Contenimento dei consumi energetici e il flusso termico nelle pareti

CONTENIMENTO CONSUMI ENERGETICI

Oggi nel mondo ogni uomo è
responsabile mediamente della
produzione di 1 ton/anno di CO2
Negli USA 20,5 ton/anno; in
Germania 10,2 ton/anno; in
Angola 0,4 ton/anno

In Italia al settore
dell'edilizia è ascrivibile
il 30% del consumo totale
di energia primaria

Distribuzione dei Consumi Energetici

TRASPORTI
25%
RESIDENZIALE
33%
INDUSTRIA E
AGRICOLTURA
13%
TERZIARIO
29%

CONSUMI ENERGETICI NEGLI EDIFICI

L'edificio assorbe energia:
· durante la vita utile
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0555288884
...
· durante la costruzione
4

CONSUMI DI ENERGIA PRIMARIA

L'edificio consuma energia primaria per:

• riscaldamento invernale e raffrescamento estivo
• produzione di acqua calda sanitaria
• ventilazione e illuminamento
• conservazione degli alimenti (frigoriferi)
• lavaggio (lavatrici e lavastoviglie)
• divertimento e comunicazione (TV, radio, computer,
  fax, ecc.)
• preparazione e cottura dei cibi

L'energia primaria è l'energia ricavata da fonti
rinnovabili
non
5

RISPARMIO ENERGETICO NELL'EDIFICIO

Il risparmio si ottiene:
Isolando
termicamente
l'involucro
migliorando
l'efficienza
dell'impianto di
illuminazione
migliorando
l'efficienza
dell'impianto di
produzione acqua
calda

Perdite Energetiche

Perdite impianto
9%
Solaio/tetto
17%
Finestre
13%
Muri
esterni
25%
Elettricità
8%
Spifferi/
Acqua calda
9%
ricambio d'aria
10%
Pavimento 9%

ISOLAMENTO TERMICO
DELL'INVOLUCRO EDILIZIO

In particolare, l'isolamento termico deve:

1. Ridurre le dispersioni termiche
2. Aumentare il comfort abitativo
3. Evitare la formazione di condensa
   (superficiale ed interstiziale)
4. Ridurre i consumi energetici

ti
>
ta
1
1.2
23 14
Ti
8
ti
ESTERNO
INTERNO
Q
ta
di
d2
da
d4
4
3
2
Te

I PRINCIPI DI BASE DELLA TRASMISSIONE
DEL CALORE

Durante la stagione invernale l'involucro dell'edificio è
interessato dal passaggio del calore prodotto all'interno verso
l'ambiente esterno, caratterizzato da una temperatura più
bassa.
La trasmissione
del calore può
avvenire per
convezione, per
irraggiamento e
per conduzione.
Irraggiamento
E
I
Conduzione
Convezione
Convezione
Conduzione
Conduzione
q
Aria
Materiali solidi
Aria
Irraggiamento

CONVEZIONE, CONDUZIONE E
IRRAGGIAMENTO

Nella convezione, tipico dei fluidi
come l'aria, la
propagazione del calore avviene con trasporto di materia.
Nei solidi la convezione non può mai aver luogo.
Nella conduzione la trasmissione di calore, nei mezzi solido,
liquido e gassoso, avviene dalle regioni a più alta temperatura
verso quelle con temperatura minore per contatto molecolare
diretto. Quando si mettono due corpi a contatto uno con l'altro: il
calore passa dal corpo più caldo al corpo più freddo.
Nell'irraggiamento la trasmissione di energia avviene
attraverso l'emissione e l'assorbimento di radiazione
elettromagnetica. L'irraggiamento non richiede contatto
diretto tra gli scambiatori.
9

IL PASSAGGIO DI CALORE ATTRAVERSO
LA PARETE - FASE 1

Durante la stagione invernale attraverso la parete il passaggio
del calore verso l'ambiente esterno, avviene in tre fasi.
Fase 1
La trasmissione del calore
avviene per convezione e
per irraggiamento
dall'ambiente interno al
paramento interno della
parete.
ambiente
interno
"Ti)
convezione
irraggiamento
paramento
interno (qi)
1

FASE 2

Fase 2
La trasmissione del
calore avviene,
principalmente, per
conduzione dal
paramento interno
al paramento
esterno della parete.
paramento
interno
(qi)
convezione
paramento
esterno
(qe)

FASE 3

Fase 3
La trasmissione del calore
avviene per convezione e
per irraggiamento dal
paramento esterno della
parete all'ambiente
esterno.
ambiente
esterno (Te)
convezione
irraggiamento
< paramento
esterno
(qe)

LA PRIMA FASE

Nella prima fase lo scambio avviene tra l'ambiente interno
ed il paramento interno della parete per convezione e
irraggiamento, ed è espresso dalla relazione:
D=a * S* (T ;- 9;)
[1]
dove:
Φ
è il flusso termico
[W]
è il coefficiente di adduzione superficiale interno [W/m2K]
S
è la superficie della parete
[m2]
è la temperatura interna
[C]
Ti
i
è la temperatura del paramento interno della parete [C]
Φ
[W ]
Rappresenta la quantità di calore che si trasmette nell'unità di
tempo, per conduzione, convezione ed irraggiamento.
W
watt
Unità di misura della potenza nel Sistema Internazionale.
1 W = 0,86 Cal/h

LA PRIMA FASE - Coefficiente di Adduzione

i
S
-
i
a; non dipende dal materiale della parete ma dalla
direzione del flusso termico (orizzontale, verticale verso
l'alto e verticale verso il basso)
a¡ rappresenta, da punto di vista fisico, il flusso attraverso
il paramento esterno per unità di superficie e per un grado
kelvin di salto termico
L'inverso del coefficiente di adduzione superficiale interno,
1/a; [m2K/W], rappresenta la resistenza
superficiale
interna.
Ad esempio, per il flusso termico orizzontale (parete
verticale o sub verticale) 1/a; = 0.11 [m2K/W],

LA SECONDA FASE

Nella seconda fase lo scambio avviene tra il paramento
interno ed il paramento esterno della parete per
conduzione, e per una parete monostrato e omogenea è
espresso dalla relazione
₡ =
S.
Ni *S*(9-9)
[2]
dove:
è il flusso termico
[W]
A; è il coefficiente di conduttività termica del materiale [W/mK]
Si
è lo spessore della parete
[m]
[m2]
S è la superficie della parete
q¡ è la temperatura del paramento interno della parete
è la temperatura del paramento esterno della parete
[C]
[C]

LA SECONDA FASE - Conduttività Termica

₡ =
2;
Si
* S*(9,-9)
A¡ dipende soltanto dal materiale costitutivo della parete.
Ad esempio: per il calcestruzzo 1; = 1,51[W/mK]
per l'alluminio
A: = 209 [W/mK]
A parità di spessore, l'alluminio trasmette molto più calore
del calcestruzzo.
Il rapporto s:/A; [m2K/W] rappresenta la resistenza termica
offerta dalla sola parete, monostrato e omogenea, al
passaggio di calore.
16

LA TERZA FASE

Nella terza fase lo scambio avviene tra il paramento
esterno della parete e l'ambiente esterno per convezione e
irraggiamento, ed è espresso dalla relazione:
D=a *S* (9-T.)
[3]
dove:
Φ
è il flusso termico
[W]
de
è il coefficiente di adduzione superficiale esterno
[W/m2K]
S
è la superficie della parete
[m2]
Te
℮
è la temperatura esterna
[C]
è la temperatura del paramento esterno della parete
[C]

LA TERZA FASE - Coefficiente di Adduzione Esterno

Ø=a*S*(9-T.)
de non dipende dal materiale della parete ma dalla
direzione del flusso termico (orizzontale, verticale verso
l'alto e verticale verso il basso) e dalla velocità dell'aria che
lambisce la parete (> 4 m/s).
L'inverso del coefficiente di adduzione superficiale esterno,
1/a. [m2K/W], rappresenta la resistenza superficiale interna
Ad esempio, per il flusso termico orizzontale (parete
verticale o sub verticale) e per velocità del vento < 4 m/s
1/ae = 0.06 [m2K/W],

COEFFICIENTE DI TRASMISSIONE
TERMICA

In condizione di regime stazionario, ovvero con il campo
termico indipendente dal tempo, i tre flussi sono uguali per
cui dalle relazioni [1], [2] e [3] si ricava:
(I,-g) ==*
i
1
S
(9,-g)= * 5;
S
i
1
(9 -Te)=
I
*
de S
Sommando le tre relazioni
membro a membro e ponendo:
U =
1
3
i
+
1
Si
2.
+
1
e
Si ottiene:
(=U *S*(T ;- T.)

COEFFICIENTE DI TRASMISSIONE
TERMICA - Trasmittanza

Il coefficiente U [W/m2K]
1
U =
1
S.
-+
2.
+
1
i
e
è definito Coefficiente di trasmissione termica della parete
o Trasmittanza
L'inverso del coefficiente di trasmissione termica, R=1/U,
[m2K/W], rappresenta la Resistenza termica della parete

COEFFICIENTE TRASMISSIONE E RESISTENZA
TERMICA PARETE PLURISTRATO

Nel caso più generale di parete pluristrato, con strati in
materiale omogeneo e strati non omogenei e con intercapedine,
la resistenza termica della parete, R=1/U, diventa:
1
R =
=
1
U
i
i
s
i
C.
j
- + rat
1
dove:
de
è il coefficiente di adduzione superficiale interno [W/m2K
è il coefficiente di adduzione superficiale esterno [W/m2K]
è lo spessore dello strato omogeneo i-mo
[m]
de
Si
è il coefficiente di conduttività termica dello strato i-mo
[W/mK]
Ci
è il coefficiente di conduttanza dello strato j-mo non
omogeneo [W/ m2K]
ra
è la resistenza termica della lama d'aria [m2K/W]

FLUSSO TERMICO @ DI PARETE
PLURISTRATO

In conclusione, può affermarsi che il flusso termico + che
si istaura attraverso una tamponatura pluristrato
Q=U *S*(T-Te)
[4]
· è direttamente proporzionale al salto termico AT=(T-T.)
tra lo spazio interno e quello estero
· è direttamente proporzionale alla superficie S della
parete
· è inversamente proporzionale alla resistenza termica
della parete R=1/U, comprensiva delle resistenze termiche
superficiali.

TEMPERATURA SUL PARAMENTO
INTERNO IN UNA PARETE PLURISTRATO

Vogliamo determinare la relazione che
ci consente di conoscere la temperatura
q sul paramento interno della parete
pluristrato per effetto del flusso termico.
Dalle relazioni [1] e [4], in condizioni di
regime stazionario, ricaviamo:
ti
>
ta
12
13
7.4
Ti
ti
Oi
INTERNO
ESTERNO
0
Te
d1
d2
da
d4
(I,-9;) ==*
i
1
S
( =U *S*(T-T.)
e, sostituendo la seconda nella prima:
9 =T- * (T -T)
i
q; è tanto minore di T; quanto maggiore è
la trasmittanza U della parete

GRADIENTE DELLE TEMPERATURA PER
UNA PARETE PLURISTRATO

Vogliamo determinare la relazione che
ci consente di conoscere la temperatura
interstiziale nella parete pluristrato per
effetto del flusso termico.
Con opportuni passaggi, ricaviamo la
relazione che fornisce la caduta di
temperatura nel passare da uno strato
all'altro della parete:
ti
>
ta
1.2
13
7.4
Ti
ti
Oi
INTERNO
ESTERNO
0
Te
di
d2
d3
da
At; = Ri X (Ti - Te)/R
dove:
Ri è la resistenza termica dello
strato i-mo
R è la resistenza termica
dell'intera parete