CONFRONTO DELLA TRASMITTANZA TERMICA (U-VALUE)

La trasmittanza termica (U-value), o coefficiente di trasmissione del calore, è l’indicatore chiave delle prestazioni termiche degli involucri edilizi. Determina la velocità di passaggio del calore attraverso un’unità di superficie di materiale o di struttura multistrato per unità di tempo, con una differenza di temperatura di 1°C (o 1 K). Secondo la ДБН В.2.6-31:2016 ‘Isolamento termico degli edifici’, per le pareti degli edifici residenziali in Ucraina sono stabiliti valori normativi di trasmittanza termica (U-value), che dipendono dalla zona climatica. Ad esempio, per la prima zona climatica (la maggior parte del territorio ucraino), la trasmittanza termica (U-value) normativa per le pareti è di non più di 0,28 W/(m²·K), mentre per le coperture (tetti) è di non più di 0,20 W/(m²·K). Il calcolo della trasmittanza termica (U-value) per le strutture multistrato si effettua con la formula U = 1 / (Rsi + Σ(di/λi) + Re), dove Rsi è la resistenza termica superficiale interna, Re è la resistenza termica superficiale esterna, di è lo spessore dello strato di materiale, λi è il coefficiente di conduttività termica del materiale. È importante comprendere che la trasmittanza termica effettiva può differire notevolmente da quella teorica a causa dei ponti termici, dei difetti di montaggio e di una tenuta all’aria inadeguata. La conformità a questi standard è fondamentale per garantire un microclima confortevole all’interno e ridurre al minimo i costi di esercizio. L’uso di moderni materiali isolanti con bassi valori di λ, come la lana minerale (λ ≈ 0,035 W/(m·K)), i pannelli PIR (λ ≈ 0,022 W/(m·K)) o i pannelli fenolici (λ ≈ 0,018 W/(m·K)), consente di raggiungere o addirittura superare i valori normativi. Ad esempio, per raggiungere U=0,28 W/(m²·K) con la lana minerale sono necessari circa 150-180 mm di isolante, mentre per i pannelli PIR possono bastare 100-120 mm. Questa differenza di spessore diventa importante in fase di progettazione, influenzando le dimensioni complessive delle strutture e le soluzioni architettoniche. Il nodo ‘parete-fondazione’ è spesso un ponte termico critico, per cui sono necessarie misure di isolamento aggiuntive e un calcolo dettagliato del coefficiente Ψ (coefficiente di trasmissione termica lineare). L’aumento della resistenza termica (R = 1/U) è l’obiettivo diretto nella progettazione di edifici energeticamente efficienti, e tenere conto di tutte le proprietà termofisiche dei materiali e delle soluzioni costruttive consente di ottenere risultati elevati.

Il Cross-Laminated Timber (XLAM) è costituito da pannelli multistrato realizzati con lamelle incollate in modo incrociato, che si sono affermati come materiale da costruzione ad alta resistenza e stabile. Sebbene l’XLAM di per sé abbia proprietà di isolamento termico migliori rispetto al calcestruzzo, la sua trasmittanza termica (U-value) senza isolamento aggiuntivo generalmente non è conforme agli standard energetici moderni, in particolare nel clima ucraino. Ad esempio, per un tipico pannello XLAM di 100 mm di spessore (3 strati) λ ≈ 0,13 W/(m·K), il che dà U ≈ 0,7 W/(m²·K). Questo valore è molto superiore ai 0,28 W/(m²·K) normativi per le pareti. Pertanto, per raggiungere la resistenza termica necessaria, le pareti in XLAM richiedono solitamente un isolamento esterno. Le soluzioni standard prevedono 150-250 mm di lana minerale o polistirene espanso. Ad esempio, una parete esterna con 100 mm di XLAM e 200 mm di lana minerale (λ = 0,035 W/(m·K)) avrà una trasmittanza termica (U-value) di circa 0,16 W/(m²·K), un valore molto migliore della norma. Un aspetto importante è anche la tenuta all’aria. Grazie alla produzione di precisione in fabbrica e ai giunti compatti, le strutture in XLAM mostrano solitamente valori di tenuta all’aria molto elevati (n50 < 0,6 h⁻¹), il che riduce al minimo le perdite di calore per convezione, che possono ridurre notevolmente la trasmittanza termica effettiva. Questo parametro è fondamentale e viene misurato con il test Blower Door. Un’analisi dettagliata dei nodi di fissaggio dei pannelli XLAM, ad esempio ‘parete-tetto’ o ‘parete-parete’, richiede particolare attenzione all’isolamento per evitare ponti termici. L’uso di inserti termici e nastri sigillanti sui giunti è obbligatorio. La progettazione di edifici in XLAM prevede l’integrazione dell’isolante nell’involucro esterno, spesso con una facciata ventilata o uno strato di intonaco. I pannelli XLAM sono utilizzati efficacemente anche per solai e strutture di copertura. Per una copertura in XLAM con 250-300 mm di isolante è possibile raggiungere una trasmittanza termica (U-value) di 0,12-0,15 W/(m²·K), superiore ai requisiti ДБН per i tetti. Pertanto, l’XLAM è un eccellente sistema portante che, combinato con un isolamento termico ben progettato, garantisce elevate prestazioni termiche.

Il legno lamellare (GL24h) è un materiale ad alta tecnologia, realizzato incollando diverse lamelle di legno. I suoi vantaggi consistono nella stabilità dimensionale, nell’elevata resistenza e nell’aspetto estetico gradevole, che spesso non richiede finiture aggiuntive. Tuttavia, come nel caso dell’XLAM, la massività della trave stessa non garantisce sempre una resistenza termica sufficiente senza un isolamento aggiuntivo per essere conforme alle norme moderne. Il coefficiente di conduttività termica del legno lamellare è di circa 0,12-0,15 W/(m·K). Per una trave tipica di spessore 200 mm, la trasmittanza termica (U-value) sarà di circa 0,6 W/(m²·K). Questo valore non è conforme alle norme ДБН per le pareti (0,28 W/(m²·K)). Per raggiungere questo valore, le pareti in legno lamellare necessitano di un isolamento esterno. Ad esempio, per una trave da 200 mm con un isolamento di 150 mm di lana minerale (λ = 0,035 W/(m·K)), la trasmittanza termica (U-value) sarà di circa 0,19 W/(m²·K), un risultato eccellente. Anche le case in legno lamellare beneficiano dell’elevata precisione di fabbricazione, che garantisce una buona tenuta all’aria tra gli elementi. Tuttavia, i giunti tra le corone e i nodi angolari sono potenziali punti di formazione di ponti termici e infiltrazione d’aria, se non vengono utilizzati sigillanti e guarnizioni speciali. L’uso di nastri di compressione, guarnizioni in EPDM e sigillanti di qualità è obbligatorio. Per le strutture di copertura in legno lamellare che svolgono funzione portante, lo strato di isolante deve essere molto più spesso, solitamente 250-350 mm, per raggiungere una trasmittanza termica (U-value) normativa di 0,20 W/(m²·K) o migliore. È importante anche tenere conto della permeabilità al vapore (Sd) della parete per evitare l’accumulo di umidità nell’isolante e nel legno. Il principio generale ‘più spesso, più caldo’ per le strutture massicce in legno vale, ma solo fino a un certo punto. Dopo aver raggiunto lo spessore ottimale della trave (ad esempio 200-240 mm), un ulteriore aumento dello spessore diventa economicamente meno vantaggioso, ed è più efficiente aggiungere uno strato di isolamento termico esterno. Questo approccio garantisce il miglior equilibrio tra prestazioni termiche, affidabilità strutturale ed estetica architettonica.

Le strutture a telaio, in particolare quelle moderne, sono tra i sistemi più flessibili ed efficienti dal punto di vista termico. Il loro vantaggio principale consiste nella possibilità di riempire le cavità del telaio con grandi volumi di isolante, il che consente di raggiungere facilmente valori di trasmittanza termica (U-value) molto bassi. Il coefficiente di conduttività termica del legno del telaio è di circa 0,13 W/(m·K), mentre per la lana minerale o la cellulosa è di circa 0,035-0,040 W/(m·K). Una tipica parete di una casa a telaio con montanti da 150 mm e riempimento in lana minerale può avere una trasmittanza termica (U-value) di circa 0,22-0,25 W/(m²·K). Tuttavia, per essere conformi alle norme ucraine (0,28 W/(m²·K)) e, ancor di più, per raggiungere gli standard di edificio a energia quasi zero (nZEB), è necessario utilizzare uno strato di isolante aggiuntivo o aumentare lo spessore del telaio. Una soluzione comune è l’aggiunta di un isolamento incrociato esterno o interno al telaio, che consente di ridurre al minimo i ponti termici attraverso gli elementi in legno del telaio. Ad esempio, una parete con telaio da 150 mm e 150 mm di lana minerale, integrata con un isolamento incrociato esterno di 50 mm, può raggiungere una trasmittanza termica (U-value) di 0,15-0,18 W/(m²·K). Questo valore supera facilmente le norme ДБН. Un fattore critico per gli edifici a telaio è la tenuta all’aria (n50). A causa dell’elevato numero di giunti e delle potenziali fessure, le case a telaio richiedono una posa accurata delle membrane per il controllo del vapore e delle barriere al vento, la sigillatura dei giunti e la tenuta di tutti i passaggi degli impianti. Il valore di n50 per una casa a telaio costruita a regola d’arte deve essere inferiore a 1,0 h⁻¹, mentre per le case passive inferiore a 0,6 h⁻¹. Un’analisi dettagliata dei nodi, come il ‘collegamento parete-fondazione’ e le ‘aperture per finestre e porte’, richiede l’uso di nastri e pellicole sigillanti, oltre a un controllo accurato della qualità di esecuzione. L’efficacia dell’isolamento termico delle strutture a telaio dipende direttamente dalla qualità dei materiali e dal rispetto della tecnologia di montaggio. Trascurare questi aspetti può causare notevoli dispersioni di calore, condensa e una riduzione della durabilità della struttura. L’uso di materiali moderni, come l’isolante in cellulosa o i pannelli PIR abbinati a una facciata ventilata, consente inoltre di ottimizzare la trasmittanza termica (U-value).

La tenuta all’aria degli involucri edilizi è uno dei fattori più importanti, ma spesso sottovalutati, che influenzano l’efficienza energetica effettiva dell’edificio e, di conseguenza, la trasmittanza termica efficace. L’indicatore n50, misurato in numero di ricambi d’aria all’ora con una differenza di pressione di 50 Pa (test Blower Door), caratterizza l’ermeticità dell’edificio. Anche l’isolante più moderno e un basso valore di trasmittanza termica calcolato diventano inefficaci se attraverso fessure e giunzioni non ermetiche si verifica un’infiltrazione incontrollata di aria fredda. Questo fenomeno provoca perdite di calore per convezione che possono arrivare fino al 30% delle perdite termiche totali dell’edificio, aumentando notevolmente i costi di esercizio reali. Ad esempio, se un edificio ha una trasmittanza termica calcolata delle pareti di 0,25 W/(m²·K), ma il valore di n50 è alto (ad esempio 5,0 h⁻¹), la trasmittanza termica effettiva può essere molto peggiore. La ДБН В.2.6-31:2016 stabilisce i requisiti di tenuta all’aria: per gli edifici residenziali n50 non deve superare 3,0 h⁻¹, mentre per gli edifici con sistema di ventilazione meccanica (ad esempio con recupero di calore) – 1,5 h⁻¹. Per gli edifici passivi questo valore è ancora più severo e non deve superare 0,6 h⁻¹. Raggiungere un n50 basso richiede un approccio completo: l’uso di membrane per il controllo del vapore di qualità, una sigillatura accurata dei giunti con nastri speciali, la tenuta di tutti i passaggi degli impianti (tubi, cavi) e dei raccordi di finestre/porte. Anche fessure minime, ad esempio intorno a prese o interruttori, possono influire notevolmente sulla tenuta complessiva. I sistemi di ventilazione con recupero di calore, obbligatori per gli edifici ermetici, consentono di garantire il necessario ricambio d’aria senza perdite di calore, mantenendo un’elevata qualità dell’aria interna (IAQ). Senza un’adeguata tenuta all’aria, anche lo strato di isolante più spesso non potrà svolgere pienamente la sua funzione, poiché il calore verrà ‘soffiato via’ dall’ambiente, riducendo il comfort e aumentando il consumo energetico.

Le dispersioni di calore attraverso le strutture trasparenti, come finestre e porte, possono rappresentare una quota significativa delle perdite termiche complessive dell’edificio. Questo rende la trasmittanza termica (U-value) dei vetri e dei telai delle finestre un parametro estremamente importante. Le moderne finestre a risparmio energetico differiscono notevolmente dalle vecchie strutture per le loro prestazioni termiche. Secondo la ДБН В.2.6-31:2016, la trasmittanza termica (U-value) normativa per le finestre in Ucraina è di non più di 0,75 W/(m²·K) per la maggior parte delle zone climatiche. Per raggiungere questi valori si utilizzano vetrocamere a più camere (a due o tre camere), gas inerti (argon, krypton) nell’intercapedine, rivestimenti basso-emissivi (Low-E) sul vetro e distanziatori termoisolanti (a taglio termico). Ad esempio, una vetrocamera standard a due camere con argon e rivestimento Low-E può avere una trasmittanza termica (U-value) compresa tra 0,8 e 1,2 W/(m²·K). Le vetrocamere a tre camere con due strati di rivestimento Low-E e argon possono raggiungere una trasmittanza termica (U-value) di 0,5-0,7 W/(m²·K), mentre le speciali vetrocamere sottovuoto possono arrivare fino a 0,3-0,5 W/(m²·K). È importante considerare la trasmittanza termica (U-value) non solo del vetro, ma dell’intera struttura della finestra (Uw), che include la trasmittanza termica del telaio (Uf) e il coefficiente di trasmissione termica lineare al giunto tra vetro e telaio (Ψg). I telai in PVC con profilo a più camere e inserti termoisolanti, così come i telai in legno o legno-alluminio con un buon isolamento termico, sono la scelta ottimale. Le finestre panoramiche, nonostante il loro fascino estetico, richiedono particolare attenzione alla trasmittanza termica (U-value), poiché la loro ampia superficie può potenzialmente diventare la principale fonte di dispersione di calore. Per questo tipo di strutture si utilizzano esclusivamente i vetri e i sistemi di profili più efficienti. Oltre alla trasmittanza termica (U-value), è importante anche il fattore solare (g-value), che determina quanta energia solare passa attraverso la finestra. Nelle regioni fredde è preferibile un g-value più alto per il riscaldamento solare passivo, mentre in quelle calde uno più basso per evitare il surriscaldamento. La scelta corretta della vetrata è una soluzione integrata che influisce sul bilancio energetico, sul comfort e sull’illuminazione degli ambienti.

Per un’analisi comparativa della trasmittanza termica (U-value), esaminiamo le tipiche soluzioni costruttive per pareti e copertura (tetto) con l’uso di XLAM, legno lamellare (GL24h) e tecnologia a telaio nel contesto delle condizioni climatiche ucraine e delle norme ДБН. Il focus sarà un’analisi dettagliata dei nodi chiave che determinano l’efficacia dell’isolamento termico.

1. Parete in XLAM:

• Composizione: Finitura interna (cartongesso 12,5 mm), pannello XLAM 100 mm, barriera al vapore, intercapedine tecnica in legno 50 mm, lana minerale 200 mm (λ=0,035 W/(m·K)), membrana antivento, facciata ventilata (20-40 mm), rivestimento esterno (ad esempio pannello in fibrocemento).
• Trasmittanza termica (U-value): Rsi ≈ 0,13, R_XLAM ≈ 0,77 (100/0,13), R_lana ≈ 5,71 (200/0,035), Re ≈ 0,04. R totale ≈ 0,13 + 0,77 + 5,71 + 0,04 = 6,65 m²·K/W. U ≈ 0,15 W/(m²·K).
• Nodi: Il giunto tra pannelli XLAM ‘ad angolo’ o ‘a T’ richiede la sigillatura con nastri speciali (ad esempio EPDM) per garantire la tenuta all’aria. Il passaggio ‘parete-tetto’ richiede la continuità della barriera al vapore e della membrana antivento, oltre a un accurato isolamento delle testate dei pannelli XLAM.

2. Parete in legno lamellare (GL24h):

• Composizione: Legno lamellare 200 mm (GL24h, λ=0,14 W/(m·K)), guarnizioni tra le corone, isolamento esterno in lana minerale 150 mm (λ=0,035 W/(m·K)), membrana antivento, facciata ventilata, rivestimento esterno.
• Trasmittanza termica (U-value): Rsi ≈ 0,13, R_trave ≈ 1,43 (200/0,14), R_lana ≈ 4,28 (150/0,035), Re ≈ 0,04. R totale ≈ 0,13 + 1,43 + 4,28 + 0,04 = 5,88 m²·K/W. U ≈ 0,17 W/(m²·K).
• Nodi: I più critici sono i giunti tra le corone e i nodi angolari. L’uso di guarnizioni a doppia barriera e sigillanti è obbligatorio. Il nodo ‘parete-fondazione’ richiede impermeabilizzazione e isolamento termico per prevenire la risalita capillare e i ponti termici.

3. Parete a struttura a telaio:

• Composizione: Finitura interna (cartongesso 12,5 mm), membrana per il controllo del vapore, telaio in legno 150 mm con lana minerale (λ=0,035 W/(m·K)), isolamento incrociato esterno 50 mm di lana minerale, pannello OSB, membrana antivento, facciata ventilata, rivestimento esterno.
• Trasmittanza termica (U-value): Rsi ≈ 0,13, R_telaio (150+50mm di lana) ≈ 5,71 (200/0,035), R_rivestimento (OSB) ≈ 0,08 (15/0,18), Re ≈ 0,04. R totale ≈ 0,13 + 5,71 + 0,08 + 0,04 = 5,96 m²·K/W. U ≈ 0,16 W/(m²·K). (tenendo conto del coefficiente di disomogeneità per il telaio).
• Nodi: I molteplici giunti degli elementi del telaio, delle aperture per finestre e porte richiedono una sigillatura particolarmente accurata delle membrane per il controllo del vapore e antivento. L’uso di nastri speciali per sigillare tutti i giunti è fondamentale per garantire un n50 basso.

Questo benchmark dimostra che tutte e tre le tecnologie possono raggiungere elevate prestazioni di trasmittanza termica (U-value), che superano notevolmente le norme ucraine, a condizione che l’involucro termico sia progettato ed eseguito correttamente. Le differenze risiedono nei metodi per raggiungere questi valori e nell’importanza del controllo su vari aspetti – dalla qualità dei pannelli alla sigillatura dei giunti.

Anche con una trasmittanza termica calcolata ideale dei singoli elementi, l’efficienza energetica complessiva dell’edificio può peggiorare notevolmente a causa della presenza di ponti termici. I ponti termici sono zone degli involucri in cui la resistenza termica è molto più bassa rispetto alle zone circostanti, causando dispersioni di calore intense. I punti tipici in cui si formano includono: i collegamenti tra pareti e fondazione, gli angoli dell’edificio, i raccordi di finestre e porte, i giunti delle strutture portanti, i passaggi degli impianti attraverso pareti e tetto, nonché i punti di fissaggio di balconi o elementi architettonici esterni. Per valutare quantitativamente l’impatto dei ponti termici si utilizzano i coefficienti Ψ (psi), che misurano le dispersioni di calore lineari per unità di lunghezza (W/(m·K)) per i ponti termici lineari, oppure i coefficienti χ (chi) per i ponti termici puntuali (W/K). Tenere conto dei ponti termici è obbligatorio secondo la EN ISO 10211 ‘Ponti termici in edilizia – Flussi termici e temperature superficiali – Calcoli dettagliati’. Senza tenerne conto, la trasmittanza termica calcolata può essere eccessivamente ottimistica, e le dispersioni effettive superiori del 10-30%. Ad esempio, nelle case a telaio, i montanti in legno del telaio sono ponti termici lineari, poiché il loro coefficiente di conduttività termica è più alto rispetto all’isolante. Questo viene compensato con l’isolamento incrociato. Negli edifici in XLAM e legno lamellare, i ponti termici si formano spesso nei punti di giunzione dei pannelli o delle travi, in particolare agli angoli e alle intersezioni. Un isolamento insufficiente dei giunti o l’uso di fissaggi metallici senza tagli termici possono creare notevoli dispersioni di calore. La riduzione al minimo dei ponti termici si ottiene mediante: un involucro termico continuo (eliminazione delle interruzioni), l’uso di tagli termici nelle strutture metalliche, l’impiego di elementi isolanti speciali nei nodi complessi, una progettazione accurata e il controllo di qualità dell’esecuzione dei lavori. È importante anche considerare l’impatto dei ponti termici sul rischio di condensa e sulla formazione di muffa sulle superfici interne, che può influire negativamente sulla salute degli abitanti e sulla durabilità della struttura. Un approccio completo alla progettazione dell’involucro termico dell’edificio, che tenga conto di tutti i ponti termici, è la chiave per raggiungere un’efficienza energetica reale e non solo teorica.