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La trasmittanza di un elemento opaco

Come si arriva da un elenco di materiali a un solo numero, U, e cosa quel numero dice davvero.

Una parete separa due ambienti a temperatura diversa. Quanto calore la attraversa, per ogni metro quadrato e per ogni grado di differenza? La risposta è un solo numero, la trasmittanza termica U, e tutto il calcolo dell'involucro parte da lì.

Le resistenze si sommano

Il calore attraversa la parete passando per strati in serie: aria interna, ogni materiale, aria esterna. In serie, le resistenze si sommano — esattamente come per i resistori elettrici, e non è un'analogia superficiale: le due equazioni sono la stessa.

R_{tot} = R_{si} + \sum_{i} \frac{s_i}{\lambda_i} + R_{se}

dove s_i è lo spessore dello strato in metri e \lambda_i la sua conduttività termica in W/(m·K). La trasmittanza è il reciproco:

U = \frac{1}{R_{tot}}

e si misura in W/(m²·K).

Le resistenze superficiali

R_{si} e R_{se} non sono proprietà della parete: sono il modo in cui l'aria e l'irraggiamento scambiano calore con le due facce. La UNI EN ISO 6946 le fissa a valori convenzionali che dipendono solo dalla direzione del flusso:

Direzione del flusso	R_si	R_se
Orizzontale (parete)	0,13	0,04
Ascendente (copertura)	0,10	0,04
Discendente (pavimento)	0,17	0,04

Il fatto che R_{se} sia sempre 0,04 e R_{si} tre volte tanto racconta una cosa sola: fuori c'è vento, dentro no.

Un esempio numerico

Prendiamo una parete a cassa vuota isolata, dall'interno verso l'esterno:

Strato	s [m]	λ [W/mK]	R [m²K/W]
Intonaco di gesso	0,015	0,700	0,021
Laterizio forato	0,120	0,400	0,300
Polistirene espanso	0,080	0,036	2,222
Laterizio forato	0,080	0,400	0,200
Intonaco di calce	0,015	0,900	0,017

Sommando gli strati si ottiene 2,760 m²K/W; aggiungendo R_{si} = 0{,}13 e R_{se} = 0{,}04 si arriva a R_{tot} = 2{,}930 e quindi a

U = \frac{1}{2{,}930} = 0{,}341 \; \mathrm{W/(m^2 K)}

Vale la pena guardare la colonna delle resistenze: gli 8 cm di polistirene valgono da soli il 76% del totale, e i 20 cm di laterizio meno del 18%. È il fatto centrale dell'isolamento termico, e si vede solo mettendo in colonna i numeri.

Un errore ricorrente è ragionare sugli spessori invece che sulle resistenze. Raddoppiare il laterizio da 12 a 24 cm aggiunge 0,300 m²K/W; aggiungere un centimetro di isolante ne aggiunge 0,278. Un centimetro contro dodici.

Quello che U non dice

La trasmittanza descrive il regime stazionario: temperature costanti, flusso costante, nessuna memoria. È la condizione giusta per una notte d'inverno, quando dentro e fuori restano quasi fermi per ore.

D'estate no. Il sole si muove, la temperatura esterna oscilla di quindici gradi nell'arco della giornata e la parete accumula e restituisce calore con ore di ritardo. Lì servono altre grandezze — trasmittanza termica periodica, sfasamento, fattore di attenuazione — e la massa della parete, che nel calcolo di U non compare affatto.

Due pareti con la stessa U possono comportarsi in modo molto diverso a luglio.

Da provare

Lo strumento sulla trasmittanza fa questo calcolo e mostra tutti i passaggi: le resistenze di ogni strato, le temperature a ogni interfaccia e il margine rispetto al punto di rugiada. Provate a togliere l'isolante dall'esempio qui sopra e a guardare cosa succede alla temperatura della faccia interna.

trasmissione del calore involucro UNI EN ISO 6946

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