Fisica Tecnica

Fisica Tecnica
Scienze dell’Architettura
Dr. Roberta Cocci Grifoni
Ascoli Piceno
ARIA UMIDA
L’aria atmosferica viene solitamente indicata come “aria umida”, e può essere
considerata come una miscela di un componente gassoso l’aria secca (78%
azoto, 21% ossigeno, e altri gas) e di una piccola quantità di vapore acqueo
surriscaldato (dell’ordine di alcuni grammi per kilogrammo di aria).
Questa piccola quantità è però molto importante perché può condensare in
corrispondenza a superfici a bassa temperatura: in tal caso lo stato della miscela
varia, impoverendosi di vapore.
Le grandezze rilevanti nello studio del comportamento dell’ “aria umida”
sono principalmente la temperatura, la pressione, l’umidità relativa, il grado
igrometrico, l’entalpia.
1
ARIA UMIDA
Come mostrato in figura viene posto un contenitore pieno d’acqua sotto una
campana dove è presente aria secca mantenendo T e P costanti. Dopo un certo
tempo parte dell’acqua presente nel contenitore evapora. Il vapore formatosi
si disperde nella campana, trasformando l’aria secca in aria umida. Il
processo continua fino a che la pressione parziale del vapore saturo eguaglia la
pressione di saturazione dell’acqua in funzione della temperatura T alla quale
si opera. Supponiamo di avere una bilancia opportunamente tarata sotto al
contenitore d’acqua. Possiamo ora introdurre il concetto di titolo, così
definito:
ARIA UMIDA
Come mostrato in figura viene posto un contenitore pieno d’acqua sotto una
campana dove è presente aria secca mantenendo T e P costanti. Dopo un certo
tempo parte dell’acqua presente nel contenitore evapora. Il vapore formatosi
si disperde nella campana, trasformando l’aria secca in aria umida. Il
processo continua fino a che la pressione parziale del vapore saturo eguaglia la
pressione di saturazione dell’acqua in funzione della temperatura T alla quale
si opera. Supponiamo di avere una bilancia opportunamente tarata sotto al
contenitore d’acqua. Possiamo ora introdurre il concetto di titolo, così
definito:
dove Mvap indica la massa del vapore e Maria la massa dell’aria secca.
Attenzione a non confondere il titolo appena definito con quello usato per
caratterizzare i vapori saturi, che si indica con lo stesso simbolo x. Nel caso
dell’aria secca, si avrà x = 0 mentre nel caso di vapore aqueo puro, x →∞ Il titolo è
il rapporto tra pesi di sostanze chimiche diverse e non si tratta quindi di un
numero puro, solitamente il titolo viene espresso in gvap /kg aria.
2
ARIA UMIDA
Il secondo metodo per indicare l’umidità dell’aria, è il cosiddetto grado
igrometrico (detta anche umidità relativa, o U.R.), così definito:
dove Pvap indica la pressione del vapore nella miscela aria- vapore considerata, e
Psat la pressione di saturazione del vapore acqueo alla temperatura di analisi.
Questa grandezza è sempre compresa tra 0 e 1, quindi può essere rappresentata
in forma percentuale (tramite una semplice moltiplicazione per 100). Tale
grandezza viene comunemente utilizzata e fuori da un ambito ingegneristico
viene preferita al titolo. E’ evidente che l’umidità relativa non possa mai
superare il 100%. Se così fosse, si avrebbe Pvap > Psat, impossibile in condizioni
stazionarie perché in questo caso parte del vapore condenserebbe, e la pressione
del vapore tenderebbe quindi ad abbassarsi fino a tornare ad un valore lecito.
Tuttavia il grado igrometrico presenta uno svantaggio: l’U.R. non indica in senso
assoluto quanto vapore acqueo è contenuto nell’aria, ma piuttosto ci da’ un’idea
di quanto l’aria sia distante dalla saturazione.
ARIA UMIDA
Il metodo migliore per legare i concetti di titolo, grado igrometrico e
temperatura è il diagramma psicrometrico, esiste comunque anche un’analisi
analitica, facilmente ottenibile considerando aria e vapore acqueo gas perfetti, in
queste condizioni è possibile utilizzare la legge di Dalton (per le miscele di gas
perfetti, si può considerare il volume a disposizione di ciascun gas uguale al
volume totale)
da cui segue
dove nv e na rappresentano rispettivamente il numero di moli di vapore e di aria
secca presenti nella miscela di aria umida considerata, mv e ma le masse molari dei
due componenti (essendo l’aria un miscuglio di vari gas, la sua massa molare viene
calcolata come media pesata delle masse molari dei vari componenti). Infine Ptot è
la pressione totale della massa d’aria umida considerata e Psat la pressione di
saturazione del vapore alla temperatura considerata (questa grandezza si ottiene
delle apposite tabelle del vapore).
3
ARIA UMIDA
ARIA UMIDA
Chiaramente la relazione
si può invertire, ottenendo il grado igrometrico in funzione del titolo (e della
temperatura della massa d’aria analizzata), ottenendo
dove le grandezze hanno lo stesso significato di prima. Occorre però fare una
precisazione: il grado igrometrico può valere al massimo 1, quindi è necessario
imporre questo vincolo quando si applica la formula di conversione. Se il risultato
è superiore a 1, sicuramente i dati utilizzati non sono validi, ossia non siamo in una
situazione reale.
Il valore di x tale per cui ϕ = 1, è detto titolo di saturazione. Per ogni particolare
temperatura non è possibile che il titolo di una massa d’aria umida superi il titolo
di saturazione (che varia in funzione di T).
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ARIA UMIDA
Chiaramente la relazione
si può invertire, ottenendo il grado igrometrico in funzione del titolo (e della
temperatura della massa d’aria analizzata), ottenendo
Un fenomeno interessante legato a questi concetti è quello della nebbia. La
nebbia si forma quando l’umidità relativa dell’aria è esattamente del 100%
(ossia il titolo è pari a quello di saturazione). Si tratta di una situazione molto
stabile, perché qualunque variazione della temperatura viene immediatamente
controbilanciata dal comportamento dell’acqua. Supponiamo per esempio che la
temperatura ambiente diminuisca: parte del vapore si condensa, producendo il
calore latente di vaporizzazione, che va immediatamente a riscaldare l’ambiente.
ENTALPIA SPECIFICA
E’ possibile definire il concetto di entalpia specifica J come
hA=entalpia aria secca
hV=entalpia vapor d’acqua
si dove r è il calore latente di vaporizzazione.
sostituendo si ottiene
è da ritenersi un ottimo strumento per la risoluzione di tutti quei problemi dove
(come è stato implicitamente fatto nei passaggi per arrivarci) è consentita
l’approssimazione a gas perfetto della miscela acqua-vapore.
5
DIAGRAMMA PSICOMETRICO
Il diagramma psicrometrico è stato introdotto per la prima volta con
l’Igrometro di Assman (detto appunto Psicrometro), attualmente uno dei
modelli di igrometro più usato
Il grafico riporta in ordinata il titolo e in ascissa le temperature. L’entalpia si
legge su una retta trasversale situata al di sopra di una curva particolare detta
curva di saturazione
DIAGRAMMA PSICOMETRICO
6
DIAGRAMMA PSICOMETRICO
• Sull’asse delle ascisse si trova la temperatura; un percorso lungo una linea retta
verticale indica una variazione dello stato psicometrico a T costante.
• L’ordinata rappresenta il titolo x (misurato in questo caso in gvap /kg aria); quindi uno
spostamento orizzontale non determina una variazione del rapporto fra quantità d’aria
secca e vapore.
• Le linee diagonali decrescenti, come si può facilmente dedurre dal diagramma, sono
le curve isoentalpiche, l’entalpia specifica J viene misurata in KJ/kgaria.
• Infine le curve crescenti, ciascuna identificata da un numero compreso tra 10 e 100
sono le curve a grado igrometrico costante. Per esempio la curva indicata dal numero
10 rappresenta un’umidità relativa del 10%, e così via per le altre. Ovviamente la
prima curva da sinistra indica la regione dove ϕ= 1 (U.R. del 100%); oltre questa
curva si entra in una situazione impossibile, perché come già detto il grado
igrometrico non può superare il valore 1 (saturazione).
DIAGRAMMA PSICOMETRICO
7
Temperatura di Rugiada
Si supponga il caso in cui si sottragga calore; l’aria si raffredda fino a che
il punto rappresentativo del suo stato viene a trovarsi sulla curva di
saturazione. Se si continua a sottrarre calore (la temperatura scende ma
il suo titolo rimane costante) parte del vapore presente condensa e quindi
si assiste alla comparsa di goccioline d’acqua sulla superficie stessa che
raffreddava l’aria.
Definizione: La temperatura minima alla quale una miscela d’aria e vapore può
essere raffreddata a titolo costante è la TEMPERATURA DI RUGIADA tr ,
riconoscibile per via grafica o attraverso la risoluzione dell’equazione:
Temperatura di Rugiada
8
DIAGRAMMA PSICOMETRICO
Si consideri un corpo bagnato; se esso non riceve calore si porta a condizioni
termodinamiche d’equilibrio in virtù del fatto di essere bagnato TB < TA dove
TA è la temperatura dell’aria e TB è la temperatura del tubo.
Un corpo bagnato infatti tende a portarsi ad una temperatura più bassa di
quella dell’aria affinché l’aria stessa gli ceda calore per fenomeni di scambio
termico (questo avviene indipendentemente dalla forma del corpo). Si tratta di
una trasformazione a energia costante. E’ un processo di saturazione
adiabatica#isoentalpica, ossia di un fenomeno che consiste nell’evaporazione
di acqua a spese del calore sensibile dell’aria, inteso come scambio di energia
termica che è accompagnato da una variazione di temperatura.
9
DIAGRAMMA PSICOMETRICO
Dal grafico la temperatura di bulbo bagnato si ottiene connettendo il corpo A
con B sulla curva di saturazione attraverso una linea a J costante.
DIAGRAMMA PSICOMETRICO
Un’operazione utile da effettuare sul diagramma psicrometrico è calcolare la
pendenza delle curve a J=costante. Indicando con t la temperatura in gradi
centigradi si ha
di conseguenza il differenziale di J vale
ma poichè stiamo analizzando curve a J = costante, necessariamente dJ = 0,
cioè
A temperatura ambiente (-10°C¸ 40°C) ovviamente 2500 >> 1,9.t e quindi
possiamo trascurare il termine, ottenendo un’equazione approssimata della forma
10
DIAGRAMMA PSICOMETRICO
Il diagramma psicrometrico viene utilizzato ai fini del calcolo delle
trasformazioni subite dalle miscele d’aria e vapor d’acqua ed è riferito
alla pressione atmosferica standard (circa 1,013 bar). Lo stato fisico di
una miscela (temperatura, umidità , entalpia) viene rilevato sul
diagramma noti due qualsiasi parametri.
Diagramma Psicrometrico
Paroncini 2001
11
Riscaldamento senza umidificazione
A
B
Paroncini 1999
Raffreddamento senza deumidificazione
B
A
Paroncini 1999
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LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Il problema della condensazione del vapor d’acqua, sia che avvenga sulle
superfici delle strutture, sia che avvenga all’interno delle stesse, rappresenta
un rischio sotto un duplice aspetto: quello legato alla conservazione delle
strutture e quello legato alla salubrità degli ambienti.
In anni relativamente recenti la necessità di contenere le dispersioni
termiche ha favorito l’adozione indiscriminata di serramenti dotati di
ottima tenuta all’aria che, in assenza di ventilazione meccanica, ha
però comportato una sensibile riduzione della ventilazione naturale
con conseguente ulteriore aggravio del problema in esame causato
dall’aumento dell’umidità presente nell’aria ambiente.
La formazione di condensa, fenomeno tipico di strutture poco isolate
(ponti termici), può peraltro manifestarsi anche in presenza di
strutture ben isolate dove però la collocazione dello strato isolante è
malposta rispetto alla permeabilità degli strati rimanenti.
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Come si ricorda dalla trattazione delle miscele d’aria secca e vapor
d’acqua, la condensazione del vapor d’acqua si verifica quando la
pressione parziale dello stesso raggiunge la pressione di saturazione,
quest’ultima
funzione
della
temperatura
(temperatura
di
condensazione o di rugiada);
a parità di temperatura, più alto è il contenuto di vapore, e quindi più
alta l’umidità relativa, maggiori sono i rischi della formazione di
condensa (la condensazione può manifestarsi anche in presenza di
modesti raffreddamenti dell’aria ambiente).
Nella tabella che segue sono riportati nuovamente i valori della
pressione parziale del vapore d’acqua nelle condizioni di saturazione
(Psat,ps) in funzione della temperatura della miscela di aria umida; per
valori diversi della temperatura la corrispondente ps può essere
determinata per interpolazione lineare.
13
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Valori della pressione del vapore nelle condizioni di saturazione ps al
variare della temperatura (si ricorda che 1 bar = 105 Pa)
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Al fine di verificare l’insorgere o meno della condensa occorre pertanto
controllare che la temperatura, superficiale e/o interna alla parete, sia
maggiore della relativa temperatura di condensazione (ovvero che la
pressione parziale del vapore sia maggiore della pressione di saturazione). Nel
caso specifico, l’analisi del fenomeno fisico attiene alla diffusione molecolare
di un gas (il vapor d’acqua) in un solido ed è esprimibile mediante la legge di
Fick;
La concentrazione è la grandezza che governa il flusso di materia per
diffusione. Ciò significa che se, in una porzione di spazio occupata da un
sistema costituito da una miscela di specie chimiche diverse, esiste un
gradiente di concentrazione di uno dei componenti, quel componente
diffonderà da zone dove la concentrazione è elevata a zone dove la
concentrazione è più bassa. La legge che descrive il trasporto di materia per
diffusione è la legge di Fick che porge:
gi è il flusso specifico di massa della specie i-esima
Di è una costante di proporzionalità
n è il numero di moli
14
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Le semplificazioni che ne derivano unitamente al poter considerare il
vapor d’acqua un gas perfetto, fanno si che la determinazione del
flusso di vapore che si diffonde all’interno di un solido può essere
espressa in termini del gradiente di pressione che si instaura a causa
delle variazioni di temperatura e quindi della densità (o in altri termini
al variare della concentrazione del vapor d’acqua nell’aria); la
trattazione del problema diviene allora del tutto analoga dal punto di
vista fisico ed analitico a quanto visto per la trasmissione del calore
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Il nuovo parametro fisico che caratterizza i componenti è quindi la
permeabilità al vapore o diffusività δ (g /m s Pa) ovvero un
coefficiente che rappresenta la quantità di vapore che passa nell’unità
di tempo attraverso un materiale di spessore unitario, a causa di una
differenza unitaria di pressione
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LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Nella Tabella che segue sono riportati i valori di permeabilità di alcuni tipici
materiali da costruzione desunti dalle norme UNI 10351 (in tali norme sono
riportati congiuntamente anche i valori di conducibilità termica).
Valori indicativi medi
della permeabilità al
vapore δ (Dv) e della
resistenza al flusso
di vapore μ per
alcuni materiali di
usuale impiego in
edilizia
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Il flusso di vapore ha luogo quando si crea un differenziale di pressione; il verso del
flusso va dagli ambienti più caldi a quelli più freddi (al maggior contenuto di vapore dei
primi corrisponde una maggiore pressione), e quindi si verifica generalmente
dall’interno verso l’esterno degli ambienti sia nei mesi estivi che invernali.
In generale si rileva che la condensazione interna non ha luogo nelle pareti omogenee
ma in quelle multistrato. In particolare si osserva che se lo strato rivolto verso
l’ambiente caldo è più ricco di vapor d’acqua presenta una maggiore conducibilità
termica; in tal caso la pressione parziale del vapor d’acqua pv raggiunge valori elevati
in zone della parete che (a causa della bassa resistenza termica) si trovano a
temperature relativamente basse e di conseguenza con valori della pressione di
saturazione ps modesti: tali zone si considerano pertanto ad elevato rischio di
condensazione ( pv≅ ps).
Il problema, come si vedrà, può essere affrontato disponendo uno strato isolante
verso il lato freddo (isolamento a cappotto), innalzando così il valore della temperatura
e quindi della pressione di saturazione; in alternativa, ma solo nei casi non altrimenti
risolvibili, si può disporre una barriera al vapore verso il lato caldo della parete e
quindi abbassando il valore della pressione parziale del vapore.
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LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Per valutare il rischio di condensa si può percorrere la strada analitica
attraverso la legge di Fick determinando la quantità di vapore eventualmente
condensato, oppure si può risolvere il problema graficamente ricorrendo al
Diagramma di Glaser; tale diagramma consiste nel rappresentare unitamente
all’andamento dei valori di temperatura all’interno della struttura anche i
relativi valori della pressione di saturazione;
confrontando questi ultimi con i valori delle pressioni parziali si è in grado di
stabilire, seppure con un grado di incertezza piuttosto elevato, la possibilità di
rischi di condensazione.
.
Applichiamo il procedimento per la costruzione del diagramma di Glaser
all’esempio della parete multistrato:
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
1. si calcola il valore della pressione parziale del vapore nelle condizioni di
saturazione ps in corrispondenza della superficie di ogni strato di
materiale, in funzione della temperatura superficiale di ogni singolo strato
utilizzando la tabella ed interpolando
2. il valore degli spessori equivalenti di ogni singolo strato di materiale,
definiti come il prodotto dello spessore reale del materiale per il
corrispondente valore della resistenza al passaggio del vapore del
relativo materiale, cioè s’i = si μi
3. si calcola il valore della pressione parziale del vapore corrispondente alla
superficie interna ed esterna della parete per i relativi valori di umidità
relativa e di temperatura
4. ora è possibile disegnare il diagramma in opportuna scala e verificare la
presenza di eventuale formazione di condensa all’interno della parete
17
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
1. si calcola il valore della pressione parziale del vapore nelle condizioni di
saturazione ps in corrispondenza della superficie di ogni strato di
materiale, in funzione della temperatura superficiale di ogni singolo strato
utilizzando la tabella ed interpolando
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
•
il valore degli spessori equivalenti di ogni singolo strato di materiale,
definiti come il prodotto dello spessore reale del materiale per il
corrispondente valore della resistenza al passaggio del vapore del
relativo materiale, cioè s’i = si μi
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LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
1. si calcola il valore della pressione parziale del vapore corrispondente alla
superficie interna ed esterna della parete per i relativi valori di umidità
relativa e di temperatura
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
1. ora è possibile disegnare il diagramma in opportuna scala e verificare la
presenza di eventuale formazione di condensa all’interno della parete
Diagramma di Glaser
2500
Pa
2000
1500
Pressione di
saturazione
1000
pressione parziale
del vapore
500
0
m
19
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Come già accennato, il problema può essere risolto operando in diverse
maniere, per esempio disponendo una barriera al vapore verso il lato
caldo della parete e quindi abbassando il valore della pressione parziale
del vapore, oppure disponendo uno strato isolante verso il lato freddo,
facendo cioè un isolamento a cappotto, innalzando così il valore della
temperatura e quindi della pressione di saturazione. Vediamo questi due
casi graficamente costruendone i relativi diagrammi di Glaser.
Caso 1 – utilizzo di una barriera al vapore in polietilene dello spessore di 0,1
mm posizionata sul lato caldo della parete, cioè partendo dall’interno, prima
dell’isolante termico
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
°C
Caso 1 – utilizzo di una barriera al vapore in polietilene dello spessore di 0,1
mm posizionata sul lato caldo della parete, cioè partendo dall’interno, prima
dell’isolante termico
Come si evince dall’andamento
delle
temperature,
in
Diagramma delle temperature
corrispondenza
dello
strato
20
isolante si ha l’abbassamento
15
10
maggiore di temperatura e
temperatura
5
quindi qui è notevole il rischio di
0
condensazione;
I
materiali
-5
-10
isolanti come le fibre minerali,
m
dotati di un’elevata permeabilità
vengono
per
questo
commercializzati con una faccia
rivestita di uno strato barriera
vapore (ad esempio carta
bitumata o polietilene).
20
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Riprendendo l’esempio suddetto si ipotizzi di inserire tra i mattoni e l'isolante
un foglio di polietilene dello spessore di 0,1 mm; la resistenza termica di
questo nuovo strato è trascurabile pertanto l’andamento delle temperature
rimane invariato. Viceversa aumenta sensibilmente la resistenza al
passaggio del vapore dato che la permeanza del polietilene è bassissima.
Rimanendo inalterato l’andamento delle temperature interne alla parete, non
cambia il valore della pressione parziale del vapore nelle condizioni di
saturazione ps in corrispondenza della superficie di ogni strato di materiale,
con la differenza che ora si avrà uno strato di materiale in più:
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Si calcola il valore degli spessori equivalenti di ogni singolo strato di
materiale, definiti come ilprodotto dello spessore reale del materiale per il
corrispondente valore della resistenza al passaggio del vapore del relativo
materiale, cioè s’i = si μi dalla tabella 3 si vede che la resistenza al
passaggio del vapore del polietilene di spessore 0,1 10-3 m è pari a 40 103,
per cui si avrà:
Non variando le temperature superficiali in corrispondenza della superficie
interna ed esterna della parete, i valori della pressione parziale del vapore
corrispondenti rimangono invariati,
21
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Nella figura è riportato il relativo diagramma di Glaser, la cui scala originaria è
1:10, da cui è possibile verificare che il rischio di formazione di condensa è
scongiurato
Diagramma di Glaser
2500
2000
pressione di
saturazione
Pa
1500
pressione
parziale del
vapore
1000
500
0
m
L’esempio
mostrato
chiarisce
l’importanza della disposizione degli
strati che deve essere curata non
solo dal punto di vista termico ma
anche igrometrico al fine di
eliminare o quantomeno contenere i
rischi di condensazione all’interno
delle pareti. Le recenti disposizioni
normative
nel
campo
del
contenimento
dei
consumi
energetici (v. L.10/91) prevedono
peraltro
obbligatoriamente
la
verifica
termoigrometrica
delle
tipologie di parete esterne.
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Caso 2 – si cambia la stratigrafia dei materiali costituenti la parete (figura 5) ed
anziché posizionare l’isolante all’interno della muratura si realizza un
isolamento a cappotto, utilizzando lo stesso materiale del caso iniziale.
Dal punto di vista del funzionamento della parete in regime stazionario, il
cambiamento della stratigrafia della muratura, a parità di spessori, di materiali
utilizzati e delle condizioni al contorno, non influenza il valore della trasmittanza
e della potenza termica trasmessa attraverso la parete rispetto al caso iniziale
descritto in figura; cambiano invece i valori delle temperature superficiali in
corrispondenza di ogni singolo strato della parete e quindi anche l’andamento
delle stesse,
22
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Si calcola il valore della pressione parziale del vapore nelle condizioni di
saturazione ps in corrispondenza della superficie di ogni strato di materiale, in
funzione della temperatura superficiale di ogni singolo strato utilizzando la
tabella ed interpolando
Si calcola il valore degli spessori equivalenti di ogni singolo strato di materiale,
definiti come il prodotto dello spessore reale del materiale per il corrispondente
valore della resistenza al passaggio del vapore del relativo materiale, cioè s’i =
si μi :
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Non variando le temperature superficiali in corrispondenza della superficie interna
ed esterna della parete, i valori della pressione parziale del vapore corrispondent
rimangono invariati,
Nella figura è riportato il diagramma di Glaser, la cui scala originaria è
1:10, da cui è possibile verificare che il rischio di formazione di
condensa è scongiurato
Diagramma di Glaser
2500
2000
pressione di
saturazione
Pa
1500
pressione
parziale del
vapore
1000
500
m
0
Bibliografia di riferimento:
Cocchi A., “Elementi di Termofisica Generale e Applicata”, Ed. Esculapio,
Bologna 1990
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LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
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LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
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LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
LA CONDENSAZIONE DEL VAPOR D’ACQUA
NELLE STRUTTURE EDILIZIE
Glaser
20
15
10
5
0
-5
-10
Parete
t(°C)
Ps
Pv
N° strati
Rvglob somma delle resistenze alla trasmissione del vapor
d’acqua per diffusione proprie ad ognuno dei singoli strati
componenti la parete.
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CONFORT TERMOIGROMETRICO
Per confort termoigrometrico si intende la sensazione di benessere fisico che la
persona avverte soggiornando in un ambiente. Naturalmente tale sensazione è
soggettiva, cioè non è possibile ottenere un confort assoluto, pertanto si tende
di riprodurre una situazione piacevole per il maggior numero di persone.
Il primo parametro indispensabile per rendere confortevole un ambiente è
sicuramente la temperatura, ma non è sufficiente. Un altro importantissimo
fattore da considerare è l’umidità, infatti, nonostante la temperatura di un bagno
turco non sia molto alta, il nostro corpo avverte una sensazione di caldo intenso
a causa dell’umidità elevata. Al contrario alla stessa temperatura, ma in un
ambiente ventilato e con aria secca, si avrà una sensazione di piacevole
frescura.
In realtà i parametri da considerare nella progettazione di ambienti confortevoli
sono assai più numerosi e complessi. Per prima cosa si deve stabilire la
destinazione funzionale del locale e in base a quella scegliere la combinazione
di temperatura e umidità che renda salubre e piacevole l’ambiente.
Esistono centinaia di tabelle empiriche, ricavate da teorie più o meno efficaci e
fantasiose e da rilievi sperimentali, che suggeriscono range di temperatura e
umidità che garantiscono una buona abitabilità
CONFORT TERMOIGROMETRICO
La maggior parte di queste teorie si basa sull’idea di corpo umano come
sistema aperto che scambia calore con l’esterno e contemporaneamente
produce energia. Pertanto la sensazione di confort è assicurato entro una
determinata fascia di scambio termico.
ESEMPI:
·
Se un ambiente ha una temperatura molto bassa, il nostro corpo si
difende disattivando tutti i meccanismi di sudorazione e cercando di
minimizzare gli scambi di calore con l’esterno. Il nostro corpo sente freddo.
·
In generale, per smaltire l’energia interna prodotta in eccesso, il corpo
aumenta la propria temperatura e la respirazione. Se un ambiente è troppo
caldo, il corpo aumenta la sudorazione e si copre di una sottile pellicola di
sudore che evaporando consuma energia.
·
In un bagno turco, in cui l’umidità è quasi al 100%, quindi non è
possibile l’evaporazione di altra massa liquida, il corpo mette in atto la
sudorazione, ma non riesce ad abbassare la propria temperatura, perciò
sente caldo.
·
ll
Se un ambiente è particolarmente secco o ventilato, il sudore formatosi
ll
f il
t
il
t f dd
27
CONFORT TERMOIGROMETRICO
Il Corpo può essere considerato come una macchina termodinamica che
regola attraverso la sudorazione il rapporto tra quanto calore cede e quanto
calore produce al suo interno. Al suo interno produce energia in funzione
dell’attività, parte del calore prodotto viene disperso attraverso meccanismi di
respirazione e traspirazione. Con la sudorazione regoliamo questa quota di
dispersione. Sul nostro corpo incide il sistema d’umidità dell’ambiente esterno
che se è o troppo umido
La pelle nuda scambia direttamente per convezione e irraggiamento, mentre
la pelle vestita scambia inizialmente per conduzione attraverso i vestiti e poi
dalla superficie dei vestiti per conduzione e irraggiamento. La quantità di
calore che passa attraverso i vestiti può essere paragonata alla corrente
elettrica che passa attraverso una resistenza in un circuito elettrico. Il calore
viene trasmesso dal corpo nudo attraverso lo strato corrispondente
all’abbigliamento indossato dove si porta alla temperatura esterna dei vestiti,
da qui viene disperso per convezione.
CONFORT TERMOIGROMETRICO
Quindi in funzione dello scambio termico con l’esterno, il corpo umano sente
caldo o freddo, perciò l’equazione energetica è fondamentale.
M − LP − Lg − V − Ed − Es − Er − Vs = R + C
M = Energia prodotta internamente dal metabolismo. Grandezza misurata in
watt; è l’unica con valori positivi, infatti gli altri parametri rappresentano
energie meccaniche e termiche disperse dall’organismo.
Lp = Energia utilizzata per l’attività polmonare che è molto dispendiosa.
Lg = Lavoro muscolare fatto contro le forze di gravità.
V = Energia accumulata sottoforma di calore che aumenta la temperatura
corporea. Ed = Calore dissipato per evaporazione e diffusione della
sudorazione a pelle “secca“ (quota fissa).
Es = Calore disperso attraverso la fase umida della sudorazione, evidenziata
dalla presenza di acqua sulla pelle.
Er = Energia legata al vapore d’acqua emesso con la respirazione.
Vs = Vapore sensibile (aria espulsa più calda di quella inspirata).
R + C = Potenza termica complessiva dispersa per irraggiamento e
conduzione.
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CONFORT TERMOIGROMETRICO
Per stabilire il confort ambientale è molto utile il DIAGRAMMA
PSICROMETRICO, in cui è riportata la temperatura (T) sulle ascisse e il titolo (X)
sulle ordinate.
Il titolo, lo ricordiamo, è la grandezza che identifica l’umidità dell’aria, quindi la
quantità di vapore presente nell’aria.
Linee a entalpia costante
X
Linee a temperatura costante
Linee a titolo costante
φ
T
-10°c
+50°
c
Il diagramma psicrometrico permette di tracciare rette a confort (o entalpia)
costante, infatti ogni retta dell’entalpia mostra che, diminuendo il valore del
titolo (cioè l’umidità relativa), ma aumentando la temperatura, il confort
termoigrometrico
rimane
costante.
CONFORT TERMOIGROMETRICO
Vengono considerate accettabili solo quelle condizioni ambientali che si ritiene
non provochino aumento della temperatura del nucleo corporeo oltre i 38 °C. Il
corpo umano ha l’esigenza di mantenere la sua temperatura interna stabile, sui
valori di (37 ± 0.5) °C.
In giallo è segnata la fascia in cui 0,25 < ϕ < 0,75 .
La linea rossa, a entalpia costante, è la linea di isocomfort termico.
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