La migrazione del vapore nelle strutture edilizie | Ingegneri.info

La migrazione del vapore nelle strutture edilizie

Lo studio del comportamento igrotermico dell’involucro è fondamentale sia per gli edifici esistenti che le nuove realizzazioni. La panoramica degli ingegneri di Anit, dal comportamento dell'aria umida al diagramma psicrometrico

diagramma_cover
image_pdf

a cura di Rossella Esposti e Giorgio Galbusera – Anit

La trasmissione del vapore attraverso le strutture edilizie è un processo complesso che dipende da innumerevoli caratteristiche fisiche dei materiali e delle condizioni al contorno.

La norma di riferimento per questo tipo di analisi è la UNI EN ISO 13788:2013 “Prestazione igrotermica dei componenti e degli elementi per edilizia – Temperatura superficiale interna per evitare l’umidità superficiale critica e condensazione interstiziale – Metodo di calcolo” che propone metodi semplificati per valutare qualitativamente e quantitativamente il fenomeno.
Prima di addentrarci nei meandri della norma è bene eliminare alcuni dubbi sul concetto di umidità e sulle grandezze in gioco.

Figura 1.1.

La migrazione del vapore attraverso una struttura opaca. La complessità del fenomeno va studiata in riferimento alle condizioni al contorno dell’ambiente interno (1), esterno (2) e alle caratteristiche dei materiali utilizzati nella stratigrafia (3), e va analizzata rispetto al rischio di formazione di condensa superficiale (4), muffa (5), condensa interstiziale (6) e tempo d’asciugatura (7)

1.1. Aria umida
Nell’aria è sempre presente vapore acqueo in misura variabile. Ad ogni temperatura dell’aria nell’ambiente interno è associata una quantità massima di vapore che può essere contenuta nell’aria stessa; questa quantità è tanto più grande quanto più la temperatura è alta.

Per chiarire questo concetto ci serviamo di una analogia idraulica, ovvero consideriamo un recipiente pieno d’acqua. In base a questa analogia la temperatura dell’aria è rappresentata dall’altezza del recipiente, mentre la quantità di vapore contenuta nell’aria è rappresentata dalla quantità d’acqua nel recipiente stesso.

Con riferimento alle figure seguenti possiamo dire che nel primo caso il recipiente è pieno al 60%, nel secondo lo stesso recipiente è pieno al 30% e nel terzo che è saturo ovvero pieno al 100%.
Il livello di liquido nel recipiente rispetto al massimo contenuto possibile rappresenta il concetto di umidità relativa.

Figura 1.1.bis

Immaginiamo ora di prendere due recipienti con altezze differenti: nella nostra analogia rappresentano due condizioni climatiche a diversa temperatura dell’aria. In questo caso la stessa quantità di liquido occupa una percentuale differente del volume, ovvero a parità di quantità di vapore (umidità assoluta), se la temperatura è differente si ottiene una differente umidità relativa nei due ambienti: 40% nel primo caso e 90% nel secondo.

Figura 1.1.bis1

Ipotizziamo ora di prendere un recipiente con bordo ad altezza variabile: questa possibilità è rappresentativa di una condizione climatica in cui è possibile modificare la temperatura dell’aria, come nel caso di una stanza di un edificio in cui si può regolare la temperatura.

È ovvio che la modifica dell’altezza del bordo incide sulla percentuale di riempimento del recipiente, ovvero a parità di contenuto di vapore, sul valore di umidità relativa.
La temperatura alla quale si raggiunge il valore di UR 100% rappresenta la temperatura limite definita come temperatura di condensazione (o di rugiada).
Con un ulteriore abbassamento della temperatura si ha la fuoriuscita del liquido dal recipiente ovvero per temperature inferiori alla temperatura di rugiada l’aria perde vapore sottoforma di condensa.

Figura 1.1.bis2
Con riferimento a questi esempi possiamo allora dire che per evitare il rischio di condensazione sono attuabili due possibili strategie:
– alzare il bordo del recipiente: cioè aumentare la temperatura dell’ambiente e/o delle superfici che lo delimitano, incrementando l’isolamento termico dell’involucro;
– abbassare il livello del liquido: cioè asportare vapore dall’aria tramite la ventilazione naturale o meccanica dell’ambiente.
Questi concetti, qui rappresentati in forma semplificata, sono ripresi di seguito attraverso l’uso del diagramma psicrometrico.

Figura 1.1.bis3

1.2. Il diagramma psicrometrico
Uno strumento molto utile per rappresentare le condizioni dell’aria di un ambiente è il diagramma psicrometrico. Questo diagramma nasce dall’idea di correlare su un grafico grandezze come l’umidità relativa (UR), l’umidità assoluta (x) e la temperatura (T) per il gas aria. Abbiamo visto nel capitolo precedente che per ogni livello di temperatura l’aria può immagazzinare fino a un massimo (ben noto) di umidità sotto forma di vapore prima di condensare. Costruendo un grafico con queste informazioni per temperature da -10 a 25°C si ottiene la curva di saturazione come mostrato in Figura 1.2.
Il diagramma psicrometrico è lo strumento che estende questa correlazione legando temperatura e umidità assoluta per tutte le percentuali di saturazione come mostrato in Figura 1.3.

Figura 1.2

Curva di saturazione per l’aria (UR 100%): ad ogni livello di temperatura (T, misurata in °C) corrisponde una quantità massima di umidità assoluta (x, misurata in grammi di vapore per ogni kg di aria secca)

Figura 1.3

Il diagramma psicrometrico mette in relazione temperatura, umidità assoluta e umidità relativa per il gas aria

Nel diagramma psicrometrico sull’asse della ascisse è riportata la temperatura (°C), su quello delle ordinate il contenuto assoluto di vapore x (g/kg), e sulle curve i livelli di umidità relativa UR (%).
Grazie al digramma psicrometrico è sempre possibile ricavare una delle tre grandezze citate note le altre due. Ad esempio nel caso di un ambiente con UR pari al 65% e temperatura a 20°C, è possibile ricavare il contenuto assoluto di umidità x pari a 9.46 g/kg incrociando le informazioni come mostrato di seguito.

Figura 1.4

Una seconda utile informazione ricavabile dal diagramma riguarda la temperatura di rugiada. Partendo da una qualunque condizione iniziale (ad esempio UR 65% e 20°C) si può ricavare l’informazione circa la temperatura di rugiada (o di condensazione) spostandosi sul diagramma orizzontalmente verso sinistra fino ad incrociare la curva di UR 100% (curva di saturazione). Il valore corrispondente sull’asse orizzontale rappresenta la temperatura di rugiada, in questo caso 13,2°C.

Figura 1.5

L’articolo è tratto da “Muffa, condensa e ponti termici”, uno dei sei volumi realizzati da Anit – Associazione nazionale per l’isolamento termico e acustico. Per richiedere i volumi, clicca qui.

Copyright © - Riproduzione riservata
La migrazione del vapore nelle strutture edilizie Ingegneri.info