Isolamento termico e differenze tra inverno ed estate. Il ruolo dei materiali isolanti nello sfasamento termico

L’articolo chiarisce perché i criteri di scelta dell’isolamento cambiano tra stagione fredda e stagione calda: in inverno prevale l’analisi in regime stazionario (trasmittanza U), mentre in estate serve valutare l’involucro in regime dinamico. Vengono definiti sfasamento (ϕ) e fattore di attenuazione (fa) e richiamato l’uso della trasmittanza termica periodica (YIE/Udyn) secondo UNI EN ISO 13786 e i riferimenti normativi citati. Nel PDF integrale è presentato anche un confronto applicativo su una copertura, utile per comprendere l’impatto della stratigrafia sul comfort estivo.

Il clima che cambia influenza le scelte progettuali

Quando si parla di isolamento termico, spesso si pensa soltanto al comfort invernale, cioè alla capacità dell’involucro edilizio di trattenere il calore all’interno dell’edificio. Tuttavia, le condizioni cambiano radicalmente tra inverno ed estate, e con esse cambiano anche i criteri con cui valutare le prestazioni di un materiale isolante.

Pensiamo al fatto che, alle nostre latitudini, a causa dei cambiamenti climatici in corso gli inverni sono sempre più miti e più brevi, al contrario le estati risultano sempre più lunghe e più calde. Secondo l’ECMWF (Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio termine) in Europa, il 2024 è stato l’anno più caldo mai registrato Rispetto al periodo di riferimento 1991-2020, la temperatura media europea è stata più alta di circa +1,47 °C. A livello globale, l’anomalia rispetto al periodo preindustriale (1850-1900) è stimata attorno a +1,5-1,6 °C . Ogni mese da gennaio a giugno 2024 è stato più caldo rispetto al mese corrispondente di qualsiasi anno precedente mai registrato.

In questo contesto diventa fondamentale progettare l’involucro edilizio non solo in chiave invernale ma soprattutto in modo che possa opporsi efficacemente al surriscaldamento estivo, garantendo condizioni di comfort interno senza dover ricorrere pesantemente a impianti di condizionamento.

In questo contesto la progettazione efficace dei pacchetti stratigrafici e la scelta dei materiali isolanti diventa fondamentale, non solo quando si debba progettare un nuovo edificio ma anche quando si progetta il risanamento di un edificio esistente.

Isolamento invernale: il regime stazionario

Prestazioni estive e invernali dell’involucro edilizio

Durante la stagione fredda il problema principale è limitare le dispersioni di calore verso l’esterno.

In questo contesto l’isolamento viene valutato in regime stazionario, cioè considerando una differenza di temperatura pressoché costante tra interno ed esterno. Tipicamente, a livello normativo si considerano 20°C costanti come temperatura interna convenzionale dei locali riscaldati, mentre la temperatura esterna dipende dal luogo in cui si trova l’edificio in oggetto.

Ricordiamo che il DPR 412/93 – tabella A - suddivide il territorio nazionale in 6 zone climatiche in base ai gradi giorno: più alto è il valore dei gradi giorno di una certa località, più tale località sarà fredda, e viceversa.

Agli effetti del calcolo energetico invernale, di tipo stazionario, il parametro di riferimento è la trasmittanza termica (U): più è basso il valore di U, minori sono le perdite di calore.

Si tenga presente che la trasmittanza termica U è l’inverso della Resistenza termica totale Rt di una stratigrafia: più è alto il valore della resistenza termica totale, più il pacchetto stratigrafico sarà in grado di opporsi al passaggio del calore.

Per calcolare la resistenza termica totale Rt si devono sommare le resistenze dei singoli strati omogenei costituenti la stratigrafia più le resistenze superficiali interna (Rsi) ed esterna (Rse). Ricordiamo che la resistenza termica di un singolo strato omogeneo è data dal rapporto tra lo spessore dello strato d (in metri) e la sua conducibilità termica l espressa in W/mK:

R = d/l [m²K/W]

In linea generale, per progettare un involucro efficace a livello invernale occorre dunque agire soprattutto sulle dispersioni dell’edificio.

Tenendo presente il bilancio energetico invernale definito dalla norme UNI TS 11300-1 espresso dalla seguente equazione:

Ridotto impatto ambientale

Occorre agire sul primo membro di questa equazione in modo da diminuire la quantità Q_H,ht (energia termica dispersa).

Questo si può attuare attraverso i seguenti passi:

• Minimizzare le dispersioni per trasmissione, agendo sull’isolamento delle strutture opache e trasparenti e correggendo i ponti termici;

• Minimizzare le dispersioni per ventilazione, assicurando una buona tenuta all’aria dell’involucro;

• Massimizzare gli apporti, soprattutto quelli solari, attraverso le superfici trasparenti e l’orientamento dell’edificio (se di nuova costruzione) in modo da garantire l’ingresso del sole che riscalda gratuitamente i locali interni.

Isolamento estivo: il regime dinamico

In estate la situazione è molto diversa: le temperature esterne non sono costanti, ma oscillano nell’arco della giornata, con picchi di calore nelle ore pomeridiane.

L’isolamento si valuta quindi in regime dinamico, perché i flussi di calore variano nel tempo.

Un materiale isolante non deve soltanto limitare l’ingresso del calore, ma deve anche ritardarne la trasmissione verso l’interno, in modo da smorzare gli effetti dei picchi esterni e mantenere gli ambienti più freschi.

Il valore di U, pur fondamentale in inverno, non è sufficiente per descrivere il comportamento estivo di una struttura.

Due materiali con la stessa trasmittanza possono comportarsi in modo molto diverso in estate.

Per valutare correttamente le prestazioni estive occorre introdurre due parametri aggiuntivi:

• sfasamento (ϕ)
• e fattore di attenuazione (fa).

Ma prima di introdurli, parliamo di un’altra grandezza fondamentale collegata strettamente allo sfasamento e all’attenuazione: la capacità termica ( C ).

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Vi è mai capitato di stare vicino ai vecchi muri in pietra che si incontrano spesso in campagna o nei centri storici, dopo che il sole li ha riscaldati per un’intera giornata? Se ci avviciniamo a loro la sera possiamo percepire il calore che continuano a emanare, come un flusso caldo che emana da quei vecchi mattoni o pietre: si tratta dell’energia termica accumulata durante il giorno e che viene rilasciata gradualmente quando la temperatura esterna cala, cioè nelle ore serali e notturne. In altre parole, il muro funziona un po’ come una spugna: assorbe il calore solare nelle ore diurne e lo restituisce nelle ore notturne, scaricandosi dal “fardello” di energia termica incamerata al suo interno.

Dal punto di vista fisico, questo comportamento è legato alla capacità termica C del materiale, definita come il rapporto tra l’energia termica assorbita Q e l’aumento di temperatura corrispondente ΔT:

C = Q / ΔT   [J/K]

La capacità termica è direttamente proporzionale alla massa: più grande è la massa, maggiore sarà la quantità di calore che il materiale è in grado di immagazzinare.

Questo aspetto ha un ruolo fondamentale per noi, poiché una delle strategie più efficaci per ridurre il surriscaldamento degli edifici è proprio quella di conferire all’involucro una massa adeguata, capace di garantire un’elevata capacità termica.

Ciò è di particolare importanza nelle costruzioni “leggere” come per esempio quelle in legno (soprattutto XLam): poiché il materiale legno ha scarsa capacità termica, occorre che le stratigrafie dei vari componenti dell’involucro opaco siano corredate di materiali con capacità termica più alta, in modo da conferire “massa” al pacchetto e migliorarne le prestazioni di sfasamento e attenuazione.

Materiali adatti a questo scopo sono ad esempio la fibra di legno o la lana di roccia, ma occorre che la densità di questi materiali sia adeguata (diciamo al di sopra dei 100 kg/m³ per dare un’idea).

Questi materiali, oltre a migliorare le prestazioni estive dell’involucro, hanno anche buone prestazioni invernali poiché dotati di un basso valore di conducibilità termica l (intorno a 0.0.35-0.040 W/mK).

Un esempio di comfort dovuto alla capacità termica che tutti abbiamo provato è la sensazione di freschezza che si prova in estate entrando in una chiesa antica o nell’androne di un vecchio palazzo. Oltre alla ridotta penetrazione dei raggi solari dalle aperture, a rendere l’ambiente più piacevole dal punto di vista termico è proprio l’effetto della massa muraria che immagazzina il calore proveniente dal Sole e lo rilascia molto lentamente.

Veniano adesso a definire le grandezze a cui abbiamo accennato in precedenza, cioè sfasamento e attenuazione.

• Sfasamento (ϕ): indica il ritardo con cui l’onda termica si trasmette all’interno. Maggiore è lo sfasamento, più tardi il picco di calore esterno si manifesta all’interno. Si misura in ore [h]

• Fattore di attenuazione (fa): rappresenta la capacità della parete di ridurre l’intensità del flusso termico. Un basso valore di fa significa che il picco di calore viene smorzato in maniera significativa prima di raggiungere l’interno. E’una grandezza adimensionale.

Semplificando molto i due concetti, lo sfasamento ci indica “quando” l’onda termica raggiungerà l’ambiente interno, mentre l’attenuazione ci dice “quanta” di questa onda termica arriverà all’interno.

Accanto a questi due importanti parametri ce n’è un altro, cioè la trasmittanza periodica YIE o (Udyn), che è attualmente il parametro stabilito dalla normativa (DM 59/09 - 311/06, UNI EN ISO 13786:2008) per valutare le prestazioni di inerzia termica dell’involucro con un criterio di tipo dinamico, cioè tenendo conto delle notevoli oscillazioni della temperatura esterna nella stagione calda durante le 24 ore.

Rappresenta la capacità di un componente edilizio di sfasare e attenuare il flusso termico che lo attraversa durante le 24 ore, valutata con questa relazione:

YIE = f ・ U     [W/m²K]

ove U e la trasmittanza termica stazionaria che già conosciamo (misurata in W/m²K) e f e un fattore di decremento che tiene conto della dinamicità.

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FAQ TECNICHE + Materiali isolanti: U e sfasamento secondo UNI EN ISO 13786

1. Che cos’è lo sfasamento termico (ϕ) e cosa misura?

È il ritardo con cui l’onda di calore estiva, generata dai picchi di temperatura esterna, si manifesta all’interno. Si esprime in ore: maggiore è lo sfasamento, più il picco interno viene “spostato” in avanti nel tempo, riducendo il rischio di surriscaldamento nelle ore di occupazione. 

2. A cosa serve valutare attenuazione (fa) e sfasamento in estate? In quali contesti è più critico?

In estate la temperatura esterna oscilla nell’arco delle 24 ore: l’involucro deve non solo isolare, ma anche smorzare e ritardare il flusso termico entrante. È particolarmente rilevante per coperture, sottotetti e facciate esposte, e in edifici leggeri o con bassa massa, dove l’inerzia complessiva può essere limitata. 

3. Quali parametri usare per inverno ed estate senza confonderli?

In inverno, per le dispersioni, il riferimento tipico è la trasmittanza termica U (valutazione stazionaria). In estate occorre un approccio dinamico: oltre a sfasamento ϕ e attenuazione fa, la normativa richiamata in pagina indica la trasmittanza termica periodica YIE (Udyn) come parametro di inerzia per componenti opachi. 

4. Qual è il vantaggio di una stratigrafia “inerziale” rispetto a una soluzione che punta solo a U bassa?

Una U bassa limita lo scambio termico medio, ma non descrive come la parete reagisce ai picchi giornalieri estivi. Una stratigrafia con adeguata inerzia (valutata con parametri dinamici) può ridurre e ritardare il carico termico entrante, migliorando comfort indoor e riducendo la dipendenza dal raffrescamento, a parità di prestazioni invernali da verificare. 

5. Indicazioni di posa e integrazione progettuale: cosa controllare in pratica?

La prestazione estiva/invernale dipende dal “pacchetto” completo, non dal solo isolante: continuità dello strato isolante, correzione dei ponti termici, coerenza dei materiali negli strati, gestione dei punti singolari (attacchi parete-copertura, imbotti, travi) e verifica igrotermica quando necessario. In copertura, attenzione anche a ventilazione, tenuta all’aria e corretta stratigrafia lato interno/esterno secondo progetto. 

6. Comfort, sicurezza e durabilità: che legame c’è con il comportamento estivo dell’involucro?

Limitare il surriscaldamento riduce stress termici e fenomeni di discomfort, con benefici sulla qualità d’uso degli ambienti. La durabilità è legata anche alla corretta gestione di umidità e condense nella stratigrafia e alla stabilità delle prestazioni nel tempo: per questo la scelta non può basarsi su un solo indice, ma su verifiche coerenti con clima e uso dell’edificio. 

7. Errori tipici da evitare (e criteri di scelta per il progettista)

Errore frequente è considerare solo la U e trascurare il regime dinamico estivo, soprattutto su coperture e pareti leggere. Altro errore è ragionare “per materiale” senza valutare l’intera stratigrafia (spessori, ordine degli strati, massa e capacità termica complessiva) e senza riferimenti normativi/metodologici coerenti (es. UNI EN ISO 13786, DM richiamati). Criterio operativo: definire obiettivi (comfort estivo, consumi, vincoli costruttivi) e verificare congiuntamente U e parametri dinamici della soluzione di involucro.