Condensa negli edifici

Qual è la causa della formazione di condensa e umidità nell'involucro dell'edificio, e quando si forma?

Gilles Mugnier

Oggi è possibile realizzare edifici tecnologicamente all'avanguardia per quanto riguarda i materiali, il trattamento dell'aria e la climatizzazione.

Tuttavia, la condensa nell'involucro dell'edificio (pareti, tetti, finestre, ecc.) continua a causare problemi che si ripercuotono sulla finitura (ad es. squamatura della vernice, intonaci che si staccano, macchie di umidità, ecc.), sui fissaggi (ad es. con la corrosione) e sull'efficienza termica di tutte le strutture che realizzano la construzione ma in particolare sulle prestazioni dei materiali isolanti). Le cause della condensa in 5 punti.

Fondamentalmente, ci sono due tipi di dati associati alla formazione di condensa negli edifici: temperatura e umidità. La temperatura, misurata in °C o K, è ben nota.

All'esterno è legata alle condizioni meteorologiche, all'interno, la temperatura dipende dal riscaldamento o raffrescamento dell'edificio e da come l’aria viene trattata. L'umidità è la quantità di vapore acqueo o umidità presente nell'aria.

Il vapore acqueo è la fase gassosa dell'acqua. L'umidità può anche essere espressa come umidità relativa ad una data temperatura (cioè la quantità di vapore acqueo effettivamente presente nell'aria espressa come percentuale della quantità totale di vapore che l'aria può trattenere alla stessa temperatura).

Figura 1: Curva della temperatura

La temperatura passa da 20°C a 0°C gradualmente. In qualsiasi tipo di involucro di edificio, sia che si tratti di una parete molto ben isolata o di una finestra a vetro singolo, è possibile avere qualsiasi temperatura tra i 20°C e gli 0°C. Vi è, cioè, una curva della temperatura. Sappiamo dove inizia e finisce questa curva. Le variazioni di temperatura dipendono dalle qualità termiche e dallo spessore dei materiali utilizzati per costruire l'involucro dell'edificio (vedere Figura 1).

Ad esempio, nel caso dei tetti, si verificherà una variazione di temperatura maggiore in un materiale isolante di 20 cm di spessore rispetto ad una soletta in calcestruzzo di 20 cm di spessore, poiché quest'ultima è meno efficiente in termini di resistenza termica. Questa curva è indipendente dalle prestazioni termiche complessive dell'involucro, ma dipende piuttosto dalle temperature interne/esterne e dalle prestazioni relative dei materiali costituenti.

Più caldo è il clima, più l’aria può trattenere vapore acqueo. Al contrario, più freddo è il clima, meno vapore acqueo può trattenere l'aria. Ciò è dovuto alla cosiddetta pressione di vapore: le molecole d'acqua, o le molecole di vapore acqueo, presenti nell'aria sono tenute insieme da questa pressione.

Nell'aria fredda, la massima pressione di vapore possibile è inferiore a quella dell'aria calda. Pertanto, più molecole d'acqua possono essere assorbite nell'aria calda. L'acqua ha la proprietà di evaporare da una superficie con calore crescente. Più alta è la temperatura dell'aria, maggiormente le molecole d'acqua evaporano.

Ad una data temperatura, l'aria è satura quando contiene la massima quantità di vapore acqueo che può mantenere a quella temperatura (cioè l'umidità relativa è pari al 100%). Oltre tale temperatura, il vapore acqueo diventa liquido (cioè condensa). Per una data quantità di vapore acqueo all'interno di un dato volume d'aria, esiste una temperatura alla quale l'aria si satura e dove inizia a formarsi la condensa. Questo fenomeno è noto come temperatura del punto di rugiada.

Esempi:

In un'aula, dove gli studenti hanno traspirato e respirato tutta la mattina (cioè producendo vapore), la quantità di vapore acqueo nell'aria e la temperatura dell'aria saranno aumentate, e ad un certo punto, quel vapore si condenserà a contatto con il vetro della finestra, la cui temperatura è più fredda dell'aria nell'aula.

I problemi di condensa sui tetti o sulle pareti in inverno (ad es. controsoffitti umidi, corrosione prematura, gocce d'acqua che cadono sul pavimento a seguito di improvvisi abbassamenti della temperatura esterna) non sono rari nelle scuole, che sono particolarmente soggette a sporadica umidità elevata in presenza di fredde temperature esterne.
Quando l'acqua calda esce dal rubinetto, la quantità di vapore e la temperatura aumentano, causando l'appannamento dello specchio.
In estate, estraendo una bottiglia dal frigorifero si forma della condensa sulla parte esterna della bottiglia.
Al mattino, a volte troviamo ghiaccio sul parabrezza dell'auto. Poiché il parabrezza è più freddo dell'aria esterna, e data la presenza di vapore acqueo nell'aria e il calo di temperatura, il vapore non solo si condensa, ma congela anche a temperature sotto zero.

Nelle pareti, se l'umidità interna continua a migrare verso l'esterno, incontrerà temperature sempre più fredde, e può quindi condensarsi se fa abbastanza freddo all'esterno. Ciò porterà alla formazione di condensa. Questa condensa può influire sulle prestazioni energetiche, danneggiare gli elementi delle pareti, gli elementi di fissaggio, ecc.

Figura 2: Trasferimento dell'umidità attraverso una parete

Quando la densità del vapore acqueo è più alta su un lato di una parete che sull'altro, questa parete sarà soggetta a una parziale pressione di vapore. Secondo Aristotele, "la natura aborre il vuoto", e a seconda della permeabilità al vapore della parete, il vapore acqueo migrerà più o meno nella parete per raggiungere l'esterno. In alcuni casi c'è il rischio che il vapore, se soggetto a temperature sempre più fredde durante la migrazione verso l'esterno, raggiunga quello che viene comunemente chiamato "punto di rugiada".

L'aria può assorbire più vapore acqueo con l'aumentare della temperatura. Quando la temperatura di un materiale da costruzione o l'aria scendono a un punto tale da raggiungere il 100% di umidità relativa, il vapore acqueo in eccesso precipita sotto forma di acqua di condensa. L'intervallo limite è detto punto di rugiada.

Gli edifici ben isolati devono essere costruiti in modo tale che la temperatura del punto di rugiada all'interno dell'edificio non scenda al di sotto dell'intervallo limite (ad esempio, per evitare ponti termici). In questo modo si evita la formazione di acqua di condensa e il conseguente danneggiamento dell'edificio o la formazione di muffe.

Il diagramma di Mollier (Figura 3) mostra lo stato dell'aria in relazione alla temperatura e all'umidità dell'aria: in ascissa è rappresentata la temperatura e in ordinata l'umidità assoluta dell'aria. Le curve mostrano l'umidità relativa (U.R.) dell'aria (in %), che è il rapporto tra il contenuto effettivo di vapore acqueo dell'aria e la sua capacità di vapore acqueo (cioè la quantità massima di vapore acqueo che l'aria può trattenere) a quella temperatura. L'umidità relativa è quindi di circa il 50% quando la temperatura dell'aria è uguale 0°C (1,88 g/kg di aria secca) ma anche a 20°C (7,26 g/kg di aria secca).

La curva di saturazione dell'aria corrisponde alla curva dell'umidità relativa del 100%. È a questo punto che inizia a formarsi la condensa. Ad esempio, a 20°C, l'aria è satura quando il livello di umidità è uguale a 14,7g/kg di aria secca. A 0°C, l'aria è satura quando il livello di umidità è uguale a 3,77g/kg di aria secca. Queste due figure illustrano la possibile entità della condensa.

Il punto di rugiada indica la temperatura alla quale l'aria è satura di vapore acqueo. È a questo punto che inizia a formarsi la condensa. Ad esempio, in un rivestimento del tetto o della parete interna (Figure 4 e 5), si forma condensa se il vapore acqueo interno è in grado di migrare nell'isolamento in inverno e se raggiunge la temperatura del punto di rugiada. Questo è ciò che i buoni sistemi costruttivi devono evitare.

Figura 3: Diagramma di Mollier

Figura 4: Rivestimenti per umidità e pareti interne

Figura 5: Condensa e tetti freddi

Il diagramma del punto di rugiada viene utilizzato per determinare le temperature del punto di rugiada e per comprendere meglio gli aspetti importanti associati alla condensa, al fine di garantire la durata degli edifici. È possibile trovare convertitori facili da usare su Internet.

Esempio 1: stato dell'aria interna, T = 21°C, 50% U.R. Il livello di umidità è uguale a 7,7g/kg di aria secca. Per questo valore, incrociamo la curva dell'umidità relativa del 100% dove T = 10,2°C, che corrisponde alla temperatura del punto di rugiada per questo stato dell'aria.
Esempio 2: stato dell'aria interna T = 15°C, 70% U.R. Il livello di umidità è uguale a 7,41 g/kg di aria secca. Per questo valore, l'umidità relativa è del 100% quando T raggiunge i 9,6°C, che corrisponde alla temperatura del punto di rugiada per questo stato dell'aria.
Esempio 3: stato dell'aria interna di una piscina, T = 26°C e 65% U.R. Il livello di umidità è uguale a 14,5g/kg e a questo livello la temperatura di rugiada è T = 19,8°C; questa temperatura dimostra quanto sia cruciale il problema della condensa nelle piscine e in tutte le zone umide (cucine, spogliatoi-docce, ecc.).