ABITARE SOSTENIBILE
INVOLUCRO EDILIZIO
RELATORE: ING. PAOLO BUZZICHELLI
CENNI DI FISICA TECNICA
ARGOMENTI TRATTATI
1) Modalità di trasmissione del
calore
2) Trasmissione del calore
attraverso le strutture
3) Umidità, condensa e ponti
termici
MODALITA’ DI TRASMISSIONE DEL CALORE
TEMPERATURA : misura il grado di agitazione delle particelle si misura in nel S.I. in K
CALORE
: E’ un energia misurata in Jaule
La trasmissione del calore è un fenomeno spontaneo che avviene da un corpo a
temperatura maggiore ad un corpo a temperatura inferiore.
A seconda delle caratteristiche dei corpi che sono coinvolti in un trasferimento di
calore la propagazione del calore avviene in tre modi distinti: per conduzione,
convezione, e irraggiamento.
Esempio pratico: si consideri una vasca da bagno colma di acqua , il calore è trasferito
per conduzione al terreno attraverso le pareti della vasca a diretto contatto con il
terreno, per convezione all’aria e per irraggiamento ai corpi che si trovano nelle
immediate vicinanze della vasca
LA CONVEZIONE
La convezione è un trasferimento di calore tipico dei fluidi ( liquidi e gas).
Tale trasferimento di calore è accompagnato da uno spostamento di materia da una
parte all’altra del corpo.
Quando una sostanza liquida o gassosa è riscaldata , la porzione di sostanza più
vicina alla fonte di calore si riscalda, aumentando il suo volume per effetto della
dilatazione termica e di conseguenza diminuisce la sua densità e tende a salire
verso l’alto, mentre la parte più fredda , più densa e quindi più pesante, tende a
scendere verso il basso. All’interno del fluido si creano dei movimenti di materia che
trasportano energia termica, questi moti si chiamano moti convettivi
CONVEZIONE SU SUPERFICI PIANE (parete aria)
Si consideri un solido (superficie piana) di area A che si trova ad una certa temperatura
T1 ed un fluido a temperatura T2 (con T1>T2 ), trovandosi la parete e l’aria a a
temperature differenti accade che l’aria in prossimità della parete ( più calda) si
riscalderà per conduzione. Nell’aria si creeranno dei moti convettivi che porteranno a
trasferire il calore dalla parete all’aria.
La quantità di calore scambiata per convenzione tra parete ed aria può essere valutata
mediante l’equazione semplificata della convenzione (equazione di Newton)
L’equazione di Newton valle alle condizioni
Che la superficie di scambio termico sia piana
Che siamo in presenza di una trasmissione di calore di tipo statico
Che viene trascurato l’irraggiamento solare
CONDUZIONE
La conduzione di calore è un trasferimento di calore tipico dei corpi solidi.
La conduzione avviene o attraverso uno stesso corpo che presenta zone a
temperatura diversa o tra due corpi, sempre a temperature diverse, posti a contatto
diretto tra loro.
Tale fenomeno si verifica senza alcuno spostamento di materia, ma il trasferimento di
calore avviene a causa del trasferimento di energia cinetica tra molecole adiacenti.
Infatti le molecole del corpo a temperatura maggiore, dotate di un livello maggiore di
agitazione termica, dunque energia cinetica maggiore (proporzionale alla
temperatura), trasmettono calore sotto forma di energia cinetica alle molecole del
corpo più freddo, le quali acquistando tale energia andranno a riscaldarsi (attrito) fino
all’equilibrio termico.
CONDUZIONE ATTRAVERSO UNA PARETE PIANA
Si consideri il caso di flusso di calore per conduzione attraverso una parete piana.
La quantità di calore “ Q “ trasmessa attraverso la parete dipende:
dallo scarto di temperatura Δ T = (T1-T2), (proporzionalità diretta)
dalla superficie della parete ( proporzionalità diretta )
dallo spessore (proporzionalità inversa)
dalla conduttività termica del materiale λ
Ipotizzando :
Che la superficie di scambio termico sia piana ( non spigoli, non ponti termici
…….)
Che il trasferimento avvenga in una sola direzione
Che si tratti di trasmissione di calore di tipo statico (variazioni di temperatura non
percettibili nell’unità di tempo
Che viene trascurato l’irraggiamento solare
L’equazione generale della conduzione, chiamata equazione di FOURIER, diventa
IRRAGGIAMENTO
L’irraggiamento è un trasferimento di calore che avviene attraverso assorbimento o
emissioni di onde elettromagnetiche tra due corpi a temperature diverse.
L’irraggiamento non prevede contatto diretto tra gli scambiatori e non necessita di un
mezzo per la propagazione , la trasmissione di calore per irraggiamento può avvenire
anche nel vuoto.
La potenza irradiata da un corpo caldo cioè l’energia emessa nell’unità di tempo è:
Direttamente proporzionale all’area A della superficie emittente (m2 )
Direttamente proporzionale alla temperatura assoluta alla quarta potenza T ( K )
Dipende dal coefficiente di irraggiamento“c” (caratteristica del materiale)
ed è espressa dalla legge di Stefan-Boltzmann
Q/t = c A T4
Ogni corpo caldo emette onde elettromagnetiche di caratteristica forma sinusoidale, per
caldo si intende un corpo che presenti una temperatura > 0 K ( o K = -273,16 °C).
I corpi caldi emettono una radiazione elettromagnetica avente una lunghezza d’onda λ
compresa tra i 780 μm e 1 μm.
La radiazione elettromagnetica corrispondente alla fascia dell’ infrarossa è quella
responsabile degli effetti termici percepiti dall’uomo.
L’energia termica dispersa da un edificio può essere fotografata con una fotocamera ad
infrarossi di cui su riporta un esempio.
ESEMPI CALCOLO TRASMITTANZA DI FINESTRE
Esempio di calcolo della trasmittanza U , trascurando le perdite
dovute al montaggio
FINESTRA AD UNA ANTA
FINESTRA A DUE ANTE
Condensa superficiale
Condensa intrstiziale
FABBISOGNO ENERGETICO – INDICE DI PRESTAZIONE EPI
rappresenta la quantità di energia che necessita un edificio per ciascun mq di
superficie netta riscaldata (somma delle superfici riscaldate dei vari piani , in
pianta)
EPI Q/Su (KWh/mq)
Q = Fabbisogno di energia primaria stagionale
Su = Superficie netta calpestabile
Dovrà risultare
EPI< EPI Lim
EPIlim dipende dal rapporto S/V
S, espressa in metri quadrati, è la superficie che delimita verso l'esterno (ovvero verso
ambienti non dotati di impianto di riscaldamento), il volume riscaldato V;
V è il volume lordo, espresso in metri cubi, delle parti di edificio riscaldate, definito dalle
superfici che lo delimitano.
GG gradi giorno di una località è il parametro convenzionale rappresentativo delle
condizioniclimatiche locali, utilizzato per stimare al meglio il fabbisogno energetico
necessario per mantenere gli ambienti ad una temperatura prefissata; l'unità di misura
utilizzata è il grado giorno, GG;
Per valori di S/V compresi nell’intervallo 0,2 - 0,9 e, analogamente, per gradi giorno (GG)
intermedi ai limiti delle zone climatiche riportati in tabella si procede mediante
interpolazione lineare.
Per le località caratterizzate da un numero di gradi giorno superiori a 3001 i valori limite
sono determinati per estrapolazione lineare, sulla base dei valori fissati per la zona climatica
E, con riferimento al numero di GG propri della località in esame.
CALCOLO DEL FABBISOGNO ENERGETICO Q
Qt DISPERSIONE PE TRAQSMISSIONE
Le perdite per trasmissione si calcolano moltiplicando la tramittanza U
precedentemente calcolata per effetto dell conduzione dei mur,e dei ponti
termici moltiplicata per la differenza di temperatura tra esterno ed interno
(stabilita a seconda delle zone climatiche) e pe la superficie disperdente.
Qt = Ux (Te-Ti)xS
Casa clima suggerisce la seguente relazione
Per il calcolo degli apporti solari “Casa Clima “ suggerisce la seguente
formula:
CONSIDERAZIONI PRATICHE
Partendo dalla relazione
Qh=(Qt+Qv) – n (Qi + Qs)
Si analizza da quali fattori dipende ciascun termine della relazione
I ricambi d’aria sono fissi e valutati in 0,5 mc/ora e qundi per ridurre Qv si dovrebbe
ridurre il volume, impossibile per ovvie ragioni, allora l’unico metodo è ricorrere
alla ventilazione controllata con recupero di calore. L’utilizzo della ventilazione
controllata è quasi sempre la discriminante per il passaggio alla classe A
