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L’EFFICIENZA DEGLI EDIFICI SI MISURA CON LA TERMOGRAFIA

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Il collaudo energetico
La termografia a infrarossi per misurare la “temperatura” degli edifici
La termoflussimetria e la trasmittanza delle pareti

Il collaudo energetico
L’emanazione delle recenti normative per il risparmio energetico, che prevedono per gli edifici il possesso di un attestato di certificazione energetica (ACE), solleva il problema delle modalità di verifica dei più importanti parametri di calcolo utilizzati per la redazione di tale documento (isolamento termico, permeabilità all’aria), e della corretta realizzazione dell’edificio. Può l’ACE essere redatto sulla base dei valori dichiarati dai fornitori dei materiali, ipotizzando la corretta esecuzione di quanto progettato? O vale la pena di verificare i più importanti di tali valori mediante una serie di prove da effettuare sull’edificio realizzato? In tal senso va letto quanto riportato nel DM 26/06/2009, che contiene le linee guida sulla certificazione energetica degli edifici, quando al punto 4 dell’allegato A si legge, in merito al “Metodo di calcolo su rilievo dell’edificio o standard”: “Mediante procedure di rilievo, anche strumentali, sull’edificio e/o sui dispositivi impiantistici…(omissis)”, oppure quando al punto 8, sempre dell’allegato A, si legge: “Il soggetto certificatore, nell’ambito della sua attività di diagnosi, verifica e controllo, può procedere alle ispezioni ed al collaudo energetico delle opere, avvalendosi, ove necessario, di tecniche strumentali”. L’adozione di tecniche strumentali inoltre può servire per la diagnosi energetica, ovvero per la definizione degli interventi mirati a migliorare la classe energetica di un edificio. Le prove in opera utili per tali verifiche, ovvero per il “collaudo energetico” dell’edificio, sono le tre seguenti, ognuna delle quali disciplinata da una specifica norma tecnica: 1. Valutazione qualitativa dell’involucro termico dell’edificio mediante termografia ad infrarossi (norma UNI EN 13187). 2. Valutazione del valore di trasmittanza in opera (norma ISO 9869). 3. Valutazione della permeabilità all’aria dell’edificio (o “blower door test”, norma UNI EN 13829). Per questa prova di permeabilità all’aria si rimanda all’articolo già comparso su Energheia Magazine. Vediamo in cosa consistono le prime due verifiche e come la termografia si possa abbinare sia alla seconda, sia alla terza prova.
La termografia a infrarossi per misurare la “temperatura” degli edifici 
La termografia è un metodo di determinazione e rappresentazione della temperatura superficiale  tramite misurazione senza contatto della radiazione infrarossa radiante da una superficie: a parità di emissività, tanto più un oggetto è caldo, tanto più radiazione infrarossa emette. La radiazione infrarossa è invisibile è viene rilevata mediante appositi strumenti (termocamere) che la misurano e la traducono in una scala di falsi colori, convertendo le normali foto in “mappe” di temperatura superficiale, sulla base dei parametri impostati dal’utente. La termografia comprende l’interpretazione dei meccanismi che producono irregolarità delle immagini  infrarosse e pertanto presuppone adeguate conoscenze sia nel campo della fisica sia, per la sua applicazione in edilizia, nel campo della tecnica delle costruzioni. A seguito della valutazione di altri parametri dell’oggetto indagato (emissività, distanza), dell’ambiente (temperatura riflessa, umidità relativa, vento) e dello scenario circostante  (presenza di “temperature riflesse” da altre superfici)  è  possibile convertire il valore misurato di radiazione infrarossa in valori di temperatura e valutare correttamente la ragione delle anomalie e/o l’attendibilità delle immagini termiche. Si vede quindi come siano molti i parametri in gioco per ottenere una corretta impostazione di una termocamera e quindi per interpretare correttamente i risultati di un’ispezione termografica. Gli altri strumenti che integrano la termocamera per il rilievo delle condizioni ambientali sono il termoigrometro, l’anemometro e il barometro per la misurazione della differenza di pressione, tipicamente tra l’interno dell’abitazione e l’esterno, oppure tra le varie zone interne dell’edificio. La termografia è regolata dalla norma UNI EN 13187, specifica per la rilevazione qualitativa dell’involucro termico degli edifici con metodo termografico. Mediante la rilevazione della temperatura superficiale dell’involucro edilizio la termografia consente di verificare:
  • la buona esecuzione dell’isolamento termico (inclusa la rilevazione dei ponti termici)
Termografia di un edificio nel periodo invernale: si nota come dall’esterno sia visibile una macchia arancione a temperatura superiore sul muro. È dovuta alla presenza di un termosifone all’interno che a causa del carente isolamento termico dei muri, disperde all’esterno parte del proprio calore.
Termografia di un edificio nel periodo invernale: si nota come la zona a sinistra in alto del muro sia più fredda, ovvero meglio isolata, nonostante l’aspetto esteriore del muro al piano primo non presenti difformità. Il proprietario ha isolato la stanza dall’interno. Si nota la zona calda sotto alla finestra del primo piano, dovuta alla dispersione di calore di un termosifone. Sempre la finestra del primo piano sembra essere più fredda della parete, ma ciò è dovuto al fenomento della riflessione della volta celeste. La finestra a piano terra denuncia la propria dispersione termica superiore al muro, non essendo interessata dalla riflessione della volta celeste rispetto alla ripresa dell’immagine termografica.
Termografia di un edificio nel periodo invernale: si nota come a lato della finerstra a sinistra del primo piano siano visibili le tubazioni dell’acqua calda di un termosifone non correttamente isolate. Il muro esterno del sottotetto è più freddo perché il locale non è riscaldato.
Vista della parete interna di un’aula scolastica con isolamento sandwich: le righe scure verticali sono il freddo che entra tra i singoli pannelli di isolante
 
Termografia di un edificio con telaio in cemento armato nel periodo invernale: si notano facilmente le linee orizzontali e verticali dei pilastri e dei cordoli in cemento armato (ponti termici), che disperdono molto più calore delle parti in laterizio. La soluzione corretta per il risparmio energetico è l’isolamento a cappotto.
  • la presenza di umidità (che a causa della tendenza dell’acqua ad evaporare quasi sempre conduce ad un aspetto “freddo” delle superfici, essendo l’evaporazione un processo endotermico, e causa un aumento del valore di trasmittanza dei materiali)
  • il buon funzionamento degli impianti.
Mediante la termografia sono rilevabili anche difetti nella permeabilità all’aria dell’edificio, in quanto i flussi di aria a diversa temperatura determinano, per convezione, anomalie delle temperature superficiali. Particolarmente utile è abbinare il test blower door di permeabilità all’aria alla termografia. Senza abbinare il test di permeabilità all’aria alla termografia è difficile individuare dove sono realmente i difetti di costruzione che causano gli “spifferi”: si vedano ad esempio le termografie seguenti, effettuate durante la creazione, all’interno dell’edificio, di una pressione inferiore rispetto a quella esterna durante il test blower door. Dal momento che l’aria esterna tendeva ad entrare all’interno della casa a causa della maggiore pressione esterna (che “premeva” l’aria verso l’interno dell’abitazione), e poiché l’aria esterna era più fredda, dall’interno è stato possibile individuare delle infiltrazioni d’aria. Queste appaiono come irregolarità termiche fredde che ricalcano il percorso d’ingresso dello “spiffero”.
Termografia di infiltrazione di aria fredda da tetti in legno – esempio 1
 
Termografia di infiltrazione di aria fredda da tetti in legno – esempio 2

La UNI EN 13187 raccomanda la presenza di una differenza di temperatura di 10°C tra interno ed esterno dell’edificio, ma grazie al miglioramento tecnologico delle termocamere e al loro aumento di sensibilità, l’indagine termografica può essere eseguita anche con differenze di temperatura inferiori. Per la rilevazione delle infiltrazioni d’aria durante il blower door test sono sufficienti pochi gradi di differenza, in quanto il raffreddamento per convezione genera solitamente irregolarità termiche superficiali più accentuate di quello per conduzione. La termografia rientra tra le “prove non distruttive” e la formazione del personale addetto a questo genere di prove è regolata dalle norme UNI EN 473 e ISO 9712: perché abbia valore legale, una prova termografica deve essere eseguita da un tecnico certificato almeno al 2° livello(sono previsti 3 livelli, con competenze crescenti dal 1° al 3°). La termografia è una “valutazione qualitativa dell’involucro termico” perché da essa non è possibile derivare un esatto valore numerico di trasmittanza dell’elemento edilizio in esame (la trasmittanza è il parametro principale per definire l’isolamento termico. Tanto peggiore è l’isolamento di un elemento edilizio, vetro o parete, tanto maggiore è il flusso termico trasmesso attraverso di esso, e viceversa). Ciò nondimeno, se correttamente realizzata, la termografia fornisce velocemente e con ottima precisione una visione, leggibile anche da chi non è un tecnico specializzato, delle dispersioni termiche dell’edificio e delle infiltrazioni d’aria, e le differenze superficiali di temperatura delle diverse zone dell’edificio sono stimabili numericamente, se si sono rilevati bene i necessari parametri, con errori minimi dell’ordine del 2%.

Rilievo termografico delle infiltrazioni d’aria da serramenti
1,19 m/sec velocità infiltrazione aria serramento misurata con termoanemometro

Abbinando la termografia al rilievo delle condizioni termoigrometriche (temperatura ed umidità relativa) interne ad una stanza, è possibile determinare se in una parete vi siano zone che presentano una temperatura superficiale inferiore al punto di rugiada. Tali zone “fredde” sono dovute ai ponti termici o ad una generalizzata carenza di isolamento. Nelle pareti con temperatura inferiore al punto di rugiada si può creare condensa e quindi è favorita la proliferazione di muffe, con degrado delle finiture e potenziale sviluppo di patologie per gli occupanti.

 

Il D. Lgs 311/06 (All. I) prevede che non si debba formare condensa superficiale sull’elemento costruttivo ad una temperatura interna di 20 °C con umidità relativa del 65% (in assenza di un sistema di controllo dell’umidità relativa interna). A 20°C il massimo contenuto di umidità è 17,33 g/mc, corrispondente al 100% di umidità relativa. Il 65% di umidità relativa a tale temperatura sono quindi 11,26 g/mc, ai quali corrispondono una T di rugiada di circa 13,2°C. Perciò ogni superficie interna che raggiunge una temperatura inferiore a 13,2 °C ad una temperatura interna di 20 °C non è consentita. La termografia è inoltre una prova fondamentale per decidere dove effettuare la verifica numerica della  trasmittanza mediante termoflussimetro (prova n.2, eseguita secondo la ISO 9869). Infatti, senza aver  preliminarmente effettuato una termografia, non è possibile scegliere “a ragion veduta” dove effettuare le prove termoflussimetriche.

La termoflussimetria e la trasmittanza delle pareti
A seguito dell’esito dell’ispezione termografica, si può procedere alla verifica quantitativa del  valore di trasmittanza delle pareti in corrispondenza delle zone individuate come “prive di anomalie”:
La verifica viene effettuata mediante termoflussimetro, con successivo calcolo del valore di trasmittanza mediante il metodo delle medie progressive secondo la norma ISO 9869; essa descrive  “il metodo  del  termoflussimetro per  le  misure  di trasmissione del  calore  per  elementi  piani  di  involucro (strati  opachi perpendicolari alla direzione del flusso termico senza significativo flusso laterale)”.
I termoflussimetri sfruttano il fenomeno fisico noto come “effetto Seebeck”, ovvero la generazione di una forza elettromotrice in un circuito costituito da metalli diversi quando i punti di giunzione si trovano a temperature diverse. Il termoflussimetro a piastra dev’essere posizionato sulla parete dove la temperatura è più stabile, ovvero all’interno dell’abitazione. Per l’unità esterna bisogna evitare l’esposizione solare, quindi è raccomandata la parete nord. Il termo flussimetro memorizza le misure effettuate secondo intervalli prestabiliti dal tecnico. I valori memorizzati sono quindi elaborati mediante software per calcolare il valore di trasmittanza. E’ bene effettuare la misura di presenza di buone differenze di temperatura tra interno ed esterno; la durata minima della misura deve essere di  almeno 72 ore, ma se la temperatura non è stabile attorno al termoflussimetro è necessaria una misura più lunga.
Il metodo delle medie progressive (o media mobile) consiste nel calcolare i valori di trasmittanza utilizzando ad ogni istante i valori di flusso e di temperatura calcolati su tutti gli stanti precedenti. In questo modo il valore di trasmittanza tende ad approssimare asintoticamente quello che meglio rappresenta il comportamento della struttura. La lunga durata della misura è tanto più necessaria tanto più la parete è massiccia e ha quindi la capacità di accumulare calore e rilasciarlo in modo ritardato nel tempo (fenomeno del cosiddetto “sfasamento dell’onda termica”, che quantitativamente si esprime in ore).
Nel grafico seguente, che rappresenta l’andamento del valore della media progressiva della trasmittanza, si vede chiaramente come nel periodo iniziale ci siano delle oscillazioni dovute allo sfasamento dell’onda termica nella parete oggetto di misura, e come nel lungo periodo il valore misurato si assesti su un valore affidabile.
La durata della misura, o comunque i dati analizzati, devono essere multipli interi di 24 ore, proprio perché il comportamento nei confronti dell’accumulo di calore della struttura analizzata è funzione degli intervalli giorno-notte. Concludendo, le verifiche descritte consentono di determinare la buona esecuzione dell’edificio in relazione a quanto progettato e a quanto riportato nell’ACE. Esse mettono anche in grado di valutare la priorità degli eventuali interventi di risanamento energetico.
Autore:
Ing. Davide Lanzoni – Certificato 2° livello termografia UNI EN 473 – SAIGE s.a.s. www.saige.it

Si autorizza la riproduzione a fini non commerciali, con citazione obbligatoria della fonte e inserimento link a www.energheiamagazine.eu.

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