utilizzate come soluzione di involucro in edifici a scala reale avviene in larga parte mediante prove sperimentali condotte in laboratorio per la caratterizzazione termica in regime stazionario dei componenti edilizi.
A tale scopo gli organismi di normazione internazionali ed europei hanno sviluppato una serie di procedure di prova normalizzate da eseguire in laboratorio.
Tali prove, eseguite nel rispetto delle disposizioni normative tecniche valide a livello nazionale ed europeo, pur garantendo un buon livello di accuratezza dei risultati e la ripetibilità dei test, non tengono conto della variabilità delle condizioni al contorno nell'applicazione reale della soluzione esaminata su un edificio a scala reale. Per queste ragioni, risulterebbe più ragionevole ricorrere a prove in situ per testare il comportamento dinamico del componente in condizioni operative reali.
Le difficoltà connesse allo svolgimento dell’attività di monitoraggio per l'analisi delle prestazioni energetiche di edifici a scala reale sono molteplici e di difficile soluzione, tanto più nel caso di organismi edilizi complessi caratterizzati da dimensioni elevate in termini di Volume lordo riscaldato e Superficie esterna dell’involucro, e da numerose altre variabili difficilmente prevedibili, prima fra tutte il comportamento degli utenti che interagiscono/agiscono con/sul sistema. In tali casi, un'indagine estesa a tutto il complesso risulta estremamente dispendiosa, sia in termini di risorse, sia in termini di costi legati all'uso e alla gestione delle strumentazioni necessarie al monitoraggio.
La valutazione delle performance energetiche degli edifici basata su outdoor test può contribuire in maniera significativa alla riduzione dell'incertezza dei risultati determinata da queste variabili aleatorie, specie se usata in maniera congiunta a strumenti di simulazione dinamica.
Ai fini del presente lavoro di tesi, che si pone come obiettivo quello di stabilire una procedura di prova per la determinazione delle prestazioni termofisiche di sistemi di involucro testati mediante Test Cell UNIFI, il campo di indagine è stato circoscritto alla valutazione del comportamento termico dei componenti di parete in regime invernale.
Le ragioni per cui si è intrapresa questa direzione sono esplicitate di seguito: 1. La Test Cell UNIFI è uno strumento di misura capace di valutare le
prestazioni termiche ed energetiche, in regime dinamico, di componenti edilizi tradizionali - come pareti, finestre e porte – e sistemi tecnologici innovativi, come ad esempio pareti che integrano impianti e/o sistemi solari attivi per la produzione energetica. Tuttavia trattandosi di uno strumento ancora in fase di sviluppo, il campo di indagine si focalizzerà sulla determinazione delle prestazioni termiche dell’involucro in ragione delle soluzioni di isolamento termico impiegate, gettando le basi per eventuali ricerche
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una consolidata esperienza nell’uso del laboratorio di prova.
2. Il laboratorio di prova attualmente è dotato solo dell’impianto di riscaldamento per la conduzione di prove in periodo invernale. In futuro si prevede di dotare il sistema anche di un impianto di refrigerazione per prove in regime estivo, ma dalle esperienze riportate in altri contesti europei, sussistono non poche difficoltà nella gestione delle prove spesso dovute a malfunzionamenti dell’impianto stesso.
In questo capitolo definiremo i metodi di prova e i principali strumenti di misura utilizzati per la caratterizzazione termofisica di materiali e componenti per edilizia, suddividendo la trattazione in due parti:
Metodi di prova a regime stazionario, si riferiscono a prove condotte
all’interno di laboratori di misura o mediante strumenti di calcolo regolamentati dalle normative tecniche UNI EN ISO. Garantiscono un buon livello di accuratezza dei risultati e la ripetibilità dei test alle medesime condizioni, e la durata della prova avviene in tempi brevi. Tuttavia consentono di indagare solo parzialmente le reali prestazioni del componente testato poiché trascurano gli effetti dovuti alla variabilità delle condizioni climatiche esterne e reali, non tenendo conto delle variazione periodica delle temperature, dell’umidità e del contributo della radiazione solare nell’arco delle 24h.
Metodi di prova a regime dinamico, si riferiscono a prove condotte
all’aperto che indagano il comportamento prestazionale in transitorio del singolo componente edilizio, dal quale dipendono le condizioni ambientali interne agli edifici (comfort indoor). Il provino viene sottoposto alle sollecitazioni termiche e climatiche esterne e reali variabili periodicamente nell’arco delle 24h. Le prove sono caratterizzate da tempi più lunghi (variabili da 3 settimane a 1 anno) e non sono in grado di garantire la ripetibilità del test alle medesime condizioni al contorno, tuttavia sono in grado di descrivere e di prevedere il comportamento dinamico che la soluzione esaminata avrà in condizioni operative reali una volta applicata su un edificio a scala reale.
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II.1.1 Metodi di prova a regime stazionario: la normativa
tecnica di riferimento
L'involucro edilizio gioca un ruolo fondamentale per il bilancio energetico di un edificio, pertanto la valutazione delle caratteristiche termiche di ogni componente richiede un alto livello di precisione.
In generale, per tutti i prodotti per edilizia costituiti da materiali omogenei o elementi multistrato la cui geometria e le proprietà termofisiche possono portarci a ritenere che il flusso di calore che le attraversa sia unidimensionale, la trasmittanza termica può essere determinata a partire dalla conducibilità termica di ogni singolo strato che compone il pacchetto, valori che sono forniti dai produttori o possono essere misurati attraverso semplici banchi prova, come la piastra calda con anello di guardia.
Nell’ipotesi in cui i componenti non possono essere trattati come strutture omogenee, o quando il trasferimento di calore è bi o tridimensionale, è necessario ricorrere a prove più articolate per valutare con precisione la resistenza termica degli elementi.
In molti casi la valutazione attraverso l’uso di metodi di analisi numerica può rappresentare una soluzione, ma in ogni caso tali metodi devono essere validati attraverso prove sperimentali.
Di seguito vengono illustrati i principali metodi di prova eseguiti in laboratorio per la determinazione delle caratteristiche termiche di materiali e componenti per l’edilizia secondo gli standards dettati dalle normative tecniche.
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