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I vetri - isolamento termico
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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:
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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).
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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).
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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).
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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.
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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).
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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
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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).
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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
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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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