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Materiali isolanti per l'edilizia

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Come si misura in laboratorio la loro idoneità ai requisiti di risparmio energetico

Per una corretta valutazione del risparmio energetico degli edifici è indispensabile che le caratteristiche termiche dei prodotti per edilizia siano determinate con precisione. A tale scopo gli organismi di normazione internazionali ed europei hanno sviluppato una serie di procedure di prova normalizzate da eseguire in laboratorio.
In questo articolo definiremo sinteticamente i metodi di prova per la caratterizzazione termica dei materiali per edilizia, compresi i materiali non soggetti alla marcatura CE.
Tratteremo poi le principali tipologie di laboratori coinvolti in queste caratterizzazioni: i "laboratori notificati" ed i "laboratori con prove accreditate".
 
Metodi di prova
La determinazione delle caratteristiche termiche dei materiali per edilizia può essere effet-tuata attraverso i seguenti metodi:
a) metodo della piastra calda con anello di guardia in accordo alle norme ISO 8302, UNI EN 12667 [1] e UNI EN 12664 [2];
b) metodo del termoflussimetro in accordo alle norme ISO 8301, UNI EN 12667 e UNI EN 12664;
c) metodo della doppia camera guardiata o calibrata in accordo alla norma UNI EN ISO 8990 [3];
d) metodo radiale secondo UNI EN ISO 8497 [4];
e) metodo della camera calda con termoflussimetri in accordo alla norma UNI EN 1934 [5].
 
Metodi a) e b)
Sono impiegati per determinare la conduttività termica di materiali omogenei o per determinare la resistenza termica di prodotti costituiti dalla sovrapposizione di più strati superficialmente omogenei (cioè privi di ponti termici). Nel metodo della piastra calda con anello di guardia (a) il provino da testare viene posizionato tra elemento riscaldante e l'elemento raffreddante (si veda la figura 1).
L'elemento riscaldante è costituito da un elemento centrale di misura e da un anello di guardia mantenuto alla stessa temperatura dell'elemento centrale, in maniera da generare un flusso termico monodimensionale attraverso il campione in prova.
 
Figura 1 - Schema della piastra calda con anello di guardia
Legenda:

1. Elemento Riscaldante
2. Campione in prova
3. Elemento raffreddante
4. Anello di guardia
5. Elemento centrale
 
 
 
 
 
La conduttività termica è data dalla relazione seguente:

 
dove:
P = potenza elettrica dissipata dall'elemento centrale (W);
A = area dell'elemento centrale (m²);
s = spessore del campione in prova (m);
(Tc - Tf) = differenza di temperatura (K) tra la superficie calda e la superficie fredda del campione in prova.
Nel metodo del termoflussimetro (b) la densità di flusso termico P/A viene misurata attra-verso il salto di temperatura che si genera su uno strato di materiale calibrato posto in se-rie al campione in prova.
In base ai valori di resistenza termica dei prodotti, vengono applicate due diverse norme, la UNI EN 12667 e la UNI EN 12664.
La differenza fondamentale tra le due norme riguarda le modalità di misura del salto di temperatura attraverso il campione.
 
Metodo c)
Il metodo della doppia camera guardiata o calibrata viene impiegato per caratterizzare pareti che possono presentare anche eventuali ponti termici. La parete in prova viene posizionata tra la camera calda e la camera fredda come mostrato nelle figura 2 e 3.
Nel metodo guardiato la camera di misura è circondata dalla camera di guardia che è mantenuta alla stessa temperatura di quella di misura.
 
Figura 2 - Schema della doppia camera guardiata

 
 
Figura 3 - Schema della doppia camera calibrata

In queste condizioni tutto il calore generato e-lettricamente nella camera di misura attraversa il campione e la trasmittanza termica "U" viene valutata attraverso la relazione seguente:

dove:
P = potenza termica dissipata nella camera di misura (W);
A = area della camera di misura (m2);
(Tc - Tf) = salto di temperatura tra le due camere (K).
Normalmente la trasmittanza termica U viene corretta per ricondursi alle resistenze super-ficiali di norma.
Se la parete è mediamente omogenea (ovvero le differenze di temperatura superficiale sono inferiori al 20 % del salto di temperatura) è possibile misurare
la resistenza termica mediante la relazione:

dove:
(Tsc - Tsf) = salto di temperatura tra le superfici del campione in prova (K).
Nel metodo calibrato (figura 3), la camera di misura è circondata direttamente dall'ambiente del laboratorio, quindi non è possibile annullare il flusso termico attraverso le sue pareti come nel metodo guardiato.
In questo caso il flusso di calore disperso dalla camera viene valutato attraverso il salto termico esistente sulle sue pareti, dopo opportune calibrazioni.
Nel caso delle pareti in muratura, si può applicare anche il metodo della camera calda con termoflussimetri in accordo alla norma UNI EN 1934 [5] (metodo e). In questo caso il flusso di calore attraverso la parete in prova viene misurato attraverso un termoflussimetro applicato sulla superficie calda della parete. Il termoflussimetro deve avere dimensioni sufficientemente grandi da ricoprire le disomogeneità presenti nella parete.
 
 
Metodo d)
Il metodo radiale secondo la norma UNI EN ISO 8497 si applica ai materiali isolanti per tubazioni. L'elemento riscaldante è costituito da un tubo circolare alle cui estremità possono essere presenti due riscaldatori cilindrici mantenuti alla stessa temperatura per ridurre al minimo i flussi termici assiali (metodo guardiato), oppure possono essere presenti estremità calibrate per valutare tali dispersioni assiali.
 

 
Caratterizzazione termica dei prodotti per edilizia non soggetti alla marcatura CE
Nonostante che siano state elaborate numerose norme di prodotto, non tutti i prodotti per edilizia possiedono la relativa norma armonizzata.
Per questi prodotti non è richiesta la marcatura CE, tuttavia se il produttore desidera questo tipo di marcatura può richiedere un Benestare Tecnico Europeo (ETA), rivolgendosi ad un ente appartenente all'EOTA. In Italia l'ente preposto a questa attività è l'ITC CNR di Bollate (Milano).
È possibile inoltre applicare una certificazione di prodotto volontaria rivolgendosi ad un ente di certificazione.
Osserviamo tuttavia che un prodotto per edilizia che non sia soggetto alla marcatura CE deve essere ugualmente caratterizzato termicamente poiché le prestazioni termiche sono richieste dalla legislazione nazionale riguardante il risparmio energetico degli edifici.
In particolare esiste il Decreto del 2 Aprile 98 [6] relativo alle modalità di certificazione delle caratteristiche termiche dei materiali per edilizia che stabilisce le caratteristiche termiche che devono essere dichiarate, in funzione della tipologia di prodotto specificato nell'allegato A del Decreto stesso.
Esiste inoltre la norma la UNI EN ISO 10456 [7] che stabilisce i criteri per valutare le caratteristiche termiche dichiarate e di progetto.
In particolare la norma richiede che il valore termico dichiarato dal produttore deve essere riferito ad una di 4 condizioni di riferimento specificate nella stessa norma.
Normalmente per i materiali cementizi si applica la condizione "Ia" che prevede una temperatura media di prova di 10 °C e materiale essiccato.
Per gli isolanti termici si impiega la condizione "Ib": temperatura media di prova 10 °C e contenuto di umidità in equilibrio in un ambiente a 23 °C e UR 50%.
Inoltre la norma stabilisce che il valore dichiarato deve essere statisticamente rappresentativo della produzione e deve tenere conto dell'effetto dell'invecchiamento in un periodo ragionevole di vita.
I metodi generali di prova previsti dalla norma sono gli stessi sopra descritti: piastra calda con anello di guardia, piastra con termoflussimetro e camera calda.
 
Alcune problematiche delle prove termiche in campo
Dalle analisi sopra riportate possiamo osservare che le norme per la caratterizzazione dei materiali per edilizia prevedono che le prove siano eseguite sempre in laboratorio.
La motivazione di questa scelta è dovuta al fatto che le prove in campo sono soggette ad una maggiore incertezza di misura.
Ciò è dovuto al fatto che le misure termiche sono notevolmente influenzate dalle condizioni termiche al contorno e queste sono difficilmente controllabili nelle misure in campo. Inoltre la variabilità delle condizioni ambientali introduce errori dovuti all'inerzia termica degli elementi in prova.
A titolo di esempio supponiamo di eseguire la valutazione della trasmittanza termica di una muratura attraverso l'uso di un termoflussimetro e di sensori di temperatura superficiali.
A causa dell'inerzia termica, non tutto il flusso di calore misurato dal termoflussimetro attraversa la parete, poiché una parte può essere assorbito o rilasciato dalla parete stessa. Supponiamo che la muratura abbia una trasmittanza termica pari a 0,3 W/(m²·K), una massa superficiale di 250 kg/m² e sia sottoposta ad un salto medio di temperatura di circa 10°C.
Si dimostra facilmente che una variazione di temperatura media della muratura di 1°C in 3 giorni può introdurre un errore di oltre il 30% nella valutazione della trasmittanza termica.
Ciò dimostra la sensibilità delle misure termiche dalle condizioni al contorno e la necessità che la caratterizzazione termica dei materiali per edilizia sia effettuate attraverso prove di laboratorio.
 
Laboratori notificati
Le norme di prodotto per la marcatura CE dei prodotti per edilizia richiedono che alcune caratteristiche che rivestono particolare importanza e che sono specificate nelle stesse norme, vengano determinate presso laboratori notificati, ovvero laboratori che abbiano ricevuto una specifica autorizzazione da parte di uno stato europeo.
In Italia la notifica relativa al requisito essenziale del "Risparmio Energetico" viene rilasciata dal Ministero dello Sviluppo Economico tramite appositi Decreti di abilitazione.
L'elenco dei laboratori europei notificati per ciascuna norma di prodotto è consultabile sul sito della comunità europea denominato "NANDO".
I rapporti di prova emessi in qualità di laboratorio notificato riportano sulla prima pagina il numero identificativo del laboratorio stesso.
L'elenco di tutti i report emessi come laboratorio notificato sono consultabili sul sito dello stesso laboratorio, come richiesto dalla Circolare del Ministero dell'Interno del 9 giugno 2011.
 
Laboratori con prove accreditate
Il Decreto del 2 Aprile 98 sopra citato stabilisce che, fatto salvo quanto richiesto dalla marcatura CE, le caratteristiche termiche dei prodotti ai quali si applica il decreto stesso, vengano determinate da laboratori accreditati o enti di certificazione accreditati, applicando procedure obbligatorie nel paese o norme tecniche elaborate dagli organismi di normazione europei.
Inoltre il laboratorio è tenuto a trasmettere periodicamente al Ministero dello Sviluppo Economico, l'elenco di tutti i report emessi come laboratorio notificato.
L'accreditamento dei laboratori di prova viene eseguito ai sensi della norma UNI EN I-SO/IEC 17025 [8], da appositi Enti appartenenti alla EA (European cooperation for Accreditation).
In ciascun paese europeo esiste un solo ente di accreditamento che è visibile nel sito della EA (www.european-accreditation.org). In Italia opera "ACCREDIA" nel cui sito (www.accredia.it) si può trovare l'elenco dei laboratori ed i relativi metodi di prova accreditati.
È importante che le prove termiche siano accreditate poiché i risultati sono fortemente influenzati dalle condizioni termiche al contorno e quindi richiedono un rispetto rigoroso della procedura stabilita dalla norma.
I laboratori accreditati forniscono a questo proposito maggiori garanzie, poiché sono sottoposti a visite ispettive annuali dove vengono presi in considerazione i seguenti requisiti previsti dalla norma UNI EN ISO/IEC 17025:
1. competenza tecnica del personale del laboratorio;
2. taratura periodica di tutta la strumentazione riferita a campioni di riferimento internazionali;
3. rispetto della procedura di prova descritta nella norma di prova accreditata;
4. verifica della prova mediante campioni con caratteristiche certificate;
5. imparzialità del personale.
Figura 4 - Marchio presente nei rapporti di prove accreditate: marchio "ACCREDIA" (in precedenza SINAL)

 
Per riconoscere un rapporto di prova accreditata è necessario verificare che sia presente sul report il marchio dell'ente di accreditamento e il codice dell'accreditamento.
In Italia si applica il marchio ACCREDIA (in precedenza SINAL) (si veda la figura 4). I rapporti di prova accreditati sono riconosciuti e accettati in ambito nazionale, europeo ed internazionale in virtù di specifici accordi multilaterali di mutuo riconoscimento dell'EA e dell'ILAC (International Laboratory Accreditation Cooperation), sottoscritti da ACCREDIA e dagli Organismi di Accreditamento di altri Paesi.
 
Figura 5 - Foto della camera calda guardiata in dotazione presso l'Istituto Giordano

 
Prove termiche accreditate presso Istituto Giordano
L'Istituto Giordano ha una lunga esperienza nel campo delle prove termiche dei materiali per edilizia. Infatti esso è accreditato SINAL (oggi ACCREDIA) per la misura della conduttività termica con il metodo della piastra calda con anello di guardia dal 1991.
Oggi questo accreditamento fa riferimento alle norme europee UNI EN 12667, UNI EN 12667 ed alla norma ISO 8302.
È stata inoltre accreditata la prova di trasmittanza termica attraverso il metodo della doppia camera guardiata, in accordo alla norma UNI EN ISO 8990.
Si veda in figura 5 la foto dell'apparecchiatura. La prova può essere impiegata per caratterizzare termicamente le muratura e altre tipologie di pareti. Queste prove sono particolarmente importanti oggi che si richiedono edifici ad elevato isolamento termico, poiché la trasmittanza termica di questi prodotti viene spesso valutata con metodi teorici che non sempre portano a valori che si riscontrano nella prova in camera calda.
Infine è stata accreditata la prova di trasmittanza termica Uf dei profili per telai dei serramenti in accordo alla norma UNI EN 12412-2 [9].
Questo parametro serve per determinare la trasmittanza termica Uw dei serramenti.
 
Conclusioni
In questo articolo sono stati analizzati i metodi di prova per la caratterizzazione termica dei materiali per edilizia ed in particolare il metodo della piastra
calda con anello di guardia ed il metodo della doppia camera guardiata o calibrata.
Abbiamo inoltre descritto i laboratori "notificati" richiesti nella marcatura CE di alcuni prodotti per edilizia ed i laboratori "ac-creditati" richiamati nel Decreto del 2 Aprile 98.
Data l'importanza delle prestazioni termi che nella valutazione del risparmio energetico degli edifici si è sottolineata la necessità che la caratterizzazione termica dei materiali per edilizia sia effettuata da laboratori le cui prove siano "accreditate".
Infine sono state descritte le prove termiche accreditate dall'ente italiano "ACCREDIA", che possono essere effettuate presso i laboratori dell'Istituto Giordano.

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