Università degli Studi di Padova – Facoltà di Ingegneria
ISTITUTO DI FISICA TECNICA
Tesi di laurea
STUDIO DEL COMPORTAMENTO TERMOIGROMETRICO
DEI PONTI TERMICI
CON UN MODELLO DI CALCOLO AGLI ELEMENTI FINITI
Relatore: prof. Lorenzo Moro
Laureando: Giacomo Lazzarotto
ABSTRACT
Una delle caratteristiche più importanti da tenere presente nella costruzione di un edificio è quella dell’isolamento termico. Ciò è necessario per fornire a chi vi abiterà il benessere termoigrometrico, ovvero una situazione di comfort del corpo umano, e per garantire una vita di esercizio corretta alle strutture. La situazione di comfort, studiata in relazione agli scambi di calore del corpo umano con il resto dell’ambiente, è determinata da diversi fattori tra cui: la temperatura dell’aria e quella delle superficie che delimitano l’ambiente. A tale scopo gli edifici sono dotati di impianti di riscaldamento per il regime invernale, e di impianti di condizionamento per quello estivo. Si definisce ponte quella parte dell’involucro edilizio dove il flusso termico si sviluppa in 2 o 3 dimensioni; ciò può essere dovuto alla geometria (angoli, etc..) o alle diverse caratteristiche dei materiali che formano l’elemento. In generale in una parete piana idealmente di lunghezza indefinita le superficie isoterme (che descrivono i vari strati di temperatura nella sezione del muro) si dispongono parallele l’una all’altra, e il flusso di calore q risulta essere monodimensionale, e in direzione perpendicolare alle isoterme. Nel caso del ponte termico ciò non avviene: la propagazione del calore va considerata in due o tre dimensioni e ciò porta ad una dispersione termica superiore rispetto al caso monodimensionale; inoltre in tali zone vi è un abbassamento della temperatura superficiale che potrebbe dare luogo a fenomeni di condensa. Il metodo di calcolo agli elementi finiti rappresenta una valida procedura per risolvere le equazioni differenziali governanti il problema, e per fornire risultati accurati. Sono stati studiati alcuni casi notevoli in 2 o 3 dimensioni, con modellazione rispettivamente a plate o brick, principalmente in regime stazionario (non dipendente dal tempo); si riportano nel seguito i grafici dell’andamento della temperatura e del flusso termico.
Nelle immagini che seguono, ove non diversamente specificato, si assumono:
- regime invernale, ovvero t. esterna pari a 0° C, t. interna pari a 20° C;
- modellazione a elementi plate;
- temperatura e flusso termico (trasmissione calore/unità di sup.) calcolati nei nodi.
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Una delle caratteristiche più importanti da tenere presente nella costruzione di un edificio è quella dell’isolamento termico. Ciò è necessario per fornire a chi vi abiterà il benessere termoigrometrico, ovvero una situazione di comfort del corpo umano, e per garantire una vita di esercizio corretta alle strutture. La situazione di comfort, studiata in relazione agli scambi di calore del corpo umano con il resto dell’ambiente, è determinata da diversi fattori tra cui: la temperatura dell’aria e quella delle superficie che delimitano l’ambiente. A tale scopo gli edifici sono dotati di impianti di riscaldamento per il regime invernale, e di impianti di condizionamento per quello estivo. Si definisce ponte quella parte dell’involucro edilizio dove il flusso termico si sviluppa in 2 o 3 dimensioni; ciò può essere dovuto alla geometria (angoli, etc..) o alle diverse caratteristiche dei materiali che formano l’elemento. In generale in una parete piana idealmente di lunghezza indefinita le superficie isoterme (che descrivono i vari strati di temperatura nella sezione del muro) si dispongono parallele l’una all’altra, e il flusso di calore q risulta essere monodimensionale, e in direzione perpendicolare alle isoterme. Nel caso del ponte termico ciò non avviene: la propagazione del calore va considerata in due o tre dimensioni e ciò porta ad una dispersione termica superiore rispetto al caso monodimensionale; inoltre in tali zone vi è un abbassamento della temperatura superficiale che potrebbe dare luogo a fenomeni di condensa. Il metodo di calcolo agli elementi finiti rappresenta una valida procedura per risolvere le equazioni differenziali governanti il problema, e per fornire risultati accurati. Sono stati studiati alcuni casi notevoli in 2 o 3 dimensioni, con modellazione rispettivamente a plate o brick, principalmente in regime stazionario (non dipendente dal tempo); si riportano nel seguito i grafici dell’andamento della temperatura e del flusso termico.
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ANGOLI
Sezione in pianta angolo; isolante in nero all'interno.
Modello FEM in Straus7 - in verde l'isolante.
Distribuzione delle temperature.
Flusso termico nelle due direzioni.
COPERTURE IN LATERO CEMENTO
Dettaglio tipo tetto in latero cemento.
Modello FEM in Straus7 - distribuzione delle temperature.
COPERTURE IN LEGNO
Dettaglio tipo tetto in legno.
Modello FEM in Straus7.
Andamento della temperatura ad un istante temporale (regime transitorio).
FACCIATA VENTILATA
Dettaglio tipo facciata ventilata.
Modello FEM in Straus7.
Distribuzione delle temperature.
PILASTRI D'ANGOLO
Modello FEM in Straus7.
Temperature nel pilastro d'angolo.
Andamento del flusso di calore.
PILASTRI NEL MURO
Modello FEM in Straus7 - isolante all'esterno.
Andamento delle temperature.
Andamento del flusso termico.
SERRAMENTI
Modello FEM in Straus7 della finestra.
Particolare della distribuzione della temperatura.
Particolare del flusso termico.
INCASTRO SOLAIO PARETE
Modello a brick in Straus7.
Distribuzione delle temperature.
SOLAIO PREFABBRICATO ARMATO
Modello a brick in Straus7.
Temperature in una sezione trasversale tipo.
Flusso termico in una sezione trasversale tipo.
TRAVE INCASTRATA TRA PARETI
Modello a brick in Straus7.
Distribuzione delle temperature.
Flusso termico.
La muffa.
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