Comportamento termoigrometrico strutture edili

Regime dinamico variabile stagionale (estate/inverno)

Il consumo energetico è ormai superiore per la climatizzazione estiva rispetto a quella invernale: ciò richiede che il tecnico effettui una verifica termoigrometrica in regime dinamico, considerando un ampio numero di parametri dei materiali che compongono le strutture edili di compartimentazione esterna dell’edificio.

In tutti questi anni il calcolo termoigrometrico si è sviluppato secondo lo schema semplificato della vecchia norma ISO 13788 (Glaser): la semplificazione era ed è forte, prevedendo una verifica in regime statico, ovvero “congelando” le condizioni termo igrometriche invernali di un istante ed estendendole come se permanessero tali per mesi. Questa semplificazione drastica, soprattutto nel caso di posa dell’isolante termico in intercapedine o all’interno (cappotto interno), richiede l’obbligo di utilizzare una barriera al vapore da porre sul lato caldo dell’isolante al fine di evitare il deterioramento delle strutture a causa della formazione di condensa interstiziale.

Ma il lato caldo dell’isolante è interno in periodo invernale ed esterno in periodo estivo: se quindi si considera l’andamento stagionale, non è possibile determinare l’esatta collocazione della barriera al vapore. 

Di più, la nostra esperienza pluridecennale nell’utilizzo di materiali isolanti impermeabili all’acqua ma permeabili al vapore, come il sughero biondo naturale SoKoVerd, ha sempre smentito in modo eclatante tale rischio: nella realtà, non si verifica alcun fenomeno di condensa interstiziale. Quindi, di fatto, il metodo di calcolo in regime statico non riproduceva correttamente la realtà delle cose. Solo una valutazione dinamica del regime termo igrometrico estesa su un ampio ciclo di vita del manufatto può dare delle risposte corrette.

Nel giugno 2013 la norma ISO 13788 è stata aggiornata, recependo al suo interno i metodi avanzati di calcolo riportati dalla norma UNI EN 15026.

Questa norma pubblicata già dal 2007 propone un modello di calcolo predittivo più accurato che permette di analizzare il comportamento termoigrometrico dei diversi strati di una struttura in condizioni più aderenti alla realtà. Si tratta infatti di una metodologia che consente di eseguire il calcolo in regime dinamico, a partire dalla fase di cantiere per raggiungere 10 e più anni di esercizio, basandosi sui dati meteorologici storici proiettati nel futuro per caratterizzare le condizioni nel sito specifico ove si colloca l’edificio.

I diversi parametri di temperatura e umidità variano nel tempo: il modello di calcolo ne tiene conto, correlandoli anche alle variazioni giornaliere e stagionali, al comportamento dell’utenza nella gestione delle condizioni termoigrometriche dell’alloggio e considerando anche gli eventi meteorologici (irraggiamento solare e pioggia) influenti sul comportamento delle strutture e sulla migrazione del vapore al  loro interno.

La maggiore accuratezza ha un prezzo da pagare: i dati tecnici dei materiali che sono necessari per una corretta evoluzione dell’algoritmo sono molto maggiori di quelli occorrenti per il calcolo semplificato, richiedendo all’operatore competenze specifiche per l’opportuna scelta dei parametri da inserire.

Il modello di Glaser (UNI EN ISO 13788)

C’era una volta la Glaser: da molti anni ormai, nella progettazione edile, uno degli elementi su cui si concentra l’attenzione dei professionisti nel settore è la prestazione termica ed igrometrica dei componenti che costituiscono le strutture architettoniche dei fabbricati. Il “nocciolo della questione”, ovvero l’oggetto di studio di termotecnici e progettisti, è la valutazione della temperatura superficiale interna, per evitare la formazione di umidità superficiale critica e la condensazione interstiziale.

Metodo di calcolo standardizzato

Il metodo di calcolo standardizzato e semplificato (secondo UNI EN ISO 13788) ha consentito di determinare l’eventuale formazione di condensa nelle stratigrafie edili ed ha orientato di conseguenza le scelte architettoniche relative ad un progetto.

Le importanti approssimazioni introdotte, oltre al già citato regime statico utilizzato per il calcolo, se da un lato semplificano l’impianto di calcolo, dall’altro rappresentano i limiti di attendibilità dei risultati.

Il regime statico “condanna” la struttura in esame a vivere in un inverno perenne, non potendo seguire l’evoluzione dinamica dei parametri di calcolo che invece variano nel tempo, con l’alternanza del dì e della notte e con l’evoluzione delle stagioni, e sono condizionati dai fenomeni di irraggiamento e precipitazioni meteoriche. Ma il metodo semplificato non riesce a seguire un’altra delle problematiche emerse in questi anni, ovvero la necessità assoluta di contenere i consumi energetici per il condizionamento estivo degli alloggi, dato che risultano ormai superiori a quelli invernali.

Metodo di Glaser nell’edilizia

L’utilizzo comune del metodo di Glaser nell’edilizia da parte dei professionisti può quindi essere immaginato come un sistema semplice e rapido per dimensionare grossomodo le stratigrafie standard di base dei componenti architettonici di un progetto edilizio, in modo da prevenire con ampio margine criticità delle strutture edilizie dal punto di vista termo-igrometrico.

Per l’affinamento successivo delle stratigrafie, anche eventualmente riducendo il numero di elementi di un componente murario (per esempio annullando tassativamente l’inserimento di una barriera vapore non indispensabile), è opportuno utilizzare i metodi predittivi più avanzati che restituiscano in analisi valori più precisi e reali.

Il calcolo termoigrometrico in regime variabile (UNI EN 15026)

Come già detto, la verifica igroscopica ovvero l’analisi previsionale della formazione di condensa interstiziale in regime variabile, rappresentata dalla norma UNI EN 15026, supera i limiti del modello di Glaser e risponde all’esigenze di affinare i risultati per un dimensionamento idoneo delle strutture edilizie ed affrontare le problematiche connesse ai fenomeni di condensa interstiziale in regime variabile, considerando l’influenza dell’irraggiamento e della pioggia sulla migrazione del vapore, i fenomeni legati all’asciugatura delle strutture ed al comportamento dell’utenza.

L’adozione del nuovo metodo di calcolo (UNI EN 15026) più complesso (poiché considera ulteriori fattori influenti sul regime termo-igrometrico dei materiali), a complemento del metodo (UNI EN ISO 13788) semplice consolidato e condiviso da termotecnici e progettisti edili, è un passaggio delicato e non banale che comporta un’integrazione dell’esperienza professionale maturata nel corso degli anni da parte dei tecnici e con molta probabilità animerà nei prossimi anni dialoghi e confronti tra i professionisti nel campo specifico.

Vantaggi

Il vantaggio principale dell’approccio combinato dei due metodi, il passaggio “evolutivo” che porta ad integrare all’impianto di calcolo semplificato a regime statico il metodo di valutazione in regime variabile, consente di eliminare l’annoso problema di dover giustificare, per esempio, un risultato del metodo di Glaser, il quale evidenzia formazione di condensa interstiziale in una struttura edilizia che però non è confermata dall’esperienza in opera.

Il comportamento termoigrometrico della struttura può poi essere esaminato in periodo invernale e in periodo estivo, permettendo di affrontare le più recenti esigenze dettate dalla necessità di contenere i consumi energetici globali.

Un’altra problematica che può essere sviscerata tramite il metodo a regime variabile è quella relativa al comportamento nel tempo dell’umidità di cantiere presente nei diversi materiali delle strutture e la sua interazione con eventuali barriere e freni al vapore, registrata in opera ma non identificata dal metodo a regime statico.

Tale verifica viene effettuata valutando l’evoluzione su ampi archi temporali (anni), in base ai dati meteorologici storici che permettono di riprodurre l’evoluzione dei principali parametri nel futuro.

Dott. Marco Raimondi

Il procedimento di calcolo a regime variabile ed i risultati

Il procedimento di calcolo della prestazione termoigrometrica a regime variabile si sviluppa a partire dalla costruzione della stratigrafia dell’elemento opaco da analizzare, attingendo dalla banca dati interna i valori oltre che dei parametri canonici (conducibilità termica, densità e resistenza alla diffusione di vapore acqueo) anche di ulteriori fattori igroscopici (porosità, l’umidità di cantiere di ogni singolo strato, la prestazione d’accumulo dell’umidità, coefficienti di assorbimento e trasporto d’acqua dei materiali, il colore della facciata che determina l’assorbimento di energia trasmessa per irraggiamento solare).

Una volta costruito l’elemento strutturale è necessario inserire i dati di orientamento cardinale del provino, i valori dei parametri climatici esterni del luogo ove si realizza il progetto e i valori climatici all’ambiente interno. A seguito dell’esecuzione del calcolo il software restituisce un serie di risultati tra i quali il valore di contenuto d’acqua totale dell’elemento (in kg/m2) e i valori di contenuto d’acqua nei singoli strati (in kg/m3) e produce grafici dell’andamento della temperatura e della temperatura di rugiada internamente ad ogni componente della stratigrafia: la formazione di condensa interstiziale ad una fissata profondità della struttura viene determinata in corrispondenza di una eventuale intersezione di queste due curve (curva della temperatura e curva della temperatura di rugiada).

Le dinamiche previsionali dell’andamento della temperatura, dell’umidità relativa e del contenuto d’acqua all’interno della stratigrafia possono essere apprezzate e analizzate visivamente attraverso un’animazione che presenta le oscillazioni giornaliere dei parametri termoigrometrici per tutti i giorni dell’anno e per più anni, con il naturale susseguirsi delle stagioni e considerando gli eventi meteorologici, l’esposizione della singola struttura e il colore di facciata.

Dott. Marco Raimondi