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Cosa descrive davvero l’emissività

L’emissività compare in ogni scheda tecnica di un rivestimento isolante, di solito come un piccolo numero tra 0 e 1. Ciò che descrive è definito con precisione. Ciò che ne consegue per un elemento costruttivo dipende invece dalla geometria — ed è proprio qui che, nella pratica, le cose diventano poco rigorose.

La definizione è racchiusa in una potenza

Ogni superficie al di sopra dello zero assoluto emette calore sotto forma di radiazione elettromagnetica. Quanto, lo descrive la legge di Stefan-Boltzmann:

M = ε · σ · T4  [W/m²]

σ è la costante di Stefan-Boltzmann, pari a 5,67 · 10−8 W/(m²·K4), T la temperatura assoluta in kelvin. L’emissività ε è adimensionale e indica quale quota della radiazione di un corpo nero ideale la superficie emette effettivamente.

Da qui derivano subito due conseguenze:

  • La quarta potenza è il termine decisivo. Tra 20 °C (293 K) e 5 °C (278 K) ci sono solo 15 kelvin di differenza, ma il flusso radiativo cambia di circa il 20 %. Sulle superfici industriali a 200 °C e oltre la differenza diventa drammatica — lì l’irraggiamento è la via di dispersione dominante.
  • Alla stessa lunghezza d’onda, ε e assorbività sono identici. È la legge di Kirchhoff sull’irraggiamento. Una superficie che irradia male, alla stessa lunghezza d’onda assorbe altrettanto male.

Valori tipici, e perché sorprendono

Superficie ε (onda lunga)
Corpo nero (modello) 1,00
Intonaco minerale, muratura, legno da 0,90 a 0,95
Pittura a dispersione, indipendentemente dalla tonalità circa 0,90
Vetro per finestre, non rivestito circa 0,84
Rivestimento Low-E su vetro da 0,03 a 0,17
Foglio di alluminio non trattato da 0,03 a 0,05

Il valore più importante di questa tabella è il secondo. Quasi tutti i materiali da costruzione si collocano intorno a 0,9. Un mattone, un intonaco di calce e cemento e una pittura murale bianca non si differenziano praticamente nell’emissività a onda lunga.

E un punto che genera regolarmente confusione: la tonalità del colore visibile non dice nulla sull’emissività a onda lunga. Una pittura a dispersione nera e una bianca si collocano entrambe intorno a 0,9. La tonalità influenza l’assorbività a onda corta, cioè l’assorbimento della radiazione solare — una grandezza completamente diversa, per una lunghezza d’onda completamente diversa.

Dove un’emissività bassa produce un effetto dimostrabile

Esistono tre applicazioni ben documentate, che hanno un elemento in comune: la superficie con ε basso si trova di fronte a un’intercapedine d’aria o a un forte gradiente di temperatura.

Vetrocamera

Nell’intercapedine tra i vetri di una vetrata doppia, una parte consistente del flusso di calore viaggia come irraggiamento tra le due superfici vetrate. Uno strato basso emissivo (Low-E) sulla lastra rivolta verso l’interno riduce drasticamente questa quota. L’effetto è ampio, misurabile e disciplinato dalla norma di prodotto — il passaggio dal vetro non rivestito alla vetrocamera basso emissiva è uno dei maggiori salti compiuti dalla fisica delle costruzioni negli ultimi decenni.

Barriere radianti davanti a uno strato d’aria

Un rivestimento in foglio di alluminio funziona come barriera radiante solo se davanti a esso è presente uno strato d’aria in quiete. Se lo stesso foglio viene laminato direttamente o annegato nell’intonaco, l’effetto scompare del tutto: senza intercapedine d’aria non c’è scambio radiativo da ridurre, e il flusso di calore continua a propagarsi per conduzione.

È l’errore applicativo più frequente in questo campo — ed è il motivo per cui la configurazione di montaggio deve essere sempre indicata in ogni verifica.

Superfici calde nell’impiantistica

In tubazioni, serbatoi e caldaie con temperature superficiali nettamente superiori alla temperatura ambiente, a causa della quarta potenza domina la quota di irraggiamento. È qui che un rivestimento a bassa emissività trova il suo campo di applicazione classico.

Dove le cose si complicano sull’elemento costruttivo

Sulla superficie interna di una parete la situazione è diversa rispetto all’intercapedine tra i vetri, per un motivo semplice: irraggiamento e convezione vi agiscono in parallelo, e la norma riunisce entrambi in un unico valore.

La resistenza termica superficiale interna Rsi, con il valore normato di 0,13 m²K/W, non è una grandezza puramente radiativa. Comprende la quota convettiva — il movimento dell’aria lungo la parete — così come lo scambio radiativo con le altre superfici del locale. Chi riduce la quota di irraggiamento modifica Rsi, ma non nella proporzione che un calcolo puramente radiativo lascerebbe supporre.

A ciò si aggiunge che lo scambio radiativo avviene tra la parete e le altre superfici dello stesso ambiente, non verso lo spazio esterno freddo. La differenza di temperatura è quindi piccola — pochi kelvin invece dei 25 kelvin con cui calcola la verifica secondo la DIN 4108-2. Ed è proprio questa piccola differenza a entrare nella quarta potenza.

Cosa ne consegua per la temperatura superficiale di una specifica stratigrafia di parete non si può dire in modo generico. Dipende dal rapporto tra le resistenze nell’intero elemento costruttivo, dalla geometria del locale e dall’uso. Una percentuale senza la relativa stratigrafia di parete non è quindi un’informazione utile.

Cosa significa questo per una scheda tecnica

Tre domande da porre a ogni valore di emissività dichiarato:

  1. Per quale intervallo di lunghezze d’onda vale il valore? A onda lunga (radiazione termica a temperatura ambiente) o solare (a onda corta)? Sono entrambi valori di ε, ma descrivono fenomeni diversi e hanno ordini di grandezza diversi.
  2. Con quale metodo è stato misurato? Per l’emissività a onda lunga è consueta la misurazione secondo la norma EN 15976 oppure con emissometro secondo ASTM C1371. Un valore senza indicazione del metodo non è verificabile.
  3. Verso quale superficie e a quale distanza? Senza la configurazione di montaggio lo scambio radiativo non si può calcolare — e senza intercapedine d’aria, probabilmente non esiste affatto.

E il valore U?

Per i requisiti previsti dalla legge tedesca sull’efficienza energetica degli edifici (GEG) e per i programmi di incentivazione non conta l’emissività, bensì il valore di calcolo della conducibilità termica secondo la DIN 4108-4, un’omologazione edilizia generale tedesca, una Valutazione Tecnica Europea o una norma di prodotto armonizzata. Un valore ε basso non sostituisce questa prova, per quanto plausibile possa apparire la fisica che vi sta dietro.

Chi, nel colloquio con il cliente, argomenta facendo leva sull’emissività, argomenta quindi su un effetto fisico reale — ma non su una grandezza con cui si possa motivare una domanda di incentivo.


Fonti

  • Legge di Stefan-Boltzmann e legge di Kirchhoff sull’irraggiamento — fondamenti della trasmissione del calore
  • DIN EN ISO 6946 — Resistenza termica e trasmittanza termica, resistenze termiche superficiali
  • DIN 4108-2 — Requisiti minimi di isolamento termico, condizioni al contorno della verifica
  • DIN 4108-4 — Valori di calcolo per la protezione termica e dall’umidità
  • DIN EN 15976 — Determinazione dell’emissività; ASTM C1371 — metodo dell’emissometro
  • Legge tedesca sull’efficienza energetica degli edifici (GEG) e FAQ BEG-EM sul riconoscimento delle prove del valore U

Questo articolo descrive relazioni fisiche generali. Non contiene alcuna affermazione sull’effetto di un prodotto specifico. Ciò che è stato misurato su singoli edifici, con le relative condizioni al contorno, è riportato nella pagina Referenze e misurazioni.