Ponti Termici: tipologie, normative e calcoli

Il ponte termico è una zona dell’involucro edilizio che ha una resistenza termica minore rispetto agli elementi adiacenti. Questo comporta che attraverso il ...

02/03/2016
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Ponti Termici: tipologie, normative e calcoli

Il ponte termico è una zona dell’involucro edilizio che ha una resistenza termica minore rispetto agli elementi adiacenti. Questo comporta che attraverso il ponte termico via sia un maggior flusso di calore rispetto alle zone confinanti. Esso diventa, nella sostanza, una specie di via preferenziale per l’esodo dell’energia termica verso l’esterno dell’edificio.

I ponti termici influiscono sui seguenti aspetti dell’edificio:

  • Igienico-sanitari: presenza di muffe e macchie dovuta alla condensa superficiale;
  • Strutturali: condensa che crea le condizioni e accelera il degrado dei materiali, diminuendo la vita utile del costruito;
  • Comfort-energetiche: temperature non uniformi nei volumi riscaldati, il maggior flusso termico verso l’esterno.

Le costruzioni edilizie, per loro natura, sono realizzate con materiali eterogenei ed hanno forme che danno luogo a spigoli, curve, connessioni di serramenti, ecc.. Queste due caratteristiche danno luogo a ponti termici originati per:

Tipologia ponte termico

Tipologia discontinuità

Ponti termici di forma

Giunzione tra parete e pavimento o parete e soffitto, collegamenti tra parete e parete, l’innesto tra parete e solaio, la connessione tra pareti e serramenti, variazione dello spessore della costruzione.

Ponti termici di struttura

Discontinuità della resistenza termica per la presenza nell’involucro edilizio di elementi in cemento armato o acciaio quali: pilastri, setti, travi e cordoli, oppure elementi di collegamento di infissi di porte e finestre,sovrastrutture
esterne per tende e altro.

Ponti termici di tipo misto

Zone in cui in ponte termico di forma si sovrappone a un ponte termico di struttura.

I ponti termici più comuni che si hanno in edificio di civile abitazione possono essere così riassunti:

  • pilastri inseriti in una parete piana continua;
  • gli innesti di una parete esterna con una interna;
  • gli innesti di una parete esterna con un solaio interno;
  • l’innesto di due pareti verticali esterne con o senza pilastro nello spigolo;
  • l’innesto di una parete esterna con solaio di copertura;
  • velette di porte e finestre.

Il disegno seguente mostra una schematizzazione di alcuni di questi ponti termici più comuni:

Schematizzazione di alcuni dei ponti termici più comuni

In funzione della loro estensione è possibile classificare i ponti termici nelle seguenti categorie:

  • Ponte termico lineare: Ponte termico con una sezione trasversale uniforme lungo uno dei tre assi ortogonali;
  • Ponte termico puntuale: Ponte termico che non presenta sezioni trasversali uniformi in nessuna direzione.

La caratterizzazione di un ponte termico a sviluppo lineare avviene attraverso la sua trasmittanza lineica o lineare, indicata con il simbolo Ψ e definita come il "Flusso termico in regime stazionario diviso per la lunghezza e la differenza di temperatura tra gli ambienti posti a ciascun lato del ponte termico"

Ponti Termici in edilizia

Ponti termici
Tipologie, Misura, Calcolo e Correzione

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Nella trattazione dei ponti termici è, inoltre, necessario conoscere:

  • il Coefficiente di accoppiamento termico: Flusso termico scambiato diviso per la differenza tra le temperature di due ambienti termicamente interagenti, nel componente edilizio considerato;
  • il Coefficiente di accoppiamento termico lineico: Coefficiente di accoppiamento termico ottenuto da calcolo bidimensionale.

La normativa

L’attuale quadro normativo sui ponti termici risulta essere il seguente:

  • Decreto del Presidente della Repubblica 2 aprile 2009 n. 59 – Attuazione della direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico in edilizia;
  • Decreto Legislativo 29 dicembre 2006 n. 311 – Disposizioni correttive ed integrative al decreto legislativo 19 agosto 2005, n. 192, recante attuazione della direttiva 2002/91/CE, relativa al rendimento energetico nell’edilizia;
  • UNI EN ISO 14683:2008 – Ponti termici in edilizia – Coefficiente di trasmissione termica lineica – Metodi semplificati e valori di riferimento;
  • UNI EN ISO 10211:2008 – Ponti termici in edilizia – Flussi termici e temperature superficiali – Calcoli dettagliati;
  • UNI EN ISO 6946:2007 – Componenti ed elementi per edilizia – Resistenza termica e trasmittanza termica – Metodo di calcolo.

La recente norma UNI/TS 1330 parte prima al paragrafo 11.1.3 Ponti termici riporta che lo scambio di per trasmissione attraverso i ponti termici deve essere calcolato secondo il punto 5 della UNI EN ISO 1.4683:2008, e che i valori di trasmittanza lineica debbono essere determinati attraverso le seguenti metodologie:

  1. metodo numerico in accordo alla UNI EN ISO 10211;
  2. utilizzo di atlanti in accordo con UNI EN ISO 14683;
  3. metodo di calcolo manuale (solo edifici esistenti) conformi UNI EN ISO 14683.

Per quanto attiene al punto 3) la UNI/TS 11300-1 non specifica quali sono i metodi di calcolo manuale, mentre esclude l’utilizzo dei valori di progetto della trasmittanza lineare riportati nell’Allegato A della UNI EN ISO 14683. Secondo il punto 5 della UNI EN ISO 14683:2008 l’accuratezza del metodo scelto deve corrispondere a quella richiesta nel calcolo delle perdite totali, considerando le lunghezze dei ponti termici lineari, secondo la seguente tabella:

Metodi

Incertezza prevista di Y

Calcolo numerico

5%

Atlante dei ponti termici

20%

Calcoli manuali

20%

Valori di progetto

da 0% a + 50%

Il calcolo numerico

Il ponte termico modifica le ipotesi di base (semplificate) con cui normalmente calcoliamo il flusso termico, a causa della sua eterogeneità e della tridimensionalità. È, perciò, necessario utilizzare adeguati strumenti di calcolo. La norma UNI EN ISO 10211 fornisce le indicazioni utili per approcciarsi al calcolo. Si tratta in definitiva di un calcolo da sviluppare con il metodo degli elementi finiti o con il metodo delle differenze finite, o altri metodi equivalenti. Per l’applicazione di tale metodologia di calcolo occorre una completa definizione del particolare costruttivo del ponte termico, e tempi di calcolo discreti e soprattutto un software dedicato.

È possibile scaricare in rete programmi agli elementi finiti per il calcolo dei ponti termici. Essi sono in genere a titolo completamente gratuiti, noi possiamo segnalarti:

  • Therm, software gratuito dell’università di Berkeley;
  • Kobra, Technische Universiteit Eindhoven.

Atlante dei ponti termici

I casi riportati sugli atlanti dei ponti termici hanno sempre parametri fissi e non modificabili (materiali, dimensioni, ecc.). Questo condiziona molto il loro utilizzo in quanto, sono poco flessibili e, difficilmente si adattano al nodo reale da esaminare, facendo scadere di precisione. I valori che riportano gli atlanti devono essere in accordo con la norma EN 10211-1.

Due cataloghi particolarmente corposi possono trovarsi in rete.

Altri esempi possono trovarsi anche nella vecchia UNI 7357 del 1974.

Calcoli manuali

Esistono numerosi metodi di calcolo manuale, eseguibili con operazioni su calcolatrici manuali o mediante un semplice software per computer. Tuttavia non si può fornire un’indicazione generale sull’accuratezza di questi metodi, dato che la maggior parte dei calcoli manuali si applica solo a un tipo specifico di ponte termico (per esempio costruzioni con lamine metalliche). Perciò un metodo di calcolo manuale può essere molto accurato nello specifico intervallo di applicazione, ma molto poco accurato al di fuori di questo campo.

I calcoli manuali devono fornire le seguenti informazioni:
a) tipologie dei dettagli strutturali ai quali si applicano;
b) limiti dimensionali entro i quali il metodo è valido;
c) limiti dei valori di conduttività termica dei materiali considerati;
d) valori della resistenza termica da utilizzare;
e) stima dell’accuratezza (per esempio, errore massimo).

In alcuni atlanti a disposizione, per ciascuna tipologia di ponte termico individuano alcuni sottotipi, fornendone valori tabellari precalcolati secondo la norma UNI EN ISO 10211 in riferimento alle diverse caratteristiche dimensionali. Ogni tipologia è riportato in una scheda, la quale contiene il modello geometrico del ponte termico analizzato, i valori di trasmittanza termica lineare calcolati in funzione dei parametri progettuali individuati.

I principali parametri utilizzati nelle schede sono riassunti nella tabella seguente, con una breve descrizione di ciò che rappresentano.

RESISTENZA TERMICA

Ri=s/λi

Resistenze termiche di ciascuno strato. Rapporto tra lo spessore del rispettivo strato di materiale e la sua conduttività termica.

CONDUCIBILITÀ TERMICA

λ

Rapporto, in condizioni stazionarle, fra il flusso dì calore e il gradiente di temperatura che provoca il passaggio del calore. Attitudine di una sostanza a trasmettere il calore.

CONDUCIBILITÀ TERMICA EQUIVALENTE DEL PACCHETTO TECNOLOGICO, ESCLUDENDO L’ISOLANTE

λeq = C×L

Dove:

Conduttanza del pacchetto tecnologico escluso l’isolante .

Spessore del pacchetto tecnologico escluso l’isolante.

RESISTENZA TERMICA SUPERFICIALE INTERNA

Rsi=1/hi

Resistenza superficiale interna. Inverso del coefficiente di scambio termico interno.

RESISTENZA TERMICA SUPERFICIALE ESTERNA

Rse=1/he

Resistenza superficiale esterna. Inverso del coefficiente di scambio termico esterno.

RESISTENZA TERMICA TOTALE

Rt = Rsi+R1+R2+…+Rn+Rse

Indica la difficoltà dei calore nell’attraversare un mezzo solido.

TRASMITTANZA TERMICA

U=1/RT

Definisce la capacita isolante di un elemento ed è l’inverso della resistenza.

TRASMITTANZE, TERMICHE DI PROGETTO

UPAR, UPIL, UTR, UTEL, USOL

Trasmittanze termiche del relativo pacchetto tecnologico considerato incluso l’isolante.

INTERVALLO DI CONFIDENZA

ICI95%

 

ICE95%

L’intervallo di confidenza così ottenuto è relativo alla schematizzazione adottata per le diverse tipologie di ponte termico. Nel caso in cui le correlazioni vengano usate per un nodo tecnologico la cui schematizzazione risultasse non consistente con quelle definite per il calcolo, la probabilità che la stima della trasmittanza termica lineare ricada all’interno dell’intervallo di confidenza potrebbe risultare inferiore al 95% indicato.

Il campo di validità è definito in termini di proprietà termofisiche globali e/o dimensionali, più che in termini di dimensioni puramente geometriche dell’elemento tecnico utilizzato per la generazione delle singole trasmittanze lineari Ψ. Se i ponti termici analizzati con l’ausilio delle correlazioni sviluppate hanno dimensioni diverse da quelle riportate nelle tabelle, le correlazioni sono comunque utilizzabili a patto di mantenersi entro i campi di validità specifici di ogni scheda, che sono generalmente di tipo termofisico (U, U*, L*, λeq, etc.).

APE e Certificazione energetica degli edifici

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Calcolo della conduttività equivalente

La conduttività termica equivalente della parete è calcolata attraverso la seguente relazione:

λeq = C × L

dove:

C è la conduttanza della parete escludendo lo strato di isolante, ottenibile come l’inverso della somma delle resistenze conduttive degli strati della parete ad esclusione dello strato di isolante:

C = 1/Σ(Lii)

L è lo spessore della parete escludendo lo strato di isolante:

L = ΣLi

La conduttività termica equivalente dell’infisso è calcolata attraverso la seguente relazione:

λeq,TEL = LTEL/(1/UTEL− Rsi − Rse)

 

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