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Ponti termici: quali software per il calcolo?

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Solitamente i software che implementano i codici di calcolo numerico hanno una grande flessibilità per la valutazione dell’analisi di dettaglio sia delle temperature che dei flussi termici che portano alla determinazione della trasmittanza termica del ponte termico Ψ. Spesso però sono di difficile utilizzo e richiedono costi notevoli per l’acquisto della licenza. Sono disponibili anche software totalmente gratuiti, ma che non restituiscono direttamente il risultato voluto; in alcuni casi sono necessari ulteriori calcoli oltre a quelli del software per poter ottenere la trasmittanza termica del ponte termico.

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I metodi di calcolo a elevata precisione, detti anche metodi numerici, possono essere classificati in due tipi: metodo agli elementi finiti e metodo alle differenze finite. Entrambi i metodi prevedono una suddivisione dell’oggetto di calcolo considerato in piccole celle (discretizzazione del modello); in linea di massima più è fine la suddivisione (numero di celle elevato), più alto sarà il dettaglio risolutivo ovvero più accurati saranno i risultati. Un elevato numero di suddivisioni comporta, di conseguenza, un elevato numero di equazioni da risolvere in quanto il numero delle suddivisioni è proporzionale al numero delle equazioni.

Le tecniche di risoluzione possono essere sia di tipo diretto che di tipo iterativo. In generale molti software di calcolo implementano il secondo tipo di risoluzione, più adatto per la ricerca della soluzione ottimale. La soluzione ottimale identifica il campo delle temperature all’interno dell’oggetto. Le temperature delle celle o delle suddivisioni ottenute dal calcolo possono essere utilizzate per valutare le restanti temperature tramite interpolazione. Di conseguenza possono essere valutati tutti i flussi termici entranti e uscenti per l’oggetto di calcolo.

Requisiti dei software per calcolare i ponti termici

In Europa i software per il calcolo dei ponti termici devono rispettare i requisiti di validazione riportati nell’Appendice A della norma UNI EN ISO 10211. Attualmente sul mercato esistono vari software validati alla suddetta norma in grado di analizzare e calcolare sia un ponte termico bidimensionale che tridimensionale. Si riporta un elenco in tabella non esaustivo dei software validati secondo la norma EN ISO 10211, specificando il tipo di modello 2D o 3D e se è possibile ottenere direttamente la trasmittanza del ponte termico Ψ.

Il metodo di calcolo numerico adottato dai software per i ponti termici

Sebbene l’uso di un software validato sia una condizione necessaria per valutare un ponte termico in accordo alla norma EN ISO 10211, il risultato ottenuto può non essere corretto se non vengono rispettati i requisiti richiesti dalla norma.

In generale, il metodo di calcolo deve potere fornire le temperature e i flussi termici in ogni punto del componente da valutare. Inoltre il grado di suddivisione dell’oggetto (cioè il numero di celle o dei nodi) deve poter essere definito dall’utilizzatore (nei limiti della capacità della macchina).

Un altro requisito richiesto dalla normativa è che, all’aumentare del numero delle suddivisioni, la soluzione del metodo da validare converga a una soluzione analitica (se esiste una soluzione). Questo comporta che la creazione del modello non è banale e il risultato finale potrebbe non essere accurato come richiesto dalla normativa. La UNI EN ISO 10211 riporta che il numero di suddivisioni deve essere determinato in modo da minimizzare l’errore percentuale tra due risultati di flussi termici: il primo valutato con un certo numero di nodi (ad esempio “n”) e il secondo determinato con un numero di nodi pari al doppio (nello specifico pari a “2n”). La differenza dei due flussi termici calcolati non deve essere maggiore dell’1% altrimenti bisogna aumentare il numero delle suddivisioni fino a che il criterio non sia soddisfatto.

Alcuni software di calcolo sono implementati in modo da permettere una suddivisione automatica, mentre in altri il numero dei nodi è determinato dall’utente. In altre parole, non è sufficiente usare un software di calcolo numerico per ottenere un risultato accurato, ma è necessario utilizzare le impostazioni correttamente. Per questo motivo, nel caso in cui il software renda disponibile un report di calcolo, è necessario allegare alla eventuale relazione di calcolo, oltre al coefficiente di accoppiamento L2D o L3D, il numero di suddivisioni, la trasmittanza termica lineica Ψ (o quella puntuale X) e la differenza dell’errore residuo in funzione dal numero di suddivisioni scelto.

 

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