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CertiMaC: Divisione sperimentale per l'efficienza dell'involucro edilizio (b)
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CertiMaC: Divisione sperimentale per l'efficienza dell'involucro edilizio (b)

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Metodologie sperimentali e numeriche per la determinazione delle prestazioni termiche dei laterizi. …

Metodologie sperimentali e numeriche per la determinazione delle prestazioni termiche dei laterizi.
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  • 1. LA QUALITA’ ENERGETICA DELL’INVOLUCRO EDILIZIOLA QUALITA’ ENERGETICA DELL’INVOLUCRO EDILIZIO DIVISIONE SPERIMENTALE PER L’EFFICIENZA ENERGETICA DELL’INVOLUCRO EDILIZIOENERGETICA DELL INVOLUCRO EDILIZIO Metodologie Sperimentali e Numeriche per la determinazione delle prestazioni termiche di elementi in Laterizio Ing. Luca Laghi - CertiMaC Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento:
  • 2. SOMMARIO Requisiti di LeggeRequisiti di Legge Normativa Tecnica di Riferimento – UNI EN 1745:2005 Analisi Sperimentali A li i ll’i tAnalisi sull’impasto Metodologie di CalcoloMetodologie di Calcolo Analisi sul Blocco Analisi sulla Muratura Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento:
  • 3. REQUISITI DI LEGGE (1)Q ( ) DIRETTIVA EUROPEA 2002/91/CE (EPBD)DIRETTIVA EUROPEA 2002/91/CE (EPBD) Quadro Temporale Normativo DD LgsLgs 192/2005192/2005 aggiornato eD.D. LgsLgs. 192/2005. 192/2005 aggiornato e integrato dal D.D. LgsLgs. 311/2006. 311/2006 DPR 412/1993DPR 412/1993 Valori limite TrasmittanzaTrasmittanza ““UU”” strutture opache verticali (murature) Valore limite funzione della Zona climaticaZona climatica (Gradi giorno) Calendario di Attuazione Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 3
  • 4. REQUISITI DI LEGGE (2)Q ( ) Quadro Temporale Normativo CALCOLO TRASMITTANZACALCOLO TRASMITTANZA SECONDO UNI EN 1745SECONDO UNI EN 1745 DPR 59/2009DPR 59/2009 D t tt ti D. 26 Giugno 2009D. 26 Giugno 2009 Linea Guida nazionali per la Certificazione Energetica degli edifici DPR 59/2009DPR 59/2009 Decreto attuativo del D. Lgs. 192/05 vsvs Leggi RegionaliLeggi RegionaliLeggi RegionaliLeggi Regionali (es.(es. Emilia RomagnaEmilia Romagna –– DAL 156/08DAL 156/08)) Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 4
  • 5. REQUISITI DI LEGGE (3)Q ( ) In tale contestoIn tale contesto La certificazione energetica dei componenti l’involucro edilizio oltre che adempimento obbligatorio si configura come importante leva strategica per lo sviluppo competitivo del settore dei LATERIZI METODI PER DETERMINARE I VALORI TERMICIMETODI PER DETERMINARE I VALORI TERMICI DIDI PROGETTOPROGETTO UNI EN 1745UNI EN 1745 Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 5
  • 6. NORMATIVA TECNICA DI RIFERIMENTO UNI EN 1745:2005 (1)RIFERIMENTO – UNI EN 1745:2005 (1) Fasi del METODO di CALCOLOFasi del METODO di CALCOLO Determinazione in cascata di: Conducibilità Termica λ10 dry dell’Impasto di Argilla Cotta e derivazione del valoreConducibilità Termica λ10,dry dell Impasto di Argilla Cotta e derivazione del valore λbase (Fig.1) Conducibilità Termica Equivalente λequ del Blocco (Fig.2)q equ ( g ) Trasmittanza Termica U della Parete costituita dal Blocco (Fig. 3) Fig. 1 Fig. 2 Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: Fig. 3 6
  • 7. NORMATIVA TECNICA DI RIFERIMENTO UNI EN 1745:2005 (2)RIFERIMENTO – UNI EN 1745:2005 (2) ALCUNE DEFINIZIONIALCUNE DEFINIZIONI ValoreValore termicotermico drydry:: Valore della proprietà termica di un materiale o prodotto da costruzione, valutato sperimentalmente o mediante analisi numeriche, nello stato a secco. Condizione di riferimento per Analisi di Laboratorio. ValoreValore termicotermico didi basebase:: Valore della proprietà termica di un materiale o prodotto da costruzione nello stato a secco, determinato secondo la norma come base per il calcolo dei valori termici di progetto. ValoreValore termicotermico didi progettoprogetto:: Valore della proprietà termica di un materiale o prodotto da costruzione in condizioni esterne ed interne specifiche, che può essere considerato come tipico delle prestazioni di tale materiale o prodotto quando incorporato in un componente edilizio. Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 7
  • 8. NORMATIVA TECNICA DI RIFERIMENTO UNI EN 1745:2005 (3)RIFERIMENTO – UNI EN 1745:2005 (3) CONDUCIBILITÀ TERMICACONDUCIBILITÀ TERMICA λλ10,dry10,dry DELL’IMPASTODELL’IMPASTO DIDI ARGILLA COTTAARGILLA COTTA E DERIVAZIONE DEL VALOREE DERIVAZIONE DEL VALORE λλ La Normativa prevede due possibili alternative per la determinazione del λλ10,DRY10,DRY E DERIVAZIONE DEL VALOREE DERIVAZIONE DEL VALORE λλbasebase MISURE SPERIMENTALI VALORI TABELLARI Prospetto A.1Prospetto A.1 –– APPENDICE AAPPENDICE A Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 8
  • 9. NORMATIVA TECNICA DI RIFERIMENTO UNI EN 1745:2005 (4)RIFERIMENTO – UNI EN 1745:2005 (4) CONDUCIBILITÀ TERMICACONDUCIBILITÀ TERMICA λλ10,dry10,dry DELL’IMPASTODELL’IMPASTO DIDI ARGILLA COTTAARGILLA COTTA E DERIVAZIONE DEL VALOREE DERIVAZIONE DEL VALORE λλE DERIVAZIONE DEL VALOREE DERIVAZIONE DEL VALORE λλbasebase VALORI TABELLARI Correlazione, in forma tabellare tra Massatabellare, tra Massa Volumica e Conducibilità Termica λ10,dry dell’Impasto di ArgillaArgilla I valori sono indicati come frattili del 50% e 90% (P ) della gamma P tt A 1P tt A 1 APPENDICE AAPPENDICE A 90% (P-) della gamma esistente di valori λ10,dry dell’Impasto di Argilla per una determinata massa volumica Prospetto A.1Prospetto A.1 –– APPENDICE AAPPENDICE Amassa volumica. Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 9
  • 10. NORMATIVA TECNICA DI RIFERIMENTO UNI EN 1745:2005 (5)RIFERIMENTO – UNI EN 1745:2005 (5) CONDUCIBILITÀ TERMICACONDUCIBILITÀ TERMICA λλ10,dry10,dry DELL’IMPASTODELL’IMPASTO DIDI ARGILLA COTTAARGILLA COTTA E DERIVAZIONE DEL VALOREE DERIVAZIONE DEL VALORE λλ Ai fini della determinazione del valore λbase occorrono: Correlazione tra Massa Volumica e Conducibilità Termica E DERIVAZIONE DEL VALOREE DERIVAZIONE DEL VALORE λλbasebase λ10,dry dell’impasto di argilla riportata dalla Norma all’Appendice A; Gamma di Massa Volumica del prodotto, derivata dai processi di produzione (FPC) o dalle tolleranze di massap p ( ) volumica riportate nelle norme di prodotto; Almeno tre misurazioni della Massa Volumica e della Conducibilità Termica λ, rappresentative del materiale in produzioneproduzione. Si determina la Correlazione tra Massa Volumica e Conducibilità Termica λ10,dry effettiva di una Produzione Predefinita (6) rispetto ai Valori Tabellari (5). Il valore λbase si esprime come valore λ medio unitamente alla differenza tra il valore limite e il valore medio. λbase = λ10,dry(P=50%)±Δλ10,dry (LIMITI) Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 10
  • 11. NORMATIVA TECNICA DI RIFERIMENTO UNI EN 1745:2005 (6)RIFERIMENTO – UNI EN 1745:2005 (6) CONDUCIBILITÀ TERMICACONDUCIBILITÀ TERMICA λλequequ DEL BLOCCO E TRASMITTANZA TERMICADEL BLOCCO E TRASMITTANZA TERMICA UU DELLA MURATURADELLA MURATURA La Normativa prevede quattro possibili alternative per la determinazione del λλequequ Calcoli NUMERICI 2D (Metodo Elementi Finiti – Appendice D); Valori MISURATI sperimentalmente (Hotbox,Doppia Camera Calibrata, ecc.); Valori TABELLARI (Appendice B); Calcolo SEMPLIFICATO (cfr. UNI EN ISO 6946:2008). La Normativa prevede quattro possibili alternative per la determinazione della U Calcoli NUMERICI 3D (Metodo Elementi Finiti); Valori MISURATI sperimentalmente (Hotbox,Doppia Camera Calibrata, ecc.); Valori TABELLARI (Appendice B);Valori TABELLARI (Appendice B); Calcolo SEMPLIFICATO (cfr. UNI EN ISO 6946:2008). Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 11
  • 12. NORMATIVA TECNICA DI RIFERIMENTO UNI EN 1745:2005 (7)RIFERIMENTO – UNI EN 1745:2005 (7) VALORI TERMICIVALORI TERMICI DIDI PROGETTOPROGETTO La Normativa prevede di determinare i valori di progetto λ o (R ) U secondo quantoLa Normativa prevede di determinare i valori di progetto λU o (RU) UU secondo quanto indicato nella UNI EN ISO 10456:2008. Il coefficiente Fm può essere applicato in ciascuna delle tre fasi di calcolo Definizione di: Condizione di riferimento (T°=10°C u r =0% stato ψ );Condizione di riferimento (T°=10°C, u.r.=0% – stato ψ1); Condizione a cui dichiarare il valore di progetto (T°=23°C, u.r.=50%/80% – stato ψ2) Coefficienti di Conversione per il grado di Umidità fψ, funzione del tipo di materiale FFmm Laterizio = 1.127Laterizio = 1.127 FFmm Malta/Intonaco = 1.271Malta/Intonaco = 1.271 Incrementi sulla U di muratura fino all’11% circa Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 12
  • 13. NORMATIVA TECNICA DI RIFERIMENTO UNI EN 1745:2005 (8)RIFERIMENTO – UNI EN 1745:2005 (8) ITERITER DIDI CALCOLO scelto PER LA QUALIFICAZIONE TERMICACALCOLO scelto PER LA QUALIFICAZIONE TERMICA COMPLETACOMPLETA DIDI PRODOTTOPRODOTTO UNI EN 1745UNI EN 1745COMPLETACOMPLETA DIDI PRODOTTOPRODOTTO –– UNI EN 1745UNI EN 1745 Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 13
  • 14. ANALISI SPERIMENTALI (1) MISURA DELLA CONDUCIBILITA’ TERMICA CON IL METODO DELLAMISURA DELLA CONDUCIBILITA’ TERMICA CON IL METODO DELLA PIASTRA CALDA CON ANELLOPIASTRA CALDA CON ANELLO DIDI GUARDIA (ISO 8302GUARDIA (ISO 8302 -- UNI EN 12664)UNI EN 12664)PIASTRA CALDA CON ANELLOPIASTRA CALDA CON ANELLO DIDI GUARDIA (ISO 8302GUARDIA (ISO 8302 UNI EN 12664)UNI EN 12664) Determinazione diretta della resistenza R del campione e della conducibilità λ del materiale; Riferimento per ogni altro metodo di misura (es. termoflussimetro); Misura della potenza elettrica e ΔT; Campioni grandi Ф> 200 mm; Difficoltà di reperimento di campioni significativi; Impossibilità di ricavare campioni direttamenteImpossibilità di ricavare campioni direttamente da blocchi forati/mattoni Metodo di Riferimento ASSOLUTOMetodo di Riferimento ASSOLUTO Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 14
  • 15. ANALISI SPERIMENTALI (2) MISURA DELLA CONDUCIBILITA’ TERMICA CON METODI ALTERNATIVI:MISURA DELLA CONDUCIBILITA’ TERMICA CON METODI ALTERNATIVI: METODO DEL TERMOFLUSSIMETRO CON ANELLOMETODO DEL TERMOFLUSSIMETRO CON ANELLO DIDI GUARDIA (ASTM E1530)GUARDIA (ASTM E1530)METODO DEL TERMOFLUSSIMETRO CON ANELLOMETODO DEL TERMOFLUSSIMETRO CON ANELLO DIDI GUARDIA (ASTM E1530)GUARDIA (ASTM E1530) Determinazione indiretta della resistenza R del campione e della conduttività λ del materiale; Taratura apparato con campioni di resistenza R certificata; Misura diretta del flusso termico e ΔT; Campioni di dimensioni limitate, 50-60 mm, 1spessore >1 mm; Elevata rappresentatività dei campioni testati; Possibilità di ricavare campioni direttamente da blocchi forati/mattoni Metodo ALTERNATIVO correlabileMetodo ALTERNATIVO correlabile al PRIMOal PRIMO Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 15
  • 16. ANALISI SPERIMENTALI (3) TERMOFLUSSIMETRO CON ANELLOTERMOFLUSSIMETRO CON ANELLO DIDI GUARDIA (ASTM E1530)GUARDIA (ASTM E1530) Mod. UNITHERM 2022Mod. UNITHERM 2022 –– ANTER CorporationANTER Corporation Range di misura - 30÷300°C; Taratura apparato con 6 campioni di resistenza R certificata forniti dalla casa produttrice; Campioni con diametro 50.8 mm, spessore 0.5÷25 mm. Possibilità di indagini locali (effetto alleggerimento); Range di Misura R - 0.002÷0.5 m2K/W; Accuratezza della misura 2÷5%; Tempi di prova, previa calibrazione, limitati ad 1.5 h circa per campione.c ca pe ca p o e Abbattimento della Resistenza termica di contatto mediante: carico pneumatico, thermal compound, iter di taratura strumento; Attrezzatura supplementare: Chiller operante nel range di T° -50÷100°C, impianto alimentazione Azoto per prove in condizioni criogeniche; Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 16
  • 17. ANALISI SPERIMENTALI (4) PRINCIPIOPRINCIPIO DIDI FUNZIONAMENTOFUNZIONAMENTO Determinazione indiretta di RESISTENZA TERMICA eRESISTENZA TERMICA e CONDUCIBILITA’ TERMOFLUSSIMETROTERMOFLUSSIMETRO Misura diretta di flusso termico e ∆T SCHEMATIZZAZIONE SETSCHEMATIZZAZIONE SET--UP TERMICO per la misura a 10UP TERMICO per la misura a 10°°CC Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 17
  • 18. ANALISI SPERIMENTALI (5) PRINCIPIOPRINCIPIO DIDI FUNZIONAMENTOFUNZIONAMENTO –– CURVACURVA DIDI TARATURA a 10TARATURA a 10°°CC RR22 = 0.994= 0.994 Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 18
  • 19. ANALISI SPERIMENTALI (6) PRINCIPIOPRINCIPIO DIDI FUNZIONAMENTOFUNZIONAMENTO –– CARATTERISTICHE PROVINOCARATTERISTICHE PROVINO Il Campione sottoposto a prova: viene ricavato direttamente dal blocco finito (cartella esterna o setto interno); viene rettificato superficialmente mediante sistema di bloccaggio gelivo inserito in Il Campione sottoposto a prova: viene rettificato superficialmente mediante sistema di bloccaggio gelivo inserito in rettificatrice per massimizzare il grado di finitura superficiale e limitare gli effetti secondari legati alla resistenza termica di contatto; 19 Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento:
  • 20. ANALISI SPERIMENTALI (7) VALIDAZIONE della METODOLOGIA SPERIMENTALEVALIDAZIONE della METODOLOGIA SPERIMENTALE Allo scopo di aumentare progressivamente l’affinamento delle misure sperimentalip p g p effettuate, si opera come segue: VERIFICHE INTERNE VERIFICHE ESTERNE Verifica Periodica e Sistematica delle curve di taratura dello strumento; Test di Verifica su provini di “taratura” al Round Robin internazionale su base Volontaria con il Lab. Francese di riferimento per i materiali da costruzione – CTMNC;Test di Verifica su provini di taratura al termine di ogni campagna di prove su singola tipologia di prodotto; Aggiornamento periodico dei Software di CTMNC; Analisi incrociate su materiali da Costruzione con la collaborazione del Dip.to DIENCA d ll’U i ità d li t di diAggiornamento periodico dei Software di acquisizione dati e Revisione strumentazione. DIENCA dell’Università degli studi di Bologna; Analisi su materiali con caratteristiche termiche tali da ricadere al di fuori del range di misura dello strumento – verifica dell’accuratezza della risposta dello strumento in condizioni estreme Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 20 strumento in condizioni estreme.
  • 21. ANALISI SPERIMENTALI (9) STATISTICA SPERIMENTALESTATISTICA SPERIMENTALE –– Prodotti in LATERIZIO suProdotti in LATERIZIO su 160 campioni160 campioni Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 21
  • 22. ANALISI SPERIMENTALI (10) STATISTICA SPERIMENTALESTATISTICA SPERIMENTALE –– Prodotti in MALTA/INTONACO suProdotti in MALTA/INTONACO su 110 campioni110 campioni Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 22
  • 23. ANALISI SPERIMENTALI (11) Dall’analisi del grafico che mostra la correlazione tra dati tabellari e sperimentali emergeDall analisi del grafico che mostra la correlazione tra dati tabellari e sperimentali emerge un’elevatissima dispersione e si ribadisce il ruolo fondamentale della Misura realizzata in laboratorio sul prodotto finito rispetto alla scelta del valore da Tabella; Si osserva un tendenziale incremento della conducibilità termica all’aumentare della massa volumica, non sempre verificato. In generale la correlazione sussiste; Come suggerito dalla normativa tecnica, è bene, per aumentare la rappresentatività del risultato finale, analizzare sperimentalmente almeno tre campioni derivanti da altrettanti blocchi la cui massa volumica sia ben rappresentante l’intero lotto di produzione (es: campionatura di 10 blocchi analisi sui campioni a densità min media e max );10 blocchi, analisi sui campioni a densità min., media e max.); Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 23
  • 24. ANALISI SPERIMENTALI (12) L l ità d ll i t l d i li i 10°CLa complessità della prova sperimentale rende necessaria una sua realizzazione a 10°C come richiesto dalla normativa poiché, anche se di più semplice implementazione, la prova a 30°C con successiva correzione dei valori a 10°C, non costituisce un elemento di attendibilità. All’interno della UNI EN ISO 10456 sono definite le correlazioni per estrapolare il dato aAll interno della UNI EN ISO 10456 sono definite le correlazioni per estrapolare il dato a differenti temperature; La necessità di qualificare l’impasto costituente il blocco rende imprescindibile la prova sul prodotto finito posto realmente in opera, evitando la realizzazione di campioni ad hoc di grandi dimensioni. Problematiche connesse: planarità, finitura superficiale, scarsa rappresentatività (cicli di cottura), necessità di un fermo produzione; Data la natura estremamente disomogenea dei materiali in gioco, è preferibile analizzare periodicamente l’impasto in produzione(con cadenza annuale), a maggior ragione se vengono prodotti blocchi porizzati;prodotti blocchi porizzati; Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 24
  • 25. METODOLOGIE DI CALCOLO (1) MISURA DELLA CONDUCIBILITA’ TERMICAMISURA DELLA CONDUCIBILITA’ TERMICA λλequequ MEDIANTE MODELLIMEDIANTE MODELLI DIDI CALCOLO AGLI ELEMENTI FINITICALCOLO AGLI ELEMENTI FINITI La Norma prevede l’utilizzo di un modello FEM 2D, applicato ad una sezione del Blocco piana, perpendicolare all’asse di foratura e parallela al flusso termico. Elementi fondamentali sono: Valore λ di base dell’argilla cotta opportunamente estrapolato a partire dal valore λ10,dry; Stima conducibilità termica equivalente delle cavità d’aria sec. UNI EN ISO 6946 (Fig. 2); Elementi fondamentali sono: Applicazione del modello alla geometria reale del prodotto finito, rappresentativa dell’intero lotto di produzione; Validazione del modello implementato rispetto ai requisiti di accuratezza sec UNI EN 1745 –Validazione del modello implementato rispetto ai requisiti di accuratezza sec. UNI EN 1745 Appendice D ; Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 25 g g g 3
  • 26. METODOLOGIE DI CALCOLO (2) CONDIZIONICONDIZIONI DIDI SIMULAZIONESIMULAZIONE Blocco posto tra due ambienti posti aBlocco posto tra due ambienti posti a temperatura costante, rispettivamente a 20 e 0°C – Condizione STAZIONARIA; Approssimazione dei fenomeni radiativi epp convettivi al contorno mediante Resistenze Superficiali fissate da normativa in base alla direzione del flusso; Ipotesi: aria come materiale omogeneo approssimando gli effetti radiativo e convettivo attraverso opportuni coefficienti; Ipotesi: le superfici esterne del mattone, il cui sviluppo è in direzione parallela al flusso, si considerano adiabatiche – Condizione di MONODIMENSIONALITA’ DEL FLUSSO; Discretizzazione del dominio di studio secondo una mesh il cui grado di infittimento (refining) dipende dal soddisfacimento dei i iti di t Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 26 requisiti di accuratezza.
  • 27. METODOLOGIE DI CALCOLO (3) ITERITER DIDI CALCOLOCALCOLO Output CalcolatoreOutput Calcolatore Coefficiente di ACCOPPIAMENTO TERMICOACCOPPIAMENTO TERMICO (W/mK) TRASMITTANZA TERMICATRASMITTANZA TERMICA (W/m2K) RESISTENZA TERMICA TOTALERESISTENZA TERMICA TOTALE (m2K/W)RESISTENZA TERMICA TOTALERESISTENZA TERMICA TOTALE (m2K/W) RESISTENZA TERMICA al nettoRESISTENZA TERMICA al netto di CONVEZIONE edi CONVEZIONE e IRRAGGIAMENTOIRRAGGIAMENTO (m2K/W)IRRAGGIAMENTOIRRAGGIAMENTO (m2K/W) CONDUCIBILITA’CONDUCIBILITA’ EQUIVALENTE DELEQUIVALENTE DEL BLOCCOBLOCCO (m2K/W) Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 27
  • 28. METODOLOGIE DI CALCOLO (4) RISULTATIRISULTATI Distribuzione TEMPERATURE Distribuzione Vettoriale FLUSSO TERMICO Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 28
  • 29. METODOLOGIE DI CALCOLO (5) ANALISIANALISI DIDI CONVERGENZA e ACCURATEZZA DEL MODELLOCONVERGENZA e ACCURATEZZA DEL MODELLO La normativa lascia piena discrezionalità all’utente, che deve essere informato dei vantaggi e dei limiti di ogni metodo, nella scelta del software e del modello da implementaredel software e del modello da implementare. L’accuratezza richiesta non viene definita attraverso un criterio di convergenza, ma mediante verifica dell’applicazione del modellomediante verifica dell applicazione del modello rispetto ad alcuni casi test riportati in App. D della norma. Il modello è valido se lo scostamento delle due soluzioni è inferiore al 2%al 2%. Si rende necessaria la validazione della soluzione attraverso la determinazione della soluzione asintotica: condizione per la quale la soluzione è indipendente dalla dimensione degli elementi che costituiscono la mesh. Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 29
  • 30. METODOLOGIE DI CALCOLO (6) ASPETTI LEGATI AL MODELLOASPETTI LEGATI AL MODELLO Si rende necessario implementare il modello FEM a partire dalla geometria reale del blocco ottenuta tramiteSi rende necessario implementare il modello FEM a partire dalla geometria reale del blocco ottenuta tramite acquisizione a mezzo scanner. Inoltre la scelta della geometria viene fatta a valle di un controllo dimensionale di una serie di 10 blocchi al fine di caratterizzare termicamente una sezione rappresentativa dell’intero lotto di produzione; E’ sconsigliabile, a meno di valutazioni molto attente, sviluppare il calcolo a partire dal disegno CAD della filiera poiché risulta, in generale, molto difficile tener conto con precisione dei ritiri in fase di cottura, generalmente differenti lungo le due direzioni di sviluppo del blocco; Come richiesto dalla normativa, è opportuno utilizzare come valore della conducibilità termica dell’impasto (INPUT del calcolo) il valore λbase e non il valor medio dei tre risultati di λ10,dry poiché possono registrarsi variazioni tra i due valori fino al 10%. Ciò esige la realizzazione degli FPC periodici in produzione sulla massa volumica; Poiché non sono definiti con chiarezza metodi/criteri per determinare l’accuratezza del modello di calcolo, è necessario, visto il ridottissimo costo computazionale di tali modelli, valutare la λequ in corrispondenza della soluzione asintotica; Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 30
  • 31. METODOLOGIE DI CALCOLO (7) VARIABILIVARIABILI DIDI INTERESSE per OTTIMIZZARE LA PERFORMANCE DEL BLOCCOINTERESSE per OTTIMIZZARE LA PERFORMANCE DEL BLOCCO Si individuano tre variabili di interesse per l’ottimizzazione della prestazione termica del blocco: Conducibilità Termica dell’impasto di argilla (λbase e Geometria Setti); Conducibilità Termica equivalente dei vuoti d’aria (Geometria Cavità e Disposizione); Emissività delle superfici interessate dallo scambio termico (ε). Calcoli parametrici su geometria standard per verificare l’influenza dei trestandard per verificare l influenza dei tre principali parametri Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 31
  • 32. METODOLOGIE DI CALCOLO (8) VARIABILIVARIABILI DIDI INTERESSE per OTTIMIZZARE LA PERFORMANCE DEL BLOCCOINTERESSE per OTTIMIZZARE LA PERFORMANCE DEL BLOCCO λbase (W/mK) Riduzione % imposta λequ (W/mK) Δ λequ % Si è imposta una riduzione sul valore di base iniziale per verificarne la ricaduta, in tal caso, sul λ ; Influenza del parametro λbase e Geometria Setti 0.455 0.0 0.211 0.0 0.410 10.0 0.202 -4.3 0.364 20.0 0.193 -8.5 λequ ; Di fondamentale importanza lo spessore dei setti (ponte termico) poiché la conducibilità dell’argilla è di un ordine di grandezza superiore i tt ll d ibilità d ll’ i di itàrispetto alla conducibilità dell’aria di una cavità generica standard Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 32
  • 33. METODOLOGIE DI CALCOLO (9) VARIABILIVARIABILI DIDI INTERESSE per OTTIMIZZARE LA PERFORMANCE DEL BLOCCOINTERESSE per OTTIMIZZARE LA PERFORMANCE DEL BLOCCO Definiti b e d i parametri geometrici della cavità (Fig.1) si osserva (Fig.2) come varia la conducibilità equivalente al variare della Influenza della Geometria Cavità e Layout Fig. 1 conducibilità equivalente al variare della geometria; La riduzione del 50% circa della dimensione d, perpendicolare al flusso, porta (Fig.2) ad una id i d l 44% d ll d ibilità i l triduzione del 44% della conducibilità equivalente; La dimensione b è invece pressoché ininfluente (Fig.3). Fig. 2 b(mm) λeq (W/mK) Δ λequ % 15 0.058 -4.9 20 0.060 -1.6 25 0.061 0.0 30 0.061 0.0 35 0.062 1.6 48 0.063 3.2 Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 33 Fig. 3
  • 34. METODOLOGIE DI CALCOLO (10) VARIABILIVARIABILI DIDI INTERESSE per OTTIMIZZARE LA PERFORMANCE DEL BLOCCOINTERESSE per OTTIMIZZARE LA PERFORMANCE DEL BLOCCO Parametro imposto da Normativa al valore Influenza del parametro ε – EMISSIVITA’ (0 < ε < 1) Tm (°C) ε λeq (W/mK) Δ λeq % 10 0 7 0 0910 21 04Parametro imposto da Normativa al valore costante 0.9. Legato a fenomeni di irraggiamento e quindi al colore delle superfici esposte alla radiazione; Abbattendo l’emissività delle superfici delle 10 0.7 0.0910 -21.04 10 0.5 0.0703 -39.05 10 0.3 0.0528 -54.21 Fig. 1 Abbattendo l emissività delle superfici delle cavità interne ai blocchi si registrano riduzioni fino al 50% circa della Conducibilità equivalente dei vuoti (Fig.1) e riduzioni fino al 30% sulla λequ (Fig 2); Tm (°C) ε λequ (W/mK) Δ λequ % 10 0.7 0.1897 -10.17 10 0.5 0.1609 -23.81 (Fig.2); 10 0.3 0.1408 -33.33 Fig. 2 Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 34
  • 35. METODOLOGIE DI CALCOLO (11) MISURA DELLA TRASMITTANZA TERMICAMISURA DELLA TRASMITTANZA TERMICA DELLA MURATURADELLA MURATURA MEDIANTE METODO SEMPLIFICATO UNI EN ISO 6946MEDIANTE METODO SEMPLIFICATO UNI EN ISO 6946 I valori termici della parete a secco, U Trasmittanza e RT Resistenza Termica, vengono determinati, secondo la metodologia riportata nella Norma UNI EN ISO 6946, considerando la potenza termica dispersa dai mattoni e dai giunti di malta. I suddetti valori termici vengono d t i ti l t i t t d i t tdeterminati per la parete non intonacata ed intonacata. λEquλEqu λEqu MurλEqu MurλEqu,MurλEqu,Mur UMurUMur Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 35 MurMur
  • 36. METODOLOGIE DI CALCOLO (12) MISURA DELLA TRASMITTANZA TERMICAMISURA DELLA TRASMITTANZA TERMICA DELLA MURATURADELLA MURATURA MEDIANTE METODO SEMPLIFICATO UNI EN ISO 6946MEDIANTE METODO SEMPLIFICATO UNI EN ISO 6946 Valore λeq ricavato dal calcolo FEM; Elementi fondamentali sono: Valore λequ ricavato dal calcolo FEM; Spessore e Caratteristiche termiche dei Giunti di Malta (Effetto ponte termico – via preferenziale al passaggio del calore); Spessore e Caratteristiche termiche degli intonaci (Strati in serie); Definizione dei piani di taglio ed elemento caratteristico (Cfr. Appendice D – UNI EN 1745); D fi i i d i l i t i i di tt t t i i i t d ll’ iditàDefinizione dei valori termici di progetto per tener conto, in via approssimata, dell’umidità presente all’interno delle strutture (Cfr. UNI EN ISO 10456). Il valore di progetto viene posto a confronto con i limiti di legge (D.Lgs. 192/05 e D.Lgs. 311/06) 36 Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento:
  • 37. METODOLOGIE DI CALCOLO (13) MISURA DELLA TRASMITTANZA TERMICAMISURA DELLA TRASMITTANZA TERMICA DELLA MURATURADELLA MURATURA Calcolo FEM 3D La complessità e i tempi necessari per calcolo numerico 3D sono sovradimensionati rispetto all’obiettivo dello stesso calcolo, se realizzato entro le approssimazioni e le schematizzazioni proposte dalla norma (es.: penetrazione giunti di malta, approssimazione cavità d’aria, ecc.); Nel caso di pareti omogenee la soluzione analitica coincide, con variazioni massime prossime all’1.5÷2%, con la soluzione del modello FEM 3D; 37 Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento:
  • 38. METODOLOGIE DI CALCOLO (14) MISURA DELLA TRASMITTANZA TERMICAMISURA DELLA TRASMITTANZA TERMICA DELLA MURATURADELLA MURATURA Misure Sperimentali La misura sperimentale sulla muratura assemblata con blocchi, malta e intonaci, costituisce in quanto tale uno strumento molto efficace quanto complesso e delicato per determinare iin quanto tale, uno strumento molto efficace quanto complesso e delicato per determinare i valori termici di progetto della muratura; Consente di valutare i fenomeni realmente presenti all’interno delle cavità e non considera, grazie all’uso dei termoflussimetri i fenomeni di carattere superficiale (si realizza una misura digrazie all uso dei termoflussimetri, i fenomeni di carattere superficiale (si realizza una misura di conduttanza e non di trasmittanza); Tuttavia viene in genere realizzata su murature costruite ad hoc in laboratorio che potrebbero non essere rappresentative del montaggio in cantiere dove il modus operandi è ben piùnon essere rappresentative del montaggio in cantiere, dove il modus operandi è ben più grossolano; Dovrebbe essere realizzata allo stato dry, trascorsi 28 gg di stagionatura, ma molto spesso, ità di l b t i l li t i t i iù i t tti I lt 28per necessità di laboratorio, le prove vengono realizzate in tempi più ristretti. Inoltre, 28 gg sono sufficienti per la completa asciugatura della parete? 38 Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento:
  • 39. METODOLOGIE DI CALCOLO (15) Si può concludere, alla luce di quanto esposto, che il calcolo semplificato costituisce, nell’ambito delle approssimazioni dichiarate, un valido punto di riferimento per ottenere in tempi rapidi la trasmittanza termica della muratura; T i il i i di il d di l l bb i liTuttavia il testo normativo e quindi il metodo di calcolo potrebbe essere migliorato considerando la penetrazione del giunto di malta (fenomeno inevitabile) che, in sostanza, incrementa la zona interessata dal ponte termico e può portare, localmente sul blocco, ad un incremento della λequ fino al 250% ;incremento della λequ fino al 250% ; Dall’analisi critica del testo normativo, emerge inoltre che valori di buon progetto (e di buon senso) per effettuare calcoli termici su murature, in termini di spessore dei giunti di malta (elemento DETERMINANTE), non possono scendere al di sotto dei 9 mm, a meno che non si montino blocchi rettificati (s = 1÷3mm). La norma suggerisce 12 mm; Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 39
  • 40. METODOLOGIE DI CALCOLO (16) Spessore e Caratteristiche dei giunti di malta sono elementi strategici per massimizzare lap g g p performance, insieme alle caratteristiche termiche degli intonaci il cui spessore, invece, è fissato a 15 mm circa. Questo giustifica la grande evoluzione, sul mercato, di malte termiche e termo-intonaci ad alte prestazioni; Imprescindibile, per potersi confrontare con i limiti di legge, è la determinazione della trasmittanza in condizioni di progetto, tenendo conto dei coefficienti peggiorativi che tengono conto dell’umidità presente all’interno delle strutturaconto dell umidità presente all interno delle struttura. Per quanto siano performanti malte e intonaci, il rispetto dei limiti di legge è certamente subordinato alle caratteristiche termiche del mattone, elemento chiave della parete e, laddove non si cerchi il massimo della prestazione da impasto di argilla e geometria del blocco, per soddisfare i limiti di legge, diventa imprescindibile l’utilizzo di materiali isolanti. Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 40
  • 41. METODOLOGIE DI CALCOLO (18) INFLUENZA GIUNTIINFLUENZA GIUNTI DIDI MALTA E INTONACIMALTA E INTONACI Giunti di MaltaGiunti di Malta sgiunti (mm) λequ_muratura (W/mK) U (W/m2K) ΔU % 12 0.267 0.79 0.0 10 0 258 0 76 3 80 λmalta (W/mK) λequ_muratura (W/mK) U (W/m2K) ΔU % 0.900 0.253 0.75 0.0 10 0.258 0.76 -3.80 9 0.253 0.75 -5.06 6 0.238 0.71 -10.13 3 0.222 0.67 -15.19 1 0.217 0.64 -18.99 0.400 0.219 0.66 -12.00 0.250 0.214 0.65 -13.33 0.200 0.205 0.62 -17.33 0.150 0.202 0.61 -18.67 Fig.2: influenza delle caratteristiche termiche;Fig.1: influenza dello spessore Intonaci Calcolo parametrico a partire da Muratura λintonaco (W/mK) λequ_muratura (W/mK) U (W/m2K) ΔU % 0.900 0.253 0.75 0.0 0.400 0.244 0.73 -2.67 0 200 0 230 0 69 8 00 Calcolo parametrico a partire da Muratura con le seguenti caratteristiche: λequ blocco = 0.211 W/mK s malta = 12 mm; λmalta = 0.900 W/mK 0.200 0.230 0.69 -8.00 0.100 0.206 0.62 -17.33 0.06 0.180 0.56 -25.33 Fig.3: influenza delle caratteristiche termiche; s intonaco = 15 mm; λint = 0.900 W/mK Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 41
  • 42. GRAZIE PER L’ATTENZIONEGRAZIE PER L’ATTENZIONE Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 42
  • 43. ContattiContatti Direzione Tecnico–Scientifica: Ing. Martino Labanti martino.labanti@enea.it Divisione Termica–Efficienza Energetica: Ing. Luca Laghi l.laghi@certimac.it Laboratorio Analisi e Prove Marcatura CE: Dr Marco Marsigli m marsigli@certimac itLaboratorio Analisi e Prove–Marcatura CE: Dr. Marco Marsigli m.marsigli@certimac.it Comunicazione–Marketing: Dr.ssa. Giulia Ruta g.ruta@certimac.it Laboratorio fondato e partecipato da: in collaborazione con: con il finanziamento: 43