Guida Tecnica - I Ponti Termici
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COVER:Layout 1 24-02-2014 14:44 Pagina 1 Con il contributo di Edilizia a basso consumo energetico GUIDA N. 2 I PONTI TERMICI di Ruben Erlacher 35129 Padova - Via Croce Rossa 56 t. 049 8062211 - f. 049 8062200 mail: [email protected] www.pd.cna.it Guida realizzata da CNA PADOVA 049 8062211 • [email protected] www.pd.cna.it guida:Layout 1 24-02-2014 13:03 Pagina 1 Con il contributo di Casa Energia Edilizia a basso consumo energetico GUIDA N. 2 I PONTI TERMICI di Ruben Erlacher a cura del centro studi CNA Padova Progetto Costruire Sostenibile guida:Layout 1 24-02-2014 13:03 Pagina 2 Realizzato da CNA PADOVA con il contributo della Camera di Commercio di Padova Via Croce Rossa 56 35129 PADOVA Tel. 049 8062211 e-mail: [email protected] Progetto Costruire Sostenibile CNA Padova Autore: Ph.D. Dr. Ing. Ruben Erlacher Via S. Elisabetta 37 I - 39040 Varna (BZ) Impaginazione grafica: Pubblylive di Paola Sturaro, Este (Pd) - 0429 635820 Stampa: Grafiche Corrà Via G. Mansoldo, 10 - 37040 Arcole (Vr) - 045 6101574 Tutti i diritti sono riservati. L’utilizzo anche parziale del testo della presente guida dovrà essere autorizzato da Cna Padova. guida:Layout 1 24-02-2014 13:03 Pagina 3 Casa Energia Pensare a gestire e ottimizzare il risparmio energetico per accrescere la competitività del mondo delle imprese e della società civile ed economica in generale è, oggi più che mai, un dovere, ma soprattutto un atto di grande responsabilità. Il sistema casa si sta evolvendo notevolmente con materiali e tecnologie innovative che devono diventare patrimonio tecnico e culturale delle imprese moderne che programmano il proprio futuro. Guerrino Gastaldi Presidente Provinciale CNA Padova La Comunità Europea ha tracciato in modo preciso il percorso da seguire fissando per il 2020 importanti obiettivi a cui tutti i sistemi economici dei paesi comunitari dovranno attenersi. In termini energetici, gli edifici incidono in modo rilevante sui consumi e sulla relativa emissione di co2 nell’atmosfera. E’ in atto infatti una revisione profonda dei sistemi costruttivi per poter generare edifici ad alta efficienza energetica. Cna Padova, molto sensibile a questi temi, sta mettendo a disposizione delle imprese una formazione di qualità, attivando i corsi base ed avanzati Casa Clima. Con la guida “La casa a basso consumo energetico: i ponti termici”, Cna Padova, in collaborazione con la Camera di Commercio di Padova nell’ambito del progetto Casa Energia 2013, mette a disposizione delle imprese uno strumento importante ed innovativo, semplice ed efficace, per sostenere le imprese che operano nel “sistema casa” padovano, con l’ausilio di linee guida operative e i requisitivi costruttivi per la realizzazione o ristrutturazione di un involucro di una casa a basso consumo energetico. 3 guida:Layout 1 24-02-2014 13:03 Pagina 4 pagina bianca guida:Layout 1 24-02-2014 13:03 Pagina 5 Casa Energia Fernando Zilio Presidente della Camera di Commercio di Padova Un tassello in più per rendere il risparmio energetico opportunità di sviluppo sostenibile. Dopo le varie Guide presentate gli anni scorsi, questa pubblicazione prettamente tecnica “fotografa” e descrive in maniera dettagliata ed analitica nuove strategie per gestire e ottimizzare il risparmio energetico in modo tale da accrescere la competitività del mondo delle imprese e della società civile ed economica in generale. Quest’obiettivo è, oggi più che mai, un atto di grande responsabilità. Il mondo imprenditoriale padovano, attraverso la piena sinergia e condivisione della Camera di Commercio e di tutte le Associazioni di categoria, affronta da diversi anni la questione relativa all’energia e all’importanza di realizzare costruzioni sempre più moderne e tecnicamente all’avanguardia per garantire un ottimo comfort abitativo con un minimo consumo energetico in inverno e un’efficiente climatizzazione in estate. La pubblicazione, realizzata dalla CNA con il sostegno della Camera di Commercio di Padova, tocca tutti questi temi condividendo un percorso operativo dalle modalità innovative. E’ in questo scenario che è stata realizzata questa guida, nella quale viene illustrato un percorso tecnico mirato a far crescere culturalmente e professionalmente le diverse categorie imprenditoriali legate al Sistema Casa. Il messaggio che la Camera di Commercio di Padova intende trasmettere alle imprese edili è che, oggi più che mai, serve un salto di qualità culturale per contribuire a diffondere una più sostenibile filosofia del costruire, utilizzando le più moderne e innovative tecniche di risparmio energetico. La formazione può infatti costituire uno strumento in più per stimolare un approccio virtuoso alla creazione di una comunità sostenibile. E’ una sfida che va colta e sostenuta a tutti i livelli per costruire un’area metropolitana realmente “green”, basata su un sistema meno energivoro e un processo residenziale e di consumo più sostenibile e sempre meno dipendente dalle fonti energetiche non rinnovabili. Solo così ci si può davvero proiettare in una rinnovata dimensione economica, basata su un equilibrato rapporto con le fonti di energia. 5 guida:Layout 1 24-02-2014 13:03 Pagina 6 pagina bianca guida:Layout 1 24-02-2014 13:03 Pagina 7 Casa Energia PONTI TERMICI Ponti termici critici possono essere la causa di formazione di condensa o fenomeni di formazione di muffa. Inoltre i ponti termici possono incidere molto sul fabbisogno energetico di edifici, soprattutto se si tratta di edifici a basso consumo energetico. DEFINIZIONE Un ponte termico è una zona delimitata con densità di flusso termico maggiore rispetto agli elementi strutturali adiacenti. Attraverso questa zona nel periodo invernale passa piú calore che nella zona circostante. La presenza di ponti termici (dovuta soprattutto alla mancanza di una pianificazione dettagliata) rappresenta un problema particolare. I ponti termici diminuiscono la sensazione di benessere e aumentano il fabbisogno energetico dell’edificio. L’abbassamento della temperatura superficiale attorno ad un ponte termico può provocare la formazione di condensa e persino di muffa. Fondamentalmente si dividono due tipologie di ponti termici: a) Ponti termici causati dalla presenza di materiali diversi, esempio: pilastro in cemento armato non isolato in una parete ben isolata. b) Ponti termici causati da un cambiamento della geometria, esempio: angoli di un edificio. Naturalmente si possono verificare anche ponti termici combinati (a+b). I ponti termici classici sono: • collegamento tra il pavimento aderente al suolo e il muro perimetrale; • collegamento finestra - muro; • solaio del balcone; • cordolo; • pilastro in cemento armato richiesto dalla statica in una parete esterna; • collegamento muro - tetto. Inoltre si distinguono in: ponti termici lineari: definiti con Ψ (PSI) W/mK e ponti termici puntuali χ (CHI) in W/K. Tutti questi dettagli richiedono una particolare progettazione ed esecuzione per non provocare svantaggi a livello termico o perfino danni alla costruzione finale. OSSERVAZIONI GENERALI Nel caso in cui si avvolga l’involucro dell’edificio con un cappotto, è necessario che l’isolamento esterno non termini con lo spigolo inferiore del solaio della cantina non riscaldata, ma prosegua anche lungo le pareti della cantina (a meno che la struttura sottostante non sia termicamente divisa). Altro punto critico è rappresentato dalla giunzione del solaio aderente al suolo con la 7 guida:Layout 1 24-02-2014 13:03 Pagina 8 Casa Energia parete esterna: in caso di un volume riscaldato si dovrebbe collegare al meglio l’isolamento della parete con quello del solaio. In questo caso devono essere utilizzati naturalmente isolanti adatti per strutture sotterranee. Deve inoltre essere garantito in alcune strutture particolari che l’isolamento utilizzato abbia la necessaria resistenza alla compressione. I balconi rappresentano un ulteriore ponte termico classico. Questi possono essere staticamente separati dalla struttura portante, interamente isolati oppure termicamente divisi. Anche il cordolo presenta una zona di rischio per quanto riguarda la formazione di condensa e muffa. Questi ponti termici devono essere eliminati con una corretta progettazione e realizzazione. Con l’utilizzo di un cappotto esterno con spessore adatto viene automaticamente isolato anche il cordolo, che in questo caso non rappresenta più un ponte termico critico. Nel caso in cui venga utilizzata una struttura monostrato bisogna isolare ulteriormente il cordolo. Anche la malta usata può creare un ponte termico. È necessario quindi utilizzare una malta d’allettamento oppure incollare i singoli strati nel caso di una parete monostrato con mattoni porizzati ad un basso valore lambda. Il tipo di malta incide meno per una struttura con cappotto e una struttura con isolamento termico in intercapedine. Termografia esterna durante l’inverno: si notano cordoli e pilastri come anche i giunti di malta tra i laterizi. Inoltre sono visibili due tracce nel laterizio. 8 guida:Layout 1 24-02-2014 13:03 Pagina 9 Casa Energia Termografia interna durante l’inverno: si nota la riduzione della temperatura superficiale interna, dovuta all’angolo (ponte termico causato dal cambiamento della geometria) ed al cordolo (ponte termico causato dal cambiamento del materiale in combinazione della geometria). La temperatura più bassa si misura nell’angolo tra questi due ponti termici. Anche dall’interno è visibile il giunto di malta tra i laterizi: questo giunto è più freddo rispetto alla superficie del laterizio. L’esempio successivo sottolinea l’importanza di un ponte termico Perimetro della casa = 48m per piano. Si presume un classico ponte termico di un cordolo non isolato termicamente in combinazione con un muro in laterizio porizzato termicamente molto buono. Il muro in laterizio rettificato con lambda basso ha una trasmittanza buona di 0,18W/m²K. Il cordolo in CA non isolato termicamente crea due problemi in questo caso: a) la temperatura superficiale interna si abbassa drasticamente aumentando il rischio di formazione di condensa o muffa; 9 guida:Layout 1 24-02-2014 13:04 Pagina 10 Casa Energia b) aumenta la perdita di energia della parete oltre alla perdita dovuta al muro con il suo valore U=0,18W/m²K. Il valore PSI calcolato per questo cordolo ammonta a 0,482W/mK: questo significa che oltre alla perdita del muro con il suo valore U si perdono 0,482W di energia per ogni metro lineare del cordolo e per ogni grado di differenza di temperatura tra interno ed esterno. Perimetro = 48m con dati climatici di Padova (2383 Gradigiorno GG in Kd/a). QT=48mx3 x 0,4819W/mK x 2383GG x 24/1000= 3969kWh/a. Questo significa che questo ponte termico provoca un aumento di perdita energetica del muro di ca 4000kWh/a. Se la casa è a basso consumo energetico, la perdita aggiuntiva di energia incide tanto sul consumo energetico. Inoltre si abbassa notevolmente la temperatura superficiale interna. Se invece la casa rappresenta un consumo energetico già molto alto (dovuto ad un isolamento termico scarso) la perdita aggiuntiva di energia non incide più di tanto, in quanto la casa ha già un consumo molto alto di energia: rimane però il problema della temperatura superficiale interna fredda con rischio di formazione di condensa e muffa. Esempio di un ponte termico critico. La temperatura di un ponte termico può essere simulato con elementi finiti. La temperatura di un elemento strutturale distante da un ponte termico dipende dalla trasmittanza termica (U) dell’elemento. 10 guida:Layout 1 24-02-2014 13:04 Pagina 11 Casa Energia Il grafico successivo indica la relazione tra U e temperatura superficiale a diverse temperature esterne in regime stazionario. La temperatura interna di riferimento è +20°C. Spiegazione un elemento strutturale con una trasmittanza U di 1,0W/m²K (linea magenta nel grafico sopra) ha una temperatura superficiale interna di +16°C se la temperatura esterna è pari a -10°C e se la temperatura interna è pari a +20°C. Migliore è la trasmittanza termica (valore U basso), maggiore è la temperatura superficiale interna riferita ad una certa temperatura esterna. Più calda è la superficie interna, più bassa è il rischio di formazione di condensa. Termografia di una casa esistente con ponti termici critici. 11 guida:Layout 1 24-02-2014 13:04 Pagina 12 Casa Energia La temperatura di rugiada: la formazione di condensa Condensa si può formare se l’aria raggiunge la saturazione, cioè la capacita massima di contenere vapore acqueo. L’umidità di saturazione dipende dalla temperatura dell’aria. Aria più calda può contenere più vapore acqueo mentre aria più fredda può contenere meno vapore. Per questo si può paragonare in forma semplificata l’aria con un bicchiere d’acqua, come raffigurato nel grafico sotto riportato. Così come un bicchiere più alto può contenere più acqua, aria più calda può contenere più vapore acqueo. Naturalmente l’acqua visibile in un bicchiere è sinonimo di vapore acqueo non visibile dell’aria. Esempio riferito al grafico sopra. Se l’aria in una stanza con una certa temperatura (T1 nel grafico sopra) ed un’umidità assoluta (per esempio (10g/m³), che corrisponde ad una certa umidità relativa (50%), è in contatto con una superficie più fredda, si abbassa la temperatura dell’aria in vicinanza di questa superficie (T2). Questa riduzione della temperatura dell’aria provoca un aumento dell’umidità relativa, mentre l’umidità assoluta rimane invariata (10g/m³). Se quest’aria è in contatto con una superficie sufficientemente fredda (T3), come per esempio un ponte termico critico, si raggiunge la saturazione dell’aria e si forma condensa visibile su questa superficie. 12 guida:Layout 1 24-02-2014 13:04 Pagina 13 Casa Energia Questo esempio sottolinea l’importanza di evitare ponti termici con temperature superficiali fredde. Dalle tabelle sopra si evidenzia che l’aria con 22°C e 45% contiene circa la stessa umidità assoluta dell’aria con +20°C e 50% oppure 17°C e 60% o 12°C e ca. 80%. 13 guida:Layout 1 24-02-2014 13:04 Pagina 14 Casa Energia Esempio illustrativo La tabella dell’umidità assoluta in g/m³ sopra riportata dimostra che all’interno di un edificio con porte interne spalancate, esiste mediamente la stessa umidità assoluta nelle stanze. Se le stanze sono riscaldate diversamente, l’umidità relativa varia in base alla temperatura. Riprendendo l’esempio della tabella dell’umidità assoluta, in bagno si potrebbe misurare T1=22°C e 45% (che corrisponde ad un’umidità assoluta di 8,7g/m³), mentre in una altra stanza +20°C e il corrispettivo 50% e nella stanza da letto T2=+17°C e 60% (sempre con la stessa umidità assoluta di ca. 8,6-8,7g/m³). Più fredda è la stanza, più freddi sono le pareti ed i ponti termici. Per questo spesso la formazione di muffa incomincia nella stanza più fredda della casa ossia la stanza da letto (T3 negli angoli/ponti termici). 14 guida:Layout 1 24-02-2014 13:04 Pagina 15 Casa Energia Formazione di muffa Una buona qualità d’aria, un’umidità dell’aria adeguata, una temperatura dell’aria interna piacevole e superfici calde garantiscono un alto grado di benessere all’interno dell’edificio. La formazione di muffa è in relazione diretta all’umidità. In ambienti con alta umidità oppure elementi strutturali pieni d’umidità è quasi impossibile ottenere un buon clima abitativo. La presenza di muffa si osserva soprattutto in costruzioni vecchie oppure in edifici risanati (in modo sbagliato) e raramente in costruzioni nuove. Le muffe sono funghi che troviamo spesso sulle pareti delle abitazioni umide. Se trovano l’acqua per germogliare, fioriscono sulle pareti umide con danni estetici ma soprattutto danni per la salute. Le cause principali della formazione della muffa sono le seguenti: • elevata umidità del materiale; • elevata umidità dell’aria; • temperatura superficiale bassa. Per evitare la formazione di muffa bisogna conoscere ed eliminarne le cause. Non è sufficiente rimuovere semplicemente la muffa senza eliminare le cause effettive, in quanto si riformerà prima o poi nuovamente. Le cause di un elevato grado d’umidità all’interno dell’edificio possono essere: 1) introduzione diretta di umidità dovuta a: • tetto o grondaia con rotture; • presenza di fessure nella muratura o sigillatura insufficiente attraverso le quali può infiltrare acqua; • prosciugamento insufficiente di una costruzione nuova; • rottura di tubi all’interno dell’edificio; • umidità risalente dalla cantina o dal suolo; 2) elevata umidità relativa dovuta a: • ventilazione sbagliata in combinazione con attività che causano un’elevata umidità (cucinare, stendere la biancheria in ambienti chiusi, doccia); • formazione di condensa in combinazione di ponti termici critici. Nel caso di un’introduzione diretta d’umidità nell’edificio bisogna trovare ed eliminare le cause per fermare la quantità di umidità e per prosciugare eventualmente l’elemento costruttivo. Nella costruzione massiccia viene utilizzata una grande quantità d’acqua durante la fase costruttiva. La malta, usata per formare la muratura, contiene tanta acqua. 15 guida:Layout 1 24-02-2014 13:04 Pagina 16 Casa Energia Acquazzoni durante la fase di costruzione (non coperta) sono un’ulteriore causa di presenza di un’elevata quantità d’umidità nella costruzione. Questa umidità deve avere la possibilità di evaporare. Se un elemento strutturale bagnato viene utilizzato e non prosciugato (applicazione dell’intonaco o di un isolamento esterno ecc.) necessita parecchio tempo (anni!) per asciugarsi; vi è quindi la tendenza alla formazione della muffa. Un’elevata umidità relativa dell’aria all’interno dell’edificio si determina semplicemente con un igrometro. L’umidità relativa dovrebbe oscillare tra 35 e 60%. La presenza di un’elevata umidità relativa deve essere abbassata con una ventilazione adeguata oppure un’eventuale deumidificazione, durante l’estate degli ambienti rinfrescati. Le cause di un’umidità relativa troppo elevata possono derivare sia da elementi strutturali umidi che da attività che producono un’elevata umidità, come ad esempio, cucinare, stendere la biancheria in ambienti chiusi, fare la doccia. Se la ventilazione è insufficiente, si può formare della muffa soprattutto attorno ai ponti termici. Durante l’inverno quando le temperature sono rigide all’esterno, tendiamo a non ventilare bene l’ambiente interno. L’aria consumata ed umida condensa all’interno dei muri esterni freddi e non isolati adeguatamente. Ciò favorisce la formazione della muffa. Un’umidità dell’aria all’interno elevata in combinazione con pareti esterne umide o fredde favorisce la formazione della muffa. Questo vale soprattutto per edifici vecchi che generalmente sono isolati male. La muffa si forma tendenzialmente negli angoli oppure lungo il passaggio tra solaio e muro esterno (ponti termici). A volte la muffa si forma anche dietro i mobili appoggiati a pareti esterne perché in questo caso il mobile assume la funzione di un isolamento interno che abbassa la temperature superficiale della parete. (consiglio: lasciare qualche cm di spazio tra mobile e muro). Nel caso di un risanamento di un edificio vecchio spesso si tende a rendere ermetico (a tenuta all’aria) l’involucro (per esempio con nuove finestre) senza isolarlo termicamente appropriatamente. Siccome l’aria umida poteva uscire attraverso fessure esistenti, la ventilazione era in parte garantita ma purtroppo non controllabile. Con la sostituzione delle finestre oppure con un nuovo intonaco o una nuova pittura l’edificio diventa ermetico. Rendere l’edificio a tenuta all’aria durante un risanamento termico è una cosa buona e giusta, ma bisogna ventilare in modo puntuale. Se si cambiano dunque solo le finestre senza interventire termicamente sull’involucro, l’aria umida non può più uscire in parte attraverso gli spifferi. All’interno si può raffreddare l’aria in vicinanza di pareti fredde o perfino condensare. Proprio nel caso di un risanamento di un edificio vecchio è necessario di evitare ponti termici ed isolare adeguatamente l’edificio. In una costruzione nuova si vede raramente la formazione di muffa. Siccome l’involucro esterno è chiuso ermeticamente (con buona tenuta all’aria) ed isolato appropriatamente, e senza la presenza di ponti termici, non si può formare la muffa. Le super16 guida:Layout 1 24-02-2014 13:04 Pagina 17 Casa Energia fici all’interno dell’edificio hanno quasi la stessa temperatura dell’aria interna dovuta alla buona trasmittanza termica e alla risoluzione dei ponti termici. Se l’umidità della struttura costruttiva può prosciugarsi, e se non esistono ponti termici, non si forma la muffa. In ogni caso la ventilazione corretta è essenziale (nel prossimo capitolo vedremo come ciò avverà). Muffa si forma se l’umidità relativa in vicinanza della superfice supera 80% per un tempo prolungato. A differenza della condensa, che è un fenomeno immediato, se la temperatura superficiale raggiunge la temperatura di rugiada, il fenomeno della crescita di muffa necessita più tempo con un’umidità elevata sopra 80% in prossimità della superficie. Esempio: a +20°C e 50% di clima interno costante, si forma muffa se la temperatura superficiale rimane sotto 12,6°C per un tempo prolungato (ca 7-14 giorni). Se tale superficie rimane sotto 12,6°C ma sopra 9,3°C non si forma condensa ma nel lungo periodo muffa. 17 guida:Layout 1 24-02-2014 13:04 Pagina 18 Casa Energia Rilievo termografico all’ interno durante l’inverno con una presenza visibile di muffa sulla foto. Da indagini fatte sul luogo risultava che la formazione di muffa in questo caso non era dovuta ad un ponte termico critico, ma ad una concentrazione di umidità relativa interna eccessiva per lungo tempo (aerazione insufficiente da parte dell’inquilino). L’aerazione/ventilazione corretta di un edificio Poichè passiamo molto tempo all’interno degli edifici, la qualità dell’aria interna è fondamentale per la nostra salute. Con un continuo ricambio d’aria viene eliminata l’aria consumata e nello stesso tempo viene regolata l’umidità relativa. Il fattore del ricambio d’aria (n) descrive quante volte viene ricambiato il volume dell’aria interno. Questo valore (n) non dovrebbe essere inferiore a 0,3. Ciò significa, che il 30 % del volume d’aria totale dovrebbe essere ricambiato ogni ora – oppure il volume totale ogni tre ore. Il valore n=0,3/h è anche definito dalla legislazione in Italia. Con l’aerazione adeguata viene garantita la riduzione della presenza di ossido di carbonio (dovuto alla respirazione), monossido di carbonio (dovuto al processo di combustione), vapore acqueo (dalla cucina), emissioni dovute a sostanze chimiche, lacche, collanti e prodotti tessili. Aerazione con finestre spalancate e aerazione trasversale: Questo è il miglior modo di arieggiare. In questo modo si può ottenere il ricambio d’aria necessario in breve tempo. Inoltre si evita uno spreco d’energia inutile e le superfici interne non vengono raffreddate eccessivamente. I vani utilizzati dovrebbero essere ventilati ogni 3 ore circa. In questo modo si eliminano sostanze inquinanti e si migliora il clima abitativo interno. 18 guida:Layout 1 24-02-2014 13:04 Pagina 19 Casa Energia Aerazione con finestre spalancate: ventilare con finestra spalancata da 3 a 10 minuti in base alla temperatura esterna. Aerazione trasversale: spalancare tutte le finestre (creare una corrente d’aria) da 2 a 5 minuti in base alla temperatura esterna. Aerazione controllata: una ventilazione meccanica è senza dubbio la versione può confortevole. Essa garantisce un ricambio d’aria necessario automatico, in modo tale da garantire un’ottima qualità d’aria all’interno dell’edificio. In inverno si tende a ventilare troppo poco e la qualità dell’aria all’interno dei vani abitativi è scarsa. Una ventilazione automatica e con recupero d’aria garantisce sempre una buona qualità dell’aria all’interno e riduce il fabbisogno energetico in modo significativo. Un tale impianto può essere regolato in modo arbitrario o può essere spento in qualsiasi momento. Ovviamente si può aprire ogni finestra anche in presenza di un’aerazione controllata. 19
