Ponti termici controterra con IRIS 4.0

Indice:

• L’analisi energetica
• Il peso energetico di un ponte termico
• Ponte termico controterra
• Un esempio di calcolo con IRIS 4.0

In questo approfondimento sono proposti e commentati alcuni passaggi della norma UNI EN ISO 10211 sulla valutazione energetica dei nodi controterra e un esempio di simulazione di un ponte termico con IRIS 4.0.

L’analisi energetica

L’obiettivo di un’analisi energetica di un edificio è quello di quantificare i fabbisogni legati ai diversi servizi presenti.

Per quanto riguarda il servizio di riscaldamento, l’analisi generalmente si può suddividere in tre passaggi: prima la quantificazione del bilancio energetico dell’involucro, poi l’analisi dei rendimenti dei sottosistemi impiantistici e infine la quantificazione dell’energia rinnovabile e non rinnovabile atta a soddisfare il servizio.

In questo quadro i ponti termici rappresentano un elemento chiave del primo passaggio.

La loro incidenza può pesare infatti dal 5 al 25% del risultato finale. Se a questa osservazione aggiungiamo anche il fatto che i ponti termici sono gli elementi a più alto rischio di formazione di muffa dell’involucro, ne consegue che non si possono trascurare né da un punto di vista energetico né igrotermico.

Il peso energetico di un ponte termico

L’aggiornamento della norma UNI/TS 11300-1 pubblicato a giugno 2014, ha ridefinito l’elenco dei metodi di calcolo utilizzabili per quantificare il peso energetico di un ponte termico. Questo elenco prevede per gli edifici di nuova costruzione la scelta tra un calcolo con un’analisi numerica agli elementi finiti (con errore potenziale del 5%) o un cosiddetto “calcolo manuale” (errore del 20%); mentre per gli edifici esistenti oltre ai suddetti metodi si aggiunge anche la possibilità di utilizzare abachi di riferimento precalcolati (errore del 20%).

Visto le premesse sull’importanza dei ponti termici riportate al paragrafo precedente, va da sé che tra tutti i metodi è da preferire il preciso, ovvero un’analisi numerica agli elementi finiti condotta in accordo con la norma UNI EN ISO 10211 “Ponti termici in edilizia – Flussi termici e temperature superficiali – Calcoli dettagliati”.

Secondo questa norma il peso energetico di un ponte termico non si valuta come dato a se stante, ma va inteso sempre come fattore correttivo per il calcolo del coefficiente di dispersione, ovvero:In altri termini, il coefficiente di trasmittanza lineica Ψ con cui è sintetizzato il ponte termico, descrive l’influenza dello stesso rispetto al flusso termico totale del nodo. In termini matematici questo concetto si esprime con la formula [1].

Riassumendo quindi quanto fin qui esposto possiamo dire che: 1) per analizzare il servizio energetico di riscaldamento di un edificio è necessario conoscere il bilancio energetico dell’involucro; 2) per ottenere questo risultato si deve quantificare il peso energetico dei ponti termici; 3) per farlo il metodo più preciso passa attraverso il calcolo agli elementi finiti del coefficiente di trasmittanza lineica Ψ dei vari nodi architettonici.

Ponte termico controterra

La norma UNI EN ISO 10211 affronta l’argomento nel capitolo 10.4 “Determinazione della trasmittanza termica lineare per giunzioni parete/pavimento”. In questo capitolo vengono proposti due metodi per calcolare il coefficiente Ψ di un nodo controterra denominati “Opzione A” e “Opzione B”. Il testo della norma lascia però molti dubbi:

1. nella descrizione dei modelli geometrici si richiama il coefficiente B’ come se fosse la larghezza del pavimento, quando invece è definito al capitolo 5.2 della stessa norma come “dimensione caratteristica del pavimento” ovvero B’=bc/(b+c), dove b e c sono la larghezza e la lunghezza del pavimento.
2. l’Opzione A si basa su uno schema che presenta un solaio poggiato sul terreno con parete perimetrale completamente fuori terra. Il metodo, che dovrebbe essere generico, in realtà non si adatta ai casi in cui il livello della pavimentazione è più basso del livello del terreno (la norma non spiega come considerare nel calcolo la parete interrata).
3. Lo schema dell’Opzione B presenta un’astrazione geometrica ancora più audace. Il metodo prevede infatti il calcolo di un coefficiente L_2D,a nato dalla trasformazione del nodo parete-solaio controterra in un solaio poggiato su terreno. Ne consegue una difficoltà oggettiva di interpretazione e applicazione del metodo che praticamente ne annullano l’utilizzo.
4. la formula (20) della norma riporta un probabile errore di battitura, infatti per quanto descritto nel testo del capitolo sarebbe più logico aspettarsi l’espressione (0.5xB’)+w anziché 0.5x(B’+w).

Viste queste difficoltà interpretative e applicative è ragionevole trovare delle vie alternative per il calcolo del coefficiente Ψ di un nodo controterra.

Per fortuna, la stessa norma UNI EN ISO 10211 al capitolo 10.3 presenta un metodo di calcolo generale (e in quanto generale a buon senso adottabile anche al caso particolare controterra) basato sulla seguente formula:dove L_2D è il coefficiente di accoppiamento termico tra gli ambienti considerati, U_j è la trasmittanza termica del j-esimo componente di separazione degli ambienti e l_j è la lunghezza del modello geometrico bidimensionale a cui si applica U_j.

Questo metodo porta alla determinazione di un coefficiente Ψ interno o esterno in base alle dimensioni l_j considerate (interne o esterne appunto).

Se applichiamo la formula [2] al caso particolare di un nodo controterra, otteniamo un metodo di calcolo in grado di superare le perplessità riscontrate con le Opzioni A e B sopra citate.

La formula [2], con riferimento allo schema rappresentato in Figura 1, diventa pertanto:dove l_AB, l_BC, l_CD si riferiscono alle dimensioni esterne del nodo controterra, U_parete è la trasmittanza termica della parete fuori terra, U_{parete-terreno} e U_{solaio-terreno} sono le trasmittanze termiche rispettivamente della struttura parete-terreno e solaio-terreno valutate in accordo con UNI EN ISO 13370 (descritte anche come U_bw e U_bf). La formula [3] è riferita alle dimensioni esterne del nodo e porta al calcolo di Ψ_e, ma è facilmente applicabile anche alle dimensioni geometriche interne per il calcolo di Ψ_i.

L’analisi di un ponte termico controterra si può quindi effettuare in accordo con la formula [3] perché tra tutte le possibilità presentate dalla norma UNI EN ISO 10211 è quella di più facile applicazione e di migliore adattabilità alle casistiche reali.

Un esempio di calcolo con IRIS 4.0

Mostriamo di seguito un esempio di calcolo sviluppato con IRIS 4.0, il software validato secondo UNI EN ISO 10211 e distribuito da ANIT (per maggiori dettagli sull’acquisto si rimanda alla finestra riportata in fondo all’articolo).

Il software IRIS analizza i ponti termici sotto il profilo energetico e igrotermico e può essere utilizzato (anche in abbinamento ad altri software) per la predisposizione delle schede tecniche dei ponti termici da allegare a una relazione Legge 10, una certificazione o una diagnosi energetica.

L’esempio di seguito descritto mostra come analizzare il ponte termico controterra riportato in Figura 2. Si tratta di un nodo di giunzione tra parete perimetrale, fondamenta e solaio controterra.

Per ottenere un risultato sul ponte termico i passaggi da seguire sono i seguenti 5:

1. Come prima cosa bisogna individuare lo schema di partenza per l’analisi del ponte termico tra quelli proposti in IRIS. Nel nostro caso si seleziona il nodo GF e si seleziona GF3 che rispecchia il disallineamento tra la pavimentazione interna ed esterna.

2. Dall’elenco dei ponti termici si clicca sul tasto “Analizza” per accedere alla pagina di creazione del ponte termico. Da qui si inserisce il nome del ponte termico e si richiamano le stratigrafie della parete perimetrale e del solaio controterra ipotizzando di averle già elaborate e salvate con PAN (il software ANIT per l’analisi delle strutture opache verticali e orizzontali).

3. Analizzando la geometria del nodo si evince che lo schema in oggetto può essere descritto attraverso 7 piani di taglio verticali e 11 orizzontali come mostrato di seguito. Questa configurazione può essere ottenuta governando spessori e strati attraverso:

• il comando “dividi strato” cliccando sul disegno col tasto destro del mouse
• le tabelle della sezione “modifica spessori”

Per facilità di lettura del nodo lo spessore dello strato impermeabile del solaio interno è stato momentaneamente portato a 0.01m.

4. Una volta completata la configurazione geometrica, si può procedere con l’assegnazione dei materiali attraverso i comandi “copia e inserisci”, “seleziona materiali” e “inserisci materiale”.

Le caratteristiche del terreno sono determinate dalla scheda “Controterra”. È importante selezionare la tipologia di terreno desiderata prima di copiare il materiale in altre parti dello schema.

A questo punto possiamo riportare lo spessore dello strato impermeabile al valore originario (pari a 0.0016 m) e concludere la descrizione del nodo con la compilazione dei dati geometri del pavimento necessari per l’analisi della dispersione in accordo con UNI EN ISO 13770.

5. Se le condizioni al contorno sono confermate, si può lanciare la simulazione del nodo (in alternativa è possibile modificare a piacere i valori di temperature e umidità al contorno e le resistenze superificiali interne ed esterne).

La schermata dei risultati riporta a sinistra gli schemi con la distribuzione della temperatura, del flusso e dell’umidità relativa e a destra i dati numerici calcolati, ovvero i valori dei flussi termici, le trasmittanze lineari (Ψ) e l’analisi del rischio di condensa superficiale e muffa sul lato interno del nodo.

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