Influenza delle proprietà
radiative del manto sul
comportamento termico di
sistemi di copertura
E. Di Giuseppe, A. Orciari, M. D’Orazio, Università Politecnica delle Marche
(Ancona), Dipartimento DACS
L’adozione indiscriminata di sistemi costruttivi nordeuropei, come i sistemi
sandwich che in copertura accoppiano elevati spessori di isolamento a
rivestimenti metallici, potrebbe non rivelarsi una strategia efficace per il
contenimento dei consumi energetici ed il comfort interno in un clima di
tipo mediterraneo.
Aprile 2009 - Numero 9
Mensile di informazione tecnica sulle Coperture in Laterizio
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NEWSLETTER DELLE COPERTURE
La necessità di contenimento dei carichi radiativi ha tradizionalmente portato in Italia a scelte costruttive basate più sul concetto di permeabilità
del manto che sul forte isolamento, nonché su materiali, accoppiati ad
intercapedini di ventilazione, con un buon bilancio tra assorbanza ed emissività1.
La generale tendenza al “superisolamento” di matrice nordeuropea, insieme all’introduzione di materiali metallici di rivestimento, dalle spiccate
caratteristiche radiative, rischiano invece di avere conseguenze negative
sul comportamento delle coperture in fase estiva.
Per avere indicazioni al riguardo, si è condotta una ricerca che ha cercato
di comprendere l’influenza delle proprietà radiative del manto di copertura
sul sistema costruttivo e sulle condizioni di comfort termico in un ambiente
sottotetto.
Una preliminare attività sperimentale di caratterizzazione dei materiali (laterizi di diverso colore e manti metallici di diversa natura e colore) ha permesso di determinarne le proprietà radiative (assorbanza ed emissività).
I valori di tali grandezze sono stati poi inseriti in un software di calcolo2
con cui si è condotta una analisi parametrica - in termini di emissività ed
assorbanza del manto, altezza di intercapedine di ventilazione e spessore
di isolante - di stratigrafie di copertura ritenute tra le più comuni nel panorama edilizio italiano. I risultati dell’analisi sono stati infine confrontati con
quelli di monitoraggio effettuato su coperture reali con diversi materiali del
manto (metallici ed in laterizio), con e senza ventilazione (figg. 1, 2).
Per quanto concerne le proprietà radiative dei materiali, al crescere
dell’emissività si sono registrate temperature superficiali dei provini decrescenti. Per quanto riguarda l’assorbanza si è verificato come materiali
differenti, ma a colorazione simile3, presentino, se esposti alle stesse condizioni esterne, comportamenti comparabili.
Di conseguenza, il laterizio, dotato di elevata emissività (intorno a 0,9)
e di un valore di assorbanza medio - alto (intorno a 0,7), ma comunque
costante nel tempo, raggiunge di fatto temperature superficiali inferiori,
se sottoposto allo stesso irraggiamento, rispetto a manti metallici. Il fenomeno è evidente se si confrontano i risultati dei monitoraggi in opera
in termini di temperatura superficiale del manto (fig. 3). Si può osservare
come le tipologie di copertura metalliche ventilate e non ventilate raggiungano temperature elevatissime (oltre gli 85°C).
Influenza delle proprietà radiative del manto sul
comportamento termico di sistemi di copertura
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Se si considerano le corrispondenti temperature all’estradosso dell’isolante inserito nelle diverse stratigrafie prese in esame (fig. 4), si può constatare una netta
differenza di comportamento tra la tipologia di copertura non ventilata in rame e
quelle ventilate (in laterizio e in rame). Mentre la prima raggiunge temperature molto elevate sull’isolante (fino a 65°C), con possibili conseguenze dannose in termini
di durabilità per lo stesso, nelle altre la ventilazione sembra efficace nel ridurre il
carico termico e quindi la temperatura superficiale del materiale coibente, soprattutto per le coperture in laterizio (con manto permeabile).
I risultati delle simulazioni parametriche, in cui sono state fatte variare solo le proprietà radiative dei manti di copertura, evidenziano come l’assorbanza dia luogo,
rispetto all’emissività, a una maggiore variazione percentuale del numero di ore
con temperatura dell’aria interna superiore a 26°C (temperatura limite per il comfort interno estivo).4
Fissata quindi l’emissività a un valore di 0,9 e parametrizzando l’assorbanza, per le
stesse tipologie di copertura con due spessori di isolante, si può osservare (fig. 5)
che in presenza di elevati spessori di isolamento le differenze tra le diverse tipologie di manto analizzate si riducono, rispetto al caso di coperture poco isolate.
In fig. 6 si riporta in ascissa lo spessore di isolamento (cm) e in ordinata la percentuale di ore con temperatura dell’aria interna superiore a 26°C, per le differenti
tipologie di copertura, al fine di indagare l’influenza delle proprietà radiative in
relazione alla presenza di condotti di ventilazione. Anche qui si può osservare un
appiattimento del comportamento tra le diverse tipologie.
In conclusione, i risultati evidenziano che i manti in laterizio presentano le migliori
proprietà radiative, in termini di elevata emissività e media assorbanza, ai fini del
comfort termico in fase estiva e del risparmio energetico. Tuttavia, le differenze
con tipologie di copertura con manto di altro materiale sono attenuate qualora le
stratigrafie risultino ventilate, per effetto del “disaccoppiamento termico” creato
Figura 1. I sistemi di copertura oggetto di studio (in laterizio e metallo).
1
L’emissività di un materiale (di solito indicata con ε) è una misura della sua capacità di irraggiare
energia. L’assorbanza o coefficiente di assorbimento (di solito indicata con α) rappresenta invece
il rapporto tra l’energia assorbita da un corpo e quella incidente sulla sua superficie. Tali proprietà
influenzano notevolmente la capacità di un materiale di scambiare calore per irraggiamento.
2 Si tratta di Energy Plus, uno strumento di simulazione dinamica sviluppato dal Dipartimento di
Energia degli Stati Uniti d’America in collaborazione con l’Università dell’Illinois e l’Università della
California.
3 La saturazione del colore del laterizio e dei rivestimenti in rame è simile già dopo poche settimane
di esposizione all’esterno, per effetto della patinatura che viene ad interessare la superficie metallica.
4 Tale parametro è impiegato nella valutazione del comfort termico in periodo estivo, utilizzato
anche dal software PHPP del Passiv Haus Insitut.
dal pacchetto isolante-ventilazione. Comportamento a parte hanno, invece, le tipologie metalliche non ventilate, in cui le proprietà radiative determinano elevatissime
temperature del manto e dell’isolante con conseguenze negative per la durabilità
dell’intero sistema.
N°
Tipologia
1
Descrizione
COPERTURA METALLICA
NON VENTILATA
SOLAIO LIGNEO
2
COPERTURA METALLICA
VENTILATA (6 cm)
SOLAIO LIGNEO
3
COPERTURA IN LATERIZIO
3
MICROVENTILATA
(3 cm)
SOLAIO LIGNEO
COPERTURA IN LATERIZIO
VENTILATA (6 cm)
SOLAIO LIGNEO
Figura 2. Tipologie di copertura considerate.
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Influenza delle proprietà radiative del manto sul
comportamento termico di sistemi di copertura
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Figura 3. Temperatura superficiale del manto di tipologie di copertura in rame ed
in laterizio, con diverse altezze di intercapedine di ventilazione.
Figura 4. Temperatura superficiale dell’isolante di tipologie di copertura in rame
ed in laterizio, con diverse altezze di intercapedine di ventilazione.
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Figura 6. Influenza del tipo di manto in associazione a diversi condotti di
ventilazione sul comportamento termico di coperture fortemente isolate.
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Figura 5. Differenze tra tipologie di copertura con diverso tipo di manto e
spessore di isolante, a parità di emissività.