36
1 La verifica termoigrometrica Piercarlo Romagnoni Università IUAV di Venezia
1
La verifica termoigrometrica
Piercarlo Romagnoni
Università IUAV di Venezia
2
- Igrometria: l’aria umida- Temperatura di rugiada, umidità specifica e umidità relativa- Il controllo dell’umidità: requisiti per il benessere degli occupanti- Il controllo dell’umidità: la salvaguardia dei materiali- Condensazione superficiale:
- punti critici - verifica- prevenzione – isolamento e ventilazione- prevenzione – isolamento e ventilazione
- Condensazione interstiziale:- la diffusione del vapore- analisi del fenomeno – Glaser e EN ISO 13788
- Ventilazione:- benessere e inquinanti indoor- tasso di ventilazione- tecnologie
3
L’aria è una miscela di specie chimiche diverse:- gas (azoto 79%, ossigeno 21%, CO2 0,035%)- vapore d’acqua
Preso un certo volume d’aria la quantità di ogni gas non cambia, quella di vapore invece sì:- in diminuzione: il vapore può condensare- in aumento: vapore può essere prodotto e immesso in ambiente (occupanti, sorgenti interne – cucina, bagno,
Igrometria: l’aria umida
ambiente (occupanti, sorgenti interne – cucina, bagno, lavanderia)
La costanza degli altri componenti fa sì che le grandezze vengano riferite all’unità di massa dell’ “aria secca”
Quali sono i parametri che regolano e che misurano ilcontenuto di vapore nell’aria?
4
Ogni componente gassoso si comporta come se gli altri non ci fossero:
la pressione complessiva è pari alla somma delle pressioni che i singoli
componenti avrebbero se occupassero da soli l’intero volume
disponibile a parità di temperatura (Legge delle pressioni parziali)
p = pazoto + possigeno + … + pvapore
Il vapore: l’acqua evapora fino a raggiungere una pressione massima
Igrometria: l’aria umida
Il vapore: l’acqua evapora fino a raggiungere una pressione massima
E’ la pressione di saturazione psat. Dipende solo dalla temperatura!
p sat = f(T) T’<T p’< psat
5
psat
- dipende solo dalla temperatura (es. 100°C 1 bar)
-rappresenta la pressione massima (e quindi il contenuto massimo) che
il vapore può raggiungere anche nell’aria: se l’aria non è satura, la
pressione parziale del vapore è sempre inferiore
pvapore ≤ psat
Igrometria: l’aria umida
6
psat
possiamo definire l’umidità relativa come il rapporto tra la pressione
parziale del vapore e quella di saturazione
ϕ= pvapore/psat %
dato che psat cambia con la temperatura, l’umidità relativa può variare
anche se non cambia il contenuto di vapore dell’aria, cioè p
Igrometria: l’aria umida
anche se non cambia il contenuto di vapore dell’aria, cioè pvapore
in particolare se la temperatura scende, psat scende, quindi aumenta
l’umidità relativa; raggiunto il 100% la pressione parziale deve ridursi:
- si ha la condensazione
- si definisce la temperatura di rugiada
per esprimere il contenuto di umidità in modo da non dipendere dalla
temperatura si ricorre all’umidità specifica
x= massa di vapore/massa d’aria secca
7
Esistono tuttavia situazioni e condizioni che richiedono un controllo
dell’umidità per evitare:
- condensazione (umidità relativa del 100%) o la formazione di muffe
(umidità relativa superiore all’80%) sulla superficie interna delle pareti
- condensazione sulle vetrate
- condensazione interstiziale dell’umidità che migra per diffusione
attraverso le pareti
Controllo termoigrometrico: i materiali
Sono fenomeni che possono essere previsti con appositi approcci di
calcolo (verifiche) e conseguentemente prevenuti.
Per quanto riguarda la condensazione superficiale il rischio è legato alla
temperatura superficiale interna delle pareti.
Ne consegue la criticità dei ponti termici
8
Condensazione
superficiale su ponte
termico di strutturatermico di struttura
9
Condensazione
superficiale per aumento
della resistenza termica della resistenza termica
superficiale (presenza di
mobili addossati)
10
Condensazionesuperficiale perponte termico diponte termico distruttura traserramento emuratura
11
L’insorgere di tali fenomeni compromette:
- la durabilità delle pareti- la vivibilità dell’ambiente
Danni alla parete per fenomeni di condensazione può comportare:
•la presenza di acqua di condensazione sulla superficie interna della parete;
•la crescita di colonie fungine;
•il danneggiamento degli intonaci;
•l’imputridimento di eventuali parti in legno;•l’imputridimento di eventuali parti in legno;
•la riduzione del grado di isolamento globale della parete;
•la migrazione di sali eventualmente presenti all’interno dei materiali che compongono la struttura e la conseguente comparsa di efflorescenze.
I fenomeni di condensazione dipendono dalla temperatura della superficie interna delle pareti e quindi: - dalle temperature ambientali interne ed esterne - dalla trasmittanza termica delle paretiNaturalmente il rischio aumenta tanto più pvapore si avvicina a psat (pvapore
alto e/o psat bassa)
12
Verifiche igrometricheCondensa superficialeè necessario definire:
- la temperatura media mensile - la concentrazione media di vapore dell’aria esterna.
I valori di questi parametri sono reperibili dalla UNI 10349.
Umidità interna:Umidità interna:pvapore, i = pvapore,e + ∆p
Il valore di ∆p dovrà essere moltiplicato per 1,1 e può essere determinato in funzione della temperatura esterna θext e della trasmittanza termica della parete
13
1360
200
1080
810
640
270300
600
900
1200
1500
∆∆∆∆Pv [Pa]
classe 1
classe 2
classe 3
classe 4
classe 5
100
0
-5 0 5 10 15 20 25A
classe 1
14
Produzione di vapore acqueo UNI EN 15251
15
Il valore massimo accettabile di umidità relativa sulle superfici è posto uguale a φs = 80%.
Il valore minimo accettabile della pressione di saturazione psat:
psat(θsi) = pi/ 0,8
Il criterio φs ≤ 80% è stabilito in base al rischio di crescita di muffe.
Possono essere applicati criteri differenti per evitare corrosione come φs ≤ 60% o, per evitare condensa in prossimità di serramenti: φs ≤ 100%.
16
Il calcolo della temperatura minima superficiale accettabile èrealizzato ricordando che:
Dal valore di , dalla temperatura interna θi e dallatemperatura esterna te, si calcola il valore di fRsi definito da:
)(fminsat
1si p−=θ
ei
esiRsif
θ−θ
θ−θ=min
minsiθ
Si definisce mese critico di riferimento quello con il più altovalore richiesto di fRsi che è indicato in questo caso come .Il componente edilizio considerato dovrà allora essereprogettato in modo tale da avere un fattore fRsi sempremaggiore di
maxfRsi
maxfRsi
17
t1
Per la valutazione dello scambio termico
in regime stazionario (indipendenza dal
tempo) è possibile scrivere:
2eitot
ei
m
W)(U
R
)(q θ−θ=
θ−θ=
la resistenza totale di scambio Rtot
è la somma delle resistenze termiche definite di seguito:
θsi-θe
θi-θe
θ
θ1
t2
termiche definite di seguito:
Rtot = R1 + R2 + …+ Rsi + Rse
R1, 2, .. = resistenza termica di strato;
Rsi = resistenza superficiale interna;Rse = resistenza superficiale esterna.
θ2
18
Per ciascun componente edilizio, la resistenza termica RT dovrà verificare la relazione:
RT = Rsi + Rse + R1 + R2 + ... =
maxRsi
sitot
f1
RR
−≥
ei
eminsimax
Rsifθ−θ
θ−θ=
tot
sitot
tot
se21
ei
esi
R
RR
R
R...RR −=
+++=
θ−θ
θ−θ≤
RT = Rsi + Rse + R1 + R2 + ... = = resistenza termica totale della parete considerata [(m2 K) / W]
Rsi, Rse = resistenze termiche superficiali lato interno e lato esterno.
Direzione del flusso termico[(m2 K)/W]
Ascendente Orizzontale DiscendenteRsi 0,10 0,13 0,17Rse 0,04 0,04 0,04
19
Per evitare la condensazione superficiale:
- riduzione dell’umidità relativa interna: con una adeguata ventilazione, infunzione della produzione di vapore che avviene all’interno;
- aumentare la temperatura interna: evitare di abbassare troppo latemperatura di notte o nei periodi di assenza
- eliminazione dei punti freddi: le pareti devono essere isolateuniformemente (più facile da prevedere e realizzare al momento dellacostruzione, meno facile da correggere).
Il livello di umidità in un ambiente è in equilibrio se il vapore smaltito è inquantità uguale a quello entrante nell’ambiente.
La quantità di vapore uscente dalle murature è modesta e la velocità dipropagazione molto lenta.
Conseguentemente, per evitare che il livello aumenti fino a livellipericolosi, occorre anche smaltire il vapore in altro modo e cioè diluendol’aria interna carica di umidità con quella esterna più asciutta.
20
Verifica condensa interstiziale
Il trasporto di vapore in una struttura è descritto tramite la relazione:
g = la portata specifica [kg/(s m2)] di vapore
= permeabilità al vapore dell'aria = 2 ⋅ 10-10 kg/(m s Pa). ariapδ
d
aria
p
aria
p
s
p
x
pg
∆=
∆
∆= δ
µ
δ
= permeabilità al vapore dell'aria = 2 ⋅ 10 kg/(m s Pa). ∆p = differenza di pressione parziale del vapore [Pa];µ = fattore di resistenza al vapore [-];∆x = spessore dello strato [m];sd = µ ⋅ ∆x = spessore equivalente di un singolo strato [m].
21
Proprietà dei materiali
Diffusività al vapore δa
N ≈ 5,4 ∙ 109 [s-1]
Spessore equivalente sd:
πµ
δ ==N
a
1
d
δµ d sd ==
d = spessore [m]µ = fattore di resistenza al vapore acqueo [-]
aN δµ d sd ==
22
Permeabilità al vapore δδδδa [kg/(m s Pa)] = [s]
Aria in quiete 193 ∙ 10-12
Calcestruzzoa struttura chiusa 1,3 - 2,6∙ 10-12
a struttura aperta 18 - 36∙ 10-12
Fibre minerali (in pannello)Fibre di vetro 150∙ 10-12
Fibre minerali ottenute da rocce feldspatiche150∙ 10-12
Intonaci e malteIntonaci di gesso puro 18∙ 10-12Intonaci di gesso puro 18∙ 10-12
Intonaco plastico per cappotto 6,25∙ 10-12
LateriziMattoni pieni 35,41 ∙ 10-12
Mattoni forati 20,83 ∙ 10-12
LegnamiAbete 0,3∙ 10-12
Pino 4,5∙ 10-12
Barriera al vaporeCarta bitumata 60-90∙ 10-15
PVC 1-14 ∙ 10-14
Foglio alluminio (s = 5 mm) 268 ∙ 10-18
23
Definitele proprietà termofisiche delle strutture edilizie,la resistenza termica lo spessore equivalente sd di ogni singolo strato
si assume che ciascuna struttura sia asciutta all'inizio dei calcoli e per ciascun mese, a partire da Ottobre, si definiscono le temperature interna ed esterna e l'umidità relativa (dati UNI 10349).
Si calcola la temperatura in corrispondenza ad ogni interfaccia
)(11 ei
T
seR
Rϑϑϑϑ −+=
24
Si calcola il profilo della pressione di saturazione in funzione della temperatura, secondo le relazioni:
per temperature ≥ 0
La sezione trasversale della struttura edilizia è disegnata sostituendo agli spessori effettivi ∆x gli spessori equivalenti di ciascuno strato sd.
ϑ
ϑ
+
⋅
⋅= 3,237
269,17
5,610 epsat
d
La pressione parziale del vapore è calcolata in ciascuna sezione trasversale come:
pv,s,int = pressione parziale del vapore ambiente internopv,s,est = pressione parziale del vapore ambiente esterno
dN
estsv1Nvariap
1d
1vintsvariapN
1idi
totaleariaptot
s
pp
s
pp
s
pg
,,,,,...
−δ==
−δ=
∑
∆δ=
−
=
25
26
27
28
29
30
31
32
33
La pressione parziale di vapore non deve incrociare la pressione di saturazione altrimenti si realizza condensa.
Se ciò si verifica, si assume che nell'interfaccia in cui il fenomeno si manifesta, si considera la pressione parziale del vapore pari al valore di saturazione (φ = 100%).
La eventuale condensa è calcolata mese per mese e tale valore è aggiunto o sottratto al valore del mese precedente: deve essere evidenziata la quantità massima di condensa essere evidenziata la quantità massima di condensa eventualmente accumulata.
34
35
ERROR: stackunderflow
OFFENDING COMMAND: ~
STACK:
