Rivista Environnement

RISPARMIO ENERGETICO

Prosegue lo spazio dedicato al risparmio energetico, curato dall’ARPA VdA. Questa volta vengono approfondite due caratteristiche molto importanti, la traspirabilità e l’inerzia termica.

TRASPIRABILITA' ED INERZIA TERMICA

di Simona Agostino e Lorenzo Frassy
Il problema dell’eccessiva umidità all’interno delle abitazioni è determinato quasi sempre da una elevata produzione di vapore da parte degli abitanti (cucinando, lavandosi, nell’asciugare i panni, ecc.). In media si registra una produzione di 10 litri di acqua (sotto forma di vapore) a famiglia. Per ripristinare lo stato di benessere e per evitare danni (muffa, ecc.), l’acqua che si presenta come aria umida deve essere smaltita. Soltanto il 2% di questa umidità riesce ad essere smaltita per diffusione (traspirazione) attraverso muri e coperture, anche ipotizzando la presenza di strutture traspiranti; il resto va eliminato mediante il ricambio dell’aria ambiente, ad esempio, aprendo le finestre. L’umidità dell’aria nelle nostre case è tutt’altro che costante: si manifestano usualmente picchi che rischiano di superare facilmente il livello ammissibile del 70%. Dunque è importante che le superfici interne (muri, solai, pavimenti) abbiano la capacità di assorbire il più possibile l’umidità dall’aria, e di restituirla all’aria ambiente, in un secondo momento, quando i valori si riportano su valori inferiori. Questo effetto spugna rimane intatto a condizione che il materiale non venga trattato con vernici che riducono la traspirazione. Un intonaco cementizio, ad esempio, assorbe tre volte di meno umidità di una lastra di gesso, mentre il legno ne può incorporare ancora più del gesso. La caratteristica della traspirabilità di uno specifico materiale è espressa tramite il valore µ, che indica quante volte il materiale in questione è meno diffusivo (traspirante) rispetto all’aria a parità di spessore e di condizioni termiche. Il valore unitario di µ è attribuito all’aria in condizioni stazionarie ed aumenta con il diminuire della traspirazione. In altre parole, un muro di mattoni con µ = 10 ed un pannello di polistirolo con µ = 200, avranno una capacità di traspirazione rispettivamente 10 e 200 volte più bassa rispetto ad uno spessore equivalente di aria stazionaria. Un pezzo di legno fresco, con il 40% di umidità, se lasciato asciugare naturalmente impiegherà circa 2 mesi per raggiungere il 20% di umidità, così pure se è rivestito di una guaina a diffusione; la carta oleata costituisce un leggero freno al vapore che rallenta l’asciugatura portandola a 3-4 mesi; con una guaina in polietilene o una carta catramata di rivestimento il legno non riesce più ad asciugare e dopo 6 mesi comincia ad ammuffire per poi marcire. Una casa con una struttura totalmente in legno non trattata e tamponata con mattoni in argilla cruda, non presentando punti di barriera vapore, può conservarsi anche 1000 anni senza bisogno di trattamenti antimuffa o antitarlo, necessari altrimenti in presenza di umidità. Deve essere tenuto in conto la capacità di assorbimento che presentano i diversi materiali: ad esempio la fibra di vetro assorbe sino a circa il 20% dell’umidità relativa dell’aria, il polistirene sino al 50-60%, mentre la fibra di legno, che ha una igroscopicità elevata, continua ad assorbire acqua sino a valori altissimi di umidità. Tale proprietà ne fa un validissimo volano igrometrico, in grado di smorzare le fluttuazioni accidentali di umidità, contribuendo in modo decisivo al benessere abitativo. I materiali isolanti, infine, dovrebbero avere anche un buon comportamento all’umidità, ovvero non cambiare le loro caratteristiche isolanti qualora posti in ambienti umidi. Il polistirene, avendo una struttura a cellule chiuse, mantiene intatte le sue caratteristiche, mentre materiali come la fibra di vetro o di roccia perdono totalmente le loro proprietà isolanti anche assorbendo una quantità minima di umidità. L’uso di materiali con tali problemi, qualora si tema la presenza di umidità, impone la posa di guaine barriera al vapore, per non creare grossi danni alle strutture. Se ci domandiamo quali sono le caratteristiche importanti di una finitura decorativa, per mantenere nel tempo ambienti sani e piacevoli, la risposta la troviamo nel compromesso tra traspirabilità e idrorepellenza: è lo stesso concetto applicato ai capi di abbigliamento o alle calzature di ultima generazione. L’impiego di particolari prodotti permette di creare l’effetto di una membrana superficiale che protegge dalle infiltrazioni ma che si lascia attraversare dal vapore acqueo. La struttura del prodotto impermeabilizzante consente di ottenere un film a porosità controllata: le dimensioni dei pori sono tali da consentire la fuoriuscita del vapore ma non da lasciar entrare l’acqua in forma liquida, in quanto le molecole di liquido hanno una dimensione notevolmente maggiore di quelle di vapore.

Il problema dell’eccessiva umidità all’interno delle abitazioni è determinato quasi sempre da una elevata produzione di vapore da parte degli abitanti (cucinando, lavandosi, nell’asciugare i panni, ecc.). In media si registra una produzione di 10 litri di acqua (sotto forma di vapore) a famiglia. Per ripristinare lo stato di benessere e per evitare danni (muffa, ecc.), l’acqua che si presenta come aria umida deve essere smaltita. Soltanto il 2% di questa umidità riesce ad essere smaltita per diffusione (traspirazione) attraverso muri e coperture, anche ipotizzando la presenza di strutture traspiranti; il resto va eliminato mediante il ricambio dell’aria ambiente, ad esempio, aprendo le finestre. L’umidità dell’aria nelle nostre case è tutt’altro che costante: si manifestano usualmente picchi che rischiano di superare facilmente il livello ammissibile del 70%. Dunque è importante che le superfici interne (muri, solai, pavimenti) abbiano la capacità di assorbire il più possibile l’umidità dall’aria, e di restituirla all’aria ambiente, in un secondo momento, quando i valori si riportano su valori inferiori. Questo effetto spugna rimane intatto a condizione che il materiale non venga trattato con vernici che riducono la traspirazione. Un intonaco cementizio, ad esempio, assorbe tre volte di meno umidità di una lastra di gesso, mentre il legno ne può incorporare ancora più del gesso. La caratteristica della traspirabilità di uno specifico materiale è espressa tramite il valore µ, che indica quante volte il materiale in questione è meno diffusivo (traspirante) rispetto all’aria a parità di spessore e di condizioni termiche. Il valore unitario di µ è attribuito all’aria in condizioni stazionarie ed aumenta con il diminuire della traspirazione.

In altre parole, un muro di mattoni con µ = 10 ed un pannello di polistirolo con µ = 200, avranno una capacità di traspirazione rispettivamente 10 e 200 volte più bassa rispetto ad uno spessore equivalente di aria stazionaria. Un pezzo di legno fresco, con il 40% di umidità, se lasciato asciugare naturalmente impiegherà circa 2 mesi per raggiungere il 20% di umidità, così pure se è rivestito di una guaina a diffusione; la carta oleata costituisce un leggero freno al vapore che rallenta l’asciugatura portandola a 3-4 mesi; con una guaina in polietilene o una carta catramata di rivestimento il legno non riesce più ad asciugare e dopo 6 mesi comincia ad ammuffire per poi marcire. Una casa con una struttura totalmente in legno non trattata e tamponata con mattoni in argilla cruda, non presentando punti di barriera vapore, può conservarsi anche 1000 anni senza bisogno di trattamenti antimuffa o antitarlo, necessari altrimenti in presenza di umidità. Deve essere tenuto in conto la capacità di assorbimento che presentano i diversi materiali: ad esempio la fibra di vetro assorbe sino a circa il 20% dell’umidità relativa dell’aria, il polistirene sino al 50-60%, mentre la fibra di legno, che ha una igroscopicità elevata, continua ad assorbire acqua sino a valori altissimi di umidità. Tale proprietà ne fa un validissimo volano igrometrico, in grado di smorzare le fluttuazioni accidentali di umidità, contribuendo in modo decisivo al benessere abitativo. I materiali isolanti, infine, dovrebbero avere anche un buon comportamento all’umidità, ovvero non cambiare le loro caratteristiche isolanti qualora posti in ambienti umidi. Il polistirene, avendo una struttura a cellule chiuse, mantiene intatte le sue caratteristiche, mentre materiali come la fibra di vetro o di roccia perdono totalmente le loro proprietà isolanti anche assorbendo una quantità minima di umidità. L’uso di materiali con tali problemi, qualora si tema la presenza di umidità, impone la posa di guaine barriera al vapore, per non creare grossi danni alle strutture. Se ci domandiamo quali sono le caratteristiche importanti di una finitura decorativa, per mantenere nel tempo ambienti sani e piacevoli, la risposta la troviamo nel compromesso tra traspirabilità e idrorepellenza: è lo stesso concetto applicato ai capi di abbigliamento o alle calzature di ultima generazione. L’impiego di particolari prodotti permette di creare l’effetto di una membrana superficiale che protegge dalle infiltrazioni ma che si lascia attraversare dal vapore acqueo. La struttura del prodotto impermeabilizzante consente di ottenere un film a porosità controllata: le dimensioni dei pori sono tali da consentire la fuoriuscita del vapore ma non da lasciar entrare l’acqua in forma liquida, in quanto le molecole di liquido hanno una dimensione notevolmente maggiore di quelle di vapore.

Analizziamo ora un’altra caratteristica dei materiali da costruzione: l’inerzia termica. L’inerzia termica è la caratteristica dei materiali che evidenzia il ritardo con cui la struttura di una costruzione trasmette il calore dall’esterno all’interno. Una progettazione intelligente dovrebbe tenere dunque conto dell’inerzia termica per sfruttare adeguatamente i benefici che essa può portare in termini di benessere e comfort abitativo oltre che di risparmio energetico. L’inerzia termica è un concetto piuttosto complesso da definire ed ancor più complesso da calcolare. In termini molto semplici l’inerzia termica altro non è che l’effetto combinato dell’accumulo termico e della resistenza termica della struttura. Lfinerzia termica e legata sia alla capacita di accumulo del calore (e in questo senso alla massa superficiale/frontale della parete) che alla conduttivita dei materiali (il potere isolante contraddistinto da ƒÉ). Una certa pesantezza della parete unita ad una ridotta conduttivita termica costituiscono la migliore soluzione; in altre parole non si deve eccedere ne nel peso frontale trascurando la conduttivita (come avviene nei vecchi muri di pietra), ne al contrario ridurre eccessivamente la conduttivita trascurando la massa (come nel caso delle strutture isolate leggere). L'inerzia termica agisce sia con un effetto di smorzamento dell'ampiezza della sollecitazione termica esterna che con lo sfasamento della stessa, cioe con il ritardo di tempo tra lfimpatto dellfonda termica sulla superficie esterna del muro ed il suo mostrarsi, con intensita smorzata, sulla faccia interna del muro stesso. I benefici derivanti da questi due fenomeni sono evidenti e consentono di:
• limitare le variazioni di temperatura dell’aria interna, con conseguente migliore rendimento dell’impianto di riscaldamento (regime più costante);
• ridurre la potenza massima dell’impianto di condizionamento;
• massimizzare lo sfruttamento degli apporti gratuiti interni ed esterni;
• migliorare il comfort dei locali;
• favorire il risparmio energetico.

Diagrammi di andamento delle temperature sulle pareti, nell’arco della giornata.

Lo sfasamento indica la collocazione temporale (e quindi in quali condizioni termiche ambientali si farà sentire) dell’apparire all’interno dell’abitazione delle condizioni peggiori del clima naturale esterno (minima
temperatura notturna, d’inverno; massima insolazione, d’estate). È evidente che se, ad esempio, la massima punta termica esterna estiva si farà sentire all’interno dell’abitazione quando la temperatura ambientale sarà scesa a valori più moderati, ad esempio in piena notte, essa sarà sopportata molto più agevolmente e saranno sufficienti sistemi come la ventilazione naturale per la dissipazione del calore.
Estremizzando i concetti sopra esposti si può pensare ad un esempio estremamente banale ma quanto mai concreto. Una caverna, con massa delle pareti elevatissima è in grado di preservare al suo interno condizioni di temperatura pressoché costanti nel tempo sia nelle stagioni calde che in quelle fredde. In questo caso lo smorzamento delle variazioni climatiche esterne è praticamente totale, stabilizzando l’ambiente interno ad una temperatura prossima alla temperatura media annuale della località.

Confronto delle inerzie di tre pareti con tre diversi tipi di materiale.

Una roulotte rappresenta l’esatto contrario. Essa ha una massa delle pareti dell’involucro estremamente bassa ed al suo interno si ripercuotono integralmente ed in tempo reale tutte le variazioni di temperatura esterne. Soltanto la presenza di un impianto di termoregolazione consente di mantenere delle condizioni di vivibilità. Le chiese dell’epoca romanica e rinascimentale così come gli edifici dei nostri centri storici rappresentano un ulteriore esempio concreto del concetto di inerzia termica. Murature di grosso spessore e di notevole massa sono in grado di smorzare e sfasare sensibilmente le variazioni giornaliere della temperatura esterna. Situazione del tutto particolare si verificava invece nei famosi “Piombi”, le carceri di Venezia famose per aver ospitato tra gli altri Giordano Bruno, Silvio Pellico, e soprattutto rese famose da Giacomo Casanova, che le descrisse, narrando della sua rocambolesca evasione; questo edificio era caratterizzato dal un tetto realizzato in lastre di piombo (da cui il nome) che garantiva ai condannati delle celle poste nel sottotetto estati torride ed inverni gelidi.