Calcolo punto di rugiada

Metodo di calcolo del punto di rugiada

Questo calcolatore del punto di rugiada permette di eseguire il calcolo del punto di rugiada nelle pareti isolate, determinando la distribuzione della temperatura e della pressione parziale del vapore acqueo attraverso i diversi strati della parete. Calcola la resistenza termica, valuta il rischio di formazione di condensa all'interno della parete e sulla sua superficie interna e individua le condizioni che possono favorire la formazione di muffa.

Il calcolo è utile per scegliere i materiali isolanti, confrontare diverse disposizioni dell'isolamento termico e valutare combinazioni di materiali da costruzione. Tiene conto dello spessore, della conducibilità termica e della resistenza alla diffusione del vapore acqueo di ogni strato, oltre alla temperatura e all'umidità relativa dell'aria su entrambi i lati della parete.

Valori indicativi e raccomandazioni

Resistenza termica e trasmissione del calore

La resistenza termica di uno strato viene determinata in base al suo spessore d in millimetri e alla conducibilità termica λ in W/(m·K). Minore è la conducibilità termica e maggiore è lo spessore del materiale, più elevata sarà la sua resistenza termica.

Rstrato = d / (1000 × λ)

Il risultato è espresso in m²·K/W. Per l'intera parete, le resistenze termiche di tutti gli strati vengono sommate alle resistenze termiche superficiali interna ed esterna:

R = Rsi + ΣRstrato + Rse

Per una parete verticale con flusso termico orizzontale si assumono i valori R_si = 0,13 m²·K/W e R_se = 0,04 m²·K/W. Questi valori corrispondono alle condizioni standard di scambio termico indicate nella norma EN ISO 6946:2017 «Componenti ed elementi per edilizia - Resistenza termica e trasmittanza termica - Metodi di calcolo».

La trasmittanza termica U è il reciproco della resistenza termica totale:

U = 1 / R

Il valore U è espresso in W/(m²·K). Una trasmittanza U più bassa indica una minore trasmissione di calore attraverso la parete a parità di differenza di temperatura.

Distribuzione della temperatura attraverso la parete

Il calcolo considera un flusso termico monodimensionale in regime stazionario. Le temperature dell'aria e le conducibilità termiche dei materiali sono considerate costanti. La densità del flusso termico si calcola dividendo la differenza di temperatura tra l'interno e l'esterno per la resistenza termica totale della parete:

q = (Ti − Te) / R

In questa formula, T_i e T_e rappresentano le temperature dell'aria interna ed esterna in °C, mentre q è la densità del flusso termico in W/m².

La temperatura della superficie interna viene calcolata considerando la resistenza termica superficiale interna:

Tsi = Ti − q × Rsi

La temperatura diminuisce o aumenta attraverso gli strati successivi in proporzione alla loro resistenza termica. La temperatura in corrispondenza di ogni interfaccia tra gli strati viene determinata dalla resistenza termica cumulativa tra l'aria interna e l'interfaccia considerata. All'interno di uno strato omogeneo, la temperatura varia linearmente.

Diffusione del vapore acqueo

L'umidità relativa dell'aria è il rapporto tra la pressione parziale effettiva del vapore acqueo e la pressione di vapore saturo alla stessa temperatura. Negli ambienti residenziali si utilizza spesso un intervallo del 40–60% come riferimento generale, anche se per il calcolo è opportuno utilizzare valori rappresentativi delle condizioni da valutare.

Per prima cosa, dalla temperatura viene calcolata la pressione di vapore saturo p_sat, espressa in pascal. Le seguenti formule approssimate descrivono la relazione tra la pressione di vapore saturo e la temperatura T in °C:

Per temperature pari o superiori a 0 °C:

psat = 610.5 × exp(17.269 × T / (237.3 + T))

Per temperature inferiori a 0 °C:

psat = 610.5 × exp(21.875 × T / (265.5 + T))

Per le temperature inferiori al punto di congelamento viene utilizzata la relazione della pressione di vapore saturo sopra il ghiaccio. Le pressioni parziali effettive del vapore acqueo all'interno e all'esterno si ottengono moltiplicando le rispettive pressioni di saturazione per l'umidità relativa espressa come frazione:

p = psat × RH / 100

La resistenza alla diffusione del vapore acqueo è caratterizzata dal fattore adimensionale μ. Per ogni strato viene calcolato lo spessore equivalente d'aria per la diffusione del vapore s_d, espresso in metri:

sd = μ × d / 1000

In questa formula, d è espresso in millimetri. Maggiore è il valore di s_d, maggiore è la resistenza dello strato al passaggio del vapore acqueo. Per le pellicole di controllo del vapore e le membrane è spesso più pratico utilizzare direttamente s_d, poiché il loro spessore fisico è molto ridotto. Il database dei materiali del calcolatore comprende valori indicativi di s_d compresi tra 0,05 e 1500 m per diversi tipi di membrane e barriere al vapore.

La pressione parziale del vapore acqueo all'interno della parete viene calcolata in base allo spessore equivalente d'aria cumulativo s_d. Procedendo dal lato interno verso quello esterno, la pressione varia linearmente rispetto alla resistenza cumulativa alla diffusione del vapore acqueo:

p(x) = pi + (pe − pi) × sd(x) / Σsd

In questa espressione, p_i e p_e sono le pressioni parziali del vapore acqueo interno ed esterno in Pa, s_d(x) è lo spessore equivalente d'aria cumulativo fino alla posizione esaminata e Σs_d è la somma dei valori di tutti gli strati.

Calcolo del punto di rugiada e valutazione del rischio di condensa

Il punto di rugiada dell'aria interna è la temperatura alla quale la pressione di vapore saturo diventa uguale alla pressione parziale effettiva del vapore acqueo presente nell'ambiente. Viene calcolato utilizzando la relazione inversa tra la pressione di vapore saturo e la temperatura.

Il rischio di condensa all'interno della parete viene valutato confrontando la pressione parziale calcolata del vapore acqueo p(x) con la pressione di vapore saturo p_sat(T(x)) in ogni posizione della stratigrafia. Se la pressione parziale supera quella di saturazione, la porzione corrispondente viene identificata come una possibile zona di condensazione:

p(x) > psat(T(x))

I limiti di ogni zona vengono determinati nei punti di intersezione delle due curve di pressione e sono espressi in millimetri a partire dalla superficie interna della parete. Se vengono individuate più zone, queste sono riportate separatamente. Il calcolo determina inoltre il massimo superamento della pressione di saturazione in Pa e la distanza dalla superficie interna alla posizione in cui si verifica.

Questo confronto utilizza profili continui di temperatura e pressione del vapore all'interno di ogni strato. Il risultato rappresenta una valutazione del potenziale rischio di condensa nelle condizioni costanti specificate, basata su un modello semplificato di trasmissione del calore e diffusione del vapore acqueo.

Condensa superficiale e formazione di muffa

Per valutare le condizioni sfavorevoli sulla superficie interna della parete, viene eseguito un calcolo separato della temperatura utilizzando una resistenza termica superficiale interna aumentata a R_si = 0,25 m²·K/W. Questo valore è previsto dalla norma EN ISO 13788:2012 «Prestazione igrotermica dei componenti e degli elementi per edilizia - Temperatura superficiale interna per evitare l'umidità superficiale critica e la condensazione interstiziale - Metodi di calcolo», per tenere conto delle condizioni sfavorevoli di scambio termico superficiale, in particolare negli angoli e dietro i mobili.

Per questo calcolo, il valore R_si = 0,13 viene sostituito con 0,25 m²·K/W nella resistenza termica totale. Successivamente viene calcolata l'umidità relativa direttamente sulla superficie interna:

RHsi = 100 × pi / psat(Tsi)

Per visualizzare gli avvisi vengono utilizzate due condizioni limite:

• RH_si ≥ 80%. Un avviso segnala la possibile formazione di muffa se queste condizioni persistono per un periodo prolungato. La soglia dell'80% viene utilizzata come riferimento per l'umidità superficiale critica secondo EN ISO 13788:2012.
• RH_si ≥ 100%. Un ulteriore avviso segnala la possibilità di formazione di condensa sulla superficie interna della parete.

Se entrambe le condizioni sono soddisfatte, vengono visualizzati entrambi gli avvisi. Se l'umidità relativa superficiale è inferiore all'80%, non vengono mostrati avvisi aggiuntivi. Questa valutazione viene eseguita indipendentemente dal calcolo del rischio di condensa all'interno della parete, pertanto i risultati possono essere differenti.

Proprietà dei materiali e ipotesi di calcolo

Per i materiali da costruzione vengono utilizzati valori di riferimento della conducibilità termica λ e del fattore di resistenza alla diffusione del vapore acqueo μ. Questi valori possono essere modificati in base alle specifiche tecniche dei singoli prodotti. Quando viene modificato μ, s_d viene ricalcolato automaticamente e, quando viene modificato s_d, viene ricalcolato μ.

Si assume che il flusso di calore e la diffusione del vapore acqueo avvengano in un'unica direzione, perpendicolare alla superficie della parete. Ogni strato viene considerato omogeneo e le sue proprietà vengono assunte indipendenti dalla temperatura e dall'umidità. Le temperature dell'aria e l'umidità relativa sono considerate costanti durante ogni calcolo.

La valutazione segue i principi dei calcoli termici della norma EN ISO 6946:2017 e dell'analisi igrotermica della norma EN ISO 13788:2012. La resistenza termica risultante e la distribuzione della temperatura e della pressione parziale del vapore acqueo vengono determinate utilizzando le formule riportate sopra e le proprietà dei materiali selezionati.

FAQs

Perché il punto di rugiada dell'aria interna è diverso dalla posizione in cui può formarsi condensa all'interno della parete?

Il punto di rugiada dell'aria interna dipende dalla sua temperatura e dall'umidità relativa. All'interno di una parete isolata, sia la temperatura sia la pressione parziale del vapore acqueo cambiano attraverso i diversi strati. Pertanto, il rischio di condensa viene valutato confrontando questi valori in ogni posizione della stratigrafia, anziché basarsi soltanto sulla temperatura dell'aria interna.

Perché la posizione dell'isolamento all'esterno o all'interno della parete influisce sul risultato?

Quando vengono utilizzati gli stessi materiali e gli stessi spessori, la resistenza termica totale può rimanere invariata indipendentemente dall'ordine degli strati. Tuttavia, i profili di temperatura e pressione del vapore cambiano, per cui la posizione e l'estensione delle possibili zone di condensazione possono variare notevolmente tra isolamento interno ed esterno.

È possibile valutare il rischio di condensa utilizzando soltanto la trasmittanza termica U?

No. Il valore U descrive la trasmissione del calore, ma non tiene conto della distribuzione della resistenza alla diffusione del vapore acqueo tra gli strati della parete. Due pareti con lo stesso valore U possono presentare rischi di condensa differenti a causa di differenze nei fattori μ, nei valori s_d e nella disposizione dei materiali.

Perché può esserci il rischio di formazione di muffa anche quando non viene rilevata condensa?

Per la formazione di muffa non è indispensabile che si verifichi la condensazione di acqua liquida. Se l'umidità relativa sulla superficie rimane intorno all'80% o superiore per un periodo prolungato, possono crearsi condizioni favorevoli alla formazione di muffa, mentre la condensazione superficiale è associata al raggiungimento del 100% di umidità relativa.

Perché il fattore μ delle membrane barriera al vapore sottili può essere estremamente elevato?

Il fattore μ descrive la resistenza di un materiale alla diffusione del vapore acqueo rispetto a uno strato d'aria dello stesso spessore. Poiché le membrane sono molto sottili, anche uno spessore equivalente d'aria s_d moderato può corrispondere a un fattore μ di diverse decine di migliaia o superiore. Per confrontare i materiali di controllo del vapore, generalmente è più pratico utilizzare il valore s_d espresso in metri.