Calcolo Ponti Termici e UNI TS 11300

Calcolo dei ponti termici: aspetti generali, caratteristiche del fenomeno e calcolo secondo la UNI TS 11300

In questo articolo affrontiamo il tema dei i ponti termici, introducendo dapprima gli aspetti generali e i metodi di calcolo, fino ad analizzare un esempio di calcolo agli elementi finiti.

Ponti Termici: aspetti generali

Un ponte termico è una zona in cui sono presenti disomogeneità del materiale e/o variazioni di forma in cui si verificano un incremento del valore dei flussi termici e una variazione delle temperature superficiali interne, con conseguente aumento della quantità di calore disperso attraverso le pareti.

I ponti termici generalmente si possono dividere in:

  • ponti termici di struttura (o di materiale), dove la presenza di elementi eterogenei di diversa conduttività incrementa il flusso termico
  • ponti termici di forma (o geometrici), dove la presenza di variazioni di forma dei materiali (spigoli, restrizioni, ecc) provoca un addensamento delle linee di flusso con un conseguente aumento di flusso termico

Tipici esempi di discontinuità del materiale si presentano nelle strutture intelaiate in cemento armato, quando si utilizza una tamponatura in laterizio senza particolari accorgimenti, in particolare nei punti di contatto tra i due diversi materiali.

Le discontinuità di tipo geometrico fanno riferimento a questioni legate alla geometria e alla forma del manufatto. Tipicamente si verificano discontinuità geometriche nelle seguenti zone:

  • in corrispondenza degli spigoli tra le pareti
  • tra parete e solaio
  • tra parete ed infisso
  • in corrispondenza di interruzioni dello strato di isolamento termico

I ponti termici sono generalmente localizzati in corrispondenza delle giunzioni tra gli elementi edilizi o dove la composizione della struttura edilizia si modifica, producendo i seguenti effetti:

  • una modifica della portata termica (quantità di energia termica assorbita nell’unità di tempo)
  • una modifica della temperatura interna superficiale

I ponti termici si presentano in prossimità di pilastri, travi, balconi, davanzali o anche in corrispondenza delle giunture di malta tra i laterizi, che rappresentano punti di eterogeneità della struttura.

Effetti dei ponti termici su comfort abitativo

La presenza di ponti termici nelle costruzioni rappresenta una minaccia grave per una serie di fattori quali:

  • comfort abitativo
  • salubrità dell’abitazione
  • efficienza energetica
  • consumi
  • qualità dell’abitazione

E’ necessario, pertanto, prevedere fin dalla fase progettuale l’eliminazione dei ponti termici, mediante appositi calcoli.

Calcolo Ponti Termici

La norma UNI TS 11300-1:2014 (Determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva ed invernale) specifica le norme per il calcolo dei ponti termici.

In particolare, sono previste due possibili modalità di calcolo dei ponti termici:

  • calcolo numerico (analisi agli elementi finiti) in accordo alla UNI EN ISO 10211:2008
  • calcolo con atlanti di ponti termici conformi alla UNI EN ISO 14683:2008

La norma, inoltre, vieta ogni tipo di semplificazione per gli edifici esistenti, come per esempio:

  • il calcolo forfettario o la maggiorazione percentuale dei ponti termici
  • l’abaco di ponti termici in allegato A alla norma UNI EN ISO 14683:2008

Nel prosieguo valutiamo i vantaggi e gli svantaggi delle due metodologie previste dalla norma.

Calcolo numerico (analisi agli elementi finiti)

Per effettuare un calcolo di ponti termici, senza limitazioni, è necessario utilizzare solutori agli elementi finiti.

I software di analisi agli elementi finiti consentono di disegnare ponti termici di qualsiasi tipo e forma e di calcolare i risultati (trasmittanza termica lineica, coefficiente di accoppiamento termico, flusso termico, ecc) in forma numerica e grafica.

Il calcolo numerico agli elementi finiti è l’unica modalità possibile per valutare ponti termici di qualsiasi tipo e forma. Il calcolo numerico è l’unico che consente di analizzare combinazioni praticamente infinite così come le possibilità che il professionista si trova ad affrontare.

Atlante di ponti termici

L’atlante di ponti termici è una schematizzazione di tipologie e combinazioni di ponti termici più frequenti.

Lo scopo degli atlanti di ponti termici è quello di determinare il valore di trasmittanza termica lineare in funzione di altri parametri caratteristici (lunghezza, spessori, conduttività, ecc). I valori sono predefiniti e più o meno adattabili alle dimensioni e ai materiali reali.

La figura seguente rappresenta un esempio di atlante di ponti termici per il calcolo della trasmittanza termica lineare di un ponte termico di tipo parete-pilastro.

Atlante ponti termici

Atlante ponti termici

Il vantaggio di utilizzare un atlante è sicuramente quello di calcolare ponti termici in maniera manuale.

Gli svantaggi nell’utilizzo di atlanti di ponti termici nascono proprio dalla loro natura schematica e predefinita.

Gli atlanti di ponti termici possono:

  • rappresentare solo “finite” tipologie e combinazioni di ponti termici (archetipi)
  • essere utilizzati solo in specifici “range” di valori (campo di validità)

Esempi Ponti Termici

La conoscenza dei fenomeni legati ai ponti termici e le metodologie di calcolo rappresentano gli strumenti più efficaci per combattere il fenomeno già in fase progettuale, in quanto è possibile determinare a priori le tecniche costruttive e i materiali più adatti caso per caso.

Risolvere il problema dei ponti termici è diventato un aspetto sempre più importante, sia in fase di progettazione che in fase di realizzazione delle opere edili, in particolar modo in quelle a uso abitativo e lavorativo.

Il calcolo numerico dei ponti termici, eseguito con un’analisi agli elementi finiti, in accordo alla UNI EN ISO 10211:2008, è lo strumento indispensabile per la corretta progettazione dei collegamenti tra i vari componenti edilizi e la determinazione del comportamento energetico dei ponti termici.

In particolare, gli esempi fanno riferimento ai seguenti casi:

Glossario ponti termici

Ai fini del presente documento si applicano i termini e le definizioni di cui alla ISO 7345 e i termini e le definizioni seguenti:

Ponte termico

Parte dell’involucro edilizio dove la resistenza termica, altrove uniforme, cambia in modo significativo per effetto della compenetrazione totale o parziale di materiali con conduttività termica diversa nell’involucro edilizio, e/o della variazione dello spessore della costruzione, e/o delle differenze tra le aree interna ed esterna, come avviene per esempio in corrispondenza delle giunzioni tra parete, pavimento e soffitto.

Ponte termico lineare

Ponte termico con una sezione trasversale uniforme lungo uno dei tre assi ortogonali.

Ponte termico puntuale

Ponte termico localizzato la cui influenza può essere rappresentata mediante una trasmittanza termica puntuale.

Piani costruttivi

Piani che in un modello separano materiali differenti, e/o il modello geometrico dal resto della costruzione, e/o gli elementi laterali dall’elemento centrale.

Piani di taglio

Piani costruttivi che sono un limite del modello geometrico 3-D o 2-D, separandolo dal resto della costruzione.

Piani ausiliari

Piani che in aggiunta ai piani costruttivi, dividono il modello geometrico in un numero di celle.

Strato quasi-omogeneo

Strato costituito da due o più materiali di conduttività termica differente, ma che può essere considerato come uno strato omogeneo con una conduttività termica equivalente.

Fattore di temperatura sulla superficie interna

Differenza tra la temperatura della superficie interna e temperatura esterna divise per la differenza delle temperature interna ed esterna, calcolata con una resistenza superficiale interna Rsi.

Fattore di ponderazione della temperatura

Fattore di ponderazione che specifica l’influenza relativa delle temperature degli ambienti termici differenti, sulla temperatura superficiale, nel punto considerato.

Temperatura limite esterna

Temperatura dell’aria esterna, nell’ipotesi che la temperatura dell’aria sia uguale alla temperatura radiante vista dalla superficie.

Temperatura limite interna

Temperatura operante, considerata ai fini della presente norma internazionale come valore medio aritmetico della temperatura dell’aria interna e della temperatura media radiante di tutte le superfici che delimitano l’ambiente interno.

Coefficiente di accoppiamento termico

Portata termica per differenza di temperatura tra i due ambienti, che sono termicamente collegati mediante la costruzione considerata.

Trasmittanza termica lineare

Portata termica in regime stazionario diviso per la lunghezza e la differenza di temperatura tra gli ambienti posti a ciascun lato del ponte termico. La trasmittanza termica lineare è una grandezza che descrive l’influenza del ponte termico lineare sul flusso termico totale.

Trasmittanza termica puntuale

Portata termica in regime stazionario diviso per la differenza di temperatura tra gli ambienti posti a ciascun lato del ponte termico.  La trasmittanza termica puntuale è una grandezza che descrive l’influenza del ponte termico puntuale sul flusso termico totale.

Certificazione energetica

La certificazione energetica è l’operazione con cui si determina la prestazione energetica di un edificio. I risultati sono contenuti nell’elaborato denominato APE (Attestato di Prestazione Energetica).

Conduttività termica 

La conduttività (o conducibilità) termica λ misura la capacità di un materiale di trasmettere calore ed è una caratteristica propria di ogni singolo materiale. Nel sistema internazionale (SI) si misura in W/mK (ove K è il simbolo del Kelvin). In particolare, essa esprime la potenza termica che si trasmette attraverso uno spessore unitario del materiale per unità di superficie e per differenze di temperatura unitaria.

È l’indicatore più significativo del potere isolante di un materiale omogeneo.

Ecco i valori tipici di alcuni materiali comuni:

  • polistirene espanso λ = 0,032 W/mK
  • sughero espanso λ = 0,036 W/mK
  • fibra minerale λ = 0,040 W/mK
  • vermiculite λ = 0,064 W/mK
  • vetro λ = 0,73 W/mK
  • acciaio Cr 20% λ = 22 W/mK
  • acciaio Cr 1%  = 61 W/mK
  • alluminio λ = 220 W/mK
  • rame λ = 380 W/mK

Diagnosi energetica

La diagnosi energetica è il risultato di una procedura sistematica di analisi svolte al fine di ottenere una accurata conoscenza del profilo dei consumi energetici di un sistema (es. edificio o gruppo di edifici). Essa permette di individuare e quantificare le reali opportunità di risparmio energetico in termini di analisi costi-benefici.

Diagramma di Glaser

Il diagramma di Glaser è un metodo grafico che permette lo studio del fenomeno della condensa all’interno di una parete costituita da uno o più
strati. In particolare, considerando le curve delle pressioni parziali e di saturazione dell’aria umida, possono verificarsi i seguenti casi:

  • assenza di punti d’intersezione: assenza di condensa
  • presenza di un punto di tangenza: possibile comparsa di condensa al variare di temperatura e pressione
  • presenza di più punti di intersezione: formazione di condensa in quel tratto di muratura

Efficienza energetica

L’efficienza energetica è il rapporto tra la quantità di energia impiegata e la quantità di energia utile da essa ricavata.

Il dlgs 30 maggio 2008, n. 115 definisce l’efficienza energetica come “il rapporto tra i risultati in termini di rendimento, servizi, merci o energia, da intendersi come prestazione fornita, e l’immissione di energia”.

Isolamento termico

L’isolamento termico è l’insieme degli accorgimenti utilizzati per impedire le dispersioni di calore verso l’esterno di un edificio, in modo da ottimizzare
i consumi.

Isolamento a cappotto

L’isolamento a cappotto è un sistema d’isolamento esterno alle pareti dell’edificio. È costituito da generalmente da strato isolante (es. pannelli di polistirene) applicato direttamente sul supporto intonaco armato (es. rete in fibra di vetro) rivestimento di finitura. E’ uno dei rimedi più efficaci per combattere i ponti termici.

 

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