ANALISI STRUMENTALE E FIRMA ENERGETICA. Arch. Luca Berra LEZIONE DEL

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1 ANALISI STRUMENTALE E FIRMA ENERGETICA Arch. Luca Berra LEZIONE DEL

2 MISURA IN OPERA DELLA TRASMITTANZA In generale l acquisizione dei dati necessari per effettuare una diagnosi energetica o una certificazione di un edificio esistente comporta spesso notevoli difficoltà legate alla reperibilità delle informazioni tecniche necessarie e alla rispondenza del costruito con il progetto originario. Il problema è maggiormente sentito per quanto riguarda le strutture opache e, ovviamente, quando non sia nota la loro composizione. In generale possiamo riassumere in tre possibili situazioni le condizioni nelle quali il tecnico si troverà ad agire. 2

3 1. La stratigrafia della struttura è nota: in tal caso la trasmittanza può essere calcolata analiticamente secondo normativa ( EN ISO 6946 ). 2. Se la stratigrafia non è nota si possono ipotizzare due differenti comportamenti: - eseguire un piccolo carotaggio attraverso il quale cercare di stabilire l effettiva composizione dei vari strati in modo da potersi ricondurre ad una situazione di cui al punto 1; - eseguire una misura in opera della trasmittanza. 3

4 CONDUZIONE C(conduttanza) = λ s = Q S (T T 1 2 ) La conduttanza è legata oltre che al flusso termico alle temperature di parete della struttura. 4

5 CONDUZIONE E CONVEZIONE 5

6 [ R] U = 1 R U = Q S ( T 1 T 2) La trasmittanza è legata oltre che al flusso termico alla temperatura interna ed esterna 6

7 In condizioni di regime termico stazionario la determinazione della trasmittanza U e /o della conduttanza C sarebbe relativamente semplice dopo avere determinato il flusso termico Q/S e le temperature internoesterno o le temperature di parete rispettivamente. Una condizione di questo genere trova riscontro in situazioni di laboratorio, mentre diventa problematica nelle misurazioni in campo data la variabilità delle condizioni. Si intuisce quindi che la misurazione della trasmittanza non è un operazione immediata: è viceversa un operazione che richiede anche un attenta analisi dei dati rilevati. 7

8 A causa della variabilità delle condizioni ambientali si debbono eseguire misure su tempi lunghi ed effettuare poi un analisi che porti ad individuare dei valori medi attendibili e tra loro congruenti, ovvero che si riferiscano allo stesso intervallo di tempo. Si dovrà quindi stabilire: - un valore medio del flusso termico (Q/S); - un valore medio delle temperature di parete (nel caso si voglia determinare la conduttanza); - un valore medio delle temperature interno-esterno (nel caso si voglia determinare la trasmittanza). Premesse le difficoltà di effettuare le misurazioni sul campo si prospettano due possibilità. 8

9 1. Rilevare le temperature superficiali o temperature di parete ed il flusso termico limitandosi così a misurare la conduttanza. Per ottenere la trasmittanza si utilizzano i valori tabellari dalla norma UNI EN ISO La relazione che indica la trasmittanza si può esprimere nel seguente modo: 1 U= Il valore della conduttanza C è il valore che si ricava dalla prova, mentre i 1 Rsi + + R valori delle resistenze liminari interna ed esterna si ricavano dalla tabella se C di norma. 2. In alternativa effettuare direttamente la misurazione della trasmittanza prestando attenzione nella misurazione delle temperature dell ambiente interno ed esterno. 9

10 Misurazione della sola conduttanza Data Logger Termoflussimetro Flusso termico Data Logger Termoflussimetro Flusso termico Misurazione della trasmittanza 10

11 Alcune considerazioni. - Si suggerisce di posizionare il termoflussimetro sulla faccia interna della parete per contenere, in generale, i disturbi (tipo radiazione solare.). - Le temperature lato interno ed esterno è bene vengano rilevate ciascuna da due sensori distinti posizionati in punti diversi in modo da evitare fenomeni locali. - Scartare i dati iniziali che possono essere influenzati dalla stabilizzazione dei sensori. - Tenere presenti eventuali influenze dell ambiente esterno: pioggia, sole vento ecc. - Tenere presente eventuali fenomeni di accumulo termico. 11

12 In generale la precisione complessiva, quella strumentale cui si sommano le incertezze di elaborazione, è affetta da errori che possono superare anche il 15%. E dunque raccomandabile incrociare i dati della misurazione con dati calcolati in base a indagini, ipotesi, sondaggi in merito alla struttura della parete. Ricordiamo che la norma UNI TS fornisce un abaco delle principali configurazioni edili di alcune regioni d Italia in funzione della data di costruzione. Ampliamenti sono in via di acquisizione. Aggiungiamo anche che la strumentazione deve essere considerata un ausilio e non un mezzo per evitare indagini conoscitive tradizionali altrimenti si perde il senso critico sul valore ottenuto e si corre il rischio di essere ingannati dalla strumentazione stessa. 12

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16 La misura della trasmittanza in opera, attraverso i termoflussimetri, può essere considerata affidabile, ma necessita di tempi lunghi anche con mantenimento in campo della strumentazione di misura. Richiede inoltre una competenza che si acquisisce operando progressivamente. Esempio di installazione per misurazione 16

17 TERMOGRAFIA Lo spettro elettromagnetico è suddiviso arbitrariamente in un certo numero di regioni classificate in base alla lunghezza d onda e denominate bande distinte a seconda dei metodi utilizzati per emettere e rilevare le radiazioni. Non esiste alcuna differenza sostanziale tra le radiazioni presenti nelle diverse bande : tutte sono governate dalle stesse leggi, le sole differenze sono quelle determinate dalle diverse lunghezze d onda. 1. Raggi x 2. Ultravioletto 3. Luce visibile La termografia utilizza la banda spettrale dell infrarosso 4. Infrarosso 5. Microonde 6. Onde radio 17

18 La termocamera consente di misurare e rappresentare la radiazione infrarossa emessa da un oggetto. La radiazione è una funzione della temperatura della superficie di un oggetto e la termocamera è in grado di calcolare e visualizzare tale temperatura. Esistono però due aspetti che possono alterare la corretta misurazione. La radiazione rilevata dalla termocamera non dipende soltanto dalla temperatura dell oggetto, ma è anche funzione dell emissività dell oggetto stesso. L emissività indica la quantità di radiazione emessa da un oggetto rispetto a quella emessa dal corpo nero perfetto alla stessa temperatura. Occorre dunque impostare la termocamera con il corretto valore di emissività del materiale in modo che possa correggere il valore della radiazione rilevata e quindi della temperatura. In generale i materiali di cui sono composti gli oggetti presentano emissività compresa tra 0,1 e 0,95. 18

19 In secondo luogo si deve considerare che il corpo che stiamo misurando riflette a sua volta radiazioni emesse da corpi circostanti. Questa radiazione dà luogo ad una misurazione di temperatura che possiamo definire temperatura apparente riflessa. Per effettuare una misurazione corretta della temperatura bisogna preventivamente informare la termocamera circa il valore della temperatura apparente riflessa. 19

20 Si riporta un metodo per valutare in campo il valore di temperatura apparente, valore che dovrà poi essere impostato sulla termocamera per le successive misurazioni. 20

21 Si riporta un metodo per valutare in campo il valore di emissività del corpo in misura. 21

22 ANALIZZATORE DI COMBUSTIONE 22

23 RENDIMENTO DI COMBUSTIONE perdite al camino % = K Tf T CO 2 a 23

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26 Nell ambito della certificazione della qualità di un edificio la certificazione energetica è quella di cui oggi ci si sta occupando, ma esiste anche una certificazione climatica dell ambiente abitato, attualmente ancora in fase embrionale. Infatti già nella Direttiva Europea 2002/91, quella sul rendimento energetico nell edilizia, si prevedeva che, accanto alla classe energetica dell edificio, venisse fornita anche un indicazione del livello di qualità ambientale, ovvero venisse indicata la classe di qualità ambientale. Allo stato attuale, per quanto attiene la classe di qualità ambientale, ci si trova in una fase di indirizzo. La norma di riferimento è la UNI EN che tratta appunto della classificazione e certificazione della qualità dell ambiente interno. In essa vengono definite tre classi che definiscono i limiti che le grandezze ambientali non devono valicare. 26

27 La UNI EN prevede tre classi di qualità ambientale: A - B - C. La temperatura operativa nei locali che rappresentano il 95% degli spazi occupati può eccedere i limiti dell intervallo proprio della classe A/B/C per un periodo di tempo che non superi il 3% delle ore di occupazione all anno. Analogamente i valori di velocità dell aria e di rumore nei locali che rappresentano il 95% degli spazi occupati non eccedono i limiti fissati per la classe A/B/C. Per quanto attiene la qualità dell aria particolare importanza stanno assumendo le misurazioni di umidità e CO 2 perché direttamente correlabili al benessere fisiologico delle persone: tali misure sono alla base di anelli di regolazione per la gestione dei ricambi d aria in ambiente. 27

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29 LA FIRMA ENERGETICA La firma energetica rappresenta la relazione che intercorre fra la temperatura esterna e la potenza termica media assorbita da un edificio. La firma energetica di un edificio si costruisce con letture ad intervalli regolari del contatore del combustibile (metano o altro) e con il rilevamento della temperatura esterna media. Le date delle letture definiscono gli intervalli di tempo. Per ognuno di questi intervalli si calcola la potenza media erogata: basta convertire la quantità del combustibile in kwh e dividere per il numero di ore dell intervallo di tempo. Per ognuno di questi intervalli si individua la temperatura media esterna nelle 24 ore: basta chiedere alla locale ARPA o mediante registrazioni in proprio. I dati vengono poi raccolti in una tabella. 29

30 LA FIRMA ENERGETICA 30

31 LA FIRMA ENERGETICA Si può costruire il seguente grafico in cui: sull asse delle ascisse è indicata la temperatura esterna; sull asse delle ordinate è indicata la potenza media del generatore. La retta interpolante è la firma energetica. 31

32 LA FIRMA ENERGETICA La retta punta normalmente a una potenza nulla con una temperatura esterna di 17 C ciò perché il contributo degli apporti gratuiti fa sì che la potenza richiesta dall edificio si annulli ben prima che la temperatura esterna raggiunga i 20 C. Nel caso che l utente usufruisca di una temperatura ambiente superiore ai 20 C la retta della firma energetica traslerà verso destra. Viceversa, se mantiene una temperatura più bassa. La firma energetica consente di verificare il dimensionamento del generatore: è sufficiente estendere la firma energetica fino alla temperatura di progetto desiderata ottenendo la potenza massima richiesta al generatore da quell edificio. Volendo dimensionare il generatore termico si può fare una costruzione semplificata con due soli punti. 32

33 LA FIRMA ENERGETICA Il punto ROSSO è il punto 0 KW a 17 C. Il punto BLU è il punto definito dalla temperatura media stagionale e dalla potenza media stagionale: quest ultima è data dal rapporto fra il consumo annuo di combustibile in kwh e la durata della stagione di riscaldamento espressa in ore di accensione dell impianto. 33

34 LA FIRMA ENERGETICA La pendenza è legata ad effetti che sono proporzionali alla temperatura esterna: dispersioni e perdite dell impianto Pnr rappresenta la potenza degli usi diversi dal riscaldamento, l acqua calda sanitaria e le dispersioni fisse dell impianto di riscaldamento Tr,on è legato al valore della temperatura esterna alla quale si inizia a riscaldare l edificio. 34

35 LA FIRMA ENERGETICA La firma energetica è uno strumento semplice e potente di verifica delle condizioni di funzionamento complessive del sistema edificio/impianto. Non si tratta di uno strumento di analisi e diagnosi energetica: la firma energetica non ci può indicare se i consumi elevati siano dovuti all isolamento scadente dell edificio oppure a scarso rendimento dell impianto. E uno strumento di gestione. Le modificazioni della firma energetica evidenziano chiaramente gli effetti di qualsiasi intervento sul sistema edificio / impianto e sulla sua gestione. 35