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La trasmittanza termica delle murature

Variabili che influenzano la trasmittanza termica e procedimento di valutazione dell'Istituto Giordano

Premessa
La trasmittanza termica delle murature è un parametro di particolare rilevanza, in quanto è alla base della certificazione energetica degli edifici ed è utilizzato come criterio per l'erogazione delle agevolazioni fiscali previste dalla legge finanziaria 2008.
Le modalità per la sua determinazione sono descritte nella norma UNI EN 1745, che permette di utilizzare procedimenti sperimentali (misure su campioni di murature) o procedimenti teorici.
I metodi teorici sono utilizzati frequentemente, poiché permettono di valutare rapidamente il valore della trasmittanza termica in base alle caratteristiche geometriche e termiche dei componenti della muratura. Tuttavia la norma UNI EN 1745 permette di utilizzare differenti metodi di valutazione teorica, a cui corrispondono differenti livelli di approssimazione. Inoltre non specifica un modello standard di muratura da impiegare nei calcoli, mentre tali indicazioni erano riportate nella norma UNI 10355, che costituiva il precedente riferimento nazionale per la valutazione della trasmittanza termica delle murature. Ne segue che ciascun operatore applica i propri criteri, con il risultato che i valori di trasmittanza non sono confrontabili tra loro ed inoltre non sempre corrispondono alla situazione di reale impiego.
In questo articolo analizzeremo i principali metodi di valutazione teorica ed i principali parametri che influenzano il valore numerico della trasmittanza termica di una muratura. Inoltre verrà esposto il procedimento di analisi utilizzato da IG.

Principali parametri che influenzano la trasmittanza termica
Nella tabella 1 è riportato sinteticamente l'elenco dei principali parametri e delle principali metodologie di valutazione alternative che possono essere impiegate. Sono inoltre evidenziate le scelte adottate da IG. Analizzeremo di seguito ciascuno di questi parametri.



ELEMENTO PER MURATURA

Conduttività termica del materiale (impasto)
La norma permette di utilizzare sia valori sperimentali di conduttività termica che i valori tabulati riportati nell'allegato A della stessa norma. La procedura IG prevede di poter utilizzare entrambe le opzioni. La procedura sperimentale, descritta al par 4.2.2.4 della norma UNI EN 1745 consiste nell'effettuare almeno 3 misure di conduttività termica dell'impasto e nel ricavare la correlazione tra la conduttività termica e la massa volumica, tracciando la curva parallela a quella dei valori tabulati, che passa per il punto medio delle 3 misure sperimentali.
Sottolineiamo il fatto che tali misure, se non effettuate seguendo scrupolosamente la norma di prova, possono essere affette da notevoli errori, poiché si tratta di misure particolarmente delicate. Ciò è dimostrato dalla dispersione dei valori sperimentali di conduttività termica riportati in letteratura, che nel caso del laterizio superano il ± 30% rispetto al valore medio. A nostro avviso tali dispersioni di valori sono difficilmente ascrivibili unicamente a variazioni delle caratteristiche dell'impasto. Esse possono essere dovute a incertezze di misura causate ad esempio da variazioni di resistenze di contatto tra la superficie del campione e quelle dell'apparecchiatura.
Nel caso dei calcestruzzi lo spessore dei provini non può essere troppo sottile poiché, per ottenere un valore di conduttività corretto, è necessario che tale spessore sia almeno dieci volte la dimensione media dei grani o delle disomogeneità, come richiesto al paragrafo A.3.2.1 della norma UNI EN 12664.
IG effettua la misura di conduttività termica dell'impasto (compreso il laterizio), attraverso il metodo della piastra calda con anello di guardia in accordo alle norme UNI EN 12664 come previsto al paragrafo 4.2.2.3 della norma UNI EN 1745.

Massa volumica netta
Per entrambe le procedure di valutazione della conduttività termica (sperimentale o valori tabulati) è necessario valutare il valore della massa volumica netta dell'elemento per muratura, poiché il valore di conduttività termica da impiegare nei calcoli deve essere ricavato dalla curva della conduttività termica in corrispondenza della massa volumica netta dell'elemento. Questa caratteristica e la sua tolleranza devono essere determinate dal produttore dalle misure di massa volumica netta effettuate durante il controllo del processo produttivo (FPC).
Esistono tuttavia differenti criteri di scelta del valore di massa volumica da impiegare nei calcoli. La norma non specifica se utilizzare il valore medio della massa volumica oppure il limite superiore della massa volumica (rappresentativo del 90% della produzione). Il procedimento IG prevede di impiegare il limite superiore della massa volumica netta, poiché la norma UNI EN ISO 10456 richiede che il valore termico dichiarato dal produttore debba essere rappresentativo del 90% della produzione.

Contenuto di umidità
La presenza di umidità nell'elemento causa un aumento della conduttività termica dell'impasto. La norma UNI EN ISO 10456 fissa due condizioni di riferimento alle quali attenersi per la dichiarazione delle caratteristiche termiche:
a) condizione a secco
b) contenuto di umidità in equilibrio con aria a 23°C e U.R. 50%.
Nel caso della valutazione delle caratteristiche termiche (resistenza termica e conduttività termica equivalente) del solo elemento da muratura, la procedura IG considera la condizione a secco, mentre per la valutazione della trasmittanza termica della muratura, viene impiegata la condizione b), in modo da fornire un valore di trasmittanza termica più vicino a quello che si avrà in opera.

GIUNTI DI MALTA ED INTONACI
La norma UNI EN 1745 non fornisce indicazioni per quanto riguarda la tipologia e gli spessori dei giunti di malta e degli intonaci da utilizzare.

Spessore dei giunti di malta
Il procedimento IG prevede di utilizzare, nel caso di malte ed elementi da muratura tradizionali, uno spessore dei giunti di malta di 10 mm, poiché tale valore rappresenta lo spessore medio preso in considerazione dalle tabelle che forniscono la resistenza meccanica delle murature, riportate nelle norme tecniche sulle costruzioni (Decreto del 14 gennaio 2008).

Conduttività termica dei giunti di malta
Nel caso di malte tradizionali, la procedura IG utilizza un valore della conduttività dei giunti di malta pari a 1 W/(m K). Tale valore corrisponde alla conduttività termica di progetto riportata nella norma UNI EN ISO 10456 in corrispondenza di una malta di massa volumica 1800 kg/m³.
Nel caso di malte termiche IG verifica la congruenza tra i valori dichiarati e la massa volumica a secco della malta indurita. Se la conduttività termica dichiarata si discosta dai valori riportati nell'allegato A della norma UNI EN 1745, la procedura IG prevede di effettuare la verifica sperimentale della conduttività termica della malta attraverso il metodo della piastra calda con anello di guardia.

Interruzione dei giunti di malta
Nella costruzione di una muratura i giunti di malta possono essere realizzati interi oppure possono essere interrotti per ridurre l'effetto di ponte termico del giunto e migliorare l'isolamento termico della muratura. Nel caso di murature aventi uno spessore superiore a 150 mm, la procedura IG assume un'interruzione del giunto pari a 1/3 dello spessore della muratura, così come è previsto al paragrafo A.3 della norma UNI 10355.

Inserimento della malta nei fori degli elementi da muratura
Per effettuare una valutazione affidabile della trasmittanza termica di una muratura è necessario considerare anche gli effetti di maggiorazione dovuti all'inserimento della malta nei fori che si verifica nella posa in opera. Normalmente questo effetto non viene preso in considerazione, mentre la norma UNI 10355 valuta questo effetto mediante una maggiorazione dello spessore della malta di 5 mm o 10 mm in funzione della dimensione dei fori. Nella procedura IG si è stabilito di considerare un'unica maggiorazione dello spessore del giunto di malta pari a 5 mm.

Spessore dell'intonaco
Nel caso di intonaci tradizionali la procedura IG considera uno spessore di 10 mm (come previsto dal paragrafo A.4 della norma UNI 10355).
Per intonaci tradizionali lo spessore ha una scarsa influenza sul valore della trasmittanza termica della muratura poiché la resistenza termica dell'intonaco tradizionale è normalmente trascurabile rispetto alla resistenza termica della muratura.
Nel caso delle malte termiche l'effetto dello spessore dipende dal valore di conduttività termica della malta indurita.

Conduttività termica dell'intonaco
Nel caso degli intonaci tradizionali, la procedura IG utilizza un valore di conduttività termica pari a 1 W/(mK) corrispondente al valore di progetto di una malta di massa volumica 1800 Kg/m3.
Nel caso delle malte termiche IG verifica la congruenza tra i valori di dichiarati e la massa volumica dell'intonaco indurito, effettuando un confronto con i valori di conduttività termica tabulati nell'allegato A della norma UNI EN 1745. Se la conduttività termica dichiarata si discosta dai valori riportati nell'allegato
A della norma UNI EN 1745, la procedura IG prevede di effettuare la verifica sperimentale della conduttività termica dell'intonaco attraverso il metodo della piastra calda con anello di guardia.

PANNELLI ISOLANTI
Conduttività termica dei materiali isolanti
Normalmente per raggiungere i valori di trasmittanza termica richiesti dalla normativa sul rendimento energetico in edilizia (DLgs 192/2005 e successivi emendamenti, legge finanziaria 2008 per quanto riguarda le agevolazioni fiscali) è necessario introdurre degli strati di materiale isolante all'interno dell'elemento o all'interno della muratura. In questi casi è necessario che il valore di conduttività termica tenga conto di eventuali effetti di invecchiamento del materiale isolante ed inoltre deve essere rappresentativo della produzione, come richiesto dalla norma UNI EN ISO 10456 e dalle normative armonizzate per la marcatura CE dei materiali isolanti.
PRINCIPALI METODI DI VALUTAZIONE TEORICA
Le caratteristiche termiche di una muratura possono essere valutate attraverso i seguenti procedimenti teorici (si veda la Tab. 1)
1) analisi numerica agli elementi finiti tridimensionale;
2) analisi numerica bidimensionale delle sezioni orizzontali e verticali della muratura;
3) analisi numerica bidimensionale del solo elemento per muratura e calcolo semplificato della muratura (UNI EN ISO 6946);
4) calcolo semplificato sia dell'elemento per muratura che della muratura (UNI EN ISO 6946);
5) valori tabulati (allegato D della norma UNI EN 1745).

Metodo 1

L'analisi tridimensionale rappresenta il metodo più rigoroso, ma richiede una elevata potenza di calcolo.

Metodo 2

Richiede una minore potenza di calcolo e fornisce valori termici molto vicini all'analisi tridimensionale. Il metodo 2 è quello previsto dalla norma UNI 10355 ed è quello utilizzato da IG. Esso permette di considerare anche gli effetti di distorsione del flusso termico nell'intorno delle interruzioni dei giunti di malta verticali e orizzontali, come mostrato nelle fig. 1 e fig. 2.
Nell'analisi numerica bidimensionale della sezione parallela alle forature, l'elemento da muratura è descritto attraverso una conduttività termica equivalente.

Metodo 3

Consiste nel valutare le caratteristiche termiche dell'elemento attraverso l'analisi numerica bidimensionale della sezione ortogonale alle forature e nel valutare le caratteristiche termiche dell'intera muratura utilizzando metodi semplificati, ovvero considerando i giunti di malta e gli elementi come resistenze termiche in parallelo. Questo metodo non considera gli effetti sopra descritti della distorsione del flusso termico nell'intorno delle interruzioni dei giunti di malta mostrate nelle figure 1 e 2.

Metodo 4

Valuta la resistenza termica totale della muratura come media di due valori estremi di resistenza termica ottenuti applicando rispettivamente il metodo dei flussi paralleli ed il metodo delle isoterme parallele. La differenza percentuale tra i due valori estremi di resistenza termica fornisce una valutazione dell'errore della resistenza termica media. Questo procedimento è poco utilizzato poiché nel caso degli elementi forati l'errore è molto grande.



Metodo 5

Consiste nel ricavare i valori termici della muratura (resistenza termica e conduttività termica equivalente) per alcune configurazioni geometriche degli elementi, dalle tabelle contenute nell'allegato B della norma UNI EN 1745 in funzione della conduttività termica dei giunti malta. Questo metodo è raramente impiegato poiché le geometrie riportate nell'allegato B difficilmente corrispondono a tutte le geometrie degli elementi da muratura.



CONCLUSIONI

Dall'analisi sopra riportata risulta che la trasmittanza termica di una muratura può essere valutata teoricamente con 5 diversi metodi di valutazione ed è influenzata da circa 10 parametri della muratura.
Considerando il numero delle differenti alternative che possono essere scelte per ciascun parametro, si ottengono oltre 10000 possibilità differenti di valutazione della trasmittanza termica. Questo dimostra la "complessità" del problema e la necessità di utilizzare una metodologia univoca che fornisca valori di trasmittanza termica realistici e confrontabili tra loro.
Inoltre dimostra che il valore di trasmittanza termica deve sempre essere accompagnato, in maniera trasparente, dai valori di tutti le variabili impiegate nella valutazione e dall'indicazione del metodo adottato.
La procedura messa a punto da IG cerca di dare una soluzione a questo delicato problema adottando una scelta di parametri il più vicino possibile alla situazione di reale impiego. Inoltre, dato l'elevato numero di parametri di influenza e la criticità di valutazione di alcuni parametri termici, riteniamo che sia indispensabile una verifica sperimentale della procedura teorica, attraverso la misura diretta della trasmittanza termica di una muratura reale. La procedura IG prevede di effettuare tale verifica sperimentale attraverso il metodo della doppia camera calibrata o guardiata, in accordo alla norma UNI EN ISO 8990.

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