Assotermografia

Le tecniche strumentali possono essere validamente utilizzate per la diagnosi energetica, ovvero per la definizione degli interventi mirati a migliorare la classe energetica di un edificio.  

Sono possibili tre tipi di prove in opera, ognuna delle quali disciplinata da una specifica norma tecnica:  

1. Valutazione qualitativa dell’involucro termico dell’edificio mediante termografia ad infrarossi (secondo la norma UNI EN 13187)  

2. Valutazione del valore di trasmittanza in opera (secondo la norma ISO 9869)  

3. Valutazione della permeabilità all’aria dell’edificio (o “blower door test”, secondo la norma UNI EN 13829)  

Valutazione qualitativa dell’involucro termico dell’edificio mediante termografia a infrarossi

La termografia è un metodo di determinazione e rappresentazione della temperatura superficiale tramite misurazione senza contatto della radiazione infrarossa emessa da una superficie: a parità di emissività, tanto più un oggetto è caldo, tanto più radiazione infrarossa emette. La radiazione infrarossa 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.  

La termografia comprende l’interpretazione dei meccanismi che producono irregolarità termiche, e pertanto presuppone adeguate conoscenze sia nel campo della fisica che, per la sua applicazione in edilizia, nel campo della tecnica delle costruzioni. A seguito della valutazione di altri parametri dell’oggetto indagato (ad es. emissività), dell’ambiente (ad es. temperatura riflessa) è possibile convertire il valore misurato di radiazione infrarossa in valori di temperatura.  

Gli altri strumenti che integrano la termocamera per il rilievo delle condizioni ambientali e per la corretta interpretazione delle immagini sono il termoigrometro, l’anemometro, ed il barometro per la misurazione della differenza di pressione, tipicamente tra l’interno dell’edificio e l’esterno, e le varie zone interne dell’edificio, ed il misuratore di umidità nelle murature per correlare con sicurezza un aspetto termico con la presenza di umidità.  

La termografia è regolata dalla norma UNI EN 13187, specifica per la rivelazione qualitativa dell’involucro termico degli edifici con metodo termografico, e consente di verificare:  

• la buona esecuzione dell’isolamento termico (inclusa la rilevazione dei ponti termici)

• 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), che causa un aumento del valore di trasmittanza dei materiali

• il buon funzionamento degli impianti.

Termografia di un edificio nel periodo invernale: si nota come dall’esterno sia visibile una macchia arancione a temperatura superiore sul muro. E’ 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 radiazione infrarossa “più fredda” della volta celeste su un materiale ad emissività più bassa (vetro). La finestra a piano terra denuncia la priopria 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 finestra 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 l’ambiente non è riscaldato.  

Impianto di riscaldamento a pavimento parzialmente non funzionante (zona a destra). Con la termografia è possibile verificare se la temperatura del pavimento è corretta e valutare l’asimmetria radiante.  

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 per correggere in ponti termici è naturalmente l’isolamento a cappotto dall’esterno.  

Le norme statunitensi ASTM descrivono più dettagliatamente le modalità delle diverse tipologie di indagini termografiche.  

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, per l’individuazione delle infiltrazioni d’aria, è abbinare il test blower door alla termografia. Si vedano ad esempio le termografie seguenti, effettuate durante la creazione di una depressione all’interno dell’edificio mediante blower door. In condizioni di assenza di vento il problema probabilmente non sarebbe stato individuabile: bisogna quindi “creare” artificialmente le condizioni per acquisire il maggior numero di informazioni  

Termografia di infiltrazione di aria fredda da falda di tetto in legno durante blower door test  

Le norme statunitensi ASTM descrivono più dettagliatamente le modalità delle diverse tipologie di indagini termografiche.  

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, per l’individuazione delle infiltrazioni d’aria, è abbinare il test blower door alla termografia. Si vedano ad esempio le termografie seguenti, effettuate durante la creazione di una depressione all’interno dell’edificio mediante blower door. In condizioni di assenza di vento il problema probabilmente non sarebbe stato individuabile: bisogna quindi “creare” artificialmente le condizioni per acquisire il maggior numero di informazioni  

Termografia di infiltrazione di aria fredda da falda di tetto in legno durante blower door test  

Il fenomeno visibile nell’immagine sottostante, noto come “thermal bypass”, consiste in un’infiltrazione d’aria in un’intercapedine, senza ingrasso d’aria nell’edificio. Ciò causa un decadimento delle prestazioni dell’isolante, nel caso in esame situato dietro la controparete interna in cartongesso. Si notano chiaramente la zona d’ingresso dell’aria fredda dal punto non sigillato tra parete e tetto, e le “bolle” di colla con cui il cartongesso è fissato all’isolante.  

Termografia di “thermal bypass”: infiltrazione di aria fredda in intercapedine  

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 termo camere ed al loro aumento di sensibilità, 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 irregolarità termiche superficiali più accentuate di quello per conduzione.  

La termografia rientra tra le “prove non distruttive”, e la formazione del personale addetto alle prove non distruttive è regolata dalle norme UNI EN 473 e ISO 9712; perché abbia valore legale, una prova termografica dev’essere eseguita da un tecnico certificato almeno al 2° livello secondo tali norme (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. Ciò nondimeno, se correttamente realizzata la termografia fornisce velocemente e con ottima precisione una visione 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%.  

E’ possibile inoltre verificare la presenza di trattamenti basso emissivi che migliorano il valore di trasmittanza globale della vetratura a parità di spessore: si veda ad esempio la foto sottostante, scattata d’inverno all’esterno di una scuola: il vetro centrale dei 3 inferiori presenta una temperatura superficiale inferiore agli altri ed è quindi meglio isolato per la presenza di un trattamento basso emissivo. Per misurare lo spessore dei vetricamera sono in commercio spessivetri laser.  

Il vetro centrale (più freddo visto dall’esterno) è basso emissivo.  

Abbinando la termografia al rilievo delle condizioni termo igrometriche (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. In tali zone “fredde”, dovute ai ponti termici o ad una generalizzata carenza di isolamento, si può creare condensa e quindi è favorita la proliferazione di muffe.  

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). Quindi ogni superficie interna che raggiunge una temperatura inferiore a 13,2 °C ad una temperatura interna di 20 °C non e’ consentita.  

La termografia è inoltre una prova necessaria per decidere dove effettuare la verifica numerica della trasmittanza mediante termoflussimetro. Infatti, senza aver preliminarmente effettuato una termografia, non è possibile scegliere “a ragion veduta” dove effettuare le prove termoflussimetriche.  

2.  Valutazione in opera della trasmittanza  

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 termoflussimetro 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 dev’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 ed 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 sono delle oscillazioni, e come nel lungo periodo il valore misurato si assesti su un valore affidabile.  

La durata della misura deve essere un multiplo intero di 24 ore, perché il comportamento nei confronti dell’accumulo di calore della struttura analizzata è funzione degli intervalli giorno-notte.  

3.  Valutazione della permeabilità all’aria dell’edificio: il blower door test – BDT  

Le perdite energetiche causate dalle infiltrazioni sono subdole e, per edifici molto ben isolati, possono causare un dispendio energetico analogo a quello dovuto alle perdite per trasmissione.  

Installazione del blower door sulla porta di una scuola – vista esterna  

La valutazione della permeabilità all’aria viene effettuata secondo la norma UNI EN 13829. Per la misurazione della permeabilità all’aria dell’edificio, viene installato ermeticamente un ventilatore nell’apertura di una porta esterna o di una finestra. Vengono installati sensori che tengono monitorate le pressioni presenti all’interno ed all’esterno dell’edificio durante la prova, ed all’interno del ventilatore. Con il ventilatore in funzione, porte esterne e finestre chiuse, ed apertura di tutte le porte interne onde mettere in comunicazione le stanze interne dell’edificio, viene prodotta una differenza di pressione Dp all’interno dell’involucro edilizio rispetto all’ambiente esterno. Il valore di Dp viene impostato mediante il numero di giri del ventilatore e la sua sezione, che può essere variata mediante appositi riduttori. Il ventilatore ed i sensori di pressione sono collegati ad un trasduttore che è collegato a PC; tramite apposito software si tiene costantemente monitorato il processo.  

Semplificando, il flusso d’aria necessario per mantenere la Dp di 50 Pa viene definito come portata volumetrica V50. Dividendo la portata V50 per il volume interno V sottoposto a prova, si ottiene il valore n50, ovvero il numero di ricambi d’aria orari alla differenza di pressione di 50 Pa.  

Nella prima fase chiamata “cruise”, viene creata e mantenuta una depressione costante di 50 Pa. Durante questa fase viene ispezionato l’involucro dell’edificio alla ricerca delle “perdite”, per individuare dove l’aria entra nell’edificio (punti non ermetici). Le perdite maggiori si possono sentire con la mano, mentre per quelle di intensità ridotta è necessario un generatore di fumo oppure un termo-anemometro; questo strumento è utile per misurare le velocità delle infiltrazioni.  

Nella seconda fase, il test vero e proprio, si sottopone l’ambiente a una depressione decrescente dal valore massimo impostato, con passi di generalmente di 5 Pa e rilevando 100 valori per ogni passo; altri 30 valori sono misurati a macchina ferma prima e dopo la prova per la valutazione dell’influenza delle differenze di pressione tra interno ed esterno (vento).  

Al termine del test l’apparecchiatura, grazie al collegamento con PC ed un apposito software nel quale si inseriscono i parametri dimensionali dell’edificio, fornisce il valore di n50. Il test può essere effettuato solo in depressione, solo in pressione, od in entrambi i modi, consentendo di determinare differenze nel comportamento dell’edificio nelle due condizioni e di indagarne le cause.  

Basse prestazioni nei riguardi della permeabilità all’aria sono purtroppo tuttora comuni per molte strutture in legno e nei serramenti, a causa di non corretta realizzazione e posa in opera, e possono portare a fenomeni di condensa interstiziale. Tanto più è elevato il parametro n50, tanto più si formerà condensa interstiziale nella struttura “debole” per la permeabilità all’aria, tanto più ridotto sarà anche l’isolamento acustico.  

La carente ermeticità causa inoltre perdita di efficienza degli impianti di ventilazione.  

Diagramma di regressione pressione/portata dei vari “passi” di blower door test  

L’individuazione dei percorsi di infiltrazione dell’aria è utile per interventi migliorativi.  

Termografia di infiltrazioni d’aria da serramenti e da giunti di casa in legno durante blower door test  

1,19 m/sec velocità infiltrazione aria, misurata con termo anemometro in serramento per carenza guarnizione  

Le 3 verifiche descritte consentono di determinare le carenze e/o la buona esecuzione dell’edificio in relazione a quanto progettato; il BDT è obbligatorio per conseguire la certificazione CasaClima. Chi è interessato ad approfondire le tematiche della termografia può visitare il sito di Assotermografia, associazione senza fine di lucro (www.assotermografia.it).