Lessico

Manuale sui ponti termici

Di seguito sono riportati, in modo chiaro e sintetico, i termini tecnici che potreste incontrare quando si parla di isolamento termico e protezione dall'umidità negli edifici.

Nel glossario sono riportati a colpo d'occhio i principali parametri relativi all'isolamento termico degli edifici. Si tratta di parametri relativi al fabbisogno termico ed energetico e alle perdite di calore, nonché di parametri che descrivono il trasporto di energia o le condizioni di temperatura.

Il fabbisogno annuo di energia termica di un edificio indica l'energia calcolata teoricamente necessaria per riscaldare l'edificio. Non sono incluse le perdite degli impianti tecnici, né quelle legate alla produzione e al trasporto dell'energia (vedi figura sotto).

Ciò evidenzia chiaramente che si tratta di una grandezza che considera solo un ambito molto ristretto.

Calcolo del fabbisogno annuo di calore per riscaldamento

Q_h= 66 ⋅ ( H_T + H_v) - 95 ⋅ ( Q_s+ Q_i)

H_T: perdita termica specifica per trasmissione
H_v: perdita termica specifica da ventilazione
Q_s: guadagni solari
Q_i: guadagni interni

Nel calcolo del fabbisogno termico annuo si tiene conto delle perdite di calore attraverso tutti gli elementi costruttivi (perdite di calore per trasmissione) e attraverso la ventilazione. A ciò si sottraggono, come una sorta di credito, i guadagni di calore dovuti all'irraggiamento solare e ai guadagni interni (ad es. dovuti ad apparecchi elettrici).

Il fabbisogno annuo di energia primaria descrive il fabbisogno energetico dall'estrazione o produzione della fonte energetica, passando per il trasporto, fino al consumo. In questo modo si tiene conto in modo positivo delle fonti energetiche rinnovabili, di un'impiantistica efficiente e di un elevato standard di isolamento termico.

Di conseguenza, il fabbisogno di energia primaria tiene conto del consumo energetico "effettivo" e offre quindi una possibilità di confronto e valutazione molto completa.

Calcolo del fabbisogno annuo di energia primaria

(approccio semplificato per gli edifici residenziali)

Q_P = ( Q_h + Q_w ) ⋅ e_P

Q_h: fabbisogno termico annuo
Q_w: fabbisogno termico annuo per l'acqua calda
e_P: coefficiente di rendimento dell'impianto

Schema illustrativo della distinzione tra fabbisogno di energia primaria e fabbisogno di riscaldamento — Figura 19: Schema che illustra la differenza tra fabbisogno di energia primaria e fabbisogno di energia termica. Il fabbisogno di energia termica definisce il consumo energetico all'interno dell'edificio che viene impiegato dall'impianto di riscaldamento per riscaldare gli ambienti. Il fabbisogno di energia primaria, invece, comprende anche l'approvvigionamento energetico e la qualità dell'impianto di riscaldamento.

Perdita termica per trasmissione H_T

La perdita di calore per trasmissione descrive le perdite di energia termica che vengono cedute dall'involucro dell'edificio. Nella norma DIN V 18599 viene definita come coefficiente di trasferimento termico per trasmissione.

Per determinare le perdite di calore per trasmissione, si sommano le perdite energetiche attraverso i singoli elementi costruttivi piani dell'edificio e le perdite di energia dovute ai ponti termici. Le perdite di calore per trasmissione attraverso gli elementi costruttivi piani vengono calcolate utilizzando il valore U dell'elemento costruttivo per superficie di facciata dell'elemento stesso (simbolo A). A seconda della situazione, le perdite degli elementi costruttivi vengono ulteriormente corrette con un fattore di correzione della temperatura (valore F_X). Le perdite termiche per trasmissione dovute ai ponti termici H_WB possono essere determinate secondo le tre possibilità seguenti. Una descrizione dettagliata è disponibile alla voce GEG Verifica dei ponti termici.

Calcolo della perdita termica per trasmissione

H_T= ∑( F_xi ⋅ U_i⋅ A_i ) + H_WB

Per la perdita di calore attraverso i ponti termici esistono diverse possibilità di esecuzione e calcolo:

1. Metodo forfettario (standard)

H_WB = ΔU_WB ⋅ ∑A_i con ΔU_WB= 0,10 W/(m²K)

2. Metodo forfettario (migliorato)

H_WB = ΔU_WB ⋅ ∑A_i con ΔU_WB= 0,05 W/(m²K) o 0,03 W/(m²K)

Questo approccio è ammesso solo se i ponti termici sono realizzati secondo l'allegato 2 della norma DIN 4108 (categoria A o B).

3. Metodo dettagliato

H_WB = ∑F_j ⋅ ψ_j⋅ I_j+ ∑F_{k ⋅}χ_k

Questo approccio è ammesso solo se i dettagli dei ponti termici sono documentati tramite dati riportati nei cataloghi dei ponti termici o tramite calcoli FE.

Definizioni dei termini relativi alle formule:

H_WB è la percentuale dell'influenza del ponte termico su H_T

∑F_j ⋅ U_i⋅ A_i

descrive la perdita di calore attraverso tutti gli elementi costruttivi piani (pareti, solai, finestre ecc.) con U_i come coefficiente di trasmissione termica della parete i con la superficie Ai riferita alle dimensioni esterne e il fattore di riduzione della temperatura F_i.

∑F_j ⋅ ψ_j⋅ I_j

rappresenta la perdita di calore aggiuntiva attraverso tutti i ponti termici lineari (ad es. balconi, base del muro allo zoccolo dell'edificio), dove ψ_j è il coefficiente di trasmissione termica relativo alla lunghezza esterna del ponte termico lineare j con lunghezza l_j e il fattore di riduzione della temperatura F_j.

∑F_{k ⋅}χ_k

rappresenta la perdita di calore aggiuntiva attraverso tutti i ponti termici puntiformi (ad es. attraversamento della parete esterna da parte di travi in acciaio), dove χ_k è il coefficiente di trasmissione termica puntiforme del ponte termico puntiforme k e F_k è il fattore di riduzione della temperatura.

Perdita termica per trasmissione specifica H‘_T

Con H‘_T (pronunciato: „H barra T“ o „H T barra“) si indica la perdita di calore per trasmissione specifica degli elementi costruttivi esterni, riferita alla superficie perimetrale che trasmette il calore. Sulla base di questo valore, la legge sull'energia degli edifici stabilisce i requisiti relativi alla qualità dell'isolamento dell'involucro edilizio nel suo complesso. Poiché H‘_T rappresenta la perdita di calore per trasmissione in relazione all'intera superficie dell'involucro edilizio (unità: W/(m²K)), viene anche chiamato valore U medio.

Quando l'irraggiamento solare riscalda l'ambiente, si parla di guadagni di calore solare. Mentre in inverno questi sono decisamente graditi come integrazione al riscaldamento, nelle mezze stagioni o in estate possono facilmente causare un surriscaldamento dell'ambiente in questione. Il riscaldamento … può essere causato dal riscaldamento di elementi costruttivi opachi o dalla trasmissione diretta (passaggio) della radiazione termica attraverso le finestre.

Per protezione termica estiva si intendono le misure che riducono l'apporto di calore dovuto alla radiazione solare. Ciò viene realizzato preferibilmente attraverso misure di ombreggiamento. Ciò può essere ottenuto tramite elementi sporgenti come balconi, ma anche tramite tapparelle, tende da sole e simili. Il rispetto della protezione termica estiva è richiesto dalla GEG ed è disciplinato dalla norma DIN 4108.

Vengono stabiliti requisiti relativi alle dimensioni e all'angolo di orientamento delle finestre, al tipo di vetratura, alle misure di ombreggiamento e ad altri fattori influenti, come ad esempio il comportamento di ventilazione degli utenti. Viene presa in considerazione anche la tipologia costruttiva dell'edificio (pesante, media, leggera). Oltre alla verifica semplificata, è possibile anche quella tramite simulazione termica dell'edificio (cfr. DIN 4108-2, sezione 8).

Il flusso termico Φ (pronuncia: phi, unità: Watt) descrive il trasporto di energia termica (unità: Joule) in funzione del tempo (unità: s). Il trasporto di calore è causato dal movimento intrinseco di atomi e molecole, che dipende dalla temperatura. Per definizione, la direzione del flusso termico va da una zona a temperatura più alta verso una zona a temperatura più bassa.

La conducibilità termica λ (pronunciata: lambda) descrive la quantità di calore che attraversa un materiale. Un valore basso di λ indica una bassa conducibilità termica, ovvero un'elevata resistenza termica, e quindi un buon isolamento termico. Ad esempio, l'acciaio ha una conducibilità termica molto elevata (da 15 a 50 W/(mK)), mentre l'isolante presenta una conducibilità termica molto bassa (circa 0,035 W/(m∙K)).

In teoria, la quantità di calore viene misurata in Ws, che in 1 s attraversa 1 m² di uno strato di materiale omogeneo dello spessore di 1 m perpendicolarmente alle superfici, quando la differenza di temperatura è di 1 K. La misurazione viene effettuata da 10 °C a 9 °C. In pratica, il corpo del campione ha dimensioni più ridotte e il risultato viene convertito di conseguenza.

La conducibilità termica equivalente λ_eq

La conducibilità termica equivalente λ_eq di un elemento costruttivo costituito da più materiali da costruzione è la conducibilità termica di un materiale da costruzione sostitutivo omogeneo, di forma parallelepipeda e di uguali dimensioni esterne, che, al posto dell'elemento costruttivo complesso, una volta installato, ottiene lo stesso effetto di isolamento termico.

In base al Documento di Valutazione Europeo (European Assessment Document - EAD) per gli elementi portanti di isolamento termico, introdotto nel 2017, λ_eq viene determinato come segue:

Nel metodo di calcolo secondo l'EAD viene eseguito un calcolo tridimensionale dettagliato dei ponti termici con l'elemento portante di isolamento termico. Tuttavia, gli elementi costruttivi adiacenti su entrambi i lati sono limitati a una larghezza di 30 mm. In questo modo, la complessa struttura di un elemento portante di isolamento termico viene modellata in dettaglio e viene determinata la perdita di calore attraverso il ponte termico. Dalla perdita di calore che si verifica vengono determinati la conducibilità termica equivalente λ_eq e la resistenza termica equivalente R_eq.

Il calcolo dettagliato dei ponti termici

Se si desidera eseguire una verifica dettagliata dei ponti termici per determinare i valori ψ o f_Rsi, è possibile utilizzare il valore λ_eq per la modellazione dei dettagli di collegamento. A tal fine, si posiziona nel modello un rettangolo omogeneo con le dimensioni del corpo isolante dello Schöck Isokorb® nella sua posizione e gli si assegna la conducibilità termica equivalente λ_eq (vedi figura sotto). In questo modo è possibile calcolare in modo semplice i parametri fisico-costruttivi di un'intera struttura.

Rappresentazione di un disegno in sezione con un modello dettagliato dello Schöck Isokorb®

Rappresentazione di un disegno in sezione con un corpo isolante sostitutivo semplificato

La metodologia di calcolo per la determinazione di λ_eq è stata convalidata sulla base del Documento di Valutazione Europeo (European Assessment Document - EAD) per gli elementi portanti di isolamento termico e, sulla base di questo, per lo Schöck Isokorb® nella Valutazione Tecnica Europea (European Technical Assessment - ETA).

È possibile effettuare un calcolo utilizzando un software per ponti termici comunemente disponibile sul mercato, con l'ausilio delle condizioni al contorno termiche secondo la norma DIN EN ISO 6946 e la norma DIN 4108, allegato 2. In questo modo, oltre alle perdite di calore del ponte termico (valore ψ), è possibile calcolare anche le temperature superficiali ϴ_si e quindi anche il fattore di temperatura f_Rsi.

I singoli valori λ_eq sono disponibili nella sezione "Informazioni tecniche > Parametri fisico-costruttivi".

La resistenza termica è la resistenza che un materiale oppone al flusso termico in presenza di una differenza di temperatura di 1 K (Kelvin) su una superficie di 1 m².

R si calcola come lo spessore del materiale diviso per la sua conducibilità termica:

R = \frac{d}{λ} [\frac{m^{2} K}{W}]

λ: conducibilità termica in W/(m∙K)
d: spessore del materiale in m

Questo calcolo del valore R può essere effettuato anche per un elemento costruttivo multistrato:

R = \frac{d_{1}}{λ_{1}} + \frac{d_{2}}{λ_{2}} + . . . + \frac{d_{n}}{λ_{n}}

Rappresentazione della struttura di una parete con i rispettivi spessori degli strati e i corrispondenti valori λ.
La formula illustra come si calcola il valore R per questo elemento costruttivo multistrato.

Se si sommano anche le resistenze termiche di trasferimento alle superfici (aria-elemento e elemento-aria), si ottiene la cosiddetta resistenza termica.

Il coefficiente di trasmissione termica descrive il passaggio di calore attraverso un elemento costruttivo. Si basa sul valore R di un elemento costruttivo e include inoltre le resistenze termiche degli strati d'aria adiacenti all'elemento (R_si per l'interno e R_se per l'esterno). È il reciproco della resistenza termica. Il valore U rappresenta quindi l'effettivo passaggio di calore dall'aria interna all'aria interna o dall'aria interna all'aria esterna.

Il valore U viene calcolato come inverso della somma della resistenza termica totale e delle due resistenze di trasferimento termico:

U = \frac{1}{R_{s i} + R_{g e s} + R_{s e}}

Rappresentazione dell'andamento della temperatura in una parete: la pendenza della curva di temperatura è definita dallo spessore del rispettivo strato e dal relativo valore R. Ai bordi dell'elemento strutturale agisce inoltre il valore Rsi o Rse. A destra è illustrato come calcolare la temperatura nei singoli strati, dove q è il flusso termico.

La conducibilità termica è il quoziente tra il flusso termico per metro di lunghezza di un ponte termico lineare e la differenza di temperatura tra due ambienti separati dalla struttura in esame. La conducibilità termica rappresenta quindi le perdite di calore attraverso tale struttura.

Formula tratta dalla norma DIN EN ISO 10211:

L_{2 D} = \frac{ϕ}{∆ T} [W / (m \cdot K)]

Per una struttura con ponti termici, la conducibilità termica tridimensionale L_3D è data dalla somma delle perdite di calore per trasmissione attraverso gli elementi costruttivi non interessati da ponti termici e delle perdite di calore per trasmissione attraverso la somma di tutti i ponti termici, come illustrato nella seguente formula (secondo la norma DIN EN ISO 10211):

Formula tratta dalla norma DIN EN ISO 10211:

L_{3 D, i, j} = {\sum U_{k (i, j)} \cdot A_{k} +}_{k = 1}^{N_{k}} {\sum ψ_{m (i, j)}}_{m = 1}^{N_{m}} \cdot l_{m} + {\sum χ_{n (i, j)}}_{n = 1}^{N_{n}}

In questo caso:

U_k(i,j) è il coefficiente di trasmissione termica della parte k della stanza o dell'edificio;
A_k è l'area a cui si applica il valore U_k(i,j);
Ψ_m(i,j) è il coefficiente di trasmissione termica lineare della parte m della stanza o dell'edificio;
l_m è la lunghezza su cui si applica il valore Ψ_m(i,j);
χ_n(i,j) è il coefficiente di trasmissione termica puntuale della parte n della stanza o dell'edificio;
N_k il numero dei coefficienti di trasmissione termica;
N_m il numero dei coefficienti di trasmissione termica relativi alla lunghezza;
N_n il numero dei coefficienti di trasmissione termica puntuali.

Per quanto riguarda le perdite di calore per conduzione nei ponti termici, si distingue tra ponti termici lineari (ad es. il raccordo di un balcone) e ponti termici puntuali (ad es. tiranti nella facciata).

Il coefficiente di trasmissione termica lineare ψ (unità: W/(m∙K), pronunciato psi) indica la perdita di calore aggiuntiva per metro lineare di un ponte termico lineare. Il coefficiente di trasmissione termica puntuale χ (unità: W/K, pronunciato chi) indica, di conseguenza, la perdita di calore aggiuntiva attraverso un ponte termico puntuale.

Il valore ψ dipende dalla qualità costruttiva, dalle dimensioni e dai valori U degli elementi costruttivi adiacenti. Questo perché il ponte termico e la struttura adiacente si influenzano reciprocamente per quanto riguarda l'andamento del flusso termico. Di conseguenza, il valore ψ cambia se cambia la struttura adiacente, anche se il ponte termico in sé rimane lo stesso.

Rappresentazione delle perdite energetiche attraverso una parete con soletta del balcone continua, sulla base di un disegno in sezione.

Nella figura si può osservare l'andamento del valore ψ per una soletta del balcone che attraversa la parete senza ostacoli. Questa perdita di calore aggiuntiva attraverso la soletta del balcone influisce anche sulla parete adiacente. In pratica, ciò significa che, a causa della dispersione di calore attraverso la soletta del balcone, si raffredda anche la parete al di sopra e al di sotto del ponte termico. Le frecce, a destra nella figura, mostrano il percorso seguito dai flussi di calore. Mentre nelle pareti non disturbate si verificano solo flussi di calore orizzontali (rappresentati in blu), i flussi di calore nei ponti termici sono tridimensionali (rappresentati in giallo). Da ciò si evince perché la determinazione dei valori ψ è molto più complessa di quella dei valori U.

Il coefficiente di trasmissione termica descrive le perdite di calore per trasmissione causate da un ponte termico. In questo caso si distingue se si tratta di un ponte termico lineare (ad es. un raccordo del balcone) o di un ponte termico puntuale (ad es. un ancoraggio nella facciata).

Il coefficiente di trasmissione termica relativo alla lunghezza ψ ("valore ψ") indica la perdita di calore aggiuntiva per metro lineare di un ponte termico lineare. Il coefficiente di trasmissione termica relativo al punto χ ("valore χ") indica, di conseguenza, la perdita di calore aggiuntiva attraverso un ponte termico puntiforme.

Estratto dalla norma DIN EN ISO 10211:

Nella figura si può osservare l'andamento del valore ψ per una soletta del balcone che attraversa la parete senza ostacoli. Questa perdita di calore aggiuntiva attraverso la soletta del balcone influisce anche sulla parete adiacente. In pratica, ciò significa che, a causa della dispersione di calore attraverso la soletta del balcone, si raffredda anche la parete al di sopra e al di sotto del ponte termico. Le frecce indicano il percorso seguito dai flussi termici. Mentre nelle pareti non disturbate si verificano solo flussi termici orizzontali (sopra e sotto la soletta in calcestruzzo), i flussi termici nei ponti termici si verificano nella zona della soletta in calcestruzzo. Da ciò si evince perché la determinazione dei valori ψ è molto più complessa rispetto a quella dei valori U.

Estratto dalla norma DIN EN ISO 10211:

Calcolo dei coefficienti di trasmissione termica lineari e puntuali

I valori ψ sono determinati secondo:

ψ = L_{2 D} - {\sum U_{j} \cdot l_{j}}_{j = 1}^{N j}

In questo caso:

L_2D è la conducibilità termica ricavata da un calcolo 2D dell'elemento costruttivo che separa i due ambienti considerati;
U_j è il coefficiente di trasmissione termica dell'elemento 1D j che separa i due locali considerati;
l_j è la lunghezza per la quale vale il valore U_j.

I valori χ sono determinati secondo: