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I vetri - isolamento termico

Una parete vetrata, generalmente, si trova a separare due ambienti di diversa temperatura.
Come per qualsiasi altro tipo di materiale, anche attraverso il vetro avviene uno scambio termico dall’ambiente più caldo (interno o esterno ad un edificio) verso l’ambiente più freddo (esterno o interno ad un edificio); in più, però, una parete vetrata presenta la particolarità di essere trasparente all’irraggiamento solare (per trasmissione) che apporta gratuitamente calore nell’ambiente interno all’edificio.

Lo scambio termico, in generale, può avvenire attraverso tre modi di propagazione:
la conduzione è un trasferimento di calore attraverso un corpo o tra due corpi a contatto diretto tra loro; tale trasferimento si verifica senza alcuno spostamento di materia (è la sensazione che si ha se, ad esempio, si tocca con la mano un oggetto caldo). Sulle due facce di un vetro in ambienti a diversa temperatura, allora, il flusso di calore che si genera all’interno del vetro stesso dipende dalla conduttività termica del materiale vetro (oltre che dalla differenza di temperatura tra i due ambienti); la conduttività termica del vetro è λ = 1,0 W/(m • K).
la convezione è un trasferimento di calore che avviene in un corpo solido attraverso la sua superficie quando questa è investita da un agente fluido, solido o gassoso; tale trasferimento si verifica con uno spostamento di materia (è la sensazione che si ha se, ad esempio, si ci asciugano le mani con un ventilatore di aria calda).
l’irraggiamento è un trasferimento di calore che avviene tra due corpi a temperature diverse mediante lo scambio di radiazioni (onde) elettromagnetiche (è la sensazione che si ha se si ci riscalda con la vicinanza di un oggetto caldo, ad esempio un cosiddetto elemento radiante (termosifone di casa).
L’irraggiamento a temperatura ambiente (dell’ordine di decine di gradi centigradi) è situato nell’infrarosso a lunghezza d’onda superiori a 5 µm, ed è proporzionale ad una caratteristica superficiale dei corpi: la emissività. Ad una scarsa emissività corrisponde uno scarso scambio termico per irraggiamento. L’emissività di un vetro normale è di εn=0,89 , mentre ad alcuni vetri può essere applicato un deposito superficiale (detto basso emissivo) con εn<0,10.


Da quanto detto, allora, si comprende che se ci interessa analizzare il comportamento di una parete vetrata che divide l’esterno di un edificio con un ambiente interno oggetto della nostra analisi, questa parete scambia calore con l’aria interna con cui è a contatto per conduzione e convezione e contemporaneamente scambia calore con l’ambiente interno per irraggiamento.

L’insieme, combinato tra loro, di questi tipi di scambi termici con dati valori convenzionali (norma EN 673) di velocità del vento, emissività del vetro e temperature interne ed esterne all’edificio, caratterizzano due coefficienti di scambio superficiale relativi all’esterno ed all’interno, pari ad:
he = 23 W/(m2 • K)
hi = 8 W/(m2 • K)
In tali condizioni, si definisce convenzionalmente la trasmittanza termica U, che rappresenta il flusso di calore che attraversa 1 m2 di parete nell’unità di tempo per effetto di una differenza di temperatura di 1 °C tra l’interno e l’esterno.

Evidentemente, per quanto sinora illustrato, quanto minore è il valore di U tanto minore è la dispersione termica e, viceversa, maggiore è la coibenza termica (potere di isolamento).

Un vetro semplice (spessore 4 mm) ha una trasmittanza termica U = 5,8 W/(m2 • K).
Per aumentare l’isolamento termico, e quindi diminuire il valore di U , si adotta normalmente la combinazione di due vetri accoppiati tra loro e distanziati da una intercapedine di aria immobile ed asciutta, il cosiddetto “vetrocamera” o “vetrata isolante”, che riesce ad ottenere un notevole abbattimento di U: un vetrocamera normale (4+aria15+4) [e cioè con vetri esterno ed interno di spessore 4 mm con intercapedine di aria di 15 mm] ha una U = 2,7 W/(m2 • K);
e il principio di tale comportamento consiste nel racchiudere tra le due lastre di vetro “aria” immobile ed asciutta al fine di ridurre al minimo (al limite annullare) gli scambi termici tra le due pareti interne alla intercapedine gli scambi termici per
convezione, sfruttando la scarsa conduttività termica dell’aria (che è tanto meno conducibile quanto più è secca e non umida). Se poi, al posto dell’aria si utilizza un gas più pesante con conduttività termica inferiore (in genere Argon), è chiaro che diminuisce ancora la U (di circa 0,3 W/(m2 • K) ).
E’ intuibile, a questo punto, che per migliorare il potere di isolamento della vetrata rimarrebbe da ridurre solo lo scambio per irraggiamento all’interno della intercapedine; e questo si può fare con lastre di vetro basso emissivi (con deposito pirolitico di ossidi metallici o sotto vuoto), con l’introduzione dei quali diminuisce ancora la U (di circa 0,3÷1,3 W/(m2 • K), a seconda del trattamento basso emissivo).

Nella tabella sopra riportata si è fatto riferimento al “fattore solare g”; la parete vetrata è generalmente trasparente all’irraggiamento solare, apportatore di energia gratuita.
Viene, allora, definito “fattore solare g” di una parete vetrata la percentuale di energia introdotta in un locale in rapporto all’energia solare incidente; l’energia introdotta è dovuta alla somma del flusso trasmesso (passato attraverso la parete vetrata) più il
flusso riemesso per irraggiamento all’interno del locale (partente dalla parete interna della vetrata);
conseguentemente, quanto più è basso il fattore solare “g” tanto più è coibente (isolante) la parete vetrata.
Evidentemente, tale fattore g è misurato in base a prove normalizzate (la EN410 e la ISO9050M1), ed i valori riferiti ad una ampia gamma di vetrature sono indicati nella tabella del par. 4.5.9.


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