Caratteristiche emissive e riflessive dei materiali edili: le 4 categorie

Caratteristiche emissive e riflessive dei materiali edili: le 4 categorie

La radiazione infrarossa incidente su di una superficie può essere assorbita, riflessa dalla superficie, trasmessa attraverso la superficie.

L’emissività rende conto della capacità di un corpo reale di irradiare l’energia posseduta, ed è definito dal rapporto tra l’energia emessa dall’oggetto e quella emessa dal corpo nero alla stessa temperatura e lunghezza d’onda:

ελ = Wλ oggetto / Wλ corpo nero

L’emissività dei corpi reali non è funzione solo della lunghezza d’onda, ma anche:

  • del materiale;
  • della finitura della superficie (una finitura rugosa aumenta l’emissività, una finitura liscia la diminuisce).

Dal punto di vista della riflettività, il comportamento della superficie di un materiale può essere definito speculare o diffuso. Il primo, come il nome suggerisce, si comporta come uno specchio geometrico perfetto, ha superficie piatta e liscia (ad esempio: vetro, metalli lucidi, ceramiche); il secondo invece diffonde le radiazioni incidenti in varie direzioni e si presenta ruvido come muri, superfici con vernici non metalliche, e carta.

Un materiale opaco può avere un’emissività elevata o bassa, e la sua riflessività, oltre ad essere un numero complementare all’emissività e quindi tanto maggiore quanto quest’ultima è minore, può essere anche di tipo diffuso o speculare.

Sulla base delle caratteristiche emissive e riflessive dei materiali edili è possibile identificare 4 categorie discusse nel seguito, di cui si portano alcuni esempi.

Materiali ad alta emissività, riflessione bassa e di tipo diffuso

Si trovano molti di questi materiali in edilizia: ne sono esempi il calcestruzzo, il legno, l’intonaco rustico o tinteggiato, il mattone, le piastrelle (se non verniciate o lucidate).

L’interpretazione termografica delle immagini relative a questi materiali è semplice in quanto l’elevata emissività e la riflessività diffusa consentono si trascurare l’effetto delle riflessioni senza errori importanti, e quindi di passare facilmente dalla temperatura apparente (che viene visualizzata direttamente dalla termocamera) alla temperatura vera.

È necessario sempre rispettare le condizioni d’indagine previste dalla UNI EN 13187 e tenere conto, per classificare eventuali anomalie come difetti, dei fattori che influenzano le temperature superficiali.

Caratteristiche emissive e riflessive dei materiali edili

Fig.1_L’intonaco e la pietra sono materiali ad alta emissività e riflessività bassa e diffusa ©Diagnosi e certificazione energetica – Maggioli Editore

L’immagine soprastante mostra una porzione di facciata esterna intonacata al primo piano di un’abitazione: la zona blu che termo graficamente appare più fredda è realmente più fredda, e si può passare direttamente all’analisi termica del motivo, che nel caso particolare consisteva in un isolamento aggiuntivo realizzato dall’interno della stanza dal proprietario. Non è così per i vetri.

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Materiali con buona emissività e riflessione di tipo speculare

A causa della riflessività speculare, la temperatura apparente di questi materiali è influenzata dal contesto ambientale in modo variabile secondo l’angolo di ripresa. L’influenza può essere maggiore o minore a seconda della radiazione riflessa, e questo può portare sia a difetti di interpretazione dell’immagine, sia a considerarli erroneamente materiali a emissività molto minore.

L’esempio classico è costituito dal vetro, che ha emissività pari a 0,86 ± 0,87 nelle LW ma che spesso viene creduto un materiale a bassa emissività. L’errore di interpretazione tipico consiste nel considerare il vetro freddo (immagine a sinistra) quando sta invece riflettendo le temperature dalla volta celeste; per leggerne correttamente la temperatura vera è necessario inquadrarlo dall’alto (immagine a destra) o dall’interno.

Se dall’esterno si è in grado di impostare un valore di temperatura riflessa apparente che corrisponda a quello effettivo (molto difficilmente determinabile) si vede che le temperature calcolate dalla termocamera sono pressoché identiche per le 2 immagini; per fare queste elaborazioni è necessario disporre di un software che consenta l’impostazione di diverse emissività e temperature riflesse su diversi punti dell’immagine, ad esempio Fluke SmartView®.

Caratteristiche emissive e riflessive dei materiali edili

Fig.2_A sinistra l’area del vetro ha emissività 0,87 e temperatura riflessa apparente di -30°C, pari a quella del cielo: la temperatura calcolata è 12,1°C. A destra l’area del vetro ha emissività 0,87 e temperatura riflessa apparente di 5°C, pari a quella media di terreno ed edificio di fronte: la temperatura calcolata è 12°C. Il vetro ha una buona emissività ma riflessività speculare, e nell’immagine di sinistra, ove riflette la volta celeste (area A0), appare più freddo dell’intonaco (www.saige.it).

Per questa categoria di materiali non è possibile passare facilmente e immediatamente dalla temperatura apparente alla temperatura vera, essendo la prima influenzata dal fattore di vista con cui la superficie riflette le radiazioni provenienti dall’ambiente circostante.

Da notare che alcuni materiali hanno una riflessività speculare sia nell’infrarosso che nel visibile, mentre alcuni materiali hanno una riflessività diffusa nel visibile ma speculare nell’infrarosso, e quindi il loro comportamento è di interpretazione ancora più difficile.

È il caso di alcuni metalli trattati: nelle immagini che seguono si vede come vari la temperatura apparente sul metallo sotto le finestre a seconda dell’angolazione dell’immagine, mentre nel visibile i riflessi non si mostravano.

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Materiali con bassa emissività e riflessione di tipo speculare

Rientrano in questa categoria i metalli grezzi, non trattati: in edilizia i più diffusi sono il rame e lo zinco, utilizzati più spesso per le coperture e la lattoneria. Benché le termocamere consentano teoricamente di calcolare la temperatura reale di ogni superficie inserendo i corretti valori di emissività e temperatura riflessa, la determinazione corretta della temperatura superficiale di materiali come questi non è possibile in pratica sul campo, a causa della variazione delle riflessioni e della loro grande importanza dovuta alla bassa emissività del materiale.

Materiali con bassa emissività e riflessione di tipo diffuso

Non si conoscono esempi di questi materiali fra quelli utilizzati in edilizia.

Un materiale del genere fornirebbe una temperatura apparente simile a quella della temperatura riflessa, ed è per questo motivo che per la misura della temperatura riflessa si cerca di “realizzare” un materiale simile rendendo diffuso un riflettore speculare come un foglio di alluminio (ε = 0,02): appallottolandolo e quindi distendendolo, le molte sfaccettature riflettono la radiazione proveniente da tutte le direzioni e quindi lo rendono idoneo alla misurazione della radiazione riflessa, ovvero della temperatura riflessa apparente, impostando l’emissività pari a 1 nella termocamera: visto che la loro riflessività è quasi pari a 1 essi mostrano, in quanto riflettori diffusi, una media della radiazione proveniente dall’ambiente.

Caratteristiche emissive e riflessive dei materiali edili

Fig.3_Prendendo un materiale con bassissima emissività e quindi altissima riflessività e dotandolo di molte sfaccettature lo si rende un riflettore diffuso quasi perfetto ©Diagnosi e certificazione energetica – Maggioli Editore

L’articolo è tratto dal volume:

Diagnosi e certificazione energetica

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Davide Lanzoni, 2020, Maggioli Editore
Il volume, giunto alla terza edizione, è un manuale teorico-pratico per le tre principali indagini strumentali per l’efficienza energetica in edilizia: la termografia, il blower door test di permeabilità all’aria, ed il termo flussimetro per la misura in opera della trasmittanza...

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