Termoflussimetri

Termoflussimetri
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
Il presente documento è confidenziale a titolo della legge sulla
proprietà intellettuale. Qualunque riproduzione, anche parziale, è
severamente vietata senza il previo consenso di M.A.E.
Termoflussimetri
Sommario
Capitolo 1. TRASMISSIONE DEL CALORE ................................................................................................... 3
1.1 Generalità ................................................................................................................................................ 3
1.2 La trasmittanza U..................................................................................................................................... 3
1.3 Misura in opera della trasmittanza ........................................................................................................... 4
1.4 Determinazione pratica di U .................................................................................................................... 5
1.4.1 Per una corretta misura .................................................................................................................... 5
Capitolo 2. NORMATIVA ISO 9869 ................................................................................................................. 6
2.1 Generalità ................................................................................................................................................ 6
1.1 Sonde di misure e loro calibrazione ........................................................................................................ 7
1.2 Specifiche ................................................................................................................................................ 8
1.2.1 Metodo delle medie progressive ....................................................................................................... 8
1.2.2 Metodo “black-box” ........................................................................................................................... 9
1.3 Conclusioni .............................................................................................................................................. 9
Capitolo 3. La strumentazione ..................................................................................................................... 10
ALLEGATI
Esempio di relazione
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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
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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 7357-74. Le misure vengono eseguite in
ottemperanza alla normativa ISO 9869-1994 (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
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1.4 Determinazione pratica di U
E„ possibile modellizzare il comportamento di una parete esposta agli estremi alle temperature Ti e Te:
T = temperatura --- Kelvin (K)
2
φ = flusso termico --- W / m
2
U = trasmittanza della parete --- W / (m K)
ΔT = Ti-Te = R· φ ovvero U = φ/(Ti-Te)
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.
1.4.1 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.
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Capitolo 2. NORMATIVA ISO 9869
2.1 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: 60-80 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
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1.1 Sonde di misure e loro calibrazione
Le sonde di temperatura utilizzano componenti elettronici LM35CZ National Instruments con range di
temperatura -40 +110 °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.
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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.
1.2.1 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:
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Figura 9. Grafici riepilogativi dati raccolti e valori calcolati
1.2.2 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
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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
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