La trasmittanza termica di una vetrata isolante misurata in opera

In questo articolo è presentato un esempio di misura in opera su una vetrata isolante. I risultati ottenuti sono stati confrontati con quelli ottenuti mediante calcolo secondo UNI EN 673:2005 – “Vetro per edilizia – Determinazione della trasmittanza termica (valore U) – Metodo di calcolo” che è uno dei tre metodi di prova di riferimento per la determinazione della trasmittanza termica di pareti a bassa capacità termica e di vetrate isolanti.

Indice:

• Descrizione della misura
• Metodo di misura
• Strumentazione
• Campione oggetto della misura
• Risultati
• Conclusioni 

La norma ISO 9869 viene applicata principalmente a pareti opache, ma sia al paragrafo 7.1 della norma stessa, sia in altri riferimenti normativi, quale ad esempio UNI EN 15603 – “Prestazione energetica degli edifici – Consumo energetico globale e definizione dei metodi di valutazione energetica”, si trovano indicazioni sull’utilizzo di questo metodo di prova per la misura in opera della trasmittanza termica di vetrate isolanti.

Descrizione della misura

Il comportamento termico di una vetrata isolante nei confronti della differenza di temperatura ambiente interno – ambiente esterno è descritto dalla Trasmittanza termica “U” espressa in W/(m2 K) o dalla Resistenza  termica totale RTot= 1/U espressa in (m2 K)/W.

Questi parametri dipendono dallo spessore delle lastre di vetro, dallo spessore delle intercapedini, dalle proprieta dei gas contenuti nell’intercapedine e dalla emissività delle superfici di ogni singola faccia delle lastre.

Metodo di misura

Il metodo di misura della resistenza termica (R) è piuttosto semplice e si basa sulla misura diretta della temperatura superficiale esterna (Tse), della temperatura superficiale interna (Tsi) e del flusso di calore per unità di superficie che attraversa la parete (q).

Dalla resistenza termica si può facilmente calcolare la trasmittanza termica utilizzando le resistenze superficiali interna (Rsi) ed esterna (Rse) mediante definite nella norma UNI EN 673.

Sebbene l’idea in se sia piuttosto semplice sussistono notevoli difficoltà operative nell’eseguire la misura e nell’ottenere risultati consistenti con i valori reali di trasmittanza e resistenza termica.

Il punto cruciale e che le formule precedenti definiscono la resistenza termica e la trasmittanza termica solo quando ci si trova in regime stazionario, ovvero le tre grandezze misurate (q, Tsi e Tse) dovrebbero essere misurate in condizioni stabili.

Questo, per una misura in opera, non è praticamente possibile. Per tale ragione la norma prevede una elaborazione dei dati acquisiti per ottenere un risultato rappresentativo delle grandezze in regime stazionario.

Nell’esempio proposto in questo articolo abbiamo seguito il metodo di elaborazione delle medie progressive che consiste nel prendere i valori di q, Tsi e Tse mediati su un periodo sufficientemente lungo (a seconda della tipologia di parete da analizzare e di come variano le condizioni climatiche puo variare da tre giorni a piu di una settimana).

In particolare, per la vetrata isolante oggetto della misura, che rientra tra le pareti leggere a bassa capacità termica (18,8 kJ/(m2 K) rispetto ad un massimo di 20 kJ/(m2 K)), vanno tenuti in considerazione i soli dati “notturni”, in quanto l’effetto della radiazione solare altererebbe i risultati in modo molto significativo.

Il criterio di verifica della convergenza della media ottenuta è raggiunto se le misure di tre notti consecutive non differiscono piu del 5% (vedi paragrafo 7.1 della norma ISO 9869).

Strumentazione

Per la misura sono necessari, come minimo, due sensori di temperatura superficiale, un termoflussimetro ed un data-logger per la registrazione dei dati.

Il sistema da noi utilizzato (Thermozig distribuito da Carlesi Strumenti) è composto da tre punti di misura simultanei ognuno dei quali prevede due sensori di temperatura da posizionare sulla superficie esterna, due sensori di temperatura ed uno di flusso termico da posizionare sulla superficie interna, un data logger per la memorizzazione dei dati ed un sistema di comunicazione wireless tra sensori e data logger.

Fotografia della strumentazione utilizzata 

Campione oggetto della misura

Come campione è stata scelta una semplice vetrata isolante composta da una lastra esterna da 4 mm, da una intercapedine di aria secca da 10 mm e da una lastra interna da 6 mm (4/10/6). Non sono presenti rivestimenti basso emissivi. (I tre punti di misura sono mostrati nella seguente immagine.)

La strumentazione installata per la misura

Risultati

Nel grafico 1 è riportato, per ogni punto di misura, lo scarto percentuale tra il valore medio progressivo calcolato fino ad una notte e quello calcolato fino alla notte precedente. Si puo notare che tutti e tre i punti di misura rispettano il requisito di convergenza (scarto percentuale inferiore al 5% per tre notti consecutive).

Nel grafico 2 sono riportati i valori di trasmittanza termica calcolati dalle medie progressive relative ai soli dati notturni (dalle 18.00 alle 06.00) per ogni singolo punto di misura.

Inoltre è presente il valore medio per i tre punti di misura. La curva tratteggiata corrisponde ad un intervallo di +/- 2,5% rispetto al valore medio.

Il calcolo della trasmittanza termica secondo UNI EN 673 per la vetrata isolante oggetto della prova (4/10/6), effettuato con salto termico e temperatura media dell’intercapedine pari a quella misurata, da come risultato 2,93 W/(m2K).

Verifica del criterio di convergenza

Andamento della trasmittanza termica calcolata con le medie progressive

In tabella sono riportati i risultati ottenuti per la trasmittanza termica (Ug) della vetrata isolante mediante la misura secondo ISO 9869, il valore calcolato secondo UNI EN 673, lo scarto percentuale tra il valore calcolato ed i valori misurati ed i valori di salto termico tra superficie interna ed esterna mediati su tutte le notti di prova.

Conclusioni

I risultati ottenuti con la misura in opera risultano consistenti con la trasmittanza termica calcolata secondo UNI EN 673.

Infatti lo scarto percentuale tra il valore di trasmittanza termica misurata ed il valore calcolato risulta inferiore o uguale al 3%.

Il metodo della misura in opera secondo ISO 9869, può quindi essere una valida alternativa, rispetto ai metodi di riferimento (calcolo, misura con i termoflussimetri in laboratorio o piastra calda con anello di guardia) che richiedono campioni ad hoc o il disassemblaggio della vetrocamera, in quei casi in cui smontare la vetrocamera per inviarla al laboratorio di prova non è una soluzione praticamente sostenibile.

Riferimenti normativi:

• ISO 9869:1994 – “Thermal Insulation – Building elements – In-situ measurament of thermal resistance and thermal trasmittance”. La norma è stata riapprovata senza modifiche nel 2008.
• UNI EN 673:2005 – “Vetro per edilizia – Determinazione della trasmittanza termica (valore U) – Metodo di calcolo”.
• UNI EN 15603:2008 – “Prestazione energetica degli edifici – Consumo energetico globale e definizione dei metodi di valutazione energetica”.
• UNI EN ISO 7345:1999 – “Isolamento termico – Grandezze fisiche e definizioni”.

 
La trasmittanza termica di una vetrata isolante misurata in opera 

Simone Zoffoli – Laboratorio Trasmissione del calore- s.zoffoli@giordano.it

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