Testare le proprietà termiche dei moderni sistemi di fissaggio per facciate ventilate

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 946 (2023) Citare questo articolo

714 accessi

Dettagli sulle metriche

Lo studio riportato in questo articolo ha esaminato una serie di elementi di fissaggio utilizzati nelle facciate ventilate. Per gli elementi di fissaggio per l'edilizia attualmente presenti nel mercato industriale sono stati misurati sperimentalmente i valori della conducibilità termica effettiva. Questi valori sono stati successivamente utilizzati nelle simulazioni numeriche eseguite con l'applicazione software COMSOL Multiphysics. La validazione del modello di simulazione è stata effettuata in specifiche prove sperimentali aggiuntive. L'articolo presenta un metodo per determinare il coefficiente di conducibilità termica effettiva per elementi di fissaggio con un design innovativo. Sono state determinate le distribuzioni della temperatura e i flussi di calore per diverse varianti di pareti multistrato con gli elementi di fissaggio. Il calcolo del coefficiente di conduttività termica effettiva per un profilo strutturale si basa sul bilancio termico del supporto di misura. I test eseguiti mostrano non solo una riduzione prevista del valore del coefficiente per le strutture in cui viene utilizzato l'acciaio inossidabile. I risultati dimostrano anche che gli elementi di fissaggio con fori praticati nelle loro strutture hanno coefficienti di conducibilità termica effettiva significativamente più bassi rispetto a quelli con pareti solide. Questo effetto può essere giustificato dalla formazione di restringimenti a labirinto che estendono il percorso conduttivo del flusso di calore nell'elemento di fissaggio. Come risultato finale dei test sperimentali e delle simulazioni COMSOL, viene proposta nella pratica industriale l'applicazione della conduttività termica effettiva come nuovo indicatore dell'efficacia termica degli elementi di fissaggio per l'edilizia. Di conseguenza si consiglia di progettare gli elementi di fissaggio per l'edilizia con varie forme di fori per migliorarne le caratteristiche di isolamento.

In passato i criteri per la scelta degli elementi di fissaggio per la realizzazione di una parete ventilata erano principalmente la resistenza e le proprietà meccaniche. Dopo aver inasprito le norme sulle condizioni di isolamento che devono essere soddisfatte dalle pareti degli edifici e sull'elevata efficienza dei materiali isolanti della superficie delle pareti, si è scoperto che le perdite per le quali il flusso di calore trasmesso dalle strutture portanti, compresi gli elementi di fissaggio dell'edificio è responsabile, rappresenta una quota crescente dell’intera perdita di calore. Questa situazione costringe i progettisti a utilizzare elementi di fissaggio da costruzione con parametri isolanti sempre migliori. Una nuova soluzione, non ancora ampiamente utilizzata, ma come ha dimostrato questa ricerca, l’uso di estendere i fori del percorso del flusso di calore negli elementi di fissaggio è efficace. Gli autori dell'articolo hanno utilizzato metodi standard per valutare le proprietà termiche degli elementi di fissaggio testati: prove sperimentali e simulazioni numeriche.

Simulazioni numeriche e test sperimentali sono ampiamente utilizzati per studiare le proprietà di vari elementi di fissaggio per l'edilizia1,2 in termini di resistenza3,4 e materiali utilizzati. L'imaging termico consente l'identificazione delle proprietà termiche dei dispositivi di fissaggio5,6 e il loro impatto sui sistemi di pareti con più strati. I sistemi di facciata ventilata, soluzione auspicabile per il risparmio energetico che garantiscono7,8, vengono studiati mediante simulazioni numeriche9. Gli studi si concentrano principalmente sugli effetti del clima stagionale sulle caratteristiche prestazionali di una facciata10 o sull'influenza delle facciate ventilate sul fabbisogno energetico degli edifici11. In12, gli autori hanno studiato i coefficienti di trasferimento termico delle pareti con diverse quantità di elementi di fissaggio utilizzati per montare il pannello sulla facciata. Hanno riscontrato un aumento significativo dei valori dei coefficienti dei pannelli ventilati rispetto ai tradizionali sistemi di facciata ventilata. Il presente articolo mostra che anche i singoli elementi delle facciate ventilate hanno un impatto sulla conduzione del calore.

Le facciate ventilate sono costituite da uno strato interno, isolamento, camera di ventilazione e finitura esterna (pannelli di rivestimento esterno). Il sistema riduce i carichi termici dovuti alla radiazione solare e protegge dagli agenti atmosferici13. Oggi si fa molta ricerca sul fatto che le facciate siano un elemento indispensabile dell'architettura dei grattacieli delle città moderne14. L'utilizzo delle facciate ventilate è stato analizzato in dettaglio in15.