Ponti termici: Abachi o elementi finiti?

Come scegliere il modello di ponte termico più adatto per il progetto e la certificazione energetica
27/07/2017 - Ing. Annachiara Castagna, Servizio di Assistenza Tecnica Logical Soft
Con l'introduzione del metodo di calcolo delle norme UNI TS 11300:2014 e gli obblighi di verifica per il progetto definiti dalla Legge 90/2013, i ponti termici assumono un ruolo di fondamentale importanza nel calcolo energetico dell'edificio.

Quando ci si trova davanti alla necessità di dover modellare le discontinuità di un involucro, le domande che ci poniamo sono sempre le stesse:
  • È necessario modellare i ponti termici in edifici esistenti?
  • Qual è il miglior metodo di calcolo da utilizzare per la determinazione della trasmittanza del ponte?
  • È obbligatorio il calcolo dei ponti termici agli elementi finiti?
Con questo focus tecnico analizziamo alcune delle richieste iniziando dagli obblighi normativi e valutando opportunità e differenze tra i diversi metodi di calcolo e modellazione.

TERMOLOG mette a disposizione molti strumenti per definire i ponti termici secondo diversi livelli di dettaglio: con il Modulo PONTI TERMICI FEM è possibile calcolare ponti termici con geometria qualsiasi con un solutore ad elementi finiti ed eseguire le verifiche di muffa o ancora determinare velocemente il valore della discontinuità da un abaco con tipologie precalcolate.
TERMOLOG individua automaticamente i ponti termici dal disegno dell'edificio, li aggiunge all'involucro rappresentandoli anche nella visualizzazione 3D per garantire al professionista il massimo controllo sui dati inseriti.

Obblighi di norma in breve
Il calcolo del fabbisogno energetico può essere utilizzato per un duplice scopo: da un lato consente la valutazione della prestazione energetica e la stima dei consumi, dall'altro la progettazione di interventi e l'analisi dei miglioramenti possibili. Allo stesso modo gli obblighi derivanti dall'attuale disciplina normativa possono essere suddivisi in obblighi di calcolo e obblighi di verifica.

Obbligo di calcolo
Secondo la procedura di calcolo UNI TS 11300-1:2014 e l'analoga procedura di Regione Lombardia (Allegato H – 2456/2017)
  • Per il calcolo dei fabbisogni energetici dell'edificio in condizioni standard, di progetto e diagnosi è sempre necessario inserire puntualmente i ponti termici
  • Il valore della trasmittanza termica non può essere più ricavato dall'Allegato A della UNI EN ISO 14683
Questo obbligo coinvolge certificatori, progettisti e tutti coloro che si occupano di diagnosi o contabilizzazione e che affrontano la modellazione energetica dell'involucro dell'edificio.

Obbligo di verifica
Secondo il DM Requisiti Minimi 26/06/2015, richiamato anche dalle norme regionali specifiche per il progetto emanate dalle Regioni Emilia Romagna, Lombardia, Valle D'Aosta, Provincia di Trento, è necessario procedere alla verifica dell'assenza di rischio di formazione di muffe, con particolare attenzione ai ponti termici negli edifici di nuova costruzione.
Questo significa per un progettista dover eseguire obbligatoriamente il calcolo del ponte termico con solutore ad elementi finiti, così da determinare secondo la norma UNI 13788 l'assenza di formazione di muffa sulla superficie del nodo.
Il progettista inoltre ha l'obbligo di verificare la trasmittanza delle strutture soggette a riqualificazione, considerando la presenza dei ponti termici associati, calcolati analiticamente in funzione delle reali strutture che li compongono.

Quanto contano realmente i ponti termici nel modello di un edificio?
Per rispondere a questa domanda realizziamo 4 casi pratici: i primi due sono riferiti a un edificio esistente, gli altri due a un edificio nuovo. Per comodità utilizzeremo lo stesso involucro modellato con TERMOLOG.

Caso 1 - Edificio ESISTENTE senza introduzione dei ponti termici
Inseriamo velocemente il modello dell'edificio utilizzando l'input grafico di TERMOLOG e considerando anche il contesto urbano e gli aggetti orizzontali e verticali determinati sulla struttura. Possiamo procedere al calcolo delle prestazioni relative all'involucro senza inserire alcuna informazione relativa all'impianto, irrilevante per il nostro esempio.
I risultati che analizziamo sono:
  • il fabbisogno di involucro per la climatizzazione invernale EPH,nd ottenuto dalla differenza tra dispersioni e apporti gratuiti
  • il fabbisogno di involucro per la climatizzazione estiva EPC,nd ottenuto dalla differenza tra apporti e dispersioni.
Caso 2 - Edificio ESISTENTE con ponti termici

Calcoliamo tre tipologie di ponte termico partendo dal modello di involucro con il Modulo Modulo PONTI TERMICI FEM: utilizziamo direttamente la stratigrafia creata per l'edificio e otteniamo rapidamente il calcolo della trasmittanza termica lineica interna ed esterna
Introduciamo con il Wizard dei Ponti termici i tre ponti appena calcolati. La lunghezza di sviluppo del ponte è valutata automaticamente da TERMOLOG in funzione della geometria dell'edificio: le dimensioni dei ponti termici sono computate lorde o nette a seconda che si stia utilizzando il filo di riferimento esterno (al lordo) o interno (al netto delle strutture e dei tramezzi).
TERMOLOG individua ed inserisce automaticamente i ponti termici dell'edificio: grazie ad un comodo wizard selezioni le categorie e le tipologie di ponte termico e TERMOLOG disegna nell'ambiente 2D e 3D la posizione del ponte termico ed applica il suo sviluppo alle strutture che lo compongono.
Il risultato del calcolo standard per l'edificio esistente con i ponti termici è il seguente.
Ci limitiamo a confrontare il fabbisogno invernale ed estivo notiamo che EPH,nd ha un incremento di oltre il 40%, mentre il raffrescamento EPC,nd si deprime del 7%.

Caso 3 - Edificio nuovo o riqualificato con trasmittanze limite da normativa e senza ponti termici
Aggiorniamo il calcolo dei fabbisogni di involucro e analizziamo i risultati
Come prevedibile il fabbisogno invernale è ben al di sotto delle prestazioni dell'edificio di riferimento, mentre il fabbisogno di raffrescamento estivo è decisamente troppo elevato.

Caso 4 - Edificio nuovo o riqualificato con trasmittanze limite da normativa, con ponti termici applicati

Ricalcoliamo i ponti termici con il Modulo PONTI TERMICI FEM, utilizzando le nuove stratigrafie.
Ecco quali risultati raggiungiamo ora:
Il fabbisogno di riscaldamento dell'involucro è più che raddoppiato, aumentando del 118 %, mentre il fabbisogno di raffrescamento è diminuito sempre e solo del 10%.
Un piccolo appunto riguarda l'edificio di riferimento: se si osserva il risultato è evidente come l'edificio di riferimento non contempli i ponti termici, poiché non variano gli indici con o senza ponti.
Grazie a questo esempio molto semplice, in cui abbiamo voluto soffermarci sulla generale introduzione dei ponti nel modello più che sulla quantità o qualità dei nodi, possiamo concludere che conteggiare i ponti termici nel calcolo del fabbisogno energetico di involucro è fondamentale sia nel caso di edifici esistenti che per i nuovi progetti. È evidente che il peso del ponte termico è tanto più elevato quanto più contenute sono le trasmittanze termiche, ma dire genericamente che nell'edificio esistente i ponti termici non contano non corrisponde affatto a quanto abbiamo appena dimostrato con il calcolo.

In definitiva quindi è molto importante conteggiare i ponti termici anche nel caso di edifici esistenti.

Individuare la tipologia di calcolo più indicata per i ponti termici.
La norma consente di calcolare i ponti termici secondo tre diversi metodi:

Metodo di calcolo Percentuale di errore
Elementi finiti ± 5%
Abaco precalcolato ± 20%
Calcolo manuale ± 20%

Tralasciando il metodo di calcolo manuale che non è ben definibile, rimane il calcolo ad Elementi finiti o l'appoggio ad abachi precalcolati, comunque richiamato dalla UNI 14683.
Modulo PONTI TERMICI FEM abbina la rapidità dell'abaco con oltre 200 geometrie predefinite alla precisione del calcolo ad elementi finiti che risolve infinite combinazioni. È possibile modellare velocemente con un wizard che applica automaticamente materiali e condizioni al contorno; oppure si può importare da DWG e realizzare in tutta libertà il dettaglio di calcolo più adatto ad ogni situazione.
Confrontiamo numericamente il valore di Ψ calcolato con l'abaco precalcolato e lo stesso ponte determinato con il solutore ad elementi finiti del Modulo PONTI TERMICI FEM.
Quando il ponte termico trova una perfetta corrispondenza con le tipologie definite dall'abaco precalcolato notiamo che la forbice tra i due risultati è molto ridotta; di contro in moltissimi altri casi e soprattutto per nuovi edifici la trasmittanza della struttura e la composizione dei materiali non consentono di utilizzare questo metodo con geometrie definite.

È obbligatorio valutare i ponti termici con un solutore agli elementi finiti?
Non c'è una risposta univoca a questa domanda, dipende dall'obiettivo del modello:
  • In caso di certificazione energetica di edifici esistenti è possibile utilizzare indifferentemente il calcolo agli elementi finiti oppure valutare la trasmittanza secondo un abaco con configurazioni predeterminate nei limiti di ammissibilità del modello.
  • In caso di progetto energetico su un nuovo edificio è obbligatorio valutare i ponti termici ad elementi finiti in relazione all'obbligo di legge di verificare l'assenza di muffa sui nodi.
  • In caso di progetto energetico per riqualificazione o ristrutturazione il calcolo agli elementi finiti è una concreta opportunità: valutare ad esempio già in fase di progetto gli effetti di un cambio dei serramenti sul comportamento igrometrico delle strutture è estremamente importante perché un intervento energeticamente efficiente non si riveli totalmente sbagliato.
Altri ambiti in cui è necessaria la determinazione dei ponti con metodologia FEM sono chiaramente correlati a particolari nodi costruttivi la cui geometria non è contemplata dagli abachi o ancora perizie CTU su nodi mal progettati.