sabato 3 dicembre 2011

Il fattore di forma e le dispersioni termiche

Il fattore di forma in termotecnica è il rapporto tra la superficie esterna (S) di un corpo (ad esempio un edificio) ed il volume in esso racchiuso (V).
fattore di forma coefficiente rapporto S/V
Fattore di Forma = S/V

Si tratta di un parametro estremamente importante perché, mettendo in relazione due semplici caratteristiche geometriche, è capace di esprimere l'attitudine di un corpo a disperdere il calore contenuto al suo interno.





Il calore (Q), infatti, si disperde attraverso la superficie (S) a contatto con l'esterno (Q S). Quanto più è estesa tale superficie in relazione al volume e tanto maggiore sarà la dispersione termica specifica (per unità di volume).

S/V ∝ Q/V

fattore di forma coefficiente rapporto S/V
Le strutture più compatte (meno articolate) hanno fattori di forma minori e sono quindi da preferire per trattenere il calore. L'ideale sarebbe un'edificio sferico che, a parità di volume, tra tutte le geometrie è quella col minor rapporto S/V (il problema oltre che a costruirlo sarà poi arredarlo, sempre che non rotoli via!).

Si verifica inoltre che, a parità di morfologia costruttiva, il fattore di forma decresce all'aumentare delle dimensioni. La superficie infatti varia con il quadrato della sua dimensione [ m2 ] mentre il volume varia con il cubo [ m].
fattore di forma coefficiente rapporto S/V


Il fattore di forma, inoltre, può essere ridotto limitando l'estensione delle superfici in contatto con l'esterno. Costruzioni contigue ed addossate beneficiano di questo accorgimento.

Caso A
Consideriamo una casa completamente indipendente e confrontiamola con un appartamento in un condominio.
fattore di forma coefficiente rapporto S/V
Come evidenziato dai flussi Q di calore la dispersione termica è il doppio per la casa indipendente. Il medesimo risultato si ottiene dal confronto dei due fattori di forma.

Fattore di forma casa indipendente: S/V = 6/a
Fattore di forma appartamento in condominio: S/V = 3/a

Caso B
Consideriamo due appartamenti nel medesimo condominio, il primo posto in un piano intermedio, il secondo situato all'ultimo piano.
fattore di forma coefficiente rapporto S/V

Il primo appartamento risulta maggiormente isolato.
Fattore di forma appartamento in condominio in posizione intermedia: S/V = 2/a
Fattore di forma appartamento in condominio all'ultimo piano: S/V = 3/a


Il fattore di forma, in edilizia, consente di confrontare il comportamento termico di soluzioni costruttive morfologicamente diverse prescindendo da tutte le altre caratteristiche quali isolamento termico e condizioni climatiche.

Per riassumere quanto osservato possiamo affermare che le strutture maggiormente indicate per contenere le dispersioni di calore sono:
  • le costruzioni di grandi dimensioni
  • le costruzioni compatte
  • le costruzioni che, in quanto contigue ad altre strutture, limitano l'estensione delle superfici in contatto con l'esterno
Questo diverso comportamento termico legato alla sola morfologia di un corpo è ampiamente sfruttato in altri ambiti tecnologici (i dissipatori termici, ad esempio, sono realizzati massimizzando la superficie disperdente al contrario di quanto avviene per i boiler) ed anche in natura.

Si osserva ad esempio che gli animali a sangue caldo (omeotermi) come i mammiferi e gli uccelli, dovendo garantire una certa temperatura corporea, non sono esseri particolarmente minuti. Quelli che vivono in climi rigidi sono di grossa stazza e tozzi.

A volte, per resistere al freddo, basta solo modificare il fattore di forma...
fattore di forma coefficiente rapporto S/V




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