Pareti esterne degli edifici: temperatura interna e umidità interstiziale

Le pareti esterne di un edificio possono fornire una serie di informazioni importanti: come evolve la curva della temperatura al loro interno, quali siano le condizioni d’umidità dei materiali che le compongono e che non sono visibili ma soprattutto in che modo gli spazi esterni interagiscano e influenzino quelli interni.


L’innovazione del progetto Dhomo: le sonde interstiziali

Esistono sul mercato diversi sensori di umidità e temperatura, studiati anche per la misura delle condizioni interstiziali delle pareti; fino ad oggi, però, non era mai stata pensata una sonda che potesse essere posizionata in fase di costruzione, prima cioè, e all’interno, del getto dei calcestruzzi o della stesura degli intonaci. Risulta indubbiamente molto più facile porre in opera questo tipo di apparecchi a costruzione finita, motivo per cui questa è la strada solitamente percorsa, ma questa scelta può comportare una serie di imprecisioni nella misura: la foratura degli elementi per l’inserimento di una sonda porta con sé, infatti, una serie di conseguenze. 

Tra gli elementi innovativi del progetto Dhomo c’è anche la scelta di posizionare delle sonde - appositamente create per il cantiere - tra gli strati murari durante la costruzione, in modo da rilevare i dati da un punto indisturbato dell’interfaccia tra due materiali.

La scelta di percorrere questa strada ha imposto di soddisfare tre requisiti:

  1. un’adeguata resistenza meccanica della sonda e la protezione dall’ingresso di elementi esterni che avrebbero inficiato la misurazione;
  2. la sicurezza che il dato di umidità fornito fosse quello del materiale e non dovuto a infiltrazioni d’acqua dovute alla posa dei materiali;
  3. la flessibilità nel numero di sensori e la loro disposizione a seconda delle necessità.

 Pareti esterne degli edifici: temperatura interna e umidità interstiziale

Posizionamento dei sensori all'interno di un getto di calcestruzzo.

 

Lo sviluppo di una tecnologia ad hoc per le sonde interstiziali

Per il progetto di ricerca Dhomo sono state sviluppate delle sonde interstiziali uniche nel loro genere.

I sensori utilizzati, che garantiscono una precisione di ± 2% nella misura di umidità relativa e ± 0.5°C in quella di temperatura, sono costituiti da un polimero termosensibile capacitivo sul quale è già posto un filtro che protegge dall’ingresso di elementi estranei.

È stato poi appositamente sviluppato un involucro in PLA (acido polilattico) per proteggere il sensore dal getto di calcestruzzo o da altri materiali da costruzione corrosivi; questo materiale resiste meccanicamente alle sollecitazioni impresse ed alle aggressioni chimiche. Tra questo ed il sensore è presente una camera d’aria per permettere la corretta misura dei parametri di temperatura e umidità; esso è infine sigillato con una resina all’inserzione del cablaggio, per impedire l’ingresso di elementi indesiderati dal foro del cavo entrante, adibito sia alla trasmissione dati che all’alimentazione elettrica.

Se questo tipo di sensori venissero posati in impasti bagnati, come intonaci e calcestruzzi, potrebbe ristagnare acqua sul loro involucro, con scarsa possibilità di un naturale asciugamento. La condensa così formata all’esterno della sonda porterebbe le misurazioni dell’umidità relativa al 99.9% perché l’ambiente sarebbe saturo di vapore. Per evitare questo problema, sono state quindi inserite delle resistenze elettriche parallele ai sensori, alimentate lungo la dorsale di cablaggio, che possono essere accese per far evaporare le piccole quantità di condensa ed assicurare che la misurazione torni ad essere corretta.

Al fine di ottenere la necessaria flessibilità sul numero di sensori e sulla disposizione negli strati sono stati spinti al massimo i limiti di lunghezza del cavo modbus (2.5 m di linea principale e 0.2 m per ramo) e sono stati studiati dei sistemi di ammorsamento per i rami di misura che partono dalla linea principale. Essi consistono in un piccolo cubo che alloggia una scheda ed un morsetto che collega elettricamente il cavo principale a quello secondario; questo snodo è riempito di una resina apposita per impedire che i cavi nudi vengano esposti ad agenti esterni o che si ossidi il PCB (Printed Circuit Board). I cavi sono sempre protetti da guaine fissate con resine in corrispondenza degli involucri di misura o di diramazione. 

 Pareti esterne degli edifici: temperatura interna e umidità interstiziale

Struttura della linea principale (nero) e diramazioni.

 

Il cantiere: un protocollo per il corretto inserimento delle sonde interstiziali nella stratigrafia della parete

In fase di sviluppo del progetto Dhomo, è stato redatto uno specifico protocollo d’inserimento delle sonde interstiziali durante le fasi di costruzione degli edifici, in modo da garantire che la posizione di ogni sensore rispecchiasse il disegno iniziale.

Ogni sonda è stata caratterizzata da un codice colore, che ne identificava l’ordine di posizionamento nei vari strati, e sono state formulate precise indicazioni su come queste dovessero essere posate nelle fasi di lavorazione. Alcune sonde, ad esempio, sono state fissate agli strati tramite l’uso di nastrature traspiranti, che le hanno mantenute nella posizione corretta durante la posa degli elementi successivi, senza alterare la misura rilevata.

In totale sono state posate circa 90 sonde interstiziali, per un totale di punti di misura superiore a 400, che invieranno ciascuno 2 dati (temperatura e umidità relativa) per un complessivo di quasi 1000 dati ricevuti ad ogni intervallo di 15 minuti.

I grafici elaborati fino ad oggi tracciano l’andamento di temperatura e umidità lungo lo spessore di ciascuna stratigrafia e permettono di osservare fino a quale profondità vengano assorbiti e trasmessi questi parametri fisici, potendo dunque determinare l’influenza e il comportamento dei materiali posati. È estremamente interessante monitorare come le condizioni esterne influenzino l’ambiente interno e ancora di più come le condizioni interne siano gestite dalla stratigrafia per quanto riguarda l’assorbimento ed il rilascio di temperatura e umidità nella gestione del microclima indoor.

 

Pareti esterne degli edifici: temperatura interna e umidità interstiziale 

I risultati sperimentali

Monitorando gli andamenti di temperatura e umidità nel corso di un anno di monitoraggio a edifici vuoti, il quale ha anche compreso test con produzione di umidità interna, si è visto come gli elementi di barriera al vapore lavorino come immaginato, non permettendone cioè il passaggio verso gli strati retrostanti. Ulteriori considerazioni si sono potute avanzare sulle capacità dei materiali di finitura di assorbire e rilasciare umidità in ambiente, permettendo di studiare il parametro MBV (Moisture Buffer Value) e la sua influenza sulle condizioni igrometriche dei locali abitati.

All’interno del progetto Dhomo, tre degli edifici realizzati (chiamati B, D ed F) presentano struttura portante in calcestruzzo armato e tamponamenti in laterizio; un risultato interessante si è ottenuto dallo studio delle temperature rilevate nei rivestimenti esterni di questi edifici. Le minori variazioni registrate nell’edificio F (in giallo nel grafico) sono dovute alla presenza di uno strato di intonaco leggero termo isolante realizzato con Volcalite AIR Plus, a differenza del normale intonaco applicato esternamente per B e D (edifici dotati di isolamento a cappotto esterno). Nel grafico allegato il fenomeno è visibile nel primo blocco, nominato “IT1” e che si riferisce ai valori registrati dal sensore interstiziale più esterno di ciascuna parete.

Se per gli edifici isolati a cappotto si rilevano variazioni giornaliere, in estate, di 30-40°C nello strato di intonaco esterno, per l’edificio dotato di termointonaco si parla, invece, di circa 10°C. Questo dimostra l’efficacia che può avere questo tipo di soluzione: con pochi centimetri di prodotto si ottengono risultati eccellenti.


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Grazie poi ad una stratigrafia muraria dallo spessore notevole e con discrete capacità isolanti, si è visto come le variazioni di temperatura allo strato più interno della parete (blocco “IT8” nel grafico) siano sufficientemente simili tra gli edifici realizzati con tecnologia a cappotto (B-D) e senza (F).

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