IL PORTALE PER L'ARCHITETTURA SOSTENIBILE, IL RISPARMIO ENERGETICO, LE FONTI RINNOVABILI IN EDILIZIA
Percorso di navigazione Infobuild energia > Approfondimenti > Il contenimento del flusso termico e la resistenza termica

Il contenimento del flusso termico e la resistenza termica

Realizzato in collaborazione con:
Logo EDILTEC

Isolamento termico per il massimo risparmio energetico

Richiedi informazioni

Da sempre l'uomo ha cercato di difendersi dal freddo, prima coprendosi con pelli e abitando nelle caverne, utilizzando poi il fuoco e costruendo dimore sempre più efficienti a questo scopo. Ma se fino a poco tempo fa una bella casa di mattoni ed un solido tetto soddisfacevano questa esigenza, l'esponenziale incremento demografico attuale ed il corrispondente aumento del numero degli edifici, hanno creato una fonte di inquinamento non più compatibile con l'ambiente e l'economia.
Una risposta adeguata a questa problematica è quella di aggiungere alla parte strutturale e al rivestimento di un edificio, un isolante termico che contrasti la dispersione energetica, aumenti il comfort abitativo, contenendo i costi in modo significativo.
L'isolamento termico è senz'altro il sistema di risparmio energetico più efficace ed economico, dal momento che i costi di investimento si recuperano in pochi anni di esercizio del prodotto. Un KWh risparmiato grazie ad un'adeguata coibentazione, vale più di un kWh prodotto dalla più efficiente caldaia, poiché la vita dei materiali termoisolanti è più lunga di quella degli impianti.
Isolare significa impedire il transito di energia tra corpi o ambienti.
In termini di isolamento termico vuol dire gestire il comportamento dei flussi di calore nell'ambiente dove l'essere umano vive abitualmente. Ne consegue che il materiale isolante ideale dovrebbe avere la caratteristica di non lasciarsi attraversare facilmente da questo flusso termico. Il trasferimento di calore verso l'esterno in inverno e viceversa in estate, è tanto più limitato quanto più il materiale ha bassa conducibilità termica (lambda). Ogni materiale è caratterizzato da un proprio valore costante di conducibilità. Quanto più il coefficiente lambda (espresso in W/mK a 10°C) è basso, tanto più il materiale isolante è efficace.
Gioca un ruolo importante anche lo spessore del materiale: tanto più esso è elevato, tanto maggiore sarà la resistenza termica (R). Dal rapporto fra lo spessore e il lambda dell'isolante si ottiene il valore di questa resistenza termica R espressa in m²K/W.
 

 
Per ottenere la prestazione globale termica di un edificio, si sommano le resistenze termiche dei materiali che la compongono, compresi i rivestimenti interni ed esterni. In una parete, ad esempio, troviamo presenti materiali di struttura quali mattoni, laterizi, legno, cemento armato, acciaio, ecc....che hanno valori di conducibilità estremamente alti e conosciuti.
L'elemento che può fare la differenza nella struttura è il tipo di isolante termico ed il suo dimensionamento. L'isolante, infatti, sopperisce in altissima percentuale al contenimento del flusso termico. Basti pensare che, in media, 5 cm di isolante (PUR) equivalgono a circa 60 cm di laterizio o 2 m di calcestruzzo.
La somma di questi dati ci permette di calcolare il coefficiente di trasmissione termica globale di una struttura (il valore di trasmittanza U), ad esempio di una parete, che è il valore inverso della resistenza totale, espresso in W/m²k, così come richiesto dalle leggi vigenti in materia.
La U non è altro che la quantità di calore che, nell'unità di tempo (h), passa attraverso l'unità di superficie (m²), quando la differenza di temperatura tra le due facce è di un grado Kelvin (k).
 

 
Il coefficiente tiene conto degli effetti di scambio dell'aria sulle due facce ed ha il seguente valore (03) essendo alfa2 i coefficienti di adduzione dell'aria interna ed esterna.
 

 
TABELLA PER IL CALCOLO DELLA RESISTENZA TERMICA,DATO IL VALORE DI LAMBDA LO SPESSORE DEL MATERIALE ISOLANTE
 

 
 LA CONDUCIBILITA' TERMICA
La norma europea di riferimento del prodotto "Polistirene Estruso - XPS" è la UNI - EN 13164; quella di riferimento del Poliuretano Espanso è la UNI - EN 13165. Queste norme fanno riferimento sia alle prove a cui va sottoposto il prodotto obbligatoriamente, sia a quelle facoltative; tali norme fanno riferimento alle dimensioni dei campioni da testare, alla frequenza con cui effettuare le prove, nonché alla classificazione dei prodotti in base ai risultati raggiunti dalle prove.
Nel caso della prova di conducibilità termica (λ), questa norma europea specifica che il produttore deve elaborare annualmente una statistica con tutti i risultati di conducibilità termica ottenuti giornalmente dal controllo interno di produzione. Il valore della statistica è il valore che deve dichiarare il produttore nella sua Dichiarazione di Conformità CE. Per questo motivo, ogni produttore è obbligato a presentare la dichiarazione di conformità CE del prodotto.
Il valore di conducibilità termica, nella maggior parte dei casi, è diverso a seconda che sia calcolato al momento della produzione, o successivamente in fase di prova (conducibilità invecchiata). Il valore della conducibilità aumenta nel tempo, fino a stabilizzarsi. Quest'ultimo valore è il valore della conducibilità termica invecchiata. (dichiarata)
In definitiva, il valore che c'interessa è il valore invecchiato, poiché il produttore è tenuto a dichiarare il valore di conducibilità che avrà il materiale al momento della posa in opera. Il tempo di stagionatura, passato il quale va calcolato il valore di conducibilità termica dichiarata, è  definito dalla normativa in oggetto:
• Per PUR, il test di conducibilità termica si effettuerà 175 giorni dopo la produzione.
• Per XPS:
- di spessore tra 20mm e 70mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 90 giorni dopo la produzione.
- di spessore tra 80mm e 120mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 50 giorni dopo la  produzione.
- di spessore superiore a120mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 30 giorni dopo la produzione.
Il produttore deve disporre di almeno dieci risultati di prove di conducibilità termica, ottenuti mediante misurazioni dirette interne (o esterne) al fine di calcolare i valori dichiarati. I valori dichiarati si devono ricalcolare trimestralmente, al fine di assicurare che il valore dichiarato sia corretto.
 
Il valore di conducibilità termica ottenuto dalla statistica si deve arrotondare per eccesso, esattamente di 0.001 W/mK e si dichiarerà ad intervalli di 0.001 W/mK. Per esempio, se il risultato della statistica è 0.033645 W/mK, il valore dichiarato dovrà essere 0.034 W/mK.
La Conducibilità Termica è una proprietà fisica dei materiali che misura la capacità di conduzione del calore. Un isolante termico è un materiale usato in edilizia (e non solo) e caratterizzato dal fatto di essere una barriera al passaggio del calore, (ha cioè poca capacità di condurre il calore). Tanto migliore è un isolante termico, migliore sarà il suo valore di conducibilità termica. Per esempio, se abbiamo due isolanti termici, dello stesso spessore, uno con conducibilità termica di 0.034 W/mK e l'altro di 0.036 W/mK, l'isolante termico migliore sarà quello con il valore minore di conducibilità termica 0,034 W/mK. Sarà cioè l'isolante che, a parità di spessore, si lascia attraversare da un minore flusso di calore.
La Resistenza Termicadi un materiale rappresenta la capacità del materiale di opporsi al flusso di calore. Un isolante termico è caratterizzato da un'alta resistenza termica. Tanto migliore è un isolante termico, maggiore sarà il suo valore di resistenza termica.
La resistenza termica si calcola nel modo seguente:
                              Spessore (m)
Rt =  ----------------------------------------------------          (Unità: m2K/W)
          Conducibilità termica statistica (W/mK)
Il valore della resistenza termica va arrotondato per difetto allo 0.05 m2K/W  successivo, e si dichiara per livelli, con intervalli di 0.05 m2K/W. Per esempio, se l'isolante ha uno spessore di 80 mm, ed una conducibilità termica di 0.036 W/mK, la resistenza termica calcolata sarà pari a 2.22 m2K/W e la resistenza termica dichiarata sarà 2.20 m2K/W (arrotondamento per difetto).
Molte volte, invece di dichiarare una conducibilità termica, spessore per spessore, si dichiara un unico valore per gruppo di spessori. Ad esempio si dichiara una conducibilità di 0.034 W/mK per spessori di 50mm e 60mm. Questo non assicura che lo spessore 50mm abbia una conducibilità di 0.034 W/mK, così come che ce l'abbia lo spessore 60mm. Può essere che lo spessore 50mm abbia una conducibilità termica più bassa (mai un valore più alto del dichiarato) ma che, facendo una media con il valore dello spessore 60 mm, il dato peggiori.  In ogni modo, benché si dichiari un valore di conducibilità termica peggiore, al momento di calcolare la resistenza termica si dovrà tenere in conto il valore reale di conducibilità termica dello spessore relativo. Ad esempio, se lo spessore 50mm che si trova nel gruppo di conducibilità termica 0.034 W/mK, avesse una conducibilità termica reale pari a  0.033 W/mK, il calcolo della resistenza termica sarebbe: Rt= 0.050/0.033=1.51, Rdichiarata=1.50 m2K/W.
Come detto precedentemente, benché la norma di prodotto obblighi solamente alla redazione della dichiarazione di conformità CE, EDILTEC® effettua comunque ogni anno, un'ispezione di qualità del prodotto, effettuata da parte di un ente certificatore estreno: l'istituto tedesco FIW, istituto di grande prestigio a livello europeo. Nel corso di questa ispezione annuale, il FIW sceglie dei campioni rappresentativi della produzione X-FOAM® o POLIISO® e li analizza nel suo laboratorio, emettendo alla fine i risultati.
 

CONFRONTO TRA I VALORI DI CONDUCIBILITA' TERMICA DI VARI MATERIALI ISOLANTI

 
SFASAMENTO E ATTENUAZIONE TERMICA
 
Con sfasamento termico si indica la differenza di tempo fra l'ora in cui si registra la massima temperatura sulla superficie esterna della struttura, e l'ora in cui si registra la massima temperatura sulla superficie interna della stessa. Il valore ottimale dello sfasamento è di 12 ore;  è importante avere uno sfasamento termico di almeno 8 ore o comunque non minore di 10 ore  nelle zone con climi estivi più impegnativi. Con tali valori di sfasamento il calore entrerà all'interno dell'abitazione nelle ore notturne, durante le quali può essere smaltito con il ricambio d'aria. Il valore dello sfasamento termico, spesso trascurato nella progettazione convenzionale, è certamente importante per determinare il comfort termico estivo e, come tale, ha importanti ripercussioni anche in termini di risparmio energetico.
In estate, il calore accumulato dall'involucro, viene rilasciato gradualmente all'interno degli ambienti con un ritardo di tempo che attenua e rimanda il picco di calore e riduce, quindi,  la necessità del raffrescamento. Gli effetti positivi dell'inerzia termica sono quantificabili attraverso il parametro dello sfasamento e attraverso quello delfattore di decremento o attenuazione, che rappresenta il rapporto tra la variazione di temperatura esterna ed il flusso che è necessario somministrare all'interno per mantenere costante la temperatura interna. In tal senso esso può essere assunto come "indice delle dispersioni termiche" (o, meglio, dei consumi).
Il DPR n. 59 del 2 aprile 2009, recante il Regolamento che definisce le metodologie di calcolo e i requisiti minimi per la prestazione energetica degli edifici e degli impianti termici, entrato in vigore il 25 giugno 2009,permette l'utilizzo di tecniche costruttive e di  materiali aventi bassa massa, purché questi permettano di contenere le oscillazioni della temperatura degli ambienti, in funzione dell'andamento dell'irraggiamento solare. La massa infatti non è l'unico mezzo per garantire il benessere estivo: anche l'elevata resistenza termica o il ricorso a strutture con intercapedini ventilate possono garantire pari o migliori prestazioni rispetto alla massa.
La nuova impostazione del DPR 59 prevede che, tenendo fermi i limiti di trasmittanza termica (U) nelle varie zone climatiche e i valori di irradianza al suolo, già previsti dal D.Lgs. 192/05, si valutino parametri e prestazioni diverse per le pareti e le coperture che si trovano in tutte quelle aree con irradianza maggiore di 290 W/m²:
1.Per pareti verticali, non orientate a Nord, Nord/Ovest, Nord/Est, il progettista può scegliere se adottare strutture dotate di massa superficiale superiore ai 230 kg/m2 o strutture caratterizzate da un valore di trasmittanza termica periodica < 0.12 W/m2K.
2.Per pareti opache orizzontali ed inclinateè invece previsto il solo rispetto del limite della trasmittanza termica periodica < 0.20 W/m2K.
In sintesi:
• In tutte quelle zone (le aree più fredde) che non superano il limite di irradianza di 290 W/m², posso costruire strutture pesanti o strutture leggere, senza tenere in alcuna considerazione il correttivo del valore di trasmittanza termica periodica su esposto; in altri termini l'unico valore di cui dovrò tenere conto nel calcolo progettuale è il valore limite 2010 della trasmittanza a seconda del tipo di struttura e della mia zona climatica.
• Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una parete pesante (cioè con massa superiore a 230 kg/m²), non devo tenere conto del correttivo del valore di trasmittanza termica periodica, ma solo del valore limite 2010 della trasmittanza termica (U) a seconda del tipo di struttura e della mia zona climatica.
• Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una parete leggera (cioè con massa inferiore a 230 kg/m²), allora devo tenere conto del correttivo della trasmittanza termica periodica, che deve essere < 0.12 W/m2K, oltre a rispettare il valore limite 2010 della trasmittanza termica (U).
• Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una copertura, leggera o pesante che sia, oltre a tenere in conto il valore limite 2010 della trasmittanza termica (U), devo anche applicare il correttivo della trasmittanza termica periodica, che dovrà essere < 0.20 W/m2K.
 

 
La Trasmittanzatermica periodica(Yi,e), non è altro che un parametro che esprime la capacità di un componente edilizio di attenuare e sfasare nel tempo il flusso termico proveniente dall'esterno che lo attraversa nell'arco delle 24 ore: è una delle proprietà termo-dinamiche che caratterizza l'inerzia termica dell'involucro edilizio e gioca un ruolo importante nei confronti dei carichi termici esterni che lo attraversano.Le strutture verticali non oggetto di irraggiamento solare consistente (quadrante nord, nord-est e nord-ovest) sono escluse dal rispetto di tali limiti.
Come isolamento termico in coperture leggere, vengono spesso impiegati materiali caratterizzati da elevata massa superficiale, perché spesso permettono di raggiungere il valore di massa superficiale stabilita. Questo argomento oggi non ha più ragione d'essere poiché nelle coperture i valori che vanno rispettati sono solo 2, bensì il valore limite 2010 di U e il valore di trasmittanza periodica Yie >0,20 W/m²K.
In conclusione, isolanti termici come il poliuretano espanso ed il polistirene estruso, facendo i calcoli opportuni della trasmittazna termica periodica, Yie, si potranno tranquillamente impiegare anche laddove vi sia il problema della massa e, ricordiamoci, con il vantaggio di avere valori di conducibilità termica nettamente migliori di quelli di molti altri tipologie di isolanti termici
 

 
 
 

Richiedi informazioni

Consiglia questo approfondimento ai tuoi amici

Commenta questo approfondimento