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Vetro piano
PRIMA PARTE: IL VETRO E L'ISOLAMENTO TERMICO
PRINCIPI GENERALI
SCAMBI TERMICI
Una parete vetrata separa generalmente due ambienti di diversa temperatura. Come per qualsiasi altro tipo di parete, anche attraverso il vetro ha luogo uno scambio termico dall'ambiente più caldo a quello più freddo.
Tuttavia, una parete vetrata presenta anche la particolarità di essere trasparente all'irraggiamento solare che apporta gratuitamente calore.
SCAMBI DI CALORE ATTRAVERSO UNA PARETE
Lo scambio termico attraverso una parete può avvenire secondo tre modi di propagazione:
. la conduzione è un trasferimento di calore attraverso un corpo o tra due corpi a contatto diretto tra loro e si verifica senza alcuno spostamento di materia.
Il flusso di calore tra le due facce di un vetro dipende dallo scarto di temperatura esistente tra di esse e dalla conduttività termica del materiale.
La conduttività termica del vetro è λ = 1,0 W/(m-K)
. la convezione è un trasferimento di calore che avviene tra la superficie di un corpo solido e un fluido liquido o gassoso.
Tale trasferimento è accompagnato da uno spostamento di materia,
. l'irraggiamento è un trasferimento di calore che avviene attraverso onde elettromagnetiche tra due corpi a temperature diverse.
L'irraggiamento a temperatura ambiente, situato nell'infrarosso a lunghezze d'onda superiori a 5 μm, risulta proporzionale all'emissività dei corpi.
Ad una scarsa emissività corrisponde uno scarso scambio termico per irraggiamento.
L'emissività normale εn del vetro è di 0,89.
Ad alcuni vetri può essere applicato un deposito detto basso emissivo con εn inferiore a 0,10.
COEFFICIENTI DI SCAMBIO SUPERFICIALE
Quando una parete è a contatto con l'aria, scambia calore con quest'ultima per conduzione e convezione e con l'ambiente per irraggiamento.
L'insieme di questi scambi termici è definito convenzionalmente per una velocità di vento, emissività e temperature normalmente riscontrate nell'ambito dell'edificio; sono caratterizzati da he per gli scambi esterni e da hi per gli scambi interni.
Questi due coefficienti presentano i seguenti valori normalizzati: he = 23 W/(m2-K); hi = 8 W/(m2-K)
TRASMISSIONE TERMICA DI UNA PARETE
TRASMITTANZA TERMICA - U
Gli scambi termici che si verificano attraverso una parete per conduzione, convezione e irraggiamento sono espressi dal valore U (in passato era noto come "coefficiente K"; ha assunto questa nuova denominazione U con l'entrata in vigore delle norme europee) che rappresenta il flusso di calore che attraversa 1 m2 di parete per una differenza di temperatura pari a 1° C tra i due lati delle pareti nell'unità di tempo.
Il valore convenzionale è stabilito per i coefficienti di scambio superficiale he e hi definiti in precedenza; viene calcolato secondo la norma EN 673.
È prevista la possibilità di calcolare un valore U specifico utilizzando valori diversi di he, in funzione della velocità del vento e delle nuove condizioni di temperatura. Quanto più basso è il valore U, tanto minori sono le dispersioni termiche.
TRASMITTANZA TERMICA DEI VETRI - U
La parete vetrata può essere costituita da una vetrata semplice o da una vetrata isolante, che consente di ottenere un migliore isolamento termico.
La vetrata isolante è costituita da due lastre di vetro e da un'intercapedine d'aria immobile e asciutta che limita gli scambi termici per convezione, sfruttando la scarsa conduttività termica dell'aria.
MIGLIORAMENTO DELLA TRASMITTANZA TERMICA DEI VETRI - U
Per migliorare il valore U, è necessario ridurre gli scambi termici per conduzione, convezione ed irraggiamento.
Poiché non risulta possibile agire sui coefficienti di scambio superficiale, il miglioramento consisterà nella riduzione degli scambi tra i due componenti della vetrata isolante:
. Gli scambi per irraggiamento possono essere ridotti utilizzando lastre con depositi basso emissivi.
Per sfruttare a pieno questa possibilità, l'industria vetraria ha messo a punto dei vetri con deposito basso emissivo che consentono di ottenere un "isolamento termico rinforzato".
. Gli scambi per conduzione e convezione possono essere ridotti sostituendo l'aria racchiusa tra le due lastre con un gas più pesante a conduttività termica inferiore (in genere argon).
FATTORE SOLARE - g
La parete vetrata è generalmente trasparente all'irraggiamento solare, apportatore di energia gratuita. Il Fattore solare di una parete vetrata rappresenta la percentuale di energia che l'attraversa in rapporto all'energia solare incidente.
E' pari al flusso trasmesso più il flusso riemesso verso l'interno del locale. Quanto più basso è il Fattore solare, tanto meno importanti sono gli apporti solari.
FATTORE SOLARE DELLE FINESTRE
Il Fattore solare delle finestre dipende dalla loro posizione rispetto al profilo esterno del muro, dalla luce diurna e dal materiale costituente.
BILANCIO ENERGETICO
La finestra è veicolo di dispersione termica caratterizzata dal valore di U e di apporti solari caratterizzati dal Fattore solare.
Il bilancio energetico è dato dalla somma algebrica tra la dispersione termica e gli apporti solari recuperabili.
COMFORT TERMICO
TEMPERATURE DI PARETE PIÙ ELEVATE
Il corpo umano scambia calore con l'ambiente per irraggiamento.
In virtù di questo è possibile provare una sensazione di freddo nelle vicinanze di una parete a bassa temperatura, anche se ci si trova in una stanza in cui la temperatura è confortevole.
Durante la stagione invernale, con un basso valore U, la temperatura della faccia interna della parete vetrata sarà più elevata e l'effetto detto di "parete fredda" verrà ridotto.
Sarà pertanto possibile
. avvicinarsi di più alle finestre senza alcuna sensazione sgradevole,
. ridurre la formazione di condensa.
CONTROLLO SOLARE - DIMINUZIONE DEGLI APPORTI ENERGETICI SOLARI
In estate, le condizioni meteorologiche sono caratterizzate dai seguenti fattori:
. cielo terso,
. temperature elevate,
. flusso solare importante,
. venti deboli,
. lunga esposizione al sole.
Un'apertura vetrata trasparente costituisce il passaggio privilegiato del flusso energetico solare che determina un considerevole rialzo della temperatura all'interno dei locali.
Per attenuare questo apporto energetico, è consigliato l'uso di vetrate a controllo solare.
Queste vetrate consentono:
. di limitare le spese di climatizzazione,
. di diminuire il fastidio legato al rialzo della temperatura,
. di migliorare il comfort visivo prevenendo il fenomeno dell'abbagliamento.
La protezione termica in estate è inversamente proporzionale al Fattore solare (g) e al valore di U.
La quantità di energia solare che penetra in un locale può essere limitata mediante l'utilizzo di vetrate ad elevato assorbimento energetico o ad elevata riflessione energetica.
SECONDA PARTE: IL VETRO E L'ISOLAMENTO ACUSTICO
PRINCIPI GENERALI
INDICE DI ATTENUAZIONE ACUSTICA
L'indice di attenuazione acustica si misura secondo la norma EN ISO 140; rappresenta le caratteristiche di un elemento (finestra, parete divisoria, ecc.) per ciascuna banda di 1/3 di ottava centrata tra i valori 100 e 3150 Hz (16 valori).
È prevista la possibilità di effettuare misurazioni per le frequenze comprese tra 50 e 100 Hz e tra 3150 e 5000 Hz.
Partendo dai 16 valori di attenuazione acustica in funzione della frequenza, i calcoli consentono di esprimere in modo diverso le proprietà acustiche dell'elemento in esame. I valori correntemente in uso sono quelli globali definiti dalla norma EN ISO 717-1 per una curva di riferimento adattata a due spettri di rumore dato:
. Il rumore detto "rose" di riferimento contiene la stessa energia acustica in ciascun intervallo di frequenza di misura,
. Il rumore stradale detto "route" definisce un rumore esterno proprio del traffico urbano.
USO DELL'INDICE UNICO RW (C; Ctr)
L'intensità del rumore esterno percepito dagli occupanti di un edificio costituisce l'elemento determinante di valutazione, a finestra chiusa, della protezione dai rumori esterni.
L'isolamento acustico ottenuto grazie alla costruzione è definito da un indice che rappresenta la differenza tra il rumore interno e quello esterno.
La caratteristica fonoisolante di un elemento di costruzione è rappresentata dall'indice di attenuazione (detto R). Nella progettazione della costruzione si scelgono gli indici di attenuazione R di ciascun elemento costruttivo in modo da ottenere il valore richiesto di DnT (isolamento acustico normalizzato).
INDICE DI ATTENUAZIONE PONDERATO RW
L'indice di attenuazione acustica R è funzione della frequenza. I dati corrispondenti sono riportati in una tabella (16 valori per 16 bande di terzi di ottava, da 100 Hz a 3150 Hz). Il valore determinato RW tiene conto di questi 16 valori e rappresenta il valore acustico standard del manufatto.
TERMINI DI ADATTAMENTO AD UNO SPETTRO C E Ctr
A seconda del montaggio e della realizzazione, una finestra potrà avere dei punti deboli in corrispondenza delle frequenze basse, medie o alte.
Il risultato ottimale per una finestra isolante è rappresentato da un buon isolamento acustico a tutte le frequenze in cui la sorgente di rumore è più forte.
Attraverso la scelta del tipo di vetro e di una configurazione appropriata, è possibile ottimizzare le caratteristiche per un rumore specifico.
Fino ad oggi, un vetro veniva valutato in base ad un solo indice, senza tenere conto delle caratteristiche della sorgente di rumore e questo poteva indurre ad errori di investimento o ad insoddisfazione per le prestazioni del prodotto.
Per evitare questo tipo di situazioni, si è creato un indice comune per tutti: RW (C; Ctr).
L'indice "tr" trae il suo nome da "traffico" e quindi la correzione Ctr verrà applicata preferibilmente in caso di rumori dovuti al traffico. Per altri tipi di rumore, verrà invece adottata la correzione C. Queste due correzioni sono generalmente rappresentate da valori negativi; la loro applicazione consiste nell'abbassamento di un valore troppo vantaggioso di isolamento acustico.
Le due correzioni sono indicate dai laboratori di misura ed appaiono accanto al valore RW.
Questo metodo rende possibile la scelta delle finestre più adatte ad un'applicazione molto specifica. Un'informazione migliore si ottiene confrontando i valori per terzi di ottava con l'indice di attenuazione R della finestra e dello spettro di rumore.
COMPORTAMENTO DEL VETRO
Ogni lastra di materiale presenta una frequenza critica in corrispondenza della quale vibra molto di più e trasmette il rumore molto più facilmente. Per una vetrata dello spessore di 4 mm, questa frequenza critica corrisponde a 3000 Hz, mentre per una lastra di gesso dello spessore di 13 mm, corrisponde a 3200 Hz.
Il trattamento acustico delle facciate sottoposte a numerosi rumori di elevata intensità a bassa frequenza (rumori stradali) si presenta estremamente difficile. Fino a non molto tempo fa, il miglioramento delle prestazioni acustiche delle vetrate era ottenuto soprattutto attraverso un aumento degli spessori e l'asimmetria delle lastre di vetro nelle vetrate isolanti e i vetri stratificati di sicurezza avevano un comportamento quasi uguale a quello dei vetri monolitici dello stesso spessore.
Oggi, grazie alla progettazione del vetro stratificato fonoisolante, l'effetto della frequenza critica è del tutto eliminato. In media, è possibile ottenere un guadagno compreso tra 1 e 3 dB per composizioni vetrarie simili e soprattutto assicurare una omogeneità di prestazione fonoisolante attraverso tutte le frequenze.
CONFRONTO TRA PRESTAZIONI ACUSTICHE
- Vetrata semplice
- Vetrata isolante asimmetrica
- Vetrate di spessore 8 mm
INDICE R
Il vetro viene applicato nelle costruzioni incorporato in un telaio.
La vetrata e il telaio formano insieme l'elemento che determina l'isolamento acustico di tutta la finestra e, in alcuni casi, della facciata.
Non è possibile definire le caratteristiche della finestra partendo solo dalle prestazioni del vetro. L'indice di attenuazione acustica può essere quindi calcolato solo dopo aver effettuato le misure opportune sulla finestra finita.
E' opportuno armonizzare il tipo di vetrata con il telaio e con il tipo di giunti. Le vetrate di alta gamma devono essere montate in telai di buona qualità.
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