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Anche se l’attenzione principale delle prestazioni ambientali degli edifici è ora sul consumo di carbonio, c’è ancora bisogno di considerare le prestazioni termiche del tessuto edilizio come un fattore che contribuisce. Le prestazioni termiche si misurano in termini di perdita di calore e sono comunemente espresse nell’industria delle costruzioni come valore U o valore R. I calcoli del valore U saranno invariabilmente richiesti quando si stabiliscono le strategie di costruzione. Un certo numero di termini hanno significati sottilmente simili, e interpretazioni contrastanti possono essere trovate su internet. Le varie terminologie, e come si relazionano tra loro, sono spiegate in questo articolo.

Valore U, o trasmittanza termica (reciproco del valore R)

La trasmittanza termica, conosciuta anche come valore U, è il tasso di trasferimento del calore attraverso una struttura (che può essere un singolo materiale o un composto), diviso per la differenza di temperatura attraverso quella struttura. Le unità di misura sono W/m²K. Più una struttura è isolata meglio, più basso sarà il valore U. La lavorazione e gli standard di installazione possono influenzare fortemente la trasmittanza termica. Se l’isolamento è montato male, con lacune e ponti freddi, allora la trasmittanza termica può essere molto più alta di quanto desiderato. La trasmittanza termica tiene conto della perdita di calore dovuta alla conduzione, alla convezione e alla radiazione.

Calcolo del valore U

Il calcolo di base del valore U è relativamente semplice. In sostanza, il valore U può essere calcolato trovando il reciproco della somma delle resistenze termiche di ogni materiale che compone l’elemento edilizio in questione. Si noti che, oltre alle resistenze dei materiali, anche le facce interne ed esterne hanno delle resistenze che devono essere aggiunte. Questi sono valori fissi.

Ci sono un certo numero di norme che coprono i metodi di calcolo per la trasmittanza termica. Queste sono elencate nella sezione ‘Link utili e riferimenti’ alla fine di questo articolo.

I calcoli semplici del valore U possono essere fatti nel modo seguente, considerando la costruzione dell’elemento edilizio strato per strato. Si noti, tuttavia, che questo non tiene conto dei ponti freddi (per esempio, da parte delle cravatte a muro), dei vuoti d’aria intorno all’isolamento, o delle diverse proprietà termiche, per esempio, dei giunti di malta. Questo esempio considera un muro ad intercapedine:

Materiale	Spessore	Conducibilità (valore k-valore)	Resistenza = Spessore ÷ conduttività (valore R)
Superficie esterna	–	–	0.040 K m²/W
Mattoni di argilla	0,100 m	0,77 W/m⋅K	0,130 K m²/W
Lana di vetro	0.100 m	0.04 W/m⋅K	2.500 K m²/W
Blocchi di cemento	0.100 m	1.13 W/m⋅K	0.090 K m²/W
Gesso	0.013 m	0.50 W/m⋅K	0.026 K m²/W
Superficie interna	–	–	0,130 K m²/W
Totale			2.916 K m²/W
Valore U =		1 ÷ 2,916 =	0,343 W/m²K

Nota che nell’esempio sopra, le conducibilità (valori k) dei materiali da costruzione sono liberamente disponibili online; in particolare dai produttori. In effetti, l’uso dei dati dei produttori migliorerà la precisione, quando i prodotti specifici da specificare sono noti al momento del calcolo. Sebbene sia possibile tenere conto dei giunti di malta nel calcolo di cui sopra, valutando la % di area di malta rispetto al blocco di muratura in esso inserito, si dovrebbe tenere presente che questa è una tecnica grezza rispetto al metodo più robusto stabilito nella BS EN ISO 6946I.

Misurare il valore U

Mentre i calcoli di progettazione sono teorici, si possono anche effettuare misurazioni post-costruzione. Queste hanno il vantaggio di poter tenere conto della lavorazione. I calcoli della trasmittanza termica per i tetti o le pareti possono essere eseguiti usando un flussometro di calore. Questo consiste in un sensore a termopila che è saldamente fissato all’area di prova, per monitorare il flusso di calore dall’interno all’esterno. La trasmittanza termica si ricava dividendo il flusso di calore medio (flusso) per la differenza di temperatura media (tra l’interno e l’esterno) su un periodo continuo di circa 2 settimane (o più di un anno nel caso di una lastra al piano terra, a causa dell’accumulo di calore nel terreno).

La precisione delle misurazioni dipende da una serie di fattori:

• Grandezza della differenza di temperatura (più grande = più accurata)
• Condizioni meteorologiche (nuvoloso è meglio che soleggiato)
• Buona adesione dei termopili all’area di prova
• Durata del monitoraggio (una durata maggiore consente una media più accurata)
• Più punti di prova consentono una maggiore precisione, per mitigare le anomalie

Due fattori di complicazione che possono influenzare le proprietà di trasmittanza termica dei materiali sono:

• Temperatura ambiente, a causa del calore latente tra gli altri fattori
• Gli effetti delle correnti di convezione (l’aumento della convezione contribuisce al flusso di calore)

Calcolatori di valori U

Come il calcolo dei valori U può essere lungo e complesso (in particolare quando per esempio si deve tenere conto dei ponti freddi), sono stati rilasciati numerosi calcolatori di valori U online. Tuttavia, molti di questi sono disponibili solo su abbonamento, e quelli gratuiti tendono ad essere troppo semplicistici. Un’altra opzione è quella di richiedere un calcolo ad esempio ad un produttore di isolanti, il cui prodotto viene specificato.

Building Regulations Approved L1A, L2A, L1B e L2B in Inghilterra e in Galles fanno tutti riferimento alla pubblicazione BR 443 Conventions for U-value calculationsII per le metodologie di calcolo approvate, mentre il documento di accompagnamento U-value conventions in practice. Esempi di lavoro utilizzando BR 443III forniscono un’utile guida.

Valore R, o isolamento termico (reciproco del valore U)

L’isolamento termico è l’inverso della trasmittanza termica; in altre parole, la capacità di un materiale di resistere al flusso di calore. I valori R sono più comunemente usati in alcune parti del mondo (per esempio in Australasia), in contrasto con la preferenza del Regno Unito per i valori U. Le unità di misura per la trasmittanza termica sono m²K/W e, di nuovo, una cifra più alta indica una migliore prestazione (in contrasto con la cifra più bassa desiderata per il valore U).

valore k, o conduttività termica (nota anche come valore lambda o λ; reciproco della resistività termica)

La conduttività termica è la capacità di un materiale di condurre calore. Di conseguenza, un’alta conduttività termica significa che il trasferimento di calore attraverso un materiale avverrà ad una velocità maggiore; si noti che questo dipende anche dalla temperatura. Le unità della conduttività termica sono W/m⋅K. A differenza dei valori U e R, tuttavia, i valori k non dipendono dallo spessore del materiale in questione.

Valore Y, o ammettenza termica, o coefficiente di trasferimento del calore

La capacità di un materiale di assorbire e rilasciare calore da uno spazio interno, al variare della temperatura di quello spazio, è chiamata ammettenza termica (o coefficiente di trasferimento del calore), ed è definita nella BS EN ISO 13786:2007 Thermal performance of building componentsIV. Questo fornisce anche la base per il ‘modello dinamico dell’impianto’ nella Guida A: Progettazione ambientaleV di CIBSE, che è usato per calcolare i carichi di raffreddamento e le temperature estive degli spazi. Più alta è l’ammettenza termica, più alta sarà la massa termica. L’ammettenza termica è simile alla trasmittanza termica (e usa le stesse unità di misura). Tuttavia, misura la capacità di accumulo termico di un materiale, cioè la capacità di un materiale di immagazzinare e rilasciare calore in un periodo di tempo, in genere 24 ore. In comune con la trasmittanza termica, le unità di misura sono W/m²K.

Nota che l’ammettenza termica “Y-value” non deve essere confusa con il fattore di ponte termico “y-value”, che è definito nella procedura di valutazione standard (SAP) Appendice K come derivato dalla trasmittanza termica lineare.

Valore Psi (Ψ), o trasmittanza termica lineare

La misura della perdita di calore dovuta a un ponte termico è definita trasmittanza termica lineare (in contrapposizione alla trasmittanza termica “ad area” che è altrimenti definita come valore U), con le unità di misura che sono, di nuovo, W/m²K. I valori Psi sono usati per generare i valori y (fattore di ponte termico) nell’appendice K della procedura di valutazione standard.

Resistenza termica (reciproco della conducibilità termica)

La resistività termica è la capacità di un materiale di resistere alla conduzione del calore attraverso di esso. Come il valore k, questa proprietà non dipende dallo spessore del materiale in questione. Le unità di misura della resistività termica sono K⋅m/W.

Conducibilità termica (reciproco della resistenza termica)

Si riferisce alla quantità di calore condotto attraverso un materiale di un dato volume, nell’unità di tempo, cioè il tasso di conduzione. Come tale, le unità di misura sono W/K.

Resistenza termica (reciproco della conduttanza termica)

Questa è una misura di quanto bene un materiale può resistere alla conduzione di calore attraverso di esso, e si misura in K/W. Come per la conduttanza termica, è una misura del tasso di trasferimento per un dato volume.

Massa termica

Fino ad ora ampiamente ignorata nell’industria delle costruzioni del Regno Unito, la massa termica (in contrasto con l’ammettenza termica) deriva dalla capacità termica specifica (la capacità di un materiale di immagazzinare calore rispetto alla sua massa), dalla densità e dalla conduttività termica (quanto facilmente il calore può viaggiare attraverso un materiale). La conduttività termica è usata da SAP 2009 sotto forma di valore ‘k’ (o kappa), nel calcolo del parametro della massa termica (TMP). Il valore ‘k’ è la capacità termica per unità di superficie della parte ‘termicamente attiva’ dell’elemento di costruzione (solo i primi 50 mm circa di spessore dell’elemento hanno un impatto reale sulla massa termica, poiché si riduce con l’aumentare della profondità dell’elemento; oltre i 100 mm l’effetto è trascurabile). Va notato che il valore ‘k’ è un’approssimazione, in quanto si fanno ipotesi sull’estensione dei volumi termicamente attivi di un materiale; inoltre ignora l’effetto della conduttività termica nel calcolare il periodo in cui il calore viene assorbito ed emesso dal materiale. BS EN ISO 13786VI fornisce un metodo più efficace per determinare la massa termica. La massa termica non deve essere confusa con l’isolamento.

L’importanza della massa termica non può essere sottolineata troppo, come illustrato da questi esempi:

Muro accumulato	U-valore	Ammissione termica	Massa termica
200mm mattone 13mm intonaco ‘umido’	2 W/m²K	4.26 W/m²K	169 kJ/m²K
100mm mattone 150mm intercapedine riempita di lana minerale 100mm blocco di cemento aerato 13mm cartongesso drylining su 10mm tamponi	0.19 W/m²K	1.86 W/m²K	9 kJ/m²K

Nota quanto sia scarsa la massa termica del moderno muro ad intercapedine, in confronto al muro in mattoni pieni. Sostituendo l’intonaco “umido” di 13 mm con il rivestimento a secco, tuttavia, l’ammissione può essere aumentata sostanzialmente:

Costruzione del muro	Valore U	Ammissione termica	Massa termica
100mm mattone 150mm lana mineraleriempito di lana minerale 100mm blocco di cemento aerato 13mm intonaco ‘bagnato’	0.19 W/m²K	2.74 W/m²K	60 kJ/m²K

Disaccoppiando il cartongesso in questo modo si può quindi vedere di rimuovere quasi completamente la massa termica effettiva in una casa costruita secondo gli standard e le tecniche moderne.

L’uso della massa termica per combattere il surriscaldamento estivo è discusso più in dettaglio nella serie di articoli L’adattamento al cambiamento climatico negli edifici: Calore in eccesso, parti unoVII e dueVIII.

Decremento

Descrive il modo in cui la densità, la capacità termica e la conduttività termica di un materiale, possono rallentare il passaggio del calore da una parte all’altra, e anche ridurre quei guadagni mentre lo attraversano. Questo ha quindi un’influenza sul rendimento termico di un edificio durante i periodi più caldi. Questi sono chiamati rispettivamente ritardo di decremento e fattore di decremento.

Fase chimica

Quando un materiale cambia stato da solido a liquido, o da liquido a gas, la conduttività termica di quel materiale può cambiare. Ciò è dovuto all’assorbimento e al rilascio di calore latente, e può avvenire anche su scale più piccole che possono essere vantaggiose nella costruzione.

I materiali stanno diventando sempre più facilmente disponibili che possono fornire un’alta massa termica da piccoli volumi. Conosciuti come materiali a cambiamento di fase (PCM), sono sostanze che possono immagazzinare e rilasciare calore latente, quando si fondono e solidificano rispettivamente in un intervallo di temperatura ristretto. Questi materiali possono essere microincapsulati all’interno di certi tipi di materiali da costruzione come il gesso o l’argilla, per formare pannelli di rivestimento delle pareti o piastrelle del soffitto. Possono anche essere macro-incapsulati, ad esempio, in piastre di scambiatori di calore per l’uso in unità di raffreddamento e ventilazione, e si sta studiando la possibilità di incorporarli in pannelli di schiuma PU, per applicazioni come pannelli di rivestimento compositi con rivestimento in metallo. Il vantaggio dei PCM è che possono fornire quantità significative di massa termica, pur essendo di per sé molto sottili; cioè la massa termica appare sproporzionatamente grande rispetto allo spessore fisico del materiale.

I PCM potrebbero offrire una soluzione pratica alla reintroduzione della massa termica negli edifici leggeri, per contrastare il surriscaldamento, e sono discussi più in dettaglio nella serie di articoli L’adattamento al cambiamento climatico negli edifici: Calore in eccesso (parte seconda)IX.

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