| Vetro |
L’isolamento termico dei vetrocamera con gas - II. parte
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Considerazioni controintuitive sull’isolamento termico dei vetrocamera con gas - II. parte
Antonio Daneo, Alberto D’Este
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  Il vetro viene usualmente considerato un materiale termicamente isolante: la sua conducibilità termica è di circa 1 W/m K, paragonabile a quella di un mattone. In edilizia il vetro viene normalmente utilizzato in lastre di spessore molto piccolo, tipicamente da 4 a 8 mm, e quindi l’isolamento termico che può fornire una singola lastra non è molto elevato.
La norma di riferimento per il calcolo della trasmittanza termica, il cosiddetto valore-U, per il vetro in edilizia è la UNI-EN 673: 2005 “Vetro per edilizia – Determinazione della trasmittanza termica (U-value) – Metodo di calcolo”.
Per consentire il confronto tra vetrate composte con prodotti diversi, questa norma stabilisce i seguenti valori per le condizioni al contorno:
- temperatura media dell’intercapedine: 10°C (283 K);
- differenza di temperatura fra le superfici di vetro, esterno ed interno, che si affacciano all’intercapedine: 15°C;
- coefficiente di adduzione esterna: 23 W/m2 K;
- coefficiente di adduzione interna: 8 W/m2 K.
Questa norma si riferisce ai soli prodotti in vetro e quindi non considera l’influenza di elementi “estranei” quali il canalino distanziatore o il telaio che pure hanno un peso nel computo del coefficiente di scambio termico di una finestra.
La norma UNI EN 673:2005 propone delle formule semplificate e delle condizioni al contorno specifiche: per la determinazione dei valori di trasmittanza termica in condizioni di reale impiego sarebbe necessario ricorrere a sistemi di modellazione molto più complessi il cui utilizzo esula dallo scopo di questo articolo.
Tutti i valori U di seguito riportati sono stati calcolati in conformità alla norma UNI-EN 673: 2005.
4. Calcolo secondo UNI EN 673 2005
4.1. Vetrocamera ad una intercapedine
In figura 1 sono riportati i valori secondo UNIEN 673 della trasmittanza termica di un vetrocamera composto da due vetri float non rivestiti da 6 mm in funzione dello spessore dell’intercapedine e del gas di riempimento. Si nota che, come è logico attendersi, aumentando lo spessore di gas a bassa conducibilità termica il valore‑U diminuisce. C’è però uno spessore superato il quale l’isolamento termico non migliora ulteriormente ma, anzi, tende addirittura leggermente a peggiorare.
È in corrispondenza a questo spessore, variabile in funzione della differenza di temperatura fra le facce delle lastre che racchiudono l’intercapedine e delle proprietà del gas di riempimento, che hanno inizio i moti convettivi il cui effetto negativo è superiore a quello positivo dell’aumento di spessore di gas isolante.
Ciò in pratica rende inutile, dal punto di vista dell’isolamento termico, costruire vetrate isolanti con spessore dell’intercapedine superiore allo “spessore limite”.
La possibilità che si generino moti convettivi nel gas dell’intercapedine dovrebbe essere considerata anche in caso di riempimento con miscele di gas.
Nella figura 2 è riportato come varia il valore U sostituendo progressivamente l’aria con un altro gas con conducibilità inferiore (argon o kripton) nell’intercapedine di un vetrocamera 6/16/6.
Si nota che, mentre all’aumentare della concentrazione di argon si ottiene un continuo miglioramento dell’isolamento termico, la sostituzione di aria con percentuali via via crescenti di kripton, più isolante dell’argon, ma con minor viscosità cinematica e quindi maggior propensione a generare moti convettivi, provoca, almeno inizialmente, un peggioramento dell’isolamento termico.
Nella figura 3, invece, si vede come varia, in un vetrocamera costituito da due vetri float di spessore 6 mm, il valore-U al variare della frazione percentuale argon/kripton per due diversi spessori dell’intercapedine: 12 e 15 mm, prossimi allo “spessore limite” rispettivamente per il kripton e per l’argon.
Mentre per l’intercapedine di 12 mm la sostituzione dell’argon con il più isolante kripton produce un progressivo miglioramento nell’isolamento termico, nel caso dell’intercapedine da 15 mm il generarsi di moti convettivi vanifica la minore conducibilità e addirittura peggiora l’isolamento termico. Inoltre, come già visto in precedenza, mentre nel caso di riempimento con argon al 100% si ottiene un miglior isolamento termico con un’intercapedine di spessore maggiore, la presenza di moti convettivi anche con kripton al 100% fa si che la trasmittanza termica sia minore per l’intercapedine da 12 mm che per quella da 15 mm.
La sostituzione di uno dei vetri float (emissività emisferica, s, = 0.837 come previsto dalla norma UNI EN673:2005) degli esempi considerati precedentemente (figure 1-3) con un vetro con rivestimento basso emissivo ad alte prestazioni (s = 0.037), riducendo drasticamente la componente radiativa della trasmissione del calore, consente di ottenere vetrate isolanti con valori-U decisamente minori, ma non modifica né gli “spessori limite”, né il confronto relativo fra le varie situazioni considerate.
4. 2. Vetrocamera a più intercapedini
Si è detto come, la norma UNI EN673:2005 stabilisca di effettuare i calcoli considerando una differenza di temperatura di 15°C fra le facce adiacenti alle intercapedini delle lastre più esterna e più interna.
Nel caso di vetrocamera con più intercapedini, ciò significa che i AT fra le facce adiacenti una singola intercapedine, anche se possono non essere uguali fra loro, saranno minori di 15°C (la norma considera inizialmente un AT fra le facce adiacenti l’intercapedine pari a 15/N, dove N è il numero delle intercapedini del vetrocamera: i valori vengono quindi ricalcolati, con una procedura iterativa, fino a convergenza dei valori di conducibilità delle intercapedini).
La minore differenza di temperatura ostacola l’insorgere dei moti convettivi all’interno dei gas e quindi si avranno “spessori limite” maggiori di quelli ottenibili per il vetrocamera singolo.
Nell’esempio seguente si è considerato un vetrocamera composto da due vetri con rivestimento basso emissivo (s= 0.037) in faccia 2 e in faccia 4 ed un terzo vetro float non rivestito e due intercapedini di spessore e gas di riempimento uguale tra loro.
Come si vede dalla figura 6, a parità di gas nell’intercapedine, gli “spessori limite” oltre i quali l’isolamento termico peggiora sono maggiori di quelli evidenziati in figura 1.
Bibliografia
1. F. Kreith, Principi di trasmissione del calore,
Liguori editore, 1975
2. C. Bonacina, A. Cavallini, L. Mattarolo,
Trasmissione del calore, CLEUP editore, 1989
3. UNI EN 673:2005
Autori
Antonio Daneo, Alberto D’Este
Stazione Sperimentale del Vetro, Murano Venezia
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Ultima rassegna: Aug 2009 |
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