PSICROMETRIA - Formazione e Sicurezza
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<strong>PSICROMETRIA</strong><br />
Psicrometria<br />
Viene trattato il comportamento della miscela di aria e vapor d'acqua, con riferimento alle<br />
trasformazioni alla pressione atmosferica che interessano sia il benessere ambientale che<br />
l'interazione con le murature.<br />
MISCELE GAS PERFETTI<br />
I gas perfetti hanno la caratteristica di non influenzarsi vicendevolmente, vale a dire di<br />
occupare i volumi a disposizione come se fossero soli; per ciascuno di essi vale quindi la<br />
relazione PV=mRT dove il volume e' quello complessivo, mentre la pressione e' quella che<br />
deriverebbe dal singolo gas, detta pressione parziale P i .<br />
Vale la legge di Dalton :<br />
∑Pi= P<br />
Miscele di aria e vapor d'acqua<br />
Per le condizioni usuali in cui si considerano queste miscele, si puo' considerare che i gas si<br />
comportino come gas perfetti; per ciascuno di essi si puo' quindi scrivere:<br />
P v V = m v R v T ; P a V = m a R a T (5.1)<br />
Definiamo titolo o umidita' assoluta o umidita' specifica il rapporto tra le due masse dei<br />
gas:<br />
v<br />
x = m<br />
m<br />
a<br />
. (5.2)<br />
che, usando le (5.1) e la relazione tra la costante del gas e la costante universale dei gas dà:<br />
Pv Ra<br />
mvm Pv R0<br />
18Pv<br />
Pv<br />
x = = = = 0, 622<br />
(5.3)<br />
P R m P R 29P<br />
P − P<br />
a v<br />
am a<br />
0<br />
a<br />
G.Grazzini 1<br />
v<br />
dove 18 e 29 sono le masse molari del vapore e dell'aria.<br />
Se definiamo l'umidita' relativa o grado igrometrico come il rapporto tra la pressione<br />
parziale del vapore nel volume considerato e quella che lo stesso avrebbe in condizioni di<br />
saturazione, cioè in presenza di vapore e liquido, alla medesima temperatura, tendo conto<br />
della (5.3):<br />
P<br />
=<br />
P<br />
v<br />
v<br />
ϕ (5.4)<br />
s<br />
x(<br />
P − P )<br />
=<br />
0,<br />
622P<br />
s<br />
Ci proponiamo ora di calcolare l'entalpia specifica della miscela, che indicheremo con J.
Psicrometria<br />
Utilizzando la proprieta' additiva, essendo M la massa complessiva dell'aria e del vapore,<br />
avremo<br />
Mh = m a h a + m v h v (5.5)<br />
Per l'aria, assumendo lo stato di riferimento a 0°C e 1 bar, avremo:<br />
h a = h 0a + c pa (T-T 0 ) = c pa t (5.6)<br />
con t temperatura in gradi centigradi.<br />
Per il vapore analogamente assumiamo come riferimento lo stato del liquido a 0°C e 1 bar<br />
ed otterremo:<br />
h v = h 0v + r v0 + c pv (T-T 0 ) = r v0 + c pv t (5.7)<br />
con r v0 = 2500 kJ/kg = 597 kcal/kg<br />
c pv = 1,9 kJ/(kg K) = 0,45 kcal/(kg °C)<br />
c pa = 1 kJ/(kg K) = 0,24 kcal/(kg °C)<br />
La (5.5) allora diviene:<br />
Mh = m a c pa t + m v ( r v0 + c pv t)<br />
da cui dividendo per la massa dell'"aria secca" e ricordando la (5.2), si ottiene:<br />
J = c pa t + x( r v0 + c pv t) (5.8)<br />
Utilizzando le (5.6) e (5.7) si può scrivere<br />
J = h a + x h v (5.9)<br />
Oppure inserendo i valori numerici<br />
J = t + x (2500 + 1,9 t) kJ/kg (5.10)<br />
La saturazione adiabatica<br />
Consideriamo un apparato come quello di figura 1, che permette ad una corrente d'aria<br />
di venire in contatto con dell'acqua, ed indichiamo con 1 e 2 le sezioni di ingresso e di<br />
uscita dell'aria; definiamo volume di controllo quello compreso tra le pareti, le sezioni 1 e<br />
2 e la superficie dell'acqua.<br />
Il bilancio delle masse applicato a tale volume fornisce:<br />
m a1 = m a2<br />
m v1 + m H = mv2<br />
(5.11)<br />
G.Grazzini 2
Psicrometria<br />
In condizione di regime stazionario, il primo principio fornisce per lo stesso volume,<br />
assumendo nulli il calore (condizione di adiabaticità) ed il lavoro scambiati:<br />
m h +m h +m h - m h - m h + (m +m )(w /2+gz ) +<br />
a1 a1 v1 v1 H H a2 a2 v2 v2 a1 v1 1 1<br />
2<br />
+ (m +m )(w /2+gz )+m [(w a2 v2 2 2 H H<br />
2 2<br />
-w2 G.Grazzini 3<br />
2<br />
)/2+g(z H -z 1 )] = 0 (5.12)<br />
Considerando trascurabili le variazioni di energia cinetica e quelle di energia potenziale ed<br />
utilizzando le (5.11) si puo' scrivere:<br />
m a1 h a1 + m v1 h v1 + m H h H = m a h a1 + m v1 h v1 + (m v2 -m v1 )h H = m a h a1 +m v1 h v1 (5.13)<br />
da cui, dividendo per m a :<br />
h a1 + x 1 h v1 + (x 2 - x 1 )h H = h a2 + x 2 h v2 (5.14)<br />
che in termini di entalpia della miscela diviene<br />
J 1 + (x 2 - x 1 )h H = J 2 (5.15)<br />
Poiche' in condizioni usuali alla temperatura di 20°C, la differenza tra i due titoli e' di circa<br />
1.10 -2<br />
kg e l'entalpia dell'acqua<br />
h H = h 0 + c pH (T-T 0 ) ≈ 84 kJ/kg<br />
si considera che una trasformazione isoentalpica approssimi abbastanza bene una<br />
"umidificazione adiabatica".<br />
La temperatura a cui esce l'aria dopo una simile trasformazione viene detta<br />
temperatura di saturazione adiabatica, quando l'aria risulti satura.<br />
E' questa la cosiddetta temperatura di bulbo umido perché ottenuta mediante un<br />
termometro con il bulbo umidificato da un opportuno sistema (garza imbevuta di acqua); la<br />
ventilazione viene ottenuta in genere con mezzi meccanici (psicrometro di Assmann).<br />
Diagrammi psicrometrici<br />
Lo stato fisico della miscela dipende sempre dalle tre variabili P,v T, quindi sarebbe<br />
necessario un diagramma tridimensionale per rappresentarne alcuni. Considerando costante<br />
la pressione ci si può ricondurre ad un diagramma bidimensionale sul piano. Poiché le<br />
trasformazioni tecnicamente importanti per le miscele aria-vapore d'acqua, avvengono<br />
principalmente alla pressione atmosferica, dalla (5.8) si ricavano diagrammi utili allo<br />
studio della trasformazioni psicrometriche, che interessano tale tipo di miscele.<br />
Sia il diagramma di Mollier che quello dell'A.S.H.R.A.E. sono diagrammi a coordinate<br />
oblique, poiché le coordinate principali sono J e x; sono tuttavia riportati assumendo come<br />
ascissa la retta a t=0°C, su cui e' riportato il titolo e quindi appaiono come diagrammi
Psicrometria<br />
ortogonali. Si noti come il diagramma A.S.H.R.A.E. sia l'immagine speculare di quello di<br />
Mollier. Molti programmi di calcolo usano diagramma Carrier, che è simile a quello<br />
A.S.H.R.A.E., ma ha come coordinate direttamente x e t (Fig. 2)<br />
La curva a grado igrometrico pari all'unita' e' la curva limite di saturazione, sulla quale<br />
l'acqua condensa od evapora.<br />
L'IGROTERMIA<br />
Normalmente il vapore d'acqua presente insieme all'aria in un ambiente non è nelle<br />
condizioni di saturazione; tutte le condizioni termoigrometriche possibili dell'aria sono<br />
raffigurabili mediante i diagrammi suddetti.<br />
Supponiamo di avere dell'aria a 30 °C ed umidità relativa pari all'80% . Dal diagramma si<br />
può vedere che l'acqua contenuta in ogni kg di aria secca è pari a 22 g.<br />
Se abbassiamo la temperatura dell'aria per contatto con superfici fredde, non ne<br />
alteriamo il contenuto di acqua e l'umidità relativa crescerà fino a raggiungere il 100%, ad<br />
una temperatura che prende il nome di temperatura di rugiada o di saturazione, in<br />
questo caso pari a 26,2 °C.<br />
Raggiunta la temperatura di rugiada, un raffreddamento ulteriore determina la comparsa<br />
sulle superfici fredde di goccioline di acqua.<br />
Questo è il tipico fenomeno che provoca in inverno l'appannarsi dei vetri allorché la<br />
temperatura superficiale di questi è inferiore alla temperatura di rugiada.<br />
In generale si può dire che, ogni qualvolta la temperatura di un corpo è inferiore alla<br />
temperatura di rugiada dell'aria che lo circonda, sulla superficie del corpo stesso condensa<br />
una quantità di acqua tale che nell'ambiente rimanga vapore alla pressione parziale<br />
corrispondente a quella temperatura.<br />
Condensa sulla superficie di una parete<br />
Questo fenomeno interessa in modo particolare gli ambienti le cui pareti raggiungono<br />
temperature inferiori alla temperatura di rugiada.<br />
Per evitare la condensa superficiale occorre verificare che la temperatura superficiale sia<br />
maggiore della temperatura di rugiada.<br />
Esempio.<br />
t s > t r<br />
Si consideri una parete in calcestruzzo da 15 cm che separi due ambienti a temperature<br />
rispettivamente 20 °C e -5 °C ed umidità relativa 60% e 80%.<br />
Dalla figura 2 si ricava la temperatura di rugiada individuando il punto a 20 °C e 60% di<br />
umidità relativa leggendo il corrispondente valore di temperatura di rugiada (t r ) sulla curva<br />
di saturazione con una trasformazione isotitolo:<br />
t r = 11,5 °C<br />
Occorre quindi calcolare la temperatura superficiale impostando un bilancio termico alla<br />
parete<br />
G.Grazzini 4
Psicrometria<br />
Q= (t i -t e )/R = α i (t i -t s ) (5.16)<br />
e quindi<br />
dove<br />
t s = t i -(t i -t e )/(Rα i )=20-(20+5)/(0,31.7)= 8,5 °C (5.17)<br />
R = 1/α i + 1/α e + s/ k = 0,31 m 2<br />
h°C/kcal = 0,27 m 2<br />
K/W (5.18)<br />
e' la resistenza termica complessiva della parete.<br />
Poichè<br />
t s = 8,5 °C< 11,5 °C = t r<br />
sulla superficie interna della parete ci sarà condensa.<br />
Aumentando la resistenza termica totale della parete la temperatura superficiale aumenta.<br />
Ponendo t s = t r nella (5.17), è possibile ricavare la resistenza termica del materiale<br />
isolante con cui andrà coinbentata la parete per prevenire fenomeni di condensa<br />
superficiale.<br />
Si ottiene:<br />
dove:<br />
R=(t i -t e )/[ α i (t i -t r )] (5.19)<br />
t r = temperatura di rugiada dell'aria ambiente<br />
t i = temperatura interna<br />
t e = temperatura esterna<br />
α i = coefficiente liminare interno<br />
Condensa nella massa di una parete<br />
La presenza di un materiale isolante in una parete permette di eliminare fenomeni di<br />
condensa superficiale qualora venga determinata correttamente la resistenza termica dell'<br />
isolante stesso.<br />
Spesso però la presenza dell'isolante può provocare condensa all'interno della parete:<br />
infatti i materiali comunemente impiegati nella costruzione di abitazioni civili sono<br />
permeabili al vapore d'acqua; il vapore attraversa la struttura e può incontrare degli strati<br />
cosi' freddi da provocarne la condensazione.<br />
Questo fenomeno, oltre a provocare inconvenienti dal punto di vista dell'igiene<br />
ambientale, determina una drastica riduzione del grado di isolamento termico della parete;<br />
il fenomeno della condensa infatti interessa per lo più proprio il materiale isolante che dà il<br />
maggior contributo alla resistenza termica della parete. La prevenzione di questo fenomeno<br />
G.Grazzini 5
Psicrometria<br />
assume un ruolo sempre più importante in relazione alla necessita' di risparmio energetico<br />
ed alla normativa vigente sull'isolamento termico degli edifici.<br />
E' quindi necessario verificare che il grado dell'isolamento termico dell'edificio non sia<br />
alterato da fenomeni di condensa, per far ciò non è sufficiente conoscere la conduttività o<br />
conduttanza dei vari materiali, ma occorre introdurre altri parametri.<br />
Pressione parziale e pressione di saturazione del vapore<br />
Osservando il diagramma di fig.2 e ricordando i diagrammi P-v del fluido, si può notare<br />
che:<br />
- considerando una trasformazione a temperatura definita, una isoterma, la pressione di<br />
saturazione è sempre maggiore o uguale alla pressione parziale;<br />
- la pressione di saturazione dipende solo dalla temperatura<br />
- la pressione parziale, a parità di ϕ, diminuisce al diminuire della temperatura;<br />
- quando, ad una determinata temperatura la pressione parziale assume lo stesso valore<br />
della pressione di saturazione, si ha formazione di condensa; l'umidità relativa ha raggiunto<br />
il 100%.<br />
Quindi in una parete si verificherà il fenomeno della condensa quando:<br />
P r = P s<br />
Diagramma di Glaser<br />
Il diagramma di Glaser e' un metodo grafico per lo studio del fenomeno della condensa<br />
all'interno di una parete, cosi' costruito:<br />
- si identificano le superfici di separazione tra i vari strati della struttura ed in<br />
corrispondenza si determinano:<br />
a) le temperature;<br />
b) le pressioni di saturazione del vapore d'acqua;<br />
c) le pressioni parziali del vapore funzioni delle caratteristiche termoigrometriche dell'aria<br />
in contatto con la parete e della permeabilità dei materiali che la costituiscono;<br />
- si confronta il valore di pressione parziale del vapore con quello di saturazione.<br />
Esempio<br />
Tracciamo il diagramma di Glaser per una parete così composta (figura 3):<br />
- tavolato interno in laterizio spessore 8 cm<br />
- isolante: pannello parete spessore 4 cm<br />
- controparete in calcestruzzo spessore 16 cm<br />
Caratteristiche termoigrometriche dell'aria:<br />
t i = 20 °C ϕ = 70%<br />
t e = - 5 °C ϕ = 90%<br />
Calcolo delle temperature<br />
G.Grazzini 6
Psicrometria<br />
Per il calcolo delle temperature nei vari punti si utilizza un bilancio di flusso termico<br />
attraverso la struttura:<br />
t 1 =t i - K(t i -t e )/α i (5.20)<br />
dove: t i = 20 °C temperatura interna<br />
K = trasmittanza della struttura (W/m² °C)<br />
t e = - 5 °C temperatura esterna<br />
α i = coefficiente di adduzione interno 8 W/m 2<br />
°C<br />
Essendo<br />
K=1/[1/α i +1/C 1 +R i +R c +1/α e ]=0,7 W/m 2<br />
K (5.21)<br />
si ricava<br />
Analogamente:<br />
t 1 = 17,8 °C<br />
t 2 =t i -K(t i -t e )∑R i (5.22)<br />
dove ∑R i e' dato dalla somma della resistenza termica superficiale interna e dalla resistenza<br />
termica del primo strato.<br />
Si ottiene t 2 =13,8°C ; t 3 =-2,3°C ;t 4 =-4,1°C.<br />
Calcolo delle pressioni di saturazione<br />
Le pressioni di saturazione si ricavano o dalla Tabella I, nella quale sono riportate le<br />
temperature ed umidità assolute e le pressioni di saturazione o dalle relazioni fornite dalla<br />
UNI 10350 del '99, appendice F3. Si ricava:<br />
P s interna = 2337 Pa P s1 = 2000 Pa P s2 = 1547 Pa<br />
P s esterna = 401 Pa P s3 = 503 Pa P s4 = 432 Pa<br />
G.Grazzini 7
Psicrometria<br />
Tabella I<br />
t °C -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4<br />
P s mmHg 1,95 2,13 2,32 2,53 2,76 3,01 3,28<br />
Pa 260 284 309 337 368 401 437<br />
t °C -3 -2 -1 0 1 2 3<br />
P s mmHg 3,57 3,88 4,22 4,58 4,93 5,29 5,69<br />
Pa 476 517 563 611 657 705 759<br />
t °C 4 5 6 7 8 9 10<br />
P s mmHg 6,10 6,54 7,01 7,51 8,05 8,61 9,21<br />
Pa 813 872 935 1001 1073 1148 1228<br />
t °C 11 12 13 14 15 16 17<br />
P s mmHg 9,84 10,62 11,23 11,99 12,79 13,63 14,53<br />
Pa 1312 1416 1497 1599 1705 1817 1937<br />
t °C 18 19 20 21 22 23 24<br />
P s mmHg 15,48 16,48 17,53 18,65 19,83 21,07 22,38<br />
Pa 2064 2197 2337 2486 2644 2809 2984<br />
(1 mmHg = 133,322 Pa)<br />
Calcolo delle pressioni parziali<br />
Quando la pressione parziale del vapore contenuto nell'aria interna dei locali è maggiore<br />
di quella esterna (questo succede in generale nel periodo invernale), si ha un flusso di<br />
vapore attraverso le pareti dall'interno verso l'esterno, analogamente al flusso termico<br />
attraverso una parete sotto l'effetto di un salto di temperatura.<br />
Il flusso di vapore attraverso una parete è quantificatabile mediante la legge di Fick:<br />
Φ = S (P 1 - P 2 ) (5.23)<br />
dove: Φ = flusso di vapore (mg/h)<br />
S = superficie della parete<br />
P -P = differenza di pressione parziale del vapore tra interno<br />
1 2<br />
ed esterno (Pa)<br />
= permeanza della parete (mg/(hm 2<br />
Pa))<br />
Si può notare l'analogia tra la legge di Fick e la legge di Fourier per parete piana<br />
indefinita:<br />
Q = K · S · (t 1 - t 2 )<br />
a (t 1 - t 2 ) corrisponde (P 1 - P 2 ), alla trasmittanza K corrisponde la permeanza.<br />
La legge di Fick è valida solo in regime stazionario e per pareti piane come quella di<br />
Fourier.<br />
Il calcolo della permeanza di una parete è del tutto analogo a quello della trasmittanza:<br />
- parete omogenea: data una parete omogenea di spessore s (m) la permeanza vale:<br />
= π/s<br />
G.Grazzini 8
Psicrometria<br />
dove:<br />
π = permeabilità del materiale costituente la parete (mg/(mhPa))<br />
La permeabilità rappresenta la quantità di vapore che attraversa una parete piana<br />
costituita dal materiale in considerazione avente una superficie di 1 m 2<br />
, spessore 1 m, per<br />
effetto di una differenza di pressione di 1 Pa. L'inverso della permeanza (1/) è la<br />
resistenza opposta dalla parete al passaggio del vapore. Si usano quindi le stesse relazioni<br />
viste nel caso della resistenza termica delle pareti e quindi ad esempio:<br />
- parete composta da due strati omogenei:<br />
= 1/(s 1 /π 1 + s 2 /π 2 ) (5.24)<br />
- parete composta da tre strati di cui uno non omogeneo:<br />
= 1/(s 1 /π 1 + s 2 /π 2 +1/ 3 ) (5.25)<br />
dove 3 è la permeanza dello strato n. 3 ed ha un significato analogo a quello della<br />
conduttanza nel calcolo della trasmittanza.<br />
Alcuni valori di permeabilità per materiali impiegati in edilizia sono riportati nella<br />
Tabella II. Una raccolta più ampia si trova nella norma UNI10351 del '94.<br />
Ai fini del calcolo della permeanza di una parete, non è sempre netta la distinzione fra<br />
materiali omogenei e non, per cui spesso si introduce la permeabilità anche se<br />
bisognerebbe parlare di permeanza oppure di resistenza al passaggio del vapore del singolo<br />
strato.<br />
Per il calcolo delle pressioni parziali nei vari punti è possibile utilizzare una relazione<br />
ricavata imponendo la costanza del flusso di vapore nei vari strati della struttura, costanza<br />
dovuta alla conservazione della massa.<br />
Tornando all'esempio, essendo:<br />
P 1 = P si ϕ i =1636 Pa ; P 4 = P se ϕ e =360 Pa<br />
dove: P s =pressione di saturazione del vapore<br />
con:<br />
ϕ i = umidità relativa (%) dell'aria interna<br />
ϕ e = umidità relativa (%) dell'aria esterna<br />
P 2 = P 1 - (P 1 -P 4 ) s 1 /π 1 (5.26)<br />
= 1/( s 1 /π 1 +s 2 /π 2 + s 3 /π 3 ) = 0,41 mg/(m 2<br />
hPa) (5.27)<br />
e quindi P 2 =1307 Pa ; P 3 = 1279 Pa<br />
G.Grazzini 9
Psicrometria<br />
Tabella II - Valori di permeabilità al vapor d'acqua π (mg/(hmPa)) di alcuni materiali<br />
_____________________________________________________________________<br />
Materiale π<br />
mg/mhPa kg/msPa<br />
*10 12<br />
INTONACI<br />
malta di calce, malta di calce e cemento 0.043 12.00<br />
calce e gesso<br />
ELEMENTI DA COSTRUZIONE PORTANTI<br />
0.065 18.00<br />
calcestruzzo normale struttura chiusa 2000 kg/m 3 0.007 2.00<br />
calcestruzzo struttura aperta con argille espanse 1000 kg/m 3<br />
PANNELLI DA COSTRUZIONE<br />
0.090 25.00<br />
pannelli di cartongesso 0.083 23.00<br />
pannelli in cemento armato<br />
MURATURE<br />
0.0315 8.75<br />
mattone forato, leggero, ad alta resistenza mecc. 0.108 30.00<br />
· muro di pietra d'arenaria calcarea o mattoni pieni 1000 kg/m 3<br />
ISOLANTI TERMICI<br />
0.128 35.42<br />
isolanti a fibra minerale e vegetale 0.540 150.00<br />
isolanti in sughero<br />
polistirolo espanso:<br />
0.0638 17.72<br />
· 15 kg/m3 0.032 9.00<br />
· 20 kg/m3 0.022 6.00<br />
· 30 kg/m3 0.016 4.50<br />
poliuretano 30 kg/m3 0.007 2.00<br />
pannelli in legno truciolari<br />
LEGNO E MATERIALI IN LEGNO<br />
0.013 3.60<br />
quercia, faggio, abete rosso, pino perp. alle fibre 0.016 4.50<br />
pannelli in legno compensato 0.036 10.00<br />
pannelli in legno pressati<br />
VARIE<br />
0.013 3.60<br />
rivestimento murario esterno di mosaico di vetro ceramica<br />
0.0032 0.89<br />
intonaco ad isolamento termico 0.1275 35.42<br />
aria 0.695 193.00<br />
gesso 0.065 18.00<br />
guaine 0.0000075 0.0021<br />
Permeanze utili mg/(hm 2 Pa kg/m 2 sPa<br />
*10 12<br />
carta Kraft impregnata in bitume: 0.015 4.17<br />
polietilene 100 µm 0.042 11.67<br />
polietilene 300 µm 0.0105 2.92<br />
foglio alluminio da 25 µm 0.0000075 0.00<br />
_____________________________________________________________________<br />
Note le pressioni parziali di saturazione, è possibile costruire il diagramma di Glaser della<br />
struttura (Fig.3).<br />
G.Grazzini 10
Psicrometria<br />
Si nota che in corrispondenza dell'isolante (punto n.2) P ≤P parziale, per cui il vapore<br />
s<br />
condensa. La zona interessata dalla condensa è quella compresa tra il punto n. 2 ed il punto<br />
n. 3' (zona tratteggiata), che comprende l'isolante e lo strato in calcestruzzo. Dal punto n. 3'<br />
in poi la pressione di saturazione è maggiore della parziale e quindi non si ha più condensa.<br />
L'isolante bagnandosi peggiora le proprie caratteristiche e la trasmittanza K sarà<br />
maggiore di 0,69 W/m 2<br />
°C.<br />
Poiché è fisicamente impossibile che la pressione parziale sia maggiore della pressione<br />
di saturazione, dal punto n. 2 sino al punto n. 3 i valori effettivi delle pressioni parziali<br />
sono quelli corrispondenti alle pressioni di saturazione.<br />
Barriera al vapore<br />
Per eliminare il fenomeno della condensa all'interno della parete occorre inserire prima<br />
del punto n. 2 un materiale con bassa permeabilità al vapore, in modo che la pressione<br />
parziale del vapore scenda a valori inferiori di quello della corrispondente pressione di<br />
saturazione: tale materiale prende il nome di barriera al vapore. Questa va situata nella<br />
zona dove le temperature sono maggiori (in genere sulla faccia calda dell'isolante).<br />
Tornando all'esempio, supponiamo che l'isolante abbia una faccia rivestita in carta<br />
catramata.<br />
Il diagramma delle temperature resta identico e quindi anche le pressioni di saturazione<br />
in quanto il foglio di carta catramata non altera la resistenza termica della parete.<br />
Variano invece le pressioni parziali perché si aggiunge la resistenza opposta al<br />
passaggio del vapore dal foglio di carta catramata.<br />
Calcolo delle nuove pressioni parziali<br />
Consideriamo la struttura costituita da quattro strati (Fig.3):<br />
Pressioni di saturazione:<br />
P s1 = 2000 Pa; P s2 = 1546 Pa; P s3 = 1546 Pa; P s4 = 503 Pa;<br />
P s5 = 432 Pa; P s interna = 2337 Pa; P s esterna = 401 Pa<br />
Pressioni parziali saranno, una volta ricavata la permeanza della parete dalle (5.25)<br />
= 1/(1/0,41 +1/0,015) = 0,0145 mg/(m 2<br />
hPa)<br />
dove 0,015 è la permeanza del foglio di carta catramata (Tabella 2)<br />
P 1 = 1636 Pa ; P 5 = 360 Pa<br />
ed usando la (5.26)<br />
P 2 = 1624 Pa ; P 3 = 412 Pa ; P 4 = 411 Pa<br />
Riportando tali valori sul diagramma (linee tratteggiate) si vede che la zona della<br />
condensa è molto limitata e ad ogni modo non interessa l'isolante.<br />
In questo caso per eliminare del tutto tale fenomeno, occorre aumentare lo spessore di<br />
isolante in modo che la temperatura e quindi la pressione di saturazione nel punto n. 2 sia<br />
maggiore della pressione parziale del vapore.<br />
G.Grazzini 11
Psicrometria<br />
Aumentare la resistenza al passaggio del vapore non dà buoni risultati in quanto la<br />
temperatura e quindi la pressione di saturazione nel punto n. 2 è comunque bassa.<br />
Determinazione della quantità di acqua condensata<br />
E` utile conoscere la quantità di acqua che condensa all'interno di una struttura (qualora<br />
non sia possibile adottare dei provvedimenti che la eliminino del tutto), sia perché richiesto<br />
da normative particolari, sia perché è sempre comunque necessario verificare che tutta<br />
l'acqua condensata durante l'inverno riesca ad evaporare durante il periodo estivo.<br />
Supponiamo di avere una struttura il cui diagramma di Glaser sia quello riportato nella<br />
figura 3.<br />
Il flusso di vapore entrante nella parete sarà dato dalla legge di Fick<br />
Φ 1 = 12 (P 1 - P 2 ) (5.28)<br />
dove 12 permeanza della parte di parete compresa tra i punti 1 e 2, P 1 , P 2 pressioni parziali<br />
del vapore nei punti 1 e 2.<br />
Il flusso di vapore uscente dalla parete sarà:<br />
Φ 2 = 45 (P 4 -P 5 ) (5.29)<br />
quantità di acqua che resta in 1 m² della parete<br />
Φ = Φ 1 - Φ 2 mg/ hm 2<br />
Supponendo il tempo convenzionale, indicato con TC, della fase di condensazione pari<br />
a 1440 ore, l'acqua depositata nell'arco di una stagione sarà:<br />
m = Φ TC = Φ 1440 mg/ m 2<br />
Si possono dare condizioni indicative per il tempo di "essiccamento", ad esempio:<br />
tempo convenzionale: 2160 ore<br />
temperatura dell'aria e della parete: 12 °C<br />
umidità relativa ambiente ed esterna: 70 %<br />
Il tempo necessario affinchè la parete si asciughi sarà:<br />
h = Φ TC /[( 12 + 45 )(P si -P e )] (5.30)<br />
dove:<br />
P si pressione di saturazione a 12 °C<br />
P e pressione parziale a 12 °C<br />
h tempo necessario all'evaporazione dell'acqua<br />
G.Grazzini 12
Psicrometria<br />
Si confronta quindi h cosi' ricavato con il tempo convenzionale di "essicamento": se h ≥<br />
2160 l'acqua condensata non riuscirà ad evaporare durante l'estate per cui occorrera'<br />
rivedere il progetto della struttura.<br />
Riferimenti bibliografici<br />
C. Pizzetti - Condizionamento dell'aria e refrigerazione - Masson, Milano, 1975.<br />
G. Alfano, V. Betta - Fisica Tecnica - Liguori, Napoli, 1980.<br />
G. Nervetti, F. Soma - La verifica termoigrometrica delle pareti - Hoepli, Milano, 1982.<br />
UNI 10351, 31/3/1994, Materiali da costruzione. Conduttività termica e permeabilità al<br />
vapore.<br />
UNI 10350, 31/12/1999, Componenti edilizi e strutture edilizie. Prestazioni igrotermiche.<br />
acqua<br />
1 2<br />
Fig. 1 - Schema apparato per umidificazione adiabatica<br />
G.Grazzini 13
Fig.2 Diagramma psicrometrico Carrier<br />
J [kJ/kga]<br />
Psicrometria<br />
G.Grazzini 14<br />
t [°C]<br />
x [g/kga]
Tavolato<br />
Fig. 3 Diagramma di Glaser schematico<br />
1<br />
2<br />
Pss<br />
Pv<br />
Psicrometria<br />
Isolante<br />
G.Grazzini 15<br />
2'<br />
3<br />
Calcestruzzo<br />
3'<br />
4