PERMEABILITÀ AL VAPORE DEL LEGNO

La permeabilità al vapore di un materiale è caratterizzata dalla sua capacità di lasciar passare il vapore acqueo. Per il legno questo indicatore è variabile e dipende da molti fattori, tra cui la densità, la specie del legno, la sua umidità, la temperatura e la direzione delle fibre. L’indicatore principale utilizzato nei calcoli termofisici è il coefficiente di diffusione del vapore acqueo (δv), misurato in kg/(m·s·Pa). Tuttavia, nella pratica edilizia si utilizza più spesso lo spessore equivalente di diffusione dell’aria, il valore Sd, che è il prodotto del coefficiente di diffusione dell’aria per lo spessore dello strato di materiale.

Il valore Sd si misura in metri e indica a quale spessore di uno strato d’aria immobile corrisponde la resistenza alla diffusione di uno specifico materiale da costruzione. Più basso è il valore Sd, maggiore è la permeabilità al vapore del materiale. Ad esempio, per la maggior parte delle specie di conifere (pino, abete) il valore Sd è di circa 0,5-2,0 m per uno spessore di 25 mm, mentre per le specie di latifoglie dense (quercia) questo valore può essere più elevato. Per i materiali non strutturati, come i pannelli truciolari o OSB, il valore Sd varia notevolmente a seconda del produttore e della presenza di rivestimenti protettivi. Ad esempio, un pannello OSB-3 con spessore di 15 mm può avere un valore Sd da 2,0 m a 10,0 m, il che influisce in modo critico sul trasporto di umidità. La ДБН В.2.6-31:2021 ‘Isolamento termico degli edifici’ stabilisce i requisiti per la permeabilità al vapore delle strutture di involucro, sottolineando la necessità di calcolare la resistenza alla diffusione del vapore tenendo conto di tutti gli strati. Secondo lo standard EN ISO 12572, i metodi di prova della permeabilità all’umidità dei materiali da costruzione sono standardizzati, il che garantisce la comparabilità dei dati. Questa comprensione fondamentale permette agli ingegneri di progettare strutture che allontanano efficacemente l’umidità, prevenendone l’accumulo e garantendo la durabilità dell’edificio.

È importante considerare l’anisotropia del legno: la sua permeabilità al vapore lungo le fibre è notevolmente superiore rispetto a quella trasversale. Questo aspetto deve essere considerato nella progettazione di strutture in cui il legno è soggetto a flussi di vapore acqueo con direzioni diverse. Ad esempio, nelle strutture murarie, dove l’umidità si muove prevalentemente perpendicolarmente alla superficie, la permeabilità al vapore trasversale è più rilevante. Per i materiali in legno modificato, come i pannelli XLAM o il legno lamellare, la permeabilità al vapore può differire da quella del legno massiccio a causa degli strati adesivi e della disposizione incrociata delle lamelle, pertanto è necessario fare riferimento ai dati del produttore.

La scelta del materiale isolante per una struttura in legno è di importanza critica per garantire un regime ottimale di umidità e calore. Gli isolanti possono essere sia permeabili al vapore che impermeabili al vapore, e la loro interazione con il legno determina il profilo complessivo del trasporto di umidità nella parete o nel tetto. La lana minerale (di roccia o di vetro) è un isolante altamente efficace, incombustibile e, cosa importante, permeabile al vapore, con un valore Sd di circa 0,1 m per uno spessore di 100 mm. Ciò significa che lascia passare facilmente il vapore acqueo, permettendo alla struttura di ‘respirare’. Questo tipo di isolante è ideale per l’uso con il legno, poiché non crea ostacoli alla fuoriuscita dell’umidità dal lato esterno della parete.

Al contrario, alcuni isolanti, come il polistirene estruso (XPS) o i pannelli PIR, hanno una resistenza molto più elevata alla diffusione del vapore acqueo, con valori Sd che possono raggiungere decine o addirittura centinaia di metri. L’uso di tali materiali richiede una progettazione particolarmente accurata, poiché possono creare barriere al vapore che trattengono l’umidità all’interno della struttura. Se tale isolamento è posizionato sul lato sbagliato della parete (ad esempio, dall’interno), ciò può portare all’accumulo di condensa nello strato di legno o in altri materiali permeabili al vapore, causandone il deterioramento. Pertanto, in caso di utilizzo di isolanti impermeabili al vapore, è necessario garantire un’efficace barriera al vapore interna e un’intercapedine di ventilazione.

L’isolante in cellulosa, spesso utilizzato nelle case a telaio in legno, è anch’esso permeabile al vapore (Sd ≈ 0,3 m per 100 mm), ha un’elevata igroscopicità ed è in grado di assorbire e rilasciare umidità, fungendo da tampone. Ciò contribuisce a stabilizzare l’umidità nella struttura. Indipendentemente dal tipo di isolante scelto, il principio generale dell”aumento della permeabilità al vapore dallo strato interno a quello esterno’ rimane invariato. Ciò garantisce che qualsiasi umidità che penetri all’interno della parete possa uscire liberamente verso l’esterno, evitando un accumulo critico. Ciò è particolarmente rilevante per le case in legno lamellare, dove lo strato interno può essere direttamente in legno, e quello esterno – isolante e rivestimento. Pertanto, un’analisi accurata dei valori Sd di tutti gli strati della struttura è obbligatoria per garantirne la resistenza all’umidità e la durabilità.

Una corretta progettazione dei nodi di protezione dal vapore è la base per garantire la durabilità e l’efficienza energetica delle strutture in legno. Il principio chiave è la creazione del cosiddetto ‘gradiente di permeabilità al vapore’: ogni strato successivo della struttura di involucro esterno (dall’interno verso l’esterno) deve avere una permeabilità al vapore uguale o superiore rispetto al precedente. Ciò garantisce che il vapore acqueo, che diffonde dall’ambiente interno caldo, possa attraversare liberamente tutti gli strati e uscire verso l’esterno, senza condensare all’interno della struttura. In caso contrario, se la permeabilità al vapore dello strato esterno fosse inferiore a quella interna, l’umidità si accumulerebbe nello spessore della parete o del tetto, portando all’umidificazione dell’isolante, del legno e, di conseguenza, alla perdita delle proprietà di isolamento termico, allo sviluppo di funghi e al deterioramento dei materiali.

Per raggiungere questo gradiente, è necessario utilizzare pellicole o membrane di barriera al vapore con un valore Sd elevato (ad esempio, >100 m) sul lato interno della struttura, che proteggano l’isolante e il legno dalla penetrazione della maggior parte dell’umidità interna. Sul lato esterno bisognerebbe applicare membrane frangivento permeabili al vapore con un valore Sd basso (ad esempio, <0,2 m), che lascino uscire il vapore verso l’esterno, ma impediscano la penetrazione del vento e dell’umidità esterna. Inoltre, è necessario prevedere un’intercapedine di ventilazione tra il rivestimento esterno e la membrana frangivento. Questa intercapedine garantisce l’efficace rimozione del vapore acqueo dalla struttura e l’asciugatura degli strati esterni. Lo spessore dell’intercapedine di ventilazione è generalmente di 20-50 mm, a seconda del tipo di rivestimento e delle condizioni climatiche.

Un’attenzione particolare va dedicata ai nodi di connessione: angoli, giunzioni delle pareti con il tetto e la fondazione, aperture per finestre e porte. È proprio in questi punti che più spesso si verificano i ‘ponti termici’ e le violazioni del contorno di protezione dal vapore. Tutte le cuciture e le connessioni delle pellicole di barriera al vapore devono essere accuratamente sigillate con nastri speciali, e i punti di connessione con altri elementi – sigillati. Secondo le norme europee, ad esempio la EN 13859-1 e la EN 13859-2, vengono stabiliti i requisiti per le caratteristiche dei fogli flessibili per l’impermeabilizzazione e la barriera al vapore. Ciò garantisce che i materiali scelti rispondano agli indicatori necessari. Senza il rispetto di questi principi, anche i materiali più costosi non garantiranno l’efficienza energetica e la durabilità attese. Una corretta progettazione e la definizione dei dettagli di ogni nodo sono un investimento nella stabilità e nel comfort dell’edificio per decenni.

Per prevedere con precisione il comportamento dell’umidità nelle strutture di involucro multistrato, si utilizza un metodo noto come ‘Diagramma di Glaser’. Questo metodo grafico o di calcolo permette di visualizzare la distribuzione della temperatura e della pressione parziale del vapore acqueo lungo lo spessore della struttura, il che è di importanza critica per individuare le potenziali zone di condensazione. L’essenza del metodo consiste nel confrontare le curve di temperatura di saturazione del vapore acqueo (dipendente dalla temperatura) e la pressione parziale effettiva del vapore acqueo in ogni punto della sezione della parete o del tetto. La condensazione si verifica dove la curva della pressione parziale effettiva incrocia o supera la curva della temperatura di saturazione.

La costruzione del diagramma di Glaser richiede la conoscenza dei seguenti parametri per ogni strato della struttura: spessore (d), coefficiente di conducibilità termica (λ), resistenza alla diffusione del vapore (μ) o valore Sd. Nonché dei parametri esterni e interni dell’aria: temperatura (T) e umidità relativa (φ). Grazie a questo metodo è possibile determinare con precisione non solo la presenza di condensa, ma anche la sua quantità in un determinato periodo (ad esempio, la stagione di riscaldamento), il che permette di valutare il rischio di accumulo di umidità. Ad esempio, per una parete in legno massiccio, isolante e rivestimento esterno, il diagramma di Glaser aiuterà a individuare se l’umidità si accumulerà al confine tra il legno e l’isolante o all’interno dell’isolante, nel caso in cui le barriere al vapore o l’intercapedine di ventilazione siano scelte in modo errato.

Un esempio di applicazione del diagramma di Glaser è l’analisi del ‘punto di rugiada’. Nella maggior parte dei casi, il punto di rugiada dovrebbe trovarsi o nello strato esterno permeabile al vapore, o al di fuori dell’isolante, nell’intercapedine ventilata. Se il punto di rugiada si sposta all’interno dell’isolante o, peggio ancora, negli elementi portanti in legno, ciò indica un grave errore progettuale. La ДБН В.2.6-31:2021 contiene requisiti normativi per prevenire l’eccessiva umidificazione delle strutture di involucro, e l’uso del diagramma di Glaser è uno degli strumenti principali per verificare tali requisiti. Ciò permette non solo di evitare conseguenze distruttive, ma anche di prolungare notevolmente la durata di vita dell’edificio, garantendo un microclima stabile all’interno degli ambienti. Anche le tecnologie costruttive più moderne, come le strutture in legno lamellare, richiedono un accurato calcolo termoigrometrico per garantire il loro funzionamento ottimale.

Le condizioni climatiche dell’Ucraina sono caratterizzate da notevoli oscillazioni di temperatura e umidità durante l’anno, il che richiede un approccio particolare alla progettazione delle strutture di involucro in legno. I geli invernali e l’estate calda, così come l’elevata umidità relativa nei periodi di transizione, creano sfide per garantire un regime ottimale di umidità e calore. Il principio fondamentale è la creazione di una parete ‘traspirante’, che permetta al legno di gestire efficacemente l’umidità. A tal fine è necessario combinare correttamente i materiali con diversa permeabilità al vapore, posizionando gli strati più impermeabili al vapore sul lato interno e quelli più permeabili – sul lato esterno.

Una tipica struttura muraria ottimizzata per il clima ucraino può essere composta dai seguenti strati (dall’interno verso l’esterno):

1. Rivestimento interno: Cartongesso o perlinato in legno.
2. Barriera al vapore: Membrana con valore Sd >100 m (ad esempio, film in polietilene o speciale membrana barriera al vapore). Tutte le cuciture e le connessioni devono essere sigillate ermeticamente.
3. Telaio in legno / Legno massiccio: Base portante della struttura.
4. Isolante: Lana minerale, cellulosa o altro materiale permeabile al vapore con valore Sd <0,5 m.
5. Membrana frangivento permeabile al vapore: Con valore Sd <0,2 m. Protegge l’isolante dalla dispersione delle fibre e dalla penetrazione del vento, permettendo al vapore di uscire.
6. Intercapedine di ventilazione: 20-40 mm. Garantisce l’allontanamento dell’umidità e l’aerazione.
7. Rivestimento esterno: Perlinato in legno, siding, piastrelle di facciata, ecc.

La ДБН В.2.6-31:2021 stabilisce i requisiti minimi per la resistenza termica delle strutture di involucro per le diverse zone climatiche dell’Ucraina, nonché i requisiti per la resistenza alla diffusione del vapore. Ad esempio, per la prima zona termica (nord, centro dell’Ucraina) il Rq min per le pareti è di 4,0 m²∙K/W. Ciò significa che lo spessore dell’isolante deve essere sufficiente per raggiungere questi valori, mantenendo al contempo l’equilibrio della permeabilità al vapore. Un posizionamento errato dei materiali di barriera al vapore o l’assenza di un’intercapedine di ventilazione possono portare a un’umidificazione sistemica, difficile da eliminare senza una ristrutturazione importante. Pertanto, nella progettazione bisognerebbe sempre eseguire un calcolo termoigrometrico completo per confermare l’affidabilità delle soluzioni scelte.

Per una gestione efficace dell’umidità nelle strutture in legno, oltre alla permeabilità al vapore del legno stesso e dell’isolante, è di importanza critica la corretta scelta e integrazione delle pellicole di barriera al vapore e freno al vapore. Sebbene questi termini siano spesso usati come sinonimi, tra di essi esistono differenze sostanziali, che ne determinano la posizione e il ruolo nella struttura. Le pellicole di barriera al vapore (barriera al vapore) sono materiali con una resistenza molto elevata alla diffusione del vapore acqueo, con valori Sd generalmente >10 m, e spesso >100 m (ad esempio, film in polietilene, materiali alluminati). Il loro compito principale è limitare il più possibile la penetrazione del vapore acqueo dall’ambiente interno caldo verso lo spessore della parete o del tetto, dove può condensare.

Le pellicole freno al vapore (freno al vapore) sono materiali che creano anch’essi un ostacolo per il vapore acqueo, ma il loro valore Sd si trova generalmente nell’intervallo da 2 a 10 m. Sono ‘limitatamente’ permeabili al vapore e permettono alla struttura di ‘respirare’ in piccola misura, regolando l’umidità. L’uso dei freni al vapore è giustificato nei casi in cui è necessario garantire una certa apertura diffusiva della struttura, ad esempio nelle pareti ‘traspiranti’ con telaio in legno, dove una leggera umidificazione dei materiali è ammissibile e può essere compensata dall’asciugatura nel periodo estivo. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, per gli edifici residenziali nelle condizioni dell’Ucraina, dove c’è una notevole differenza di pressione parziale del vapore d’inverno, si preferiscono le pellicole di barriera al vapore con il valore Sd più elevato possibile.

L’integrazione di queste pellicole richiede un’estrema accuratezza. Devono essere installate senza lacerazioni, forature, e tutte le cuciture, le sovrapposizioni e le connessioni con le aperture per finestre e porte, i solai, la fondazione devono essere sigillate ermeticamente con appositi nastri e nastri sigillanti. Anche una piccola lacerazione nel contorno di barriera al vapore può vanificare tutti gli sforzi per proteggere la struttura, poiché attraverso di essa può penetrare un volume significativo di vapore acqueo. È importante anche considerare le condizioni di temperatura e umidità di esercizio della pellicola: deve mantenere le proprie proprietà per tutta la durata di vita dell’edificio. I moderni materiali di barriera al vapore, come le pellicole di barriera al vapore ‘intelligenti’ con valore Sd variabile (igroregolabili), si adattano ai cambiamenti di umidità, aumentando la propria permeabilità al vapore in estate per favorire l’asciugatura della struttura. Questa soluzione innovativa permette di minimizzare i rischi di condensazione e ottimizzare lo scambio di umidità in pareti e tetti.

Esaminiamo una tipica struttura della parete esterna di una casa a telaio, ottimizzata per le condizioni dell’Ucraina centrale, dove la temperatura invernale può scendere fino a -25°C e quella estiva salire fino a +30°C, con un’elevata umidità relativa. Questo caso dimostra l’applicazione pratica dei principi del gradiente di permeabilità al vapore e della gestione efficace dell’umidità.

Struttura della parete (dal lato interno a quello esterno):

1. Rivestimento interno: Lastre di cartongesso con spessore di 12,5 mm. Questo strato ha un valore Sd di circa 0,05-0,1 m.
2. Membrana di barriera al vapore: Barriera al vapore intelligente con valore Sd variabile (da 0,2 m a 10,0 m, a seconda dell’umidità). D’inverno, quando l’umidità interna è alta, il valore Sd della membrana aumenta, impedendo la penetrazione del vapore. D’estate, in caso di potenziale umidificazione della struttura dall’esterno o dall’interno, il valore Sd diminuisce, permettendo alla struttura di asciugarsi.
3. Telaio in legno: Montanti in legno massiccio 50×150 mm o 50×200 mm con passo di 600 mm, che garantiscono lo spazio per l’isolante.
4. Isolante principale: Lana minerale con densità 35-50 kg/m³, spessore 150-200 mm. Il valore Sd per questo strato è di circa 0,05 m ogni 100 mm di spessore. Coefficiente di conducibilità termica (λ) – 0,035-0,039 W/(m·K).
5. Rivestimento esterno del telaio: Pannello OSB-3 con spessore di 12 mm. È importante scegliere un OSB con basso valore Sd (generalmente 2-5 m), per non creare una barriera al vapore.
6. Membrana frangivento: Membrana super-diffusiva con valore Sd <0,02 m. Garantisce la protezione dal vento e dall’umidità esterna, lasciando al contempo passare liberamente il vapore acqueo dalla struttura.
7. Intercapedine di ventilazione: 30 mm, creata mediante listelli di contro-listellatura fissati all’OSB. Garantisce un movimento costante dell’aria per l’allontanamento dell’umidità.
8. Rivestimento esterno: Perlinato in legno, piastrelle in ceramica su listellatura, o pannelli di facciata.

Una tale struttura di parete garantisce una resistenza termica Rq che soddisfa o supera i requisiti della ДБН В.2.6-31:2021 per la prima zona termica dell’Ucraina (4,0 m²∙K/W). Il valore Sd degli strati diminuisce progressivamente dall’interno verso l’esterno, garantendo un efficace allontanamento dell’umidità. L’esecuzione dei calcoli secondo il diagramma di Glaser per questa struttura mostra l’assenza di condensazione interna anche in condizioni invernali estreme (-22°C esterna, +20°C interna, umidità relativa 55%). Tutte le cuciture della barriera al vapore e della membrana frangivento sono sigillate ermeticamente, e le connessioni con le aperture per finestre e la fondazione sono accuratamente sigillate, il che minimizza l’infiltrazione d’aria e il trasporto incontrollato di umidità. Questo approccio garantisce la durabilità della struttura in legno e un microclima sano all’interno della casa.