In anticipo sul futuro. Testo Spa Dario Branchi. Rilievi strumentali a supporto della

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1 Testo Spa Dario Branchi Rilievi strumentali a supporto della diagnosi energetica.

2 Testo è strumenti di Misura e Riferimento Per controlli operativi Termocamera Per analisi di combustione Per misure in continuo Per misure e monitoraggi 2

3 Parliamo di microclima temperatura e umidità: parametri misurabili I termoigrometri sono gli strumenti che si utilizzano in generale per controllare le condizioni di umidità e temperatura dell aria. I termoigrometri elettronici sono dotati di due sensori per la misura in contemporanea del valore di umidità relativa e di temperatura. Tramite queste due misure è possibile calcolare altre grandezze derivate tra cui la temperatura di condensazione dell aria. Questo valore di temperatura prende il nome di punto di rugiada dell aria ed è direttamente confrontabile con la temperatura di una superficie per verificare se sia potenzialmente soggetta a fenomeni di condensa. Mentre all umidità relativa è legato lo scambio di vapore acqueo con i corpi, al punto di rugiada sono legati i problemi di condensazione. 3

4 La struttura del datalogger. Parliamo di monitoraggio : i datalogger I datalogger sostituiscono la carta e l inchiostro con una memoria dati programmabile e scaricabile a PC per la gestione elettronica dei dati in forma di grafici e tabelle Ingresso sensori esterni Convertitore A/D Memoria CPU Sensori incorporati Stampante o PC Real Time Clock Interfaccia seriale RS232 Batteria USB + - Display

5 Parliamo di monitoraggio : Data Acquisition Systems I dati sono disponibili quasi in tempo reale sul PC ed il sistema è in grado di generare allarmi in caso di situazioni critiche che richiedano un intervento specializzato anche quando il luogo sotto monitoraggio non è presidiato. Il sistema è studiato per lavorare in modo indipendente dall eventuale rete di controllo, ad esempio dalla regolazione dei parametri di condizionamento. I dati possono essere trasmessi su bus di campo, su reti LAN o wireless. Onde radio LAN 5

6 Parliamo di microclima misura della velocità dell aria Questo monitoraggio viene eseguito attraverso delle sonde termiche cosiddette a filo o a sfera calda raffreddate dalla ventilazione presente negli ambienti. Possono essere utilizzate anche per valutare la presenza di infiltrazioni di aria da infissi o serramenti. 6

7 Parliamo di microclima la temperatura: effetti di irraggiamento Lo scambio di calore per irraggiamento può essere in termini di potenza scambiata per unità di superficie estremamente intenso, in particolare per alcuni specifici punti. L intensità dell energia trasmessa dipende dal fattore di vista tra gli oggetti e dalle loro temperature. Vi è la possibilità di limitarne gli effetti ad esempio utilizzando luci fredde, o vetri di opportuna emissività, oppure ancora schermando le fonti di calore. Una valutazione dell irraggiamento può essere fatta misurando ad esempio la temperatura radiante media tramite un globotermometro. 7

8 Diagnosi su involucri. Applicazioni di termografia La tecnica termografica ben si adatta ad evidenziare altri problemi strutturali che richiedono interventi di ristrutturazione o migliore isolamento. 8

9 Termografia edile & valutazioni energetiche Termografia: definizioni e principio di misura Dal greco: Scrittura del calore SCIENZA DI ACQUISIZIONE ED ANALISI DI INFORMAZIONI PROVENIENTI DA DISPOSITIVI TERMICI DI RILEVAMENTO SENZA CONTATTO NORMA DI RIFERIMENTO: UNI :2000 Prove non distruttive - Termografia all'infrarosso - Termini e definizioni 9

10 Termografia edile & valutazioni energetiche Termografia: misura o diagnosi? L analisi effettuata con termocamere all infrarosso può essere definita sia quantitativa che qualitativa. Nella maggior parte delle applicazioni di tipo edile è molto più importante la qualità dell immagine che non la accuratezza di misura. Tipica accuratezza di misura 2 C Risoluzione termica <0,08 C Per una corretta diagnosi ed una buona qualità dell immagine è importante una buona risoluzione termica. 10

11 Termografia edile & valutazioni energetiche Le termocamere: elementi principali Ottica Sensore: matrice FPA, numero di pixel QUALITA DELL IMMAGINE Dimensioni display, interpolazione immagine 11

12 Termografia edile & valutazioni energetiche Analisi di involucri edilizi dispersioni e anomalie Dispersioni da cassonetti Calorifero non schermato Uscita aria calda da presa sicurezza 12

13 Termografia edile & valutazioni energetiche Analisi di involucri edilizi verifica di insieme Caloriferi non schermati Elementi portanti 13

14 Termografia edile & valutazioni energetiche Analisi di involucri edilizi verifica di impianti 32.3 C 25.7 C 19.2 C 12.6 C Canna fumaria 6.0 C 72.8 C 56.5 C 40.2 C Pannelli radianti. Visibile e IR 23.8 C 7.5 C Calorifero 14

15 Termografia edile & valutazioni energetiche Analisi di interni ponti termici e problemi di condensazione 24.6 C 20.6 C C 12.5 C 8.5 C Infiltrazioni di aria fredda Ponte termico con area a rischio condensa 15

16 Applicazioni di edilizia : esempio distacchi superficiali Esempio in fase di riscaldamento 16

17 Applicazioni di edilizia : esempio distacchi superficiali Esempio in fase di riscaldamento 17

18 Applicazioni edilizia: ponti termici e dispersioni EDIFICIO SENZA CAPPOTTO EDIFICIO CON CAPPOTTO EDIFICIO SPETTRO DEL VISIBILE EDIFICIO SPETTRO DELL INFRAROSSO 18

19 Applicazioni di edilizia : verifica della struttura Per effetto delle variazioni diverse di temperatura al riscaldamento dell ambiente durante la giornata è possibile evidenziare la struttura sottostante la superficie 19

20 Applicazioni di edilizia : infiltrazioni per perdita di isolamento Infiltrazione su un tetto 20

21 Applicazioni di edilizia : infiltrazioni per perdita di isolamento Infiltrazione su un tetto: immagine TwinPix 21

22 Termografia: infiltrazioni di acqua negli isolamenti Infiltrazione di acqua nell isolamento di un tetto piano 22

23 Controllo tipologia trasparenti verticali Verifica di efficacia vetri basso emissivi o pellicole 23

24 Termografia edile & valutazioni energetiche Altre applicazioni Tracciatura impianti 25.6 C 24.6 C 23.6 C 22.6 C 21.6 C Accumulo di acqua fredda sanitaria 24

25 Termografia edile & valutazioni energetiche Altre applicazioni ricerca perdite 23.3 C 19.2 C 15.1 C 10.9 C 6.8 C Perdita da impianto di riscaldamento 25

26 Diagnosi su involucri. Misura con termoflussimetri Non più un apparecchio qualitatitivo ma quantitativo: valore diretto in W/m2 K 26

27 Determinazione pratica del valore U Modello equivalente elettrico di una parete E possibile modellizzare elettricamente il comportamento di una parete esposta agli estremi alle temperature T i e T e : U { Si suppone T i > T e φ T i φ T i T e T e R=1/U Le temperature T i e T e corrispondono alla tensione, mentre il flusso termico corrisponde alla corrente. La resistenza di parete (inverso della trasmittanza) equivale alla resistenza elettrica. 27

28 Determinazione pratica del valore U Vale quindi anche in questo caso una legge del tutto equivalente alla legge di Ohm, per cui : T = temperatura --- Kelvin (K) U φ = flusso termico --- W / m 2 φ { T i U = trasmittanza della parete --- W / (m 2 K) φ T i T e T e R=1/U T = T i -T e = R φ ovvero U = φ/(t i -T e ) Per poter determinare il valore U una volta note le temperature interna ed esterna è quindi sufficiente misurare il flusso termico che attraversa la parete. 28

29 Metodologie di misurazione del flusso termico Due possibili metodi di misura Metodo della piastra termoflussimetrica Metodo della resistenza liminare (R si ) U { Piastra termoflussimetrica { φ φ T T i T e T i e U T pi Sensori misura temperatura interna di parete R si Rif. Norma ISO9869 Rif. Norma DIN4108 e coefficienti norma UNI EN ISO

30 Metodologie di misurazione del flusso termico Per una misura corretta occorre rispettare almeno alcuni accorgimenti di base nel posizionamento delle sonde e nelle condizioni di prova Vale a dire: Far aderire bene le sonde alla parete interna Una differenza termica tra interno ed esterno di almeno 15 C Condizioni interne ed esterne il più possibile costanti nel tempo (ambiente interno climatizzato). Posizionamento sonde interna ed esterna in luogo protetto da sorgenti termiche calde o fredde alla stessa altezza delle sonde apposte sulla parete ed a distanza di almeno 30 cm dalla parete interna (lo stesso vale per l esterno). Durata consigliata della prova, minimo una notte. Ma maggiore è il numero di dati validi a disposizione e migliore sarà il risultato 30

31 Evitare posizionamenti errati Per evitare posizionamenti errati è consigliabile effettuare preventivamente una termografia della parete per evidenziare ponti termici, anomalie e strutture portanti della parete. Esempio di travetti all interno di una soletta e di edificio visto dall esterno. 31

32 Metodo della resistenza liminare φ R si = 1/α T T e R-R i si Tpi U Conoscendo il coefficiente di resistenza { superficiale interna (rif tabella estratta dalla T e φ T pi T i norma UNI6946) e la temperatura di parete interna è possibile calcolare φ = (T i -T pi ) / R si = α (T i -T pi ) ** **Tabella estratta da UNI EN ISO

33 Esempio di misura con sonda a 3 sensori Temperatura aria esterna 11,8 C Temperatura muro interno 21,0 C Temperatura aria interna 22,0 C 33

34 Esempio di calcolo Esempio di calcolo: delta T1 = 1.0 C delta T2 = 10.2 C Valore U = 7,69 W/m²K * 1.0 C / 10.2 C = 0.75W/ m² K Valore U = α * deltat1 deltat2 α = 7,69 W/ m²k deltat1 = Tinterna Tparete interna deltat2 = Tinterna - Testerna 34

35 Metodo della piastra termoflussimetrica T e φ Anello di guardia (parte nera) R T T i pi Il flusso viene misurato direttamente dalla piastra termoflussimetrica che utilizza per la misura del flusso l effetto Seebeck (lo stesso principio fisico delle termocoppie). La differenza di temperatura tra le due superfici della piastra genera una tensione proporzionale al salto termico e quindi al flusso termico Parte sensibile: 2 serie di giunti caldi e giunti freddi sotto il logo Testo φ ~ (T i -T pi ) = f( V) 35

36 Esempio di misura con sonda a piastra Temperatura aria esterna 11,8 C Temperatura aria interna 22,0 C Nastro adesivo 36

37 Analisi dei dati 01 Prot. 1 C:1 W/m²K Prot. 1 C:2 [ C] Tw 01 Prot. 1 C:3 [ C] Ti Prot. 1 C:4 C W/m²K 04/02/ /02/ C I dati richiedono poi un interpretazione che può basarsi sia su un prospetto tabellare che grafico. Normalmente i dati maggiormente affidabili sono quelli relativi alle prime ore del mattino prima del sorgere del sole in quanto la parete ha scaricato l energia accumulata durante le ore della giornata ed ha raggiunto un condizione di regime 37

38 ACCORGIMENTI Accorgimenti ed incertezza nella misura - scartare i dati iniziali che sono influenzati dalla stabilizzazione di sensori e considerare solo i dati che mostrano un andamento stabile - considerare influenze esterne nel corso della prova: presenza di sole, pioggia, vento ed altri fattori esterni - considerare fenomeni di accumulo termico della parete e prendere in considerazione solo i dati che non sono riconducibili a tale effetto. INCERTEZZA Pur operando al meglio non si tratta di strumenti da laboratorio, quindi all incertezza propria dell apparecchiatura si sommano le molte incertezze legate alle condizioni di prova E quindi fondamentale una vera e propria perizia sui dati rilevati in funzione delle condizioni di prova. Anche ben elaborando i dati, è abbastanza facile che l errore dovuto alle condizioni di prova reale rispetto a prove da laboratorio possa essere anche dell ordine del 15%. Una buona regola è laddove possibile incrociare dati calcolati in base alla struttura della parete con quelli misurati per avere conferma delle misurazioni. Il metodo consente comunque un facile confronto tra zone simili grazie anche all ottima ripetibilità 38

39 Metodo delle medie secondo ISO9869 DESCRIZIONE La norma ISO9869 descrive come impiegare le piastre termoflussimetriche nel calcolo della trasmittanza termica (o della conduttanza ovvero escludendo le resistenze liminari). METODO DELLE MEDIE Si basa sul concetto che con una serie infinita di dati, la media di tutti I valori opportunamente combinata porta asisntoticamente al valore vero del valore U. Per avere un calcolo affidabile la durata della prova deve essere di almeno 7 giorni. La formula applicata è la seguente: Dove q è il flusso, Ti la temperatura interna, Te quella esterna E possibile estrapolare I dati dal Comsoft ad esempio su un foglio di calcolo e calcolare il flusso termico con questa formula per ottenere istante per istante la media progressiva dei dati e tracciarne un grafico. 39

40 Metodo delle medie secondo ISO9869 Ad esempio il grafico del valore U corrispondente alla stessa serie di dati precedentemente analizzata porta la seguente risultato: Valore U progressivo Valo ore U in W/(m2 K) 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 31/01/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/2008 Tempo Convergenza ad un valore asintotico di circa 0,78 40

41 Grazie per l attenzione Arrivederci