A.2-Isolamento e Massa termica · Come si può notare a seconda del tipo di materiale si ottiene un aumento o una diminuzione notevole dell’ isolamento termico, essendo a 1 e a

Fonti Rinnovabili di Energia Prof. Claudia Bettiol A.A. 2003-04 1

A.2 Isolamento e Massa Termica

L’interazione tra l’ambiente interno, l’involucro e l’ambiente avviene attraverso le superfici esterne di un edificio. La definizione della loro composizione è di fondamentale importanza per la progettazione dell’isolamento dell’edificio stesso.

“La casa è la terza pelle dell’uomo”Karl E. Lotz



Dati due fluidi a temperature diverse, sotto le seguenti ipotesi:

ti e te con ti > te (caso invernale)

• separati da una parete piana a facce parallele

• in condizioni stazionarie (nessuna variazione nel tempo)

Il flusso termico scambiato tra i due fluidi attraverso la parete S è pari a:

dove: K è il come coefficiente di scambio termico globale o trasmittanza.S è la superficie della parete

)( tt eiKSq −=)1(



: resistenza termica dell’ i-esimo strato

: superficie dell’ i-esimo stato

Se si definisce resistenza termica di scambio:Rt

Rtt

t

eiq )( −=)2(

Se il flusso termico attraversa una parete composta (come nella realtà) da più strati in successione (o in serie), possiamo scrivere:

∑=

=n

iit RR

1 ∑=

⋅= n

iii SR

K

1

1)3(

iR

iS



ØConduzione: il passaggio di calore all’interno di corpi posti a contatto, senza apprezzabile scambio di materia, a causa di una differenza di temperatura

Con : s = spessore dello stratoS = superficie dello strato

?= conduttività termica dello stratoC = conduttanzaR’ e C’ = resistenza e conduttanze specifiche.

SR

SCCSsR '

'11 =⋅==⋅= λ)4(

KmW 2



dove a = coeff. di scambio superficiale somma dei coeff. di convezione e irraggiamento.

Da tutte queste considerazione ricaviamo il coefficiente di scambio termico globale :

Con a1e a2 coeff. di scambio superficiale per i fluidi a t1 e t2.

Per lo scambio superficiale, si tiene conto sia della convezione che dell’irraggiamento:

)5( SR ⋅= α1

∑∑ ++++=

αα λ 21

1'

'11

1

RC

sK)6(

Come si può notare a seconda del tipo di materiale si ottiene un aumento o una diminuzione notevole dell’ isolamento termico, essendo a1e a2 ostanti.



Estratto norma UNI



Estratto norma UNI



Estratto norma UNI





Confrontiamo vari valori del coefficiente di scambio termico globale o trasmittanza specifica a seconda del tipo di muro o parete vetrata usata nell’edilizia:

SRS=0,952

1/a=0,1238,12Aria interna

s/?=0,0190,520,01Intonaco interno

1/C'=0,2364,230,08Mattoni forati

1/C'=0,5081,970,25Mattoni Uni

s/?=0,0230,870,02Intonaco esterno

1/a=0,04323,2Aria esterna

mqK/wW/m2KW/mKW/m2Km

SRSC'?aSpessoremateriale

Da cui K della parete è pari a :Km

W

RSK 205.1

1==

∑



SRS=2.386

0,1238,12Aria interna

0,0120,810,01Intonaco interno gesso e sabbia

0.0071,3950,01intonaco di rinzaffo in cemento

0,3170,630,2muratura in blocchi tufacei

1.7140,0350,06pannelli di coibentazione

0.0091,30,012Mattoni pieni

0,1546,50,02intercapedine d'aria

0.0072,90,02Lastra di rivestimento in Pietra

0,04323,2Aria esterna

mqK/wW/m2KW/mKW/m2Km

SRSC'?aSpessoremateriale

Da cui K della parete è pari a :Km

W

RSK 242.0

1==

∑





Vetro Triplo

SRS=0,438

0,123aria interna

0,00410,004vetro

0,13intercapedine

0,00410,004vetro

0,13intercapedine

0,00410,004vetro

0,043aria esterna

SRS (mq K/W)? (W/K m)spessore (m)

KmW

RSK 228,2

1==

∑



Inerzia Termica

L’analisi vista in precedenza vale sotto le ipotesi di regime stazionario e scambio termico di tipo convettivo.

Nella realtà il fenomeno è molto più complesso, si deve considerare la radiazione solare incidente e la capacità della parete di accumulare energia e rilasciarla nel tempo, cioè l’inerzia termica.

Lo scambio non sarà più solamente convettivo ma avrà una componete dovuta alla radiazione solare incidente (W), definendo:

• te: temperatura esterna

• ti: temperatura interna

• ti*: temperatura parete all’intradosso

• he: coefficiente di scambio termico convettivo per l’aria esterma

• a: coefficiente di assorbimento della radiazione solare



Facendo un bilancio termico all’estradosso possiamo scrivere:

( ) ( )* *e e i e FS iq h t t W a h T t= − + ⋅ = −

In cui con TFS indichiamo la temperatura fittizia al sole cioè la temperatura a cui si porta la parete a causa dei due effetti convezione e irraggiamento:

FS ee

a WT th⋅= +


A.2 Isolamento e Massa TermicaDefinita ora questa temperatura possiamo analizzare cosa accade ad un muro durante il giorno in funzione di:

•Esposizione

•Massa

•Ora del giorno

Tutto verrà analizzato osservando la differenza tra la temperatura interna della stanza (26°C) e la temperatura fittizia al sole ( grafico mese di Luglio a Roma)

Differenza di Temperature equivalenti parete esposta a Sud

-4-202468

101214

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4

Ora Solare

Dif

f. T

emp

.

100 kg/mq700 kg/mq



Massa Termica

Si analizza l’evoluzione di tre tipologie edilizie

1. Riproposizione della caverna, caratterizzata da masse murarie di grande spessore che conferiscono all’edificio elevata inerzia termica, ammortizzando l’interno dagli sbalzi di temperatura esterno/interno. Esempio perfetto di questa tipologia è il dammuso, struttura caratteristica dell’isola di Pantelleria, la cui muratura esterna ha uno spessore variabile 0.8-2m, tale da ridurre l’escursione termica interna. La volta sottile di copertura invece cede al fresco notturno il calore dell’aria che vi si accumula.



2. Riproposizione della capanna. Caratteristico della fascia tropicale caratterizzata da sole, vento ed umidità. Si cerca di sfruttare l’effetto camino prodotto dall’aria a diversa temperatura, per asportare il calore in eccesso e raffrescare gli ambienti. Come esempio si riporta lo spaccato di due edifici, di un complesso di sei ville Palladiane a Costozza, in cui si vede come lo sfruttamento dei sistemi di cunicoli naturali (covoli) e artificiali ha effetti sorprendenti: a fine Luglio (33oC) una delle stanze del pianterreno può avere una temperatura di 19oC.



3. modello palazzina (o grattacielo), ovunque uguale a se stesso, al cui interno viene instaurato un clima artificiale, la temperatura interna èmantenuta da impianti dal consumo energetico proporzionale alla differenza di temperatura interno/esterno.



Foster



A parte i pochi esempi di eccellenza, l’evoluzione ci ha portati ad un modello che, per quanto efficace, è il più inefficiente e fragile dal punto di vista della regolazione per il raggiungimento delle ottimali condizioni di benessere.

Le ampie vetrate sono fonte di:

• enormi dispersioni di calore verso l’esterno (in inverno)

• inutile accumulo calore all’interno dell’edificio (in estate)

vedremo in seguito come limitare questi problemi.



In Europa l'energia consumata negli edifici per:

ü il riscaldamento,

üla climatizzazione,

ü l'illuminazione,

üle funzioni tecnologiche e di servizio

Pari a circa il 40% del consumo di energia primaria, dopo le crisi energetiche degli ultimi 30 anni, a maggior ragione dopo i black-out dell’estate del 2003, si stanno rielaborando i modelli di costruzione del passato alla luce della evoluzione tecnologica per costruire edifici a basso consumo e alto comfort ambientali.

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