Ponti termici e valutazione del coefficiente lineico in opera | Ingegneri.info

Ponti termici e valutazione del coefficiente lineico in opera

Dall'indagine termografica al calcolo delle dispersioni energetiche degli edifici per mezzo del bilancio energetico in regime stazionario: il focus sulla valutazione del coefficiente lineico in opera

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a cura di Alessandro Panzeri – Anit (Associazione nazionale per l’isolamento termico e acustico)

Generalmente si attribuisce all’indagine termografica la nozione di indagine qualitativa e non quantitativa poiché da essa non è possibile stabilire il grado di isolamento termico delle strutture opache ovvero il valore di trasmittanza termica U (W/m2K).

L’esperienza maturata per mezzo delle misure e indagini e gli approfondimenti legati al modello di calcolo delle dispersioni energetiche degli edifici per mezzo del bilancio energetico in regime stazionario hanno portato ad avviare delle riflessioni in merito alla possibilità di valutare in prima battuta il coefficiente lineico di un ponte termico (ovvero l’imprecisione del modello A x U) sulla base dei dati rilevati dal termogramma.

Il criterio alla base è che tanto più uniforme è la distribuzione di temperatura superficiale, tanto meglio il modello A x U descrive la superficie oggetto di indagine; tanto più sono presenti anomalie di distribuzione di temperatura e tanto più le differenze sono elevate, tanto maggiore sarà l’imprecisione del modello A x U ovvero tanto maggiore sarà la peggiorazione percentuale o il coefficiente lineico da aggiungere.

Le seguente figura riassume il modello di bilancio energetico che si impiega per il calcolo del fabbisogno energetico degli edifici di nuova costruzione e per redigere gli attestati di certificazione energetica. Il valore del coefficiente dispersivo H (W/K) è dato dalla somma del modello semplice di A x U e della rimanente parte energetica disperdente non computata con il modello A x U. I coefficienti lineici traducono generalmente tale maggiorazione di dispersione.

Modello di dispersione

Modello di dispersione energetica in bilancio stazionario in accordo con il metodo analitico della norma UNI TS 11300-1

Nell’immagine termografica è evidente la necessità di aggiungere al modello A x U le informazioni del coefficiente lineico per arrivare a descrivere correttamente il coefficiente dispersivo H. Ma se all’immagine sostituiamo un edificio con cappotto esterno, l’influenza della presenza di travi e pilastri in c.a. non è più “visibile” dal punto di vista termografico e dal punto di vista energetico (i coefficienti lineici sono prossimi a zero se non negativi).

Edificio

Edificio con sistema a cappotto: modello A x U sufficiente a spiegarne il comportamento in termini di bilancio comprensivo della presenza di travi di bordo e pilastri in c.a.

Alcuni studi sono già stati condotti e presentati a livello universitario [3] in merito a tali aspetti e in questo contesto ci si limita a indicare che da un’indagine termografica condotta in condizioni idonee è possibile stimare la maggiorazione percentuale (o il coefficiente lineico) per alcune tipologie di ponti termici analizzando la differenza di temperatura generata dal ponte termico.

Leggi anche: I ponti termici tra norme, calcoli e criticità: intervista a Kristian Fabbri

Coefficienti lineici senza correzione
La prima operazione da eseguire è realizzare un’indagine termografica in condizioni idonee e individuare dal termogramma una serie di valori numerici di temperature superficiali che ben rappresenti il ponte termico che si vuol analizzare. Nel seguente termogramma vengono evidenziate due tipologie di ponte termico: trave in c.a. tra unità abitative e pilastro in parete.

Edificio 1

Prospetto

Prospetto in fotografia e in termogramma: presenza di anomalie termiche derivanti da travi e pilastri in c.a.

Una volta individuata la serie di valori, vengono rappresentati su un grafico con in ascissa il numero di pixel che hanno un valore associato e in ordinata la temperatura, espressa in °C, in quell’unità di spazio rappresentato.
Nel caso del pilastro esterno l’andamento della temperatura della linea individuata sul termogramma come Li1 è rappresentato dal grafico seguente.

Pilastro in parete

Pilastro in parete: distribuzione di temperatura superficiale esterna dovuta alla presenza del ponte termico (pilastro) non isolato in una parete in doppio tavolato in mattoni forati senza isolamento

I valori di temperatura superficiale ben spiegano il comportamento termico delle due differenti strutture: poiché la parete rispetto al pilastro in c.a. è meno conduttiva termicamente la temperatura superficiale esterna è più vicina a quella dell’aria esterna, mentre il pilastro ha temperature superficiali esterne molto elevate.
Per quanto riguarda la dispersione energetica, maggiore la differenza, maggiore l’incertezza generata dal modello A x U che vedrebbe all’esterno solo un unico valore medio di temperatura superficiale intorno ai 2°C. Se si analizza il grafico della trave di bordo in c.a. (linea del termogramma Li2) della stessa parete e con le stesse condizioni ambientali, confrontandola con il grafico del pilastro, emerge che la curva a campana per la trave ha dei valori di picco maggiori del caso del pilastro. La trave sarà quindi maggiormente dispersiva e avrà teoricamente un maggiore coefficiente lineico ψe [W/mK].

Confronto della temperatura

Confronto della temperatura superficiale esterna: distribuzione di Tse dovuta alla presenza di un pilastro non isolato e di una trave di bordo in una parete in doppio tavolato in mattoni forati

Ma come poter ottenere un coefficiente lineico o una maggiorazione percentuale dalla distribuzione di temperatura? È possibile stimare il coefficiente lineico ipotizzando un rapporto di proporzionalità tra la differenza in gradi/pixel e la differenza di dispersione energetica tra la condizione con e senza ponte termico.
Provando a realizzare i calcoli per il pilastro si ottengono i seguenti risultati.
In assenza di ponte termico, il coefficiente dispersivo di 1.8 m² di superficie di parete con trasmittanza ipotizzata U = 1.1 [W/m²K] è pari a H = 1.98 [W/K]. Il valore è riferito ad una lunghezza di 1.8 m espressa da 100 pixel alla temperatura media di 2.05 °C. Il parametro guida è quindi il parametro “pixel x °C” da rapportare al coefficiente dispersivo H.

In assenza di ponte termico
pixel Tse [°C] pixel x [°C] A [m2] U [W/m2K] H [W/K]
100 2.05 205 1.8 1.1 1.98

Studiando il profilo di temperatura derivante dal termogramma e valutando per ogni pixel l’effettiva temperatura superficiale (quindi eseguendo l’integrale sotteso alla curva), si ottiene:

Con ponte termico
pixel Tse [°C] pixel x [°C] A [m2] U [W/m2K] ΔH [W/K] L2D [W/K]
100 2.05 – 6 284 1.8 1.1 38% 2.74

La presenza del ponte termico porta ad una maggiorazione di distribuzione di temperatura pari al 38%. Da questa valutazione, nell’ipotesi che tale maggiorazione sia proporzionalmente dipendente alla maggiore dispersione energetica, è possibile stimare il coefficiente lineico come:

L2D – H = Ψ

Il valore di coefficiente lineico stimato è quindi pari a Ψ = 0.76 W/K per ogni metro lineare di pilastro in altezza. Poiché tutto è in rapporto e dipende dalla dimensione geometrica attribuita ai pixel, la presente procedura è realizzabile e corretta se i pixel analizzati hanno una corretta corrispondenza dimensionale in metri lineari.
Il calcolo agli elementi finiti con una stratigrafia geometricamente e termicamente simile porta ad un valore predittivo di Ψ = 0.74 W/mK.
Realizzando il calcolo anche per la trave di bordo si ottengono i seguenti risultati:
→ coefficiente lineico con indagine termografica Ψ = 0.83 W/mK
→ coefficiente lineico con calcolo predittivo Ψ = 0.75 W/mK

Vista la differente distribuzione di temperatura esterna individuata con l’indagine termografica si ritiene essere maggiormente rappresentativo il dato di 0.83 W/mK.
Il comportamento su strutture non isolate è estremamente lineare e quindi di più facile interpretazione, ma per strutture con una correzione del ponte termico il metodo proposto è ugualmente rappresentativo?
Si propone un altro caso di studio.

Leggi anche: Tutto sulla termografia in edilizia, spiegato da Eros Ronchini

Coefficienti lineici con ponte termico corretto
Come di consueto l’indagine termografica è stata realizzata in condizioni molto simili alle stazionarie e riguarda un edificio costruito successivamente al D.Lgs. n. 192/2005 e s.m.i. La struttura è costituita da travi e pilastri in c.a. con doppio tavolato con isolamento termico in intercapedine. Sono state realizzate indagini termoflussimetriche e la trasmittanza in opera risulta pari a U = 0.39 W/m2K.
Le pareti sono quindi isolate. Dalle indagini termografiche è evidente la correzione attuata sulle travi e sui pilastri in c.a. ma quale coefficiente lineico è da attribuire al ponte termico?

Edificio 2

Prospetto 1

Prospetto in fotografia e in termogramma: presenza di anomalie termiche derivanti da travi e pilastri in c.a. con correzione dei ponti termici

Come realizzato per il calcolo precedente si studia una serie di valori rappresentativi. Il grafico evidenzia i benefici della correzione: tutta l’area sottesa all’ipotetico comportamento senza correzione è rappresentativa dell’energia non dispersa.

Distribuzione di temperatura

Distribuzione di temperatura superficiale esterna dovuta alla presenza di un pilastro non isolato in una parete in doppio tavolato in mattoni forati

Sullo stesso tema: La migrazione del vapore nelle strutture edilizie

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.

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