Le termocamere FLIR per l'analisi e la diagnostica dei sistemi termoisolanti esterni

I sistemi termoisolanti esterni, comunemente noti come cappotti esterni, sono sempre più importanti nel settore delle costruzioni in Europa. Dati i requisiti sempre più rigidi delle certificazioni e delle normative sull'efficienza energetica degli edifici, il settore delle costruzioni presta sempre più attenzione all'impiego efficiente di questi sistemi. Sfortunatamente, sono molti i metri quadri di cappotto esterno installati su edifici nuovi o esistenti sche non sono conformi alle best practice. Per comprendere meglio le anomalie delle installazioni di isolamento e le caratteristiche termiche di questi prodotti isolanti, un consorzio di aziende, che include l'Associazione Nazionale per l'Isolamento Termico e acustico italiana (ANIT), hanno portato avanti un progetto di ricerca con l'aiuto delle termocamere FLIR Systems.

L'obiettivo dello studio era riconoscere le anomalie nei sistemi di isolamento, attraverso l'analisi di installazioni effettuate da ANIT e da due aziende che sono soci di questa organizzazione, Caparol e FLIR Systems. Lo studio è stato coordinato da Tep srl, che offre servizi di ingegnerizzazione mirati a controlli non distruttivi dell'efficienza energetica negli edifici.

Realizzazione del campione

Per studiare i fenomeni termici che caratterizzano l'installazione di sistemi termoisolanti esterni, è stata realizzata una struttura campione coperta su tre lati con pannelli isolanti termici (EPS caricato con grafite). Nel rivestimento della porzione superiore del campione sono stati introdotti degli errori di posa tipici, mentre la porzione inferiore è stata realizzata correttamente, con e senza spine di connessione EPS.

Analisi termografica attiva

Una parete campione è stata monitorata e analizzata durante un ciclo solare di carica e scarica, registrando e archiviando immagini termiche a intervalli regolari. Con la termografia attiva, la carica avviene per effetto dell'impatto della radiazione solare sulla superficie del campione. Quando la struttura è in ombra avviene la fase di scarica, in cui viene monitorato il rilascio dell'energia accumulata dalla struttura. Per questo test, ANIT ha scelto la termocamera FLIR T640, che si è dimostrata perfettamente idonea per il progetto.

Trasmissione di calore in condizioni variabili

Per analizzare correttamente il comportamento nei vari casi evidenziati dall'analisi termografica e per comprendere le possibili anomalie di posa, era necessario comprendere le basi del trasferimento di calore in condizioni variabili sulla superficie dell'isolamento.

Nel trasferimento di calore in condizioni variabili (ovvero con temperature di superficie variabili), la resistenza termica, la conduttività e lo spessore di ciascun materiale non sono sufficienti a definire il comportamento termico dei vari strati. È infatti necessario considerare anche la densità e il calore specifico dei materiali. Il parametro che caratterizza i materiali in condizioni variabili collegato alla radiazione di superficie di una struttura dotata di isolamento termico si chiama effusività termica.

L'effusività termica indica quanto l'energia termica penetra in un materiale: la temperatura di superficie dell'isolante termico esterno sottoposto alla radiazione solare è fortemente influenzata dal modo in cui il materiale del livello di superficie conduce il calore negli strati inferiori del materiale, e dalla capacità del materiale di accumulare calore e quindi di scaldarsi. L'effusività in questo contesto esprime la facilità con cui il materiale si riscalda all'interno per l'azione della radiazione solare: minore è il valore, minore è la quantità di energia necessaria per scaldare il materiale.

Il campione era costituito di diversi materiali con diversi valori di effusività termica: l’adesivo (eff.=906), l’EPS caricato con grafite (eff.=27) e il PVC delle spine di connessione (eff.=530).

Analisi del campione

L'analisi delle caratteristiche dei materiali mostra il diverso comportamento in termini di carica energetica causato dalla radiazione e della conseguente scarica in ombra.

a) In presenza di radiazione solare, la stimolazione riscalda la superficie. PVC e adesivo hanno una maggiore effusività rispetto all'EPS, quindi saranno inizialmente più freddi dell'EPS, che si scalderà più facilmente. Le spine di connessione e i giunti adesivi saranno i punti più freddi.
b) Il campione viene quindi fatto raffreddare all'ombra. Il PVC e l’adesivo hanno una maggiore capacità termica volumetrica, quindi avranno accumulato più energia termica e saranno inizialmente più caldi dell'EPS. L'EPS si raffredderà più velocemente; le spine di connessione e i giunti adesivi saranno i punti più caldi.

Un grafico della temperatura della parte superiore del campione mostra la posizione del materiale isolante a bassa conduttività e capacità termica e le spine di connessione in PVC e l'adesivo con elevata conduttività e capacità termica. Una volta accumulata l'energia dovuta alla radiazione solare, il materiale isolante si raffredda più velocemente perché la quantità di energia accumulata è inferiore, data la sua minore capacità termica volumetrica.

L'analisi termografica evidenzia chiaramente la presenza di due tipi distinti di strati esterni: il materiale isolante a bassa conduttività termica e capacità termica limitata e l'adesivo e le spine di connessione in PVC con una maggiore conduttività termica e una maggiore capacità di accumulo del calore. Nel corso dell'analisi termica, l'esperto deve essere considerare attentamente ciò che viene identificato come anomalia della superficie: è necessario conoscere a fondo il sistema termoisolante esterno e cosa, osservato in condizioni ambientali corrette, può essere considerato un difetto.

Termocamera FLIR T640bx

ANIT ha scelto FLIR T640bx per l'ampia gamma di requisiti tecnici da soddisfare. Lo studio del campione richiedeva la capacità di esaminare differenze di temperatura prossime a 0,5 °C, oltre alla possibilità di registrare e controllare variazioni della temperatura di superficie a intervalli di tempo variabili. La termocamera doveva inoltre essere in grado di generare immagini video di qualità, che potessero validare lo studio attivo del comportamento termico della superficie.

FLIR T640bx ha superato la prova a pieni voti. La T640bx è una termocamera ad alte prestazioni con una fotocamera a luce visibile integrata da 5 MP, ottiche intercambiabili, messa a fuoco automatica e un ampio LCD touchscreen da 4,3". Abbinano un’eccellente ergonomia a una qualità immagine superiore, offrendo la massima nitidezza e accuratezza, oltre a ampie possibilità di comunicazione.