Cos'è lo sfasamento termico dell'isolamento?

Lo sfasamento è il ritardo con cui il picco di temperatura esterna raggiunge l'interno attraverso l'involucro. Se sul tetto il massimo di calore cade a mezzogiorno e nell'ambiente arriva solo la sera, l'ondata di calore si può «attendere» e arieggiare con l'aria più fresca della notte. È uno dei parametri che descrivono il comportamento estivo dell'involucro, accanto allo smorzamento dell'ampiezza.

Il PIR protegge dal caldo peggio della lana perché è leggero?

È una semplificazione. D'estate agiscono due meccanismi: la resistenza termica costante (trasmittanza U) che limita l'ingresso di calore nell'arco della giornata e l'inerzia termica che influisce su ritardo e smorzamento del picco. I materiali a massa maggiore offrono uno sfasamento maggiore, ma sul comfort decidono l'intero involucro, la ventilazione, l'ombreggiamento e il colore del manto, non un singolo parametro di un materiale.

Perché i capannoni in acciaio si surriscaldano d'estate?

L'involucro leggero del capannone ha un'inerzia termica ridotta, e le grandi falde di tetto e pareti ricevono un'intensa radiazione solare. Senza adeguati isolamento, ventilazione e un colore del manto ben ponderato, il calore penetra rapidamente all'interno e alza la temperatura. Un involucro ben scelto e la ventilazione limitano sensibilmente questo effetto.

Un colore chiaro del tetto aiuta d'estate?

Sì. Una superficie chiara riflette più radiazione solare e si riscalda meno di una scura, riducendo la quantità di calore che raggiunge l'involucro. È un mezzo efficace e semplice per limitare gli apporti di calore estivi, che agisce indipendentemente dall'isolamento. Va però bilanciato con altri requisiti, ad es. estetica e bilancio termico invernale.

Surriscaldamento di mansarde e capannoni d'estate

D’inverno tutti pensano al calore che fugge all’esterno. D’estate il problema è opposto e spesso sottovalutato: il calore irrompe all’interno. Una mansarda sotto un tetto rovente e un capannone sotto una grande falda di lamiera possono diventare insopportabili, anche se d’inverno lo stesso involucro si comporta in modo impeccabile. Questo perché il comfort estivo segue una logica diversa da quello invernale. In questo articolo spieghiamo il meccanismo del surriscaldamento estivo, chiariamo i concetti di sfasamento termico e smorzamento dell’ampiezza e mostriamo cosa decide davvero se sotto un tetto si possa vivere e lavorare d’estate. È un approfondimento del nostro articolo generale sulla protezione dell’edificio dalle ondate di calore — qui entriamo più a fondo nell’aspetto tecnico.

Il meccanismo del surriscaldamento estivo

D’estate su tetto e pareti incide un’intensa radiazione solare. La superficie del manto — soprattutto scura — si riscalda a temperature molto superiori a quella dell’aria. Questo calore inizia a migrare attraverso l’involucro verso l’interno per due vie: per conduzione (lentamente, attraverso il materiale) e, se vi sono infiltrazioni e ponti, più rapidamente nei punti indeboliti.

La differenza chiave rispetto all’inverno: la temperatura esterna cambia nell’arco della giornata — sale fino al picco pomeridiano e scende di notte. L’involucro non reagisce a ciò istantaneamente. Meglio è progettato, più ritarda e smussa quest’ondata di calore prima che raggiunga l’interno. E sono proprio queste due caratteristiche a essere descritte dai parametri di sfasamento termico e smorzamento dell’ampiezza.

Sfasamento termico e smorzamento dell’ampiezza

Sono due concetti di fisica edilizia che insieme descrivono come l’involucro affronta l’ondata variabile di calore.

Lo sfasamento termico è il ritardo con cui il picco di temperatura esterna raggiunge la superficie interna dell’involucro. Se sul tetto il massimo cade a mezzogiorno e nell’ambiente il calore arriva solo la sera o di notte, l’ondata di calore si può semplicemente «attendere» — e arieggiare l’interno con l’aria più fresca della notte, anziché lasciar entrare il calore a mezzogiorno. Uno sfasamento maggiore significa quindi un comfort migliore durante il giorno.

Lo smorzamento dell’ampiezza è il grado in cui l’involucro smussa le oscillazioni di temperatura. Una grande oscillazione all’esterno (notte fresca, pomeriggio caldo) viene appiattita sulla superficie interna in una molto più dolce. Più forte è lo smorzamento, più stabile è la temperatura interna, indipendentemente da ciò che accade all’esterno.

Entrambi i parametri dipendono non solo dall’isolamento (trasmittanza U), ma soprattutto dall’inerzia termica dell’involucro — cioè da quanto calore i materiali sono in grado di assorbire e «immagazzinare» prima di trasmetterlo oltre. Ed è qui che entra in gioco il ruolo della massa.

Il ruolo dell’isolamento e quello della massa — non sono la stessa cosa

D’estate agiscono due meccanismi diversi, facili da confondere.

Resistenza termica costante (U). Indipendentemente dall’ora del giorno, un involucro ben isolato limita l’ingresso di calore. Più bassa è la trasmittanza U, più lentamente il calore penetra nell’arco della giornata. È il «fondamento» — senza un buon isolamento nessun trucco aiuta.

Inerzia termica (massa). È essa a determinare sfasamento e smorzamento. Un materiale a densità e capacità termica maggiori si «carica» di calore più a lungo prima di trasmetterlo all’interno — da cui il maggiore ritardo del picco. I materiali leggeri reagiscono più rapidamente.

Da qui la frequente semplificazione che «il PIR leggero scalda d’estate, mentre la lana pesante protegge». In realtà:

il PIR (ad es. pannelli isolanti termPIR) ha una conducibilità lambda molto bassa, quindi limita egregiamente l’ingresso costante di calore con spessore ridotto. È leggero, quindi il suo contributo allo sfasamento è inferiore a quello di un materiale pesante di pari spessore.
la lana minerale ha massa maggiore a parità di spessore, quindi offre uno sfasamento maggiore, ma una lambda più alta — per ottenere la stessa resistenza termica serve uno strato più spesso.

La conclusione non è che «un materiale vince». Sul comfort estivo decide l’intero involucro — la combinazione di resistenza termica, massa dei singoli strati, tenuta e assenza di ponti — e non un singolo parametro di un materiale. In pratica una mansarda ben progettata con PIR, con spessore adeguato e ventilazione corretta, è confortevole d’estate; così come un involucro con lana. Il peggio è l’assenza di isolamento o un isolamento troppo sottile. Della scelta dello spessore abbiamo scritto nella guida che spessore deve avere la coibentazione della mansarda.

Vale la pena aggiungere che lo stesso parametro di massa che dà inerzia termica influisce anche sull’acustica dell’involucro — gli assiemi più pesanti smorzano meglio il suono, come abbiamo descritto a proposito dei pannelli sandwich a isolamento acustico maggiorato.

Capannoni: involucro leggero, grande falda

Un capannone industriale o di stoccaggio è il caso estremo di involucro leggero: inerzia termica ridotta ed enormi superfici di tetto e pareti esposte al sole. Senza un involucro ben ponderato, l’interno del capannone si riscalda rapidamente, peggiorando le condizioni di lavoro e aumentando i costi di raffrescamento.

Qui l’isolamento dell’involucro è la prima linea di difesa. I pannelli sandwich da copertura e parete con nucleo PIR — come insPIRe D per il tetto o insPIRe S per le pareti — garantiscono una buona resistenza termica con spessore ridotto, il che limita sensibilmente l’ingresso giornaliero di calore su tutta la falda. La seconda linea sono la ventilazione e il colore del manto, di cui sotto. Nei capannoni con requisiti speciali (ad es. mantenimento di una temperatura stabile) si aggiunge la scelta di un nucleo più spesso.

Ventilazione e colore del manto

Due mezzi agiscono indipendentemente dall’isolamento stesso e spesso decidono del comfort.

Ventilazione. Il miglior involucro non basta se l’aria calda non ha come uscire. L’arieggiamento notturno — quando la temperatura esterna scende — consente di «scaricare» il calore accumulato durante il giorno e sfruttare l’effetto dello sfasamento. Nelle mansarde è importante anche una camera di ventilazione ben progettata sotto il manto; nei capannoni — la ventilazione naturale e meccanica dimensionata per il volume.

Colore del manto. Una superficie chiara riflette più radiazione solare e si riscalda meno di una scura — la differenza di temperatura superficiale tra un tetto bianco e uno grafite può essere notevole. Meno calore in superficie significa meno calore da «spingere» attraverso l’involucro. La scelta del colore del rivestimento non è quindi solo estetica, ma anche un fattore reale del bilancio termico estivo — da bilanciare con il bilancio invernale e i requisiti di progetto.

Cosa migliora realmente il comfort d’estate

A riassumere quanto sopra in un elenco pratico, sul comfort termico estivo influiscono più fortemente, in quest’ordine:

Isolamento sufficiente (U basso). Senza di esso il resto dei mezzi serve a poco. Uno strato troppo sottile è la causa principale del surriscaldamento, indipendentemente dal materiale.
Tenuta e assenza di ponti. Infiltrazioni e nodi indeboliti lasciano entrare calore in modo puntuale e rovinano l’effetto anche di un buon involucro.
Ventilazione, soprattutto notturna. Consente di «scaricare» il calore accumulato e sfruttare lo sfasamento dell’involucro.
Colore e ombreggiamento del manto. Una superficie chiara e la riduzione dell’irraggiamento diretto diminuiscono gli apporti di calore alla fonte.
Inerzia termica dell’assieme. Dove ci interessa il massimo ritardo del picco, conta la massa degli strati — ma come elemento dell’insieme, non come sostituto dell’isolamento.

È importante che questi mezzi agiscano insieme. Un buon isolamento senza ventilazione, o un tetto scuro nonostante uno strato spesso di PIR, sono errori tipici che annullano parte dei benefici. Il risultato migliore lo dà un assieme ponderato e completo — ed è proprio così che conviene progettarlo.

Conclusioni

Il surriscaldamento estivo di mansarde e capannoni è un problema diverso dalle perdite di calore invernali. Lo governano due parametri — lo sfasamento termico (ritardo del picco di calore) e lo smorzamento dell’ampiezza (smussatura delle oscillazioni) — accanto alla resistenza termica costante dell’involucro. La massa del materiale influisce sull’inerzia termica, ma sul comfort decidono l’intero involucro più la ventilazione e il colore del manto, non un singolo parametro. PIR e pannelli sandwich, ben scelti quanto a spessore e supportati da una ventilazione corretta e da un colore ponderato, garantiscono interni confortevoli e più freschi d’estate — così come proteggono dalle perdite d’inverno.

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Fonti:

Fisica edilizia: sfasamento termico e smorzamento dell’ampiezza dell’onda di temperatura negli involucri (questioni generali)
Schede tecniche dei pannelli isolanti termPIR e dei pannelli sandwich GS insPIRe (produzione Gór-Stal, distribuzione BOKKA)
Principi di ventilazione di mansarde e capannoni e influenza del colore del manto sugli apporti di calore (linee guida generali)