Inerzia termica: definizione e materiali

inerzia termica

Inerzia termica: assieme alla conducibilità, sempre termica, serve molto, soprattutto quando si vuole o si deve valutare l’efficientamento energetico di una struttura. Può capitare di trovarsi a fare questa operazione, in seguito alla realizzazione di lavori di isolamento termico. Oppure proprio perché se ne vede il bisogno.

E’ un parametro, l’inerzia termica, che misura la capacità di un materiale di opporsi al passaggio del flusso di calore e di accumularne una parte, mantenendo una temperatura dell’ambiente interno omogenea, costante e confortevole, nonostante le temperature esterne vadano su e giù.



 

Inerzia termica: definizione

Per inerzia termica, in termodinamica, si intende la capacità di un materiale o di una struttura di variare più o meno lentamente la propria temperatura in risposta a variazioni di temperatura esterna o ad una sorgente di calore/raffreddamento interno. E’ il perfetto analogo dell’inerzia dei sistemi meccanici, basta sostituire l’energia meccanica alla termica.

Sempre in linea teorica, si può valutare in termini di temperatura/tempo*differenza di temperatura (s-1) ma l’unità di misura più comune è quella che deriva dalla formula potenza/tempo*differenza di temperatura quindi W/s×K.
Come grandezza l‘inerzia termica risulta direttamente proporzionale al calore specifico dei materiali e alla loro massa, invece è inversamente proporzionale alla conducibilità termica e alla differenza di temperatura fra interno ed esterno.

Inerzia termica: materiali

Per un edificio o delle pareti i materiali ad alta inerzia termica sono il calcestruzzo e i laterizi compatti, anche le pietre naturali non sono male: devono essere capaci di rallentare il flusso di calore estivo verso l’interno e ad immagazzinare calore nei periodi invernali per poterlo poi rilasciare verso l’interno.

Più in generale un materiale con inerzia termica buona deve avere sia delle buone proprietà isolanti, ma deve essere anche in grado di accumulare calore da un lato e non cederlo direttamente. Cambi bruschi di temperatura all’esterno non devono riflettersi “come nulla fosse” all’interno, deve passare del tempo. Questo tempo che rende il cambio di temperatura interno “in differita” rispetto a quanto avviene nel resto del mondo, è detto sfasamento.

In fisica lo sfasamento può essere visto come tempo che impiega l’onda termica per fluire dall’esterno all’interno attraverso un materiale edile. Tornando ai materiali, se hanno un calore specifico alto hanno uno sfasamento maggiore: più il materiale riesce ad assorbire calore e più sarà capace di cederlo con lentezza.

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Inerzia termica della parete

Messi di fronte ad una parete, per valutarne l’inerzia termica, possiamo dire che essa ha una funzione stabilizzatrice della temperatura se è molto isolante ed è allo stesso tempo in grado di immagazzinare molto calore poi ceduto agli ambienti interni durante la notte.

E’ difficile che questo mix di poteri termici si possa ottenere con un solo materiale: meglio quindi ricorrere ad involucri stratificati. La migliore composizione quanto a inerzia termica sarebbe quella in cui c’è uno strato ad elevata capacità termica al’interno dell’involucro e uno isolante sul lato esterno. Il primo mantiene costante la temperatura interna, il secondo protegge l’ambiente interno dalle variazioni di temperatura.

La parete così formata, o in altro modo, deve attenuare gli sbalzi di temperatura che le arrivano dall’esterno, sia che l’esterno sia l’ambiente esterno vero e proprio, sia che si tratti di un’altra stanza sempre all’interno dell’edificio in questione. Radiazione solare, persone, elettrodomestici: tanti sono i fattori che possono provocare variazioni di temperatura ma la parete con alta inerzia termica deve saper ammorbidire questi “shock” termici. Nella stagione estiva sono più frequenti che in quella invernale.

Se vogliamo descrivere l’inerzia termica di una nostra parete prendiamo in considerazione due proprietà termiche della stessa: la trasmittanza termica periodica (Yie = W/mqK) e la capacità termica areica interna periodica (Cip = kJ/mqK). La prima rappresenta sia il grado di smorzamento che quello di sfasamento della variazione termica che si verifica all’esterno e racconta come la parete riesce a “controllarla” e mitigarla. La Capacità Termica Areica Interna Periodica (Cip) invece è la capacità di un materiale o di una parete di accumulare calore o freddo che arrivano dall’interno: maggiore è la Cip , più sono mantenute le temperature superficiali su livelli accettabili, più si sta bene nel proprio ambiente e meno si spende in climatizzazione estiva.

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Inerzia termica di un edificio

L‘inerzia termica di un edificio consiste nella sua capacità di trattenere nel tempo il calore all’interno delle proprie murature una volta spento l’impianto di riscaldamento. Alta inerzia termica significa come già detto bassi consumi energetici, sia quando voglia raffreddare sia quando vogliamo riscaldare, i nostri ambienti interni. E significa anche avere un buon livello di confort.

Quando pensiamo all’inerzia termica di un edificio, spesso andiamo a focalizzarci sul materiale con cui sono realizzati i muri esterni, o agli strati che lo compongono, senza pensare che sia importante anche la loro posizione. Quale va all’interno e quale all’esterno? Ottimi ingredienti mal “mescolati” danno un pessimo risultato: è necessario quindi guardare con più rispetto e accortezza la soluzione costruttiva nel suo insieme e non solo materiale per materiale, le pareti.

In un edificio l‘inerzia termica delle pareti perimetrali non è la più importante ai fini della risposta inerziale dell’edificio che si concentra in media per circa il 70% nelle strutture interne mentre solo per il 30% in quelle esterne-perimetrali se non sono coibentate.

Inoltre l’inerzia termica non è fortemente dipendente dallo spessore e/o del peso dei blocchi in laterizio adottati mentre si ottengono miglioramenti sostanziali in termini di inerzia termica affiancando alla parete, ma nella giusta posizione, un pannello isolante termico con buone caratteristiche sul lato esterno della muratura. (es. isolamento “a cappotto”). Così limitiamo concretamente la fuoriuscita del calore accumulato o prodotto all’interno.

Inerzia termica riscaldamento e raffreddamento

L‘inerzia termica di un edificio o di una parete singola viene sfruttata anche come contributo al riscaldamento e al raffrescamento. Nel primo caso basta pensare che un involucro con un’inerzia termica elevata non disperde il calore interno e accumula calore durante le ore più calde del giorno. Un involucro così impiega anche più tempo a cedere il calore accumulato. Per il riscaldamento l’ideale è quando accade che il calore accumulato durante il giorno viene ceduto all’interno nelle ore notturne così da non dover usare impianti che scaldino.

Ribaltiamo il discorso quando in estate vogliamo rinfrescare le stanze. In questo caso una risorsa interessante è l’acqua con la sua inerzia termica capace di mantenere una bassa temperatura e raffrescare gli ambienti adiacenti. Si mettono vasche contenenti acqua vicino al perimetro dell’edificio, essi di notte si raffreddano e di giorno restano protette dalla radiazione solare attraverso un sistema di schermature. Cosa accade? Durante la notte l’acqua si raffredda durante la notte, poi durante il giorno, schermata dal sole, cede lentamente il “suo” fresco all’edificio regalandoci sollievo. La notte seguente l’acqua si raffrescarsi di nuovo per regalarci altro sollievo il giorno seguente.

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Pubblicato da Marta Abbà il 10 febbraio 2016