definito a partire dal sud e negativo verso est, ed individuato dalla proiezione della congiungente osservatore - sole, sul piano orizzontale. I due angoli sono funzione della latitudine, del giorno dell anno e dell ora del giorno 106

107 ELEMENTI DI CLIMATOLOGIA - CARTA SOLARE Facoltà di Architettura - Corso di Tecnica del Controllo Ambientale Volta celeste proiettata su un piano orizzontale altitudine azimuth Volta celeste proiettata su un piano verticale altitudine azimuth Elementi di climatologia Carta Solare (riporta la proiezione della posizione apparente del sole con riferimento ad una data latitudine) 107

108 ELEMENTI Facoltà di Architettura DI - CLIMATOLOGIA Corso di Tecnica del Controllo - CARTA Ambientale SOLARE Le carte solari sono riferite ad una determinata latitudine, e su di esse possono essere proiettati gli edifici ed oggetti adiacenti al nostro riferimento. In tal modo è possibile valutare graficamente in quale periodo dell anno ed ore del giorno vi saranno ombre portate 108

109 DIAGRAMMI SOLARI Facoltà di Architettura - Corso di Tecnica del Controllo Ambientale Sui diagrammi solari è riportato il percorso del sole (traiettoria apparente) nei vari mesi e la sua posizione alle varie ore del giorno (sia in altezza che come angolo rispetto al Sud). In maniera analoga alle carte solari è possibile proiettare oggetti ed edifici adiacenti per valutare le ombre portate. 109

110 Facoltà di Architettura - Corso di Tecnica del Controllo Ambientale HELIODON SIMULATORE SOLARE Viene utilizzato per valutare le ombre portate su modelli architettonici a scala urbana 110

111 VALUTAZIONE DELLA RADIAZIONE SOLARE TRAMITE SOFTWARE Facoltà di Architettura - Corso di Tecnica del Controllo Ambientale 111

112 TRASMISSIONE DEL CALORE ATTRAVERSO LE FINESTRE A T i - T Q e ie Uw,totale A T i - Te R w,totale Differenza di temperatura tra interno e esterno [K] Resistenza termica totale della finestra [K/W] Trasmittanza termica totale della finestra [W/m 2 K] Area dell intera finestra ortogonale al flusso termico [m 2 ] 112

113 TRASMITTANZA TERMICA TOTALE DELLE FINESTRE Il calcolo della trasmittanza termica totale delle finestre è definito dalla norma ISO Nel caso del vetro camera occorre considerare anche il ponte termico introdotto dalla presenza del distanziatore tra i vetri: l g : lunghezza del ponte termico [m] = perimetro finestra Ψ g : coefficiente di trasmissione lineico [W/(mK)] 113

114 TRASMITTANZA TERMICA TOTALE DELLE FINESTRE Trasmittanza parte vetrata Coefficiente di trasmissione lineico 114

115 TRASMITTANZA TERMICA DELLA PARTE VETRATA Trasmittanza della parte vetrata di una finestra con vetro singolo U = g R + si 1 L + R se L = spessore del vetro [m] = conducibilità termica del vetro [W/(mK)] Trasmittanza della parte vetrata di una finestra con vetro doppio/triplo U = g 1 R + L + R + R j si s,j se j j j R s = resistenza termica unitaria delle intercapedini [(m 2 K)/W] 115

116 RESISTENZE TERMICHE SUPERFICIALI DELLE FINESTRE Resistenze termiche superficiali interne ed esterne R si e R se 116

117 RESISTENZE TERMICHE INTERCAPEDINI DELLE FINESTRE Resistenze termiche intercapedini d aria R s 117

118 TRASMITTANZA TERMICA DEL TELAIO Telai in materiale plastico 118

119 TRASMITTANZA TERMICA DEL TELAIO Telai in legno o metallo-legno X = spessore del telaio [mm] Y = trasmittanza termica [W/m 2 K] 119

120 TRASMITTANZA TERMICA DEL TELAIO Telai in metallo con taglio termico 120

121 COEFFICIENTE DI TRASMISSIONE LINEICO Coefficiente di trasmissione lineico Ψ 121

122 VALORI LIMITE DI TRASMITTANZA TERMICA DM 26 Gennaio 2010 VALORI MASSIMI DA NON SUPERARE! 122

123 ZONE CLIMATICHE GG 123

124 ESERCIZIO 10 Si consideri una finestra con vetro singolo dalle dimensioni 0,8 m x 1,5 m e spessore pari a 8 mm. La trasmittanza termica totale della finestra sia pari a U totale = 5,5 W/m 2 K. Le temperature dell ambiente esterno e interno sono, rispettivamente, -10 C e 20 C. Determinare la potenza termica trasmessa. RISULTATI ie totale i e Q = U A T - T =5,5 1,2 30= 198 W ESERCIZIO 11 Si consideri una finestra con doppio vetro (costituita da 2 strati di vetro dello spessore di 4 mm separati da un intercapedine di aria ferma spessa 10 mm) dalle dimensioni 0,8 m x 1,5 m. La trasmittanza termica totale della finestra sia pari a U totale = 1,8 W/m 2 K. Le temperature dell ambiente esterno e interno sono, rispettivamente, -10 C e 20 C. Determinare la potenza termica trasmessa. RISULTATI Q = U ie totale i e A T - T =1,8 1,2 30= 65 W 124

125 INERZIA TERMICA DELLE PARETI OPACHE RIFERIMENTO BIBLIOGRAFICO Capitolo 4 del libro: "Fisica Tecnica Ambientale Trasmissione del calore" Autore: L. De Santoli - Editore: Casa Editrice Ambrosiana Volume secondo 125

126 INERZIA TERMICA DELLE PARETI OPACHE Nella realtà l ipotesi fatta finora di regime stazionario non è perfettamente verificata a causa della variazione nel tempo della temperatura esterna e della radiazione solare (soprattutto durante la stagione estiva). Ciò cosa comporta? La distribuzione della temperatura in parete non è costante NEL TEMPO 126

127 INERZIA TERMICA DELLE PARETI OPACHE Temperatura esterna Temperatura interna SFASAMENTO τ SMORZAMENTO m ΔT ΔT int est I valori dello sfasamento e dello smorzamento definiscono la cosiddetta «inerzia termica» di una parete opaca 127

128 INERZIA TERMICA DELLE PARETI OPACHE Lo sfasamento [h] è definito come la differenza di tempo che intercorre tra l istante in cui si verifica la massima temperatura sulla superficie esterna e l istante in cui si verifica la massima temperatura sulla superficie interna di una parete assegnata, nell arco di una giornata. Lo smorzamento [%] è il rapporto tra la variazione massima della temperatura superficiale interna e quella della temperatura superficiale esterna, valutate nell arco di una giornata. In pratica lo sfasamento è un indice di ritardo con cui l onda termica si trasferisce dall esterno all interno del pannello, lo smorzamento è un indice con cui l ampiezza di tale onda si riduce: questi valori dipendono dalla capacità di accumulo termico della parete, che nella definizione di trasmittanza termica non entra in gioco. 128

129 INERZIA TERMICA DELLE PARETI OPACHE Valori elevati dello sfasamento garantiscono un buon comportamento dinamico delle pareti perché ritardano gli effetti che si verificano all interno di un edificio in seguito alle variazioni termiche esterne. Se opportunamente progettata, una parete potrebbe avere uno sfasamento ottimale di 12 ore perché ciò consentirebbe di ottenere, ad esempio nelle condizioni invernali, il trasferimento della radiazione termica all interno dell edificio nelle ore in cui la temperatura esterna risulta più bassa (di notte), oppure nelle condizioni estive il massimo trasferimento di calore all interno dell edificio nelle ore notturne, dove è possibile utilizzare anche aria esterna per il raffrescamento. A queste caratteristiche andrebbe associato un basso valore percentuale dello smorzamento: infatti, sempre nell ottica di ridurre gli effetti che si producono all interno di un edificio in funzione delle variazioni esterne, ciò garantirebbe un maggior comfort termico dell ambiente interno, grazie ad oscillazioni più basse di temperatura interna in quanto le oscillazione della temperatura esterna risulterebbero per l appunto smorzate. 129

130 VANTAGGI ELEVATA INERZIA TERMICA COOLING LOAD Bassa inerzia termica Media inerzia media Inerzia termica trascurabile Alta inerzia termica Carichi frigoriferi estivi e consumi di energia primaria ridotti Macchine frigorifere di taglia/costo inferiore o, addirittura, la possibilità di evitare l utilizzo di un impianto di raffrescamento Migliore comfort termico (grazie alle minori oscillazioni di temperatura in parete) 130

131 CAPACITÀ TERMICA: C= c ρ = λ/a 131

132 PRESTAZIONI INVOLUCRO IN TERMINI DI INERZIA TERMICA Sfasamento [h] τ >12 Prestazioni involucro in termini di inerzia termica Ottime 10 < τ 12 Buone 8 < τ 10 Medie 6 < τ 8 Sufficienti τ 6 Mediocri Occorre prestare particolare attenzione alle pareti esposte a SUD, OVEST e ai TETTI Per gli edifici con elevata inerzia termica, è opportuna una ventilazione naturale o meccanica durante la notte per scaricare l energia termica accumulata durante il giorno Occorre scegliere opportunamente il posizionamento in parete degli strati isolanti: a) isolamento dall interno modesta inerzia termica b) isolamento dall esterno o distribuito in parete buona inerzia termica 132

133 ESERCIZIO 12 Sia assegnata la struttura riportata in figura che divide l ambiente interno con aria ad una temperatura di T int =20,0 C da quello esterno con aria ad una temperatura di T est =3,0 C. Si considerino i seguenti valori delle distanze riportate in figura: L1=2,80m; L2=6,00m; L3=1,90m; L4=1,20m; L5=0,50m; L6=2,0 m Le pareti opache verticali a sinistra e a destra del pilastro sono costituite dai seguenti strati collegati in serie dall interno verso l esterno: Intonaco di malta di calce all interno, spessore= 2,5 cm; Laterizi - Mattoni pieni per pareti interne, r=1000 kg/m 3, spessore = 0,10 m; Intonaco di malta di calce all esterno, spessore= 2,5 cm; Il pilastro è realizzato con «calcestruzzo confezionato con aggregati naturali per pareti esterne protette - r=2200 kg/ m 3». Si assumano i valori di h i e h e pari, rispettivamente, a 7,7 W/m 2 K e 25,0 W/m 2 K. 133

134 ESERCIZIO 12 Si determini: La trasmittanza termica totale della parete opaca a sinistra del pilastro; [1,99 W/m 2 K] L andamento della temperatura nella parete opaca a sinistra del pilastro senza considerare i ponti termici; [T 1 =15,6 C, T 2 =14,7 C, T 3 =5,3 C, T 4 =4,4 C] La potenza termica dispersa attraverso la parete opaca a sinistra del pilastro senza considerare i ponti termici; [189 W] La potenza termica dispersa attraverso la parete opaca a destra del pilastro senza considerare i ponti termici; [254 W] La potenza termica dispersa attraverso il pilastro senza considerare i ponti termici; [88 W] La potenza termica dispersa attraverso l elemento finestrato (si consideri un valore della trasmittanza termica dell intera finestra pari a 2,9 W/m 2 K); [112 W] La potenza termica dispersa attraverso i ponti termici del pilastro ( =0,40 W/mK, lunghezza del ponte termico=l1); [38 W] La potenza termica dispersa attraverso il ponte termico della finestra ( =0,90 W/mK, lunghezza del ponte termico=perimetro finestra); [95 W] La potenza termica dispersa complessivamente attraverso tutta la struttura considerando anche i ponti termici; [776 W] L andamento della pressione di saturazione e della pressione parziale del vapore nella parete opaca a sinistra del pilastro usando la rappresentazione di Glaser e considerando i seguenti valori di umidità relativa: UR int =50% e UR est =40%; [pvs i =2338 Pa, pvs 1 =1772 Pa, pvs 2 =1672 Pa, pvs 3 =891 Pa, pvs 4 =837 Pa, pvs e =758 Pa,], [pv 1 =1170 Pa, pv 2 =826 Pa, pv 3 =446 Pa, pv 4 =303 Pa] Se si ha formazione di condensa interstiziale o superficiale nella parete opaca a sinistra del pilastro, motivando la risposta; [NO] Lo spessore di isolante da applicare alla parete a sinistra del pilastro per raggiungere il valore di trasmittanza limite U lim =0,29 W/m 2 K imposto dalla legge usando come materiale isolante fibre di vetro in pannelli semirigidi - densità = 30 kg/m 3 ; [0,12 m] 134