di Mason Knowles
Per decenni, i progettisti di soffitte e spazi vuoti hanno usato la ventilazione incrociata per minimizzare il potenziale di accumulo di umidità e condensa. Tuttavia, stimolati dalle recenti affermazioni sul risparmio energetico e sul controllo dell’umidità, i sottotetti non ventilati sono diventati popolari nelle applicazioni residenziali e commerciali. Mentre questi sottotetti possono essere usati in molte circostanze, questo autore ritiene che ci siano ragioni per usare assemblaggi ventilati in molte situazioni.

I metodi tradizionali di materiali isolanti e di progettazione richiedono l’uso della circolazione dell’aria all’interno del sottotetto per aiutare ad asciugare l’umidità in eccesso. Nei climi di riscaldamento e raffreddamento, questa umidità potrebbe potenzialmente viaggiare attraverso l’isolamento in fibra nelle cavità dell’edificio.

Il rimedio tradizionale a questa bagnatura è quello di rallentare l’afflusso di aria carica di umidità nella cavità utilizzando un ritardatore di vapore interno e ventilando la cavità del tetto verso l’esterno per facilitare il trasporto dell’umidità (cioè l’asciugatura).

Se fatto correttamente, lo sfiato della soffitta può ridurre il potenziale di condensa in inverno ed estate. Durante l’inverno, la causa principale dei problemi di umidità della soffitta deriva dall’infiltrazione di aria calda e umida nello spazio della soffitta dalle aree abitate e dalla condensazione sulle superfici fredde. Questo può essere intensificato quando luci, tubi, sfiati e altre penetrazioni attraversano il pavimento del sottotetto. Troppo spesso, i condotti di ventilazione meccanica da bagni, cucine o lavanderie depositano l’aria calda e umida nel sottotetto invece che all’esterno dell’involucro dell’edificio.

Una combinazione di sigillatura dell’aria e isolamento del pavimento del sottotetto mentre si fornisce la ventilazione riduce notevolmente il potenziale di condensazione, poiché è meno probabile che l’aria calda e umida entri nello spazio e si condensi sulle superfici fredde. Di conseguenza, l’aria più fresca e meno umida proveniente dall’esterno può essere aspirata dalle prese d’aria dell’intradosso del tetto e fluire fino alle prese d’aria del tetto o del colmo, sostituendo l’aria umida più calda che può essersi infiltrata nel sottotetto.

In estate, l’aria calda e umida viene principalmente dall’esterno dell’edificio. Come tale, sembrerebbe che ventilare il sottotetto aumenterebbe il potenziale di condensazione. Tuttavia, il contrario è vero se il pavimento del sottotetto è sigillato e isolato.

Anche quando l’aria esterna è calda e umida, se il sottotetto è sigillato dall’interno, è molto più caldo dell’aria esterna. Più l’aria è calda, più umidità (cioè l’umidità assoluta) lo spazio d’aria può trattenere. Perciò, sostituire l’aria più calda del sottotetto con aria esterna più fredda – anche con un’umidità relativa (RH) considerevolmente più alta – tende ad asciugare lo spazio, minimizzando il potenziale di condensazione.

Come dimostra la Figura 1, se l’aria esterna è 32 C (90 F) e 70% RH, è più secca dello spazio interno del sottotetto che è 43 C (110 F) al 40% o più RH.

Questo design è meno efficiente quando l’attrezzatura HVAC e le tubature sono nel sottotetto. In questi casi, i sistemi hanno più difficoltà a mantenere la temperatura desiderata. L’aria nei condotti ha difficoltà a mantenere la temperatura quando lo spazio è troppo caldo o freddo e deve estendersi per lunghi tratti. Nei climi moderati, questo non rappresenta un problema significativo. Tuttavia, in ambienti più estremi, sia caldi che freddi, può essere un problema.

Per esempio, a seconda del colore del tetto e dell’orientamento al sole, la temperatura dell’aria della soffitta può superare i 55 C (131 F) quando fuori è meno di 38 C (100 F). Questo interno caldo può far lavorare molto di più i condotti e l’attrezzatura HVAC per ridurre la temperatura a livelli confortevoli. Questo è più pronunciato se i condotti hanno delle perdite e le apparecchiature HVAC aspirano l’aria dal sottotetto stesso. Inoltre, se le superfici esterne dell’attrezzatura HVAC o delle condutture raggiungono i 26 C (79 F), è necessario solo il 21% di UR per causare la condensazione.

Sottotetti non ventilati
I sottotetti non ventilati si basano su un isolamento impermeabile all’aria installato sul lato inferiore della copertura del tetto (cioè il soffitto del sottotetto) per impedire all’umidità trasportata dall’aria di raggiungere una superficie fredda e condensarsi all’interno dell’involucro dell’edificio. In questo design, l’isolamento separa efficacemente gli spazi interni ed esterni rallentando il flusso di umidità in modo che il punto di rugiada non venga raggiunto all’interno dell’involucro dell’edificio.

I due prodotti più spesso usati in un assemblaggio di sottotetto non ventilato sono la schiuma poliuretanica spruzzata a media e bassa densità (SPF).

In costruzioni e climi tipici, le tabelle del codice edilizio possono essere seguite quando si usa la SPF come isolamento e tenuta all’aria. Tuttavia, nei casi in cui l’impulso del vapore si muove costantemente in una direzione – come nel caso di applicazioni in celle frigorifere o piscine – è prudente condurre una modellazione igrotermica o dei calcoli per determinare se il progetto proposto è adatto all’applicazione.

Densità media
I calcoli dell’umidità dei gruppi di edifici (cioè la modellazione igrotermica) e le osservazioni sul campo dimostrano una densità media (ad es.La schiuma PU a media densità (cioè 2 pcf) elimina il potenziale di condensazione nella maggior parte delle zone climatiche e delle situazioni senza ventilazione o elementi aggiuntivi di ritenzione del vapore.

Secondo ASTM E96, Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials, la schiuma PU a media densità ha una valutazione perm di circa 1,5 a 3,0 per 25 mm (1 pollice) e un valore R di circa 1,05 per 25 mm (6,0 per 1 pollice). È stato anche testato per funzionare come un isolante impermeabile all’aria.1 Questa combinazione di bassa permeabilità, alto valore R per pollice e caratteristiche di barriera all’aria rallenta efficacemente il flusso di vapore, separa l’ambiente esterno da quello interno ed elimina l’introduzione di aria carica di umidità.

Le proprietà fisiche e le caratteristiche prestazionali della schiuma PU a spruzzo permettono la progettazione di sottotetti e vespai non ventilati con un potenziale minimo di condensazione all’interno.

Bassa densità
La modellazione igrotermica dei gruppi di edifici e le osservazioni sul campo dimostrano che la schiuma PU a spruzzo a bassa densità può essere usata in climi caldi e misti senza un ulteriore elemento ritardante del vapore. Tuttavia, nei climi più freddi, è necessario un elemento ritardante di vapore aggiuntivo per prevenire il potenziale di condensazione.

La schiuma PU a bassa densità ha un valore di permeazione compreso tra 8 e 15 per 76,2 e 127 mm (da 3 a 5 pollici) e un valore R di circa 0,616 per 25 mm (3,5 per 1 pollice). Quando viene testata come parte di un assemblaggio, la schiuma PU a bassa densità può essere un’efficace barriera d’aria.

Il risultato è che le proprietà fisiche della schiuma PU a bassa densità separano efficacemente le temperature interne ed esterne e minimizzano le infiltrazioni d’aria, ma permettono un tasso di trasmissione del vapore acqueo più elevato rispetto alla schiuma PU a media densità. Questo facilita la progettazione di sottotetti non ventilati in climi caldi e misti senza un ulteriore ritardatore di vapore, ma richiede un ulteriore elemento ritardatore di vapore in regioni più fredde.

Entrambi questi sistemi hanno un costo elevato – tipicamente da due a tre volte il prezzo di un sottotetto ventilato in fibra di vetro soffiata o in cellulosa.

Moderno design residenziale consiste di elevazioni che possono creare vari spazi sottotetto all’interno dello stesso edificio. Per esempio, la casa di questo autore ha uno spazio sottotetto accessibile con una porta standard al secondo piano e una sezione superiore che può essere raggiunta solo attraverso una botola a soffitto. Anche gli abbaini sono attaccati, il che rende estremamente difficile l’isolamento come gruppo non ventilato. Inoltre, una parte della soffitta è sopra un ponte esterno mentre altre sezioni sono sopra lo spazio interno della casa. Forni, condotti e attrezzature per l’aria condizionata (AC) corrono in tutti gli spazi sottotetto su tutti i livelli, eccetto gli abbaini e lo spazio sopra il ponte esterno.

Quando si è determinato come isolare questo spazio sottotetto, sono stati presi in considerazione vari assemblaggi ed è stata pianificata una combinazione ibrida di spazio sottotetto ventilato e non ventilato.

Gli abbaini e lo spazio sottotetto sopra il portico esterno sono stati sigillati dal resto del sottotetto facendo una parete di compensato, poi isolando la parete con SPF a cellule chiuse. In seguito, la schiuma poliuretanica a cellule chiuse è stata installata anche nella parte inferiore della copertura del tetto.

Codici edilizi e sottotetti
Dal 2004, i supplementi dell’International Code Council (ICC) all’International Residential Code (IRC) indicano che i sottotetti non ventilati sono stati accettati dai codici edilizi nelle applicazioni residenziali, ma non commerciali. L’IBC richiede la ventilazione nelle soffitte e negli spazi vuoti e non affronta il concetto di sottotetto non ventilato. Tuttavia, molti funzionari del codice edilizio hanno accettato i sottotetti non ventilati caso per caso, quando sono state presentate prove convincenti – come la modellazione igrotermica dei gruppi proposti – che il gruppo funzionerà correttamente. I requisiti sono cambiati leggermente nel corso degli anni, ma molti degli elementi sono rimasti gli stessi.

Il supplemento ICC del 2007, International Energy Conservation Code (IECC) 202, “General Definitions”, ha introdotto tre nuove classi di ritardatori di vapore:

• Classe I: 0,1 perms o meno;
• Classe II: 0.1 a 1 perm;
• Classe III: 1,0 a 10 perms.

La schiuma PU a media densità con spessore da 51 a 76 mm (da 2 a 3 pollici) rientra tipicamente nella categoria Classe II, mentre la schiuma PU a bassa densità con spessore da 89 a 140 mm (da 3,5 a 5,5 pollici) rientra nella categoria Classe III.

Le classi di ritardatori di vapore sono importanti per specificare correttamente gli assemblaggi per mansarde non ventilate. Le qualifiche per i sottotetti non ventilati sono elencate nella sezione IRC R806.4, “Sottotetti non ventilati”. Richiede che siano soddisfatte le seguenti condizioni:

• è completamente contenuto all’interno dell’involucro termico dell’edificio;
• non sono installati ritardatori di vapore interni sul lato del soffitto (cioè il pavimento del sottotetto);
• almeno 6,3 mm (1/4 in.) di spazio d’aria ventilato separa qualsiasi tegola o scaglia di legno e il sottotetto sopra la guaina strutturale; e
• per le zone climatiche 5, 6, 7 e 8 di IECC, l’isolamento impermeabile all’aria è un ritardatore di vapore, o un ritardatore di vapore è installato a diretto contatto con l’isolamento (questo si applica alla schiuma PU a bassa densità).

A seconda dell’impermeabilità all’aria dell’isolamento direttamente sotto la guaina strutturale del tetto, la sezione IRC richiede anche una di queste condizioni:

• solo l’isolamento impermeabile all’aria (cioè Oltre all’isolamento permeabile all’aria installato direttamente sotto la guaina strutturale del tetto, un pannello rigido impermeabile o un foglio isolante deve essere installato direttamente sopra la guaina strutturale del tetto come specificato nella Tabella 8 (Figura 2) per il controllo della condensazione; oppure
• l’isolamento impermeabile all’aria deve essere installato sul lato inferiore della guaina del tetto come specificato nella Tabella R806.4 per il controllo della condensazione, mentre l’isolamento permeabile all’aria deve essere installato direttamente sul lato inferiore dell’isolamento impermeabile all’aria.

(Questa sezione si applica ai sistemi flash and batt dove uno strato di schiuma PU a cellule chiuse è installato sul lato inferiore della copertura del tetto e un altro isolamento come la fibra di vetro è installato direttamente sulla schiuma PU a cellule chiuse.)

Problemi con i sottotetti non ventilati
L’accettazione del concetto di sottotetti e vespai non ventilati ha generato qualche preoccupazione da parte di chi non ha familiarità con le proprietà fisiche e le capacità di controllo dell’umidità della schiuma PU a spruzzo. Una preoccupazione comune sentita quando si specifica la schiuma PU a spruzzo in questi spazi è che la schiuma a cellule chiuse installata sul lato inferiore delle coperture in legno porti alla putrefazione perché le perdite non vengono rilevate a causa della resistenza all’acqua del poliuretano. Tuttavia, la schiuma a celle chiuse respinge l’acqua liquida. Sigilla le crepe e le fessure della copertura in legno in modo che l’acqua che supera il sistema di copertura rimanga in cima alla copertura in legno. La gravità poi la porta giù verso il bordo dell’edificio e fuori dal tetto.

Se la superficie esterna del legno è bagnata quando la schiuma è installata, allora l’asciugatura avverrebbe dal lato del tetto verso l’esterno, non attraverso il legno verso la schiuma. Questo sarebbe lo stesso se la schiuma non fosse in posizione. Se il legno è saturo, la migliore pratica del settore richiede di non installare la schiuma. Se la schiuma viene installata su legno bagnato, è evidente per l’applicatore e ci sarebbero celle aperte e densità inferiore, permettendo l’assorbimento dell’acqua nella schiuma. In questo caso, le perdite si manifesterebbero all’interno. Indipendentemente da ciò, un sistema di copertura dovrebbe essere ispezionato regolarmente per rilevare le prove di perdite del tetto e i potenziali danni al tetto. L’isolamento in schiuma non rende i danni più difficili da individuare.

Nei climi più freddi, la schiuma PU a spruzzo può ridurre il potenziale di formazione di ghiaccio. Impedisce all’aria calda di raggiungere la parte inferiore del tetto, dove potrebbe sciogliere la neve, causando lo scorrimento dell’acqua verso il basso e il ricongelamento nella grondaia. È importante estendere l’isolamento oltre la parete interna dei montanti lungo lo spazio dell’intradosso. Se le intercapedini non sono sigillate nella parte superiore della parete, l’aria calda può riscaldare la parte inferiore della copertura del tetto e causare potenzialmente delle dighe di ghiaccio nei climi freddi.

Un’altra preoccupazione è che i sottotetti non ventilati con l’isolamento installato sul lato inferiore della copertura del tetto causino temperature delle tegole eccessivamente alte, riducendo l’aspettativa di vita delle tegole.

Alcuni produttori di tegole d’asfalto escludono specificamente le garanzie basate su “un’inadeguata ventilazione della soffitta”. Tuttavia, altri permettono l’uso della schiuma PU a spruzzo installata sul lato inferiore della copertura del tetto in sottotetti non ventilati nelle loro garanzie.

Studi ingegneristici condotti da Carl Cash (ex presidente del comitato ASTM D08 per le coperture) hanno esplorato la premessa della ventilazione del sottotetto e il suo effetto sulla temperatura delle tegole rispetto ad altri fattori che potrebbero influenzare la temperatura delle tegole. Secondo Cash:

La ventilazione del sottotetto riduce la temperatura media del tetto di -1,75 C (5 F), che è un terzo dell’influenza del colore delle tegole, dell’aspetto del tetto (direzione della faccia) e 1/36 dell’influenza della posizione geografica.

Un’altra preoccupazione spesso citata è che, poiché la schiuma a spruzzo a cellule chiuse è un ritardante di vapore, non può essere usata in climi caldi e umidi, in quanto impedisce al vapore acqueo di entrare e uscire dall’assemblaggio.5 a 3,0 per 25 mm (1 in.) e un valore R di circa 1,05 per 25 mm (6,0 per 1 in.) Questa combinazione permette un flusso di vapore acqueo controllato, mentre separa gli ambienti interni ed esterni. Il risultato è un migliore controllo della condensazione all’interno dell’involucro dell’edificio, a condizione che ci sia un isolamento SPF sufficiente a prevenire la condensazione. Nella maggior parte delle applicazioni, da 12,7 a 25 mm (da 0,5 a 1 pollice) di schiuma PU a spruzzo saranno sufficienti nei climi caldi e misti, mentre da 38 a 63,5 mm (da 1,5 a 2,5 pollici) sono necessari nelle regioni più fredde. Va notato che i calcoli di modellazione igrotermica sono raccomandati quando si verificano condizioni atipiche, come ambienti estremi e costruzioni o design insoliti.

Quando si usa un sistema di isolamento ibrido, come la schiuma spray a celle chiuse coperta da un isolamento in fibra di vetro o cellulosa, è necessario uno spessore maggiore di schiuma a celle chiuse per ridurre il potenziale di condensazione.

Un’altra questione sull’uso della schiuma spray è cosa succede quando un applicatore spruzza involontariamente la schiuma sul legname bagnato, in particolare sui membri della struttura. Sono state condotte ricerche sull’installazione della schiuma PU a spruzzo su legname bagnato. Il libro del Dr. Mark Bomber, Spray Polyurethane Foam in External Envelopes of Buildings, riporta una ricerca condotta sull’argomento. Questa ricerca dimostra che la schiuma a celle chiuse in condizioni tipiche di costruzione (cioè quando viene installata su un’intelaiatura di legno con un contenuto di umidità dal 28 al 35%) impiega circa 35 giorni per asciugarsi a meno del 19% di umidità rispetto agli 8,5 giorni per asciugarsi senza schiuma attaccata. Ha anche riferito che le qualità di tenuta all’aria della schiuma sono state mantenute.

Tuttavia, questo articolo non ha riportato le conseguenze dell’installazione della schiuma PU a cellule chiuse sul lato freddo di un muro con un gradiente termico costante. Per esempio, in climi nordici estremi o in magazzini frigoriferi, le condizioni risulterebbero in una spinta di umidità costantemente in una direzione, che rallenterebbe l’asciugatura fino al punto in cui potrebbe verificarsi la carie del legno.

In ogni caso, l’industria della schiuma PU a spruzzo non raccomanda di spruzzare la schiuma a celle aperte o chiuse su superfici umide o bagnate perché l’adesione della schiuma ne risentirebbe. Come per le applicazioni di pittura e rivestimento, i substrati che ricevono la schiuma PU a spruzzo di qualsiasi tipo devono essere relativamente asciutti (ad esempio, legno con un contenuto massimo di umidità del 18%). Questo può essere facilmente controllato con un misuratore di umidità. Gli installatori sanno immediatamente se la superficie del legno è bagnata, perché il liquido reagisce con l’umidità, causando una variazione di colore e una scarsa risalita della schiuma.

Conclusione
In conclusione, una taglia non va bene per tutti quando si determina se usare un gruppo sottotetto ventilato o non ventilato. Solo perché qualcosa è popolare o alla moda non la rende la scelta migliore. Le variabili che influenzano la decisione di ventilare o non ventilare includono:

• temperatura e umidità interna ed esterna;
• tipo di HVAC e condotti;
• guida al vapore prevista;
• materiali di costruzione;
• tipo di edificio;
• configurazione della struttura; e
• regole edilizie.

È importante che il progettista prenda in considerazione tutti questi fattori prima di elaborare i piani e fare una raccomandazione finale.

Note
1 Materiali che sono stati testati in conformità con ASTM 283 per consentire meno di 2 L/m2 di aria a 75 kPa. (torna all’inizio)

Mason Knowles è presidente della Mason Knowles Consulting LLC, specializzata nel fornire formazione/addestramento, risoluzione di problemi applicativi, servizi e articoli tecnici e presentazioni specifiche per il settore della schiuma a spruzzo. Ha 42 anni di esperienza nel settore della schiuma a spruzzo come appaltatore, produttore di schiuma poliuretanica a spruzzo (SPF) e di attrezzature e dirigente di associazioni di categoria. Knowles presiede la sottocommissione ASTM per le coperture in schiuma a spruzzo e il gruppo di lavoro ASTM responsabile di ASTM C 1029, specifica per la schiuma poliuretanica applicata a spruzzo. È un ispettore accreditato dalla Sprayed Polyurethane Foam Association (SPFA) per l’edilizia e i tetti e un istruttore dei corsi SPFA per applicatori e ispettori. Knowles è membro di International Code Council (ICC), RCI International, Insulation Contractors Association of America (ICAA), SPFA, Building Enclosure Technology and Environment Council (BETEC) e Roofing Industry Committee on Weather Issues (RICOWI’s) Hurricane and Hail Investigation Teams. Può essere contattato via e-mail all’indirizzo [email protected].

Per leggere la prima barra laterale, clicca qui.

Per leggere la seconda barra laterale, clicca qui.