I ponti termici in edilizia ed i riferimenti normativi

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La minimizzazione del consumo di energia negli edifici ed il generale miglioraramento delle prestazioni termiche dell’involucro edilizio, è diventata sempre più importante nella attuale richiesta di sostenibilità ed efficienza energetica.

Tutti i recenti regolamenti edilizi includono requisiti per ridurre il flusso di calore attraverso le pareti, i tetti ed i pavimenti. La realizzazione di un isolamento dell’edificio è un modo ovvio per ottenere questo, ma tale isolamento non è efficace se ci sono vie di dispersione del calore intorno ad esso.

Per questo motivo i vari codici e gli standard si stanno progressivamente orientando verso requisiti basati sulla Resistenza Termica Effettiva, al fine di identificare e ridurre al minimo i ponti termici nell’involucro dell’edificio.

I ponti termici possono essere definiti come aree localizzate in cui la conducibilità termica è maggiore rispetto alle zone adiacenti. Una tipica situazione di ponte termico in un involucro edilizio si ha laddove un materiale di alta conducibilità, ad esempio un elemento strutturale metallico, penetra lo strato di isolamento. La presenza di un ponte termico nell’edificio comporta principalmente due risultati:

  • Maggior trasferimento di calore attraverso l’edificio;
  • Temperature superficiali più basse sul lato caldo del manufatto.

Alcune possibili conseguenze di queste condizioni sono:

  • Maggior consumo di energia per il riscaldamento;
  • Maggiore consumo di energia per il raffreddamento;
  • Non conformità con i regolamenti edilizi;
  • Disagio a causa di superfici fredde;
  • Formazione di condensa sulle superfici fredde, che, a sua volta potrebbe portare a:
    • Corrosione degli elementi in metallo e della struttura;
    • Deperimento dei materiali lignei;
    • Macchie visibili sulle superfici interne o esterne dovute alle variazioni di temperatura superficiale e alle differenti capacità di asciugatura;
    • Riduzione delle prestazioni dell’isolamento (in caso di condensa all’interno della struttura);
    • Crescita di muffe con le conseguenti preoccupazioni sanitarie.

Un obiettivo primario nella costruzione di qualsiasi involucro edilizio in climi freddi è di avere uno strato continuo e allineato di isolamento, tale da ridurre al minimo il numero, la dimensione e l’impatto dei ponti termici.

Molti progettisti non sono pienamente consapevoli di come alcuni comuni ponti termici possano compromettere il valore dell’isolamento installato.

Come verrà detto successivamente, il trasferimento di calore attraverso comuni ponti termici in un edificio ben coibentato può eguagliare il trasferimento di calore attraverso l’involucro coibentato stesso. Se i progettisti non considerano l’impatto dei ponti termici, non si realizzeranno gli obiettivi di efficienza energetica e di emissione di carbonio presenti nella maggioranza dei regolamenti europei utilizzati per stabilire la conformità.

Cos’è un ponte termico

L’efficienza termica di un edificio è funzione delle prestazioni termiche degli elementi planari (es. parete, tetti, finestre) e delle perdite di calore locale che possono verificarsi intorno agli elementi planari dove siano penetrati da componenti edilizi conduttori di calore.

Queste aree di elevato flusso locale di calore, note comunemente con il nome di ponti termici, possono avere un significativo impatto sulle prestazioni termiche dell’involucro dell’edificio e sul consumo di energia.

Nell’ambito di una valutazione termica dell’involucro edilizio, le perdite di calore causate da penetrazioni o altri simili effetti locali devono essere calcolate e, dove necessario, minimizzate, in modo tale che la efficienza termica dell’involucro dell’edificio risulti entro limiti accettabili.

I ponti termici possono essere identificati utilizzando le termocamere. I ponti termici verranno visualizzati come aree a più alta temperatura e, quando osservate dall’esterno di un edificio, in genere appariranno di colore rosso o arancione. Questo è illustrato nella figura 1, dove le temperature più alte (cioè i ponti termici) intorno alla porta, alla finestra e al balcone possono essere identificati a causa del maggior trasferimento di calore attraverso il rivestimento.

edificio residenziale con ponti termici
Fig.1: immagine termica di edificio residenziale con ponti termici. Credits: Schöck Ltd

Basse temperature delle superfici esterne mostrano che queste sono zone ben isolate, quindi c’è molto minor flusso di calore dall’interno verso l’esterno. Le aree a bassa temperatura in genere appaiono di colore blu o verde.

La figura 2 mostra un balcone ben isolato, con una bassa temperatura superficiale (blu) derivante dal ridotto trasferimento di calore attraverso il rivestimento.

edificio residenziale con ponti termici minimizzati
Fig.2: immagine termica di edificio residenziale con ponti termici minimizzati. Credits: Schöck Ltd

Le cause dei ponti termici

I ponti termici sono zone localizzate a bassa resistenza termica. L’entità del flusso di calore attraverso un ponte termico dipende da diversi fattori:

  • La differenza di temperatura attraverso il ponte termico;
  • La conducibilità termica dei materiali che attraversano lo strato di isolamento;
  • L’area della sezione trasversale del ponte termico;
  • Quanto facilmente il calore può entrare e uscire dal ponte termico che, a sua volta, dipende da:
    • L’ampiezza dell’area e la resistenza superficiale delle superfici del ponte termico (una verso la fonte di calore ed una dove il calore viene dissipato);
    • percorsi di flusso termico laterali, nell’involucro, che possono portare il calore da e verso il ponte termico.

È intuitivo dire che “il calore prende il percorso più semplice”, ma a volte è molto difficile analizzare quali siano questi percorsi tridimensionali, quanto calore vi passi attraverso e ciò che effettivamente accade quando si blocca uno di questi percorsi.

Nella realtà, prima della disponibilità di modelli simulati al computer in 2D e 3D, questa analisi è stata quasi impossibile.

Il riconoscimento della importanza dei ponti termici – e quali sia il modo migliore per minimizzarli – è cresciuto in stretta correlazione con la disponibilità di tali strumenti di calcolo.

Per poter procedere alla loro minimizzazione, resta comunque indispensabile comprendere i principi alla base del flusso di calore attraverso i ponti termici.

Ponti termici dovuti ai materiali

Il tipo più ovvio di ponte termico si verifica quando un elemento termicamente conduttivo passa attraverso uno strato isolante. Un tipico esempio potrebbe essere quello di bulloni di ancoraggio che ttraversano uno strato di isolamento, vedi figura 3.

Questi bulloni di ancoraggio in acciaio consentono un maggior flusso di calore rispetto all’isolamento circostante.

Ponti termici dovuti ai materiali
Fig.3: vista in sezione dei 2 materiali. In grigio scuro quello ad alta conducibilità (acciaio), in grigio chiaro quello a media conducibilità (cemento). Le frecce indicano la direzione del flusso di calore. Credits: Schöck Ltd

Ponti termici dovuti alla geometria

Un altro tipo di ponte termico dipende dalla geometria. Questi ponti di origine geometrica possono verificarsi quando la superficie di emissione del calore è maggiore della superficie di assorbimento del calore stesso. Gli angoli di un edificio sono un tipico esempio, vedi figura 4. Le superfici interne dell’angolo risultano più fredde delle altre poiché il calore può dissiparsi in misura maggiore data la più ampia superficie di emissione.

Ponti termici dovuti alla geometria
Fig.4: vista in sezione di un angolo di un edificio. Le frecce indicano la direzione del flusso di calore, dalla zona calda alla zona fredda. Credits: Schöck Ltd

Ponti termici strutturali

Un ponte termico strutturale può verificarsi ogni volta che si è in presenza di un collegamento strutturale. In pratica, le connessioni strutturali spesso portano ad alte perdite di calore e basse temperature superficiali nella stanza. La formazione di condensa e muffe può essere causata da ponti termici strutturali.

Negli elementi non isolati a sbalzo quali i balconi, l’interazione tra il ponte termico geometrico (per la presenza dello sbalzo) ed il ponte termico da materiali (strato di isolamento termico attraversato da cemento armato o acciaio) porta ad una perdita di calore significativa, vedi figura 5.

I balconi a sbalzo ed i bordi della lastra esposta sono considerati i più critici ponti termici dell’involucro edilizio. Gli sbalzi non isolati causano ingenti perdite di calore e signicativamente riducono la temperatura superficiale interna. Di conseguenza, aumenta anche il rischio di crescita di muffa in prossimità della intersezione tra la lastra a sbalzo e la parete esterna, vedi parte destra della figura 5 .

Ponti termici strutturali
Fig.5: a sinistra immagine termica che evidenzia un ponte termico strutturale. A destra, formazione di muffa favorita dalla più bassa temperatura interna. Credits: Schöck Ltd

Il calcolo dei ponti termici: la nuova normativa

Con la revisione delle norme UNI TS 11300 del 2 ottobre 2014, le modalità di calcolo del contributo dei ponti termici alla prestazione energetica di un edificio sono state modificate.

Con tale revisione, viene eliminato ogni tipo di calcolo semplificato, che ricorreva alle maggiorazioni percentuali, e si impone l’obbligo di calcolare i ponti termici in modo analitico e dettagliato.

Le modalità di calcolo del contributo dei ponti termici, con la revisione 2014 delle norme UNI TS 11300, rimangono sostanzialmente due:

  1. Calcolo agli elementi finiti secondo la norma UNI EN ISO 10211. Questo metodo divide la sezione analizzata in celle (mesh), ognuna rappresentando un nodo di calcolo. L’analisi può essere condotta in maniera bi oppure tri-dimensionale. Come risultato si ottengono le trasmittanze termiche lineiche, le trasmittanze termiche puntuali e le temperature superficiali minime. Per quanto riguarda i serramenti, il nodo dell’attacco del telaio del serramento al muro deve essere analizzato secondo la norma UNI EN ISO 10221, mentre la norma UNI EN ISO 10077 definisce il metodo di calcolo della trasmittanza termica specifica del serramento, usando un metodo ad elementi finiti più preciso.
  2. Utilizzando Abachi o Atlanti dei Ponti Termici conformi alla Norma UNI EN ISO 10211, quale l’Abaco dei Ponti Termici CENED.

Riferimenti Normativi

UNI/TS 11300, UNI EN ISO 14683, UNI EN ISO 10211, UNI EN ISO 10221, UNI EN ISO 10077, UNI EN ISO 13788, D.lgs 311/06, D.P.R. 59/2009.