neo-Eubios 69 - Diagnosi strumentale per ogni stagione

di Alessandro Panzeri

Contesto

La diagnosi energetica degli edifici esistenti con l’ausilio di strumenti che consentono indagini non distruttive è un tema già affronato da tempo (Neo Eubios ha ospitato gli articoli “la valigetta del certificatore” del 2007, “La misura della trasmittanza in opera” nel 2008, “Strumenti per la valutazione dell’isolamento termico e acustico dei serramenti” nel 2010, “Valutazioni in opera dei coefficienti lineici”, “Collaudo e diagnosi dei sistemi di isolamento a cappotto”, e “Proposta metodologica per indagini sugli edifici esistenti” nel 2013, “La diagnosi energetica, sostanza non carta” nel 2014, “Misure in campo per la diagnosi in estate” nel 2016 - tutti articoli che possono essere liberamente scaricati dal sito anit.it).

Diagramma di flusso per la realizzazione della diagnosi energetica, schema UNI CEI/TR 11428 rielaborato da ANIT

La diagnosi energetica, quando utile e propedeutica a proposte di efficientamento effettivamente da realizzare (ovvero non quando è subita come pratica cartacea/digitale da realizzare), prevede che il modello di calcolo debba essere “validato” rispetto ai consumi per poi procedere con gli scenari di proposte di efficientamento. Il contesto normativo è presente attraverso il pacchetto di norme della serie UN EN 16247 ed è in corso la realizzazione di un rapporto tecnico dedicato al tema delle diagnosi al CTI – Comitato Termotecnico Italiano. Ciò significa che i dati in input rilevanti, inseriti nel modello di calcolo riferito alle UNI TS 11300, devono essere il più possibile rappresentativi del comporamento reale dell’edificio.

L’attuale contesto legislativo nel quale sono evidenti le opportunità derivanti dalle elevate percentuali di detrazione fiscale (dal 50 al 75% solo per la parte energetica) coniugate con la cessione del credito porta il condominio con riscaldamento centralizzato ad essere un frequente oggetto di studio. Questa casistica di edificio, rispetto ad altre tipologie e destinazioni d’uso, ha i seguenti vantaggi:

- è generalmente costituito dalla stessa tecnologia costruttiva;

- ha un servizio prevalente (il riscaldamento) che è “facile” modellare poiché i singoli comportamenti delle utenze, per quanto differenti, sono standardizzabili e influenzano poco il risultato di consumo finale derivante principalmente dalle perdite per trasmissione;

- gli interventi che possono portare al risparmio energetico coinvolgono tutti gli inquilini e sono effettivamente realizzabili;

- la valorizzazione degli interventi non si riassume nel solo “risparmio energetico”, ma anche nell’aumento del valore di mercato grazie alla classificazione energetica dell’edificio (influenzata in gran parte dal servizio di riscaldamento).

Lo studio dell’edificio passa nel “centrare” il più possibile i dati in ingresso rilevanti ai fini del bilancio. Il grafico evidenzia il peso dei diversi contributi mensili in un edificio esistente tipo condominio in zona E. La parte azzurra che caratterizza le perdite per trasmissione è definita principalmente da: - geometria delle superfici disperdenti; - trasmittanza termica delle strutture; - coefficienti lineari dei ponti termici.

Il peso dei ponti termici in strutture in cemento armato con tamponature in laterizio è mediamente del 20% sul coefficiente di dispersione verso l’esterno H D . Gli strumenti attualmente disponibili sul mercato per migliorare le informazioni relative alle strutture sono le termocamere e i termoflussimetri con sonde di temperatura. L’impiego e l’efficacia della strumentazione durante il periodo invernale è consolidato. Più interessante sfruttarne l’impiego al di fuori della stagione di riscaldamento.

Focus termografia e ponti termici

Le diagnosi energetiche degli edifici si realizzano, se si è fortunati, avendo a disposizione piante in formato cartaceo dalle quali si ricavano la geometria generale dell’edificio e le tipologie di ponti termici. Visto il peso dei ponti termici nella fase di modellazione e poi nella successiva fase di proposta di isolamento termico, è opportuno raccogliere informazioni il più possibili rappresentative dell’edificio. L’irraggiamento solare può aiutare sensibilmente il responsabile della diagnosi per l’individuazione della posizione, tipologia e dimensione del ponte termico (gli ultimi modelli di termocamere di recente produzione hanno a bordo anche il distanziometro e quindi possono

rapidamente restituire informazioni geometriche di lunghezze e aree). Il tipo di indagine che si effettua, in accordo con le definizioni presenti nella norma UNI EN 16714, è con procedura “qualitativa” ed eccitazione “attiva”. La rilevazione di disomogeneità di “temperatura” superficiale è frutto di una differente effusività termica superficiale dei materiali della facciata: l’effusività dipende dalla conduttività termica, dalla densità e dal calore specifico del materiale.

Nel caso dei ponti termici, per esempio relativi alla presenza di cemento armato, l’indagine termografica consente di cogliere differenze di temperatura superficiale derivanti da caricamento (accumulo di calore) o da scaricamento (rilascio di calore) determinate dal diverso comportamento, sotto l’intonaco, del laterizio e del calcestruzzo.

La raccolta di immagini termografiche mostra come siano evidenti le differenze di temperatura e come sia possibile modellare con maggiore precisione e verosimiglianza il ponte temico con adeguati software agli elementi finiti. Le immagini di modelli di ponte termico sono state realizzate con il software IRIS, distribuito agli associati ANIT. Il periodo della campagna termografica è stato compreso tra marzo a giugno.

Casistica dei materiali con differenti valori di effusività termica in un sistema a cappotto Fonte: Diagnostica dei sistemi a cappotto, Manuale ANIT, 2013

Facciata di edificio, ΔT = 3.4 °C marzo, esposizione sud-ovest, pomeriggio

Ponte termico della trave di bordo con muratura in doppio tavolato e intercapedine d’aria

Facciata di edificio, ΔT = 3.3 °C giugno, esposizione sud, ora di pranzo

Ponte termico del balcone con muratura in doppio tavolato e cassonetto

È evidente che le immagini mostrano le strutture in cemento armato più “fredde” di qualche grado °C. L’energia solare scalda la superficie e le strutture sottostanti si scaldano in modo differente per effetto della loro effusività termica. Non ha alcuna importanza la temperatura dell’ambiente interno.

Facciata di edificio, ΔT = 2.3 °C maggio, esposizione nord-ovest, pomeriggio

Ponte termico del solaio in aggetto con doppio tavolato e isolante in intercapedine

Facciata di edificio, ΔT = 1.6 °C giugno, esposizione nord-est, pranzo

Ponte termico del pilastro in parete

Come si possono impiegare le indagini termografiche fuori dalla stagione di riscaldamento così anche le indagini termoflussimetriche possono aiutare a comprendere meglio le strutture di parete.

Focus termoflussimetria per tutte le stagioni

Le misure termoflussimetriche sono da realizzarsi generalmente durante il periodo di riscaldamento a seguito del caricamento dell’edificio (da fine novembre a fine aprile) per essere in completo accordo con la norma di riferimento UNI ISO 9869. I risultati delle misure con i dati elaborati con il metodo delle medie progressive restituiscono grafici, come quello riportato, con il valore in rosso di conduttanza media progressiva che dopo un certo periodo si stabilizza. Nell’esempio con misura durata otto giorni su una parete in laterizio di un edificio esistente il valore si stabilizza intorno a 1,2 W/m²K.

Elaborazione dati di misura di conduttanza in opera con valutazione media progressiva (rosso) e istantanea (in giallo) – 8 giorni di novembre

Per ottenere questi risultati si opera in condizioni che riproducono progressivamente il regime stazionario: temperatura media esterna più bassa rispetto a quella interna e flusso di calore uscente monodirezionale e con valori consistenti (> 2/3 W/m²). La strumentazione di misura può essere impiegata in modo apprezzabile anche fuori dalla stagione di riscaldamento come descritto nel successivo paragrafo.

Misure in estate

Sono state realizzate tre campagne di misura su tre pareti differenti in tre edifici in zona climatica E dal 12 giugno 2019 per i successivi 20 giorni. Il grafico riassume le tre campagne con indicata la temperatura superficiale esterna misurata (in rosso), quella interna (in azzurro) e il flusso termico aerico (in giallo). Come si evince, il comportamento delle strutture rispetto alla radiazione solare incidente è caratterizzato dal valore di trasmittanza termica periodica. Nelle strutture di parete non isolate esistenti, il valore di trasmittanza periodica, ampiamente superiore alle attuali indicazioni di legge (Yie < 0.10 W/m²K), porta ai seguenti risultati: - la sollecitazione esterna di temperatura ha delle ripercussioni interne (con un certo sfasamento termporale e con un’attenuazione dell’oscillazione);

- il flusso energetico entrante o uscente in relazione alla superficie interna è caratterizzato da un comportamento con inversione di segno e con

una prevalenza di energia “entrante” che quindi porta al surriscaldamento dell’ambiente.

La struttura isolata invece mostra questo comportamento: - assenza di conseguenze della sollecitazione esterna sull’interna; - flusso energetico sulla superficie interna prossimo allo zero.

Il grafico mostra come si possano acquisire informazioni al di fuori del periodo di riscaldamento sul livello di isolamento termico della struttura. Informazioni che aiutano ad affinare il modello di calcolo. Sulla base infatti delle misure di temperatura superficiale interna ed esterna e di flusso è possibile raccogliere preziose informazioni su:

- sfasamento temporale tra la sollecitazione esterna e interna della struttura;

- energia entrante e/o uscente in gioco dipendente dalla struttura e dalle condizioni al contorno.

Nel modellare una struttura con le caratteristiche dei materiali che la compongono (densità, conduttività termica, spessore e calore specifico) e inserendola in un contesto climatico caratterizzato da temperature dell’aria e dall’irraggiamento solare, è possibile: - valutare lo sfasamento temporale in accordo con UNI EN ISO 13786; - valutare, con calcoli agli elementi finiti, l’energia in ingresso e in uscita.

Il modulo avanzato del software PAN distribuito agli associati ANIT è dedicato proprio al calcolo agli elementi finiti ed è quindi possibile impiegarlo per capire meglio le strutture esistenti.

Conclusioni

La diagnosi energetica di condomini esistenti passa da una valutazione accurata del peso dei ponti termici e delle strutture opache. Strumenti a supporto di questa analisi sono storicamente le termocamere e i termoflussimetri. Le indagini sembrano essere realizzabili solo durante il periodo di riscaldamento, ma, come mostrato nell’articolo, molte informazioni possono essere raccolte al di fuori di quel periodo.

Le misure mostrano il comportamento delle strutture oggetto di irraggiamento solare ed è evidente che al crescere del livello di isolamento termico delle strutture l’influenza del sole si riduce sino a essere trascurabile: la parete è adiabatica. Questi livelli si possono raggiungere anche su edifici esistenti con interventi di isolamento che portano le pareti ad avere valori di trasmittanza termica periodica molto ridotti: isolare conviene, anche d’estate.

Dalle strutture non isolate alle strutture molto isolate: conseguenze della sollecitazione esterna annullate!