Trasmittanza pannello in CLS parte 1 – normativa

Questo è il primo di tre articoli dedicati al calcolo della trasmittanza termica di strutture termicamente non omogenee. Nel calcolo della trasmittanza termica si ha spesso a che fare con strutture composte da strati termicamente omogenei e strati non omogenei. Gli strati termicamente non omogenei sono strati a spessore costante composti da materiali che hanno differenti proprietà termiche, come ad esempio pareti ventilate o murature con tamponamenti di materiale isolante, ma anche pannelli di porte o strutture prefabbricate. Quando lo strato di una struttura è composto da materiali eterogenei, il calcolo della resistenza termica non può essere ottenuto dividendo lo spessore per il valore della conducibilità. La norma UNI EN ISO 6946 - “Componenti ed elementi per edilizia – resistenza termica e trasmittanza termica – metodo di calcolo” definisce il modo per calcolare la trasmittanza termica di strutture non omogenee. La norma considera i rapporti delle superfici dei diversi materiali ed effettua il calcolo della resistenza termica suddividendo la struttura in strati e sezioni. Il metodo semplificato ha però dei limiti di applicazione, dovuti all’approssimazione, che può diventare eccessiva. Spesso i tecnici si limitano a calcolare il valore della trasmittanza termica con i programmi o le formule della 6946, senza però verificare se il valore ottenuto rientri nei limiti di accettabilità e quindi finiscono con adottare valori di trasmittanza termica non corretti. La norma prescrive che quando l’errore di approssimazione è eccessivo il calcolo debba essere fatto con un metodo numerico agli elementi finiti secondo la UNI EN ISO 10211. Questa indicazione è però frequentemente ignorata da progettisti e termotecnici. In questi tre articoli intendo fornire delle indicazioni sulla metodologia corretta del calcolo della trasmittanza termica di strutture eterogenee. Calcolo che viene di molto semplificato con l’impiego di LAYER COMPOSER per il metodo semplificato e di MOLD SIMULATOR per il metodo numerico. L’esempio viene fatto su un pannello prefabbricato di calcestruzzo, alleggerito con pannelli di isolante e con due strati di poliuretano per il taglio termico. La metodologia e l’uso di Layer Composer e di Mold Simulator non valgono solo per il calcolo di murature, solai e pannelli prefabbricati, ma possono essere estesi anche a strutture non murarie, quali ad esempio i pannelli di porte.

Video Tutorial  – 1

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Composizione del pannello prefabbricato

Il prefabbricato preso ad esempio è una struttura in calcestruzzo, alleggerita con dei pannelli di isolante e con due strati di isolamento per il taglio termico. Le misure del pannello sono:10 m di lunghezza per 2,5 m di altezza, con uno spessore è di 25 cm. Lo strato interno, di 15 cm di spessore, è alleggerito per una profondità di 10 cm, ricavando 10 quadri dove sono inseriti  dei pannelli di isolante da 180×97,5 cm. Nella parte superiore, su due dei 4 cordoli centrali, sono previsti due elementi di connessione. Vi è poi un primo strato di isolamento di 2 cm per il taglio termico. Da notare la mancanza di isolamento in corrispondenza dei due elementi di connessione in calcestruzzo. C’è poi un ulteriore strato di isolamento, sempre da 2 cm ed infine, sul lato esterno, una crosta in calcestruzzo da 6 cm.

Calcolo della Resistenza Termica Totale

Per il calcolo della resistenza termica occorre effettuare due calcoli: a)      un primo calcolo considerando il pannello come un pacco di strati sovrapposti, considerando le resistenze “in serie”. In questo modo si ricava il valore inferiore della resistenza termica R”_T. b)      un secondo calcolo considerando invece la struttura come una serie di sezioni affiancate l’una all’altra, messe cioè “in parallelo”. Da qui si ricava il limite superiore della resistenza termica del pannello R’_T .

Le resistenze R delle singole porzioni si calcolano dividendo gli spessori per le relative conducibilità:

La resistenza totale  della struttura viene infine calcolata come media dei due calcoli:

Vediamo quindi come si procede nel caso dell’esempio.

Calcolo del Limite Inferiore della resistenza termica totale

Gli strati in cui suddividere la struttura sono 5:

1. Crosta interna in CLS
2. Cordoli in calcestruzzo (c) + pannelli di isolante (i)
3. Primo strato di isolamento per il taglio termico (t) + elemento di connessione in CLS (e)
4. Secondo strato di isolamento (t)
5. Crosta esterna in CLS

Le resistenze degli strati 2 e 3, che sono composti da materiali misti, va calcolata considerando le resistenze “in parallelo” dei diversi materiali, pesate conla percentuale delle rispettive aree rispetto all’area totale.

Si ha cioè:

e

con

La resistenza totale del pannello visto come pacco di strati è detta “LIMITE INFERIORE DELLA RESISTENZA TERMICA TOTALE” e si ottiene sommando alle resistenze superficiali interna ed esterna, le resistenze degli strati:

si ha quindi:

Calcolo del Limite Superiore della resistenza termica totale

Per calcolare il limite superiore delle resistenza del pannello, bisogna suddividere la struttura nelle parti che hanno una composizione omogenea. In questo caso identifichiamo 3 diverse sezioni: a)      I cordoli centrali e laterali (c), costituiti da calcestruzzo e dai due strati di isolamento del taglio termico, senza la porzione relativa all’elemento di connessione poiché in questa zona c’è una riduzione dello spessore dell’isolamento b)      Le parti centrali in corrispondenza dei pannelli isolanti (p) c)       I due elementi di connessione (e), che a differenza dei cordoli hanno un solo strato di isolante Si calcolano quindi le resistenze di ogni sezione, rapportandole alla porzione dell’area che la sezione occupa nel pannello e poi si sommano mettendole in parallelo con le resistenze delle altre sezioni.

Si ha cioè:

con e La resistenza totale della struttura, come già detto, si ottiene dalla media dei due calcoli:

Limiti di validità del calcolo semplificato

La norma UNI EN ISO 6946 definisce anche l’errore (e) del calcolo della resistenza, dovuto al metodo semplificato: Il punto 6.2.1 della norma chiarisce che l’impiego del metodo di calcolo semplificato è valido finché il rapporto tra i limiti Superiore ed Inferiore della Resistenza non supera 1,5. Vale a dire che l’errore non deve essere superiore al 20%. Se l’errore è superiore, il calcolo deve essere eseguito agli elementi finiti in conformità alla UNI EN ISO 10211, utilizzando MOLD SIMULATOR. Spesso il progettista o il termotecnico eseguono il calcolo della trasmittanza termica di strati non omogenei utilizzando i soli coefficienti di superficie e non eseguono una verifica dell’errore, finendo per adottare dei valori sbagliati e non a norma.

Gli altri articoli sul calcolo delle strutture termicamente non omogenee:

PARTE 2: TRASMITTANZA DI UN PANNELLO PREFABBRICATO IN CLS CON LAYER COMPOSER (metodo semplificato)

Tutorial su come usare il software LAYER COMPOSER per effettuare il calcolo di strutture non omogenee e per verificare il limite di accettabilità del metodo semplificato.

PARTE 3: TRASMITTANZA DI UN PANNELLO PREFABBRICATO IN CLS CON MOLD SIMULATOR (metodo numerico)

Video utile per capire come usare Mold Simulator nel calcolo della trasmittanza e del ponte termico PSI di strutture complesse, usando lo strumento di sezione ponte.