6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 73 interstiziale
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa interstiziale
L'analisi in regime dinamico monodimensionale per la valutazione delle prestazioni igrometriche delle sezioni dell'involucro edilizio e della condensa interstiziale può essere realizzata mediante il software WUFI sviluppato da Fraunhofer IBP del quale si è utilizzata una versione studenti, non commerciale, concessa dall'azienda per lo svolgimento del lavoro di Tesi. Tale software tiene conto di alcuni parametri che non sono considerati nell'analisi in regime statico di cui si riporta un elenco:
• Effetto dell'irraggiamento solare;
• Umidità di costruzione presente nei materiali;
• Ingresso di umidità dovuta all'acqua piovana;
• Assorbimento dell'umidità di risalita;
• Effetto del contenuto d'acqua sulla conduttività termica.
6.1. Dati di input
Il procedimento di calcolo della prestazione termoigrometrica in regime dinamico si sviluppa in primo luogo dalla costruzione della stratigrafia dell’elemento opaco da analizzare prendendo dalla banca dati interna molto parametri specifici di cui se ne riportano di seguito alcuni più indicativi a livello di calcolo:
• Densità apparente (ρ );
• Porosità ( );
• Calore specifico (c);
• Conduttività termica ( );
• Resistenza alla diffusione del vapore ( );
• Contenuto d'acqua (w);
• Coefficienti di trasporto liquido ( ; )
Nel caso in oggetto, per ottenere un confronto tra i due metodi di analisi, si è cercato
di ricondurre i materiali presenti sulla banca dati di WUFI a quelli utilizzati su PAN
e provenienti dalla UNI 11552/2014, inserendo manualmente i parametri forniti dalla
norma e cercando, per gli altri parametri, di trovare materiali il più possibile simili
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 74 interstiziale
per quanto riguarda le caratteristiche igrotermiche. In fig. 6.1 si riporta un esempio del procedimento seguito sul software per la creazione di un materiale. Attraverso questa finestra si possono modificare le caratteristiche di base del materiale presente nella banca dati di WUFI per creare quello della stratigrafia oggetto di studio.
Fig. 6.1: Caratteristiche materiale sul software WUFI (esempio intercapedine in polistirolo) Si è proceduto così per la simulazione sul software delle cinque pareti multistrato analizzate nel § 4.2. "Analisi in regime stazionario delle pareti oggetto di studio".
Una volta costruito l’elemento strutturale si sono inseriti i dati di orientamento,
inclinazione e altezza della parete da simulare, poiché questi tre parametri impattano
sul calcolo del carico di pioggia battente e dell'irraggiamento solare incidente sulla
superficie in esame. Per quanto riguarda l'orientamento, la scelta si basa sul caso più
sfavorevole, ovvero il lato più esposto alla pioggia battente in base alla direzione
prevalente del vento che può essere determinata dal grafico riassuntivo per il vento
presente per ogni località (vd. fig. 6.5), oppure il lato nord nel caso si voglia
analizzare la formazione di condensa. Una volta deciso l'orientamento della chiusura
è necessario impostare l'inclinazione della parete che varia in funzione del tipo di
chiusura analizzata (verticale, copertura piana o inclinata). Nel caso in esame sono
state considerate solo pareti esterne verticali. Infine è richiesto di scegliere l'altezza
dell'edificio di cui s'intende studiare la chiusura poiché in base all'opzione scelta il
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 75 interstiziale
programma stima il carico di pioggia battente sul componente edilizio. Nel caso in esame si è scelto di analizzare un edificio isolato fino a dieci metri di altezza, caso piuttosto tipico nell'edilizia italiana. Un altro tema da affrontare per fornire informazioni sulle pareti da simulare è quello dei coefficienti di trasmissione superficiale che riguardano le caratteristiche delle superfici esterne e interne della parete. Di seguito si riportano i parametri che sono richiesti per la simulazione in questa fase:
• I coefficienti di scambio termico o coefficienti liminari (ℎ ;ℎ ) determinano lo scambio di calore fra il componente analizzato e l'ambiente. Essi dipendono dalle condizioni ambientali locali e sono assunti costanti. I valori tipici per l'Italia, e pertanto adottati nelle simulazioni in oggetto, sono 25 W/m
2K per la superficie esterna e 7.7 W/m
2K per la superficie interna e di conseguenza si ottiene il valore della resistenza termica delle superfici interna ed esterna.
• Il valore di permeabilità al vapore della superficie si imposta solo nel caso di membrane, barriere al vapore e strati sottili superficiali. In tal caso sono importanti esclusivamente i valori superficiali ed è buona regola evitare di creare materiali con spessori molto ridotti che potrebbero creare errori durante il calcolo. Nelle simulazioni effettuate questo parametro è stato ignorato.
• Il coefficiente di assorbimento a onde corte ( ) (vd. Tab. 6.1) determina la
frazione della radiazione solare incidente assorbita dalla parete. I valori
cambiano secondo il colore della superficie. Nel caso delle pareti prese in
esame, presupposte tutte intonacate, si è assunto un valore di 0.4 che
rappresenta un intonaco chiaro normale, condizione intermedia tra intonaco
chiaro (0.2) e intonaco scuro (0.6).
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 76 interstiziale
Tab. 6.1: Coefficiente di assorbimento a onde corte Materiali
Senza assorbimento -
Intonaco chiaro nuovo 0.2
Intonaco chiaro normale 0.4
Intonaco scuro vecchio 0.6
Pietra arenaria con patina 0.9
Pietra calcarea chiara 0.4
• Il coefficiente di emissione a onde lunghe ( ) determina l'emissione di radiazione termiche della superficie della parete e dipende dalla rugosità della superficie stessa. Il valore di riferimento è 0.9. Tale valore si applica nella simulazione solo nel caso sia attivo il bilancio esplicito radiativo. Questo è utilizzato nel caso in cui lo scambio di radiazioni tra la superficie e l'ambiente circostante giochi un ruolo per la determinazione di un valore accurato della temperatura superficiale dell'elemento, come nelle coperture piane. Questa funzione non è stata utilizzata nelle simulazioni effettuate poiché esse si riferiscono esclusivamente a chiusure verticali.
• La riflessione a onde corte (vd. Tab. 6.2) del terreno descrive la frazione di onde riflesse da una superficie orizzontale ed è un fattore utile soprattutto per superfici inclinate poiché esse ricevono direttamente le radiazioni riflesse del terreno. I valori cambiano a seconda del materiale di cui è composto il suolo.
Nelle simulazioni in oggetto si è usato un valore standard di 0.2.
Tab. 6.2: Valori di riflessione a onde corte a seconda del tipo di terreno
Tipologie terreno Riflessione
Nessuna riflessione -
Calcestruzzo 0.22
Sabbia 0.40
Superfici di edifici chiari 0.60
Terreno con erba fresca 0.26
Terreno con erba secca 0.25
Valore standard 0.20
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 77 interstiziale
• Il coefficiente di assorbimento della pioggia riduce la quantità di acqua piovana che colpisce effettivamente la superficie. Parte della pioggia, infatti, rimbalza sulla parete e non è coinvolta nell'assorbimento capillare. Il software permette di impostare il valore di tale coefficiente tra 0 e 1, dove 0 corrisponde ad assorbimento nullo (come nel caso di elementi esterni riparati o protetti da un rivestimento impermeabile) mentre 1 si adotta nel caso di coperture piane. Per situazioni intermedie il programma imposta automaticamente il valore più appropriato in base all'inclinazione della chiusura. Per chiusure verticali si assume 0.7.
Si devono poi definire le condizioni iniziali ovvero il contenuto di umidità all'inizio della simulazione che possono essere costanti per tutta la chiusura o diversi per ogni strato [11]. Riguardo a questo problema è stata realizzata un'analisi di sensibilità del contenuto di acqua iniziale (vd. § 6.3."Analisi in regime dinamico delle pareti oggetto di studio") nella quale si giustifica la scelta fatta.
Le impostazioni di calcolo riguardano anche la durata delle simulazioni compiute che nel caso in esame è di tre anni. Questo, infatti, è il periodo sufficiente in questo caso a raggiungere, verosimilmente, alla chiusura dell'elaborazione, l'equilibrio igrometrico con l'ambiente. La durata di tali simulazioni può arrivare anche a dieci anni quando l'equilibrio igrometrico viene raggiunto con maggiori difficoltà. Ogni simulazione sviluppata all'interno del lavoro di Tesi inizia il primo ottobre, in modo da non interrompere la stagione fredda, cosa che invece avviene cominciando il calcolo il primo gennaio. Si deve poi scegliere il passo temporale ovvero la frequenza con cui vengono inseriti questi dati climatici. Qui si è scelta la consueta cadenza oraria sia per i dati di input che per quelli di output. Inoltre è possibile compiere la simulazione trascurando l'effetto del trasporto di calore, dell'umidità e per semplici fenomeni igrometrici. In tutti i casi, tale procedimento non ha un significato fisico effettivo ma può servire per investigare l'influenza dei differenti fenomeni sul risultato calcolato. Nelle simulazioni effettuate in questo lavoro di Tesi si sono lasciate le impostazioni standard del programma considerando tutti i fattori.
Per quanto riguarda il clima, le simulazioni dinamiche richiedono dati specifici sia
per l'ambiente esterno sia per quello interno. Per quest'ultimo occorre conoscere la
temperatura dell'aria e l'umidità relativa, in genere su base oraria. In assenza di tali
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 78 interstiziale
valori, esistono tre norme (EN 15026, UNI EN ISO 13788 e ASHRAE 160) che permettono di determinare le condizioni al contorno interne attraverso approcci semplificati. La norma EN 15026, di cui si è discusso al § 5.1. " Valutazione del trasporto dell'umidità con una simulazione numerica" viene utilizzata, in mancanza di dati rilevati o più dettagliati, per la determinazione del clima interno negli edifici da analizzare. Secondo tale norma la temperatura dell'aria interna deriva dalla temperatura dell'aria esterna attraverso una funzione lineare che si riporta in fig. 6.2.
Fig. 6.2: Funzione che regola il clima interno di un edificio secondo la EN 15026/2007
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 79 interstiziale
La funzione di conversione si basa sul presupposto che la temperatura interna sia linearmente dipendente da quella esterna. Quindi, quando la temperatura esterna ( ) è inferiore a 10°C, quella interna ( ) si mantiene costante e pari a 20°C mediante il riscaldamento degli ambienti; per temperature esterne più elevate di 20°C, la temperatura interna si mantiene costante e pari a 25°C mediante il condizionamento.
L'equazione della retta inclinata che unisce i due tratti piani è = + 15. La variazione dell'umidità dell'aria interna ( ) deriva linearmente non solo dalla temperatura ma anche dal grado di occupazione dell'edificio che nel grafico riportato è rappresentato delle spezzate A e B. La spezzata A, che ha equazione = + 40, indica l'andamento dell'umidità interna in condizioni di normale affollamento mentre la B, con equazione = + 50, in condizioni di alto affollamento. Nei tratti piani si nota che l'umidità interna si mantiene costante (sempre differenziando le condizioni di affollamento) per valori della temperatura esterna minori di -10°C e maggiori di 20°C. Riguardo a questo tema si riporta in fig. 6.3 un andamento della temperatura di rugiada in base alle condizioni di temperatura e umidità relativa interna derivanti dalle sopracitate curve di riferimento per le condizioni interne con normale e alto affollamento.
Fig. 6.3: Andamento della temperatura di rugiada in base alle condizioni di temperatura e umidità relativa interna della UNI 15026
Per quanto concerne il clima esterno, come già specificato nei capitoli precedenti, sono state scelte cinque città italiane distribuite nelle varie zone climatiche presenti nel territorio. Tali dati, necessari a sviluppare questo tipo di simulazione, hanno al
0 5 10 15 20 25
-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
Temperatura di rugiada
Temperatura esterna
Tr (Affol. A) Tr (Affol. B)
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 80 interstiziale
momento come riferimento normativo la UNI 10349/2016 che però non contiene i valori orari della direzione del vento e delle precipitazioni. Per questo motivo sono stati usati i dati già presenti nella banca dati di WUFI di cui si riportano alcuni esempi in fig. 6.4, 6.5 che riguardano la località di Milano.
Fig. 6.4: Andamento della temperatura e dell'umidità relativa con dato orario per un anno, Milano (fonte: software WUFI).
Fig. 6.5: Diagrammi della somma della radiazione solare e della pioggia battente, Milano
(fonte: software WUFI).
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 81 interstiziale
Si è reso possibile ottenere i dati riguardanti le altre quattro città scelte (Cuneo, Roma, Napoli, Palermo) per condurre il confronto, tramite la base di dati Meteonorm di cui si è parlato nel § 2.4. " Raccolte dati internazionali e file climatici". Tale database è stato utilizzato grazie a una versione concessa dall'azienda per la presente Tesi di Laurea. Meteonorm permette di esportare, direttamente nel formato che utilizza il programma di calcolo (.WAC), i dati climatici di una qualsiasi località compresa tra quelle racchiuse nell'elenco e inoltre, tramite un'interpolazione dei dati realizzata grazie alle coordinate geografiche e all'altitudine del luogo scelto, permette di ottenere i dati climatici per una qualsiasi località e vederne, una volta terminata l'esportazione, i vari andamenti per ogni parametro come nel caso di Milano, sull'interfaccia del software WUFI. Naturalmente i luoghi che hanno maggiore presenza di stazioni meteo avranno una maggiore accuratezza nel calcolo dei dati.
Vista la necessità di utilizzare questi dati climatici provenienti dalla base di dati Meteonorm se ne è valutata l'affidabilità, confrontando i dati di temperatura di questo database e quelli della UNI 10349/2016. Da questo confronto è emerso che, pur essendo la base di dati differente, i valori di temperatura sono molto simili anche perché il periodo di osservazione è pressoché il solito. Facendo questo confronto per le cinque località analizzate si è ottenuta una differenza media tra i dati mensili di 0.9
°C e osservando nel grafico di fig. 6.6, nel quale è riportato a titolo d'esempio l'andamento delle temperature per Milano, si nota come lo scostamento sia minimo.
Fig. 6.6: Confronto dati di temperatura UNI 10349/2016 - Meteonorm, Milano
05 10 15 20 25 30
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Temperatura esterna
Mese
UNI 10349- 2016 Meteonorm
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 82 interstiziale
6.2 Valutazione dei risultati delle simulazioni
Una volta definiti i dati di input e lanciata l'analisi tramite il programma di calcolo, la fase successiva è quella della valutazione dei risultati di tali simulazioni che prevede un'analisi numerica prima che igrometrica dei dati di output delle simulazioni [12].
Riguardo alle verifiche igrometriche vere e proprie si chiariscono, nel paragrafo successivo, i punti importanti da prendere in esame e quali debbano essere i criteri di controllo o valori limite da rispettare secondo le normative vigenti e secondo la letteratura. Infine si presentano nel dettaglio gli esiti delle simulazioni e si confrontano con quelli ottenuti con l'analisi in regime stazionario.
Se i dati di input sono completi e formalmente corretti la simulazione mediante il software WUFI ha inizio e risolve simultaneamente, in maniera iterativa, tramite le equazioni accoppiate allo scambio termico e al trasporto di umidità, viste nel § 5.3.
"Equazioni risolutive", come schematizzato in fig. 6.7.:
Fig. 6.7: schema di risoluzione del software WUFI (fonte: Kunzel)
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 83 interstiziale
Al termine della simulazione ciò che si ottiene sono gli andamenti nel tempo dei profili di temperatura, umidità relativa e contenuto d'acqua all'interno della parete considerata oppure gli andamenti temporali degli stessi parametri nei singoli strati che la compongono. Tali risultati necessitano in primo luogo di una verifica della loro attendibilità numerica e plausibilità fisica. Solo in seguito è possibile procedere all'analisi igrometrica qualitativa e quantitativa dei risultati secondo i criteri di valutazione di seguito descritti.
La prima azione da intraprendere, una volta disponibili i risultati della simulazione, è quindi la verifica dell'attendibilità numerica dei dati di output e della loro plausibilità fisica. A questo scopo, al termine di ogni simulazione, il programma apre automaticamente una finestra in cui sono riassunti i dati relativi alle qualità del calcolo numerico della quale si riporta di seguito in fig. 6.8 un esempio per la parete 2 nella località di Milano.
Fig. 6.8: Finestra riassuntiva calcolo numerico parete 2 - Milano (fonte: software WUFI)
I dati qui riportati comprendono il numero degli errori di convergenza e la
quantificazione dei bilanci. I primi rappresentano la differenza tra la soluzione
numerica e quella esatta mentre i secondi indicano la variazione complessiva del
contenuto d'acqua totale e il flusso di umidità attraverso le superfici della soluzione
tecnica simulata. La presenza di notevoli differenze tra queste due grandezze sono
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 84 interstiziale
indice di problemi numerici e quindi risultati non affidabili. I problemi numerici sono legati principalmente a errori di convergenza emersi durante il processo iterativo della simulazione. Se tutto procede senza problemi si raggiunge il criterio di convergenza entro il numero massimo di iterazioni previste dal programma, in caso contrario, raggiunto il numero massimo di iterazioni ammesse, non si ottengono soluzioni intermedie che soddisfino i criteri di convergenza. In questi casi l'iterazione s'interrompe e il risultato è accettato segnalando al contempo la presenza di un errore. Il numero totale di errori, quindi, fornisce una prima indicazione circa l'affidabilità numerica dei risultati. Tuttavia è possibile che i criteri di convergenza siano stati non rispettati di poco e che la soluzione trovata sia prossima alla convergenza e dunque ugualmente accettabile. Nel caso in cui invece si abbiano notevoli differenze nei bilanci di massa questi sono indice di risultati non affidabili e quindi da escludere. Secondo quello che si è appena detto si può concludere che il numero di errori non è quindi indicativo dell'accuratezza dei risultati ed è necessario controllare i bilanci che rappresentano rispettivamente, come detto in precedenza, la variazione del contenuto totale d'acqua durante il periodo di calcolo (negativo significa asciugamento, positivo accumulo di umidità) e la somma dei flussi d'umidità attraverso le superfici (quantità d'acqua che entra ed esce dal componente analizzato). Se le differenze relative e assolute tra i bilanci sono elevate i risultati non sono affidabili mentre se si hanno piccole differenze queste sono trascurabili.
Se la valutazione numerica ha dato esito positivo si può procedere all'analisi delle
proprietà dell'elemento analizzato. Si esaminano quindi i risultati forniti da WUFI in
termini di contenuto d'acqua, temperatura, umidità e flussi di calore vedendo come
possono essere valutati. Per quanto riguarda il contenuto d'acqua il software fornisce,
nella sezione "grafici riassuntivi", una serie di diagrammi tra cui quello del contenuto
d'acqua totale e in ogni strato della soluzione tecnica simulata di cui si riportano gli
esempi in fig. 6.9 - 6.10 per la parete 2 nella località di Milano. In fig. 6.10 si riporta
il contenuto d'acqua all'interno dello strato isolante in quanto risulta il componente di
maggiore interesse all'interno dell'analisi.
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa Fig. 6.9: Grafico contenuto d'umidità totale parete
Fig. 6.10: Grafico contenuto d'umidità strato isolante parete WUFI)
Per mezzo di questi grafici è possibile eseguire delle prime valutazioni qualit
risultati offerti dalla simulazione. Per prima cosa è buona norma controllare se e quando la soluzione tecnica raggiunge il cosiddetto equilibrio dinamico con
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa interstiziale
: Grafico contenuto d'umidità totale parete 2 - Milano (fonte: software WUFI)
: Grafico contenuto d'umidità strato isolante parete 2 - Milano
Per mezzo di questi grafici è possibile eseguire delle prime valutazioni qualit
risultati offerti dalla simulazione. Per prima cosa è buona norma controllare se e quando la soluzione tecnica raggiunge il cosiddetto equilibrio dinamico con
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 85 (fonte: software WUFI)
Milano (fonte: software
Per mezzo di questi grafici è possibile eseguire delle prime valutazioni qualitative dei
risultati offerti dalla simulazione. Per prima cosa è buona norma controllare se e
quando la soluzione tecnica raggiunge il cosiddetto equilibrio dinamico con
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 86 interstiziale
l'ambiente una volta superata la fase di transitorio dovuta all'influenza delle condizioni iniziali. Nei primi anni di simulazione, infatti, si può avere un aumento o una diminuzione del contenuto d'acqua totale che è da considerarsi normale e, solo dopo che l'elemento ha raggiunto l'equilibrio con l'ambiente di contorno, si possono compiere valutazioni igrometriche di tipo quantitativo e a quel punto decidere se il contenuto d'acqua raggiunto è accettabile o meno valutando strato per strato.
Riguardo al contenuto d'acqua una valutazione da fare è che se questo diminuisce negli anni significa che l'elemento si sta asciugando e questa situazione non è problematica. Tuttavia se la parete in esame non raggiunge l'equilibrio dinamico, si può rilanciare la simulazione con umidità iniziale leggermente più bassa. Se invece si ha un contenuto totale d'acqua crescente negli anni, senza il raggiungimento dell'equilibrio, questo è indice di un potenziale problema poiché ciò può significare che l'intera soluzione adottata accumula acqua che non è in grado di smaltire all'esterno con conseguenti problemi di condensa, muffa, corrosione, etc. In questo caso si può rilanciare la simulazione con umidità iniziale più alta per cercare di raggiungere l'equilibrio con l'ambiente. Se l'analisi qualitativa del contenuto d'acqua totale ha dato esito positivo, cioè se l'elemento analizzato ha raggiunto l'equilibrio dinamico, è opportuno controllare il contenuto di umidità nei singoli strati per vedere che non vi sia accumulo anomalo di acqua in uno o più di essi. Si pone poi particolare attenzione all'analisi del contenuto d'acqua negli strati isolanti: un aumento di tale grandezza o comunque un contenuto d'umidità troppo grande può implicare un indicativo aumento della conducibilità termica dell'elemento coibente e dunque un aumento della trasmittanza termica dell'intero elemento da analizzare con cautela.
Per tutte le superfici prese in esame è possibile inoltre visualizzare, per valutare
l'eventuale presenza di condensa interstiziale, l'andamento della temperatura e
confrontarla con la temperatura di rugiada per la posizione di interesse critica posta,
nel caso in oggetto, sul lato esterno dell'isolante. Tramite i grafici, di cui si riporta un
esempio per la parete 2 nella località di Milano in fig. 6.11, si può condurre una
sorta di analisi puntuale in maniera per certi versi analoga a quanto visto
precedentemente con il metodo di Glaser.
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa Fig. 6.11: Grafico di confronto
dell'isolante, parete 2 -
Allo stesso modo viene analizzato il grafico temperat riporta l'esempio per la medesima parete
dell'isolante in modo da poter valutare l'eventuale presenza di condizioni che favoriscono la formazione della muffa.
Fig. 6.12: Grafico temperatu Milano (fonte: software WUFI)
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa interstiziale
di confronto temperatura - temperatura di rugiada - Milano (fonte: software WUFI)
Allo stesso modo viene analizzato il grafico temperatura-umidità relativa, di cui si riporta l'esempio per la medesima parete e località in fig. 6.12, per la parte interna dell'isolante in modo da poter valutare l'eventuale presenza di condizioni che favoriscono la formazione della muffa.
: Grafico temperatura - umidità relativa parte interna dell'isolante, (fonte: software WUFI)
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 87 temperatura di rugiada parte esterna
umidità relativa, di cui si per la parte interna dell'isolante in modo da poter valutare l'eventuale presenza di condizioni che
parte interna dell'isolante, parete 2 -
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa La differenza con il metodo di Glaser
dinamica e non considera solo la diffusione ma tutti i fenomeni fisici che il programma è in grado di simulare
controllo è la funzione "animazione" che
processi di trasporto e consente una più profonda comprensione dei fenomeni coinvolti e l'identifi
osservare l'andamento temporale dei profili (inclusi picchi e oscillazioni varie) di contenuto d'acqua, temperatura, umidità
umidi, presenza di pioggia e soleggiament animazione è riportato come esempio in
Fig. 6.13: Fermo immagine animazione parete
Un particolare tipo di diagramma che fornisce WUFI sono le isoplete
in cui l'umidità relativa sulla superficie esterna, interna e nelle altre posizioni d'interesse è rappresentata in funzione della temperatura. Tale grafico contiene un'informazione temporale. A
e diventano progressivamente più scuri fino a
simulazione. Ciò consente di riconoscere quanto spesso
condizioni igrometriche nella sezione analizzata. Inoltre il grafico mostra le isoplete limite sopra le quali è possibile
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa interstiziale
il metodo di Glaser è che la valutazione non è stazionaria ma dinamica e non considera solo la diffusione ma tutti i fenomeni fisici che il amma è in grado di simulare [13]. Oltre ai grafici, un utile strumento di controllo è la funzione "animazione" che permette di visualizzare istantaneamente i processi di trasporto e consente una più profonda comprensione dei fenomeni coinvolti e l'identificazione delle posizioni critiche. In contemporanea si può osservare l'andamento temporale dei profili (inclusi picchi e oscillazioni varie) di 'acqua, temperatura, umidità relativa, andamento dei flussi termici e presenza di pioggia e soleggiamento. Un fermo immagine finale di questa animazione è riportato come esempio in fig. 6.13.
: Fermo immagine animazione parete 2 - Milano (fonte: software WUFI)
Un particolare tipo di diagramma che fornisce WUFI sono le isoplete
cui l'umidità relativa sulla superficie esterna, interna e nelle altre posizioni interesse è rappresentata in funzione della temperatura. Tale grafico contiene un'informazione temporale. All'inizio del calcolo, infatti, i punti sono di colore gial e diventano progressivamente più scuri fino a raggiungere il nero
simulazione. Ciò consente di riconoscere quanto spesso si ripresentano condizioni igrometriche nella sezione analizzata. Inoltre il grafico mostra le isoplete
sopra le quali è possibile, ma non certa, la crescita microbiologica in quanto
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 88 è che la valutazione non è stazionaria ma dinamica e non considera solo la diffusione ma tutti i fenomeni fisici che il . Oltre ai grafici, un utile strumento di permette di visualizzare istantaneamente i processi di trasporto e consente una più profonda comprensione dei fenomeni cazione delle posizioni critiche. In contemporanea si può osservare l'andamento temporale dei profili (inclusi picchi e oscillazioni varie) di o dei flussi termici e Un fermo immagine finale di questa
(fonte: software WUFI)
Un particolare tipo di diagramma che fornisce WUFI sono le isoplete (vd. fig. 6.14),
cui l'umidità relativa sulla superficie esterna, interna e nelle altre posizioni
interesse è rappresentata in funzione della temperatura. Tale grafico contiene anche
i punti sono di colore giallo
raggiungere il nero alla fine della
i ripresentano certe
condizioni igrometriche nella sezione analizzata. Inoltre il grafico mostra le isoplete
la crescita microbiologica in quanto
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa essa dipende anche da altri fattori quali il tempo di permanenza in determinate situazioni igrometriche, la presenza
la formazione di muffa non è fisicamente possibile.
Fig. 6.14: Isoplete, superficie interna parete
Il problema della crescita microbiologica avrebbe necessità di essere analizzato in maniera più approfondita tramite una versione
specifico che non rientra nel lavoro di Tesi
6.3. Analisi in regime dinamico delle pareti oggetto di studio
Si procede ora alla descrizione e al commento dei risultati del dinamico delle cinque paret
pareti oggetto di studio
sul software WUFI all'interno del quale non si trova, come invece in PAN, una base di dati che riporta in maniera
nell'abaco della UNI
della base di dati presenti in WUFI agli elementi delle paret
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa interstiziale
essa dipende anche da altri fattori quali il tempo di permanenza in determinate situazioni igrometriche, la presenza di radiazioni UV, pioggia, etc.
ione di muffa non è fisicamente possibile.
: Isoplete, superficie interna parete 2 - Milano (fonte: software WUFI)
Il problema della crescita microbiologica avrebbe necessità di essere analizzato in maniera più approfondita tramite una versione del software dedicata a questo tema
che non rientra nel lavoro di Tesi.
.3. Analisi in regime dinamico delle pareti oggetto di
Si procede ora alla descrizione e al commento dei risultati del
dinamico delle cinque pareti elencate al § 4.2 "Analisi in regime stazionario delle pareti oggetto di studio". Come prima cosa si sono caricati tali elementi
sul software WUFI all'interno del quale non si trova, come invece in PAN, una base di dati che riporta in maniera fedele i materiali di cui sono costituite le pareti
della UNI/TR 11552/2014. Si è quindi proceduto utilizzando
base di dati presenti in WUFI, cercando di prendere quelli che più si avvicinano delle pareti scelte come visto nel § 6.1. "Dati di input"
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 89 essa dipende anche da altri fattori quali il tempo di permanenza in determinate
di radiazioni UV, pioggia, etc. Sotto dette curve
(fonte: software WUFI)
Il problema della crescita microbiologica avrebbe necessità di essere analizzato in dedicata a questo tema
.3. Analisi in regime dinamico delle pareti oggetto di
Si procede ora alla descrizione e al commento dei risultati dell'analisi in regime Analisi in regime stazionario delle
tali elementi strutturali
sul software WUFI all'interno del quale non si trova, come invece in PAN, una base
fedele i materiali di cui sono costituite le pareti presenti
utilizzando i materiali
i che più si avvicinano
.1. "Dati di input". Riguardo a tale
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 90 interstiziale
argomento si è materializzato un ulteriore problema riguardo al contenuto d'acqua di questi materiali. Le murature, infatti, cambiano le proprie caratteristiche tecniche e, nello specifico, anche la trasmittanza termica aumenta se si considera l'acqua contenuta all'interno dei materiali in fase iniziale, cosa che non era considerata nell'analisi in regime stazionario con il software PAN. Per analizzare tale problema e giustificare la scelta fatta nei dati di input del programma è stata realizzata un'analisi di sensibilità dei valori della trasmittanza termica delle pareti impostando il contenuto pressoché nullo come nell'analisi in regime stazionario e considerando il contenuto d'acqua dato di default dal software. Da questa analisi di sensibilità sono emersi dati di trasmittanza da confrontare con quelli forniti dalla UNI/TR 11552/2014, come si vede in seguito nella tab. 6.3:
Tab. 6.3: Valori di trasmittanza delle parete in base ai dati di input su WUFI
Parete
Valori di trasmittanza UNI
11552/2014
Contenuto d'umidità iniziale prossimo a 0 (simile a PAN)
Contenuto d'umidità iniziale di default WUFI
Trasm. diff. % Trasm. diff. %
1 1.10 1.099 0.01% 1.111 1%
2 0.60 0.612 2% 0.62 3.3%
3 1.14 1.135 0.44% 1.143 0.26%
4 0.27 0.27 0% 0.271 0.37%
5 0.52 0.522 0.38% 0.525 0.96%
I dati provenienti dall'analisi di sensibilità confermano che il contenuto iniziale di umidità all'interno delle murature peggiora la prestazione termoigrometrica di queste.
Si ha, infatti, un aumento dei valori di trasmittanza termica considerando i valori di default inseriti dal programma all'interno dei vari materiali rispetto a quelli riportati nella UNI/TR 11552/2014 e confermati nella simulazione con PAN che, come detto, non tiene conto del contenuto iniziale di umidità. Tenuto conto di questi risultati, si è scelto di condurre l'analisi in regime dinamico non partendo da un contenuto d'umidità zero bensì da quello impostato di default dal software WUFI per rendere più realistica la simulazione nonostante ci sia una differenza media di circa 1.2% dei valori di trasmittanza rispetto a quelli impostati nell'analisi in regime statico.
Realizzata l'analisi in regime dinamico per le cinque pareti nelle cinque località si
ottengono come output del software dei grafici riassuntivi, riportati in allegato, che
comprendono l'andamento del contenuto di umidità totale nella parete, quello del
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 91 interstiziale
contenuto di umidità in tutti gli strati e in particolare nello strato isolante, il confronto tra temperatura e temperatura di rugiada sull'esterno dello strato isolante per valutare la presenza di condensa interstiziale, il grafico temperatura-umidità relativa sullo strato interno dell'isolante e infine l'andamento attraverso il periodo di osservazione dei parametri di temperatura, umidità relativa e contenuto d'umidità.
Per quanto riguarda l'analisi in regime dinamico delle pareti analizzate nelle località scelte, si nota per prima cosa in una prima analisi numerica che tutte le simulazioni arrivano velocemente a convergenza e, inoltre, raggiungono una condizione di equilibrio che rende superfluo continuare il calcolo per un periodo maggiore di tre anni. L'analisi del risultato di queste simulazioni fa riferimento in primo luogo, tramite i bilanci e i grafici relativi al contenuto d'umidità totale, alla propensione della muratura a "smaltire" o viceversa a "generare" umidità da parte della muratura in un determinato ambiente. Riguardo al contenuto d'umidità totale si riporta l'esempio di un grafico in cui, per una parete (nell'esempio si vede la parete 2), si mostra come varia il contenuto di umidità totale al variare della località e allo scorrere del tempo (vd. fig. 6.15). Da tale grafico si denota un periodo di transitorio della durata di circa un anno durante il quale il contenuto d'acqua scende da un valore di poco superiore a 4.50 kg/m
2a una quantità che oscilla attorno a 3 kg/m
2in tutte le località considerate. Questa tendenza di diminuzione del contenuto d'umidità all'interno delle pareti è presente in tutte le strutture analizzate come si può vedere dai grafici riportati in allegato per quanto riguarda il contenuto d'umidità totale.
Tramite questo risultato si può affermare che le varie pareti in ogni zona climatica
raggiungono l'equilibrio dopo circa un anno, dopodiché il contenuto d'umidità totale
rimane pressoché costante con andamento ciclico al variare delle stagioni.
6. Applicazione dell'analisi in regime dinamico per il calcolo della condensa 92 interstiziale
Fig. 6.15: Contenuto d'umidità totale [kg/m
2] nel tempo [h]: esempio parete 2
In secondo luogo si prende in considerazione il contenuto d'umidità all'interno dei vari strati che compongono le murature con particolare attenzione agli strati isolanti.
Di ogni strato si valuta, come fatto per il contenuto d'umidità totale, la tendenza a smaltire o accumulare umidità e il dato riferito al contenuto d'umidità, valutato in kg/m
3e in percentuale in massa. Tramite questo parametro da confrontare, in assenza di limiti normativi, con alcune raccomandazioni trovate in letteratura, si valuta lo stato di fatto della muratura. Oltre al quadro normativo e giuridico italiano è importante conoscere le linee guida dell'International Association for Science and Technology of Buildings Maintenance and Built Heritage Conservation (WTA). Tale associazione si propone di promuovere la ricerca e la sua applicazione pratica nella manutenzione degli edifici [14]. Di particolare interesse per le verifiche igrometriche è la WTA 6-5 del 2014 sui sistemi di isolamento interno. Questa raccomanda che:
• Il lato freddo dell'isolante non superi valori di umidità relativa superiori al 95% e temperature superficiali inferiori a 0°C, per evitare formazione di ghiaccio;
• Il lato caldo dell'isolante non superi valori di umidità relativa superiori all'80% e temperature superficiali superiori a 13°C, per evitare la formazione di muffa.
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
1 1097 2193 3289 4385 5481 6577 7673 8769 9865 10961 12057 13153 14249 15345 16441 17537 18633 19729 20825 21921 23017 24113 25209
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