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Sfasamento termico, cos’è e come si calcola

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Lo sfasamento termico è il tempo che intercorre tra quando si registra la massima temperatura all’esterno e all’interno di un edificio. Scopri come calcolarlo

Quando si affronta il tema dell’isolamento termico di un edificio, di solito si tende a dare maggiore rilievo al problema dell’isolamento per la stagione invernale, trascurando il problema di garantire un buon comportamento dell’edificio anche nella stagione estiva. Gli elementi principali da considerare per un isolamento termico estivo ottimale sono la trasmittanza termica periodica e l’inerzia termica. L’inerzia termica è la capacità di un materiale di accumulare calore cederlo in forma attenuata in un tempo successivo e viene descritta attraverso due indicatori: lo sfasamento termico e il fattore di attenuazione.

Lo sfasamento termico è l’arco di tempo che serve all’onda termica per passare dall’esterno all’interno di un edificio attraverso un materiale edile e rappresenta un valore importante per calcolare l’efficienza energetica di un edificio, ovvero la sua capacità di proteggersi dal calore estivo.

Studiare il comportamento dell’edificio e progettare adeguatamente l’involucro dal punto di vista energetico è di fondamentale importanza per assicurare il risparmio energetico; infatti migliore è il comportamento termico di un edificio, maggiore sarà il comfort interno. Per determinare lo sfasamento termico tenendo conto dell’arco temporale delle 24 ore come previsto dalla UNI EN ISO 13786, ti suggerisco di utilizzare un software per la certificazione energetica sempre aggiornato sulle novità introdotte dalla normativa.

Cos’è lo sfasamento termico?

Lo sfasamento termico indica l’arco di tempo che trascorre dal momento in cui si registra la massima temperatura esterna a quello in cui si rileva la massima temperatura all’interno dell’edificio. In buona sostanza, è la capacità di ritardare (di qualche ora) il calore proveniente dall’esterno e i relativi effetti.

Questo vuol dire che l’involucro assorbe buona parte del calore che raggiunge l’edificio durante il giorno (trattenendolo e senza farlo entrare negli ambienti interni) e lo rilascia con intensità minore dopo diverse ore, nelle ore notturne quando il calore esterno si è attenuato. Lo sfasamento termico ottimale dovrebbe essere di 12 ore.

Ti spiego con un esempio pratico il concetto di sfasamento: consideriamo uno sfasamento di 12 ore e immaginiamo di trovarci in condizioni ideali e senza attenuazione: se alle ore 14:00 ho una temperatura di 35°C all’esterno, serviranno 12 ore per attraversare l’involucro e ritrovare la medesima temperatura all’interno. Questo implica che il calore raggiungerà l’ambiente interno durante la notte, proprio quando la temperatura esterna è attenuata, garantendo il massimo confort termico estivo.

La quantità di energia scambiata fra interno ed esterno è funzione della stratigrafia e della differenza di temperatura. Nel caso di una progettazione invernale, questo flusso termico viene valutato in regime stazionario (temperatura indipendente dal tempo). Nel calcolo estivo, invece, le condizioni climatiche esterne possono subire variazioni sensibili, sia in termini di temperatura che di radiazione solare, ben diverse da quelle che si possono verificare in inverno. Quindi, il comportamento termico di un elemento opaco esposto al sole deve essere valutato in regime dinamico.

Gli elementi principali da considerare per un isolamento termico estivo ottimale sono:

  • trasmittanza termica periodica YIE (indicata nella UNI EN ISO 13786 con Ymn);
  • inerzia termica.
Sfasamento termico

Scheda con sfasamento termico – TerMus

Trasmittanza termica periodica

La trasmittanza termica periodica è un parametro che valuta la capacità di un componente edilizio (parete opaca) di sfasare e attenuare la componente periodica del flusso termico che la attraversa nell’arco delle 24 ore. In sostanza, descrive il comportamento di una struttura opaca in regime dinamico.

La trasmittanza termica periodica viene definita dalla UNI EN ISO 13786 come l’ampiezza complessa della massa volumica di flusso termico attraverso la superficie del componente adiacente alla zona m, diviso per l’ampiezza complessa della temperatura nella zona n quando la temperatura nella zona m è mantenuta costante:

Ymn = q̂m / θ̂n

dove:

  • m è l’ampiezza complessa della massa volumica di flusso termico attraverso la superficie del componente adiacente alla zona m;
  • θ̂n è l’ampiezza complessa della temperatura nella zona n.

Inerzia termica

L’inerzia termica è la capacità di un materiale di variare più o meno lentamente la propria temperatura, in base alle variazioni di temperatura esterna oppure di una sorgente di calore o di raffrescamento interno. In sostanza, è la capacità di un materiale di riscaldarsi (o raffrescarsi) più lentamente rispetto ad un altro.

L’inerzia termica rappresenta un parametro fondamentale da prendere in considerazione quando si progetta l’involucro opaco di un edificio e si vuole garantire un comfort termoigrometrico e un risparmio energetico. L’inerzia termica permette di:

  • ridurre il picco di calore all’interno dell’edificio, il cosiddetto fattore di attenuazione;
  • creare uno sfasamento termico.

Fattore di attenuazione

Il fattore di attenuazione, denominato anche fattore di decremento, è il rapporto tra il modulo della trasmittanza termica dinamica e la trasmittanza termica in condizioni stazionarie:

f = abs (Ymn)/ U

Lo sfasamento e l’attenuazione sono correlati: è importante che il fattore di attenuazione sia quanto più ridotto possibile mentre quello di sfasamento sia compreso tra 8 e 12 ore.

Empiricamente, al fine di ridurre i carichi termici estivi, bisognerebbe far sì che lo sfasamento della copertura fosse compresa tra 10 e 12 ore, mentre per le pareti perimetrali opache almeno 9 ore (10 ore per climi estivi più impegnativi).

In particolare, le caratteristiche di attenuazione delle pareti multistrato dipendono, oltre che dalla massa e dalla trasmittanza della parete, anche dal posizionamento dell’eventuale strato di isolante.

Un modo semplice e pratico per valutare l’effettiva capacità di attenuazione di una struttura consiste nel considerare come massa della stessa quella compresa fra l’aria interna e lo strato isolante. Se la massa risulta elevata, anche le sue caratteristiche di attenuazione lo saranno. Nel caso di isolamento termico a cappotto, è evidente che risulta più performante il cappotto esterno (maggiore massa) rispetto a quello in intercapedine o interno (che è il meno performante).

Lo sfasamento termico, invece, risente in modo trascurabile dell’ordine degli strati.

Sfasamento termico: aspetti normativi

Il dm requisiti minimi (decreto 16 giugno 2015) prevede che, tenendo fissi i limiti di trasmittanza termica (U) nelle varie zone climatiche e i valori di irradianza al suolo, si valutino parametri e prestazioni diverse per le pareti e le coperture che si trovano nelle aree con irradianza maggiore di 290 W/m² nel mese di massima insolazione, con l’esclusione della zona climatica F:

  • per pareti verticali, ad eccezione di quelle orientate a Nord, Nord/Ovest, Nord/Est, il progettista può scegliere se adottare:
    • strutture dotate di massa superficiale > 230 kg/m²;
    • strutture caratterizzate da un valore di trasmittanza termica periodica < 0.10 W/m²K.
  • per pareti opache orizzontali ed inclinate il modulo della trasmittanza termica periodica deve essere < 0.18 W/m²K.

Come si calcola lo sfasamento termico?

Lo sfasamento termico viene calcolato secondo la UNI EN ISO 13786 che definisce metodi per il calcolo del comportamento termico in regime dinamico di componenti edilizi completi:

Δtij = (T/ 2π) arg (Zij)

dove ZiJ è la matrice di trasferimento termico.

Alla base della matrice di trasferimento termico  di calcolo i parametri dei materiali edili che entrano in gioco sono:

  • conduttività termica (W/mK);
  • densità (kg/mc);
  • capacità termica (J/kgK).

Per maggiori dettagli ti consiglio di approfondire la UNI EN ISO 13786 (Appendice B).

Come aumentare lo sfasamento?

Per aumentare lo sfasamento termico, e quindi la performance energetica dell’edificio, è necessario lavorare sulle stratigrafie. Occorre avere una buona massa e posizionare l’isolamento termico quanto più distante dall’ambiente interno (ideale il cappotto esterno).

Ancora una volta, per calcolare lo sfasamento termico è necessario utilizzare un software specifico come il software certificazione energetica che consente l’esecuzione dei calcoli in maniera estremamente rigorosa e precisa; puoi, inoltre, ottenere in tempo reale rappresentazioni grafiche, termografie 3D e mappature a colori del comportamento energetico dell’edificio sia in fase di input che in fase di calcolo.

termus
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