• Articolo , 24 settembre 2009
  • Isolamento a 360°…anzi a 365 giorni

  • Le caratteristiche dei materiali e l’attitudine degli stessi a comportarsi da massa termica e a favorire l’isolamento termico sono determinanti nel garantire condizioni di comfort abitativo non solo durante la stagione fredda, ma anche in quella calda.

Conclusa l’estate è tempo di bilanci: con molta probabilità anche quest’anno l’energia spesa per raffrescare le nostre abitazioni, gli ambienti di lavoro, di svago, ecc. sarà equivalente e, in alcuni casi, superiore a quella per il riscaldamento invernale. Schermare le finestre nelle ore più critiche per ridurre al massimo l’apporto solare, limitare al minimo indispensabile l’utilizzo di elettrodomestici o di apparecchiature quali forni e PC al fine di ridurre gli apporti di calore interni e ventilare nelle ore notturne per favorire la dispersione delle masse di calore accumulatesi nell’ambiente nell’arco della giornata hanno di fatto influito poco sulla regolazione del comfort indoor il quale, nonostante i nostri sforzi, è risultato frequentemente al di sopra della sopportabilità umana; tuttavia, finestre scarsamente protette o spalancate non sono gli unici elementi ad influire negativamente sulle condizioni di temperatura e umidità che si riscontrano all’interno degli ambienti: è l’intero involucro edilizio, compreso di superfici trasparenti ed opache, che determina lo stato dell’ambiente interno. Affinché si possano garantire ideali condizioni di comfort e di conseguenza un reale risparmio energetico per una casa, è fondamentale dotarla di una serie di accorgimenti in grado di evitare la dispersione di calore dall’interno verso l’esterno (in inverno) e l’eccessivo apporto di calore dall’esterno verso l’interno (in estate). In sostanza, sebbene possa sembrare contro natura, è opportuno dotare di un buon grado di isolamento termico la nostra abitazione non solo per proteggerci dal freddo invernale ma anche dal caldo estivo.
Nella progettazione termica di una struttura, l’obiettivo è quello di predisporre un ambiente interno che più si avvicini alle condizioni di comfort relazionato con un dato ambiente climatico. In termini architettonici significa che la pianta e la struttura di un edificio dovrebbero sfruttare le possibilità naturali per migliorare le condizioni di vita senza l’aiuto di impianti meccanici.
La correlazione fra le componenti che influiscono sui carichi termici in entrata, e sulla loro trasformazione durante la trasmissione attraverso una struttura per apparire come carichi termici in uscita sulla superficie interna, è un problema intricato e delicato. Le ampie variazioni cicliche delle condizioni esterne, che sono generalmente fuori fase tra di loro e la cui grandezza varia continuamente, e lo stato instabile dei livelli di temperatura interni, contribuiscono ulteriormente a complicare la situazione. Inoltre, lo scambio termico interno fra oggetti e la tendenza degli elementi strutturali interni ad accumulare prima e a cedere successivamente calore, rendono difficile definire le condizioni termiche risultanti all’interno della struttura.
Considerati tutti questi aspetti, è di fondamentale importanza valutare tutti i fattori termici esterni che passano attraverso l’involucro dell’edificio prima di influire sulle condizioni di temperatura interne. Il processo può essere paragonato all’assorbimento di umidità da parte di un materiale poroso: gli strati successivi della struttura diventano progressivamente ‘saturi’ di calore finché l’effetto si trasmette sulla superficie interna. La fluttuazione giornaliera della temperatura, più o meno sinusoidale, filtrando attraverso gli elementi strutturali subisce delle modifiche a livello di ampiezza e risulta ritardata nel tempo. A livello pratico, si pensi a ciò che succede entrando in una grande chiesa di pietra in un giorno d’estate e alla sensazione di benessere che si prova. In edifici di questo tipo infatti, la grande massa delle murature assorbe e riflette il fresco della notte precedente; l’effetto è una temperatura ‘ritardata’ prossima alla media stagionale. L’effetto analogo si verifica nel caso di vecchie abitazioni, mentre non si verifica nel caso di moderni edifici estremamente leggeri e sottili, per i quali il problema dell’equilibrio della temperatura si fa sentire pesantemente. L’obiettivo principale quindi è quello di predisporre un involucro opaco che equilibri le forze termiche esterne delle varie regioni e relative esposizioni, smorzandole e distribuendole. Interventi sul costruito si possono realizzare in fase di ristrutturazione: in caso di nuova costruzione è opportuno effettuare uno studio a priori in modo tale da predisporre un adeguato livello di isolamento.
Una più efficace riduzione del flusso termico si ottiene sfruttando la proprietà isolante dei materiali e quindi il loro comportamento rispetto alla trasmissione del calore che, messo in relazione con la variazione giornaliera del carico termico, determina una corrispondente oscillazione all’interno dell’edificio.
Il tutto è verificato con due differenze:
* Il ciclo interno è smorzato, ovvero le variazioni sono più piccole; ciò dipende dalle proprietà isolanti del materiale chiamate tecnicamente “trasmittanza” (più basso sarà il valore della trasmittanza, maggiore sarà l’isolamento).
* Il ciclo interno è ritardato rispetto a quello esterno a causa della capacità di accumulo termico del materiale caratterizzata dal calore specifico volumetrico (maggiore è la capacità di accumulo termico, minore sarà la variazione di temperatura che viene propagata attraverso il materiale).

Questo ritardo viene chiamato “inerzia termica” dell’edificio e consente di ritardare l’effetto dei carichi termici esterni dai periodi più caldi a quelli più freddi e di trasmettere la bassa temperatura notturna ai periodi più caldi del giorno. L’intervallo di tempo che intercorre fra l’ora in cui si registra la massima temperatura sulla superficie esterna della struttura e l’ora in cui si registra la massima temperatura sulla superficie interna della stessa è definito “sfasamento termico”.
Entrambe le caratteristiche sono presenti nei materiali in misura variabile a seconda della loro diffusività termica e possono essere sfruttate per avvicinarsi a condizioni equilibrate all’interno di un edificio.
Ovviamente la quantità di isolamento desiderata è direttamente proporzionale alla differenza fra le condizioni termiche esterne e i requisiti di comfort. È dunque opportuno basare questo rapporto sulle temperature di progetto della località. Le diverse esposizioni, per effetto dell’azione sole-aria, presentano però effetti termici diversi che fanno diminuire o aumentare il carico termico: la temperatura superficiale di un materiale esposto al sole è più alta di quella dell’aria, i cui movimenti sopra una superficie esposta riducono l’impatto termico esterno e sono particolarmente benefici in condizioni molto calde.
Si propone qui di seguito uno schema relativo all’influenza dell’inerzia termica e dell’isolamento a livello regionale, proposto da V. Olgyay nel suo libro “Progettare con il clima”:
in ordinata sono indicate le zone climatiche con le loro latitudini approssimative, mentre l’ascissa in alto riporta le temperature che si riferiscono ai requisiti di isolamento. Quella in basso indica l’escursione termica giornaliera e si riferisce alla curva dell’indice di ritardo termico. La deviazione dalle condizioni di comfort nelle varie zone è rappresentata da una curva, in cui i valori calcolati sono indicati da una linea continua e quelli approssimati da una linea tratteggiata.
È evidente come la quantità di isolamento richiesto diventa maggiore via via che le condizioni climatiche diventano più fredde e le temperature di progetto divergono dai requisiti di comfort. Ciò che è interessante osservare è come la quantità di peso richiesta per ottenere l’inerzia termica desiderabile varia con l’escursione termica giornaliera, massima nelle aree calde e secche. I metodi per applicare questi principi sono illustrati nelle piante schematiche di case poste sul lato destro del grafico.
Negli ambienti tropicali umidi, i materiali usati dovrebbero essere leggeri e poco isolanti. Il clima tipico delle isole tropicali richiede poco isolamento ma, data la maggiore escursione termica nell’arco delle ventiquattrore, la massa disposta all’interno dell’edificio stabilizzerà la temperatura giornaliera. Nelle aree calde e umide, dove l’escursione termica riscontrata è minima, darà buone prestazioni un isolamento leggero senza inerzia termica. I requisiti delle aree calde e secche sono molto più rigidi, perché si riscontra una forte differenza fra gli impatti diurni e quelli notturni. Ciò richiede che le zone abitate di giorno siano protette con masse termiche pesanti e che le zone dove si dorme abbiano invece poca inerzia termica, in modo da rispondere prontamente alla frescura della sera. Nelle aree temperate, la massa dovrebbe essere posta sul lato ovest, in modo tale da ritardare l’impatto termico del tardo pomeriggio, mentre gli altri lati dell’edificio devono essere ben isolati. Quanto alle aree fredde, queste richiedono un maggior isolamento termico, con una parete ovest massiccia e con una massa interna per bilanciare le fluttuazioni giornaliere della temperatura. Nelle aree molto fredde, gli edifici dovrebbero essere caratterizzati da pareti massicce, per mantenere l’equilibrio della temperatura, preferibilmente con l’isolamento sull’esterno per ridurre la dispersione di calore. A latitudini molto alte, dove l’escursione termica giornaliera diventa relativamente trascurabile rispetto alla deviazione tra la temperatura esterna e le condizioni di comfort, l’unico criterio risulterebbe l’isolamento termico. Dallo schema si evince come le condizioni termiche interne si possono verificare usando un isolamento equilibrato che tenga conto di queste differenze.
Il comfort abitativo quindi non è una ‘questione stagionale’, bensì è un aspetto che necessita di attenzione affinché sia garantito 365 giorni l’anno. È essenziale quindi considerare il ruolo che determinati materiali, posti in un determinato contesto climatico, possono assumere grazie alla bassa diffusività termica che può essere sfruttata efficacemente per equalizzare e spostare nel tempo gli impatti termici giornalieri sinusoidali. La capacità termica desiderata deve essere posta in relazione con il peso totale della struttura in funzione della variazione di ampiezza giornaliera. Calcolando quindi i flussi termici elemento per elemento, la distribuzione giornaliera dei carichi termici può essere equilibrata spostando gli impatti su ore non di picco. Il risultato è immediato: bassi costi di gestione dovuti ad un più efficiente funzionamento degli impianti di riscaldamento e raffrescamento dal punto di vista economico, ed effetto sul comfort abitativo immediato e totale a garanzia di condizioni di vita e di lavoro salubri ed idonee all’espletamento dell’attività umana.