Termoflussimetri N o r m a t i v a d i r i f e r i m e n t o

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1 N o r m a t i v a d i r i f e r i m e n t o REVISIONE DATA 1.0 Marzo 2012

2 Sommario Capitolo 1. TRASMISSIONE DEL CALORE Generalità La trasmittanza U Misura in opera della trasmittanza Determinazione pratica di U Per una corretta misura... 5 Capitolo 2. NORMATIVA ISO Generalità Sonde di misure e loro calibrazione Specifiche Metodo delle medie progressive Metodo black-box Conclusioni... 9 Capitolo 3. La strumentazione ALLEGATI Esempio di relazione MAE Molisana Apparecchiature Elettroniche srl - Pagina 2/10

3 Capitolo 1. TRASMISSIONE DEL CALORE 1.1 Generalità Lo studio degli scambi termici assume particolare rilevanza al fine della definizione delle condizioni di benessere di un individuo all interno di un ambiente che, come visto, sono influenzate dalla quantità di energia scambiata per irraggiamento, convezione e, in misura minore, per conduzione; la trasmissione del calore è inoltre fondamentale nel quantificare il fabbisogno di energia degli edifici per la loro climatizzazione, e costituisce pertanto una modalità di valutazione della qualità dell ambiente costruito al fine del contenimento dei consumi energetici. La presenza di specifiche normative che obbligano i progettisti a non superare determinati limiti al fabbisogno energetico ( v. Legge 10/91) conferma l importanza di acquisire le conoscenze basilari della trasmissione del calore. 1.2 La trasmittanza U Il coefficiente di trasferimento del calore, altresì detto anche trasmittanza, è la misura del flusso termico che per una differenza di temperatura di 1 Kelvin fluisce attraverso 1 m² di materiale. L unità di misura è: W/m²K Il fabbisogno termico di un fabbricato sia in termini di valori di picco che in termini di fabbisogno annuo dipende dall isolamento termico del fabbricato stesso in rapporto alle condizioni climatiche della località in cui il fabbricato è sito. Nel calcolo dell isolamento termico entrano in gioco le geometrie dei fabbricati stessi ed i relativi ponti termici oltre al valore di trasmittanza delle singole pareti o superfici vetrate che compongono l involucro esterno del fabbricato. Per calcolare il fabbisogno termico di un fabbricato, occorre determinare il valore U delle differenti parti costruttive che devono rientrare a seconda delle zone climatiche ed in funzione di coefficienti correttivi riportati nelle norme attuative entro determinati limiti Obiettivo è la collocazione del fabbricato all interno di una classe energetica ben definita che consenta una semplice identificazione del suo fabbisogno energetico MAE Molisana Apparecchiature Elettroniche srl - Pagina 3/10

4 1.3 Misura in opera della trasmittanza Il metodo sperimentale qui utilizzato consente di ricavare dati di conduttanza termica e di sfasamento di temperatura. Per la valutazione della trasmittanza, derivata dai dati precedenti, si utilizzano i coefficienti di adduzione interno ed esterno, forniti dalla normativa UNI Le misure vengono eseguite in ottemperanza alla normativa ISO (Thermal insulation Building elements In situ measurement of thermal resistance and thermal transmittance. Figura 1. Procedura per la misura in opera della trasmittanza Figura 2. La tramisttanza degli elementi opachi MAE Molisana Apparecchiature Elettroniche srl - Pagina 4/10

5 1.4 Determinazione pratica di U E possibile modellizzare il comportamento di una parete esposta agli estremi alle temperature T i e T e : T = temperatura --- Kelvin (K) φ = flusso termico --- W / m 2 U = trasmittanza della parete --- W / (m 2 K) ΔT = T i -T e = R φ ovvero U = φ/(t i -T e ) Figura 3. Modello del sistema 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 tramite una piastra flussimetrica Per una corretta misura - è necessario che i sensori siano posizionati in un area rappresentativa della parete che si desidera descrivere (quindi non lungo gli spigoli). - collocare la piastra flussimetrica sul lato interno della parete - applicare i termometri in due punti diversi della faccia interna della parete, in prossimità della piastra; - applicare i termometri in punti approssimativamente corrispondenti della faccia esterna della parete. Nella disposizione di tutti i sensori occorre assicurarsi che essi aderiscono perfettamente alla parete. - è necessario evitare che i sensori siano collocati in un zona esposta direttamente alla radiazione solare. - per minimizzare gli errori di misura occorre effettuare la sperimentazione durante una stagione in cui vi siano forti differenze di temperatura fra ambiente esterno ed interno. - verificare l assenza di anomalie all interno della parete nella zona di misura; - assicurarsi che fra i sensori e le superfici della parete ci sia un buon contatto termico. E consigliabile interporre della pasta termica conduttiva tra sensori e parete; - scegliere possibilmente una parete orientata a nord. MAE Molisana Apparecchiature Elettroniche srl - Pagina 5/10

6 Capitolo 2. NORMATIVA ISO Generalità La normativa ISO9869 Thermal insulation -- Building elements -- In-situ measurement of thermal resistance and thermal transmittance prevede le seguenti modalità per l effettuazione della prova: 1. Posizionare i sensori sulla parete più significativa e rappresentativa dell involucro 2. Controllare la perfetta adesione del termoflussimentro al supporto 3. Evitare la vicinanza di punti singolari (ponti termici, variazioni di geometri della facciata) 4. Evitare l irragiamento solare diretto sui sensori 5. Massimizzare ΔT fra ambiente interno ed esterno 6. Registrare i dati in continuo: ore La valutazione risulta non invasiva e attendibile, l analisi dei dati viene effettuata mediante il metodo delle medie progressive e metodo black-box Figura 4. Posizionamento dei componenti di misura MAE Molisana Apparecchiature Elettroniche srl - Pagina 6/10

7 1.1 Sonde di misure e loro calibrazione Le sonde di temperatura utilizzano componenti elettronici LM35CZ National Instruments con range di temperatura C, uscita 10mV/ C, precisione: ±0.2 C Figura 6. Estratto della normativa La piastra flussimetrica utilizzata è la HFP01 Hukseflux con: sensibilità: 50μV/Wm2 (tipica) range temperatura: -30 / +70 C diametro: 80mm spessore: 5mm flusso misurato: bidirezionale range: ± 2000 W/m2 accuratezza tipica: ± 5% sulle pareti Figura 7. Estratto della normativa Sia le sonde, di temperatura e la piastra flussimetrica, che l apparecchiatura sono fornite di certificato di taratura e collaudo. MAE Molisana Apparecchiature Elettroniche srl - Pagina 7/10

8 1.2 Specifiche 1. La durata minima del test è di 72h (3 giorni) se la temperatura è stabile. Negli altri casi la durata potrebbe essere superiore a 7 giorni, la durata corretta è determinata in corso d opera controllando i valori ottenuti durante il test 2. I valori devono essere ottenuti senza interrompere il processo di acquisizione. È utile registrare i dati così da usarli nell analisi computerizzata successiva 3. È raccomandato che le registrazioni siano effettuate ad intervalli regolari. L intervallo di registrazione dipende dal metodo usato per l analisi. Tipicamente è di 0,5-1h per il metodo delle medie e può essere inferiore per il metodo dinamico. L intervallo di campionamento deve essere minore della metà della costante di tempo del sensore. Le condizioni di impiego dei due metodi di calcolo proposti, sono: Flusso termico con valori non troppo ridotti: mediamente valore del flusso Φ > 5 W/mq; Differenza di temperatura mediamente ΔT > 10 C Metodo delle medie progressive Il metodo delle medie progressive o media mobile consiste nel calcolare la conduttanza utilizzando, ad ogni istante, anziché i valori istantanei di flusso e temperatura, i valori medi calcolati su tutti gli istanti precedenti. Ad ogni istante di campionamento sono riportati i valori di flusso medio, temperature medie e conduttanza, sia sotto forma tabulare che grafica. Sono inoltre evidenziati i valori finali, calcolati utilizzando tutti i dati a disposizione. Figura 8. Tabella riepilogativa dati raccolti Il valore finale della conduttanza dovrebbe essere quello che meglio approssima il valore reale della struttura in esame. Dalla rappresentazione grafica si può vedere se il sistema converge oppure se le oscillazioni sono ancora rilevanti (si può considerare convergente un sistema in cui il valore di conduttanza oscilla attorno all asintoto orizzontale con ampiezza massima di 0.05 W/m²K). La trasmittanza U si ricava dalla conduttanza aggiungendo il contributo delle resistenze Rek (liminare esterno) e Rik (liminare interno), tramite la seguente formula: MAE Molisana Apparecchiature Elettroniche srl - Pagina 8/10

9 Figura 9. Grafici riepilogativi dati raccolti e valori calcolati Metodo black-box Il metodo "Black-box" è un metodo di identificazione, così chiamato perchè non presuppone la conoscenza del sistema fisico in esame (nel nostro caso la parete), ma solo delle serie temporali dei dati di ingresso (la temperatura interna ed esterna) e di quelli in uscita (il flusso). Dai dati si risale, con un metodo statistico, alle caratteristiche fisiche della parete, ricavando quindi la conduttanza. Più in dettaglio, supponiamo che il flusso ad un certo tempo dipenda linearmente dal valore del flusso stesso nei precedenti na passi, dal valore della temperatura interna nei precedenti nb1 passi e dal valore della temperatura esterna nei precedenti nb2 passi. Fissato il numero di passi na, nb1 e nb2, si calcolano i coefficienti na, b1 e b2 che minimizzano lo scarto quadratico tra il valore del flusso calcolato e quello misurato. 1.3 Conclusioni In ogni caso, l errore di valutazione rimane nell ordine del 5% in ragione di: - Sensibilità della strumentazione - Variabilità delle condizioni amientali - Incertezza ed inadeguatezza del modello di calcolo - Incertezza nell interpretazione dei risultati MAE Molisana Apparecchiature Elettroniche srl - Pagina 9/10

10 Capitolo 3. La strumentazione Tutte le strumentazioni Mae della serie termoflussimetrica sono costituite da - 2 sonde di temperatura interne - 2 sonde di temperatura esterne - 1 piastra flussimetrica - 1 datalogger - 1 software di elaborazione dati GTLab In opzione è possibile avere strumentazioni con collegamento wireless dei sensori così da effettuare più misure contemporanee PARETE INTERNA TERMOMETRI INTERNI PARETE ESTERNA TERMOMETRI ESTERNI A5000 MAW PIASTRA FLUSSIMETRICA Figura 10. Esempio di posizionamento strumentazione wireless Figura 11. Esempio di maschera software di elaborazione dati GTLab MAE Molisana Apparecchiature Elettroniche srl - Pagina 10/10