measurement of thermal resistance and

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1 ARGOMENTI Cenni sullo scambio termico nell involucro edilizio. Misure della trasmittanza a termica in opera (linee guide ISO 9869:1994-Thermal insulation - Building elements: In-situ measurement of thermal resistance and thermal transmittance) con termoflussimetri. t i

2 ARGOMENTI Strumenti di diagnostica: Termocamere, termoanemometri, e o et termoflussimetri,ecc et ecc Blower Door test per la misura del ricambio d aria.

3 RISPARMIO ENERGETICO Scambi di energia nell involucro edilizio Periodo invernale Ridurre la dispersione termica Q T significa risparmiare energia

4 RISPARMIO ENERGETICO La dispersione di calore tra l involucro edilizio e l ambiente esterno avviene secondo i tre meccanismi di scambio di energia termica: Q rad Q conv Q disp =Q cond +Q conv +Q rad Q cond

5 Trasmissione ss di Calore per conduzione: o E il meccanismo di scambio di energia termica che avviene tra mezzi (corpi solidi o fluidi in quiete) a temperature Differente, a contatto diretto tra loro. In questo fenomeno l energia viene trasferita da un corpo all altro facendo aumentare le velocità di vibrazioni degli atomi intorno alla propria posizione di equilibrio

6 Trasmissione ss di Calore per conduzione: o Immagine termografica dello scambio di calore per conduzione tra la mano e una piastra metallica.

7 Conduzione o Legge-Fourier Fourier: La trasmissione di calore per conduzione attraverso una parete è fornita dalla legge di Fourier: dalla legge di Fourier: Q T T T T cond A L R Q cond L s, e s, i s, e s, i U Tse, Tsi, Calore scambiato per conduzione[w] Conduttività termica Spessore della parete W mk 2 m 2 A Superficie della parete U conduttanza termica unitaria [ W m K] L 2 R resistenza termica [ K m W ] m T s, i Qconduzione A L T s, e

8 Trasmissione ss di Calore per convezione: o e La convezione è il meccanismo di trasmissione del calore che avviene quando un fluido (aria) scorre su una superfici solida con diverse temperature. Convezione Naturale Variazioni di temperature Convezione all interno del fluido: acqua che bolle ect. Convezione Forzata Moto del fluido indotto da un fono, ventilatore ect

9 Trasmissione ss di Calore per convezione: o e Immagine termografica dello scambio di calore per covezione forzata

10 Convezione-Legge o e egge Newton: La trasmissione di calore per convezione tra un fluido ed una parete è fornita dalla legge di Newton: Q ht T UT T conv s ambiente s ambiente A T s Q connv h T ambiente R Calore scambiato per convezione[w] Coefficiente di scambio termico 2 convettivo W m K A Superficie della parete m T s 2 A T ambiente Q convezione L

11 Trasmissione di Calore per Irraggiamento: L irraggiamento è lo scambio di calore tra superfici con diverse temperature che avviene per mezzo della propagazione delle onde elettromagnetiche. A differenza della conduzione e della convezione l irraggiamento può avvenire anche nel vuoto (è l unico meccanismo di scambio del calore nello spazio).

12 Irraggiamento-Legge a egge Stefan-Boltzman Boltzman: ot Lo scambio di calore per irraggiamento è descritto dalla legge di Stefan Boltzmann Q radiazione Q radiazione A T T Calore scambiato per irraggiamento[w] Coefficiente di emissione globale W mk costante di Stefan-Boltzmann 2 4 4

13 Valutazione auta ede della Trasmittanza a Termica Il dlgs 192/2005 e successive modifiche dlgs 311/2006 (Attuazione della direttiva Europea 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell edilizia) ) stabilisce i criteri per migliorare le prestazioni energetiche e e degli edifici. Questo decreto prevede di includere nella relazione tecnica energetica dell edificio la valutazione della trasmittanza termica (U) dei diversi elementi opachi dell involucro edilizio. Trasmittanza termica U: flusso di calore che passa attraverso una parete per 1K di differenza tra la temperatura interna ad un locale e quella esterna al locale.

14 Valutazione auta ede della Trasmittanza a Termica Isolare termicamente un involucro edilizio significa diminuire la dispersione i termica dall interno all esterno dell edificio, difi i ovvero: T 20 C Q ai, Q U T T ai, ae, A Q T ae, Trasmittanza termica della parete A L

15 Valutazione auta ede della Trasmittanza a Termica Aversa (CE)

16 Valutazione auta ede della Trasmittanza a Termica

17 Valutazione auta ede della Trasmittanza a Termica

18 Valutazione della Trasmittanza Termica U [W/(m 2 K)] ISO 9869 Calcolo ISO 6946 TERMOFLUSSIMETRO Acquisizione dati della stratigrafia della struttura Progetto della struttura Foro nella struttura Abachi delle strutture Carotaggio Endoscopia TRASMITTANZA TERMICA U

19 Sono possibili quattro scenari: Scenario I La stratigrafia della struttura è nota(ed es. nuova abitazione, in cui si hanno i disegni aggiornati del progetto architettonico o della relazione legge 10/91e impianti); la trasmittanza viene calcolata in accordo con la norma ISO Avendo a disposizione le schede tecniche dei materiali che costituiscono la muratura dell involucro l edilizio i si può valutare la trasmittanza termica della parete secondo la norma ISO 6946.

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21 Scenario II La stratigrafia non è nota e quindi si procede a eseguire un foro per stabilire tipo di materiale e spessore. Il foro può essere: di piccola dimensione e quindi si utilizza un endoscopio oppure può essere di maggiori dimensioni, il carotaggio le caratteristiche del materiale vengono stabilite direttamente. L esperienza del professionista gioca un ruolo fondamentale. Una volta stabilita la stratigrafia della parete la trasmittanza viene calcolata in accordo con la norma SO 6946:2005. Queste tecniche di individuazioni della stratigrafia sono ovviamente invasive.

22 Scenario III Con l endoscopio si stabilisce la stratigrafia della dell elemento edilizio. Il foro, di qualche millimetro, va fatto in una zona in cui si presume che la stratigrafia sia quella rappresentativa dell intero involucro (lontano dagli infissi, ecc..).

23 Scenario II Il carotaggio consiste nel rompere l elemento edilizio nella zona rappresentativa l involucro e stabilire il tipo di materiale e gli spessori dell elemento in laboratorio

24 Scenario III L edificio è riconducibile a una determinata e caratterizzata tipologia edilizia di cui si conoscono le stratigrafie (edifici antichi); è possibile agire per analogia stimando le trasmittanza dei componenti. I questo caso è fondamentale avere la storia di edifici analoghi a quelli in esame, le informazioni sono reperibili da abachi: CTI Regionale,provinciale e comunali delle strutture edilizie Dati per risalire al tipo di struttura sono: luogo in cui è situata la struttura Data dell edificioedificio ecc.

25 Scenario IV Quando non ci si fida dei calcoli si procede alla misura della trasmittanza termica. La trasmittanza della struttura viene misurata in opera in accordo con la norma ISO 9869 misura con termoflussimetro.

26 Scenario IV Evidentemente, in questo scenario, la valutazione della resistenza termica dell involucro edilizio è: affidabile costosa (maggior costo della strumentazione nei casi precedenti occorre soltanto un foglio di calcolo o software (in genere gratuito)) tecnico specializzato

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28 La misura della trasmittanza termica in opera richiede: Resistenza termica dell elemento edilizio R T T s, e s, i q R R RR Resistenza termica totale,, T s i s e R T T e T qq i Sensore per la misura della temperatura di una superficie solida e dell aria (termoresistenza, termocoppie ecc Sensore per la misura del flusso termico (termoflussimetro ISO 9869)

29 Linee guide della ISO 9869 Quando ci si trova in condizioni stazionarie (proprietà termiche costanti nel tempo), la trasmittanza termica di una parete è ottenuta misurando contemporaneamente il flusso termico e le temperature sulle due faccie della parete. Nella realtà non ci si trova mai nelle condizioni stazionarie, tale criticità può essere ovviato in uno dei modi seguenti: a) Realizzare il modello di parete in un laboratorio con la temperatura controllata b) Effettuare le misure del flusso termico e delle temperature in transitorio ed applicare opportuni tecniche di elaborazioni dati (metodo della media progressiva, metodo dinamico, metodo blackbox).

30 Strumentazione (ISO 9869) Termoflussimetro minimo 4 sonde per la misura della temperatura un acquisitore dati (Data logger possibilmente wireless) oppurtuni fogli di calcolo per elaborazione dati (Excel,ecc )

31 Termoflussimetro

32 Termoflussimetro Un termoflussimetro è un dispositivo contenete un trasduttore (termopila) che genera una tensione proporzionale al flusso termico che lo attraversa. Termopila La termopila è costituita da un avvolgimento di due fili di materiale diverso (rame-costantana(lega rame a 60% e nickel a 40%) su un supporto di resina epossidica di cui è nota la conducibilità. Ai bordi del termoflussimetro cè un anello di guardia di metallo che protegge il sensore e invia i dati al data logger

33 Termopila E n T 1 E 1 T 1 T 2 Effetto Seebeck E 1 V n T Sq spire

34 Sensori di temperatura. t I sensori di temperatura maggiormente utilizzati nella misura della temperatura in edilizia sono le termocoppie sottili o termoresistenza a piastre. Sensori per misura della temperatura di parete In genere i fili sottili delle termocoppie vengono montate su una placca metallica e attaccate alla parete mediante una pasta aderente conduttiva bene estesa in modo da evitare sacche d aria tra il sensore e la parete. Per minimizzare l influenza dell ambiente sul sensore di superficie si isola il sensore stesso mediante un elemento isolante come Polistirolo Sensori per misura della temperatura ambiente Per misurare la temperatura dell aria si utilizzano termocoppie schermate dagli effetti radiativi circostanti (lampada accesa, quadretti vetri ecc )

35 INSTALLAZIONE E POSIZIONAMENTO DEI SENSORI I sensori di misura (termocoppie e termoflussimetro) devono essere posizionati con le seguenti precauzioni: scegliere una zona che sia rappresentativa dell intero elemento edilizio Lontani da ponti termici, infissi, spigoli ed altre zone termicamente disuniforme, in quanto possono creare notevoli effetti di bordo nella misura del flusso termico. Dunque prima di iniziale le misure è opportuno effettuare un sopralluogo e analizzare la parete mediante una termocamera. Evitare l irraggiamento diretto sui sensori. Per tale ragione il termoflussimetro deve essere posizionato all interno. E consigliabile posizionare la strumentazione sulla parete NORD

36 INSTALLAZIONE E POSIZIONAMENTO DEI SENSORI Da un indagine termografica si può individuare una zona isoterma in cui posizionare il termoflussimetro e le sonde di temperature. Togliere i quadretti prima di installare l apparecchiatura.

37 INSTALLAZIONE E POSIZIONAMENTO DEI SENSORI Da studio analitico-numerico e possibile determinare la distanza minima dagli effetti di bordo (isoterme curve) in cui posizionare i sensori.

38 INSTALLAZIONE E POSIZIONAMENTO DEI SENSORI I sensori devono essere posizionati ad una altezza di almeno 1.5m dal pavimento I sensori di temperatura della superficie e dell aria interna e esterna devono trovarsi allo stesso livello dal pavimento.

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40 I sensori di temperature sulla parete devono trovarsi vicino al termoflussimetro. Generalmente per ciascuna faccia possono collegarsi almeno due termometri e stimare la temperatura come media di ogni coppia di sensori

41 Acquisizioni dei dati In questa fase gli impulsi elettrici (tensioni delle termocoppie e del termoflussimetro, dell ordine dei mv) vengono elaborati da una scheda A/D (datalogger wireless) ed inviati ad un PC. MINIMO 72 ORE (3 GIORNI) TEMPO DI ACQUISIZIONE MASSIMO PUO SUPERARE 7 GIORNI (E VIENE STABILITO ANALIZZANDO I DATI) TEMPO TRA DUE ACQUISIZIONI E DI minuti

42 Acquisizioni dei dati Per ottenere risultati affidabili della trasmittanza termica, la norma (ISO 9869) auspica: massimizzare la differenza di temperatura tra l interno e l esterno dell involucro edilizio La differenza di temperatura tra la superficie interna e quella esterna deve essere di almeno 10 C

43 ELABORAZIONI DATI Esistono tre differenti metodi di elaborazioni dati per la valutazione della conduttanza dell elementoelemento edilizio e della trasmittanza termica: Metodo delle medie progressive Metodo dinamico Metodo black-box box

44 METODO DELLE MEDIE PROGRESSIVE E il metodo più usato e meno costoso per l elaborazione dei dati. Occorre semplicemente un foglio elettronico (foglio excel) per effettuare le medie progressive. Il metodo delle medie progressive consiste nel calcolare la conduttanza (o la trasmittanza) termica dell elemento edilizio utilizzando ad ogni istante i valori medi di flusso e di temperature su tutti gli istanti precedenti

45 METODO DELLE MEDIE PROGRESSIVE Con questo metodo ad ogni misura n-esima la resistenza termica R (la trasmittanza U ) è data da: R q n n q Tsi, jtse, j 1 j j1 j 1 U n n R Tsi, jtse, j q j j1 j1 1 flusso termico che attraversa l'elemento Tse temperatura t della superficie i esterna Tsi temperatura della superficie interna j j-esima misura

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47 U j T q j T si j si, j se, j, j se, j j 1 j 1 n U q T T n Valori istantanei della conduttanza termica U Valori della conduttanza ottenuti con le medie successive Si d l fi h il l d ll d tt tt t l Si osserva dal grafico che il valore della conduttanza ottenuto con la media progressiva tende asintoticamente a 0.56 W/m 2 K

48 METODO DELLE MEDIE PROGRESSIVE Il valore asintotico delle medie progressive può essere ritenuto quello più vicino al valore reale di U se si verificano le seguenti condizioni: il contenuto di calore dell elemento edilizio è lo stesso all inizio e alla fine della misura (stessa temperatura e stessa distribuzione di umidità) il termoflussimetro non è esposto alla radiazione solare diretta La conduttanza termica U è costante t durante la prova Se non vengono soddisfatte queste condizioni i risultati possono essere forvianti.

49 METODO DELLE MEDIE PROGRESSIVE Per elementi edilizi leggeri, con capacità termica aerica ( c s ) inferiore ai 20kJ/(m 2 K) si consiglia di effettuare l analisi: 1. di notte, 1 ora dopo il tramonto fino all alba 2. le acquisizioni devono continuare fino a quando i risultati non differiscono tra loro più del 5% per 3 notti consecutive

50 Nel caso di elementi edilizi pesanti con capacità termica specifica ( c s ) maggiore ai 20kJ/(m 2 K) l analisi deve essere condotta: un tempo che sia multiplo l intero delle 24h Il test può essere terminato se: 1. La durata della prova supera le 72h cioè 3 giorni 2. il valore della resistenza termica R ottenuto alla fine della prova non differisca di più del ±5% dal valore ottenuto nelle ultime 24h 100*(R finale R 24h )/ R finale <±5% 3. il valore della resistenza R ottenuto nel periodo: Periodo n giorniditest 2 3 considerato nella prima parte della prova non si discosta più del ±5% dal valore ottenuto nello stesso periodo nell ultima parte della prova.

51 METODO O DELLE MEDIE PROGRESSIVE Esperienze svolte e riportate in letteratura indicano che i valori ottenuti della trasmittanza termica con questa tecnica hanno una precisione cha va dal 5% al 15% con un valore medio del 8%. Riassumendo i vantaggi: affidabililità dei risultati tempo di elaborazione dati (non il tempo della prova) brevi circa 1 minuto software per elaborazione dati un semplice foglio elettronico.

52 Esempi applicativi Si riporta di seguito i risultati di una prova effettuata in due diversi periodi dell inverno 2006/2007 sulla parete nord di un edificio con la seguente stratigrafia.

53 Esempio di calcolo con ISO 6946 e misura ISO 9869 R se 2 2 mk mk 0.04 ; Rsi 0.13 W W ISO 6946 s i R i i 2 mk W 1 W Conduttanza della parete C R mk 2 R R RR t i e 1 W U R 2 t mk W 2 mk Trasmittanza della parete

54 Test per terminare la prova cs=252.87kj/m 2 K>20kJ/m 2 K 1) Il tempo di prova 8giorni>72h 2) La discrepanza della resistenza nelle ultime 24h R R t % 5% Rt 2) La discrepanza della resistenza nel periodo di prova 2 2 Int periodo di prova Int 85giorni 3 3 R R ultimi 5g primi 5g % Rultimi 5g

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