La verifica termoigrometrica. Piercarlo Romagnoni Università IUAV di Venezia

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1 La verifica termoigrometrica Piercarlo Romagnoni Università IUAV di Venezia 1

2 - Igrometria: l aria umida - Temperatura di rugiada, umidità specifica e umidità relativa - Il controllo dell umidità: requisiti per il benessere degli occupanti - Il controllo dell umidità: la salvaguardia dei materiali - Condensazione superficiale: - punti critici - verifica - prevenzione isolamento e ventilazione - Condensazione interstiziale: - la diffusione del vapore - analisi del fenomeno Glaser e EN ISO Ventilazione: - benessere e inquinanti indoor - tasso di ventilazione - tecnologie 2

3 Igrometria: l aria umida L aria è una miscela di specie chimiche diverse: - gas (azoto 79%, ossigeno 21%, CO 2 0,035%) - vapore d acqua Preso un certo volume d aria la quantità di ogni gas non cambia, quella di vapore invece sì: - in diminuzione: il vapore può condensare - in aumento: vapore può essere prodotto e immesso in ambiente (occupanti, sorgenti interne cucina, bagno, lavanderia) La costanza degli altri componenti fa sì che le grandezze vengano riferite all unità di massa dell aria secca Quali sono i parametri che regolano e che misurano il contenuto di vapore nell aria? 3

4 Igrometria: l aria umida Ogni componente gassoso si comporta come se gli altri non ci fossero: la pressione complessiva è pari alla somma delle pressioni che i singoli componenti avrebbero se occupassero da soli l intero volume disponibile a parità di temperatura (Legge delle pressioni parziali) p = p azoto + p ossigeno + + p vapore Il vapore: l acqua evapora fino a raggiungere una pressione massima E la pressione di saturazione p sat. Dipende solo dalla temperatura! p sat = f(t) T <T p < p sat 4

5 Igrometria: l aria umida p sat - dipende solo dalla temperatura (es. 100 C 1 bar) -rappresenta la pressione massima (e quindi il contenuto massimo) che il vapore può raggiungere anche nell aria: se l aria non è satura, la pressione parziale del vapore è sempre inferiore p vapore p sat 5

6 Igrometria: l aria umida p sat possiamo definire l umidità relativa come il rapporto tra la pressione parziale del vapore e quella di saturazione ϕ= p vapore /p sat % dato che psat cambia con la temperatura, l umidità relativa può variare anche se non cambia il contenuto di vapore dell aria, cioè p vapore in particolare se la temperatura scende, psat scende, quindi aumenta l umidità relativa; raggiunto il 100% la pressione parziale deve ridursi: - si ha la condensazione - si definisce la temperatura di rugiada per esprimere il contenuto di umidità in modo da non dipendere dalla temperatura si ricorre all umidità specifica x= massa di vapore/massa d aria secca 6

7 Controllo termoigrometrico: i materiali Esistono tuttavia situazioni e condizioni che richiedono un controllo dell umidità per evitare: - condensazione (umidità relativa del 100%) o la formazione di muffe (umidità relativa superiore all 80%) sulla superficie interna delle pareti - condensazione sulle vetrate - condensazione interstiziale dell umidità che migra per diffusione attraverso le pareti Sono fenomeni che possono essere previsti con appositi approcci di calcolo (verifiche) e conseguentemente prevenuti. Per quanto riguarda la condensazione superficiale il rischio è legato alla temperatura superficiale interna delle pareti. Ne consegue la criticità dei ponti termici 7

8 Condensazione superficiale su ponte termico di struttura 8

9 Condensazione superficiale per aumento della resistenza termica superficiale (presenza di mobili addossati) 9

10 Condensazione superficiale per ponte termico di struttura tra serramento e muratura 10

11 L insorgere di tali fenomeni compromette: - la durabilità delle pareti - la vivibilità dell ambiente Danni alla parete per fenomeni di condensazione può comportare: la presenza di acqua di condensazione sulla superficie interna della parete; la crescita di colonie fungine; il danneggiamento degli intonaci; l imputridimento di eventuali parti in legno; la riduzione del grado di isolamento globale della parete; la migrazione di sali eventualmente presenti all interno dei materiali che compongono la struttura e la conseguente comparsa di efflorescenze. I fenomeni di condensazione dipendono dalla temperatura della superficie interna delle pareti e quindi: - dalle temperature ambientali interne ed esterne - dalla trasmittanza termica delle pareti Naturalmente il rischio aumenta tanto più p vapore si avvicina a p sat (p vapore alto e/o p sat bassa) 11

12 Verifiche igrometriche Condensa superficiale è necessario definire: - la temperatura media mensile - la concentrazione media di vapore dell aria esterna. I valori di questi parametri sono reperibili dalla UNI Umidità interna: p vapore, i = p vapore,e + p Il valore di p dovrà essere moltiplicato per 1,1 e può essere determinato in funzione della temperatura esterna θ ext e della trasmittanza termica della parete 12

13 1500 Pv [Pa] classe classe 4 classe classe 2 classe A 13

14 Produzione di vapore acqueo UNI EN

15 Il valore massimo accettabile di umidità relativa sulle superfici è posto uguale a φ s = 80%. Il valore minimo accettabile della pressione di saturazione p sat : p sat (θ si ) = p i / 0,8 Il criterio φ s 80% è stabilito in base al rischio di crescita di muffe. Possono essere applicati criteri differenti per evitare corrosione come φ s 60% o, per evitare condensa in prossimità di serramenti: φ s 100%. 15

16 Il calcolo della temperatura minima superficiale accettabile è realizzato ricordando che: θ min si = f 1 ( p sat ) min Dal valore di θ si, dalla temperatura interna θ i e dalla temperatura esterna t e, si calcola il valore di f Rsi definito da: f Rsi min si θ θ = θ θ Si definisce mese critico di riferimento quello con il più alto max valore richiesto di f Rsi che è indicato in questo caso come f Rsi. Il componente edilizio considerato dovrà allora essere progettato in modo tale da avere un fattore f Rsi sempre max maggiore di f Rsi i e e 16

17 t 1 θ 1 θ si -θ e θ 2 t 2 q θ i -θ e Per la valutazione dello scambio termico in regime stazionario (indipendenza dal tempo) è possibile scrivere: = ( θ i R tot θ e ) = U ( θ i θ e ) W m la resistenza totale di scambio R tot è la somma delle resistenze termiche definite di seguito: 2 R tot = R 1 + R R si + R se R 1, 2,.. = resistenza termica di strato; R si = resistenza superficiale interna; R se = resistenza superficiale esterna. 17

18 max f Rsi min si θ θ = θ θ i e e θ θ si i θ θ e e = R 1 + R 2 R R tot se = R tot R R tot si Per ciascun componente edilizio, la resistenza termica R T dovrà verificare la relazione: Rsi Rtot max 1 f R T = R si + R se + R 1 + R = = resistenza termica totale della parete considerata [(m 2 K) / W] R si, R se = resistenze termiche superficiali lato interno e lato esterno. Rsi [(m 2 K)/W] Direzione del flusso termico Ascendente Orizzontale Discendente R si 0,10 0,13 0,17 R se 0,04 0,04 0,04 18

19 Per evitare la condensazione superficiale: - riduzione dell umidità relativa interna: con una adeguata ventilazione, in funzione della produzione di vapore che avviene all interno; - aumentare la temperatura interna: evitare di abbassare troppo la temperatura di notte o nei periodi di assenza - eliminazione dei punti freddi: le pareti devono essere isolate uniformemente (più facile da prevedere e realizzare al momento della costruzione, meno facile da correggere). Il livello di umidità in un ambiente è in equilibrio se il vapore smaltito è in quantità uguale a quello entrante nell ambiente. La quantità di vapore uscente dalle murature è modesta e la velocità di propagazione molto lenta. Conseguentemente, per evitare che il livello aumenti fino a livelli pericolosi, occorre anche smaltire il vapore in altro modo e cioè diluendo l aria interna carica di umidità con quella esterna più asciutta. 19

20 Verifica condensa interstiziale Il trasporto di vapore in una struttura è descritto tramite la relazione: g = la portata specifica [kg/(s m 2 )] di vapore aria δ p aria δp p g = = δ µ x = permeabilità al vapore dell'aria = kg/(m s Pa). p = differenza di pressione parziale del vapore [Pa]; µ = fattore di resistenza al vapore [-]; x = spessore dello strato [m]; s d = µ x = spessore equivalente di un singolo strato [m]. aria p p s d 20

21 Proprietà dei materiali Diffusività al vapore δ a 1 δ a = = π N µ N 5, [s -1 ] Spessore equivalente s d : s d = µ d = d N δ a d = spessore [m] µ = fattore di resistenza al vapore acqueo [-] 21

22 Permeabilità al vapore δ a [kg/(m s Pa)] = [s] Aria in quiete Calcestruzzo a struttura chiusa 1,3-2, a struttura aperta Fibre minerali (in pannello) Fibre di vetro Fibre minerali ottenute da rocce feldspatiche Intonaci e malte Intonaci di gesso puro Intonaco plastico per cappotto 6, Laterizi Mattoni pieni 35, Mattoni forati 20, Legnami Abete 0, Pino 4, Barriera al vapore Carta bitumata PVC Foglio alluminio (s = 5 mm)

23 Definite le proprietà termofisiche delle strutture edilizie, la resistenza termica lo spessore equivalente s d di ogni singolo strato si assume che ciascuna struttura sia asciutta all'inizio dei calcoli e per ciascun mese, a partire da Ottobre, si definiscono le temperature interna ed esterna e l'umidità relativa (dati UNI 10349). Si calcola la temperatura in corrispondenza ad ogni interfaccia ϑ ϑ R ϑ ϑ ) 1 1= se + ( i e RT 23

24 Si calcola il profilo della pressione di saturazione in funzione della temperatura, secondo le relazioni: p sat = 610,5 e 17,269 ϑ 237,3 + ϑ per temperature 0 La sezione trasversale della struttura edilizia è disegnata sostituendo agli spessori effettivi x gli spessori equivalenti di ciascuno strato s d. d La pressione parziale del vapore è calcolata in ciascuna sezione trasversale come: g tot = δ aria p p totale N i= 1 s di = δ aria p p v, s, int s d1 p v1 =... = δ aria p p v, N 1 p s dn v, s, est p v,s,int = pressione parziale del vapore ambiente interno p v,s,est = pressione parziale del vapore ambiente esterno 24

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33 La pressione parziale di vapore non deve incrociare la pressione di saturazione altrimenti si realizza condensa. Se ciò si verifica, si assume che nell'interfaccia in cui il fenomeno si manifesta, si considera la pressione parziale del vapore pari al valore di saturazione (φ = 100%). La eventuale condensa è calcolata mese per mese e tale valore è aggiunto o sottratto al valore del mese precedente: deve essere evidenziata la quantità massima di condensa eventualmente accumulata. 33

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