Progettazione esecutiva di facciata ventilata e copertura piana

In questo articolo, tratto dalla rubrica In Dettaglio della rivista Ingegneri di Maggioli Editore, dedichiamo la nostra attenzione alla progettazione del nodo tra parete perimetrale e copertura piana calpestabile costituito da componenti edilizi realizzati con tecnologia costruttiva tradizionale con l’aggiunta di un rivestimento di facciata ventilato.

Il nodo tra la parete perimetrale verticale e la copertura piana pedonabile è stato progettato ponendo particolare attenzione alla continuità dello strato di isolamento termico.

Figura 1  – Nodo copertura piana pedonabile e parete perimetrale con rivestimento ventilato

L’adozione di un sistema di parete perimetrale con facciata ventilata consente di garantire la continuità dell’isolamento termico posizionato all’estradosso dello strato portante costituente la parete perimetrale. La parete è realizzata con blocchi portanti Poroton rettificati con riempimento in argilla di spessore pari a 25 cm. Questa tipologia di blocchi, con fori riempiti di argilla espansa isolante, consente di migliorare le caratteristiche di isolamento termico della parete. Sulla faccia esterna dei blocchi in laterizio risulta posizionato lo strato di isolamento termico in polistirene, avente spessore pari a 10 cm.

Sullo strato di laterizio portante risultano inoltre fissati, mediante tasselli ad espansione, i profili metallici di sostegno del rivestimento esterno di facciata. Tra l’isolante e le lastre in alluminio della facciata ventilata è presente un’intercapedine d’aria ventilata.

La soluzione tecnica della parete perimetrale ventilata consente di migliorare la durabilità della parete nei confronti dell’azione degli agenti atmosferici, con particolare riferimento all’acqua piovana, riducendo di fatti la sensibilità della stessa all’acqua. Inoltre consente di migliorare le prestazioni termiche della parete, specialmente in regime estivo, difatti il rivestimento esterno protegge la parete dall’irraggiamento diretto del sole e l’intercapedine d’aria ventilata consente di limitare la temperatura massima raggiunta dallo strato di isolamento termico.

La copertura piana pedonabile risulta costituita da una struttura portante in predalles, al di sopra della quale si trova lo strato di isolamento termico in vetro cellulare pendenzato, idonea all’applicazione di membrane bituminose a caldo, con spessore minimo pari a 8 cm. Tale strato di coibentazione assolve pertanto anche la funzione di strato di pendenza al di sopra del quale risulta applicato lo strato di tenuta costituito da membrana bituminosa in doppio strato (4+4 mm) applicato mediante sfiammatura a caldo. Al di sopra delle membrane impermeabilizzanti risulta applicato strato di protezione in geotessuto con soprastante sottofondo in sabbia e ghiaia per posa della pavimentazione in autobloccanti. Si sottolinea come l’adozione di uno strato isolante in vetro cellulare non richieda la posa di barriera al vapore applicata sul lato caldo dell’isolante, che sarebbe invece risultata necessaria con un isolante in polistirene e/o in fibre naturali al fine di controllare la condensazione interstiziale.

Si precisa come si sia scelto di realizzare una copertura a tetto caldo in modo tale da proteggere il materiale isolante dagli agenti atmosferici e consentire quindi una migliore durabilità delle prestazione termiche dello stesso. Si è inoltre posta attenzione alla predisposizione di un adeguato risvolto impermeabilizzante sul parapetto perimetrale, opportunamente protetto e vincolato mediante l’applicazione di una scossalina metallica.

Analisi termiche agli elementi finiti

È necessario verificare la reale correzione del ponte termico individuato in corrispondenza del nodo parete-solaio di copertura. Non sembra che siano presenti criticità evidenti, giacché l’isolamento termico è stato posto senza soluzioni di continuità.

Al fine di validare ipotesi di controllo efficace delle dispersioni, si è sottoposto il nodo costruttivo analizzato a una valutazione termica bidimensionale agli elementi finiti. Tale analisi ha permesso di valutare l’entità dei flussi e lo sviluppo delle temperature all’interno del modello, imponendo come forzanti di temperatura:

– Tset Int: 20 °C (Temperatura interna di progetto – Stagione invernale),

– Tprog out: -5 °C (Temperature di progetto dell’aria esterna per la città di Milano – Stagione invernale).

Solo grazie alla modellazione è possibile quantificare le temperature superficiali in corrispondenza delle possibili criticità della sezione. L’analisi è stata condotta in corrispondenza della sezione corrente di solaio e di parete, caratterizzanti il nodo di chiusura superiore. Nelle figure 2 e 3, si nota la distribuzione delle temperature sia superficiali che all’interno della sezione. In corrispondenza della superficie più critica, ovvero nell’intorno dello spigolo formato dalla parete perimetrale, la temperatura superficiale è compresa tra un massimo di 19.2 °C e un minimo di 17 °C, raggiunta in corrispondenza dello spigolo.

Figura 2 – Nodo copertura piana pedonabile e parete perimetrale con rivestimento ventilato: rappresentazione tramite isoterme delle temperature all’interno della sezione

 

Figura 3 – Nodo copertura piana pedonabile e parete perimetrale con rivestimento ventilato: rappresentazione in falsi colori delle temperature all’interno della sezione

 

Ipotizzando che in Inverno l’aria all’interno dell’ambiente confinato mantenga una temperatura uniformemente distribuita di 20 °C e relativamente a condizioni standard di umidità relativa pari a al 65 sono esclusi fenomeni di condensa superficiale. Tale manifestazione si potrebbe avere solo per condizioni di U.R. Superiori all’ 80%. Bisogna in ogni caso osservare che i valori di temperatura superficiale riportati si riferiscono a condizioni di temperatura dell’aria esterna molto severe e pari a -5 °C. È verosimile pensare che tali condizioni si presentino nella maggior parte dei casi solo per alcune zone climatiche e/o solo in limitati intervalli di tempo.

La normativa (UNI TS/11300-1 e precedenti) prevede che il contributo dei ponti termici, riguardo all’incremento delle dispersioni globali dell’involucro edilizio sia:

– dipendente dalla tipologia di nodo analizzato e da un coefficiente di dispersione Ψ a esso associato;

– direttamente proporzionale alla lunghezza dell’interfaccia in grado di creare il ponte termico.

La norma UNI EN ISO 14683 propone un abaco di soluzioni tipiche per la risoluzione dei differenti nodi costruttivi. Interrogando l’abaco e procedendo per analogia si nota come il nodo di copertura analizzato possa difficilmente essere comparato con le soluzioni proposte dal metodo di calcolo. Le soluzioni proposte per essere comparabili a dei casi reali devono riprodurne non solo la geometria, ma anche i valori di trasmittanza proposti per la sezione e che, nel caso dell’abaco dell’UNI EN ISO 14683, equivalgono a:

– U= 0.343 W/m2 K per le pareti

– U= 0.365 W/m2 K per i solai di copertura.

Il nodo presentato non presenta analogia di forma con nessuno dei nodi presenti all’interno dell’abaco. In aggiunta i valori di trasmittanza non sono comparabili, giacché:

– U= 0.191 W/m2 K per la parete (calcolata)

– U= 0.248 W/m2 K per il solaio di copertura (calcolata)

Non è realistico pensare di poter utilizzare il valore proposto dalla norma UNI EN ISO 14683 per il nodo considerato, sempre che non si sia consapevoli della possibilità di incorrere in spiacevoli errori.

Grazie all’analisi agli elementi finiti condotta, è possibile calcolare puntualmente il valore di Ψ in corrispondenza del nodo strutturale tra parete perimetrale e copertura. Nel caso specifico tale valore è pari a: 0.100 W/mK.

Questo risultato è da considerarsi sufficiente per considerare controllate le dispersioni del nodo. L’isolamento predisposto risulta quindi efficace nel contenimento delle dispersioni.

Analisi delle caratteristiche igro-termiche in regime stazionario della copertura

L’analisi è svolta utilizzando il metodo grafico di Glaser con i dati d’input riportati in tabella 1, le condizioni al contorno utilizzate per l’analisi sono le seguenti:

– temperatura interna 20 °C, U.R. interna 55%

– temperatura esterna            -5 °C, U.R. esterna 70%

La trasmittanza della parete, utilizzando i valori 0.10 e 0.04 per le resistenze liminari interna ed esterna, è circa 0.295 W/m2K, adatta all’impiego in tutte le zone climatiche previste dal d.lgs. 311/2006

 

Tabella 1 – Caratteristiche di progetto della copertura

 

La copertura oggetto di analisi, nelle condizioni sopra esposte, non è soggetta a condensazione interstiziale nel periodo più freddo (si confronti il diagramma di Glaser in figura 4 dove la linea delle pressioni di vapor saturo è sempre superiore a quella delle pressioni di vapore). La chiusura è inoltre esente da fenomeni di condensazione superficiale risultando fRsi = 0.971 > fRsi,min = 0.763 (si confronti la UNI EN ISO 13788).

Figura 4 – Diagramma di Glaser per la copertura

 

 

Analisi delle caratteristiche termiche in regime dinamico della copertura

Le caratteristiche termiche in regime dinamico influenzano il comfort all’interno degli ambienti confinati in tutti i periodi in cui la sollecitazione termica dall’esterno o dall’interno non è costante. Si pensi, ad esempio, al periodo estivo in cui l’irraggiamento è una componente importante dell’energia che investe il componente di chiusura. In questi casi il calcolo della trasmittanza in regime statico non è più sufficiente a fornire informazioni circa le capacità del componente di rispondere alle sollecitazioni cui è soggetto ma è necessario utilizzare procedimenti di calcolo in regime dinamico che tengano conto della variabilità nel tempo delle sollecitazioni. Quando le sollecitazioni esterne, temperatura e flusso termico, variano in regime sinusoidale allora è possibile utilizzare la norma UNI ISO 13786 per calcolare temperatura e flusso termico interni attraverso la matrice di trasferimento che è una matrice quadrata di ordine 2 i cui termini sono numeri complessi e che lega temperatura e flusso termico su di un lato del componente con quelli sull’altro lato.

I dati necessari per l’analisi in regime dinamico del componente sono riassunti nella tabella 1. Le principali caratteristiche in regime termico dinamico del componente, calcolate secondo UNI ISO 13786:2008 sono riportate nella tabella 2. Si osservi, in particolare, che la trasmittanza periodica è molto inferiore al valore limite di 0.12 W/m2K imposto quale limite massimo in alcune Regioni italiane, questo grazie alla bassa trasmittanza in regime stazionario e alla massa del solaio laterocementizio. Si rileva, inoltre, che il fattore di decremento è molto basso, cioè l’energia che entra è molto poca rispetto a quella incidente e lo sfasamento è di circa 15 ore.

Tabella 2 – Caratteristiche termiche in regime dinamico della copertura (report ISO 13786)

 

Articolo di Matteo Antonini, Andrea G. Mainini e Matteo Saibeni

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