Appunti completi Fisica tecnica e impianti

CONDUTTANZA O LA RESISTENZA NON ENTRAMBE

Trasmittanza termica: Il flusso per trasmissione; oltre alla superficie interessata ed alla differenza

di temperatura, è proporzionale, come si è visto, all’inverso della somma delle varie resistenze per

adduzione e conduzione. Questo termine prende il nome di trasmittanza unitaria o coefficiente di

2 2

trasmissione, si indica con il simbolo U e si esprime in W/m K oppure in W/m °C

Lezione 04 – Radiazione solare e involucro opaco

Resistenza termica: La somma delle resistenze (di un elemento multistrato). Si indica con R e l’unità

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di misura è il m K/W (in caso di unità di misura della temperatura in °C m °C/W). Questo valore

indica la capacità di un determinato componente, in condizioni standard, di resistere al passaggio di

calore tra gli ambienti che separa ed è determinante ai fini della progettazione dell’isolamento

termico di un edificio. La formula con cui si calcola è:

Il flusso per trasmissione tra solido piano si può dunque scrivere come:

L’aria in stato stazionario (assenza di moti convettivi) è un ottimo materiale termoisolante.

Nell’edilizia tradizionale di fatti venivano inseriti spesso intercapedini vuoti per aumentare le

caratteristiche isolanti del pacchetto murario. Spessore (m)

Intercapedine 0,01 0,02 – 0,1

Strato d’aria orizzontale (flusso 2 2

7,5 W/m K 7,0 W/m K

termico ascendente) 2 2

Strato d’aria verticale 7,5 W/m K 6,4 W/m K

2 2

Strato d’aria orizzontale 7,5 W/m K 5,2 W/m K

La normativa divide il territorio nazionale in 6 zone climatiche (A: zona più calda - F: zona più fredda).

Ogni zona climatica prevede un valore massimo di trasmittanza termica delle superfici orizzontali e

verticali. Pareti opache Pavimento Tetto

Zona climatica 2 2 2

[W/m [W/m [W/m

K] K] K]

A -B 0,40 0,42 0,32

C 0,36 0,38 0,32

D 0,32 0,32 0,26

E 0,28 0,29 0,24

F 0,26 0,28 0,22

Attraverso la formula del flusso composto posso trovare la temperatura all’interfaccia di ogni

singolo strato di un pacchetto tecnologico, modificano così la formula

è il coeff. di adduzione

Dove h

a,I

Coefficiente di trasferimento del calore stazionario: è la sommatoria dei prodotti delle varie

superfici che delimitano una zona termica per le rispettive trasmittanze

Zona termica: Una porzione di edificio mantenuto a temperatura uniforme attraverso lo stesso

impianto di riscaldamento, raffrescamento o ventilazione

Il coeff. di trasferimento del calore stazionario (o Dispersione termica specifica) si calcola sommando

tutte le trasmittanze delle varie parti dell’edificio, moltiplicandole per le relative superfici totali. Si

indica con la lettera H e si utilizza l’unità di misura W/K (o W/°C)

Infine il flusso termico totale trasmesso si può calcolare come

Ponte termico: zona limitata dell’involucro edilizia che rappresenta una variazione della densità di

flusso termico rispetto agli elementi costruttivi adiacenti). Secondo la Norma UNI EN ISO 10211 si

ha quando:

- Per compenetrazione totale o parziale di materiali con conduttività termica diversa

nell’involucro edilizio;

- Variazione dello spessore della costruzione;

- Differenza tra l’area della superficie disperdente sul lato interno e quella sul lato esterno.

I ponti termici possono essere:

- Lineari: si sviluppano lungo una sezione trasversale uniforme lungo uno dei tre assi

ortogonali (cordoli, pilastri, travi, marcaipiedi, davanzali …);

- Puntuali: punto localizzato in cui puntualmente varia la trasmittanza termica (attacco a

soffitto di pilastri, chiodi cappotto termico, travi a sblazo, attacchi di sovrastruttute, …).

Possono essere causati da:

- Disomogeneità geometrica: varia la geometria, forma, dimensione del/i materiale/i;

- Disomogeneità materica: variazione del materiale o della resistenza termica del materiale

stesso.

Possono causare:

- Danni igienico sanitaria: formazione di muffe;

- Danni strutturali: formazione di condensa superficiale o tensioni struttuali;

- Riduzione del comfort;

- Aumento dei consumi energetici (perdite energetiche fino al 20-30%).

Il calcolo analitico dei ponti termici è molto complicato, per tanto si utilizza un approccio

semplificato che passa dal calcolo del flusso termico moltiplicato per la lunghezza del ponte termico

Y [

e del coefficiente di trasmissione lineico W/mK]. Tale coeff. è un valore tabellato e dipende dallo

spessore degli elementi che definiscono il giunto e dalla successione dei vari strati.

Data la complessità del calcolo, operativamente, si tende a trascurare i ponti termici, ma la

normativa italiana prevede che per il calcolo delle prestazioni energetiche siano considerati, pre

tanto se sono accettabilmente piccoli per un grado di approssimazione, lo scambio termico

attraverso i ponti termici, può essere determinato forfettariamente con un aumento percentuale

delle trasmissioni secondo valori tabellari come i seguenti.

Il calcolo totale della dispersione dell’involucro edilizio per trasmissione termica si può calcolare

come:

Il valore “opaco” viene calcolato, quello “trasparente” viene fornito dal costruttore del serramento,

“ponti termici” calcolato come sopra. L’unità di tempo finale determina il flusso nell’arco temporale,

se viene rimosso la formula indicherà un valore senza unità temporale.

Il flusso disperso per ventilazione invece viene calcolato come

r,

La densità (o massa volumica o massa specifica), di un corpo è il rapporto tra la massa del corpo

ed il volume del medesimo corpo. 2

Il minimo da norma italiana è mf>230kg/m

Maggiore è la densità della materia che costituisce un corpo, maggiore è il tempo che questo

impiega per scaldarsi o raffredarsi, di conseguenza il flusso termico che lo attraversa diminuisce di

intensità e viene rallentato.

La Capacità termica è la quantità di calore (Q ) necessaria per portrare un corpo di volume V da una

a

temperatura iniziale t ad una finale t

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La diffusività termica è il rapporto tra la conducibilità termica e la capacità termica specifica.

r

Dove: è la densità e c è il calore specifico

j : è lo sfasamento dell’onda termica, in ore, tra il massimo flusso termico entrante e

Sfasamento,

il massimo della temperatura dell’ambiente esterno

Y :

Fattire di attenuazione è la riduzione dell’oscillazione rispetto al flusso medio

Lezione 05 (parte 1) – Geometria solare

L’orbita terrestre giace su un piano detto ecclittica, l’asse terrestre rispetto all’eclittica è inclinato

di circa 66,5°.

L’angolo di declinazione solare (d) è l’angolo della retta che congiunge il centro della terra col centro

del sole, e varia da -23,27° a SUD e + 23,27° a NORD.

Dove N è il numero del giorno su base annua (es. 10/01 è il n. 10, il 21/12 è il n. 355)

Angolo orario (w) è l’angolo formato dal piano meridiano passante per l’osservatore (sulla terra)

con il piano meridiano passante per il sole (positivo verso EST), tale angolo varia di 15° ogni ora.

00:00 06:00 12:00 18:00 00:00

w 0° 90° 0° -90° 0°

Altezza solare (b) è l’angolo formato dalla retta terra-sole rispetto al piano dell’orizzonte.

f

Dove è l’angolo di latitudine di riferimento

Angolo zenitale solare (q ) è l’angolo formato della retta sole-terra rispetto allo zenit, è l’angolo

Z b. ® b q ® q b

complementare dell’altezza solare + = 90° cos = sin

Z Z

Angolo di azimut solare (a) è l’angolo formato dalla proiezione della retta sole-terra sul piano

®

dell’orizzonte con direzione SUD (positivo verso EST positivo al mattino)

Diagramma emisferico: Tracciato dei percorsi solari su un emisfero ideale.

Diagramma polare: La proiezione piana del diagramma emisferico, riferito ai giorni medi mensili

Diagramma cilindrico: Proiezione del diagramma emisferico su una superficie cilindrica che circonda

l’osservatore.

L’angolo di incidenza formato dai raggi solati con una superficie può essere calcolato in funzione

a, b, g y

di dell’orientamento della superficie (90° ad EST, -90° ad OVEST) e dell’inclinazione (0° =

orizzontale, 90° = verticale). Questo calcolo è molto utile per il calcolo del fotovoltaico.

y

Dove = è l’angolo formato dalla superficie rispetto al piano orizzontale

Il Sole emette onde elettromagnetiche caratterizzate da una lunghezza variabile tra 0.1 nm e 10 km.

Costate solare è la densità di potenza media della radiazione solare all’esterno dell’atmosfera ed è

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pari a 1370 W/m . Il valore medio di potenza che raggiunge la sup. terrestre è invece di 1000 W/m

2

con picchi di 1100 W/m .

La radiazione solare nell’attraversare l’atmosfera terrestre subisce 3 fenomeni:

- Riflessione: Parte dell’energia viene riflessa direttamente nello spazio;

- Assorbimento: Le molecole dell’atmosfera assorbono parte dell’energia trasformandola in

infrarosso;

- La parte di energia che arriva sulla superficie terrestre si distingue in due gruppi diretta e

diffusa.

L’unità di misura che misura i fenomeni di assorbimento è l’AIR MASS 1

®

[AM 1] (massa d’aria unitaria) Spessore di atmosfera attraversato dai

raggi solai in direzione perpendicolare alla superficie terrestre co il sole

allo Zenit, misurato al livello del mare con pressione a 760mmHg, ozono

a 2.8 mmHg e contrazione d’acqua precipitabile a 20mmHg.

Alle latitudini europee si tiene conto di un AM 1.5 – AM 2 (valore più

attenuato rispetto a AM 1). 2 ]

Irradianza: potenza di radiazione solare su un’unità di superficie [W/m

2

Irradiazione: Quantità di energia solare su un’unità di superficie [J/m ]

La radiazione solare che

colpisce una superficie si divide

in DIRETTA, DIFFUSA e

RIFLESSA.

Questo grafico permette di

misura la quantità di Irradianza

durante il giorno nelle 3

componenti (diffussa +

riflessa) e (Diretta) e nell

quantità complessiva.

Tale dato varia in base alla

posizione geografica, spaziale

e del periodo considerato

(momento dell’anno).

L’irradianza totale di una qualsiasi superficie può essere così calcolata

Dove ®

= Irradianza diretta da grafico dell’irradianza

I b ®

= Irradianza diffusa da grafico dell’irradianza

I d = +

I I I

g b d