Archivio di luglio 2011

Termografia per individuare il thermal bypass

 

Il fenomeno del thermal bypass può portare ad un grave decadimento delle prestazioni dell’involucro e spesso non è individuabile con il Blower Door Test.

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Il fenomeno chiamato thermal bypass consiste in un trasferimento di calore che avviene come combinazione di scambi conduttivi e convettivi. Definito in questi termini, il thermal bypass sembrerebbe schematizzabile con i modelli per la determinazione delle perdite per trasmissione e per ventilazione. In realtà è un fenomeno più subdolo, connesso a circolazione d’aria di tipo “a circolo chiuso” o “a circolo aperto” entro elementi costruttivi.  Molti progettisti non hanno familiarità con il thermal bypass, dato che la tradizione costruttiva italiana, basata su muri massicci in laterizio, solai in latero-cemento ed intonaco, ne è pressoché esente, salvo che nei sistemi di costruzione con intercapedine dove il flusso d’aria può entrare senza darne evidenza, ma creando dei forti raffreddamenti e dispersioni. Si consideri inoltre che le strutture in laterizio sono comunque meno sensibili ai potenziali danni derivanti dai fenomeni da “condensazione interstiziale”, per questo lungamente sottovalutati. Il fenomeno si verifica più spesso in strutture in legno, a secco o in particolari tipologie costruttive a strati

struttura con intercapedine

Figg.1 a e 1b: Immagine di un thermal bypass evidenziato in una struttura con intercapedine. Il flusso d’aria non entra all’interno dell’immobile, ma raffredda la muratura in corrispondenza del cassonetto dell’avvolgibile. (Fonte: Carlo Di Pillo)

 

termografia thermal bypass struttura con intercapedine

Fig.2: Immagine di un thermal bypass evidenziato in una struttura con intercapedine. Il flusso d’aria non entra all’interno dell’immobile, ma raffredda la muratura in corrispondenza del cassonetto dell’avvolgibile. (Fonte: Assotermografia)

Tipi di thermal bypass

Il thermal bypass “a circolo chiuso” è essenzialmente convezione naturale entro un elemento edilizio (ad es. un muro, un cavedio, la falda di un tetto). La massa d’aria soggetta alla convezione è sempre la stessa: non c’è comunicazione con l’esterno né con l’interno dell’edificio. Il thermal bypass “a circolo aperto” avviene quando la cavità entro cui avviene il movimento d’aria è in comunicazione con l’esterno o con un ambiente non riscaldato (soffitta, seminterrato): si tratta del caso peggiore, in quanto l’aria a bassa temperatura oltrepassa lo strato di isolamento, causando un drastico decadimento della resistenza termica e quindi delle prestazioni dell’involucro.

moto convettivo parete

Fig.3: Moto convettivo nella parete: la temperatura aumenta dal basso verso l’alto. Fonte: David Carty

 

termografia Thermal bypass nell’intercapedine del muro

Fig.4: Thermal bypass nell’intercapedine del muro di separazione tra case a schiera. Fonte: David Carty

Tenuta l’aria non è tenuta al vento

Thermal bypass a circolo apertoSpesso, né la forma “chiusa” né quella “aperta” del thermal bypass contribuiscono ai ricambi d’aria e alle perdite per ventilazione, se non in minima parte, ad esempio attraverso i fori per il passaggio degli impianti nelle pareti interessate dal fenomeno. In questi casi il fenomeno non è individuabile con il blower door test: è possibile che un’abitazione ottenga un basso valore di n50 ma sia soggetta a questa grave causa di decadimento dell’efficienza energetica.

Il motivo è dovuto alla differenza tra la tenuta all’aria e la tenuta al vento: l’efficienza della prima non sempre ha come presupposto la corretta realizzazione della seconda. Lo strato di tenuta al vento viene posto sul lato freddo dell’isolante, lo strato di tenuta all’aria su quello interno: se la tenuta all’aria è efficace ma la tenuta al vento è carente, il vento oltrepassa l’isolante (“wind washing”) e viene direttamente a contatto con lo strato interno caldo dell’edificio, causando un thermal bypass a circolo aperto ma non incrementando significativamente le infiltrazioni.

Le circolazione d’aria all’interno di pareti ne altera le temperature superficiali: se le condizioni ambientali sono idonee (temperatura dell’aria soggetta al fenomeno convettivo diversa dalla temperatura interna), o se sono rese idonee in modo forzato, il thermal bypass è individuabile con la termografia.

Nell’esempio in fig. 6 le immagini mostrano l’ingresso di aria fredda dal raccordo tra tetto e parete massiccia, ma anche dallo spigolo di raccordo tra le due pareti d’angolo a causa della cattiva posa della barriera al vento. La particolare distribuzione della temperatura superficiale, che consente di individuare i punti di bypass dello strato di tenuta al vento, è dovuta alla circolazione dell’aria esterna fredda tra la controparete leggera ed il muro esterno. Anche dall’aspetto delle anomalie è possibile comprendere come l’aria non entri direttamente a contatto con la superficie interna, causandone il raffreddamento per convezione con la tipica forma “a raggi” (vedasi esempio di fig. 7) delle infiltrazioni d’aria.

termografia Thermal bypass a circolo aperto

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 5: Thermal bypass a circolo aperto da locale interrato non riscaldato entro un muro tra ambienti riscaldati a piano terra – Fonte: SAIGE.

 

termografia thermal bypass di infiltrazioni di aria freddathermal bypass di infiltrazioni di aria fredda

Fig. 6: thermal bypass di infiltrazioni di aria fredda, dietro controparete interna in cartongesso, provenienti dall’angolo non sigillato tra due muri perimetrali. Fonte: Davide Lanzoni

aspetto termografico di infiltrazioni d’ariaaspetto termografico di infiltrazioni d’aria

Fig. 7: tipico aspetto termografico di infiltrazioni d’aria. Fonte: Assotermografia

Perdite di energia causa thermal bypass

termografie dinamica del thermal bypass in un muro di separazione tra ambienti riscaldatiLa posa corretta dello strato di tenuta all’aria, dello strato di tenuta al vento e dell’isolamento è fondamentale per evitare che il trasferimento totale di calore non sia accresciuto dal thermal bypass.

Il meccanismo del trasferimento di calore causato dal thermal bypass è complesso e consiste in una combinazione di conduzione dallo spazio interno riscaldato alle cavità degli elementi edilizi, accresciuto dalla convezione e dai flussi d’aria entro le cavità con conseguente loro raffreddamento, che insieme permettono il bypass dei componenti isolanti (Fig. 9). Gli attuali modelli di calcolo termografia dinamica del thermal bypass in un muro di separazione tra ambienti riscaldatinon consentono la determinazione di questa forma di perdita energetica, che dipende fortemente dalla direzione del vento, dalla sua velocità, e dalla distribuzione, forma e interconnessione degli elementi edilizi. Si noti inoltre che il thermal bypass avviene anche dalle pareti poste tra unità immobiliari riscaldate, che quindi si comportano come effettive superfici disperdenti per le abitazioni confinanti, causando una notevole discrepanza tra la performance calcolata e quella reale dell’involucro.

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dinamica del thermal bypass in un muro di separazione tra ambienti riscaldati

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figg.8a, 8b, 8c: Esempi di thermal bypass in strutture a secco: Fonte: David Meiland

 

dinamica del thermal bypass in un muro di separazione tra ambienti riscaldati

Fig. 9: dinamica del thermal bypass in un muro di separazione tra ambienti riscaldati

 

Prevenire il fenomeno è possibile

Sono possibili criteri progettuali e costruttivi che consentono la prevenzione del fenomeno: la qualità della posa in opera riveste comunque un ruolo fondamentale (fig 10).

 fessure isolantecompressioni isolante

Fig. 10: le fessure (a sinistra) e le compressioni (a destra) dell’isolante lasciano spazio ai moti convettivi

 

L’individuazione del thermal bypass in opera è possibile con la termografia che, rilevando le temperature superficiali delle pareti, è in grado di individuare i raffreddamenti dovuti a moti convettivi interni se sussistono naturalmente o vengono indotte artificialmente le necessarie condizioni ambientali. Nel caso si debba verificare la presenza del thermal bypass in un muro tra 2 unità immobiliari si deve provvedere a riscaldare uniformemente entrambe le unità, in modo che non vi sia passaggio di calore attraverso il muro per conduzione e le anomalie termiche siano riferibili solo a eventuali moti convettivi interni alla partizione, che portano il muro a comportarsi come una superficie disperdente per entrambe le abitazioni.

Nei muri “ a secco” diventa fondamentale la presenza della barriera al vento esterna: si veda l’esempio del muro in legno-cemento nelle figg. 11a e 11b, costituito da un cappotto in lana di roccia, il muro con numerosissime fessure passanti, un’intercapedine vuota e una controparete interna in cartongesso. La presenza dell’intonaco interno avrebbe permesso di evitare le estese infiltrazioni attraverso i fori della parete in cartongesso, ma l’isolamento costituito dal cappotto e dal muro sarebbe ugualmente stato bypassato dai moti convettivi.

Anche i muri massicci a strati possono essere soggetti al fenomeno se l’isolante in intercapedine non è aderente agli strati e se tra i pannelli isolanti, o nell’isolante stesso, vi sono buchi o fessure (fig. 12). Sotto questo profilo, ricerche hanno mostrato che gli isolanti in fibra minerale (lana di roccia, fibra di vetro) sono meno sensibili alla cattiva posa in opera dei pannelli rigidi in isolante sintetico.

fessure passanti nel murocappotto fessure passanti nel muro

Fig. 11 a e 11b: le fessure passanti (immagine a sinistra) nel muro a secco, visibili in fase di costruzione, in assenza di un’efficiente barriera al vento esterna che non può essere costituita dal cappotto in lana di roccia, causano estese infiltrazioni con bypass sia del cappotto che del muro

 

Thermal bypass in cavità di muratura massicciatermografia Thermal bypass in cavità di muratura massiccia

Fig. 12: Thermal bypass in cavità di muratura massiccia. Fonte: Leeds Metropolitan University

 

Il peso energetico del Thermal Bypass

In Inghilterra la Parte L1A, Sezione 5 delle Building Regulations 2010 ha introdotto, nell’ambito del calcolo del DER (Dwelling Emission Rate = Livello di emissione dell’abitazione), la valutazione “forfettaria” delle perdite dovute a thermal bypass fra ambienti riscaldati con l’introduzione di una trasmittanza, dipendente dalle caratteristiche costruttive dell’elemento edilizio (in precedenza le dispersioni tra ambienti riscaldati erano considerate nulle per tutte le tipologie costruttive):

Tipologia costruttiva dell’elemento separante gli ambienti riscaldati incremento U (W/m2*K)

Massiccio  0

A cavità vuota senza sistemi di sigillatura  0,5

A cavità completamente riempita, con sistemi di sigillatura attorno ai bordi esposti all’esterno, ed il linea con gli strati isolanti negli elementi adiacenti  0,2

A cavità vuota con sistemi di sigillatura a tutti i bordi esposti all’esterno, ed il linea con gli strati isolanti negli elementi adiacenti  0

Regolamento inglese sulla valutazione progettuale dell’incremento della trasmittanza

causato dal thermal bypass

Come si nota, il regolamento inglese assume che, se una partizione non è completamente massiccia, l’unica modalità costruttiva che consenta di evitare l’handicap energetico costituito dal thermal bypass è quella di riempire completamente la cavità con l’isolante e di incapsularlo; perché il riempimento sia effettivo ed efficiente sotto il profilo della resistenza ai moti convettivi l’isolante deve essere leggermente comprimibile ed avere buona densità . Per avere un’idea dell’impatto dell’aumento delle perdite energetiche causate dal thermal bypass su un muro che separa ambienti riscaldati (in confronto all’ipotesi di calcolo di perdite nulle), si

vedano gli esempi dell’unità centrale (due muri di separazione) e di testa di tre case a schiera delle dimensioni in figura 13, con muri esterni aventi U = 0,2 W/m2*K. Assumiamo che il thermal bypass causi un trasferimento termico nel muro fra unità riscaldate pari a 0,2 W/m2*K. Nell’unità centrale l’area della superficie esterna verticale è di 50 m2, a cui si aggiungono i 2 muri di separazione dalle unità laterali (70 m2), per un totale di 120 m2: la perdita per trasmissione delle superfici verticali è più che raddoppiata. Nelle abitazioni di testa l’incremento percentuale delle perdite è minore, dal momento che la superficie verticale disperdente passa da 85 m2 a 120 m2

incremento della superficie disperdente a causa del thermal bypass

Figura 13: incremento della superficie disperdente a causa del thermal bypass nei muri di separazione in case a schiera.

Ricerche effettuate in Austria (Deseyve, 2005) su tetti in legno di case nuove, effettuate posizionando termo flussimetri su tetti soggetti a thermal bypass e monitorando contemporaneamente la velocità del vento, hanno mostrato una fluttuazione del valore di trasmittanza fino al 600% e valori di U = 2,5 W/m2*K con velocità del vento da 7 a 9 km/h.

Concludendo, uno dei possibili motivi per cui alcune tipologie costruttive non raggiungono le prestazioni energetiche di progetto è costituito dal thermal bypass; questo fenomeno può interessare sia pareti che separano ambienti riscaldati (che divengono quindi un’effettiva superficie disperdente), che tetti e pareti esterne (che vedono aumentata la loro trasmittanza effettiva); il thermal bypass è individuabile con la termografia.

Thermal bypass in raccordo tra soffitto e muro

Fig. 14: Thermal bypass in raccordo tra soffitto e muro. Fonte: Fluke

 

Il controllo del fenomeno fino ad ora descritto riveste particolare interesse su edifici ristrutturati o di nuova costruzione nei quali la copertura o l’intera struttura siano in legno o a secco; l’eventuale presenza dell’intonaco interno evita le infiltrazioni dirette all’interno dell’edificio, ma non il bypass dell’isolante. Il fenomeno del thermal bypass può manifestarsi qualora la protezione antivento ed il pacchetto isolante non siano stati idoneamente progettati e realizzati.

Ing. Davide Lanzoni

Livello III termografia UNI EN 473-ISO 9712