Progettare i ponti termici dell’edificio

Progettare e calcolare correttamente i ponti termici dell’edificio è davvero fondamentale per evitare la formazione di muffa e definire correttamente il modello energetico. Scopriamo quali metodi di calcolo abbiamo a disposizione e come applicare il calcolo agli elementi finiti.

Progettare i ponti termici: cosa cambia con le UNI TS 11300

Le norme tecniche UNI TS 11300:2014 hanno introdotto una modifica importante nei metodi di calcolo dei ponti termici: è stata esclusa la comoda, ma imprecisa, percentuale forfettaria di incremento della trasmittanza di pareti e solai con ponti termici, in favore di metodi più accurati. Oggi infatti, possiamo utilizzare gli atlanti conformi alla UNI EN ISO 14683 o il calcolo ad elementi finiti secondo la norma UNI EN ISO 10211.

Per analizzare un ponte termico agli elementi finiti dobbiamo necessariamente compiere alcuni passaggi:

• in primo luogo disegniamola geometria del ponte termico: spessore degli strati e posizione dei piani di taglio adiabatici
• indichiamo poi i materiali che compongono il nodo costruttivo in esame e quindi la conducibilità termica dello strato
• infine definiamo le condizioni al contorno: coefficienti di scambio termico liminare, temperatura dell’ambiente a contatto con il ponte termico

Una volta specificate tutte queste informazioni si può valutare il flusso termico e la trasmittanza lineica ψ del ponte termico da inserire nel modello energetico dell’edificio.

Inoltre, non dobbiamo dimenticare che il calcolo del ponte termico agli elementi finiti è necessario in tutti i casi in cui si richiede la verifica di assenza di formazione di muffa in corrispondenza del ponte termico. A stabilirlo è proprio la norma UNI EN ISO 13788.
Analizziamo di seguito la procedura per il calcolo del flusso termico e della trasmittanza lineica attraverso una serie di esempi teorici e pratici prodotti con il software TERMOLOG.

Il Modulo PONTI TERMICI FEM di TERMOLOG calcola il flusso termico e la trasmittanza lineica dei ponti termici con un solutore ad elementi finiti, mostra la distribuzione delle temperature e verifica la formazione di muffa con le norme UNI EN ISO 10211 e UNI EN ISO 13788.

Che cosa è un ponte termico

La definizione più esaustiva di ponte termico è riportata nella norma UNI EN ISO 10211:2008:

UNI EN ISO 10211:2008

[…] è una parte dell’involucro edilizio dove la resistenza termica, altrove uniforme sulla superficie delle pareti, cambia in modo significativo per effetto di una o più delle seguenti situazioni:compenetrazione totale o parziale di materiali con conduttività termica diversa nell’involucro edilizio;
variazione dello spessore della costruzione;
differenze tra l’area della superficie disperdente sul lato interno e quella sul lato esterno, come avviene per esempio in corrispondenza dei giunti tra parete e pavimento o parete e soffitto.

Semplificando possiamo dire che in un involucro edilizio è presente un ponte termico dove non ha più validità l’ipotesi di flusso termico monodimensionale, ma il flusso termico presenta una geometria bidimensionale.

Nella figura successiva che rappresenta un ponte termico tipico, come un angolo tra due pareti, questo comportamento è molto evidente: si notano infatti le frecce di flusso che modificano la loro direzione proprio in corrispondenza dell’angolo e quindi del ponte termico.

Come progettare i ponti termici agli elementi finiti

Generale

La norma UNI 10211 contiene un metodo di calcolo agli elementi finiti per la valutazione del flusso di calore attraverso il ponte termico.
Di seguito ecco i passaggi in cui si articola il metodo di calcolo.

Definizione modello geometrico

Il primo step consiste nel costruire la geometria del ponte termico, individuando lo spessore di tutti gli strati che lo compongono e che saranno interessati dal flusso di calore bidimensionale.
Un’operazione importante è valutare l’ area di influenza del ponte termico attraverso l’interposizione di piani di taglio adiabatici, la cui posizione deve rispettare una distanza minima dal nodo (d _min); a questo scopo la norma specifica che la d _min è 3 volte lo spessore dell’elemento considerato, con un valore minimo di 1m.

Se il nostro modello di ponte è ben fatto noteremo che, allontanandoci dal nodo, il flusso termico torna ad essere monodimensionale.

Materiali del ponte termico

A ciascuno strato che compone il ponte termico deve essere associato un materiale di cui sono state definite le caratteristiche di conducibilità termica secondo quanto previsto dalla norma UNI EN 6946:2008.

Definizione condizioni al contorno

In corrispondenza di ciascuna superficie del ponte termico occorre peraltro specificare:

• la temperatura dell’aria dell’ambiente che si trova a contatto con la superficie
• la resistenza termica superficiale dell’aria a contatto con le superfici

Calcolo del flusso termico e della trasmittanza lineica

Con il calcolo ad elementi finiti secondo la norma UNI EN ISO 10211:2008 viene stimato il flusso termico Φ disperso dal ponte termico.
Dal flusso termico si ricava il coefficiente di accoppiamento termico lineare L _2D cioè il flusso termico relativo all’intero elemento riferito alla differenza di temperatura tra i due ambienti, per una profondità di 1m della sezione:

L _2D = Φ / [l x (T _i – T _e)] (W/mK)
in cui:

• Φ (W) flusso termico del nodo di calcolo stimato con gli elementi finiti
• l (m) lunghezza della parte bidimensionale del ponte termico (pari ad 1m)
• T_i (°C) temperatura interna
• T_e (°C) temperatura esterna

ed infine si valuta la trasmittanza lineica come:

ψ = L _2D – ∑i (U _i x l _i) (W/mK)
in cui:

• L_2D (W/mK) coefficiente di scambio termico nel modello bidimensionale
• l_i (m) lunghezza che viene moltiplicata per la trasmittanza termica U, ci si riferisce alle dimensioni interne per il calcolo della ψ_i e alle dimensioni esterne per il calcolo della ψ_e (vedi indicazioni del paragrafo successivo)
• U_i (W/m²K) trasmittanza termica dell’elemento di separazione i-esimo tra i due ambienti

Per semplificare, la trasmittanza lineica del ponte termico è la differenza tra la dispersione del modello geometrico con ponte termico (L _2D) e quanto disperderebbe se il ponte termico non ci fosse [∑i (U _i x l _i)].

Lunghezze interne ed esterne: significato

Il calcolo delle dispersioni termiche dell’involucro può essere condotto facendo riferimento alle dimensioni interne oppure esterne dell’edificio: analogamente la trasmittanza lineica del nodo strutturale potrà essere calcolata con riferimento alle dimensioni interni o esterne.
La scelta di uno o dell’altro riferimento è lasciata al progettista: è importante mantenere un criterio uniforme, utilizzando lo stesso criterio per tutte le dispersioni dell’edificio.
Nelle figure successive, per chiarire il concetto qui sopra esposto, si riportano le lunghezze interne ed esterne per alcune tipologie di ponte termico.

Applicazione pratica con TERMOLOG: progettare i ponti termici parete-serramento

Vediamo ora come progettare agli elementi finiti il ponte termico tra parete e serramento. Nello specifico, valutiamo come varia la dispersione del ponte termico considerando il davanzale corrente oppure interrotto, mediante l’interposizione di un giunto in gomma. La progettazione del ponte termico per l’edificio è stata fatta utilizzando lo strumento WIZARD del Modulo PONTI TERMICI FEM:

Scegliamo il modello di ponte termico tra il serramento e la parete inferiore. Tra le geometrie realizzabili in modo semplice con TERMOLOG ci sono anche il serramento con mazzetta laterale e il serramento con l’architrave superiore.

Progettare i ponti termici parete-serramento: davanzale passante

Come prima informazione è necessario specificare quale è la parete su cui è posato il serramento, scegliendo tra tutti gli elementi parete precedentemente registrati nell’archivio di TERMOLOG.

Successivamente vengono specificate le informazioni relative al serramento, come il vetro, lo spessore e il materiale del telaio e l’allineamento rispetto alla parete; si indica in questa fase la presenza di un davanzale passante dello spessore di 20mm.

Si precisano poi le condizioni al contorno che saranno utilizzate per il calcolo: il comune da cui il software valuta la temperatura media mensile esterna, la temperatura interna dell’ambiente a contatto con il ponte termico e le resistenze termiche superficiali dipendenti dalla direzione del flusso termico.

TERMOLOG crea il ponte termico utilizzando tutte le informazioni inserite. Lanciando il calcolo mostra tra i risultati il flusso termico che attraversa il ponte, il coefficiente di accoppiamento L _2D e le trasmittanze lineiche da usare nel calcolo delle dispersioni dell’edificio.

Ponte termico parete-serramento: davanzale interrotto

Vogliamo ora analizzare, come si modifica la dispersione attraverso il ponte termico nel caso il davanzale in marmo sotto il serramento venisse interrotto dalla presenza di un giunto in gomma.
Il modello iniziale può essere modificato velocemente utilizzando il comando Taglia ed il comando Unisci presenti nella barra dei comandi del menù Disegno:

Una volta modificato il modello non rimane che eseguire nuovamente il calcolo per studiare come varia la trasmittanza lineica calcolata:

Come era logico attendersi, evitando che il davanzale sia corrente lungo lo spessore della parete, l’analisi ad elementi finiti condotta da TERMOLOG mostra chiaramente una diminuzione della trasmittanza lineica del ponte termico, passando da 0,424 a 0,315 W/mK.

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