Appunti completi di Costruzioni edili - Parte 3

EP =EP +EP +EP +EP +EP +EP

gl h

gl h c w v l t

per la climatizzazione invernale; EP è l’indice di prestazione energetica per il raffrescamento. Lo scopo del

c

corso è di analizzare i rapporti tra le prestazioni di un edificio, la sua morfologia e le caratteristiche

prestazionali dei suoi componenti edilizi. Per questi fini è opportuno concentrarsi sui 2 indici EP e EP .

h c

Occupiamoci per ora della climatizzazione invernale (EP ).

h

Il Bilancio energetico di un edificio è normalmente valutato tenendo conto dei seguenti aspetti:

• Trasmissione del calore tra gli spazi climatizzati e spazi a temperatura inferiore.

• Guadagni di calore solari (per via diretta attraverso i serramenti o per assorbimento sulle pareti

opache).

• Guadagni di calore interni (dovuti a persone, dispositivi elettrici, impianti di illuminazione ecc.)

• Accumulo/rilascio di calore sensibile nelle masse degli elementi edilizi.

• Calore di ventilazione (in caso di ventilazione naturale non è compreso in EPv ma in EPh).

Ci sono 2 metodi per valutare le prestazioni di un edificio:

1. Metodi quasi-stazionari (quasi-steady methods), che valutano il bilancio termico in un tempo

sufficientemente lungo (un mese), il che consente di trascurare gli effetti dovuti alla dinamica delle

azioni ambientali (o valutarli in modo semplificato).

2. Metodi dinamici, che valutano il bilancio termico su intervalli molto brevi (tipicamente intervalli

orari) e che possano tenere in conto il comportamento inerziale dell’edificio (massa dei componenti

dell’edificio, calore immagazzinato e restituito dai componenti stessi) e quindi la sua risposta non

immediata ai mutamenti delle condizioni esterne. Sono disponibili metodi a differenti livelli di

dettaglio.

Scambi Termici – Individuazione dei confini

Si valutano gli scambi termici tra ambienti interni ed esterni, o tra ambienti interni che si trovano a

differenti temperature. Il primo passo è rappresentato quindi dalla individuazione dei confini tra zone

poste convenzionalmente a temperature differenti (interno/esterno o interno/interno). A quelli prima

individuati si devono aggiungere gli eventuali confini tra zone climatizzate di cui si prevedono però gestioni

a temperature differenti.

Quasi-steady method (Quasi stazionario): questo metodo di calcolo si basa sulle seguenti ipotesi e limiti:

• Dispersioni valutate in regime permanente.

• Distribuzione uniforme della temperatura nei locali (per altezze > 5 m. il metodo tende a perdere

validità).

• T e T sono considerate di pari valore.

aria operante

• Proprietà costanti dei componenti dell’edificio (λ, U).

In un edificio si dovranno valutare i cosiddetti Coefficienti globali di scambio termico H (W/K) per

tr

trasmissione che rappresentano la potenza termica dispersa per una differenza unitaria di temperatura tra

gli ambienti (interno ed esterno). Il prodotto di H per le differenze di temperatura tra ambienti interni e

tr

esterni restituisce le potenze disperse per trasmissione (W). Il Coefficiente globale di scambio termico per

trasmissione H è pari a: . Dove: è il coefficiente di scambio termico diretto per

H = H + H + H + H H

tr tr,adj D g U A D

trasmissione verso l’ambiente esterno espresso in watt per kelvin; è il coefficiente di scambio termico

H

g

stazionario per trasmissione verso il terreno; è il coefficiente di scambio termico per trasmissione

H

U

attraverso gli ambienti non climatizzati ed è espresso in watt per kelvin; è il coefficiente di scambio

H

A

termico per trasmissione verso edifici adiacenti, espresso in watt per kelvin.

Ogni termine H (H , H , H , H ) è composto da 3 termini: Dove: è l’area

H = b , [∑ A U + ∑ l ψ + ∑ χ ]. A

x D g U A x tr x i i i k k k j j i

dell’elemento i dell’involucro edilizio, in metri quadrati; è la trasmittanza termica dell’elemento i

U

i

dell’involucro edilizio, espresso in watt al metro quadrato kelvin; è la lunghezza del ponte termico lineare

l k

k, espresso in metri; è la trasmittanza termica lineare del ponte termico l, espressa in watt al metro

ψ k

kelvin; è la trasmittanza termica puntuale del ponte termico puntuale j, espressa in watt per kelvin; è

χ b ,

j tr x

il fattore di correzione, con valore b ≠ 1 se la temperatura dell’altro elemento costruttivo non è uguale a

,

tr x

quella dell’ambiente esterno.

Dispersione attraverso l’involucro

Partiamo dalla valutazione di H . Il fattore di maggiore peso è rappresentato da Σi*Ai*Ui. I problemi che a

D

questo punto si pongono sono molteplici:

1. Come valutare correttamente i valori di U e quindi la trasmittanza termica degli elementi costruttivi?

i

2. Quali sono le caratteristiche degli elementi costruttivi ai fini del rispetto delle normative vigenti?

3. E quali caratteristiche consentono invece ad un edificio di aspirare a Classi energetiche migliori?

4. Come valutare poi le trasmittanze termiche lineari Ψ da applicare ai ponti termici (Σ I Ψ )?

k k k k

5. E le χ dei ponti termici puntuali?

i

Trasmittanza termica U

i

Nel modello proposto la trasmittanza termica U risulta essere un parametro rappresentativo dello scambio

i

termico se si pongono le seguenti ipotesi:

1. che il flusso di calore sia stazionario.

2. che l’elemento abbia una forma geometrica semplice piana.

3. che l’elemento sia composto da una sequenza di strati omogenei ed isotropi.

4. che le superfici esterne alla parete siano isoterme.

Tali condizioni rappresentano un modello molto semplificato della realtà e non risultano (tranne la 2) mai

verificate. È opportuno comprendere quanto i casi reali siano distanti da questo modello teorico

(adeguando le scelte di progetto). La valutazione di U nelle fasi di progetto è operata in 2 modi:

i

degli elementi costruttivi;

a) Calcolando autonomamente i valori U

i

b) Assumendo i dati certificati dai produttori di componenti;

Il caso b) è solo apparentemente di immediata applicazione. Infatti: i dati forniti dai produttori (ottenuti

mediante prove normalizzate in laboratorio) non sono sempre rappresentativi dell’uso di un componente in

condizioni di progetto. In alcuni casi occorre estrarre da essi i Valori di progetto applicabili al caso in esame

poiché:

• i parametri termofisici dei materiali in condizioni di progetto non coincidono con quelli di

laboratorio;

• i dati (U ) forniti dal produttore sono rilevati su campioni di determinate dimensioni e

i

caratteristiche, che se cambiano, il valore di U ottenuto dalla certificazione potrebbe risultare non

i

affidabile.

Il calcolo di U nelle fasi di progetto è governato dalla EN ISO 6946. Il flusso che attraversa (in condizioni

i

stazionarie) un elemento composto di stratificazioni differenti viene valutato sulla base della sommatoria

dei relativi termini delle resistenze termiche degli elementi (s/λ) e di quelle superficiali (liminari) Rsi e Rse:

1/(R +(s /λ + s /λ +s /λ )+R )

si A Α B Β C C se

In cui le resistenze liminari R e R assumono i valori riportati nelle apposite tabelle. La valutazione delle

si se

resistenze dell’elemento costruttivo va spesso fatta su un elemento composto da strati differenti. Ognuno

di tali strati può essere composto:

a) da una intercapedine (generalmente di aria).

b) da un materiale omogeneo (isolanti, cartongesso, vetro ecc.).

c) da un materiale non omogeneo (es. muratura in conci). (s /λ +

Le resistenze termiche s /λ di ogni singolo strati va valutato applichiamo la seguente formula:

j j A Α

/λ + s /λ )

s

B Β C C

Intercapedini d’aria - Resistenza termica

In EN 6946 sono indicati i valori R di riferimento per le intercapedini d’aria non ventilate (validi per sup.

interne con emissività (Frazione di energia irraggiata in rapporto ad un corpo nero a pari temperatura) >0,8

2

e spessore < 0,1 volte le 2 dimensioni e in ogni caso < 30cm). Con aperture >1500 mm /metro lineare

l’intercapedine verticale si considera ventilata e la sua resistenza termica nulla (assieme agli strati esterni

ad essa).

Materiali omogenei - Conducibilità termica λ

A parte le intercapedini d’aria, il caso più semplice è rappresentato da strati di materiale omogeneo; la

valutazione della Conducibilità termica λ del materiale presenta però alcuni aspetti peculiari che vanno

tenuti in conto. Infatti il valore di λ ( W/mK ) non può essere considerato costante (e sempre pari al valore

di riferimento); esso infatti varia in relazione a diversi fattori quali:

• contenuto di umidità del materiale/componente.

• temperatura del materiale/componente.

• variabilità nel tempo (invecchiamento).

• variabilità del prodotto.

La variabilità del valore di λ di un materiale omogeneo è il tema affrontato in EN ISO 10456 (e UNI 10351 in

Italia). In queste pronunce normative si sottolinea la potenziale differenza tra valori termici di riferimento e

valori termici di progetto. Negli elaborati di progetto i dati di riferimento non possono essere usati

acriticamente; se necessario essi vanno mediati con fattori correttivi che tengano conto delle variabilità

prima indicate. I dati di certificazione EN possono invece essere usati come dati di progetto (è comunque

opportuno un confronto con i dati riportati a seguito).

NORMA EUROPEA proprietà igrometriche; valori tabulati di progetto e procedimenti per la

determinazione dei valori termici dichiarati e di progetto.

NORMA ITALIANA proprietà igrometriche; procedura per la scelta dei valori di progetto

Le norme citate riportano possibili valori λ di progetto mostrando il rapporto con i valori di riferimento a

secco. La variabilità tra valori a secco e valori di progetto può assumere anche una notevole rilevanza

(anche oltre il 50%). La questione è molto importante sia per gli isolanti che per gli elementi costituenti le

murature. Come specificato nella normativa i valori dichiarati da un produttore possono far riferimento a

differenti set di condizioni. Se non altrimenti specificato, è prudente assumere il valore dichiarato come

quello più sfavorevole alla prestazione. Ma come varia la prestazione con la temperatura o l’umidità?

La conversione da un set ad un altro (Set I/Set II o viceversa) va svolta a mezzo della: in cui

λ = λ F F F

2 1 T m a

= è il fattore di variabilità dovuto alla temperatura, e il fattore di variabilità dovuto al

e^[f (T ─T )]

F<