ThermCAD

ThermCAD è probabilmente il più efficiente e pratico programma di analisi dei ponti termici esistente che unisce la facilità di disegno del CAD alla complessità dei calcoli termotecnici in materia di fisica delle costruzioni. Questo software è realizzato in collaborazione con il celebre centro ricerche tedesco ZUB (Zentrum für Umweltbewusstes Bauen = centro per le costruzioni ecologiche) in associazione con l’università di Kassel (Germania).

E’ sorprendente quanto ThermCAD sia facile da usare e al contempo sofisticato: consente di calcolare con un clic i valori dei coefficienti di trasmittanza termica lineica ψ (psi) e f, conformi alle disposizioni delle norme EN ISO 10211 parte 1, parte 2 e DIN 4108 parte 2.

Le norme dispongono il metodo di calcolo dettagliato dell’analisi dei flussi termici e delle temperature superficiali con riferimento alle normative UNI EN ISO 6946, UNI EN ISO 13788 e DIN 4108 Supplemento 2, oppure, in caso di elementi trasparenti, in base alla normativa UNI EN ISO 10077.

Il procedimento consente dunque di valutare il fattore di rischio di condensa e di muffa sul ponte termico del nodo. L’accuratezza del metodo di calcolo agli elementi finiti è la più elevata possibile e ottiene un margine d’errore solo del 5% contro un margine d’errore del 50% se si prendessero come riferimento solamente i valori di riferimento della norma (i valori della norma sono i limiti da non superare).

Il programma mette dunque a disposizione strumenti diretti per facilitarne il compito e raggiungere rapidamente i risultati.

In sintesi, con la facilità del CAD si disegna il ponte termico da calcolare, ad esempio il nodo di un solaio e di un muro, s’impostano i materiali e con un altro strumento, con una serie di clic, s’impostano le condizioni termiche dei lati interni ed esterni degli elementi appena disegnati.
Un altro clic, et voilà, ThermCAD
esegue la complessità dei calcoli secondo il metodo agli elementi finiti (FEM) in base dunque ad una rete FEM modificabile!

Il tutto può essere presentato con pratici rapporti automatici.

Il programma inoltre include un vero e proprio abaco di ponti termici memorizzati in un catalogo personalizzabile.

ThermCAD è disponibile in due versioni, la versione di Base e la Pro.
La differenza tra i due è sostanzialmente che la Pro calcola anche il coefficiente lineico
f per prevedere le muffe.

Requisiti di sistema: Windows Vista/7/8/10

In questo video d’esempio viene eseguito ciò che è stato riassunto poc’anzi disegnando la sezione di un nodo tra un muro e il solaio:

Fase 1: il disegno dello stato di fatto del ponte termico da calcolare

Lo strumento elemento costruttivo non è altro che uno oggetto geometrico da disegno CAD 2D per disegnare la grafica e nel quale impostare un valore per i calcoli.
In altre parole con questo strumento si disegna il poligono che rappresenterà uno strato specifico del muro piuttosto che l’isolamento o quant’altro e disegnare la situazione di fatto del ponte termico da calcolare, in questo caso la sezione del
nodo tra un muro e un solaio.

 

Nelle proprietà degli elementi disegnati dunque va’ attribuita il valore della conducibilità termica lambda del materiale dell’elemento disegnato (vedi finestra di dialogo nell’esempio seguente). Ogni elemento costruttivo definito può essere memorizzato in un proprio catalogo per una prossima volta.

La versione Pro include anche un catalogo di soluzioni costruttive ossia cappotti di pareti, solai, coperture, etc., stratificate già memorizzate frequenti dei consigliate dai produttori di isolanti più importanti a livello europeo. Questo evita il disturbo di reperire ed inserire il valore lambda che il produttore del materiale comunque fornisce.

 

Ecco il catalogo degli elementi costruttivi e delle soluzioni costruttive:

Fase 2: descrivere le condizioni termiche impostando le condizioni perimetrali

Lo strumento condizione al contorno consente di definire le condizioni termiche superficiali delle strutture disegnate in modo che ThermCAD comprenda quale sia il lato interno e quello esterno dell’edificio ma anche quale non preveda lo scambio di calore (adiabatico), e in quali condizioni termotecniche eseguire il calcolo.

Gli strumenti d’inserimento mostrati qui affianco consentono di eseguire questa definizione termica superficiale su un singolo lato o su più lati consecutivi della struttura disegnata.

Nell’esempio qui affianco siamo in presenza di una mansarda riscaldata ed in particolare sta’ per essere definita la condizione “Interno riscaldato – Flusso di calore orizzontale” sul lato inferiore del solaio.

Per selezionare una condizione termica al contorno è sufficiente sceglierla dall’elenco mostrato qui affianco. Per le condizioni al contorno libere è possibile inserire direttamente la descrizione, la temperatura superficiale, il valore Rs (resistenza termica superficiale) e il fattore Fx (fattore di correzione della temperatura).

Per quanto riguarda le temperature superficiali minime degli esterni e quelle massime degli interni, queste sono impostabili nelle proprietà globali del calcolo ψ (psi) e f di ThermCAD.

Fase 3: impostare la direzione del flusso termico

Lo strumento valore U consente di valutare la conduttività termica della struttura disperdente presa in esame nel progetto disegnato. Il flusso attraversa la struttura e considerato che normalmente la direzione di massima del calore viene scambiata perpendicolarmente al bordo del solido, ThermCAD mette a disposizione i due strumenti d’inserimento mostrati qui affianco. L’inserimento libero è utile in presenza di geometrie irregolari dove è possibile impostare manualmente la direzione da valutare mentre quello perpendicolare è lo strumento più usato dato che solitamente si è in presenza di poligoni regolari.

Come si vede dalla finestra di dialogo qui affianco, è possibile personalizzare i valori della conducibilità o conduttività termica (U) e quelli della resistenza alla trasmittanza termica interna (Rsi) ed esterna (Rse) e da un elenco è possibile scegliere diversi fattori di correzione della temperatura (Fx), in riferimento alle normative UNI EN ISO 6946, UNI EN ISO 13788 e DIN 4108 Supplemento 2.

Fase 4: avviare il calcolo del ponte termico

Con un semplice clic sul pulsante ψ e/o f ThermCAD esegue il calcolo secondo il metodo agli elementi finiti (FEM) del coefficiente di trasmittanza termica lineica ψ (psi) e/o f:

Lo strumento punto di temperatura (clicca l’immagine qui affianco) consente rilevare la temperatura in un qualunque punto calcolato della struttura.

Fase 5: stampare le valutazioni calcolate

I risultati del coefficiente di trasmittanza termica lineica ψ (psi) e/o f dei ponti termici calcolati, possono inoltre essere presentati automaticamente con pratici rapporti automatici e possono essere memorizzati in un catalogo di ponti termici personalizzato.

Premendo il pulsante genera rapporto viene automaticamente redatto un rapporto sul ponte termico completo di descrizioni, immagini, commenti, elenco dei materiali usati corredati della legenda grafica nonché sui valori valori ψ (psi) e f calcolati.

I rapporti possono essere stampati ed esportati come file PDF, Excel, Word ed altri formati.

Il Metodo degli Elementi Finiti (FEM = Finite Element Method) è una tecnica numerica atta a cercare soluzioni approssimate a problemi descritti da equazioni differenziali alle derivate parziali, riducendo queste ultime ad un sistema di equazioni algebriche. L’Analisi agli Elementi Finiti (FEA = Finite Element Analysis) è una tecnica di simulazione a computer usata nelle analisi ingegneristiche.

La caratteristica principale del metodo degli elementi finiti è la discretizzazione attraverso la creazione di una rete o griglia (mesh) composta da primitive (elementi finiti) di forma codificata (triangoli e quadrilateri per domini 2D). Su ciascun elemento caratterizzato da questa forma elementare, la soluzione del problema è espressa dalla combinazione lineare di funzioni dette funzioni di base o funzioni di forma (shape functions). In parole molto semplici possiamo sintetizzare e semplificare questo concetto dicendo che la rete FEM è il calcolo complessivo della griglia che a sua volta è il risultato dei singoli calcoli “spezzettati” che sono appunto rappresentate dalle “maglie” della rete (o griglia).

Il calcolo in ThermCAD è totalmente automatico e comporta soltanto la pressione di qualche pulsante secondo il calcolo da eseguire, ψ (psi) e/o f, e la possibilità di personalizzare le “maglie” della rete FEM secondo l’esigenza. Premendo il pulsante genera reta FEM ThermCAD disegna il reticolo per il calcolo agli elementi finiti secondo le impostazioni scelte.

ThermCAD include un vero e proprio atlante di ponti termici memorizzati in un catalogo personalizzabile. In particolare cliccando il pulsante Apri ponte termico da catalogo si può scegliere tra oltre un centinaio di nodi affrontati secondo la norma DIN 4108 supplemento 2 suddivisi in categorie: Solette balconi, Piastre (o platee) di fondazione, Lucernari in falda, Connessioni tra muro interno e copertura, Parapetti finestre, Intradossi/Imbotti finestre, Architravi finestre, Tetti piani, Abbaini, Solai, Scantinati, Solai scantinati, Mini-cassonetti per avvolgibili, Cordoli di banchina coperture, Tetti poggiati su travi di banchina, Cassoni per avvolgibili, Tetti costituiti da puntoni, Terrazze.

Il pulsante Campo di temperatura consente di rappresentare i gradienti calcolati mentre il pulsante Isoterme rappresenta le linee dei gradienti massimali di temperatura che sono connessi a stress termico o a problemi strutturali. Le isoterme sono utili anche per identificare le aree calde o fredde della sezione al fine di predire una degradazione termica o la condensazione. Sia i gradienti del campo di temperatura che le isoterme sono personalizzabili (vedi le finestre di dialogo delle proprietà seguenti).