Chiusura orizzontale multistrato: Struttura e flusso termico

Tipologia dell'esercizio: Relazione

Aggiunto: oggi alle 13:26

Relazione Specialistica sul Calcolo delle Temperature in una Chiusura Orizzontale Multistrato

Nell'ambito dello studio delle prestazioni termiche delle chiusure multistrato negli edifici, un problema di notevole interesse è la determinazione delle temperature nei punti critici della struttura e la scelta di materiali isolanti che possano migliorare l'efficienza energetica delle costruzioni. Questa relazione si basa sull'analisi del flusso termico attraverso una chiusura orizzontale multistrato e include il calcolo delle temperature sia all'interno che all'esterno della struttura, nonché l'identificazione di un materiale isolante idoneo a ridurre il flusso termico di una percentuale predefinita. In questo caso, discuteremo anche l'uso della lana di roccia come possibile isolante.

Descrizione del Sistema

La struttura analizzata è composta da tre strati: 1. Uno strato interno in intonaco di gesso con uno spessore di 9 cm (,09 m) e una conduttività termica (\(\lambda\)) di ,7 W/mK. 2. Uno strato mediano in mattone pieno con uno spessore di 12 cm (,12 m) e una conduttività termica (\(\lambda\)) di ,7 W/mK. 3. Uno strato esterno in intonaco di cemento con uno spessore di 6 cm (,06 m) e una conduttività termica (\(\lambda\)) di 1,4 W/mK.

Calcolo delle Resistenze Termiche

Per ciascuno strato, la resistenza termica (\(R\)) è calcolata con la formula: \[ R = \frac{d}{\lambda} \] dove \(d\) è lo spessore dello strato.

- Intonaco di gesso: \[ R_1 = \frac{,09}{,7} = ,129 \, \text{m}^2\text{K/W} \]

- Mattone pieno: \[ R_2 = \frac{,12}{,7} = ,171 \, \text{m}^2\text{K/W} \]

- Intonaco di cemento: \[ R_3 = \frac{,06}{1,4} = ,043 \, \text{m}^2\text{K/W} \]

La resistenza termica totale della struttura è quindi: \[ R_{\text{tot}} = R_1 + R_2 + R_3 = ,129 + ,171 + ,043 = ,343 \, \text{m}^2\text{K/W} \]

Calcolo della Temperatura Esterna

Dato un flusso termico \(q\) pari a 42 W/m² e una temperatura interna \(T_{\text{int}}\) di 17°C, la temperatura esterna \(T_{\text{est}}\) si calcola tramite:

\[ q = \frac{T_{\text{int}} - T_{\text{est}}}{R_{\text{tot}}} \]

Da cui si ricava: \[ T_{\text{est}} = T_{\text{int}} - q \times R_{\text{tot}} = 17 - (42 \times ,343) = 2,6 \, °C \]

Calcolo delle Temperature nei Punti Intermedi

Le temperature alle interfacce dei vari strati si calcolano utilizzando le resistenze parziali.

- Interfaccia gesso-mattone: \[ T_{\text{inter1}} = T_{\text{int}} - q \times R_1 = 17 - (42 \times ,129) = 11,58 \, °C \]

- Interfaccia mattone-cemento: \[ T_{\text{inter2}} = T_{\text{inter1}} - q \times R_2 = 11,58 - (42 \times ,171) = 4,37 \, °C \]

Determinazione dello Spessore di un Materiale Isolante

L'obiettivo è ridurre il flusso termico del 35%, portandolo a: \[ q' = 42 \times ,65 = 27,3 \, \text{W/m}^2 \]

Con un nuovo flusso termico \(q'\), il totale delle resistenze termiche richieste sarà: \[ R'_{\text{tot}} = \frac{T_{\text{int}} - T_{\text{est}}}{q'} = \frac{17 - 2,6}{27,3} = ,531 \, \text{m}^2\text{K/W} \]

La resistenza del nuovo strato isolante sarà quindi: \[ R_{\text{ins}} = R'_{\text{tot}} - R_{\text{tot}} = ,531 - ,343 = ,188 \, \text{m}^2\text{K/W} \]

Utilizzo della Lana di Roccia

Supponiamo di utilizzare lana di roccia come isolante, con una conduttività termica \(\lambda\) di ,036 W/mK. Lo spessore richiesto \(d_{\text{ins}}\) sarà: \[ d_{\text{ins}} = R_{\text{ins}} \times \lambda = ,188 \times ,036 = ,00677 \, \text{m} = 6,77 \, \text{cm} \]

Conclusione

Il presente studio ha permesso di determinare le temperature all'interno e all'esterno della chiusura considerata, e di identificare le temperature all'interfaccia tra gli strati. È stato anche calcolato lo spessore necessario di un materiale isolante specifico, in questo caso la lana di roccia, per ottenere la riduzione desiderata del 35% nel flusso termico. Tali calcoli sono essenziali per progettare edifici energeticamente efficienti e migliorare il comfort termico indoor.