Involucro con elevate prestazioni in termini di sfasamento termico e attenuazione nella stagione estiva

Isolare l’involucro per l’inverno, ma anche per l’estate

Quando si affronta il tema dell’ isolamento termico di un edificio, di solito si tende a dare maggiore rilievo al problema dell’isolamento per la stagione invernale, trascurando il problema di garantire un buon comportamento dell’edificio anche nella stagione estiva. Ma le estati stanno diventando sempre più calde e lunghe, le giornate soleggiate e le temperature elevate sono una sfida significativa per il comfort abitativo e l’efficienza energetica degli edifici. Un buon involucro dell’edificio deve essere progettato per proteggere gli ambienti interni e i loro occupanti sia dal freddo che dal caldo.

Il controllo delle prestazioni estive degli edifici è un tema complesso che coinvolge aspetti progettuali, normativi e tecnologici, ognuno dei quali può essere affrontato da diverse prospettive. Dal punto di vista energetico, è possibile studiare strategie per ridurre il fabbisogno di raffrescamento, migliorando l’efficienza e limitando il consumo di risorse.

Un altro approccio riguarda il comfort estivo, ottimizzando le scelte progettuali e l’organizzazione degli spazi interni per garantire condizioni climatiche ideali per gli utenti. Infine, il tema può essere analizzato dal punto di vista normativo, basando le decisioni progettuali sugli obblighi legislativi che mirano a limitare il rischio di surriscaldamento e a garantire prestazioni adeguate agli standard richiesti.

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Le norme attualmente in vigore per il controllo delle prestazioni energetiche degli edifici sono definite dal Decreto Ministeriale del 26 giugno 2015. Queste disposizioni, note complessivamente come “Requisiti minimi”, regolano diversi aspetti, includendo sia gli indici generali dell’edificio sia prescrizioni specifiche relative ai singoli componenti dell’involucro e degli impianti. Per quanto riguarda le prestazioni estive, il decreto stabilisce obblighi differenti in base alla tipologia di intervento e alla categoria dell’edificio.

Focalizzandosi sulle verifiche relative all’involucro opaco, esso prevede il controllo dell’indice energetico per il servizio di raffrescamento EP_C,nd, delle prestazioni inerziali delle strutture opache esposte alla radiazione solare attraverso la trasmittanza periodica Y_ie o la massa superficiale M_s, nonché del rischio di surriscaldamento della copertura mediante un’analisi dell’efficacia delle strategie progettuali adottate, come l’impiego di materiali ad alta riflettanza solare, la presenza di intercapedini ventilate o l’utilizzo di coperture verdi.

Prevedere attraverso una simulazione energetica se un edificio raggiungerà o meno determinate condizioni di comfort, come si può immaginare non è un problema banale. Si tratta infatti di creare un modello energetico complesso in grado di analizzare e mettere in relazione fra loro numerosi fenomeni di scambio termico.

Se parliamo di comfort estivo, i riferimenti ufficiali che ci guidano in questa operazione sono:

• la norma UNI EN ISO 52016-1:2018 “Prestazione energetica degli edifici - Fabbisogni energetici per riscaldamento e raffrescamento, temperature interne e carichi termici sensibili e latenti - Parte 1: Procedure di calcolo”;
• la norma UNI EN 16798-1:2019 “Prestazione energetica degli edifici - Ventilazione per gli edifici – Parte 1: Parametri di ingresso dell’ambiente interno per la progettazione e la valutazione della prestazione energetica degli edifici in relazione alla qualità dell’aria interna, all’ambiente termico, all’ illuminazione e all’acustica - Modulo M1-6”.

La prima norma fornisce le istruzioni per creare il modello energetico e simularlo attraverso un’analisi dinamica oraria, la seconda norma fornisce un criterio di valutazione dei risultati rispetto al comfort estivo.

Sfasamento termico, trasmittanza termica periodica e inerzia termica

Lo sfasamento termico (ϕ) è un parametro dinamico essenziale per analizzare e migliorare le prestazioni estive dell’involucro opaco di un edificio. Esso, insieme alla trasmittanza termica periodica (Y_ie) e all’inerzia termica, riveste un ruolo centrale nel determinare il comportamento dell’edificio nei mesi estivi. Durante la stagione invernale, il clima può essere approssimato a condizioni stazionarie, facendo riferimento alla trasmittanza termica stazionaria (U), che indica la quantità di calore trasferita tra un ambiente riscaldato e uno più freddo attraverso una superficie specifica.

In estate, invece, le oscillazioni termiche giornaliere sono più marcate, rendendo necessaria la valutazione della trasmittanza termica periodica, che misura la capacità di una struttura opaca di sfasare e attenuare il flusso di calore nell’arco delle 24 ore. Per un’analisi accurata del comportamento estivo di un edificio, oltre al contributo resistivo dei materiali impiegati, è fondamentale considerare anche il loro contributo inerziale. L’inerzia termica, ovvero la capacità di un materiale di accumulare calore per poi rilasciarlo in modo attenuato e con un ritardo temporale, è descritta attraverso due indicatori principali: lo sfasamento termico e il fattore di attenuazione (fa).

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Dunque, entrando di più nel dettaglio delle definizioni, lo sfasamento termico rappresenta il tempo che intercorre tra il momento in cui si registra la temperatura massima all’esterno e quello in cui la stessa viene raggiunta all’interno dell’edificio. In sostanza, misura la capacità di un involucro edilizio di ritardare il passaggio del calore, attenuandone gli effetti sugli ambienti interni. Questo significa che, durante il giorno, la struttura assorbe gran parte del calore senza trasferirlo immediatamente all’interno, rilasciandolo poi con minore intensità nelle ore notturne, quando le temperature esterne si abbassano. L’ideale sarebbe uno sfasamento di circa 12 ore, in modo che il picco di calore interno si verifichi di notte, garantendo un maggiore comfort termico.

Per comprendere meglio questo concetto, consideriamo un esempio pratico: con uno sfasamento di 12 ore e in condizioni ideali senza attenuazione, se alle 14:00 la temperatura esterna è di 35°C, il calore impiegherà 12 ore per attraversare l’involucro, raggiungendo l’interno alle 2:00 di notte. Questo ritardo consente di mitigare l’impatto del calore, poiché avviene quando l’ambiente esterno si è già raffrescato.

La quantità di energia scambiata tra interno ed esterno dipende dalla stratigrafia della parete e dalla differenza di temperatura. In inverno, il flusso termico viene valutato in regime stazionario, considerando condizioni climatiche più costanti nel tempo. In estate, invece, le variazioni di temperatura e radiazione solare sono più marcate, rendendo necessaria un’analisi in regime dinamico per valutare correttamente il comportamento dell’involucro. Per ottenere un buon isolamento termico estivo, è fondamentale considerare due parametri principali: la trasmittanza termica periodica YIE, definita dalla norma UNI EN ISO 13786 come YMN, e l’inerzia termica dell’involucro.

La trasmittanza termica periodica misura invece la capacità di un elemento edilizio, come una parete opaca, di sfasare e attenuare la componente periodica del flusso termico nell’arco delle 24 ore, descrivendo così il comportamento della struttura in regime dinamico.

L’ inerzia termica, invece, esprime la capacità di un materiale di reagire più o meno lentamente alle variazioni di temperatura, sia dovute a condizioni esterne che a sorgenti di calore o raffrescamento interne. In pratica, indica quanto un materiale impiega a riscaldarsi o raffreddarsi rispetto ad altri. Un’elevata inerzia termica consente di ridurre il picco di calore all’interno, grazie all’effetto di attenuazione, e di generare uno sfasamento termico, ritardando il trasferimento del calore negli ambienti interni.

Il fattore di attenuazione, o fattore di decremento, infine, rappresenta infine il rapporto tra il modulo della trasmittanza termica dinamica e la trasmittanza termica in condizioni stazionarie.

Esiste una stretta correlazione tra sfasamento e attenuazione: per garantire un buon comfort estivo, il fattore di attenuazione deve essere il più basso possibile, mentre il tempo di sfasamento dovrebbe rientrare tra 8 e 12 ore. In termini pratici, per ridurre i carichi termici estivi, si raccomanda che lo sfasamento della copertura sia compreso tra 10 e 12 ore, mentre per le pareti perimetrali opache dovrebbe essere di almeno 9 ore, con un valore minimo di 10 ore nei climi estivi più severi.

Le capacità di attenuazione delle pareti multistrato dipendono non solo dalla loro massa e trasmittanza, ma anche dal posizionamento dello strato isolante. Un metodo pratico per valutare l’effettiva capacità di attenuazione di una struttura consiste nel considerare la massa compresa tra l’aria interna e lo strato isolante: maggiore è questa massa, migliori saranno le prestazioni in termini di attenuazione. Nel caso di isolamento termico a cappotto, la soluzione più efficace è l’isolamento esterno, poiché sfrutta una maggiore massa rispetto a quello in intercapedine o interno, che risulta meno performante. Al contrario, il valore dello sfasamento termico è influenzato in modo marginale dalla disposizione degli strati.

In condizioni ideali, una stratigrafia con ottime prestazioni estive dovrebbe avere uno sfasamento di 24 ore e un’attenuazione pari a 0. Tuttavia, si considera un buon valore di sfasamento quando supera le 8 ore, mentre una buona attenuazione è inferiore a 0,3. Grazie allo sfasamento termico, il calore che attraversa una struttura non viene semplicemente trasmesso, ma anche trattenuto e accumulato per un certo periodo prima di essere rilasciato. Ogni strato dell’involucro edilizio contribuisce a trattenere parte dell’energia in base alla propria capacità di accumulo.

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Nel pdf si continua parlando di:

• Come ottimizzare lo sfasamento termico: i materiali isolanti funzionano anche d’estate?