PRESCRIZIONI TERMICHE II. Flussometro dinamico (Nuovo metodo di valutazione degli Isolanti Sottili Termo-Riflettenti)

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1 PRESCRIZIONI TERMICHE II Flussometro dinamico (Nuovo metodo di valutazione degli Isolanti Sottili Termo-Riflettenti)

2 EDITORIALE INDICE Ogni impresa che sviluppa dei prodotti ha l obbligo di garantirne il controllo nel rispetto della regolamentazione applicabile. La società ACTIS, in mancanza di norme specifiche, ha dovuto determinare le prestazioni degli isolanti prodotti servendosi di mezzi propri di misura (In Situ). Nel 2, il Settore Ricerca e Sviluppo dell azienda, con il supporto di laboratori indipendenti, è andato oltre creando il Flussometro Dinamico. Si tratta di uno strumento da laboratorio che mette in relazione le misurazioni convenzionali con quelle eseguite In Situ. 1. MISURE IN LABORATORIO: Contesto normativo di riferimento pag MISURE IN SITU ESEGUITE DA ACTIS: Misure comparative degli isolanti nelle reali condizioni d uso pag. 3. CONFRONTO DELLE MISURE ESEGUITE: In laboratorio e In Situ pag FLUSSOMETRO DINAMICO: Nuovo metodo di misura degli Isolanti Sottili Termo-Riflettenti pag. 9. CONFERMA DEI RISULTATI Del Flussometro dinamico pag.11 Tutto questo lavoro, svolto con pragmatismo e meticolosità, contribuisce al progresso della ricerca sulle conoscenze scientifiche degli Isolanti Sottili Termo-Riflettenti. Laurent Thierry Presidente Direttore Generale ACTIS S.A. Accenni sui trasferimenti di calore: Il trasferimento di calore avviene solo in presenza di una differenza di temperatura ( T ). Il trasferimento di calore si concretizza attraverso il flusso termico (φ). Il flusso termico si trasmette dal caldo verso il freddo. L isolante ha la funzione di limitare i flussi termici attraverso le pareti. Più i flussi termici sono bassi, più l isolante è efficace.

3 Il metodo di calcolo delle prestazioni termiche degli isolanti si basa su norme e prescrizioni datate. Negli anni 6, la comunità scientifica ha elaborato un modello di calcolo delle dispersioni termiche delle costruzioni. Questo modello, creato per isolanti spessi e omogenei, si basa sulla misura convenzionale della conduttività termica* per mezzo di apparecchiature da laboratorio come la Scatola Calda Controllata (HOT-BOX) o il Flussometro. 1. MISURE IN LABORATORIO*: Come si esegue la misura in laboratorio? Il metodo consiste nell inserire un isolante tra 2 ambienti di temperatura diversa per creare una differenza di temperatura ( T). Si procede poi alla misura della quantità di energia necessaria per mantenere la temperatura costante da ogni lato dell isolante. La temperatura deve essere misurata quando il flusso termico si stabilizza. La suddetta quantità di energia è uguale al flusso termico che attraversa il prodotto. Principio del flussometro Senso del flusso } Ambiente a Isolante T = 2 C Ambiente a 2 fisso = T caldo - T freddo Flusso variabile Zona de misurazione Flusso stazionario t t1 tempo CONTESTO NORMATIVO DI RIFERIMENTO La misura di un flusso per un dato T rappresenta un punto di misura. Per valutare le prestazioni termiche di un isolante si possono eseguire varie misurazioni di flusso per valori diversi di T ( T= C, C, C, 2 C, C ). Collegando tutti questi punti si ottiene un diagramma rappresentativo della resa termica del materiale esaminato. Misure in laboratorio: Flussi termici misurati per varie T. 2 Nel 2, nonostante la formulazione di una nuova regolamentazione termica, il principio del modello convenzionale di calcolo non è cambiato. Gérard Fleury, ex-direttore del CSTB ed esperto nel campo della termica, ritiene che gli strumenti di misura tradizionali (da laboratorio) non sono sufficienti per misurare le prestazioni termiche effettive degli ISTR*, con Differenza di Temperatura ( C) Più la differenza di temperatura ( T) è grande, più il flusso termico è alto. 3 particolare riferimento al loro effetto radiativo e alla notevole reattività alle variazioni climatiche. Gérard Fleury promuove quindi un approccio scientifico che si basa su prove eseguite nelle condizioni effettive d uso con misurazione del consumo. * Vedi glossario, pag. 14 Riferimenti normativi: NF X-21 (NF EN 12667): Determinazione delle proprietà di trasmissione termica stazionaria - Metodo della piastra calda controllata (HOT-PLATE). NF X-22 (NF EN 899): Determinazione delle proprietà di trasmissione termica stazionaria - Metodo della scatola calda controllata (HOT-BOX). NF X- (NF EN 12939): Determinazione delle proprietà di trasmissione termica stazionaria - Metodo flussometrico. Questi flussi corrispondono a determinate condizioni di misura alle quali sono sottoposti i campioni: Campione d isolante di piccole dimensioni. Campione passato preventivamente in una stufa (stato secco). Limitazione dei trasferimenti convettivi e radiativi. La sola misura della conduttività termica in laboratorio non è sufficiente per determinare le prestazioni termiche degli isolanti sottili termo-riflettenti. 4

4 ACTIS ha elaborato una nuova metodologia di misura In Situ per la valutazione dinamica delle prestazioni degli isolanti (condizioni climatiche effettive*). I test relativi all isolamento acustico delle costruzioni e alla sicurezza sono eseguiti secondo metodi simili. Protocollo di misura In Situ : Questo metodo consiste nell isolare 2 costruzioni assolutamente identiche con due soluzioni d isolamento diverse e nel confrontare il consumo energetico necessario per mantenere la temperatura interna costante MISURE IN SITU*: ISOLANTI Misure In Situ: Evoluzione dei consumi nel tempo in funzione delle variazioni climatiche e diurne MISURE COMPARATIVE DEGLI NELLE REALI CONDIZIONI D USO 2 Tempo Isolare una costruzione con un materiale Campione le cui prestazioni termiche sono note e certificate con i metodi tradizionali. L altra costruzione invece deve essere isolata con il materiale del quale si vogliono confrontare le prestazioni termiche. I test si svolgono in due periodi di 6 mesi (estate e inverno) e sono documentati ogni settimana con apposite relazioni. La durata effettiva di un test varia da 8 a settimane. Misure In Situ : - area di oltre m costruzioni. - tipi costruttivi diversi. - Dimensioni rappresentative: da à 2 m 2 di superficie a terra; da 1 a 2 livelli in altezza; da 6 à 3 m 2 di superfici isolate. Dati registrati: - Velocità e direzione del vento. - Temperature interne/esterne. - Umidità dell aria. - Pressioni atmosferiche. - Precipitazioni. - Consumo energetico. - Flussi termici. 1997: ACTIS si avvale dei servizi di un laboratorio indipendente, BM TRADA, per definire il proprio protocollo di misura. A garanzia dei risultati, ACTIS esegue tute le prove secondo un protocollo rigoroso: Controllo delle costruzioni da parte di un Geometra Competente che rileva le differenze di dimensioni e di esposizione. La differenza massima consentita non deve superare l 1%. Calibratura delle costruzioni per garantire che il comportamento termico sia lo stesso: con lo stesso isolante, la differenza di consumo deve essere inferiore all 1%. Selezione di un azienda qualificata QUALIBAT per la posa dell isolante Campione in conformità con i requisiti prescritti dai regolamenti e con le istruzioni del produttore. Controllo della messa in opera dell isolante Campione da parte di un Ente di Controllo (QUALICONSULT, APAVE o UFFICIO VERITAS). Controllo dell assenza di ponti termici agli infrarossi. Controllo delle apparecchiature di misura e acquisizione dati da parte di un ente accreditato dal COFRAC (Comitato Francese di Accreditamento). Visite ispettive regolari da parte degli enti certificatori (TRADA e BVQI). 23: Gérard Fleury, ex-direttore del CSTB, partecipa alla creazione di nuove generazioni di costruzioni di prova e all ottimizzazione dei protocolli di prova. 24: ACTIS si circonda di esperti riconosciuti presso le grandi aziende nazionali per completare la propria metodologia nel campo della raccolta e analisi dei dati. 2: Tutto questo lavoro è certificato ISO 91 da BVQI. * Vedi glossario, pag Differenza di Temperatura ( C) Misure In Situ : Flussi termici misurati per varie T per 2 soluzioni d isolamento. Più la differenza di temperatura ( T) è grande, più il flusso termico è alto. La registrazione dei dati è continua. Ogni giorno sono raccolti, elaborati e analizzati più di. dati che provengono dalle costruzioni di prova. 6

5 2 2 Se confrontiamo i flussi termici misurati in laboratorio con quelli misurati In Situ (per lo stesso materiale e le stesse differenze di temperatura) ci accorgiamo che i risultati sono molto diversi. 3. CONFRONTO DELLE Misure in Laboratorio Isolante ACTIS 2 2 ISOLANTE SOTTILE ACTIS: Il consumo di energia In Situ è inferiore rispetto a quello stimato in laboratorio in quanto i flussi In Situ sono sempre inferiori ai flussi misurati in laboratorio. Nel caso di un isolante sottile ACTIS, il flusso termico misurato in laboratorio è un flusso massimo. Flussi Laboratorio Flussi Laboratorio laboratorio Flussi in quanto Laboratorio i flussi Laboratorio sono sempre superiori ai flussi misurati in laboratorio. Nel caso di un isolante tradizionale, il flusso termico misurato in laboratorio è un flusso minimo Differenza 3 di 3 Temperatura 2 Differenza ( C) 3 di 3 Temperatura 2 ( C) Le misure eseguite in laboratorio consentono di Le misure eseguite In Situ consentono di rilevare ottenere i flussi termici di T diverse. i flussi termici di condizioni climatiche diverse. 2 Misure in Laboratorio isolante Campione Misure In Situ isolante Campione 4 Flussi 2In Situ Misure In Situ Isolante ACTIS Le misure eseguite in laboratorio consentono Le misure eseguite In Situ consentono di rilevare di ottenere i flussi termici di T diverse. i flussi termici di condizioni climatiche diverse. 2 2 ISOLANTE TRADIZIONALE: Il consumo di energia In Situ è maggiore rispetto a quello stimato in Flussi Laboratorio Flussi Laboratorio 2 + Le misure eseguite in laboratorio consentono di ottenere i flussi termici di T diverse. Le misure eseguite In Situ consentono inoltre di rilevare i flussi termici di condizioni climatiche diverse. Per confrontare le varie misure è sufficiente sovrapporle. MISURE IN LABORATORIO E DELLE MISURE IN SITU = = 2 Flussi Laboratorio Flussi Laboratorio Differenza di Temperatura 2 ( C) Differenza di Temperatura ( C) Flussi Laboratorio Confronto delle misure laboratorio e delle misure In Situ 3=1+2 6 = Le differenze 2fra i flussi termici misurati in laboratorio (stazionari) e quelli misurati 7 = In Situ (dinamici) sono notevoli, indipendentemente dalla natura dell isolante, e possono arrivare fino al 3%. Queste differenze hanno portato la società ACTIS a mettere a punto un Flussi apposito In Situ strumento Flussi di In laboratorio Situ per la misura degli isolanti sottili termo-riflettenti. Flussi Laboratorio Flussi Laboratorio Differenza di Temperatura Differenza ( C) di Temperatura ( C) 2 Flussi Laboratorio ISTR Differenza di Temperatura ( C) ISTR e Campione Flussi Laboratorio isolante Campione Il valore ottenuto in regime dinamico è rappresentativo di prestazioni generali degli isolanti. Il valore ottenuto in regime stazionario è rappresentativo di prestazioni parziali degli isolanti. 8

6 ACTIS ha messo in relazione i regimi stazionari e dinamici attraverso la messa a punto di uno strumento di misura che tiene conto del comportamento degli isolanti in regime dinamico. ACTIS ha sviluppato un software che trasforma un flussometro tradizionale in un flussometro dinamico. Uno strumento che consente di determinare in laboratorio le prestazioni termiche effettive degli Isolanti Sottili Termo-Riflettenti. 4. ACTIS HA CREATO IL FLUSSO Principio di calcolo del software messo a punto dalla società ACTIS Il metodo di calcolo si basa su un grande database di informazioni registrate nella realtà che tengono conto del comportamento dinamico delle pareti. Questi comportamenti sono la risposta a numerosi parametri ( T, sole, vento, precipitazioni, umidità dell aria, pressione atmosferica). Tutti questi fenomeni, la cui distribuzione è aleatoria, intervengono contemporaneamente. La relazione fra questi comportamenti è alla base di una metodologia scientifica di estrema importanza iniziata da ACTIS nel 23. I primi risultati hanno portato all elaborazione di una funzione di correlazione fra le misure stazionarie e le misure dinamiche. METRO DINAMICO: NUOVO METODO DI MISURA DEGLI ISTR L approccio segue due direzioni: 1 - Approccio lineare che consente di elaborare modelli di dimensione 1, con il T come input. A L A i T L / = ƒ ( ) T L T i T i Flussometro dinamico. Procedimento per l esecuzione dei test: - Preparare 3 campioni d isolante sottile da 6 x 6 cm. - Condizionarli per 24 ore in una camera climatica. - Mettere i campioni nel flussometro (FOX 6). Il protocollo di misura prevede una serie di misure per valori diversi di T. - I vari valori di flusso sono disponibili dopo ore. - Il software elabora i valori ottenuti. - Il valore Rt (in situazione dinamica) è disponibile dopo minuti. 2 - Approccio non lineare più potente che consente di lavorare in varie dimensioni, i cui input sono costituiti dalla totalità dei parametri climatici: differenza di temperatura; direzione e forza del vento; esposizione al sole; umidità relativa; ecc. z = ƒ ( W j x j ) 1/(1+e (-x/t) ) si IxI, ƒ (x) = (x- ) (e (-u/t) / ) (1/(1+e (-u/t) ) 2 + (1/(1+e (-u/t) ) si x >, (x+ ) (e (u/t) / ) (1/(1+e (u/t) ) 2 + (1/(1+e (u/t) ) si x <, x 1 x 2 x 3 x j W 1 W 2 W 3 W j ƒ z 9

7 Per convalidare le misure del flussometro dinamico, ACTIS ha avviato una campagna di test In Situ per numerose categorie di Isolanti Sottili Termo-Riflettenti. Il metodo consiste nel confrontare la curva dei flussi termici ottenuti per simulazione al flussometro dinamico con la curva dei flussi termici misurati In Situ durante le prove eseguite nello spazio di numerose settimane. I risultati ottenuti In Situ sono stati confrontati con i risultati determinati dal flussometro dinamico.. CONFERMA DEI RISULTATI DEL FLUSSOMETRO DINAMICO Simulazione del comportamento termico di un isolante ACTIS al flussometro dinamico 2 2 Flusso simulato al flussometro dinamico Tempo Misura In Situ del comportamento termico dinamico di un isolante ACTIS Flusso misurato In Situ Tempo Confronto delle misure In Situ con la simulazione al flussometro dinamico. 2 Flusso misurato In Situ Flusso simulato al flussometro dinamico - La misura termica dinamica in laboratorio ha una durata di 12 ore. - La campagna delle misure In Situ per lo stesso materiale ha una durata di 8 settimane. - La precisione ottenuta per questo esempio è superiore al 9 %. Tempo La differenza inferiore al % fra i due metodi è la conferma dell affidabilità del flussometro dinamico. Come ho già fatto per numerosi prodotti innovativi quando lavoravo al CSTB, anche l incarico che ho assunto in collaborazione con il Centro Ricerca e Sviluppo della società ACTIS rientra nella stessa ottica scientifica e deve portare alla formulazione di una norma specifica per gli Isolanti Sottili Termo-Riflettenti. Gérard Fleury CONCLUSIONE ACTIS ha messo a punto uno strumento da laboratorio: il flussometro dinamico con un protocollo di misura semplice e rapido che consente di determinare con precisione le prestazioni termiche effettive degli isolanti sottili termo-riflettenti

8 NOTE PERSONALI GLOSSARIO Condizioni climatiche effettive: Periodi diurni e notturni (giorno, notte), condizioni meteorologiche variabili (temperatura, umidità relativa, velocità e direzione del vento, esposizione la sole, nuvolosità, precipitazioni, pressione atmosferica, condensazione, evaporazione, gelo ). Condizioni effettive d uso: Messa in opera effettiva dell isolante eseguita a regola d arte e secondo le raccomandazioni del produttore, nelle condizioni per le quali il prodotto è stato progettato. Conduttività termica (W/m 2.K) : Quantità di calore che attraversa, per conduzione, 1 m 2 di materiale omogeneo dello spessore di 1 m con differenza di temperatura tra le due superfici dell ordine di 1 C. ISTR: Isolanti Sottili Termo-Riflettenti. Esistono 2 categorie d isolanti sottili: i complementi d isolamento e gli isolanti. Complementi d isolamento: isolanti sottili riflettenti di tipo a bolle costituiti da 2 soli film riflettenti sulla superficie esterna. Isolanti: isolanti sottili multistrato costituiti da uno o più film riflettenti intermedi e da strati di separazione di schiuma, ovatta oltre ai film esterni. Materiale Campione: Lana di vetro, spessore 2 mm, Conduttività termica ( ) =,4 W/mK, Resistenza termica (R) =, m 2.K/W. Misure in laboratorio: Determinazione delle prestazioni termiche degli isolanti in laboratorio, misurate mediante scatola calda controllata (HOT-BOX) o flussometro. Tali misure, eseguite secondo le norme convenzionali, sono caratterizzate dal regime termico stazionario al quale il campione d isolante è sottoposto durante la misura. Misure In Situ: (misure sul posto) Determinazione delle prestazioni termiche degli isolanti sul posto, nelle reali condizioni d uso e sottoposti alle condizioni climatiche effettive. Tali misure, eseguite secondo un protocollo preciso e rigoroso, sono caratterizzate dal regime termico dinamico al quale sono sottoposte le pareti della costruzione. Regime dinamico: Regime termico variabile, non stazionario, in costante evoluzione, durante il quale le varie modalità di trasferimento dell energia si attuano liberamente, spontaneamente e secondo una distribuzione aleatoria. Regime dinamico legato alle variazioni climatiche. 13 Isolanti Tradizionali: Isolanti spessi, omogenei a bassa conduttività termica (Esempi: lane minerali (LDV, LDR), polistirolo (PSE, XPS), poliuretano (PU)). Regime stazionario: (Chiamato anche regime prestabilito) Regime termico stabile, costante, che non cambia nel tempo. 14

9 Longrine Réf. PZ129-1/26 (8671) Sede sociale: Avenue de Catalogne Limoux - FRANCIA Tel.: Fax: