Evoluzione tecnologica dei serramenti: dalle prestazioni termiche ...

2.1 La riduzione degli scambi termici conduttivi e convettivi
Le prestazioni termiche di vetri singoli sono assai scarse se confrontate con quelle dei
doppi vetri separati da una lama d’aria: rimanendo all’esempio precedente, un vetro
chiaro singolo di 4 mm presenta una trasmittanza di circa 6 W/m²K contro una trasmittanza
di 3,3 W/m²K di un vetro doppio 4-6-4 con 6 mm di camera d’aria.
Il miglioramento della prestazione è da attribuire alle resistenze termiche radiative e convettive-conduttive
che si verificano nell’intercapedine contenente aria disidratata, di cui
è sfruttata la bassa conducibilità termica λ pari a circa 0,025 W/mK, ovvero con una conducibilità
termica 40 volte inferiore a quella del vetro.
L’aria, come i gas in genere, posta in intercapedini ed in stato di quiete assicura elevati
valori di resistenza termica, per cui si sarebbe tentati di aumentare lo spessore della stessa
per incrementarne la resistenza dell’intercapedine: tuttavia si osserva che oltre spessori di
circa 16 mm la resistenza termica tende a decrescere; ciò è dovuto all’insorgenza di moti
convettivi nell’aria dell’intercapedine che innescano la convezione riducendo la resistenza
termica complessiva. Per ovviare a tale inconveniente e soprattutto per cercare di ottenere
a parità di spessore resistenze termiche maggiori, si è pensato all’uso di gas diversi
dall’aria.
In Tabella III sono riportate le proprietà termofisiche di alcuni gas comunemente impiegati
al posto dell’aria: essi hanno valori di conduttività più bassi e di viscosità dinamica più alti.
In sintesi mediante l’uso di gas diversi dall’aria da un lato si può mantenere spessori
dell’intercapedine elevati senza innescare moti convettivi, dall’altro si ottengono maggiori
valori di resistenza termica con spessori più ridotti (v. Tabella IV [8]): quest’ultimo è un fatto
essenziale dal punto di vista costruttivo e dei costi dovendo contenere lo spessore del telaio
del serramento. Volendo fare un confronto tra aria e Argon si può vedere che la produzione
nel primo caso si attesta normalmente su spessori fino a circa 12 mm, mentre con
l’Argon sui 15-16 mm, con valori maggiori giustificati solo dalla necessità di incrementare il
potere fonoisolante. Ciò si dimostra a partire dal calcolo della conduttanza del gas hg,
data dalla seguente relazione:
22
hg = Nu λ/s
con Nu numero di Nusselt (-). Per moto laminare si ha:
Nu = A (Gr Pr) n (3)
dove:
A è una costante (pari a 0,035 per superficie verticale);
n è un esponente (pari a 0,38 per superficie verticale).
Fisicamente Nusselt rappresenta il rapporto tra scambio termico convettivo hg e conduttivo
λ/s e quindi per valori ≤ 1 la resistenza termica è solo di tipo conduttivo (per valori < 1
si assume Nu = 1), viceversa si è in presenza di convezione e quindi si riduce la resistenza
termica dell’intercapedine per valori >1. Valori contenuti di Nu si ottengono riducendo
nella (3) Gr e/o Pr che rappresentano rispettivamente il rapporto tra forze di galleggiamento
e forze viscose del fluido ed il rapporto tra l’attitudine al trasporto della quantità di
moto e l’attitudine al trasporto di calore (diffusività termica).
Se osserviamo ancora la relazione (2) si vede come a parità di spessore complessivo
dell’intercapedine, se la stessa viene frazionata, introducendo un terzo/quarto vetro, la
resistenza della vetrata aumenta: ad esempio una intercapedine di 12 mm ha una resistenza
termica di circa 0,16 m²K/W mentre due intercapedini 6+6 presentano una resistenza
di circa 0.26 m²K/W.
Nella Tabella V sono riportati i risultati dei calcoli, con le stesse ipotesi assunte per la Tabella
IV, usando aria e doppia-tripla intercapedine (vetri tripli/quadrupli) [8].