Glossario


ISOLAMENTO TERMICO

Definizione generale di isolamento termico
“La totalità di materiali, sistemi, tecniche e procedure atti a contenere lo scambio di calore da un corpo a temperatura più alta verso un corpo a temperatura più bassa”.

Definizione particolare di isolamento termico
“Totalità di materiali, sistemi e procedure atti a contenere il passaggio di energia sotto forma di calore dagli ambienti riscaldati di un involucro termico verso quelli non riscaldati e/o l’esterno (periodo invernale) e dall’esterno verso gli ambienti interni (periodo estivo)”.

MECCANISMI DI TRASMISSIONE DEL CALORE

Conduzione
La conduzione, da un punto di vista macroscopico, si manifesta come scambio di calore senza movimento apparente di materia, ed è dovuta alla cessione energetica da parte di molecole a più alta temperatura verso le molecole adiacenti a più bassa temperatura.
Come suggerisce il nome, avviene quando due corpi entrano in contatto tra di loro.
A questo punto le molecole del corpo a temperatura maggiore, dotate di energia cinetica più alta essendo essa proporzionale alla temperatura, disperdono parte della loro energia verso le molecole del corpo più freddo finchè queste ultime non hanno raggiunto un livello di equilibrio termico.
Questo fenomeno è peculiare dei materiali solidi e, in generale, di quelle strutture cristalline che imprigionano le molecole permettendo loro solo brevi spostamenti.

Convezione
La convenzione consiste nel trasporto di calore che si attua in presenza di movimento macroscopico di particelle di fluido, liquido o gas.
Essa dipende dalle condizioni di moto del fluido nell’intorno della superficie in esame oltre che dalle caratteristiche fisiche del fluido che la lambisce.
Quando un fluido entra in contatto con un corpo a temperatura elevata, nei punti più vicini al corpo avviene una diminuzione della densità che, grazie alla spinta di Archimede, fa salire una parte del fluido; questo vuoto è colmato dal fluido sovrastante, più freddo e quindi più denso, che scende instaurando così un moto convettivo. Questo movimento fa si che il calore si sposti dal corpo caldo verso l’alto fino ad un eventuale corpo a temperatura più bassa posto sopra al fluido.
Se il movimento del fluido avviene per differenza di densità o di temperatura, si parla di convezione naturale, altrimenti (per esempio utilizzando un ventilatore o una pompa) di convezione forzata.

Irraggiamento
L’irraggiamento avviene per propagazione di onde elettromagnetiche da un corpo a temperatura più alta ad uno a temperatura più bassa.
È l’unico sistema di trasmissione attraverso il vuoto.
Esso dipende dalla natura e dalla forma dei due corpi e dalla rispettiva posizione geometrica.
Le onde sono caratterizzate da una forma cosiddetta sinusoidale e da alcune grandezze caratteristiche:

IRRAGGIAMENTO

–        Ampiezza (A) : Valore massimo caratteristico dell’onda

–        Lunghezza d’onda (λ) : Distanza tra due picchi dell’onda, si misura in metri o micron

–        Periodo (T) : tempo necessario affinché l’onda torni al suo massimo

–        Frequenza (f) : inverso del periodo, indica il n° di cicli completati in un secondo, si misura in s-1 o Hertz (Hz)

Conduttività Termica  (λ)
Si definisce “conduttività termica ” la quantità di calore che viene trasmessa attraverso 1 m2 di un materiale con uno spessore di 1 metro, quando la differenza di temperatura è di 1 °C (1 Kelvin). Unità  [W/mK]

CONDUTTIVITA' TERMICA

Resistenza Termica (R)
Rappresenta la capacità di un corpo di opporre resistenza al passaggio del calore e quindi ad un flusso termico.

La Resistenza Termica è definita dall’equazione:

R = T1-T2ρ

cioè la differenza di temperatura divisa per la densità di flusso termico in condizioni stazionarie.
La Resistenza Termica può essere collegata al materiale, alla struttura o alla superficie.

R = dλ

Per uno strato piano di materiale dove d è lo spessore dello strato e λ lambda è la conduttività termica del materiale,la resistenza termica totale si ottiene dalla somma della resistenza termica unitaria dei singoli strati e della resistenza liminare interna ed esterna.

RTOT = 1α+∑dnλn+1αe = Rsi+R+Rse

L’unità di misura della resistenza termica è [m²K]/W.
Per calcolare la resistenza termica totale di una struttura è necessario considerare anche le appropriate
resistenze delle superfici.

Trasmittanza Termica (U)
È spesso richiesto nella pratica che non venga superato un preciso livello di trasmittanza termica o “coefficiente di trasmissione del calore”.
Essa rappresenta la quantità di calore che attraversa ogni secondo 1 m2 di una struttura dello spessore di 1 m con una differenza di temperatura di 1 K.
La trasmittanza termica è data dalla densità di flusso termico in condizioni stazionarie divisa per la differenza di temperatura, così:

U = q (Tse − Tsi) [W / (m²K)]

dove q = quantità di calore trasferito diviso per il tempo, perciò l’unità di misura è il Watt.
Se si confronta la trasmittanza termica con la resistenza termica si può vedere che

U = 1Rtot [W / (m²K)]

Perciò una semplice formula del valore U, o trasmittanza termica, si ottiene da :

U = 1Rsi+R+Rse [W / (m²K)]

I valori U sono usati dalle autorità di regolamentazione per specificare i livelli di isolamento richiesti negli edifici ad uso domestico, negli uffici e in tutte le altre tipologie di edifici.

Capacità termica ed inerzia termica
Una relazione fra calore e temperatura è data dal concetto di calore specifico.
Il calore specifico e definito come la quantità di energia termica necessaria a provocare l’innalzamento di una unità di temperatura nell’unità di massa della sostanza ed è misurata in [J/KgK] (cp=(δQ/δT)p) a pressione costante o in [J/m3K] se riferita all’ unità di volume (cv = (δQ/δT)v) a volume costante.
Detta ρ la densità di una sostanza [Kg/ m3], si ha la relazione fra i due calori specifici: cv = cp • ρ
La capacità termica C di un corpo è data dal prodotto della sua massa M per il calore specifico, cp, del materiale; essa rappresenta cioè il rapporto fra la quantità di calore trasmessa ad una sostanza e la variazione di temperatura subita dalla sostanza stessa, ed e espressa in [J/K].
La capacità termica di una struttura è data dal prodotto della sua massa per unita di volume [Kg/m3] per il prodotto del suo calore specifico, per la densità, c x p [J/KgK]: C = cp ρs [J/m3K]
La capacità termica è utile quando è possibile sfruttarne il funzionamento: un muro con 100 kg/m2 di massa frontale è in grado di accumulare energia se posto verso l’esterno in periodo estivo o all’interno in periodo invernale.
L’energia accumulata viene poi restituita al variare delle condizioni al contorno.
La capacità termica non è l’unica grandezza con la quale confrontarsi per la gestione dell’inerzia della struttura; vi sono infatti anche i parametri sfasamento ed attenuazione che rappresentano l’attitudine della struttura a reagire a sollecitazioni termiche sulla superficie esterna.

Sfasamento e attenuazione
Lo sfasamento temporale è espresso in ore e minuti e rappresenta il tempo che deve trascorrere affinché una variazione sulla superficie esterna venga avvertita sull’interna.
L’attenuazione rappresenta la riduzione di ampiezza dell’oscillazione della temperatura dovuta alle caratteristiche della struttura.
I due parametri sono le grandezze che governano il comportamento di una parete nel periodo estivo (ovvero sono l’equivalente della trasmittanza in periodo invernale).

IL FENOMENO DELLA CONDENSA

Umidità relativa (Φ)
L’aria è una miscela d’azoto, ossigeno, anidride carbonica, idrogeno, gas nobili e vapore acqueo (fase aeriforme dell’acqua).
Dato che sulla superficie terrestre le molecole d’acqua sono diffuse ovunque, tutti i materiali esistenti (tranne metalli, vetro e altri) hanno un contenuto naturale d’acqua che è in equilibrio con quello del vapore acqueo dell’aria circostante.
Un dato volume di aria è in grado di trattenere una ridotta quantità di vapore acqueo e questa (massima)
quantità di vapor d’acqua dipende dalla temperatura dell’aria.
Non sempre l’aria conterrà la massima quantità possibile di vapore acqueo, perciò si vuole esprimere l’entità del vapor d’acqua presente come percentuale del massimo:

effettiva quantità di vapor d’acqua presente
Umidità Relativa = ———————————————————————————————————————————————
massima quantità di vapor d’acqua che può essere trattenuta ad una particolare temperatura

oppure

effettiva pressione parziale di vapor d’acqua presente
Umidità Relativa = ———————————————————————————————————————————————
Pressione satura di vapore

Alla temperatura di 22°C la massima quantità di vapor d’acqua che l’aria può trattenere, cioè in condizioni di saturazione, è pari a 16,6 g per kg alla pressione atmosferica. Così ad un’umidità relativa del 85% l’effettiva entità di vapor acqueo sarà di 14,1 g/kg. Se la temperatura dell’aria viene ora ridotta a 19,4°C l’effettiva quantità di vapor d’acqua non cambierà, ma l’umidità relativa aumenterà raggiungendo il 100%, cioè a 19,4°C la massima quantità di vapore acqueo che l’aria è in grado di trattenere è pari a 14,1 g/kg. L’aria calda può contenere più vapore acqueo rispetto all’aria fredda, perciò quando l’aria calda viene in contatto con una superficie fredda l’aria in prossimità di tale superficie si raffredda e può superare il proprio livello di saturazione determinando la formazione di condensa.

Temperatura del punto di rugiada (υs)
La temperatura di rugiada – anche chiamata temperatura di saturazione – è la temperatura alla quale l’aria è saturata dal vapor d’acqua ed in cui l’acqua condensa se la temperatura dell’aria scende ulteriormente.
In generale l’aria calda può assorbire più acqua dell’aria fredda.
L’aria atmosferica ad una certa temperatura e con un certo contenuto di vapore acqueo si raffredda quando si trova nelle vicinanze di un fluido ad una temperatura più bassa di quella dell’aria nell’ambiente. Dal momento che la quantità di vapor d’acqua che è presente nell’aria non diminuisce quando l’aria si raffredda, ad una certa temperatura l’aria è satura al 100% di vapore acqueo.
Se a questo punto l’aria continua a raffreddarsi a contatto con l’oggetto freddo, parte dell’acqua non sarà più trattenuta dall’aria in forma di vapor acqueo e pertanto diventerà acqua liquida. Così avviene la formazione di condensa, anche nota come acqua traspirata.

TEMPERATURA DEL PUNTO DI RUGIADA

Permeabilità al vapore dei materiali da costruzione
La permeabilità al vapore δ è una caratteristica del materiale, che esprime l’attitudine a trasmettere per diffusione il vapore d’acqua contenuto nell’aria atmosferica. L’unità di misura utilizzata è [kg/s m Pa].
La resistività alla diffusione del vapore (1/σ ) e l’inverso della permeabilità al vapore.
La resistività alla diffusione al vapore può essere espressa anche come rapporto (μ) fra la permeabilità al vapore dell’aria in quiete (187,52 x 10-12) e la permeabilità al vapore del materiale:

PERMEABILITA' AL VAPOREIl fattore di resistenza al vapore acqueo, comunemente chiamato fattore µ, è pertanto una grandezza adimensionale che rappresenta quanto meglio un materiale o un prodotto resiste al passaggio di vapore acqueo rispetto ad un equivalente spessore di aria. Quindi un alto fattore μ = alta resistenza alla trasmissione di vapor d’acqua.