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Michele De Carli

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Fisica dell’involucro edilizio

Building Physics - Bauphysik

Studio dei fenomeni termoigrometrici dell’involucro edilizio:

• campo termico, flussi di calore e studio della distribuzione delle temperature;

• problemi di traspirazione delle strutture e trasporto di massa (vapore) attravero l’involucro edilizio;

• ottimizzazione dell’involucro per la massima durata possibile

L’EVOLUZIONE DELL’INVOLUCRO EDILIZIO

Moor House, 119 London WallLocalità: Londra (City)Architetti: Foster and partners, Londra.

19 piani con 18.000 m2 di facciata, con facciata ad est curva

LA CONDENSA NELLE COSTRUZIONI

I I fenomenifenomeni di di condensacondensa sisi possonopossono classificareclassificare in due in due categoriecategorie::

1.1. CondensaCondensa superficialesuperficiale: : condensazionecondensazione sullasulla superficiesuperficie a a temperaturatemperatura inferioreinferiore

allaalla temperaturatemperatura di di rugiadarugiada dell’ariadell’aria ((acqua all’interno dei locali, crescita di muffe,

deterioramento dei componenti, elevata umidità all’interno e conseguenti problemi di Indoor Air Quality, IAQ)

2.2. CondensaCondensa interstizialeinterstiziale: : ilil vaporevapore condensacondensa all’internoall’interno delladella muraturamuratura ((Problemi

di smaltimento dell’acqua all’interno della muratura, perdita delle prestazioni termiche e strutturali dei materiali, formazione di muffe…). Materiali permeabili tradizionali (muratura)

PSICROMETRIA O TEORIA DELL’ARIA UMIDA

Aria atmosferica: miscela di vapor d’acqua e aria secca.

vapor d’acqua: componente condensabile il cui contenuto è variabile nelle diverse condizioni ambientali o di operazioni di umidificazione e deumidificazione;

aria secca: miscela degli altri gas presenti nell’aria, in rapporto di concentrazione che rimane inalterato nelle diverse condizioni ambientali e nei processi di umidificazione e deumidificazione

Diagramma di Mollier

Diagramma Carrier

Temperatura di rugiada:è la temperatura alla quale si raggiunge la condizione di saturazione attraverso un processo di raffreddamento a pressione costante (ad umidità specifica costante)

Ta = 20°CRH = 50%

Ta = 20°CRH = 50%

PONTI TERMICI

Eterogeneità di forma o di struttura di un componente edilizi, in corrispondenza ella quale non si può ritenere lecita l’ipotesi di monodimensionalità delle linee del flusso termico. Conseguenze:

• Lo studio andrebbe eseguito con un codice di calcolo almeno bidimensionale.

• Aumento del flusso termico in corrispondenza del ponte

• Modifica della distribuzione delle temperature superficiali interne, con minori temperature superficiali

In dettaglio

Interno

Esterno

Qelemento1 =kL(ti-te)

Qelemento2 =kL(ti-te)

Diminuzione locale delle temperature superficiali:

La diminuzione di temperatura superficiale interna può comportare problemi di condensazione superficiale se la temperatura superficiale risulta inferiore a quella dell’aria a diretto contatto con esse.

Anche in assenza di condensazione superficiale vera e propria una temperatura superficiale prossima a quella di saturazione dell’aria che lambisce le pareti può portare alla formazione di muffe o macchie.

Fattore di temperatura sulla superficie interna:

fR si = θθθθ si - θ θ θ θ eθθθθ i - θ θ θ θ e

Temperatura superficiale interna

Temperatura esterna dell’aria

Temperatura interna dell’aria

Resistenza superficiale in corrispondenza della superficie interna. Va esplicitata poiché da essa dipende f

Calcolata la temperatura superficiale interna minima, essa va confrontata con la temperatura di rugiada dell’aria a diretto contato con la superficie. Per evitare fenomeni di condensazione superficiale:

θθθθ si, min > θθθθ r

tr=14°Ctbs=20°C

�=70 %

NORMA EN ISO 13788

Metodo di calcolo per evitare fenomeni di condensazione superficiale ed interstiziale

PROCESSI DI DEGRADO PER MOTIVI DI CONDENSAZIONE

Raggiungimento di elevati valori di umidità relativa o addirittura di condensazione superficiale del vapore sul lato interno dell’involucro edilizio

Fenomeni di superficie:

Condensazione interstiziale del vapore all’interno delle strutture perimetrali

Fenomeni interstiziali:

MOTIVI PRINCIPALI

• caratteristiche dell’involucro edilizio

• condizioni climatiche esterne

• contenuto di vapore all’interno degli ambienti per eccesso di produzione di vapore o per mancanza di adeguati ricambi d’aria

DANNI DOVUTI AI FENOMENI DI SUPERFICIE

• presenza di condensa sulla superficie interna o all’interno delle pareti

• crescita di funghi• imputridimento delle strutture lignee• degrado di intonaci• riduzione del grado di isolamento termico dell’involucro• variazione dimensionale e danneggiamento di manufatti• migrazione di sali, formazione di efflorescenze

CONDENSAZIONE SUPERFICIALE

Fattore di temperatura sulla superficie interna:

fR si = θθθθ si - θ θ θ θ eθθθθ i - θ θ θ θ e

Fattore di temperatura di progetto sulla superficie interna:

fR si,min = θθθθ si,min - θ θ θ θ e

θθθθ i - θ θ θ θ e

Minimo fattore di temperatura accettabile per la superficiale interna

Temperatura accettabile minima sulla superficie interna:

Temperatura accettabile minima per la superficiale interna prima che si verifichi la formazione di muffe

Eccesso di produzione di vapore:

Produzione interna di vapore per unità di volume:

∆ ∆ ∆ ∆ ν = νν = νν = νν = ν i - ν ν ν ν e = Gv / (n V)

Umidità relativa:

φ = φ = φ = φ = p

p sat

Umidità superficiale critica:

Umidità relativa in prossimità di una superficie che porta al deterioramento della superficie, specialmente la crescita di muffe

Dati climatici:

Occorre prendere in considerazione la zona climatica di riferimento (UNI 10349) e verificare ciascun mese secondo le condizioni medie esterne ed interne.Per elementi a bassa inerzia termica (ad esempio finestre e telai) occorre riferirsi ala temperatura minima su media annuale e la corrispondente umidità relativa.Come temperatura del terreno si può considerare la temperatura media annuale.

CALCOLO DELLA TEMPERATURA SUPERFICIALE PER EVITARE FORMAZIONE DI CONDENSA

Quattro parametri governano la formazione di condensa superficiale o la formazione di muffe:

Si ritiene in generale che un eccesso momentaneo di umidità relativa possa non essere dannoso per particolari situazioni, ad esempio finestre, piastrelle del bagno.Il rischio di formazione di muffe viene ritenuto avvenire con umidità relativa superiore a 0,8 (80%) per diversi giorni.

• Condizioni climatiche esterne (temperatura e umidità)• Qualità termica dell’involucro edilizio (resistenza termica,

ponti termici, geometria). Il parametro sintetico è fR si• Quantità di vapore prodotto all’interno degli ambienti• Temperatura interna e tipo di sistema di riscaldamento

(intermittenza, zone non riscaldate possono indurre problemi di umidità)

Metodologia di calcolo:

1) Definire la temperatura esterna

2) Definire l’umidità relativa esterna

3) Definire la temperatura interna mese per mese

4) Calcolare l’umidità relativa interna in termini di ∆∆∆∆p e ∆∆∆∆ννννoppure prendere una prefissata umidità relativa interna

Gli step principali della procedura sono la determinazione delle condizioni interne, per poter calcolare l’umidità di saturazione accettabile sulla superficie interna ννννsat oppure la pressione di saturazione psat . Quindi si calcola la qualità termica dell’involucro edilizio.

Per ogni mese dell’anno occorre seguire i seguenti punti:

5) Utilizzando un valore massimo accettabile per l’umidità interna in corrispondenza alla superficie φφφφsi = 0,80 (80%) si calcola il minimo grado di saturazione accettabile:

ννννsat (θ θ θ θ si) =ννννi

0,80

psat (θ θ θ θ si) = 0,80

pi

Talvolta come valore massimo accettabile per l’umidità interna in corrispondenza alla superficie si può prendere un valore inferiore se invece del rischio di condensa si vuole limitare la corrosione: φφφφsi = 0,60 (60%)

6) Determinare il minimo valore di temperatura superficiale accettabile θ θ θ θ si,min dal minimo valore della pressione di saturazione

7) Dal minimo valore di temperatura superficiale accettabile θ θ θ θ si,min si calcola il minimo fattore di temperatura fR si,min .Il mese con il più alto valore di fR si,min è il mese più critico. Il fattore di temperatura per questo mese fR si,max e l’elemento dell’edificio devono essere progettati in modo tale che

fR si > fR si,max

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Per tutte le categorie di edifici, ad eccezione della categoria E.8, si procede alla verifica dell’assenza di condensazioni superficiali e che le condensazioni interstiziali delle pareti opache siano limitate alla quantitàrievaporabile, conformemente alla normativa tecnica vigente. Qualora non esista un sistema di controllo della umidità relativa interna, per i calcoli necessari, questa verrà assunta pari al 65% alla temperatura interna di 20 °C.

Condizioni interne più gravose rispetto alla UNI EN ISO 13788Corretto rispetto al DL192 che richiedeva l’assenza di condensa interstiziale

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Edifici con adibiti ad attività industriali ed artigianali e assimilabili

LA VENTILAZIONE IN EDIFICI

DI TIPO RESIDENZIALE

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Fabbisogno specifico per ventilazione

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5

10

15

20

25

30

35

40

1000 1500 2000 2500 3000 3500Gradi giorno

kWh/

mq

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infiltrazioni VMC

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