Per rendere più efficiente un edificio dal punto di vista energetico è necessario ridurre la trasmittanza termica.
L’efficienza energetica è una questione matematica: più calore è disperso all’esterno, meno è sostenibile un edificio, sia dal punto di vista ambientale che da quello economico. Il valore della trasmittanza termica misura proprio questi parametri e aiuta perciò a effettuare una riqualificazione energetica consapevole, a beneficio di tutti.
Cos’è la trasmittanza termica?
La trasmittanza termica non è altro che la velocità di trasferimento del calore attraverso la materia in determinate condizioni. Può essere quantificata sia nei materiali, come un determinato isolante, il cemento o il vetro, che nelle strutture complesse, come una finestra o una parete. È espressa come valore U e indica quanta energia termica per unità di tempo e unità di area viene trasmessa attraverso un oggetto solido a una differenza di temperatura dei fluidi di 1 Kelvin. Si calcola come il reciproco della somma delle resistenze di ogni componente della struttura, comprese le resistenze di eventuali intercapedini e delle superfici interne ed esterne. L’unità di misura sono i W/m2K (Watt per metro quadro e Kelvin).
Il valore U dipende dunque principalmente dalla conducibilità termica del solido (trasmissione termica per conduzione termica), ma anche dal coefficiente di scambio termico tra fluido e solido o solido e fluido (trasmissione termica per convezione termica). Un terzo fattore è il trasferimento di calore per irraggiamento termico. In pratica, comunque, il valore U per diversi componenti è determinato sperimentalmente. Per misurare il flusso di calore vengono utilizzati speciali misuratori di flusso di calore (HFM).
Come si calcola?
Per il calcolo del valore U è utile definire diverse resistenze termiche a seconda dei diversi meccanismi di trasferimento del calore. La somma di queste resistenze dà come risultato la resistenza termica totale, il cui valore reciproco corrisponde infine alla trasmittanza termica (valore U).
Abbiamo detto che la conducibilità termica di un materiale indica la quantità di calore per unità di tempo e area unitaria che fluisce attraverso il materiale a una data differenza di temperatura. Maggiore è la conducibilità termica del materiale, maggiore è il trasferimento di calore.
Per una data differenza di temperatura, inoltre, il flusso di calore risultante dipende significativamente dallo spessore del materiale. Entro un certo tempo, infatti, passa meno calore attraverso una parete spessa che attraverso una parete sottile. Poiché la combinazione di conducibilità termica e spessore del materiale è una proprietà del componente, queste grandezze sono combinate in una nuova grandezza. È la trasmittanza termica di conduzione, che non descrive la trasmittanza termica complessiva (valore U) del componente, ma solo il trasferimento di calore dovuto alla conduzione termica. Maggiore è la trasmittanza termica di conduzione, più calore è trasmesso per conduzione termica e minore è l’effetto di isolamento. Il reciproco della trasmittanza termica è quindi chiamato resistenza termica.
C’è poi il coefficiente di scambio termico, che descrive quanto calore per unità di tempo e unità di area a una data differenza di temperatura fluisce non all’interno di un solido – come la conduzione termica – ma attraverso l’interfaccia tra un fluido e un solido o viceversa. Maggiore è il coefficiente di scambio termico, maggiore è lo scambio termico dovuto alla convezione. Più calore viene trasferito per convezione e minore è l’effetto di isolamento. Il reciproco del coefficiente di scambio termico è quindi chiamato resistenza termica di convezione o resistenza di scambio termico. La determinazione sperimentale del coefficiente di scambio termico include sempre l’irraggiamento termico.
Il valore U nell’edilizia
Misurando la rapidità con cui il calore fluisce attraverso una struttura, il valore U è indispensabile per quantificare l’efficienza energetica di un edificio e in particolare del suo involucro. Nell’ingegneria edile, i fluidi sono naturalmente rappresentati dall’aria mentre finestre, muratura, intonaco o altri materiali isolanti fungono da solidi termovettori. Questi componenti dovrebbero ovviamente essere a bassa trasmittanza termica, cioè impedire il più possibile il trasferimento di calore tra l’interno della casa e l’ambiente esterno per dare vita a un edificio efficiente. Per quanto riguarda l’isolamento termico, l’obiettivo è dunque sempre di utilizzare materiali con i valori U più bassi possibili, per ottenere il massimo effetto isolante.
In un edificio il calore fluisce da un fluido a un altro fluido separati da un solido: prima di completare il percorso il calore deve perciò superare la resistenza termica di convezione tra fluido e solido, la resistenza termica di conduzione attraverso il solido e la resistenza termica di convezione tra solido e fluido. C’è poi la radiazione termica da considerare, che in edilizia gioca però un ruolo solo con grandi differenze di temperatura tra interno ed esterno. Ciò accade principalmente nel caso delle tubazioni dell’acqua calda, che infatti sono spesso avvolte con pellicola riflettente, oltre a uno strato termoisolante.
Tornando all’involucro edilizio, l’inserimento di uno strato isolante nelle pareti, per esempio con l’installazione di un cappotto termico, ha proprio la funzione di abbassare drasticamente il livello di trasmittanza termica. La differenza di valore U tra un edificio dotato di cappotto e uno costruito con gli stessi materiali ma senza cappotto è infatti notevole. E corrisponde alla differenza nell’efficienza energetica, cioè nella sostenibilità ambientale ed economica dell’edificio stesso.
