Fuori come un balcone. Ovvero discorso sui ponti termici degli sbalzi

La progettazione degli sbalzi, siano essi balconi, cornicioni, sporti o pensiline, deve sempre prendere in esame il comportamento termo-igrometrico-energetico del nodo perché, come è noto, gli sbalzi, essendo una deformazione della parete corrente, sono sede di ponti termici.

Indagare un ponte termico significa analizzare le conseguenze che esso comporta nell'ottica duale e simultanea che racchiude sia le conseguenze circa la dispersione di energia termica nel nodo sia le sue conseguenze sulla temperatura superficiale interna nei dintorni di esso. Sotto l'aspetto unicamente calcolativo, in affiancamento ai software in commercio, si rende necessario, poi, quantificare la trasmittanza termica lineica Ψ che, voglio ricordarlo, non ha riscontri fisici nel nodo ma solo relazionali rispetto alle caratteristiche termiche della sezione corrente.

CONSIGLIO NON RICHIESTO N. 15

I Consigli Non Richiesti è una rubrica a firma di Sergio Pesaresi. Una rubrica sottovoce che cerca di approfondire alcune tematiche importanti e problematiche per aiutare i progettisti a scegliere la strada migliore.
Qui parliamo dei ponti termici causati dagli sbalzi, dai balconi, dagli sporti, dai cornicioni e cerchiamo di individuare la strada che ci conduca alla risoluzione del ponte termico in termini energetici, termici ed igrometrici. Verrà proposto un percorso di analisi critica che permette di comprendere, passo a passo, come affrontare la progettazione.

Ponti termici di balconi e sbalzi: come correggerli tra cappotto, disgiuntori e analisi FEM

Lo studio

Nella pratica progettuale e costruttiva contemporanea gli sbalzi, in particolare i balconi, sono usualmente costituiti da tipologie di strutture portanti caratterizzate dal materiale in esse impiegate: solette in cemento armato, impalcati ottenuti da travi di legno lamellare poste affiancate, e travi a sbalzo in acciaio con sovrastante piano di calpestio.

Le solette in calcestruzzo armato e gli impalcati in legno sono strutture continue bidimensionali mentre le travi in acciaio che sorreggono l'impalcato hanno carattere puntuale. E ciò si ripercuote anche sui risultati dell'analisi termo-igrometriche delle tre diverse tipologie che andremo a analizzare.

Gli sbalzi rappresentano una criticità termo-igrometrica ed energetica evidente per cui, da quando la progettazione è stata chiamata ad indagare in maniera approfondita su queste tematiche specifiche, sono state studiate e messe a punto soluzioni tecniche e tecnologiche per la correzione o l'attenuazione delle conseguenze più impattanti.

Le due soluzioni più note discendono dai due concetti teorici principali presenti in letteratura: "separare" o "rivestire". "Separare" significa operare concretamente un taglio termico che interrompa la continuità dell'elemento a sbalzo in modo da eliminare, alla radice, la presenza del ponte termico. "Rivestire" significa mitigare, diminuire o annullare, con un opportuno rivestimento isolante l'elemento a sbalzo, la trasmissione di calore verso l'esterno.

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Lo sbalzo in calcestruzzo armato

Iniziamo le nostre considerazioni basandole sul medesimo edificio con pareti in blocchi di laterizio da 30 cm, intonacati e un classico balcone in soletta di calcestruzzo armato in continuità con la soletta interna. Si è scelto di posizionare l'edificio a Bologna perché la sua specifica situazione climatica e ambientale rappresenta un compendio delle problematiche più insidiose riscontrate sull'intero territorio italiano.

L'analisi agli elementi finiti, effettuata con il software Iris della Anit-Tep (che ringrazio) ci consegna questi risultati:

Le criticità evidenti in questa configurazione iniziale riguardano il valore elevato della trasmittanza della parete corrente non più in linea con i requisiti richiesti ora in termini di efficienza energetica e il basso valore della temperatura superficiale interna nel punto critico.

Per migliorare lo stato di fatto procediamo quindi con la posa di un cappotto termico da 12 cm con conduttività termica λ=0,036 W/mK alle pareti.

L'analisi FEM restituisce questo risultato:

Possiamo apprezzare i risultati ottenuti che hanno comportato un dimezzamento della dispersione termica rispetto alla situazione iniziale e l'aumento della temperatura superficiale interna minima.

Come era logico aspettarsi il valore della trasmittanza termica lineica Ψ è aumentato, proprio perché la situazione fisica dello sbalzo è rimasta immutata mentre è migliorata la trasmittanza della parete corrente.

Procediamo ora con l'intervento di mitigazione degli effetti del ponte termico attraverso la soluzione che, almeno in sede di ristrutturazione, risulta forse più semplice e intuitiva: il "rivestimento" della soletta a sbalzo.

Il risultato grafico dell'analisi FEM:

I risultati dell'analisi FEM ci raccontano che con l'intervento di "rivestimento" è ulteriormente diminuita la dispersione mentre è aumentata ancora la temperatura superficiale interna minima. Questo interno, effettuato direttamente sull'elemento sbalzo, ha diminuito anche l'incidenza dello Ψ.

Proviamo ora a confrontare i risultati dell'intervento di "rivestimento" con quelli che si potrebbero ottenere con l'altro approccio per la risoluzione del ponte termico, l'approccio che abbiamo indicato come "separare".

Operiamo pertanto un taglio alla radice della soletta a sbalzo inserendo in esso un disgiuntore isolante:

l'analisi FEM ci restituisce questo risultato grafico:

dal quale si può ben notare che le isoterme "fredde" rimangono relegate sulla superficie esterna, senza alcuna intromissione verso l'interno.

Con questo intervento abbiamo ancora diminuito la dispersione energetica nel nodo e aumentato ulteriormente la temperatura superficiale minima interna.

Analizzando a ritroso il percorso progettuale che abbiamo compiuto, possiamo affermare che si è trattato di un percorso virtuoso poiché in tal modo abbiamo ottenuto i risultati che ci eravamo prefissi: l'aumento dell'efficienza energetica - dall'ipotesi iniziale siamo passati da una dispersione di 47,36 W ad un valore di 14,08 W - e il miglioramento del comfort abitativo perché abbiamo innalzato la temperatura superficiale interna dai 14,6 °C, che potrebbero determinare la formazione di muffa o condensa, ai 18,8 °C dell'ultimo risultato.

Possiamo anche trarre la conclusione che con l'intervento di "separazione" si ottengono risultati migliori rispetto a quello di "rivestimento" ma si tratta di un intervento quasi sempre impossibile da effettuarsi in sede di ristrutturazione e, comunque, più tecnico.

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Lo sbalzo in acciaio

Una seconda modalità di realizzazione di uno sbalzo o balcone ci viene dalla tecnologia degli edifici realizzati o ristrutturati con struttura metallica. I balconi vengono realizzati attraverso la posa di travi a sbalzo al di sopra delle quali viene poi realizzato l'impalcato.

Le travi, che determinano il ponte termico, sono elementi puntuali e pertanto il ponte termico conseguente non può essere analizzato con i software bidimensionali ma da quelli tridimensionali, costosi e di difficile utilizzo. Mi limito, pertanto, a riprendere quanto sopra illustrato: le due modalità di correzione o eliminazione degli effetti "nocivi" del ponte termico rimangono ancora il "rivestimento" e la "separazione" da applicare alla trave nella sua parte a sbalzo.

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FAQ TECNICHE: Ponti termici balconi: cappotto e disgiuntori termici a confronto

Che cos’è il ponte termico di un balcone a sbalzo?
È una zona dell’involucro nella quale geometria, materiali o continuità strutturale modificano il flusso termico rispetto alla parete corrente. Nel classico balcone in cemento armato, la soletta attraversa l’involucro creando una via preferenziale per il trasferimento di calore. L’effetto deve essere valutato sia sotto il profilo energetico sia rispetto alle temperature superficiali interne. La UNI EN ISO 10211:2018 disciplina il calcolo dettagliato dei flussi termici e delle temperature superficiali.

Quali soluzioni possono ridurre il ponte termico di un balcone?
L’articolo individua due strategie: “rivestire” e “separare”. Rivestire significa isolare opportunamente l’elemento aggettante per ridurne lo scambio termico; separare significa interrompere termicamente la continuità dello sbalzo mediante un disgiuntore. Nel caso FEM analizzato, la seconda soluzione porta la dispersione a 14,08 W e Ψ a 0,04 W/mK. 

Quali norme si utilizzano per calcolare i ponti termici?
La norma centrale per il calcolo numerico è la UNI EN ISO 10211:2018, applicabile a modelli geometrici 2D e 3D e alla determinazione di flussi termici, temperature superficiali e trasmittanze lineiche o puntuali. La UNI EN ISO 14683:2018 riguarda invece metodi semplificati e valori di riferimento per i ponti termici lineari.

Quanto migliora il nodo balcone inserendo un disgiuntore termico?
Nel caso in cemento armato studiato, la configurazione iniziale presenta 47,36 W di dispersione, temperatura superficiale minima di 14,6 °C e Ψ pari a 0,34 W/mK. Dopo cappotto e separazione mediante disgiuntore si arriva rispettivamente a 14,08 W, 18,8 °C e 0,04 W/mK: la dispersione risulta quindi ridotta di circa il 70% rispetto alla configurazione iniziale.

Il cappotto termico elimina il ponte termico del balcone?
Non necessariamente. Nel caso analizzato, applicando 12 cm di isolamento alla parete la trasmittanza della parete scende da 1,63 a 0,25 W/m²K e la dispersione del nodo da 47,36 a 22,1 W, ma Ψ passa da 0,34 a 0,47 W/mK. Il dato non significa che il nodo disperda più energia: Ψ è una grandezza relazionale rispetto agli elementi correnti utilizzati nel calcolo.

Un balcone in legno è sempre privo di ponte termico?
No: questa conclusione non dovrebbe essere generalizzata. Nel nodo specifico analizzato, il comportamento è molto favorevole: con cappotto la dispersione è 13,66 W, la temperatura superficiale minima 18,8 °C e Ψ 0,02 W/mK. La prestazione dipende però da geometria, stratigrafia, materiali, connessioni e condizioni al contorno. È quindi preferibile sostituire nel testo “il legno non determina ponti termici” con una formulazione riferita allo specifico nodo studiato.

Quali errori devono essere evitati nella progettazione di disgiuntori e sbalzi?
Il disgiuntore non deve essere scelto per semplice analogia o “copia-incolla”: il nodo coinvolge contemporaneamente prestazioni termiche e comportamento strutturale e richiede verifica sul progetto specifico, soprattutto in zona sismica. Anche tenuta all’aria, acqua, vento, movimenti e rischio di fessurazioni dell’attacco devono entrare nel dettaglio costruttivo.