Capitolo 1 – Introduzione
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CAPITOLO 1
Introduzione
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La principale fonte di energia rinnovabile è il risparmio energetico .
Tale risparmio è il punto di forza di una strategia europea che mira all’indipendenza
energetica degli edifici di nuova costruzione .
A riguardo la Direttiva 2010/31/UE , approvata da tutti gli stati membri , provvederà a
far si che entro il 31 dicembre 2020 , gli edifici di nuova costruzione siano edifici a
energia quasi zero .
All’art.2 della direttiva si definisce “ edificio a energia quasi zero ” quell’edificio ad
altissima prestazione energetica con fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo
che dovrebbe esser coperto in misura molto significativa da energia da fonti rinnovabili,
compresa l’energia da fonti rinnovabili prodotta in loco o nelle vicinanze . [1]
La presente direttiva promuove il miglioramento della prestazione energetica degli
edifici all’interno dell’Unione .
Per il riscaldamento delle abitazione e dei ambienti di lavoro utilizziamo il 40% di tutta
l’energia consumata sul pianeta cioè ben il doppio dell’energia consumata dal grande
fattore inquinante per eccellenza: il traffico veicolare .
In Italia la maggior parte degli edifici esistenti , escluso il patrimonio storico, è
costituita da abitazioni realizzate negli anni del dopoguerra. Le statistiche riportano,
infatti che quasi il 60% del patrimonio residenziale italiano è stato costruito tra il 1946
ed il 1981. Nelle regioni nel Nord-Italia il consumo di energia degli edifici esistenti si
aggira, mediamente, attorno ai 18-20 litri di gasolio per metro quadro annuo. La media
nazionale è stimata intorno ai 12-14 litri di gasolio (equivalenti a 12-14 metri cubi di
gas).
Quasi il 65 % del consumo globale energetico di un’abitazione civile è speso
unicamente per il riscaldamento degli ambienti .
A ciò va aggiunto che più di un terzo di energia termica prodotta va perduta attraverso
l’involucro degli edifici non sufficientemente isolati e che il settore residenziale è
responsabile del 35% delle emissioni inquinanti.
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Per porre rimedio a tali inconvenienti si rendono necessari adeguati interventi .
Fig. 1 – Consumi globali energetici degli usi finali degli edifici e
dispersioni di calore dall’involucro edilizio
Oggi sappiamo che possiamo e dobbiamo assolutamente ridurre questo enorme
consumo e spreco di energia se vogliamo un economia sostenibile e un clima protetto .
Come può la tecnica aiutarci a costruire un edificio efficiente sotto il profilo energetico
ossia in grado di risparmiare energia ?
Un edificio disperde energia soprattutto attraverso il suo involucro esterno e quindi si
tratta di vedere come si possa ottimizzare tale involucro in modo da disperdere poco
calore d’inverno e rispettivamente far entrare meno calore possibile d’estate .
La soluzione energeticamente più conveniente sarebbe la costruzione di case passive, di
classe energetica A+. La progettazione di tali edifici, oltre alla notevole diminuzione dei
costi e delle emissioni inquinanti, permetterebbe la perfetta sintonia tra l’ambiente
esterno, l’uomo, gli impianti e l’involucro edilizio e porterebbe alle condizioni di
massimo confort ambientale. La costruzione di edifici passivi rappresenta, tuttavia
attualmente un settore di nicchia.
In una casa ben coibentata i costi energetici sono ridotti al minimo e una delle principali
misure per la riduzione di consumo di energia termica è l’applicazione di un sistema a
Capitolo 1 – Introduzione
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isolamento termico a cappotto, ossia di un isolamento esterno di alta qualità
collaudato, calcolato e controllato.
Per la funzionalità di un edificio la Commissione Europea considera il risparmio
energetico ottenuto con l’isolamento termico degli edifici come criterio fondamentale,
anche sotto l’aspetto della garanzia di sicurezza nell’utilizzo e della durabilità .
La compatibilità dei componenti nel sistema e la progettazione ed esecuzione sono
responsabili di questi ultimi aspetti.
La riqualificazione energetica degli edifici esistenti è quindi fondamentale e avviene in
due principali fasi :
- Si effettua un’attenta analisi delle condizioni esistenti del sistema edificio e degli
impianti;
- Si propongono diverse tipologie di intervento volte a riqualificare energeticamente sia
il sistema edificio che l’impianto, quali l’installazione di materiale isolante, caldaie a
condensazione, pannelli solari o fotovoltaici.
L’obiettivo è quello di aumentare la classe energetica dell’edificio esistente, riducendo
così i costi di gestione, l’impatto ambientale e aumentando il comfort abitativo.
A volte può capitare che i calcoli teorici dei progettisti non rispecchino perfettamente i
risultati realmente riscontrati . Questo può accadere per un approssimato e superficiale
calcolo all’origine e/o per un comportamento incurante durante tutta la realizzazione
dell’intervento .
Una delle norme vigenti a riguardo, che esamineremo successivamente, elenca una serie
di cause che contribuiscono al non raggiungimento delle performance del materiale
applicato e quindi alla mancanza della prestazione finale preventivata .
La norma inserisce tutti questi effetti negativi all’interno di un coefficiente di
maggiorazione per cautelare le proprietà del sistema di isolamento termico applicato.
L’obiettivo di questa tesi è calcolare analiticamente i valori delle maggiorazioni
sull’isolamento termico , attraverso casistiche , confrontarli con i relativi valori indicati
dalle norme UNI e valutando la loro influenza sulla prestazione finale dell’intervento.
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Le analisi svolte all’interno dell’elaborato, anche attraverso il software di analisi
numerica THERM , hanno lo scopo di determinare, a priori, le conseguenze di vari
interventi di isolamento termico , proposte a diminuire l’effetto dei ponti termici.
Questi sono dovuti alle discontinuità di isolamento termico applicato al sistema edificio,
che determinano un incremento, a volte notevole come vedremo, delle dispersioni
termiche .
L’elaborato è così strutturato :
- Capitolo 2 :
Si riportano alcuni richiami di fisica tecnica, utili alla comprensione , quali le tipologie
di trasmissione del calore, la trasmissione termica attraverso le pareti e altri concetti che
verranno citati nel corso dei successivi capitoli , riferiti al contesto normativo
riguardante il calcolo e agli interventi di isolamento termico . Inoltre si presenta un
introduzione al software THERM che utilizzeremo nel nucleo dell’elaborato,
illustrandone le caratteristiche funzionali e i diversi tipi di rappresentazione dei risultati.
- Capitolo 3:
La trattazione svolta, all’interno del presente capitolo ha lo scopo di fornire un ampia
scelta di materiali e le regole per una corretta applicazione dell’isolamento termico a
cappotto .
- Capitolo 4:
Si affronta la tassellatura dei cappotti termici, riportando tutte le caratteristiche dalle
tipologie dei singoli tasselli distinti dal tipo di materiale , dagli schemi di distribuzione e
dalle tecniche di applicazione in opera .
I successivi capitoli rappresentano il nucleo fondamentale dell’elaborato , il cui scopo è
quello di determinare l’influenza di particolari interventi edilizi che riducono le
prestazioni dell’isolamento termico .
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- Capitolo 5 :
Vengono descritte 3 diversi esempi di stratigrafie di pareti isolate e si calcola l’effetto
della tassellatura sul sistema di isolamento termico applicato ad ogni esempio.
- Capitolo 6 :
Si approfondisce il ponte termico spalla finestra , trattando prima alcune nozioni
teoriche introduttive sui ponti termici e le loro conseguenze poi la normativa tecnica di
riferimento. Inoltre , su un esempio generico di parete isolata , si effettuano i calcoli
dell’influenza del ponte termico spalla finestra utilizzando prima il valore di
trasmittanza lineica fornito dalla UNI 14683, poi quello risultante dalla simulazione in
Therm .
Infine si propone e si analizza una soluzione correttiva per il ponte termico in oggetto e
si confrontano i risultati prima e dopo l’intervento correttivo .
- Capitolo 7 :
Si sviluppa il calcolo della trasmittanza termica media di strati disomogenei e nello
specifico l’effetto della struttura lignea nello strato di isolamento termico in copertura .
Anche in questo caso partendo da un generico esempio di falda inclinata si calcola la
trasmittanza media con 3 diversi metodi confrontandone i risultati ottenuti .
Infine si presenta ed si studia , sempre con gli stessi metodi , una soluzione correttiva
per abbassare la trasmittanza media e verificare il miglioramento energetico ottenuto
dopo l’intervento correttivo .
- Capitolo 8 :
Si riassumono i risultati generali ottenuti nei precedenti tre capitoli e si riportano le
relative conseguenze a conclusione dell’intero elaborato .
Capitolo 2 – Richiami teorici e normativi
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CAPITOLO 2
Richiami teorici e normativi
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Nel seguente capitolo sono riportati alcuni parametri , definizioni , concetti teorici e
procedure di calcolo presenti e non nella normativa specifica , utili e fondamentali per la
piena comprensione dei successivi capitoli dell’elaborato .
2.1 Comfort termico – Benessere ambientale
“L’uomo è in equilibrio termico quando l’energia termica generata all’interno del suo
corpo è uguale all’energia dispersa nell’ambiente” (EN ISO 7730, 2005)
Il livello di qualità della vita si sta avviando verso standard sempre più elevati e pertanto
richiede la definizione estremamente puntuale dei requisiti microclimatici atti a
garantire, negli spazi in cui l’uomo vive e lavora, condizioni di comfort termico-
igrometrico sia globale che locale, che si relazionino necessariamente con il risparmio
energetico e la sostenibilità ambientale.
Il comfort o benessere ambientale è la particolare condizione psicologica di
soddisfazione percepita dagli individui . Esso è garantito da diversi contributi i quali
richiedono azioni specifiche [22] :
- benessere visivo → controllo dell’illuminazione
- benessere acustico → controllo del rumore
- benessere respiratorio → controllo della qualità dell’aria
- benessere termoigrometrico → controllo del microclima
Capitolo 2 – Richiami teorici e normativi
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Il comfort termico è in funzione di:
- Temperatura dell’aria
- Umidità dell’aria
- Velocità dell’aria
- Temperatura radiante
- Attività svolta (metabolismo)
- Abbigliamento
Nel §2.3.3 vedremo come nella progettazione edilizia e negli interventi di
riqualificazione energetica , lo scopo sia quello di eliminare il rischio di formazione di
condensa superficiale e le conseguenze che ne derivano (§6.2). Questo fine rientra
nell’obiettivo, ben più complesso , di creare ambienti che non provochino condizioni di
disagio a chi vi abita, quali l’insorgere di gradiente di temperatura, la presenza di ampie
zone molto calde o molto fredde o la presenza di correnti d’aria.
Si ritiene che le condizioni di benessere siano raggiunte dalle persone nel caso in cui
queste avvertano sensazioni di equilibrio fra caldo e freddo, umidità e secchezza,
presenza eccessiva e nulla di correnti d’aria.
2.2 Trasmissione del calore e trasmittanza termica
2.2.1 Introduzione e concetti preliminari
Il primo principio della termodinamica , noto come principio della conservazione
dell’energia, stabilisce che l’energia non può essere né creata, né distrutta, ma può solo
cambiare forma e può attraversare un sistema termodinamico sotto forme distinte:
calore o lavoro.[2]
Il calore è definito come la forma di energia che si trasferisce tra due sistemi, o tra un
sistema ed un ambiente, in virtù della differenza di temperatura e si può trasmettere per
conduzione, convenzione o irraggiamento. Si misura in Joule.
Capitolo 2 – Richiami teorici e normativi
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La quantità di calore trasmessa nell’unità di tempo viene detta potenza termica Q ed è
importantissima per esprimere meglio il concetto del trasferimento dell’energia. Essa si
misura in Watt ( W=J/s ).
Essendo il calore una grandezza vettoriale è possibile definire il vettore flusso termico
q [ W/m² ] e assume come direzione di propagazione quella ortogonale alla direzione
del moto ; come modulo del vettore , poi , il rapporto tra la potenza termica scambiata e
la superficie in cui avviene lo scambio termico.
Nota la superficie A e il flusso termico q che l’ attraversa , si può determinare il valore
della potenza termica trasmessa attraverso la relazione:
�� ̇ = | �� | ∙ �� (2.1)
Il calore è assunto con segno positivo se è trasferito dall’ambiente al sistema, negativo
se è trasferito dal sistema all’ambiente.
La trasmissione del calore avviene attraverso un corpo quando esso è sottoposto ad una
differenza di temperatura. L’energia si trasferisce dal punto a temperatura maggiore al
punto a temperatura minore.
La schematizzazione che si applica alla trasmissione di calore si basa su tre
meccanismi fondamentali:
- Conduzione
- Convezione
- Irraggiamento
L’analisi rigorosa di questo fenomeno si fonda su basi teoriche molto complesse, e
quindi per rendere più agevole lo sviluppo dei calcoli si ipotizzano le seguenti
condizioni:
- regime stazionario ( flusso di calore costante nel tempo )
- parete piana di estensione infinita
- materiale componente perfettamente omogeneo ed isotropo
- le due facce esterne della parete sono considerate come superfici isoterme.
Capitolo 2 – Richiami teorici e normativi
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2.2.2 Conduzione
La conduzione è il trasferimento di energia che si verifica per effetto dell’interazione
delle particelle di una sostanza, dotate di maggiore energia ,con quelle adiacenti dotate
di minore energia. La conduzione può avvenire nei solidi, nei liquidi o nei gas .
Nei gas e nei liquidi è dovuta alle collisioni tra le molecole durante il loro moto
casuale; nei solidi, invece , alle vibrazioni delle molecole all’interno del reticolo e al
trasporto di energia da parte degli elettroni liberi.
La quantità di calore che si propaga per conduzione tra due regioni di un corpo dipende:
- dalla geometria
- dalle caratteristiche del corpo
- dalla differenza di temperatura tra le due regioni del corpo.
Infatti , se si considera una lastra piana di spessore costante pari a Δx , si osserva che la
potenza termica trasmessa per conduzione Q ,che l’ attraversa, è direttamente
proporzionale alla differenza di temperatura ΔT attraverso lo strato e all’area A della
sezione normale della direzione della trasmissione di calore, nonché inversamente
proporzionale allo spessore dello strato , per cui vale la seguente formula:
�� ̇ conduzione = �� ∙ ��
����
����
(2.2)
dove λ è la conducibilità termica del materiale.
Nel caso in cui si ha Δx tende a zero, la precedente equazione si riduce all’equazione
differenziale , sotto riportata , nota come postulato di Fourier per la conduzione termica
del calore.
�� ̇ conduzione = − �� ∙ �� ����
����
(2.3)
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