PARAMETRI CHE INFLUENZANO IL CARICO TERMICO DEGLI EDIFIC

Si è già detto in precedenza che gli impianti di climatizzazione debbono fornire all’edificio una quantità di energia termica (con il proprio segno) tale da compensare le variazioni delle altre componenti del bilancio energetico globale.

Lo studio in transitorio termico, più complesso e preciso, è di solito preferibile rispetto ad altri metodi semplificati ma la complessità delle equazioni differenziali di bilancio (vedi i Sistemi

Aperti nel Corso di Fisica Tecnica) rende questo tipo di analisi difficile da applicare nelle normali

applicazioni di progettazione impiantistica.

Nel corso si assumerà, come già detto in precedenza, che le condizioni esterne varino durante il giorno e nelle varie stagioni ma le condizioni interne siano costanti (edificio

termostatizzato) e quindi, anche per effetto dell’equazione di bilancio energetico dell’edificio, non

sono considerati gli accumuli termici. Naturalmente si tratta di una semplificazione calcolistica che, si vedrà, costringe ad introdurre una serie di fattori correttivi, di non agevole formulazione analitica, che rendono coerente e corretto (per quanto possibile!) il bilancio termico semplificato.

L’energia totale che gli impianti debbono fornire o sottrarre all’edificio prende il nome di

carico termico. Esso è sempre riferito a condizioni progettuali ben precise (ad esempio invernali o

estive) e a condizioni climatiche esterne convenzionali date da Norme Tecniche pubblicate dal CTI-

UNI o dal CNR. Suddividiamo, per semplicità operativa e per meglio potere applicare le disposizioni

legislative vigenti quasi esclusivamente per il riscaldamento invernale, lo studio dei carichi termici in due momenti distinti il carico termico invernale e il carico termico estivo.

4.7.1 LA TEMPERATURA ARIA-SOLE

Uno dei concetti più importanti per lo studio della Termofisica dell’edificio è quella della

Temperatura Aria-sole cioè di una temperatura fittizia che tiene conto contemporaneamente sia

degli scambi termici (conduttivi e convettivi) con l’aria esterna che dell’irraggiamento solare ricevuto. E’ sensazione comune che la temperatura esterna sia più elevata nelle zone soleggiate

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Le pareti esterne sono di solito di tipo multistrato e quasi sempre con isolamento termico. Ora gli studi sui transitori termici delle pareti hanno mostrato che la posizione dell’isolante termico è fondamentale per il comportamento della parete sia nei confronti del transitorio che dell’energia accumulata. Se l’isolante è posto all’esterno la massa della parete esterna partecipa all’accumulo termico, in base a quanto osservato in precedenza, ed anzi si trova nelle condizioni ideali di inibizione del flusso termico verso l’esterno con flusso solo verso l’interno. Se la posizione dell’isolante è intermedia allora partecipa all’accumulo termico solo la parte di parete fra l’aria interna e l’isolante. Infine se la posizione dell’isolante è all’interno della parete allora la massa capacitiva è quasi nulla e la parete non partecipa all’accumulo termico. Si osservi ancora che la posizione esterna dell’isolante porta a minori oscillazioni termiche rispetto alla posizione intermedia e, più ancora, rispetto alla posizione interna. Per le attenuazione le cose vanno in modo inverso.

i

rispetto a quelle in ombra. La valutazione della temperatura aria-sole fornisce indicazioni utili alla comprensione di questo fenomeno. Si supponga di avere la parete esterna di figura seguente soggetta ai flussi termici indicati e all’irraggiamento solare I. Il bilancio energetico complessivo sulla parete, tenendo conto dei flussi di calore per convezione e per radiazione, è dato dalla relazione:





Q hS T T IS [10]

Si definisca ora la Temperatura aria-sole “quella temperatura fittizia dell’aria esterna che

produrrebbe, attraverso una parete in ombra, lo stesso flusso termico che si ha nelle condizioni reali, ossia sotto l’azione simultanea della temperatura esterna e della radiazione solare”.

Per trovare Tas basta allora imporre che il flusso reale Q sia uguale al flusso termico che si

avrebbe per una parete in ombra a contatto con l’ambiente esterno a temperatura Tas:





Figura 13: Scambi termici di una parete esterna soleggiata.

Figura 14: Andamento della temperatura aria-sole per a=0.2 e a=0.9 per un dato irraggiamento.

Pertanto la temperatura aria-sole dipende dal fattore di assorbimento dei materiali, dalle

capacità di scambio convettivo e dall’irraggiamento solare. q I q q C ie lo c

In particolare, osservando i fattori di assorbimento per lunghezze d’onda corte10 (c)nella

tabella seguente, si intuisce il perché, nell’Architettura Mediterranea le pareti esterne degli edifici siano bianche e che questa sia caratterizzata dal bianco, cioè che sia un’Architettura solare.

Se si assume h= 25 W/(m²K) e si prendono in considerazione due valori di irraggiamento tipici per le condizioni invernali ed estive e due fattori di assorbimento =0.1 (latte di calce) e =0.5 (parete marrone) si ha la seguente tabella per la differenza di temperatura Tas - Ta:

 400 W/m² 800 W/m²

0.1 1.6 °C 3.2 °C

0.5 8 °C 16 °C

Tabella 2: Calcolo della differenza di temperatura aria sole meno ambiente

Si osserva che la parete chiara surriscalda meno in estate (3.2 °C contro 16 °C della parete scura) come avviene nelle zone mediterranee. D’altra parte se prevalgono le condizioni climatiche invernali la parete scura presenta un surriscaldamento maggiore (8 °C contro 1.6 °C).

4.7.2 EFFETTI DI MASSA DELLE PARETI INTERNE

Le pareti interne in edifici riscaldati hanno poca influenza sui disperdimenti energetici poiché spesso separano ambienti riscaldati alla stessa temperatura.

Esse, però, hanno effetti notevoli sull’inerzia termica degli edifici poiché, sottoposte ad irraggiamento solare, accumulano calore che viene poi restituito all’aria quando questa tende a raffreddarsi.

Nei calcoli di simulazione dei transitori termici questo effetto viene automaticamente tenuto in conto dalle equazioni di bilancio termico relative a tutti gli elementi costruttivi dell’edificio. Tuttavia, anche ai fini dell’applicazione della L. 10/91, è necessario conoscere la massa totale delle pareti interne e quindi la capacità termica dell’edificio data dalla somma dei prodotti fra la massa di ogni parete (interna ed esterna) ed il loro calore specifico.

I flussi che entrano in gioco nel sistema sono flussi termici radiativi a bassa lunghezza d’onda dovuti alla radiazione solare penetrante attraverso le superfici trasparenti e flussi radiativi ad alta lunghezza d’onda dovuti alla radiazione mutua fra le pareti.

4.7.3 PARETI TRASPARENTI

Le pareti trasparenti sono costituite dalle pareti vetrate che, per effetto della loro natura, producono non solamente effetti visivi gradevoli ma anche (e forse soprattutto) effetti notevoli sul comportamento termico generale di un edificio.

Questi componenti dovrebbero essere utilizzati sempre con attenzione da parte dei progettisti perché un loro uso smodato provoca veri e propri disastri energetici. L’uso di grandi pareti finestrate (finestre e nastro) porta ad avere forti dispersioni termiche in inverno ed altrettanto forti rientrate di calore in estate.

Inoltre l’inserimento di grandi superfici finestrate può avere conseguenze negative anche sulla verifica dei disperdimenti termici dell’edificio ai sensi del D.Lgs 192/05 e successive variazioni ed integrazioni. Le superfici vetrate, infine, modificano sensibilmente la temperatura media

radiante dell’ambiente e pertanto hanno influenza negativa sulle condizioni di benessere

ambientale interna agli edifici.

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Si ricordi che radiazioni solari di lunghezza d’onda corta sono quelle con  < 3 m mentre al di là di questo limite si hanno le lunghezze d’onda lunghe. La radiazione solare è per il 98% compresa entro i 3 m e quindi è considerata come lunghezza d’onda corta. Non così avviene per le radiazioni emesse dai corpi all’interno di un ambiente. Infatti per la legge di Wien ad una temperatura di 30° si hanno  dell’ordine di 10 m.

Figura 15: La piramide del Louvre a Parigi