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29/01/2024 Diagnosi non invasiva Termografia TERMOGRAFIA La termografia è una tecnica diagnostica non distruttiva che sfrutta il principio fisico secondo cui qualunque corpo Che abbia una temperatura maggiore dello zero assoluto (-273,14 °C), emette energia sotto forma di radiazione inf...

29/01/2024 Diagnosi non invasiva Termografia TERMOGRAFIA La termografia è una tecnica diagnostica non distruttiva che sfrutta il principio fisico secondo cui qualunque corpo Che abbia una temperatura maggiore dello zero assoluto (-273,14 °C), emette energia sotto forma di radiazione infrarossa.  29/01/2024 A William Herschel spetta la scoperta dei raggi infrarossi, compiuta con un ingegnoso esperimento eseguito nel 1828. Pose un termometro al mercurio nello spettro prodotto da un prisma di vetro, per misurare il calore delle differenti bande di luce colorate. Scoprì che il termometro continuava a salire anche dopo essersi mosso oltre il bordo rosso dello spettro, dove non c'era più luce visibile. Fu il primo esperimento che mostrò come il calore poteva trasmettersi grazie a una forma invisibile di energia. I primi visori infrarossi furono creati dai tedeschi sul finire della seconda guerra mondiale e solo dopo il 1960 cominciò ad approdare al mercato civile grazie alle potenzialità nella diagnostica del tumore al seno.  29/01/2024 Le leggi che governano i rapporti tra energia infrarossa e temperatura sono quelle di: Max Planck fisico tedesco che stabilisce che un corpo radiante è formato da un grande numero di oscillatori armonici che generano onde elettromagnetiche di tutte le possibili frequenze, cioè la materia che irradia nello spazio onde di varia lunghezza non emette energia radiante in modo continuo ma discontinuo. Le leggi che governano i rapporti tra energia infrarossa e temperatura sono quelle di: Wilhelm Wien fisico tedesco La radiazione termica emessa da un corpo viene irradiata con diversi valori di lunghezza d’onda, di cui quella corrispondente all’emissione di picco è inversamente proporzionale alla temperatura del corpo stesso. Ovvero più un corpo è caldo più corta è la lunghezza d’onda emessa nel picco. Intensità di emissione del corpo nero in funzione della lunghezza d'onda per varie temperature (assolute).  29/01/2024 Stefan - Boltzmann Tutti i corpi con temperatura superiore allo zero assoluto emettono energia infrarossa proporzionalmente al coefficiente di emissività  ed alla temperatura assoluta espressa in Kelvin, elevata alla quarta potenza: E =   T4 Serve a calcolare la potenza irradiata da un corpo. La qualità e la quantità di questa radiazione è funzione della temperatura del corpo e dalla caratteristiche del corpo stesso. TRASMISSIONE DEL CALORE: CONDUZIONE  29/01/2024 TRASMISSIONE DEL CALORE: CONVEZIONE TRASMISSIONE DEL CALORE: IRRAGGIAMENTO  29/01/2024 TRASMISSIONE DEL CALORE: CONVEZIONE È di fondamentale importanza per chi utilizza la termografia comprendere appieno il trasferimento convettivo del calore. Poiché la maggior parte dei flussi di calore convettivi sono invisibili (poiché la maggior parte dei gas è invisibile alle termocamere a infrarossi), l’unico modo per vedere gli schemi convettivi è dunque osservarli direttamente sulle superfici solide (raffreddamenti localizzati). Infiltrazioni d’aria generate mediante l’utilizzo del Blower Door al fine di generare una differenza di pressione di -50 Pa TRASMISSIONE DEL CALORE: CONVEZIONE  29/01/2024 TRASMISSIONE DEL CALORE: IRRAGGIAMENTO Radiazione termica Quanto maggiore è la temperatura, tanto maggiore sarà la radiazione termica emessa. L'energia infatti è trasferita secondo la quarta potenza della temperatura (legge di Stefan- Boltzman): W =σ *ε *T4 σ =costante di Stefan-Boltzman ε =emissività del materiale T=temperatura TERMOGRAFIA Termografia "scrivere con il calore” E’ la scienza che permette di acquisire ed analizzare le informazioni provenienti da dispositivi termici di rilevamento senza contatto. L'utilità della termografia ad infrarossi è dovuta principalmente al fatto di essere una tecnica di diagnosi non distruttiva che si basa su tre principi fondamentali:  è possibile eseguire rilevamenti a distanza  è bidimensionale  è eseguibile in tempo reale  29/01/2024 TERMOGRAFIA Lo strumento che converte l'energia emessa da un corpo (sotto forma di onde elettromagnetiche infrarosse) in un segnale digitale è la termocamera. La termocamera consente di misurare e rappresentare la radiazione infrarossa emessa da una oggetto e di rappresentarla sotto forma di un'immagine a colori (falsi colori) che si ottiene attraverso l'abbinamento di una palette di colori con una scala di temperature. La radiazione infrarossa è dunque una funzione della temperatura della superficie di un oggetto e la termocamera è in grado di calcolare e visualizzare tale temperatura. TERMOGRAFIA Radiazione infrarossa emessa da una oggetto rappresentata sotto forma di un'immagine a “falsi colori”. Si può avere immediatamente una sensazione delle differenze di temperature all’interno dell’immagine stessa.  29/01/2024 TERMOGRAFIA La termografia trova applicazione in vari ambiti e settori. In ambito edilizio (edilizia abitativa, uffici) la termografia ad infrarossi riveste e rivestirà sempre maggiore importanza, essendo un metodo che, in presenza di opportune condizioni ambientali presenti naturalmente (termografia passiva) o da "forzare" per l'esecuzione della prova (termografia attiva), consente analisi qualitative delle seguenti criticità:  Anomalie costruttive,  Irregolarità termiche e di posa isolamenti degli involucri edilizi,  Perdita di materiale coibentante e individuazione perdite da condotte,  Infiltrazioni d'aria esterna, TERMOGRAFIA ed ancora:  Rilevazione della tessitura muraria e dei tamponamenti di fonometrie,  Rilevazione di strutture e di impianti nascosti, compresi rete idraulica ed elettrica,  Mappatura di impianti elettrici e termici,  Mappatura dell'umidità delle superfici,  Caratterizzazione dei distacchi dei rivestimenti (ad es. dell'intonaco o di affreschi),  29/01/2024 TERMOGRAFIA In ambito industriale per la manutenzione degli impianti, in campo idraulico per l'individuazione di perdite, in campo meccanico per individuare anomalie del sistema. In ambito elettrico ed elettronico per eseguire riparazioni di componenti (schede e componenti) o impianti sotto tensione (interruttori, quadri elettrici), che non devono essere toccati, garantendo la completa sicurezza dell'utente. Le ispezioni sono condotte di norma sotto carico e senza interrompere la produzione. TERMOGRAFIA L'utilizzo della termografia permette notevoli risparmi di tempo e di denaro evitando interventi invasivi e di ispezione diretta, il tutto senza richiedere alcun sondaggio o danno, trattandosi di: Tecnica non distruttiva, PND (Prova non Distruttiva), Verifica non Invasiva. E’ IMPORTANTE RICORDARE CHE:  i termogrammi non sono radiografie!  non è possibile vedere dentro gli oggetti!  29/01/2024 TERMOGRAFIA Radiazione infrarossa e spettro di frequenza La termografia sfrutta la proprietà di tutti i corpi con temperatura > di zero assoluto (0 K) o (-273,15 °C) di emettere radiazione elettromagnetica nelle bande dell’infrarosso termico Al di là della banda del visibile si trova la radiazione infrarossa, che è compresa tra 0,75 μm e 15 μm. (1 μm micrometro=1milionesimo di metro) TERMOGRAFIA Radiazione infrarossa e spettro di frequenza La r is pos ta t e r mogr a f ica è infl ue nzata da numerosi fattori tra i quali:  la c o n d u c i b i l i t à d e l m a t e r i a l e λ = W / m K  l ’e m is si v it à del materiale 1>ε>0  r i f l e t t a n z a d e l m a t e r i a l e  29/01/2024 TERMOGRAFIA Emissività dei materiali L'emissività ε (epsilon) è la capacità di un corpo di emettere radiazione IR. L’emissività (ε) dipende dal tipo di materiale, dalla finitura superficiale del materiale e da alcuni altri fattori primari e secondari. L’emissività è definita dal rapporto tra l'energia emessa dall'oggetto di cui si vuole determinare l'emissività e quella emessa dal corpo nero, nota la temperatura. Il coefficiente (ε) si può definire quindi come una specie di fattore di efficienza. TERMOGRAFIA Emissività dei materiali L’emissività ε dei corpi reali non è funzione solo della lunghezza d’onda ma anche del:  Materiale  Texture della superficie  Geometria del corpo (concavo, convesso ecc…) L’emissività dei fori, anche nei metalli, (con bassa emissività) aumenta notevolmente in considerazione della profondità del foro.  Temperatura (in particolare nei metalli), ad alta temperatura oltre i 450° i corpi diventano incandescenti iniziando a emettere radiazione anche nel visibile.  29/01/2024 TERMOGRAFIA Emissività dei materiali Colore: il colore visibile non influenza l’emissività. Il colore visivo modifica il modo con cui una superficie riflette e assorbe la luce visibile. Un colore che ha la capacità di assorbire una maggiore quantità di luce solare rispetto ad un altro diventerà più caldo se esposto al sole. Angolo: l’angolo di visualizzazione incide sull’effettiva emissività di una superficie. Fino a 45 gradi normalmente è ok. TERMOGRAFIA Caratteristiche e prestazioni delle termocamere Le prestazioni delle termocamere in commercio sono influenzate unicamente dalle seguenti caratteristiche tecniche:  Banda spettrale operativa, Sensibilità (o risoluzione) termica o NETD (Noise Equivalent Temperature Difference)  Risoluzione spaziale FOV e IFOV  Accuratezza  Altro  29/01/2024 TERMOGRAFIA Caratteristiche e prestazioni delle termocamere BANDA SPETTRALE OPERATIVA Per applicazioni in edilizia, dove la temperatura dell'oggetto è di norma inferiore ai 100 °C, è raccomandato l‘uso di un sistema sensibile nel campo delle Long Wave (LW). (LW) Banda spettrale compresa tra gli 8 e i 14 μm TERMOGRAFIA Caratteristiche e prestazioni delle termocamere SENSIBILITA’ TERMICA (NETD) Rappresenta la più piccola differenza di temperatura rilevabile tra pixel. Per applicazioni in edilizia sono preferibili strumenti con NETD di 0,08 °C (80 mK) o 0,05 °C (50 mK), fino anche a 0,02 °C (20 mK), in quanto in edilizia è di fondamentale importanza rilevare anche le più piccole variazioni di temperatura (l'immagine termica fornita può mostrare in modo più chiaro l'estensione del problema).  29/01/2024 TERMOGRAFIA Caratteristiche e prestazioni delle termocamere RISOLUZIONE SPAZIALE FOV e IFOV Tanto maggiore è il numero di pixel, tanto migliore sarà la risoluzione dell'immagine termica, ovvero la sua risoluzione spaziale. FOV (Field of view): definisce il campo visivo della lente accoppiata al sensore (160x120 – 320x240 – 640x480 – 1024x768). L’immagine visualizzata dalla termocamera dell’area osservata viene definita campo visivo ed è formata da pixel (elemento immagine). TERMOGRAFIA Caratteristiche e prestazioni delle termocamere RISOLUZIONE SPAZIALE FOV e IFOV IFOV = (Instantaneous Field Of View): definisce la capacità di rilevare un dettaglio in combinazione con una determinata ottica. All’interno dell’immagine, ciascun pixel ha una certa dimensione, definita IFOV (campo visivo istantaneo).  29/01/2024 TERMOGRAFIA Caratteristiche e prestazioni delle termocamere 320x240 640x480 76.800 pixel 307.200 pixel TERMOGRAFIA Caratteristiche e prestazioni delle termocamere ACCURATEZZA La maggior parte dei sistemi ha un'accuratezza di ±2°C o ±2%, il più grande dei due valori: significa che al di sotto dei 100°C vale un'accuratezza di ±2°C, al di sopra di ±2%. L’accuratezza non è molto importante nelle ispezioni di edifici poiché le ispezioni in edilizia sono, nella maggiore parte dei casi, di carattere qualitativo. Normalmente si osservano le differenze di temperatura che permettono di identificare i difetti.  29/01/2024 SECONDA PARTE TERMOGRAFIA APPLICATA ALLA DIAGNOSI ENERGETICA DEGLI EDIFICI - Riferimenti tecnici UNI 10824-1:2000: Prove non distruttive - Termografia all'infrarosso - Termini e definizioni UNI EN 473:2008: Prove non distruttive - Qualificazione e certificazione del personale addetto alle prove non distruttive - Principi generali ISO 9712 - Third edition - 2005: Non-destructive testing - Qualification and certification of personnel  29/01/2024 TERMOGRAFIA APPLICATA ALLA DIAGNOSI ENERGETICA DEGLI EDIFICI - Riferimenti tecnici UNI EN 13187:2000: Prestazione termica degli edifici - Rivelazione qualitativa delle irregolarità termiche negli involucri edilizi - Metodo all'infrarosso (unico riferimento tecnico italiano) UNI 9252:1988: Isolamento termico - Rilievo e analisi qualitativa delle irregolarità termiche negli involucri degli edifici - Metodo della termografia all'infrarosso (oramai superata) TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI Formazione del personale Il tecnico termografico è regolamentato dalla norma UNI EN ISO 9712:2012 [UNI 473]. Possono svolgere indagini termografiche solo coloro in possesso della qualifica di I livello in termografia ma senza redigere alcun tipo di relazione tecnica. Le immagini termografiche infatti, per legge possono essere interpretate solo da un II o un III livello.  29/01/2024 TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI Formazione del personale IN OLT RE È FONDAMEN TAL E C H E L’ O P E R AT O R E A B B I A DELLE APPROFONDITE CONOSCENZE I N M A T E R I A E D I L E TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI Requisiti di formazione di un termografo La norma ISO 9712:2005 stabilisce le procedure per valutare e documentare la competenza teorica e pratica del personale che effettua prove non distruttive. L’acronimo di prove non distruttive in italiano è PND, in inglese NDT (non destructive testing). La norma ISO 9712 classifica i metodi di PND  29/01/2024 TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI Requisiti di formazione di un termografo La norma ISO 9712 e UNI EN 473 fissano 3 livelli per la qualificazione del personale addetto alle PND. Esistono 3 diversi livelli Le competenze del personale sono crescenti dal 1° al 3° livello. TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI Requisiti di formazione di un termografo Livello 1 Un operatore termografico qualificato di Livello 1 è certificato per eseguire misure termografiche industriali e termografia IR di base in accordo con procedure stabilite e riconosciute.  29/01/2024 TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI Requisiti di formazione di un termografo Livello 2 Un operatore termografico qualificato di Livello 2 è certificato per eseguire e/o indicare termografia IR in accordo con procedure stabilite e riconosciute. Ha le capacità e le conoscenze del Livello 1 più altro. TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI Requisiti di formazione di un termografo Livello 3 Un operatore termografico qualificato di Livello 3 è certificato per eseguire e/o dirigere tutti i tipi di misure e analisi termografiche. Ha le capacità e le conoscenze del Livello 2 più altro.  29/01/2024 TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI Conoscenze necessarie nel settore delle costruzioni Per essere in grado di diagnosticare il comportamento di un edificio non è sufficiente aver conseguito le qualificazioni previste dalla ISO 9712 e/o dalla UNI EN 473. La diagnosi energetica necessita di conoscenze nel seguenti settori:  Fisica (trasferimento del calore, psicrometria, ecc.)  Involucro e impianti  Ambientale TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI Conoscenze necessarie nel settore delle costruzioni Meccanismi che causano variazioni di temperatura superficiale Per acquisire il maggior numero possibile di informazioni da un’ispezione termografica, è necessario scegliere il momento più opportuno per programmare l’indagine tenendo sempre presente che i principali meccanismi che causano variazioni di temperatura superficiale sono:  Conduzione  Flussi d'aria  Transitori termici  Presenza di umidità  29/01/2024 TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI La norma UNI EN 13187 La norma UNI EN 13187 è l'unico riferimento tecnico italiano riguardante l'esecuzione di indagini termografiche e dei relativi rapporti. Definisce due tipi di prove:  Prova finalizzata a verificare le caratteristiche globali di edifici nuovi o ristrutturati;  Prova semplificata per la conduzione di verifiche in cantiere, nel controllo di produzione o in altre verifiche. I risultati delle prove devono essere interpretati da persone in possesso di formazione specifica in ambito termografico. TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI La norma UNI EN 13187  29/01/2024 TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI Esempio di istruzione operativa per un’indagine sul campo La norma UNI EN 13187 contiene una proposta di istruzione operativa per l’esecuzione di un’indagine sul campo finalizzata alla rilevazione delle irregolarità termiche dell’involucro edilizio con termocamera. Si riassumono nei seguenti punti:  Normative di riferimento;  Tipo di termocamera;  Strumenti e attrezzature ausiliarie;  Verifica termocamera e attrezzature;  Attività preliminari all’indagine;  Svolgimento dell’indagine TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI Esempio di istruzione operativa per un’indagine sul campo In sintesi:  Accertarsi che l’impianto di riscaldamento sia acceso e che tra la Ti (interna dell’abitazione) e la Te (ambientale esterna) ci sia una differenza di almeno 10 °C;  Effettuare le analisi o al mattino presto o alla sera tardi, quando le facciate non sono irraggiate dal sole;  Rilevare sempre la Ti (interna dell’abitazione) e la Te (ambientale esterna) e compensare in caso di vento in quota le temperature di facciata;  Prima di iniziare le analisi inserire nella termocamera i valori di emissitivà, temperatura riflessa, ecc;  Evitare di effettuare rilevamenti IR in caso di pioggia  29/01/2024 TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI Prove in edilizia – Ilimiti 1. Non sempre è possibile avere le condizioni meteo ideali 2. Irraggiamento solare o della volta celeste, pioggia, ecc. 3. Difficilmente si possono avere termogrammi relativi a strutture similari in quanto è difficile la replica esatta. 4. Condizioni geometriche al contorno e angoli di ripresa 5. Fattore di vista 6. Non si può rilevare la trasmittanza degli elementi TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE SUGLI EDIFICI Prove in edilizia – Interpretazione operativa  La norma è un’indicazione non un imperativo  Occorre riportare sul report le condizioni sfavorevoli riscontrate durante la prova  29/01/2024 TERMOGRAFIA APPLICATA ALLE VERIFICHE NON INVASIVE SUGLI EDIFICI Rilievo termografico degli edifici Ponti termici – Temperatura di Rugiada La tabella, ricavata dal diagramma psicrometrico, riporta nella colonna di sinistra la temperatura ambiente, nella riga superiore l’umidità relativa (U.R.) e nella casella corrispondente la temperatura di rugiada ESEMPIO DI REPORT TERMOGRAFICO Contenuti minimi del report Il rapporto termografico deve riportare, oltre al riferimento alla norma UNI EN 13187, le indicazioni seguenti: a. descrizione della configurazione costruttiva dell'edificio (questa informazione deve essere basata su disegni o altri documenti di costruzione. quando disponibili); b. tipo/i di superficie dei materiali usati e valutazione stimata delle emissività di questi materiali; c. orientamento geografico degli edifici rispetto ai punti cardinali e descrizione dell'ambiente circostante (costruzioni, vegetazione ecc.);  29/01/2024 ESEMPIO DI REPORT TERMOGRAFICO Contenuti minimi del report d. caratteristiche dell’equipaggiamento di analisi incluso il modello e numero di serie; e. data e ora della prova; f. condizioni di temperatura dell'aria esterna (almeno il valore minimo e massimo osservato nel corso di 24 h prima dell'inizio della prova e durante la prova); g. informazioni generali circa le condizioni di radiazione solare (osservate nel corso delle 12 h prima dell'inizio della prova e durante la prova); ESEMPIO DI REPORT TERMOGRAFICO Contenuti minimi del report h. temperatura interna dell’aria e salto termico tra interno ed esterno); i. descrizione delle condizioni di prova; j. precipitazioni, direzione del vento e velocità del vento durante la prova; k. differenza di pressione d'aria fra le parti sottovento e sopravento per ogni piano (se necessario); l. altri importanti fattori che possono influenzare i risultati della prova, per esempio rapide variazioni delle condizioni climatiche;  29/01/2024 ESEMPIO DI REPORT TERMOGRAFICO Contenuti minimi del report m. schizzi, foto dell’edificio mostranti la posizione del termogramma; n. termogrammi ottenuti dalla prova con indicazioni del posizionamento delle zone interessate e con commenti sulle immagini termiche; o. identificazione delle parti analizzate della costruzione; p. risultati dell'analisi relativa alla presenza e all'importanza di ciascun difetto costruttivo eventualmente rilevato; q. risultati di misure o di analisi complementari.