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1. w 70 E _e g PALMA e VERDI a di ra Sec XIX _ Sec XV F Verde Sec XIX 450 50 550 600 650 700 750 800 850 20 nm 400 450 6500 6550 600 650 700 750 a00 850 90 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 A nm A nm Fig 7 12 Trasmittanza media delle tessere del pannello B al variare della lunghezza d onda T Differenza XIX XV Secolo XIX Secolo XV Assoluta Verde scuro 0 0237 0 0322 0 0085 26 Verde chiaro 0 0713 Rosso 0 0135 z gt il Blu 0 0032 i E _Grisaglia _0 0218 Tab 7 6 Valore medio del fattore di trasmissione nel visibile t delle tessere del pannello B 108 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti O ARANCIONE lt a GRISAGLIE solo sec XV E 40 Sec XIX Sec XV folto e mani a Barba 10 450 500 50 600 650 700 750 800 850 900 tai 40 500 550 600 650 700 750 800 G50 600 A nm nm 100 90 80 70 e 80 _ BLU e GIALLO solo sec XIX 50 ROSSO 4 z Sec XV 20 10 F 0 T T T T T T 550 600 650 700 750 nm s00 200 a50 900 400 450 500 550 600 650 700 nm 750 800 850 900 Fig 7 13 Trasmittanza media delle tessere del pannello C al variare della lunghezza d onda
2. o 300 400 500 600 700 800 900 100011001200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 Mnm Fig 6 7 Andamento della trasmittanza spettrale per il campione VC3B 79 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti ni fs as dg de Ia di Vi IV Mi IM Aio li ii 300 400 500 600 700 800 900 1000110012001300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 nm Fig 6 8 Andamento della trasmittanza spettrale per il campione VF6S 300 400 500 600 700 800 900 1000110012001300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 nm Fig 6 9 Andamento della trasmittanza spettrale per il campione VC3S I risultati sperimentali di riflessione spettrale sono mostrati nelle figure 6 10 6 11 6 12 in ogni grafico si scelto di rappresentare l andamento della riflessione relativo a differenti campioni di vetro con la stessa tipologia di pellicola antisolare applicata A partire dai risultati sperimentali di trasmissione e riflessione spettrale stato possibile calcolare seguendo le indicazioni fornite dalla normativa EN 410 80 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti alcuni parametri che caratterizzano il comportamento dei materiali analizzati ed in particolare il fattore di trasmissione della luce tv
3. Ty Differenza a Differenza XIX XV Secolo XIX Secolo XV Assoluta Giallo 0 0467 Arancione 0 0349 0 0136 0 0213 157 Rosso 0 0028 Blu 0 0030 Grisaglie 0 0315 mani Grisaglie 0 0390 volto Grisaglie 0 0360 barba Tab 7 7 Valore medio del fattore di trasmissione nel visibile ty delle tessere del pannello C 109 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Dalle figg 7 11 7 12 e 7 13 si evince che i valori di trasmissione luminosa al variare della lunghezza d onda sono quasi sempre inferiori al 7 8 valori fino al 12 15 sono raggiunti solo dalle tessere di colore verde chiaro nelle lunghezze d onda comprese tra 400 nm e 450 nm Fra i vari colori le tessere blu sono quelle che in un range di lunghezze d onda compreso tra 410 nm e 420 nm presentano la trasmissione pi elevata intorno al 40 pur essendo pi selettive delle altre le tessere caratterizzate dal valore pi elevato del coefficiente di trasmissione nel visibile sono di colore verde chiaro 7 0 07 per le tessere del Sec XIX e T 0 04 per le tessere del Sec XV le tessere caratterizzate dai valori pi bassi del coefficiente di trasmissione nel visibile sono quelle ottocentesche di colore blu 7 0 003 e quelle quattrocentesche di colore rosso 7 0 005 i campioni sono molto selettivi nelle lunghezze d onda in cui essi sono colorati ci vero sopra
4. CAPITOLO 1 DESCRIZIONE E MESSA A PUNTO DELLA STRUMENTAZIONE SPETTROFOTOMETRICA DA BANCO E DEI RELATIVI ACCESSORI 1 1 Generalit sulle strumentazioni spettrofotometriche Gli spettrofotometri sono strumenti composti da uno spettrometro e da un fotometro e usati per confrontare radiazione per radiazione l intensit luminosa di sorgenti di colore diverso Lo spettrometro misura l ampiezza dell intervallo di lunghezze d onda mentre il fotometro traduce la radiazione luminosa in corrente elettrica misurabile su una scala graduata Con questi strumenti si realizza essenzialmente la spettrofotometria di assorbimento cio la misura delle radiazioni assorbite in regioni diverse e variabili con continuit dello spettro ultravioletto visibile e infrarosso quando tali radiazioni passano attraverso un mezzo omogeneo o una soluzione I componenti principali di uno spettrofotometro sono una sorgente di radiazioni un monocromatore e un ricevente la sorgente luminosa varia in funzione del campo di studio delle radiazioni emesse assorbite dai corpi Nella regione del visibile viene quasi esclusivamente impiegata la lampada a filamento di tungsteno il monocromatore un prisma o pi frequentemente un reticolo di diffrazione ha il compito di deviare le direzioni dei fronti d onda di un angolo dipendente dalla lunghezza d onda Facente parte del monocromatore sono anche il collimatore e il focalizzatore posti rispett
5. 3 33 kg m il valore pi comune 100Kg m 0 13 15 valore tipico 5 circa 20 nm e varia con la densit 1 0 1 05 molto basso per un solido a 500 C comincia il collasso ma il punto di fusione circa 1200 C 2 0 4 0 x 10 determinato con ultrasuoni 10 10 N m molto piccolo se comparato con quello del vetro 1 1 per una densit di 100 kg m ma pu arrivare anche a 1 008 100 m s 0 017 W m K per struttura semplice a pressione atmosferica 0 0135 W m K con aggiunta di carbonio a pressione atmosferica 0 0092 W m K a 0 01 atm 0 0055 W m K con aggiunta di carbonio a 0 1 atm Tab 5 1 Principali propriet fisiche dell aerogel materiali che sono realizzati con spessori fino a 50 cm Per elevati spessori a causa delle successive riflessioni il materiale non pi trasparente ma traslucido e non pu pi essere utilizzato in sostituzione delle normali finestre fig 5 4 In base alle dimensioni delle celle i geometric media si dividono in capillari il diametro di uno o due millimetri e la sezione pu essere quadrata o irregolare a nido d ape i diametri sono dell ordine di qualche centimetro gli elementi possono essere a sezione esagonale quadrata o tringolare Ai fini delle prestazioni importante la scelta del materiale che deve possedere le seguenti propriet 58 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti a b Fig 5 4 Princ
6. 10 PE LPPLLELPLLPLLLPEO PLL 90 80 70 60 cd 50 40 30 20 10 trasmittanza 0 a lunghezza d onda nm dati casa costruttrice dati sperimentali l PPLPPPLPEPPLOPLICPLLPELE LOCA lunghezza d onda nm b dati Saint Gobain dati sperimentali PPLPPPLPPEPPLILLPICPEPPI LLP LIE lunghezza d onda nm c Fig 4 1 Confronto tra la trasmittanza misurata con lo spettrofotmetro Cary 2300 e l andame Cool Lite nto fornito dalle Ditte produttrici a Planilux b Eko Plus c 37 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti dove qk il valore di ogni singola osservazione ed n il numero totale di osservazioni Il massimo scarto tipo tra tutti quelli calcolati per ogni singola lunghezza d onda stato scelto come valore rappresentativo dell incertezza della misura tale procedura stata sviluppata separatamente per ognuno dei tre vetri di riferimento tab 4 3 Per il significato attribuito allo scarto tipo possibile affermare che il valore medio stima il corrispondente valore atteso della trasmittanza con un incertezza dello 0 37 rispetto al valore misurato per il Planilux dello 0 04 per il Cool Lite e dello 0 29 per l Eko Plus Si pu dunque osservare che g
7. MISURE E CALCOLO DELLE PRESTAZIONI DI PELLICOLE A CONTROLLO SOLARE APPLICATE A CAMPIONI DI VETRO 6 1 Introduzione La carenza di dati in Letteratura relativi alle propriet spettrofotometriche di materiali trasparenti non si concilia con il grado di dettaglio richiesto dagli odierni algoritmi di calcolo per la valutazione delle prestazioni energetiche degli edifici Ad esempio per il calcolo dei carichi termici degli edifici sono richiesti dati relativi alla trasmittanza di pareti vetrate per diversi angoli di incidenza mentre in Letteratura spesso possibile reperire solo dati relativi all incidenza normale Inoltre negli ultimi anni sono stati proposti numerosi materiali trasparenti innovativi con marcate prestazioni illuminotecniche ed energetiche la cui caratterizzazione sperimentale per molte volte incompleta Per mezzo della strumentazione in dotazione presso il Laboratorio sono state misurate le propriet di riflessione e trasmissione per diversi angoli di incidenza relative a pellicole a controllo solare applicate a vetri semplici e doppi di differente spessore I dati risultanti dalle elaborazioni possono essere implementati in codici di calcolo che sono di ausilio al progettista nella scelta del materiale trasparente ottimale per ogni situazione 6 2 Le pellicole a controllo solare 6 2 1 Le pellicole riflettenti Le pellicole riflettenti sono formate da una base di poliestere sulla quale viene posto un rivestiment
8. 0 103 VC3A 0 122 0 122 0 122 0 123 0 122 0 124 0 104 0 022 VCSA 0 127 0 122 0 119 0 119 0 120 0 127 0 126 0 043 0 024 VC6A 0 110 0 105 0 105 0 107 0 105 0 110 0 105 0 020 0 016 VF4B__ 0 092 0 088 0 088 0 088 0 090 0 092 0 092 0 087 0 066 VF6B 0 092 0 087 0 088 0 086 0 087 0 087 0 088 0 084 0 074 VC3B__ 0 083 0 080 0 078 0 079 0 081 0 084 0 084 0 074 0 019 VCSB 0 080 0 079 0 078 0 076 0 085 0 084 0 033 0 019 VC6B 0 067 0 066 0 066 0 065 0 065 0 064 0 066 0 031 0 017 VF4S 0 286 0 285 0 284 0 285 0 289 0 295 0 290 0 260 0 165 VE6S _ 0 273 0 271 0 269 0 270 0 274 0 276 0 269 0 242 0 179 VC3S 0 256 0 254 0 250 0 247 0 248 0 255 0 252 0 203 0 026 VCSS 0 246 0 248 0 250 0 252 0 258 0 267 0 243 0 039 0 019 VC6S _ 0 216 0 220 0 219 0 221 0 224 0 229 0 218 0 020 0 016 Tab 6 3 Fattore di trasmissione solare diretta relativo alle diverse incidenze per i campioni esaminati CAMPIONE _p pe VF4A VEGA VC3A VCSA VC6A 0 482 0 324 VF4B__ 0 540 0 462 VF6B__ 0 524 0 414 VC3B__ 0 519 0 423 VCSB VC6B VF4S VF6S__ 0 150 0 134 VC3S__ 0 201 0 187 VCSS__ 0 202 0 188 VC6S _ 0 186 0 145 Tab 6 4 Fattori di riflessione nel visibile e nel solare per i diversi campioni e
9. 3 HU Collana Tecnico Scientifica Fs EAN diretta da Giorgio Galli 6 x Quaderno n 22 FRANCESCO ASDRUBALI CINZIA BURATTI RITA MARIANI GIORGIO BALDINELLI ELISA MORETTI MISURE SPETTROFOTOMETRICHE SU MATERIALI TRASPARENTI RECENTI ATTIVIT DI RICERCA DEL LABORATORIO DI TERMOTECNICA DELL UNIVERSIT DI PERUGIA Agosto 2004 RAE Centro Interuniversitario di Ricerca sull Inquinamento da Agenti Fisici Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti INDICE Introduzione 3 cisti Reali iii pag 1 Descrizione e messa a punto della strumentazione spettrofotometrica da banco e dei relativi accessori pag 1 1 Generalit sulle strumentazioni spettrofotometriche pag 1 2 Spettrofotometro Cary 2300 n A pag 1 2 1 Componenti principali naaca a T aR pag 1 2 2 Principio di funzionamento iii pag 1 2 3 Metodologia di misura iii pag 1 2 4 Parametri di ottimizzazione dello strumento pag 1 2 5 Procedura di baseline iiiii pag 1 3 Costruzione e messa a punto di un accessorio per misure di incidenza non normale il goniometro i pag 1 4 La sfera int gratiice isa pag 2 Descrizione e messa a punto della strumentazione spettrofotometrica portatile e dei relativi accessori pag 2 1 Spettrofotmetro po
10. Secolo XV Assoluta Giallo 0 0397 0 0253 0 0144 57 Rosso 0 0087 0 0047 0 0040 85 Verde 0 0736 0 0403 0 0333 83 chiaro Verde scuro 0 0192 3 Arancione 0 0298 0 0151 0 0147 97 Blu 0 0031 Tab 7 5 Valore medio del fattore di trasmissione nel visibile ty delle tessere del pannello A La figura 7 12 mostra i risultati relativi al pannello B riportato l andamento della trasmittanza media delle tessere verdi della palma e di quelle verdi di bordura di quelle dipinte a grisaglia e per completezza le misure sulle tessere rosse e blu La punta superiore della palma l unica tessera originale presente nel pannello l andamento della trasmittanza media al variare della lunghezza d onda viene confrontato con quello delle altre due tessere che formano la palma risalenti al 1800 e con quello delle altre tessere dello stesso colore il verde Nella tab 7 6 sono riportati i risultati relativi al calcolo del coefficiente di trasmissione nel visibile per i diversi colori delle tessere del pannello B Analogamente a quanto fatto per i pannelli A e B si riportano di seguito i valori di trasmittanza media al variare della lunghezza d onda per le tessere di diverso colore e per quelle dipinte con la tecnica della grisaglia fig 7 13 del pannello C e nella tab 7 7 i valori medi del fattore di trasmissione nel visibile 107 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti B 8
11. Sull ala verticale ricavato un foro filettato di 10 mm di diametro nel quale alloggiata la vite di manovra A che serve a controllarne la traslazione Nella parte superiore invece ricavata una scanalatura in corrispondenza della mezzeria nella quale si va ad alloggiare la lente 22 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 190 24 DA x 172 vi 220 80 5 J6 5 74 5 eih 180 190 5 125 de Fig 2 5 Supporto n 2 per il posizionamento del campione a pianta b prospetto c pianta e prospetto dell asta orizzontale da posizionare sul fronte dell accessorio d pianta e prospetto dell asta orizzontale da posizionare sul retro dell accessorio quote in cm Per evitare che il peso della fibra ottica avvitata alla lente la sposti dalla scanalatura sulla parte posteriore di ciascun supporto montata una staffa ad L in grado di sopportare il peso della fibra Il portacampione vero e proprio un elemento a forma di U tale da poter ospitare campioni fino ad uno spessore massimo di 20 mm La struttura tale che una faccia del campione poggia proprio su un braccio della U mentre l altra tenuta ferma da una vite Cos facendo il campione risulta essere fissato a sbalzo perci esiste la possibilit che tenda a cadere in avanti per minimizzare ques
12. Dall analisi dei dati si pu notare che l errore di misura pu essere anche abbastanza elevato quando si valuta l andamento della trasmissione in funzione della lunghezza d onda ma ci in realt non molto importante perch lo spettrofotometro S 2000 non uno strumento da laboratorio ma uno portatile che in quanto tale deve fornire un analisi in situ delle caratteristiche ottiche di un materiale Con questo tipo di strumenti non quindi rilevante il valore assoluto della misura quanto la variazione delle grandezze misurate nel tempo in quanto lo scopo principale dare una valutazione relativa tra due situazioni diverse nel tempo 50 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti t sperimentale VETRO ty certificato Portatile Fisso Planilux 0 925 0 895 0 896 Eko Plus 0 763 0 750 0 76 l ___Coollite 0 067 0 079 0 08 Tab 4 12 Valori del coefficiente di trasmissione nel visibile misurati e certificati 51 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 52 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti CAPITOLO 5 MISURE E CALCOLO DELLE PRESTAZIONI DI MATERIALI TRASPARENTI INNOVATIVI 5 1 Generalit Nel contesto del complesso ed articolato problema del risparmio energetico nel settore edilizio si inserisce lo studio delle propriet ottiche ed energetiche dei materiali trasparenti innovativi Gli aspetti principali da analizzare nell
13. NORMATIVA DI RIFERIMENTO 3 1 Introduzione Le misure condotte fanno riferimento principalmente a due diverse normative UNI 7885 descrizione delle apparecchiature caratteristiche e preparazione dei campioni UNIEN 410 elaborazione ed analisi dei dati 3 2 UNI 7885 Prove sul vetro Determinazione dei fattori di trasmissione dell energia solare La normativa descrive l apparecchiatura necessaria alla misura spettrofotometro a funzionamento automatico o manuale adatto per misure di trasmissione nell intervallo spettrale da 300 nm a 2150 nm attrezzatura per il taglio del campione attrezzatura per la levigatura e lucidatura del campione nei casi in cui queste operazioni si rendano necessarie micrometro centesimale che permetta la misura dello spessore con precisione di 5 um Le dimensioni del campione devono essere tali da riempire completamente la finestra portacellette dello strumento In tal senso la normativa prescrive in funzione dello spessore le tolleranze espresse sotto forma di percentuale dello spessore stesso tab 3 1 Spessore mm Variazione di spessore finoa 2 1 5 oltre 2 fino a 4 1 0 oltre 4 fino a 8 0 5 oltre 8 0 3 Tab 3 1 Tolleranze dello spessore del campione Una volta tagliato il campione deve essere lavato con etanolo e lasciato essiccare quindi pulito con apposite cartine ottiche Dopo aver terminato queste 25 Misure spettrofotometriche su materiali traspa
14. riportato nella figura 5 2 Possono essere utilizzati due tipi di aerogel granulare sfere piuttosto regolari e pezzi di forma irregolare Usando l aerogel granulare non permessa la visione dell esterno poich il materiale lattiginoso inoltre la trasmissione luminosa non elevatissima infatti il materiale risulta traslucido e non trasparente 55 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Fig 5 2 Lastre di vetro con aerogel granulare in intercapedine 2 Aerogel monolitico Il materiale in questa forma sembrerebbe la soluzione a tutti i problemi di risparmio energetico per gli elementi trasparenti non solo altamente isolante ma presenta anche un elevata trasmittanza luminosa ed trasparente alla vista consentendo la visione dell esterno Esso per presenta bassi valori della resistenza a trazione mentre resiste bene a compressione Pertanto possibile inserirlo tra due lastre di vetro per formare un vetro camera Ad esempio inserendo una lastra di circa 2 cm di aerogel monolitico in un vetrocamera possibile avere un coefficiente di trasmittanza al centro della lastra di 0 5 0 6 W mK tuttavia questo valore pu aumentare anche del 70 passando a considerazioni energetiche su tutto il componente Affinch ci non accada necessario porre grande cura nel sigillare i bordi e garantire cos resistenza all acqua resistenza al vapore assenza di ponti termici Un sistema i
15. t A Il fattore di trasmissione spettrale della vetrata in esame V A l efficienza spettrale per una visione fotopica che definisce l osservatore normalizzato per la fotometria A l intervallo di lunghezza d onda Nella normativa sono tabulati i valori di D V A e AA per intervalli di lunghezza d onda di 10 nm La tabella stata ricavata in modo tale che X DIV DAX I1 Tab 3 2 Nel caso di vetrate multistrato i valori di t sono calcolati dai fattori di trasmissione e riflessione di ogni singolo strato Per doppi vetri per esempio si ha __ 00 ESTRO dove ti A il fattore di trasmissione spettrale della lastra esterna t A il fattore di trasmissione spettrale della seconda lastra Pi il fattore di riflessione spettrale della lastra esterna misurato nella direzione opposta alla radiazione incidente P2 4 il fattore di riflessione spettrale della seconda lastra misurato nella direzione della radiazione incidente Quando si analizzano materiali con luce diffusa necessario l uso di una sfera integratrice In questo caso le dimensioni della sfera devono essere tali da captare tutta la luce diffusa e ottenere proprio i valori medi quando i campi di superficie sono irregolarmente diffusi 3 2 E un parametro che rappresenta la luce del giorno con una temperatura di colore prossimale di 5000 K 27 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti A DiV A A2
16. 5 6 Esempio della visione attraverso la lastra di aerogel monolitico 62 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti PROPRIETA VALORI Densit 50 200 Kg m Conducibilit termica 0 021 W m C a 20 C e a pressione Dimensione standard del prodotto atmosferica Indice di rifrazione 1 02 1 05 Composizione chimica della matrice 99 99 SiO solida Dimensioni dei pori 10 30 nm 60 x 60 x 2 cm Deformabilit Paragonabile al normale quarzo il collasso inizia al di sopra dei 750 C Pericolosit Non tossico Non infiammabile Fattore di trasmissione solare diretta Fino a 85 valore tipico 75 Tab 5 3 Propriet dell aerogel certificate dal produttore Assemblando varie tipologie di vetri con aerogel sono stati ottenuti 11 differenti campioni ognuno dei quali costituisce un sistema vetrato con tre lastre di cui quella centrale sempre il campione di aerogel fig 5 7 Gli undici abbinamenti sono riportati in tabella 5 4 Per ciascun campione riportata la tipologia delle lastra esterna ed interna e lo spessore totale del campione assemblato Fig 5 7 Esempio di campione assemblato con aerogel monolitico in intercapedine 63 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti i L Campione Nome Lastra Esterna Intercapedine astra Spessore Interna Totale 1 VS aer VS Vetro s
17. 900 1100 1300 1500 1700 1900 2 nm Fig 5 10 Andamento della trasmittanza in funzione della lunghezza d onda per i campioni n l 2 3 4e 5 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 Coefficiente di trasmissione 1100 2 nm 1300 1500 1700 1900 Fig 5 11 Andamento della trasmittanza in funzione della lunghezza d onda per i campioni n 6 7 8e 9 67 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 03 Sample 10 Sample 11 02 0 1 Coefficiente di trasmissione 0 A i 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 nm Fig 5 12 Andamento della trasmittanza in funzione della lunghezza d onda per i campioni n 10 e 11 0 8 z 0 7 A 06 7 0 5 gs du Ra 0 4 uc Re 0 3 S 5 0 2 A SampeB RA I wi I SampleC Sa I T 014 SampeD a o eee SampeE wa 0 T T T T T T ia T T T T T T DI 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2 nm Fig 5 13 Andamento della trasmittanza in funzione della lunghezza d onda per i campioni A B C D ed E 68 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Campione T Py Te Pe e g U Wm K 1 0 61 0 17 0 59 0 15 0 25 0 65 1 20 2 0 58 0 15 0 51 0 14 0 35 0 60 1 20 3 0 59 0 14 0 51 0 12 0 36 0 60 1 19
18. La pi importante propriet ottica la trasparenza nei confronti della luce cio la capacit di trasmettere le radiazioni visibili nell intervallo di lunghezze d onda 380 780 nm la frazione della radiazione incidente che un vetro in grado di trasmettere dipende dalle sue caratteristiche fisiche ed anche dalle sue capacit riflettenti ed assorbenti Dal punto di vista fisico per garantire un adeguata trasparenza un vetro deve essere omogeneo cio non deve contenere particelle di composizione diversa da quella della matrice costituente Infatti se la radiazione colpisse questi elementi sarebbe dispersa e il vetro perderebbe di trasparenza diventando opaco se invece le particelle in questione fossero poche e il vetro fosse sottile diventerebbe traslucido Generalmente l opacizzazione di un vetro si consegue introducendo sostanze finemente disperse che risultano insolubili nel vetro fuso o che 33 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti divengono tali nel corso del raffreddamento dando origine a particelle microcristalline il caso pi comune si ha con i vetri al fluoro in cui l opacit dovuta a microcristalli di fluoruro di calcio CaF o di fluoruro di sodio NaF altri agenti opacizzanti sono il biossido di titanio TiO di zirconio ZrO e di stagno Sn0 Se il vetro contiene particelle particolari l assorbimento pu essere selettivo nei confronti della radiazione a determinate lunghez
19. Vetro Bassoemissivo 6 l Eko Plus Vetro Bassoemissivo 4 Tab 4 2 Campioni utilizzati per la messa a punto dello strumento 4 3 1 Confronto tra andamento sperimentale e quello dedotto dai dati noti La definizione del metodo di misura avvenuta per gradi dopo aver condotto una serie di prove di seguito si riportano i risultati ottenuti fig 4 1 conducendo per ognuno dei tre vetri tre prove consecutive ognuna di esse preceduta da baseline e bilanciamento a 2500 nm scartando la prima ed utilizzando le altre due per calcolare la media I risultati delle misure sono stati confrontati con gli andamenti della trasmittanza certificati forniti dalla casa costruttrice dei vetri Si pu notare come le differenze tra i dati sperimentali e quelli certificati siano di modesta entit e consentano di ritenere pienamente attendibili i dati forniti dallo strumento 4 3 2 Incertezza e ripetibilit delle misure La norma UNI CEI 9 fornisce le indicazioni per l analisi statistica delle misure per ognuno dei campioni di cui al paragrafo 4 3 1 la misura stata ripetuta 10 volte per ogni valore nell intervallo 300 nm 2500 nm si calcolato lo scarto tipo sperimentale della media espresso dalla seguente relazione 2 n qu dk _ k k l sh n n 1 4 1 36 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 90 4 80 4 70 60 I 50 dati Saint Gobain ao H dati sperimentali 30 20
20. a Andamento della riflessione del campione n 6 nuovo N e invecchiato 1 sul lato x b Andamento della riflessione del campione n 6 nuovo N e invecchiato 1 sul lato y Sono inoltre stati calcolati i fattori di trasmissione e riflessione nel visibile come mostrato nella tabella 7 2 si pu notare che il processo di invecchiamento non influenza i fattori di trasmissione e riflessione tranne nel caso del campione n 6 in cui sul lato x la differenza del fattore di riflessione nel solare tra vetro invecchiato e nuovo del 14 e del fattore di trasmissione nel visibile dell 87 In conclusione i risultati ai quali si pervenuti evidenziano che il processo di invecchiamento non incide sulle propriet spettrofotometriche dei campioni esaminati solamente per il campione decorato con la tecnica della grisaglia stato riscontrato un incremento del coefficiente di riflessione nel visibile Tale risultato ha reso necessaria una ricerca pi approfondita oggetto degli studi seguenti 95 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Campione Colore Metodo di Spessore x Differenza p Differenza colorazione mm I N I N 1 N Viola In pasta 2 71 0 0015 13 33 0 0466 4 51 I 0 0017 0 0445 2 N Trasparente In pasta 2 27 0 9159 2 24 0 0801 1 00 I 0 8954 0 0809 3 N Viola In pasta 3 74 0 0096 22 92 0 0450 4 67 I 0 0074 0 047
21. ambiente Sempre in assenza del campione si ricava il secondo riferimento il NERO spegnendo la sorgente in tal modo al sensore giunge solo la radiazione presente in ambiente La misura relativa perch si ricava da questi due riferimenti sottraendo la potenza associata al NERO da quella associata al BIANCO si perde pertanto la dipendenza dalle condizioni di illuminamento esterno se naturalmente queste rimangono inalterate durante il tempo della misura Le fibre ottiche sono filamenti di silice fusa e sono in grado di trasportare piccole potenze luminose a grandi distanze da un capo all altro della fibra La trasmissione della luce attraverso la fibra ha luogo grazie alla trasmissione interna totale Per capirne meglio il principio di funzionamento si prenda in considerazione la figura 2 2 dove schematizzata la sezione di una fibra ottica formata da due materiali diversi che costituiscono rispettivamente l anima ed il rivestimento Fig 2 2 Percorso del fascio di radiazione all interno di una generica fibra ottica 18 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti La radiazione incidente viene rifratta dall anima della fibra secondo la legge di Snell e penetra all interno affinch il raggio possa proseguire il suo cammino necessario che ci sia riflessione totale e questo possibile solo se il materiale di rivestimento ha un indice di rifrazione inferiore a quello dell anima se que
22. campione nuovo e il lato x del corrispondente invecchiato cos anche per il lato y Per i campioni nn 1 2 3 4 5 7 8 9 e 10 i valori del coefficiente di riflessione risultano bassi essendo compresi tra il 4 e l 8 sia per i vetri nuovi che per quelli invecchiati la riflessione dei lati x ed y assume gli stessi valori inoltre il processo di invecchiamento non influenza le propriet di riflessione 100 4 100 7 80 80 60 60 T T 40 40 20 20 6N S 5N 5 61I 9 519 0 0 r r r r i i 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 nm 2 nm Fig 7 4 Coefficiente di trasmissione spettrale a campione n 6 nuovo N e invecchiato 1 b campione n 5 nuovo N e invecchiato 1 94 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Solo il campione n 6 colorato a grisaglia sul lato x presenta valori di riflessione maggiori nel caso di invecchiamento fig 7 5a mentre il processo di invecchiamento risulta ininfluente sul lato y fig 7 5b non decorato con la tecnica della grisaglia 144 14 124 12 104 10 8 8 6 6 4 4 p 6N 2 6N y 6I amp 61y 0 7 0 i i l i i 2220 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 a 2 nm b 2 nm Fig 7 5
23. causa del passaggio attraverso due mezzi diversi nel caso in esame nel passaggio dall aria al vetro La dispersione legata al concetto di indice di rifrazione poich misura la sua variazione con la lunghezza d onda della radiazione 4 2 Il vetro nell edilizia Ormai da molti anni si diffuso l impiego di ampie vetrate negli edifici o addirittura di intere facciate ricoperte di vetro lo sviluppo di questa architettura di cristallo stato favorito o pi ancora reso possibile dai progressi tecnologici che gi negli anni Settanta portarono alla diffusione delle vetrate isolanti meglio conosciute come vetrocamera e allo sviluppo di vetri variamente trattati per conseguire un basso fattore solare Molto spesso gli edifici cos costruiti pur interessanti dal punto di vista formale hanno evidenziato difetti anche sostanziali sensazioni di caldo o freddo in prossimit delle superfici vetrate cattiva qualit dell illuminamento naturale interno deformazioni e rotture delle vetrate stesse Tuttavia recentemente si sono verificati notevoli progressi nel settore dei materiali migliorato il rapporto tra trasmissione luminosa e trasmissione energetica dei vetri come conseguenza di nuovi e pi efficaci trattamenti superficiali o film selettivi sono migliorate le prestazioni di isolamento termico del vetrocamera a seguito dei progressi conseguiti nei trattamenti a bassa emissivit e nell uso dei gas di riempimento son
24. colore verde di diverse tonalit e rosa pesca stato analizzato in quattro punti al fine di evidenziarne le propriet in corrispondenza delle diverse colorazioni Il campione n 2 presenta sul lato x uno smalto di colore rosa chiaro Il campione n 3 colorato sul lato x con velatura a smalto grigio chiaro Il campione n 4 raffigura il volto del Bambino e la parte inferiore del volto della Vergine presenta una colorazione a grisaglia di colore marrone in varie tonalit e per questo motivo stato analizzato in quindici punti diversi Il campione n 5 di colore trasparente presenta tracce di grisaglia di colore marrone Il campione n 6 colorato a grisaglia di colore verde Il campione n 7 colorato in giallo all argento ha sul lato x una decorazione a grisaglia e sul lato y una colorazione in bagno Il campione n 8 colorato a grisaglia presenta un doppio strato della stessa di colore nero sul lato x Gli andamenti del coefficiente di trasmissione e riflessione in funzione della lunghezza d onda dei campioni in esame sono riportati nella fig 7 7 per il campione n 4 misurato in 15 punti sono riportati solo gli andamenti nei punti di trasmissione e riflessione massima e minima Nelle Tabb 7 3 e 7 4 sono riportati i valori dei coefficienti di trasmissione e riflessione per il campione n 4 non stato possibile effettuare il calcolo del 99 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti fattore di trasmissio
25. costi La tabella 5 1 riassuntiva delle principali propriet fisiche dell aerogel 5 3 I geometric media Questa categoria di Ttransparent Insulating Materials utilizza delle strutture geometriche per limitare le dispersioni termiche per convezione e irraggiamento che avverrebbero nell intercapedine di un vetro camera ci avviene per mezzo di un materiale plastico trasparente nel visibile e nel vicino infrarosso ma opaco oltre i 2500 nm L orientamento dei setti trasparenti pu essere verticale o orizzontale ormai quasi tutti i geometric media adottano lo schema a giacitura parallela alla direzione di propagazione Con questa configurazione nel caso ideale di assenza di assorbimento e diffusione tutta la radiazione incidente raggiunge dopo successive riflessioni e trasmissioni l altra estremit del materiale Inoltre lo spessore del materiale non influisce sulle propriet ottiche e i moti convettivi dell aria sono ostacolati Nella realt per l esistenza di fenomeni di assorbimento e di scattering anche se minimi pregiudica le prestazioni di questi 57 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti PROPRIET VALORI Densit apparente di solido Diametro medio dei pori Indice di rifrazione Resistenza alla temperatura Coefficiente di espansione termica Modulo di Young Costante dielettrica Velocit di propagazione del suono attraverso il mezzo Conduttivit termica
26. gruppo spesso in grado di offrire maggiore resistenza alle alte temperature di quanto non facciano i polimeri carbon chain Tra le possibili classificazioni dei polimeri la pi importante quella che si basa sulla loro risposta al calore ed ai solventi In tal senso si distinguono due grandi categorie i polimeri termoplastici e i polimeri termoindurenti A loro volta i primi possono essere ulteriormente suddivisi in tradizionali ed avanzati Le termoplastiche sono polimeri che rammolliti e fusi o trattati con opportuni solventi in maniera ripetitiva non subiscono variazioni nella loro composizione chimica i termoindurenti al contrario sono polimeri che se sottoposti ad elevate temperature tendono ad indurirsi Sebbene il termine termoplastico stia ad indicare la capacit di fondere al riscaldamento esistono polimeri termoplastici che non lo fanno e polimeri che rammolliscono semplicemente se sottoposti a pressione meccanica analogamente ci sono termoindurenti in grado di indurirsi anche senza riscaldamento La pi evidente differenza esistente tra queste due categorie risiede nel fatto che mentre dopo la formatura i termoplastici conservano la struttura polimerica lineare che li caratterizza i termoindurenti subiscono una variazione passando da una struttura tipicamente lineare ad una tridimensionale Le caratteristiche ottiche dei polimeri sono funzione sia del tipo di materiale sia del metodo di fabbricazione Rigu
27. liscia I materiali che costituiscono i geometric media sono composti di polimerici organici e sono soggetti a trasformazioni fisiche e chimiche di tipo irreversibile con una conseguente alterazione delle prestazioni del componente Un adeguata conoscenza delle cause esterne ed in particolare di quelle climatiche aiuta la 59 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti scelta dei materiali pi adatti La radiazione solare ha un effetto fotodegradante su alcuni materiali come il PC esso ingiallisce per effetto della frazione ultravioletta della luce solare per questo che allo stato attuale si usa il PMMA che mantiene le sue propriet ottiche per lungo tempo Una soluzione alternativa potrebbe essere l aggiunta di stabilizzatori di tipo chimico o di vetri protettivi anche se comporta dei costi aggiuntivi Le possibilit di impiego questi materiali sono molto interessanti infatti in paesi come la Germania l Austria e la Svizzera cominciano ad avere un certo mercato Del resto i geometric media sono convenienti in zone fredde dove necessario massimizzare gli apporti solari gratuiti Nell ultimo periodo inoltre i costi aggiuntivi rispetto ad un sistema convenzionale sono diminuiti una vetrata denominata kapilux w prodotta dalla OKALUX Germania ha un costo di circa 260 euro m fig 5 5 Fig 5 5 Prodotto commerciale della OKALUX Kapilux w I geometric media non consentono come gi accennato la vis
28. nm non influenza questo fenomeno Lo stesso dovrebbe avvenire per i pori di diametro medio di 20 nm ma la complessit del processo di produzione pu provocare pori di dimensioni superiori a 400 nm o gruppi di molecole aggregati in modo irregolare La chiave del problema controllare le disomogeinit nella fase di preparazione del gel con il processo two step si ottiene una disposizione dei pori pi regolare e difficilmente la loro dimensione raggiunge i 50 nm Inoltre tra le propriet pi interessanti la straordinaria resistenza termica che candida questi materiali a diventare nei prossimi anni tra i pi impiegati nel campo dell isolamento termico considerando la trasmissione di calore per conduzione nel solido per conduzione nel gas e l irraggiamento per un aerogel a semplice struttura di silice si ottengono valori di 0 017 W mK e con l aggiunta di carbonio fino a 0 013 W mK A tale scopo si possono utilizzare le due forme in commercio aerogel granulare e aerogel monolitico 1 Aerogel granulare La soluzione pi efficiente quella di inserire i granuli tra due fogli sottili di PMMA polimetilmetacrilato ottenendo una lastra di 16 mm di spessore Questo foglio montato tra due lastre di vetro basso emissivo lasciando due intercapedini di 12 mm ciascuna riempite di gas rari come l Argon o il Kripton Si possono cos ottenere valori del coefficiente di trasmissione del calore di 0 4 W m K Lo schema
29. quanto riguarda lo studio delle vetrate artistiche l intento quello di effettuare analisi colorimetriche mediante l impiego dello spettrofotometro portatile S 2000 su vetrate in corso di restauro al fine di analizzare il legame esistente tra le variazioni colorimetriche ed il degrado delle vetrate stesse 113 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 114 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti ELENCO DEI SIMBOLI D distribuzione spettrale relativa all illuminante D65 e emissivit g fattore solare h coefficiente di trasferimento di calore I radiazione trasmessa L radiazione incidente Po potenza emessa P potenza trasmessa qi fattore di trasferimento secondario di calore qx valore osservazione R indice generale di resa dei colori r ripetibilit Sa distribuzione spettrale relativa dell energia solare s spessore Sq scarto quadratico medio T trasmittanza Va efficienza spettrale per visione scotopica Lettere greche O fattore di assorbimento solare diretto A intervallo di lunghezza d onda lunghezza d onda u media angolo di incidenza p fattore di riflessione spettrale Pe fattore di riflessione solare diretta Py fattore di riflessione luminosa lo deviazione standard T fattore di trasmissione spettrale Ti fattore di trasmissione solare diretta Ty fattore di trasmissione luminosa Tay fat
30. trasmittanza complessiva ridotta e non possibile la visione attraverso il componente nel secondo caso con il materiale in forma monolitica questi inconvenienti sono meno marcati Le propriet dell aerogel lo rendono pi vicino ad un aeriforme che ad un solido ma si tratta di un solido particolare la cui densit e costante dielettrica sono le pi basse mai misurate in un solido Per quanto riguarda le propriet ottiche sicuramente gli aspetti pi studiati sono la trasparenza e la resa cromatica al fine di poter impiegare l aerogel come isolante termico mantenendone le propriet ottiche paragonabili a quelle dei vetri Il fenomeno da controllare lo scattering cio la diffusione della luce che provoca alcuni effetti indesiderati Ad esempio mentre un oggetto distante pu 54 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti essere visto anche attraverso uno strato spesso di aerogel il materiale mostra riflessi bluastri se un oggetto illuminato viene osservato su sfondo scuro e rende rossastra la luce trasmessa La diffusione causata dalla struttura non omogenea del materiale se le disomogeneit sono dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d onda della luce visibile 380 780 nm si ha diffusione Quando invece i centri di diffusione sono a distanze inferiori rispetto alla lunghezza d onda della luce incidente la diffusione ridotta la struttura solida con diametri dell ordine di 5
31. 0 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 Lunghezza d onda nm 10 9 s c 8 CO Cooll S AH Cool Sos _ Ad Cool3 uu dE dati Saint Gobain E 2 1 o 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 Lunghezza d onda nm Fig 4 4 Andamento della trasmittanza dei campioni per diverse distanze delle sonde a Ekoplus b Planilux c Cool Lite 46 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 4 6 2 Incertezza e ripetibilit delle misure Per la valutazione dell incertezza di misura dello spettrofotometro S 2000 si fatto riferimento alla UNI CEI 9 che stabilisce le regole generali per la valutazione e l espressione dell incertezza di una misura in particolare l incertezza dello strumento stata valutata in base ai valori dello scarto tipo sperimentale della media nell intervallo di lunghezze d onda corrispondente al visibile 380 780 nm Le prove sono state eseguite sui tre vetri impiegati per la messa a punto dello strumento e si deciso di non eseguire i calcoli in base a una sola prova per ciascun vetro ma di prendere in considerazione la media dei risultati di cinque prove consecutive eseguite nelle medesime condizioni in modo da mediare gli eventuali errori dovuti alle condizioni ambientali E stata posta l incertezza pari al valore massimo dello scarto tipo nell intervallo di lunghezza d o
32. 1 4 N Verde In pasta 2 84 0 0861 42 16 0 0456 8 55 I bottiglia 0 1224 0 0495 5 N Rosso In bagno 2 65 0 1445 9 27 0 0511 0 59 I rubino 0 1311 0 0508 6 N Rosa Grisaglia 1 96 0 2121 7 83 0 0479 86 85 I incarnato 0 2287 0 0895 7 N Blu In pasta 3 96 0 1345 6 77 0 0499 1 00 I 0 1254 0 0504 8 N Blu cobalto In pasta 3 39 0 0277 6 14 0 0440 0 45 I 0 0260 0 0442 9 N Ambra In pasta 3 52 0 3913 7 90 0 0584 0 17 I 0 3604 0 0585 10 N Viola In pasta 2 38 0 0168 66 07 0 0428 1 17 I 0 0279 0 0433 Tab 7 2 Fattori di trasmissione e riflessione nel visibile 7 3 Misure spettrofotometriche su campioni decorati con varie tecniche superficiali Come esposto nel paragrafo 7 2 il processo di invecchiamento influenza le propriet di riflessione nel campo del visibile dei vetri con colorazione superficiale ad esempio a grisaglia in particolare il coefficiente di riflessione spettrale e il fattore di riflessione nel visibile del campione invecchiato colorato a grisaglia risultano superiori ai corrispondenti valori del campione nuovo Tale risultato che pu essere interpretato come un aumento della levigatezza superficiale del campione invecchiato per effetto dell influenza delle condizioni ambientali ha fornito uno spunto per approfondire la ricerca su campioni con colorazioni superficiali quali smalti velature a smalto e grisaglia forniti da uno studio di restauro di Roma Alcuni dei campioni esaminati sono frammenti di
33. 10 A DiV MA2 10 a DiV A AX 10 660 390 0 0005 530 8 799 670 0 2485 400 0 003 540 9 4427 680 0 1255 410 0 0103 550 9 8077 690 0 0536 420 0 0352 560 9 4306 700 0 0276 430 0 0948 570 8 6891 710 0 0146 440 0 2274 580 7 8894 720 0 0057 450 0 4192 590 6 3306 730 0 0035 460 0 6663 600 5 3542 740 0 0021 470 0985 610 42491 750 0 0008 480 1 5189 620 3 1502 760 0 0001 490 2 1336 630 2 0812 770 500 3 3491 640 1381 780 510 5 1393 650 0 807 Tab 3 2 Valori di D V e A per intervalli di lunghezza d onda di 10 nm Ri Il coefficiente di riflessione della luce py si calcola con la seguente relazione 780nm DPA AJ A 380nm 3 3 p w 780nm D VAM X 380nm dove D V A A hanno lo stesso significato e p A il fattore di riflessione spettrale del vetro Nel caso di vetrate multiple p A si calcola dai fattori di riflessione e trasmissione delle singole lastre Il fattore di trasmissione totale dell energia solare g si ricava dalla somma della trasmissione solare diretta Tt e del fattore di trasferimento secondario di calore qi del vetro verso l interno quest ultimo si ricava dal trasferimento di calore per convezione e dalla radiazione infrarossa della radiazione incidente totale che assorbita dal vetro come descritto nel seguito 28 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti g W gi 3 4 Il flusso rad
34. 4 0 57 0 14 0 46 0 12 0 41 0 56 1 18 5 0 48 0 15 0 39 0 13 0 48 0 46 1 06 6 0 18 0 34 0 23 0 26 0 50 0 35 1 19 7 0 20 0 11 0 24 0 11 0 65 0 40 1 19 8 0 16 0 34 0 17 0 26 0 57 0 25 1 06 9 0 16 0 11 0 21 0 11 0 68 0 31 1 06 10 0 05 0 43 0 03 0 37 0 60 0 18 1 19 11 0 04 0 44 0 02 0 37 0 60 0 12 1 06 Tab 5 6 Propriet ottiche e termiche dei campioni assemblati con aerogel Campione Tm Py Te Pe e g U W mK 0 525 0 109 0 497 0 102 0 401 0 594 1 2 1 5 0 535 0 105 0 488 0 095 0 417 0 589 1 2 1 5 0 545 0 110 0 502 0 100 0 398 0 598 1 2 1 5 0 402 0 106 0 383 0 093 0 524 0 510 1 2 1 5 0 386 0 110 0 319 0 100 0 581 0 396 1 2 1 5 aSa gt Tab 5 7 Propriet ottiche e termiche dei campioni assemblati con TIM 5 6 Confronti tra i campioni analizzati possibile procedere ad un confronto tra i campioni 1 2 3 4 5 con aerogel e quelli A B C D E con geometric media capillare poich sono caratterizzati dalle stesse tipologie di lastra interna ed esterna Come mostrato in fig 5 14 per tutti i campioni inserendo geometric media capillare al posto di aerogel in intercapedine si ha una riduzione della trasmissione luminosa e del fattore solare mentre la trasmittanza termica risulta superiore Inoltre lo spessore complessivo doppio n
35. 5 Campione n 6 Campione n 7 Campione n 8 Tab 7 3 Coefficienti di trasmissione nel visibile e nel solare dei campioni analizzati 100 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti pi p Campione n 1 Trasp Lato x 0 093 0 088 Lato y 0 093 0 089 Campione n 1 Rosa Lato x 0 178 0 145 Lato y 0 166 0 119 Campione n 1 Verde C Latox 0 109 0 123 Lato y 0 101 0 106 Campione n 1 Verde S Lato x 0 095 0 119 Lato y 0 102 0 108 Campione n 2 Lato x 0 094 0 085 Lato y 0 096 0 082 Campione n 3 Latox 0 093 0 096 Lato y 0 068 0 077 Campione n 4 Max latox 0 068 Min latox 0 0001 Campione n 5 Latox 0 056 0 084 Lato y 0 069 0 082 Campione n 6 Lato x 0 059 0 062 l Latoy 0 068 0 064 Campione n 7 Latox 0 080 0 060 Latoy 0 079 0 083 Campione n 8 Latox 0 062 0 058 Latoy 0 058 0 048 Tab 7 4 Coefficienti di riflessione nel visibile e nel solare dei campioni analizzati Le misure effettuate sui campioni di vetro antichi n 5 6 7 8 sono caratterizzate da un coefficiente di trasmissione spettrale che varia nel range 5 80 mentre il coefficiente di riflessione si mantiene al di sotto del 15 l andamento spettrale del coefficiente di riflessione del campione n 5 coincide sul lato x ed y Pertanto si pu concludere che i lati x dei campioni antichi
36. 57 0 159 0 163 0 161 0 162 0 134 0 017 VCSA 0 166 0 157 0 155 0 154 0 156 0 166 0 168 0 044 0 016 VC6A 0 134 0 149 0 148 0 153 0 150 0 157 0 155 0 011 0 001 VF4B 0 075 0 073 0 073 0 074 0 074 0 077 0 077 0 072 0 054 VF6B 0 078 0 076 0 075 0 076 0 076 0 078 0 078 0 074 0 069 VC3B 0 069 0 068 0 066 0 068 0 069 0 072 0 073 0 063 0 001 VC5B 0 070 0 068 0 067 0 065 0 063 0 073 0 072 0 009 0 008 VC6B 0 064 0 063 0 063 0 064 0 064 0 062 0 065 0 034 0 001 VF4S 0 386 0 382 0 383 0 386 0 388 0 399 0 392 0 355 0 222 VF6S 0 383 0 380 0 380 0 381 0 385 0 393 0 385 0 350 0 253 VC3S 0 351 0 346 0 342 0 340 0 339 0 351 0 351 0 203 0 013 VCSS__ 0 338 0 340 0 346 0 353 0 359 0 375 0 335 0 020 0 001 VC6S _ 0 328 0 338 0 338 0 341 0 374 0 361 0 344 0 006 0 001 Tab 6 2 Fattore di trasmissione della luce relativo alle diverse incidenze per i campioni esaminati 82 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti DIE i CAMPIONE a 0 a 10 a 20 a 30 a 40 a 50 a 60 a 70 a 80 VE4A 0 141 0 130 0 130 0 131 0 134 0 136 0 138 0 134 0 102 VF6A 0 142 0 131 0 131 0 131 0 134 0 136 0 139 0 134
37. RIT ai pag 42 4 5 1 Misure e calcolo del fattore di trasmissione nel visibile pag 42 4 6 Materiali per la messa a punto dello spettrofotometro portaue S 20005 nnani eai A IT i pag 44 4 6 1 Prove di misura per diverse distanze delle lenti pag 44 4 6 2 Incertezza e ripetibilit delle misure iii pag 47 4 6 3 Confronto tra le prestazioni dello spettrofotometro portatile S 2000 e quelle del Cary 2300 pag 49 5 Misure e calcolo delle prestazioni di materiali trasparenti INDOVALVI italiana pag 53 S Venera ia paia aio pag 53 P DE L EE ii al pag 53 5 3 Igeometnicsimedia initial O pag 57 5 4 Descrizione e propriet ottiche dei campioni ii pag 60 5 5 Risultati sperimentali A A A pag 66 5 6 Confronti tra i campioni analizzati i pag 69 5 7 Considerazioni CONC USIVE tioin rn iiS K E ain NARE i a ias pag 72 6 Misure e calcolo delle prestazioni di pellicole a controllo solare applicate a campioni di vetro pag 73 6 1 INtroduzione 4 ita ria ai pag 73 6 2 Le pellicole a controllo solare i pag 73 6 2 1 Le pellicole riflettenti iii pag 73 6 2 2 Le pellicole semiriflettenti iii pag 75 6 2 3 Le pellicole a controllo UV iii pag 75 6 3 Descrizione dei campioni i pag 76 6 4 R
38. TAZIONI DI MATERIALI TRASPARENTI DI IMPIEGO CORRENTE 4 1 Il vetro e le sue propriet ottiche Il vetro si ottiene tramite la fusione della silice sotto forma di sabbia insieme ad un alcale che pu essere la soda o la potassa inizialmente veniva lavorato direttamente per pressatura della pasta vitrea dentro gli stampi e in un secondo momento a partire dal I secolo d C la tecnica di produzione divenne quella del vetro soffiato e poi ricotto in appositi forni Il vetro ha una struttura amorfa e isotropa che col tempo pu divenire cristallina in seguito ad un processo denominato vetrificazione Le caratteristiche di questo materiale variano in base alla percentuale con cui le componenti silicee si combinano con le sostanze fondenti e stabilizzanti ossido di calcio e ossido di piombo gli opacizzanti anidride fosforica o biossido di stagno o ossido di zinco e i coloranti ossidi diversi Si possono individuare due principali categorie di vetri quelli tradizionali e quelli di nuova concezione I vetri tradizionali sono quelli di maggior impiego e diffusione che non sono caratterizzati da particolari propriet quelli di nuova concezione sono destinati ad applicazioni speciali in quanto la composizione chimica che li caratterizza conferisce loro propriet peculiari Le propriet ottiche dei vetri sono quelle direttamente coinvolte negli studi spettrofotometrici e quindi di maggior interesse ai fini della seguente trattazione
39. a realizzazione di fabbricati con l impiego di superfici trasparenti sono l illuminazione diurna ed il risparmio energetico Se da un lato garantire un elevata illuminazione naturale consente di ridurre il consumo di energia elettrica dall altro comporta un aumento del fabbisogno energetico legato al benessere termoigrometrico degli ambienti Tra le soluzioni innovative conosciute anche se ancora scarsamente diffuse rientrano i materiali trasparenti isolanti TIM sui quali sono state effettuate le misure spettrofotometriche I TIM possono essere suddivisi in aerogel e geometric media 5 2 L aerogel L aerogel un materiale tecnologicamente molto avanzato esso costituito per il 96 circa da aria per il restante 4 una matrice microporosa a struttura aperta di silice SiO2 il principale costituente del vetro E caratterizzato da interessanti propriet ottiche come l elevata trasmittanza ed anche un ottimo isolante termico caratteristiche che lo rendono molto competitivo nell ottica del risparmio energetico La realizzazione del prodotto avviene attraverso pi fasi la prima la produzione del gel ottenuto da una miscela di acqua etanolo e TEOS tetrametilortosilicato assieme a catalizzatori come il fluoruro di ammonio La fase successiva il processo supercritico attuato mediante la tecnica della cosiddetta chimica sol gel essa si sviluppa in due passaggi la costituzione di una sospensione collo
40. aco e asciutto al fine di rendere pi brillanti le tonalit del vetro dipinto la grisaglia infine consiste nell applicazione di una polvere al vetro come nel caso della colorazione a smalto ma con una ricottura in forno a temperature elevate circa 600 C Trasmissione e riflessione del campione n 1 parte trasparente Trasm 4 T R Rifttyi 500 700 900 1100 X nm 1300 1500 1700 1900 TRA Trasmissione e riflessione del campione n 1 parte rosa Trasm 7 Rifl lafo x v _ Riiaoy 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2 nm Trasmissione e riflessione del campione n 1 parte verde scuro T R Trasmissione e riflessione del campione n 1 parte verde chiaro 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2 nm 2 nm Trasmissione e riflessione del campione n 2 Trasmissione e riflessione del campione n 3 100 100 90 90 Trasm si Trasm 30 a 70 g 60 se fi g g 60 Z 50 50 E n E 40 NAT 20 IL Rifl xy x 90 gi 10 SUI A Ri 04 T T T T T T T T o 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 4 nm 2 nm Trasmissione m
41. ad un massimo del 7 75 per il Cool Lite ma sempre verificato in corrispondenza dell estremo inferiore dell intervallo di misura Di contro i valori dell incertezza minima e media sono molto pi bassi Pertanto poich l errore massimo concentrato in una zona ristretta dell intervallo di misura porzione iniziale si pu concludere che i risultati globali non sono compromessi dall entit dello scarto tipo e quindi le prestazioni dello strumento sono accettabili Le prove effettuate su materiali presunti identici nelle stesse circostanze non portano in genere a risultati identici I fattori che influenzano la variabilit dei risultati sono molteplici l operatore gli strumenti l ambiente ecc Per completare l analisi delle prestazioni dello spettrofotometro si pensato di considerare anche quest aspetto ed allora si valutata la ripetibilit delle misure Questa infatti pu essere intesa come l attitudine a fornire valori simili in letture consecutive eseguite con la stessa apparecchiatura nelle stesse condizioni e dallo stesso operatore Per determinare la ripetibilit delle misure si fatto riferimento alla UNI 9225 che stabilisce i principi fondamentali per l impostazione l organizzazione e l analisi di esperimenti In base a quanto prescritto dalla normativa si procede al calcolo della ripetibilit delle misure supponendo di avere a che fare con un solo laboratorio e di effettuare cinq
42. ale stata impiegata la sfera integratrice e sono state effettuate misure in un range di lunghezze d onda compreso tra 300 e 2000 nm I risultati delle misure di trasmittanza media in funzione della lunghezza d onda nm al variare dell angolo di incidenza della radiazione per alcuni angoli significativi sono mostrati nelle figure 6 4 6 5 6 6 6 7 6 8 6 9 77 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Per brevit di trattazione si riportano a titolo di esempio solo i grafici relativi a due campioni di vetro con le diverse pellicole il vetro float da 6 mm ed il campione di vetro camera CLIMALIT 3 6 3 mm 300 400 500 600 700 800 900 100011001200 1300 1400 15001600 17001800 19002000 2100 2200 2300 2400 2500 nm Fig 6 4 Andamento della trasmittanza spettrale per il campione VF6A 300 400 500 600 700 800 900 100011001200 130014001500 16001700 1800 1900 2000 21002200 2300 2400 2500 Mnm Fig 6 5 Andamento della trasmittanza spettrale per il campione VC3A 78 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti o T 300 400 500 600 700 800 900 100011001200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2 nm Fig 6 6 Andamento della trasmittanza spettrale per il campione VF6B 2
43. ale isolante trasparente per i campioni con TIM la trasmissione luminosa varia da 0 39 a 0 55 mentre il fattore solare presenta valori compresi tra 0 4 e 0 6 I dati mostrano inoltre che con i sistemi innovativi si ha una diminuzione del fattore di trasmissione luminosa del 25 30 rispetto ai sistemi tradizionali d altra parte per l adozione di soluzioni innovative consente un maggiore controllo delle dispersioni termiche attraverso l involucro edilizio Dal punto di vista commerciale il sistema geometrico capillare prodotto da qualche anno in Germania e trova applicazione nel daylighting di molti edifici pubblici e del terziario e nella realizzazione di muri di Trombe Per ora le applicazioni sono limitate al nord Europa dove pi sentito il problema della riduzione dei consumi per il riscaldamento a causa del clima molto freddo Le prospettive future sono il miglioramento della durata delle prestazioni e la riduzione dell assorbimento causato dal sistema geometrico Tuttavia esso non trover facilmente applicazione in edifici residenziali a causa dell elevato spessore e dell impossibilit della visione attraverso il materiale stesso Sistemi vetrati con aerogel hanno buone prospettive di diffusione e si prevede che possano sostituire nel medio termine le tradizionali finestre tuttavia non esistono ancora vetrate di questo tipo in commercio 72 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti CAPITOLO 6
44. ardo alle propriet ottiche la trasmissione luminosa la di gran lunga la caratteristica pi interessante dei materiali plastici trasparenti in determinati range di lunghezza d onda le capacit di trasparenza di polimeri ben costruiti sono elevate se il materiale non presenta fenomeni di assorbimento interno o di oscuramento della radiazione nel visibile e nel vicino infrarosso si arriva ad avere addirittura il 92 di trasmittanza Per oscuramento della radiazione si intende una dispersione dei raggi estremamente diffusa questa si verifica qualora nel materiale siano presenti disomogeneit strutturali come zone a diversa densit e cavit vuote oppure elementi di disturbo come impurit e pigmenti di vario genere Probabilmente questi fenomeni determinano localizzate diminuzioni di trasparenza nel lontano infrarosso I materiali plastici presentano sempre fenomeni di assorbimento che si manifestano con diminuzioni della trasmittanza e tendono ad avere una certa 40 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti quantit di radiazione diffusa che nella valutazione delle perdite di trasparenza viene proprio indicata con il termine di oscuramento questi due aspetti aumentano linearmente con lo spessore e per questo motivo vanno valutati in relazione al suo valore Un ulteriore diminuzione alla trasparenza pu essere apportata dal fenomeno della riflessione che a differenza dei due precedenti non dipende da
45. are e costruire due sistemi sui quali collocare le due lenti figg 2 4 e 2 5 La base dell intero accessorio la piastra di dimensioni 510 x 150 x 25 mm sulla quale sono stati ricavati 8 fori passanti e filettati per il fissaggio dei binari A e B e dell appoggio Lungo i binari scorrono sia i due supporti sia la colonnina destinata ad accogliere il portacampione 21 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Fig 2 4 Supporto n 1 per il posizionamento del campione I binari sono di dimensioni 200 x 10 x 5 mm per il binario A e 115 x 10 x 5 mm per il binario B Su questi sono ricavati dei fori passanti in cui vengono posizionate delle viti del tipo UNI 6109 67 per il fissaggio alla piastra I binari sono stati realizzati con una tolleranza piuttosto stretta G7 h7 che consente agli organi coinvolti di muoversi l uno rispetto all altro senza gioco sensibile questa scelta stata fatta perch necessario che i supporti e la colonnina traslino senza spostarsi lateralmente I due supporti non sono altro che due componenti a forma di L con un altezza complessiva di 135 mm una lunghezza della base di 75 mm e uno spessore di 25 mm su di essi sono alloggiate le lenti Le lenti e le fibre ottiche sono uguali e possono essere indistintamente collegate allo spettrofotometro o alla sorgente ci ha semplificato il progetto dell accessorio perch stato possibile realizzare i due supporti in maniera identica
46. assima e minima del campione n 4 Riflessione massima e minima del campione n 4 100 Premere A 10 90 80 Trasmma 7 H Rifles max 70 7 60 6 50 5 E do 4 I 30 3 Rifles min 20 ai 2 10 tasm min x 04 i o 400 500 600 700 800 900 1000 400 500 600 700 800 900 1000 2 nm 2 nm 98 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Trasmissione e riflessione del campione n 5 Trasmissione e riflessione del campione n 6 100 100 Hi Trasm a 80 80 70 70 60 g 60 50 17 5 Trasm E 40 E 40 30 _ p 20 j Rif x y 20 Rifi lato 10 IL od Rilato x _ o ET E 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2 nm 2 nm Trasmissione e riflessione del campione n 7 Trasmissione e riflessione del campione n 8 100 100 90 30 80 80 70 70 60 3 60 z 2 50 50 40 E 40 30 30 z Rifi lato y Trasm Rifl lato x Rifi lato y Rifl lato y 20 20 x Trasm A 1 x ot 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2 nm 1 nm Fig 7 7 Andamento della trasmissione e riflessione lati x ed y in funzione della lunghezza d onda per i campioni esaminati Il campione n 1 che presenta parte della superficie x dipinta con smalto di
47. atica e parallela in teoria una radiazione composta da una sola lunghezza d onda Cella portacampione e per il riferimento Lo strumento inoltre dotato di due celle gemelle delle dimensioni di 390 x 200 x 160 mm una destinata al campione l altra al materiale che si utilizza come riferimento generalmente aria le due celle sono affiancate e poste nella parte laterale destra dello strumento La cella del campione contiene una torretta su cui viene fissato il materiale da analizzare la struttura tale che la radiazione incida perpendicolarmente il campione Le due pareti della cella allineate alla torretta presentano due aperture una da cui fuoriesce il raggio l altra che raccoglie la radiazione uscente dal campione e la invia al sensore Pannello di controllo Sulla parte frontale dello strumento posizionato un pannello di controllo per mezzo del quale si pu intervenire per variare alcuni parametri di misura I parametri che caratterizzano la misura possono essere impostati anche attraverso un terminale collegato allo spettrofotometro dal terminale si possono effettuare tutte le operazioni tranne le procedure iniziali per l accensione e la preparazione dello strumento Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 1 2 2 Principio di funzionamento Lo spettrofotometro Cary 2300 del tipo a doppia dispersione e a doppio raggio per meglio specificare il significato di tali definizioni si consideri il perc
48. atti ha i pigmenti di colorazione sulla superficie del poliestere pi esterno rispetto all elemento vetrato Ci fa s che la patina argentata dovuta al deposito di alluminio vaporizzato strato di metallizzazione sia visibile dall esterno grazie alla diversa disposizione del film di PET trasparente Pertanto la privacy dell ambiente interno sar assicurata dall effetto specchio comportamento simile alla pellicola riflettente argento mentre di notte sar consentita la vista dell esterno grazie alla colorazione blu Le pellicole riflettenti verde e argento invece presentano lo strato di PET impregnato con i pigmenti di colorazione e posizionato vicino all elemento vetrato mentre lo strato trasparente pi esterno consentendo cos all edificio di avere una facciata colorata 74 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 6 2 2 Le pellicole semiriflettenti Le pellicole semiriflettenti sono frutto della ricerca e della sperimentazione nel settore aerospaziale esse sono prodotte impiegando il processo detto sputtering Si tratta di un procedimento tecnologico basato sulla polverizzazione ionica in grado di ovviare al problema della bassa energia dell atomo La disintegrazione dei metalli mediante bombardamento ionico consente di raccogliere ed incorporare nella superficie della pellicola i singoli atomi emessi dal materiale colpito formando cos rivestimenti selettivi molto sottili Lo sputtering vi
49. cazione consentita solo sulla faccia interna della vetrata I materiali trasparenti sui quali sono state applicate le tre pellicole sono costituiti da 5 campioni di vetro tutti di fabbricazione Saint Gobain Vetro Italia vetro float incolore spessore lastra 4 mm vetro float incolore spessore lastra 6 mm vetro camera CLIMALIT costituito da due lastre di vetro planilux da 3 mm e da una intercapedine di aria secca da 6 mm vetro camera CLIMALIT costituito da due lastre di vetro planilux da 5 mm e da una intercapedine di aria secca da 6 mm vetro camera CLIMALIT costituito da due lastre di vetro planilux da 6 mm e da una intercapedine di aria secca da 6 mm Si sono cos ottenuti 15 differenti campioni ad ognuno dei quali stato assegnato un codice alfanumerico per una sintetica visualizzazione dei risultati l elenco completo dei campioni comprensivo anche dei vetri senza pellicola riportato in tabella 6 1 76 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Nome Campione di vetro Pellicola applicata Spessore totale mm VF4 Vetro float incolore 4mm nessuna 4 000 VF6 Vetro float incolore 6mm nessuna 6 000 VC3 Vetro camera 3 6 3 mm nessuna 12 000 VCS Vetro camera 5 6 5 mm nessuna 16 000 VC6 Vetro camera 6 6 6 mm nessuna 18 000 VF4A Vetro float incolore 4mm Riflettente argento 4 038 VF6A Vetro float incolore 6mm Riflettente argent
50. cch il fascio luminoso giunge al sensore indisturbato Nel caso in cui si impiega il goniometro il risultato fornito dallo strumento non direttamente la trasmittanza del materiale ma la quantit di energia che giunge al sensore dopo aver attraversato i due campioni Per determinare la relazione che lega la trasmittanza alla misura con il goniometro ci si pu basare su considerazioni teoriche riguardanti il bilancio energetico di ciascun campione Fig 1 5 per validare le ipotesi fatte ci si avvale inoltre di una serie di prove sperimentali L analisi ha preceduto la costruzione del goniometro ed stata elaborata effettuando misure con angolo di incidenza normale 12 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Fig 1 4 Immagine del goniometro e della disposizione dei campioni riPo rP S E Campioni Fig 1 5 Bilancio energetico dei campioni Si indichi con Po potenza emessa dalla sorgente P quota parte della potenza Po che attraversa il primo campione P potenza che giunge al sensore dopo aver attraversato i due campioni 13 ono asam Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Le quantit Py e P3 sono note mentre la potenza P incognita Secondo la disposizione dei campioni di figura 1 4 lo strumento fornisce come uscita la quantit Gago 1 1 srum Topo a P Per il primo campione la trasmittanza pu essere espressa come t i 1 2 1 P
51. cerche svolte e in atto presso il Laboratorio Viene descritta la strumentazione disponibile e riportata una sintesi delle normative di riferimento per le misure seguono quattro capitoli dedicati a due filoni principali di ricerca il primo filone riguarda la misura ed il calcolo delle prestazioni di materiali trasparenti di impiego corrente e innovativi il secondo riguarda misure spettrofotometriche su vetri di interesse storico artistico Il primo filone di ricerca nasce dalla constatazione che il vetro nel corso degli ultimi decenni ha assunto nell edilizia un ruolo sempre pi importante Le superfici trasparenti giocano un ruolo fondamentale per quanto riguarda sia i consumi energetici di un edificio che il comfort termico e visivo degli ambienti confinati Sono stati proposti negli ultimi anni numerosi materiali a carattere innovativo quali ad esempio i Transparent Insulating Materials TIM i vetri elettrocromici le pellicole a controllo solare volti a migliorare le condizioni di comfort visivo e a contenere i carichi termici estivi ed invernali degli edifici Si sono inoltre sviluppati numerosi strumenti matematici ed informatici per la modellazione termica ed illuminotecnica di ambienti confinati al variare delle condizioni di esposizione e dei materiali impiegati La normativa tecnica nazionale ed internazionale tuttavia tratta il problema in maniera semplificata fornendo il valore della trasmittanza solo per soluzioni standard
52. cessario conoscere il coefficiente di trasferimento del vetro verso l esterno he e verso l interno h Queste grandezze sono funzione dell inclinazione del vetro della velocit del vento della temperatura interna ed esterna ed inoltre della temperatura esterna del vetro Per questo motivo la normativa specifica le condizioni standard a cui effettuare la misura a vetro verticale b superficie esterna velocit del vento di 4 m s emissivit corretta 0 837 c superficie interna emissivit non necessaria convezione naturale d assenza di ventilazione In base a tali condizioni i valori normali di h e h sono h 23 W m K io 0 W m K dove l emissivit corretta della superficie interna Per vetrate calcaree non ricoperte di soda e per vetri borosilicati si ha che 0 837 per cui h 8 W m K NOTA valori pi bassi di 0 837 per dovuto ad un rivestimento superficiale con pi alta riflettanza nel lontano infrarosso sono presi in considerazione solo se la condensa sulle superfici rivestite pu essere esclusa Di seguito riportato il calcolo del fattore di trasferimento del calore verso l interno per varie tipologie di vetro e Vetro singolo Si considera la formula seguente q 7 i 39 e I dove 0 il fattore di assorbimento diretto solare calcolato precedentemente e h e h sono i coefficienti di trasferimento di calore rispettivamente verso l interno e l esterno e V
53. e RIPETIBILIT VETRO Mobile Fisso Planilux 2 916127 0 269057 Eko Plus 3 619156 0 142976 Cool Lite 2 149185 0 047462 Tab 4 11 Ripetibilit dello spettrofotometro fisso e portatile 49 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Come gi accennato in precedenza i valori numerici sono molto diversi tra loro Nonostante ci lo spettrofotometro S 2000 pur essendo meno preciso consente di dare una rappresentazione qualitativa dei risultati pi che buona come mostrato nella figura 4 5 s0 dati portatile dato Saint Gobain dati fisso Trasmittanza 360 380 40 420 40 460 480 500 520 50 560 580 GO 60 640 660 680 70 70 70 760 780 80 Lunghezza d onda nm Fig 4 5 Andamento della trasmittanza di un campione Eko Plus misurata con lo spettroftometro fisso quello portatile ed i dati certificati Nella tabella 4 12 riportato il confronto tra i valori di T calcolati secondo quanto prescritto dalla norma EN 410 ottenuti con il portatile il fisso ed infine i dati certificati dalla ditta costruttrice per i tre vetri utilizzati per la messa a punto Come si nota i risultati ottenuti non si discostano molto da quelli certificati specialmente per il campione di Eko Plus e l errore dovuto principalmente all instabilit dello strumento in prossimit del campo dell ultravioletto che ne condiziona il risultato finale
54. e nell intervallo di lunghezze d onda compreso tra 300 nm e 1015 nm comprendendo cos tutto il campo del visibile e una piccola parte del vicino infrarosso ed ultravioletto Fig 2 1 Spettrofotometro portatile S 2000 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti La sorgente HL 2000 costituita da una lampada alogena al tungsteno la caratteristica principale di questo tipo di lampada di essere una sorgente continua cio in grado di emettere radiazioni la cui intensit varia lentamente con la lunghezza d onda L intervallo di lunghezze d onda coperto dalla lampada in esame va da 360 a 1100 nm e quindi il campo di applicazione ristretto essenzialmente al visibile e al vicino infrarosso Come si pu notare il range di funzionamento della sorgente non perfettamente sovrapponibile a quello dello spettrofotometro e questo condurr a degli inevitabili errori nelle rilevazioni per lunghezze d onda comprese tra i 300 edi 360 nm La trasmissione e la riflessione sono calcolate in modo relativo al fine di eliminare l errore dovuto alle condizioni ambientali di illuminamento si utilizzano pertanto misure che costituiscono due riferimenti un BIANCO e un NERO Il BIANCO rappresenta la massima potenza che arriva al ricevitore e si ottiene semplicemente accendendo la sorgente in assenza del campione tale quantit circa pari a quella emessa dalla sorgente a cui si somma la radiazione diffusa dell
55. e Distanza sorgente Distanza ricevitore campione cm campione cm 1 4 1 9 Ekoplus 21 25 2 6 3 1 0 7 0 7 Planilux I 13 1 5 1 8 3 9 2 7 Cool Lite 32 27 0 4 0 4 Tab 4 7 Prove di misura per diverse distanze delle lenti I risultati ottenuti dall analisi dei tre campioni in diverse condizioni di misura non consentono di stabilire quale sia la condizione ideale in quanto le curve di trasmittanza pur essendo tra loro differenti rispecchiano comunque l andamento qualitativo dei dati certificati dalla ditta costruttrice Quantitativamente i risultati ottenuti sono abbastanza buoni con differenze tra i valori certificati e sperimentali sempre contenuti fatta eccezione per gli estremi del campo di misura Si pu quindi concludere che il funzionamento e la risposta dello strumento sono indipendenti dalle condizioni ambientali di misura e dalla distanza relativa sensore sorgente 45 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 85 20 a 15 g r S e 65 g Lo 2 le Eko 6 E de saint Gobain Z E s so 45 40 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 S80 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 Lunghezza d onda nm 100 80 8 a S 60 E _Pkl Ss 40 E Pkr i P3 20 dati Saint Gobain 0 380 400 420 440 460 48
56. e spettrale t A e di riflessione spettrale p A nell intervallo di lunghezze d onda da 300 a 2500 nm che rappresenta la quantit di radiazione trasmessa dal vetro al variare della lunghezza d onda il fattore di trasmissione luminosa ty e di riflessione luminosa py per l illuminante Des che quantificano la radiazione trasmessa e riflessa nell intervallo di lunghezze d onda corrispondente al visibile 380 780 nm il fattore di trasmissione solare diretta tee di riflessione solare diretta pe che quantificano la radiazione trasmessa e riflessa nell intervallo di lunghezze d onda corrispondente a 300 2500 nm il fattore di trasmissione dell energia solare totale fattore solare g il fattore di trasmissione di UV tyy che quantifica la radiazione solare trasmessa nell intervallo di lunghezze d onda corrispondente all ultravioletto l indice generale di resa dei colori R che esprime l attitudine di una sorgente luminosa a rendere i colori degli oggetti che illumina 26 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Per la caratterizzazione delle vetrate i parametri principali sono qty e g gli altri forniscono informazioni aggiuntive e pertanto non saranno approfonditi Il fattore di trasmissione della luce t di una vetrata calcolato usando la seguente relazione F D TANAJ q 3 1 LD VAMA X 380 dove D la distribuzione spettrale relativa dell illuminante Des
57. ei vetri tirati ossia quei vetri ottenuti per tiratura meccanica della massa fusa senza una perfetta condizione di perpendicolarit e parallelismo delle superfici Questo gruppo di vetri stato quasi completamente soppiantato da prodotti vetrari realizzati con tecnologie pi evolute Float Gli ultimi tre tipi sono invece prodotti speciali e possono essere considerati innovativi in quanto sono scarsamente diffusi e permettono di ottenere particolari prestazioni in particolare l Antelio una lastra di vetro chiaro o colorato in pasta ricotta e resa riflettente tramite deposito a caldo pirolisi di ossidi metallici Appartiene alla categoria dei vetri a controllo solare l individuazione della faccia riflettente del campione pu essere fatta utilizzando un semplice oggetto come una matita posto sulla superficie trattata la sua immagine si vede specchiata una sola volta posto sull altra faccia si ha uno sdoppiamento dell immagine riflessa il prodotto Cool lite una lastra di vetro chiaro o colorato in pasta resa riflettente mediante deposito di metalli o ossidi di metalli per polverizzazione catodica sotto vuoto spinto e in campo elettromagnetico di elevata intensit va sempre posto in opera con la faccia trattata rivolta verso l interno dell ambiente o del vetro camera e l individuazione della faccia riflettente analoga al vetro Antelio l Eko Plus costituito da un lastra di vetro chiaro ricotto re
58. el caso di TIM e questo comporta limitazioni nelle applicazioni 69 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 1 6 E Ty g U a Tv g U m aerogel Tv g U 0 8 0 6 0 4 0 2 1 2 3 4 5 n campione Fig 5 14 Soluzioni con aerogel e TIM capillare a confronto E anche possibile confrontare i sistemi vetrati innovativi che coinvolgono aerogel con quelli convenzionali caratterizzati dalla stessa tipologia di lastra interna ed esterna ma con intercapedine d aria Per i vetro camera convenzionali si fatto riferimento a dati di Letteratura tratti dal Manuale tecnico del vetro della Saint Gobain tali dati sono relativi ad un intercapedine d aria di spessore pari a 12 mm Con buona approssimazione per possibile valutare la variazione dei parametri energetici e luminosi ottenuta inserendo aerogel anche se lo spessore di quest ultimo 14 mm anzich 12 Il confronto mostrato in fig 5 15 per i campioni 2 11 invece per il campione 1 non sono stati reperiti dati per il confronto Per tutte le soluzioni considerate l aerogel in intercapedine comporta una riduzione della trasmissione luminosa e del fattore solare il fattore di riduzione in riportato in fig 5 16 La trasmissione luminosa si riduce mediamente del 30 mentre il fattore solare in modo variabile dal 10 al 30 Il fatto rilevan
59. emplice Aerogel Vetro semplice LEO s 2mm s 14 mm S 2mm 2 F4 aer F4 Vetro float Aerogel Vetro float 22 mm s 4 mm s 14 mm s 4mm 3 F5 aer F5 Vetro float Aerogel Vetro float Aii s 5mm s 14 mm s 5 mm 4 F6 aer F6 Vetro float Aerogel Vetro float emm s 6 mm s 14 mm s 6mm F5 aer Vetro float Aerogel Vetro Paso 5 emissivo 24 mm VBE s 5Smm s 14 mm Eko plus 4 mm Vetro riflettente 6 ANTEI Antelio Steel Grey Aerogel Vetro float 25 mm aer F5 s 14 mm s 5mm faccia 1 s 6 mm Vetro riflettente 7 ANTE2 Antelio Steel Grey Aerogel Vetro float 25 mm aer F5 s 14 mm s 5 mm faccia 2 s 6 mm ANTEI Vetro riflettente Aerogel Vetro Basso 8 Antelio Steel Grey emissivo 24 mm aer VBE s 14 mm faccia 1 s 6 mm Eko plus 4 mm ANTE2 Vetro riflettente Aerogel Vetro Basso 9 VBE Antelio Steel Grey 14 emissivo 24 mm ssi faccia 2 s 6 mm AAND Eko plus 4 mm 10 VCL aer Vetro riflettente Aerogel Vetro float 25 F5 Cool Lite s 6 mm s 14 mm s 5mm EE 11 VCL aer Vetro riflettente Aerogel T 24 mm VBE Cool Lite s 6 mm s 14 mm Eko plus 4 mm Tab 5 4 Descrizione dei campioni assemblati con aerogel Inoltre sono a disposizione per le prove geometric media capillari a sezione quadrata in policarbonato Le aperture dei capillari hanno un lato di circa 2 mm e lo spessore totale dello strato risulta pari a 50 mm fig 5 8 Il materiale commercializzato dalla OKALUX Kapillarglas Gmbh sotto il nome Okalux Il geometr
60. ene impiegato per depositare sulla pellicola uno strato atomico di diversi tipi di metalli Al Au Ag Cr Cu ed altri assicurando la realizzazione di films con una struttura ed una adesione migliore quindi pi affidabili e resistenti Il processo sputtering di gran lunga il procedimento pi sofisticato e pi lento tuttavia ha il potere di produrre pellicole molto durature con rivestimenti uniformi e sottili che consentono una riduzione dell effetto specchio del 30 40 Fig 6 2 Esempio di pellicola semiriflettente 6 2 3 Le pellicole a controllo UV Le pellicole a controllo UV sono pellicole neutre dove sul poliestere trasparente viene spalmato un collante miscelato con inibitori UV fig 6 3 Queste pellicole consentono di abbattere il 99 delle radiazioni ultraviolette ma non consentono di ridurre gli apporti di calore in estate in quanto il poliestere non ha subito nessun trattamento con metalli o ossidi metallici 75 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Fig 6 3 Esempio di pellicola a controllo UV 6 3 Descrizione dei campioni Tra le tipologie sopra descritte sono stati scelti alcuni campioni oggetto dell indagine spettrofotometrica pellicola riflettente di colore blu spessore 0 038 mm pellicola riflettente di colore argento spessore 0 038 mm pellicola semi riflettente spessore 0 035 mm Le pellicole sono state fornite dalla Inteligence Solar di Pisa e la loro appli
61. essit di definire una larghezza di banda spettrale SBW sufficiente a risolvere tutte le bande di assorbimento che compongono lo spettro del campione analizzato Un valore di SBW adeguato a garantire tutto ci quello pari ad 1 10 della larghezza della pi stretta banda di assorbimento valutato in corrispondenza della met del suo picco massimo larghezza di banda naturale Si precisa inoltre che ogni qualvolta si assegna un valore alla SBW necessario effettuare una scelta di compromesso tra due opposte esigenze la sensibilit dello strumento da un lato e la sua risoluzione dall altro una buona ripetibilit si ha infatti per larghezze di banda ristrette ma per quanto indicato in precedenza assegnare elevati valori alla SBW favorisce la sensibilit tempo di risposta RESPONSE TIME il ritardo con cui il monitor visualizza la risposta e rappresenta il tempo necessario allo strumento per filtrare in maniera digitale il segnale allo scopo di ridurre il livello di rumore in esso presente ed ottenere un elevato rapporto segnale rumore Generalmente il valore che si assegna il frutto del compromesso tra due opposte esigenze da un lato un alto tempo di risposta consente allo strumento di restituire un segnale depurato di gran parte del rumore presente dall altro comporta una maggiore lentezza nella presentazione del segnale stesso Altro aspetto importante da considerare che un valore troppo elevato pu generare del
62. etro doppio Il fattore di trasferimento di calore di un doppio vetro si calcola dalla seguente formula 31 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Aa 0 pa h A e 1 1 2 h A q 3 10 dove h e he sono i coefficienti di trasferimento di calore rispettivamente verso l interno e l esterno Cel il fattore di assorbimento diretto della lastra esterna er il fattore di assorbimento diretto della lastra esterna A la conducibilit termica tra la superficie esterna ed interna del doppio vetro In particolare 0 07 si calcolano con le seguenti formule sum a i 0 i Lal A pi lax el 2500nm 3 11 A 300nm 2500nm s QkQ Ki _ 2800mm 1 Pi AP A e2 2500nm YS A A 300nm 3 12 dove o A il fattore di assorbimento spettrale diretto della lastra esterna misurata in direzione della radiazione incidente ricavata da A 1 T 4 pi A 3 13 o A il fattore di assorbimento spettrale della lastra esterna misurata in direzione opposta alla radiazione incidente ricavata da a A 1 TA pi 3 14 il fattore di assorbimento spettrale diretto della lastra interna misurata in direzione della radiazione incidente ricavata da 1 T p2 3 15 Sa A T A e p hanno lo stesso significato 32 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti CAPITOLO 4 MISURE E CALCOLO DELLE PRES
63. gli strumenti a doppio raggio il fascio percorre alternativamente un cammino che include l incidenza sul campione e uno che la esclude la misura data dal rapporto dei segnali al rilevatore dovuti ai flussi dei due fasci Fig 1 1 Schema a blocchi di uno spettrofotometro monoraggio a e biraggio b L sorgente M monocromatore M campione Ph rivelatore La strumentazione spettrofotometrica disponibile presso il Laboratorio del Ciriaf dell Universit degli Studi di Perugia costituita da spettrofotometro da laboratorio CARY 2300 prodotto dalla ditta Varian spettrofotometro portatile S 2000 prodotto dalla ditta Ocean Optics Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 1 2 Spettrofotometro Cary 2300 1 2 1 Componenti principali Lo strumento in dotazione fig 1 2 al Laboratorio del Ciriaf del Dipartimento di Ingegneria Industriale il modello Cary 2300 della Varian si tratta di uno strumento fisso che lavora nel campo di lunghezze d onda compreso tra 185 e 3152 nm UV VIS NIR Lo strumento uno spettrofotometro ad assorbimento per assorbimento si intende la rimozione selettiva della radiazione in alcuni intervalli di frequenza ad opera di una sostanza Fig 1 2 Spettrofotometro Cary 2300 I componenti principali sono 2 sorgenti luminose 2 sensori 1 monocromatore a reticolo 2 celle gemelle una portacampione una per ospitare il riferimento pannello di co
64. i ampio di lunghezze d onda Campione Spessore mm Plexiglass PMMA 3 l Plexiglass PMMA 12 Plexiglass PMMA 15 Plexiglass PMMA 20 Policarbonato pieno 5 Policarbonato cellulare 6 Tab 4 5 Campioni plastici impiegati per la messa a punto dello strumento 4 5 1 Misure e calcolo del fattore di trasmissione nel visibile Le curve di trasmittanza dei plexiglass studiati fig 4 2 mettono in evidenza il fatto che indipendentemente dallo spessore questo materiale possiede eccellenti propriet di trasparenza nel del visibile mentre nell infrarosso soggetto a fenomeni di oscuramento o assorbimento interno causati dalla presenza di cavit vuote di disomogeneit strutturali e di contaminanti i quali danno origine agli accentuati picchi che caratterizzano le pi elevate lunghezze d onda L andamento della trasmittanza del policarbonato pieno del tutto analogo a quello dei polimeri termoplastici in generale il policarbonato cellulare mostra una minore trasparenza rispetto a quello pieno La diminuzione della trasmittanza pu essere imputata alla particolare configurazione fisica del materiale nel quale tra una superficie e l altra si ha una intercapedine contenente aria che attenua la trasmissione luminosa fig 4 3 Nella tabella 4 6 sono riportati i valori del coefficiente di trasmissione nel visibile e nel solare calcolati secondo la normativa il coefficiente di trasmissione nel visibi
65. i Poich i campioni sono identici deve essere verificata l uguaglianza t1 0t teamp 1 3 da cui si ricava che P P 1 4 Po Sostituendo nella 1 3 si ottiene che 2 A P _ 1 1 strum P P 1 camp 1 5 gt l camp y leirum 1 4 La sfera integratrice La funzione della sfera integratrice Fig 1 6 valutare lo spettro di un materiale diffondente sia nel caso di trasmissione che di riflessione Attraverso l impiego di alcuni specchi il raggio di luce arriva dal monocromatore al campione posizionato nella parte anteriore o posteriore della sfera Fig 1 7 Il fascio colpisce lo specchio MI il quale ne riduce le dimensioni e lo indirizza verso M2 successivamente il raggio raggiunge la porta di ingresso della sfera P1 con un angolo di 3 20 La lente L1 pi lontana mantiene la direzione del raggio senza deviarlo ed leggermente ruotata per impedire che il raggio riflesso specularmente dal campione posizionato in P2 possa ritornare su di esso Il raggio riflesso colpisce la superficie interna della sfera che ricoperta da un materiale altamente riflettente e diffondente solfato di bario si ottengono cos delle riflessioni multiple e ogni punto della sfera in particolare la regione occupata dal rilevatore illuminato con un intensit proporzionale al fascio riflesso dal campione Il rivelatore deve misurare l illuminamento indiretto 14 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti F
66. i hanno avuto grande fortuna soprattutto dall inizio del 900 tuttavia sin dai tempi del Vasari la procedura per ottenere una vetrata artistica rimasta inalterata Occorre dapprima predisporre un bozzetto poi si passa ad un disegno in scala 1 1 in cui si indicano tutti i tipi di vetro da utilizzare ogni vetro viene poi tagliato a misura sul disegno e si procede all impiombatura tramite profilati di piombo ad H in cui il vetro viene inserito e i profilati vengono saldati tra loro con delle saldature a stagno In alternativa nelle vetrate a disegno geometrico dove non necessario l uso di un materiale malleabile per seguire le diverse linee si possono usare anche profilati in rame o in ottone Nelle grandi vetrate delle cattedrali la trama delle sagome molto fitta e i telai perimetrali sono in ferro battuto per sostenere meglio il peso che piuttosto notevole Come per la maggior parte dei materiali anche per il vetro le principali forme di degrado sono causate dall acqua che sotto forma di umidit di pioggia o di condensa innesca un processo di corrosione la cui durata e intensit sono fortemente condizionate dall equilibrio microclimatico all interno e all esterno dell edificio 89 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Molto frequentemente si hanno problemi di accumulo di sporco generato all esterno soprattutto dall inquinamento che si deposita sia nel piombo sia nel vetro in
67. i risultati di un ampia ricerca volta alla valutazione delle prestazioni energetiche e illuminotecniche di materiali trasparenti nonch alla determinazione delle propriet spettrofotometriche di vetrate di interesse storico artistico Per le campagne di misura condotte ci si avvalsi delle strumentazioni disponibili presso il Laboratorio precisamente di due spettrofotometri uno fisso ed uno portatile e dei relativi accessori I valori misurati elaborati secondo la Normativa Europea 410 del 1998 hanno permesso di determinare l andamento spettrale della trasmissione e della riflessione e parametri quali il fattore di trasmissione e riflessione nel visibile e nel solare dei campioni analizzati E stato quindi possibile effettuare valutazioni e confronti di tipo energetico e illuminotecnico tra le varie tipologie di campioni Sono inoltre state effettuate ipotesi riguardo le variazioni delle propriet spettrofotometriche di vetrate artistiche con l invecchiamento in particolare delle vetrate decorate con la tecnica della grisaglia Ulteriori studi sono in atto possibili sviluppi della ricerca prevedono l analisi delle propriet spettrofotometriche di pellicole per oscuramento applicate ai vetri delle auto Verranno approfonditi gli studi sui materiali trasparenti innovativi impiegando i dati misurati ed elaborati in opportuni codici di calcolo per la simulazione delle prestazioni energetiche e illuminotecniche degli edifici Per
68. iano fenomeni di assorbimento selettivo caratterizzati da picchi in corrispondenza di X 1350 1400 nm e 1800 1900nm dovuti ad impurit presenti durante la fase di deposizione di ossidi metallici sul poliestere fig 6 4 6 5 6 6 6 7 Nelle pellicole sputtered i film sono depositati ad una pressione inferiore a 10 torr ottenendo cos una minore presenza di impurit questo comporta dei fenomeni di assorbimento selettivo meno pronunciati che nelle pellicole riflettenti fig 6 8 6 9 Per effettuare un confronto tra le tre differenti pellicole si considerano solamente le misure relative all incidenza normale 0 0 poich come visto in precedenza al variare dell angolo i risultati non si discostano molto Per le pellicole riflettenti blu ed argento si ha una forte riduzione della trasmittanza nel visibile rispetto ad un vetro chiaro se da un lato la riduzione del fattore di trasmissione luminosa provoca una diminuzione dell illuminamento all interno dell ambiente dall altro l adozione di tali soluzioni innovative consente un maggiore controllo degli apporti termici trasmissione della radiazione solare infrarossa attraverso l involucro edilizio infatti le pellicole riflettenti forniscono 84 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti valori del coefficiente di trasmissione nell intervallo dell infrarosso inferiori al 5 10 Nei campioni con applicata la pellicola sputtered invece l andament
69. iante incidente diviso in tre parti una parte trasmessa Tee una parte riflessa ped una parte assorbita UL dove Te il fattore di trasmissione solare diretto Pe il fattore di riflessione solare diretto Ole il fattore di assorbimento solare diretto Questi parametri sono tali che ot Te Pe 1 3 5 La parte assorbita d pu essere divisa in due parti gi qee che rappresentano l energia trasferita rispettivamente all interno e all esterno Lode Gi Qe Gede 3 6 dove qi il fattore di trasferimento del calore secondario del vetro verso l interno qe il fattore di trasferimento del calore secondario del vetro verso l esterno Il fattore di trasmissione solare diretto T di una vetrata si calcola dalla seguente relazione 2500 LS TAM T 2500 3 7 Y S AA A 300nm dove Sa la distribuzione spettrale relativa dell energia solare tabulata dalla norma t A il fattore di trasmissione spettrale del vetro A l intervallo di lunghezza d onda La norma fornisce i valori di S A in modo tale che ES A 1 Tab 3 3 importante notare che la norma presuppone per semplicit che le condizioni atmosferiche pulviscolo nebbia contenuto di umidit non alterino i valori della distribuzione spettrale della radiazione solare Inoltre si fa l ipotesi che la radiazione incida sul vetro perpendicolarmente e con un raggio perfettamente collimato 29 Misure spettrof
70. ic media stato inserito in un vetro camera con giacitura degli strati parallela alla direzione di propagazione realizzando cos un sistema vetrato di cui sono state misurate le propriet di trasparenza Queste soluzioni sono utilizzate in molti edifici ad uso non residenziale nel nord Europa poich consentono di ottenere contemporaneamente un ottimo isolamento termico ed una buona diffusione della luce nello spazio interno 64 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Fig 5 8 TIM capillare a celle quadrate In maniera analoga all aerogel lo strato di TIM capillare stato inserito tra due lastre di vetro dando origine a 5 differenti campioni fig 5 9 Per assemblare i campioni non sono state impiegate come lastre esterne vetri di natura riflettente Antelio Steel Grey e Cool Lite poich non si adattano alle finalit di questi sistemi vetrati complessi cio garantire un ottima penetrazione di luce negli ambienti L elenco delle combinazioni mostrato in tabella 5 5 Fig 5 9 Esempio di campione assemblato con TIM capillare in intercapedine Di questi campioni sono state valutate le propriet ottiche al fine di confrontarli con gli stessi sistemi vetrati con aerogel al posto dei geometric media capillare in intercapedine 65 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 7 z Lastra Spessore Campione Nome Lastra Esterna Inte
71. idale sol e la formazione di una struttura solida della sospensione Alla fine di questo processo si ottiene il cosiddetto alcogel una struttura solida di catene di silice i cui pori di pochi nm sono riempiti dal solvente liquido La fase finale che anche quella pi delicata consiste nell estrazione del solvente dall alcogel il risultato finale la struttura prima contenuta nel gel una matrice solida di particelle silicee del diametro di circa 5 nm con micropori aperti 53 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti di diametro variabile da 10 a 100 nm a seconda delle tecniche di catalisi la struttura mostrata in figura 5 1 Fig 5 1 Struttura tridimensionale dell aerogel La leggerezza dell aerogel proprio data da questa struttura L aerogel pu essere di vari colori in funzione dell alcossido usato del tutto trasparente caratteristica che fa si che possa essere impiegato nelle pareti vetrate dell involucro degli edifici Nel campo dell isolamento termico di superfici trasparenti ci sono due tipi di prodotti commerciali aerogel granulare costituito da sferette del diametro di 8 12 mm con cui possibile riempire l intercapedine dei vetro camera aerogel monolitico costituito da lastre di spessore variabile da 8 a 20 mm da inserire come isolante tra due vetri Le propriet ottiche nelle due modalit di impiego dell areogel sono molto diverse nel primo caso la
72. ig 1 6 Sfera integratrice SPHERE J 2 REF BEAM DIFFUSER SAMPLE PORTR a y REF BEAM ENTRANCE PORT ANGLE OF INCIDENCE X 2 amp MONOCHROMATOR REFERENCE BEAM P3 sn Oi SPEC f INCLUDED 3 20 COMP EXCLUDED 0 I DETECTOR PORT 7 7 MONOCHROMATOR L SAMPLE BEAM 4 hi m2 Nig a a BASE PLATE TN gt Fig 1 7 Schema di funzionamento della sfera integratrice dovuto alle riflessioni multiple schermi inseriti in modo opportuno all interno della sfera integrante impediscono al fascio riflesso proveniente direttamente dal campione di perturbare la misura eseguita dal rivelatore Il raggio di riferimento entra invece nella sfera attraverso la porta P3 e colpisce anch esso una piccola zona ricoperta da uno strato di solfato di bario Il fotomoltiplicatore e il rivelatore di solfuro di piombo rivolti verso l interno sono montati sulla testa della sfera illuminata alternativamente dal raggio proveniente dal campione e dal raggio di 15 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti riferimento grazie all uso del sistema a doppio raggio gli errori di misura dovuti alla cattiva geometria della sfera porte di dimensioni finite planarit dei campioni presenza di schermi ecc sono parzialmente ridotti Sulla sfera integratrice possibile posizionare il campione in funzione del tipo di misurazione nel caso di riflessione esso viene immobilizzato da un morsetto collegato alla sfera posto sulla por
73. inali Il pannello B risulta di completo rifacimento ottocentesco ad eccezione della punta superiore della palma del Martire il viso laureola e le mani recano sul retro un trattamento di acidatura e o sabbiatura consistente nell incisione della superficie del vetro con una sostanza abrasiva non necessariamente sabbia ma anche corindone 103 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti effettuato in un restauro ottocentesco forse per migliorare l effetto diffondente e omogeneizzare la trasmissione della luce a vantaggio dell effetto d insieme tali tessere devono essere considerate ben distinte da alcune tessere originali in cui presente un effetto analogo dovuto alla corrosione naturale Il pannello C caratterizzato dalla presenza di circa 180 di vetri originali che costituiscono soprattutto la figura di David Re e sono tessere di colore rosso e verde mentre le tessere dei fondi blu sono di sostituzione ottocentesca Pannello A Pannello B amp Pannello C Fig 7 9 Pannelli impiegati per le misure spettrofotometriche a pannello A rappresentante un immagine cuspidata b pannello B rappresentante S Lorenzo c pannello C rappresentante David re 104 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Le misure sono state effettuate mediante lo spettrofotometro portatile S 2000 la configurazione dello spettrofotometro per la realizzazione di misure di trasmissione prevede che il ca
74. indicati si adottata la soluzione riportata in fig 7 10 E so 80 70 s GIALLO lt so s EJ i x 7 E Sec X Sec XV o DI 400 450 500 550 600 emn 700 760 800 aso s00 400 450 50 so 60 650 700 7 800 a50 900 2 nm nm 400 450 500 550 600 650 700 750 200 850 9200 Sec XIX Sec XV 400 450 500 550 800 6590 700 750 200 29 900 nm 400 450 500 550 6 00 eso 700 A nm ao aso goo Fig 7 11 Trasmittanza media delle tessere del pannello A al variare della lunghezza d onda per i diversi colori 106 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Le misure sui tre pannelli sono state effettuate in numerosi punti i risultati sono esaminati in base al pannello di appartenenza ed al colore delle tessere Per ogni punto stato ottenuto l andamento della trasmittanza al variare della lunghezza d onda per ciascun colore stata effettuata la media dei valori ottenuti laddove possibile per le tessere quattrocentesche e per quelle ottocentesche Gli andamenti relativi alle misure sul pannello A sono mostrati in figura TE In base alla normativa EN 410 1988 stato calcolato il fattore di trasmissione nel visibile t nella tab 7 5 sono riportati i valori medi di tale fattore relativi alle misure effettuate sulle tessere vitree dei vari colori Ty Differenza XIX XV Secolo XIX
75. infissi con singolo o doppio vetro e rimandando ai dati dei produttori per le prestazioni di altri sistemi nasce pertanto l esigenza di completare la caratterizzazione sperimentale delle propriet energetiche ed illuminotecniche di materiali di recente introduzione di prevedere il comportamento di sistemi vetrati complessi a partire da dati sui singoli componenti e di modellare attraverso simulazioni dinamiche il comportamento di ambienti confinati standard in cui siano impiegati i materiali trasparenti innovativi Il secondo filone di ricerca riguarda lo studio dell influenza dell invecchiamento sulle propriet spettrofotometriche di pareti vetrate In particolare tale studio si indirizzato alla caratterizzazione delle vetrate artistiche in relazione alle quali sono stati studiati campioni di vetro normalmente impiegati per il loro restauro e di composizione simile a quella delle vetrate antiche Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti sottoposti a processi di invecchiamento accelerato in camera climatica Si sono valutate le propriet illuminotecniche di tali campioni prima e dopo l invecchiamento al fine di valutarne l influenza Si sono inoltre effettuate misure su campioni antichi colorati e decorati con tecniche di diverso tipo al fine di valutare l influenza del tipo di tecnica sulla variazione nel tempo delle propriet ottiche della vetrata Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti
76. ione dell esterno perci non possono sostituire le tradizionali finestre anche perch hanno un notevole spessore ma possono essere sfruttati in applicazioni di daylighting quando si hanno grandi spazi da illuminare con ampie superfici vetrate Inoltre se usati nelle vetrate consentono un ottima diffusione della luce evitando effetti di abbagliamento e distribuiscono la luce negli spazi interni in modo migliore rispetto ad un normale doppio vetro 5 4 Descrizione e propriet ottiche dei campioni Per la campagna di misure spettrofotometriche sono stati assemblati alcuni campioni di vetro in differenti abbinamenti a costituire un vetro camera Nell intercapedine al posto dell aria stato inserito aerogel nella prima parte 60 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti delle prove e successivamente per un confronto materiale isolante trasparente del tipo geometric media I campioni di vetro impiegati per le misure sono stati 1 vetro semplice spessore 2 mm 2 vetro float incolore disponibile in spessore 4 5 6 mm 3 Antelio Steel Grey spessore 6 mm prodotto dalla SAINT GOBAIN VETRO ITALIA 4 Eko Plus spessore 4 mm prodotto dalla SAINT GOBAIN VETRO ITALIA 5 Cool lite argento spessore 6 mm prodotto dalla SAINT GOBAIN VETRO ITALIA I campioni di vetro del primo e del secondo tipo sono prodotti di base dell industria vetraria il vetro semplice invece appartiene alla categoria d
77. ipio di funzionamento dei geometric media elevato valore del coefficiente di trasmissione nel solare basso nell infrarosso z bassa conducibilit termica resistenza agli UV resistenza alle elevate temperature materiale ignifugo A tal fine i materiali di base che costituiscono le celle sono generalmente una serie di polimeri quali il policarbonato PC il polimetilmetacrilato PMMA il poliacetato PA e il polivinilcloruro PVC I geometric media sono inseriti nell intercapedine di un vetro camera ottenendo cos un sistema trasparente complesso Il miglioramento dell isolamento termico buono ma per ridurre la trasmittanza termica fino a valore dell ordine di 1 1 5 W m K occorrono pi di 50 mm di spessore del materiale Per quanto riguarda la distribuzione della luce le caratteristiche variano fortemente con l angolo di incidenza della radiazione Nel caso dei sistemi capillari se il diametro inferiore a 1 mm non possibile vedere attraverso il materiale che appare biancastro La struttura a nido d ape d altro canto trasparente se vista perpendicolarmente La trasparenza dipende anche dal processo di produzione per le strutture di materiale plastico avviene il taglio e gli elementi sono fusi insieme ottenendo una superficie abbastanza ruvida per ottenere un prodotto di qualit migliore si ricorre ai capillari di vetro tagliati con il laser e uniti senza colla che danno una struttura regolare e
78. isultati sperimentali i pag 77 6 5 Confronti tra i campioni analizzati pag 84 6 6 Considerazioni CONCIUSIVE iei kniee ee iaiia pag 86 7 Misure spettrofotometriche su vetri di interesse storico artistico pag 89 7 1 Le vetrate artistiche e l influenza dell invecchiamento sulle propriet di trasparenza del vetro pag 89 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 7 2 Misure spettrofotometriche su campioni di vetro nuovi e invecchiati con un processo accelerato in camera climatica pag 90 7 3 Misure spettrofotometriche su campioni decorati con varie t cniche superficiali is siva rai atiaani E a aa Aaa a pag 96 7 4 Misure spettrofotometriche in situ su alcuni pannelli restaurati della vetrata di San Domenico a Perugia ii pag 102 Conclusioni O R A E E eee Elenco dei simboli Bibbograh teiti a a e RI T ir Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Introduzione Presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell Universit di Perugia Sezione di Fisica Tecnica da tempo si svolgono ricerche sulle propriet spettrofotometriche di materiali trasparenti sia di tipo tradizionale e di interesse storico artistico che di tipo innovativo L intento del quaderno quello di raccogliere il lavoro svolto fino a questo momento e fornire quindi una panoramica sulle ri
79. ivamente davanti e dietro al prisma o reticolo il collimatore porta un fascio di luce collimata al prisma o reticolo il focalizzatore forma una serie di immagini della fenditura d ingresso sul piano della fenditura di uscita i rivelatori di radianza sensori sono trasduttori che convertono l energia raggiante in un segnale elettrico da poter rilevare Nel caso di presenza di un unico sensore si parla di spettrofotometri monocanale se invece vi sono pi sensori posti in parallelo si parla di spettrofotometri multicanale abridged Nello spettrofotometro monocanale il reticolo ruota facendo scorrere lo spettro davanti alla fenditura di uscita nel multicanale non vi sono parti in movimento e sul piano di uscita vi una batteria array di sensori il sistema di controllo legge in sequenza i segnali generati da ognuno di essi Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Le misure spettrofotometriche possono essere assolute o relative se la misurazione viene effettuata senza ricorrere a uno standard di riferimento il metodo viene detto assoluto Gli spettrofotometri possono essere a singolo o a doppio raggio Fig 1 1 in quelli a singolo raggio ogni operazione consiste in due operazioni separate nel tempo una sul campione e una sul riferimento tali misure sono pi semplici ma meno accurate e poco riproducibili perch nel tempo pu cambiare l intensit della radiazione emessa dalla sorgente Ne
80. la sostanza di riferimento Il modo con cui viene realizzata la misura spiega il motivo della presenza di due celle portacampione identiche in modo tale che sia del tutto indifferente posizionare il campione nell una o nell altra dopo aver impostato la strumento 1 2 3 Metodologia di misura Lo strumento dopo l accensione esegue una serie di autotest per verificare la funzionalit dei suoi componenti una volta che i tests sono stati superati possibile accedere a tre diverse modalit di misurazione la scansione manuale con la quale possibile controllare manualmente una misura a scansione di lunghezza d onda il metodo rapido che consente di procedere velocemente con il minimo numero di dati in input necessari tale metodo adottabile soltanto per le misurazioni che non coinvolgono lunghezze d onda superiori ai 900 nm il metodo avanzato che permette di eseguire misure sull intero range di lunghezze d onda e di intervenire su alcuni parametri dello strumento Il metodo avanzato che offre moltiplici possibilit di azione permette di agire su tutti i parametri presenti nei men di seguito elencati men dei parametri dello strumento consiste in un elenco di 11 parametri cui possibile assegnare il valore voluto attraverso il pannello di controllo men dei componenti sorgente e sensore consente di esercitare un controllo sulla sorgente luminosa e sul sensore che ha il compito di rilevare la radiazio
81. le certificato per uno spessore di 18 mm 0 922 confrontabile con i valori calcolati per gli spessori di 15 e 20 mm 42 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 3mm 12mm gt 15mm 20mm a l PL_LLLELLLOLLLLLEVLILELLLLELILOPELE lunghezza d onda nm Fig 4 2 Andamento della trasmittanza in funzione della lunghezza d onda per vari spessori di plexiglass 90 7 Va polic pieno 80 4 Mi AS Ie A i N y TI PAIA SEVTFIREES TETTE 9388 nn La Fig 4 3 Andamento della trasmittanza in funzione della lunghezza d onda per il policarbonato pieno e cellulare 43 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti FATTORE DI MATERIALI ca TRASMISSIONE PLASTICI VISIBILE 1 dii Plexiglass 3mm 0 930 0 830 Plexiglass 12mm 0 923 0 784 Plexiglass 15mm 0 922 0 779 Plexiglass 20mm 0 920 0 769 Policarbonato pieno 5mm 0 866 0 784 Policarbonato cellulare 0 636 0 621 6mm T certificato 0 922 per uno spessore pari a 18 mm Tab 4 6 Coefficiente di trasmissione nel visibile e fattore di trasmissione solare diretta per i materiali plastici esaminati 4 6 Materiali per la messa a punto dello spettrofotometro portatile S 2000 Per la messa a punto della strumentazione spettrofotometrica portatile sono stati i
82. le discontinuit nella risposta sia all inizio della scansione che ad ogni cambio della sorgente durante questa ultima SCAN RATE il passo di scansione quando l ascissa la lunghezza d onda anche in questo caso occorre valutare molto bene la scelta del valore numerico da attribuire pi lo scan rate alto e pi rapida la misura ma ci ha un limite perch per valori eccessivi dello scan rate lo spettro registrato potrebbe risultare distorto rispetto alla forma del picco ed alla posizione bilanciamento automatico attiva un processo elettronico che calcola e registra nella memoria dello strumento un fattore di correzione da usare come riferimento ad una data lunghezza d onda per riportare al 100 il valore della trasmittanza percentuale o a 0 quello dell assorbanza prima di ogni misura Particolare attenzione va posta sul fatto che il bilanciamento genera un termine di riferimento specifico per una data lunghezza d onda perch ci significa che l intero procedimento dipende strettamente da essa 11 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 1 2 5 Procedura di baseline La procedura di baseline permette di tarare lo strumento rispetto alle condizioni ambientali le propriet ottiche di un materiale sono infatti funzione anche della temperatura e soprattutto dell umidit relativa dell ambiente in cui si svolge la misura La baseline consiste semplicemente in una prova di mis
83. li della vetrata possibile evidenziare che i fenomeni di degrado chimico fisico cui nel tempo questi delicati manufatti sono stati sottoposti ed il conseguente invecchiamento hanno alterato le propriet di trasmissione spettrale in particolare si ha in media una trasmissione delle tessere quattrocentesche inferiore del 44 rispetto a quella delle tessere ottocentesche Si pu pertanto 110 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti concludere che gli effetti di degrado legati al passare del tempo comportano un incremento delle propriet di trasmissione dei vetri Le tessere di colore verde scuro del pannello B costituiscono un eccezione insieme alle tessere dipinte con la tecnica della grisaglia per le prime il dato pu essere dovuto alle disomogeneit di colore nelle tessere infatti la curva stessa di trasmissione luminosa assomiglia pi a quella dei campioni di colore verde chiaro che a quella dei campioni verde scuro vedi fig 7 12 Per le seconde si pu ipotizzare che i fenomeni di degrado chimico fisico danneggiando il sottile strato di grisaglia e determinandone il parziale distacco dal substrato possano aver causato l aumento della trasmissione luminosa Tale risultato in accordo con quanto gi ottenuto in precedenti lavori 111 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 112 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti CONCLUSIONI Il quaderno presenta
84. li scarti tipo massimi sono estremamente contenuti a tutto vantaggio dell affidabilit e della precisione dello strumento Nell analizzare la correttezza di funzionamento dello strumento si pensato di affrontare anche il problema della ripetibilit cio si pensato di verificare che lo spettrofotometro in dotazione avesse l attitudine a fornire valori poco differenti tra loro in letture diverse eseguite indipendentemente sulla stessa misura Questo parametro pu essere visto come una sorta di stabilit dello strumento Per caratterizzare la ripetibilit delle misure effettuate con Cary 2300 si ricorsi alla UNI 9225 concordante con la ISO 5725 86 tali norme definiscono la ripetibilit come il valore al di sotto del quale dovrebbe cadere con una probabilit del 95 la differenza assoluta tra due singoli risultati di prova Vengono definiti i principi fondamentali per l impostazione l organizzazione e l analisi di esperimenti progettati per stimare la ripetibilit r e la riproducibilit Il calcolo della ripetibilit stato condotto supponendo di avere a che fare con un solo laboratorio e di effettuare dieci ripetizioni per ogni singolo livello I valori ottenuti sono riportati sempre in tabella 4 3 VETRI DI RIFERIMENTO S q RIPETIBILITA r Planilux 4mm 037 0 27 Eko Plus 4mm 0 29 0 14 Cool Lite 6mm _ 0 4 0 05 Tab 4 3 Incertezza e ripetibilit delle misu
85. llo spessore del materiale coinvolto Altra caratteristica di molti materiali plastici allo stato naturale un colore giallognolo lo stesso tipo di giallo si evidenzia nelle plastiche quando si degradano a causa per esempio dell esposizione prolungata al calore L ingiallimento definito come la deviazione cromatica nell intervallo di lunghezza d onda 570 nm 580 nm del candore tipico dell acqua un fenomeno molto frequente e per questo motivo sono state definite e standardizzate opportune prove per determinarne l entit Il concetto di indice di rifrazione molto importante per caratterizzare le capacit trasmettenti dei materiali in quanto la sua variazione interferisce con il passaggio della luce Esistono vari metodi per determinare l indice di rifrazione dei materiali plastici ma qui non verranno esposti perch non riguardano da vicino lo studio che ci si propone Interessante invece valutare le grandezze che influenzano la rifrazione Anche per i materiali plastici si parla di dispersione quando l indice di rifrazione varia con la lunghezza d onda l entit di questo fenomeno dipende dal tipo di materiale coinvolto dalla temperatura e dall umidit relativa La variazione con la temperatura dipende dal fatto che l indice di rifrazione legato alla densit e quindi quando il materiale si dilata a causa di un aumento di temperatura l indice diminuisce secondo un andamento quasi lineare Per qua
86. lore dello spettro del campione alla fissata BIANCO valore dello spettro del riferimento BIANCO alla fissata NERO valore dello spettro del NERO alla 4 fissata Il procedimento di misura del coefficiente spettrale di riflessione analogo al precedente il riferimento BIANCO per preso sulla superficie su cui appogger il campione mentre la memorizzazione del NERO si esegue come prima spegnendo semplicemente la sorgente Anche in questo caso pu accadere che i valori del riferimento siano troppo alti e quindi tali da saturare la fibra ottica che non riesce ad inviare alcun segnale allo spettrofotometro per ovviare a questo inconveniente non avendo a disposizione dei filtri si allontana la fibra dal campione Anche il calcolo della riflettanza svolto in maniera relativa secondo la seguente relazione RAW campione 4 NERO 4 3 BIANCO A NERO 7 in cui compaiono le stesse grandezze gi precedentemente descritte 100 2 2 2 2 Costruzione e messa a punto di un accessorio per il posizionamento del campione Lo spettrofotometro portatile S 2000 dotato di un apposito supporto dove possibile alloggiare la sonda della fibra ottica per misure di riflessione mentre non sono disponibili supporti adatti alle lenti per le misure di trasmissione Per rendere pi ampio il campo di misure realizzabili con questo strumento ed effettuare cos anche valutazioni della trasmissione si pensato di progett
87. luppi della ricerca prevedono l estensione della campagna di misure ad altri campioni di vetri camera disponibili in commercio unitamente all impiego dei dati ottenuti in codici di calcolo per la valutazione delle prestazioni energetiche ed illuminotecniche degli edifici 87 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 88 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti CAPITOLO 7 MISURE SPETTROFOTOMETRICHE SU VETRI DI INTERESSE STORICO ARTISTICO 7 1 Le vetrate artistiche e l influenza dell invecchiamento sulle propriet di trasparenza del vetro La corretta conservazione dei beni di interesse storico e artistico pu essere assicurata solo nel caso in cui i beni siano collocati in ambienti dove le condizioni termiche igrometriche e luminose possano essere controllate entro valori tali da limitare i processi di degrado stabilire quali siano le condizioni ottimali per la conservazione risulta essere piuttosto complesso poich esse non dipendono solo dalle caratteristiche chimico fisiche dei materiali ma anche dalla storia climatica dell opera cio dall andamento delle condizioni cui stata sottoposta nel corso dei secoli Anche la conservazione delle vetrate rientra in questo contesto ed il loro restauro richiede un adeguato coordinamento delle indagini e degli interventi di ordine tecnico chimico e fisico Le vetrate artistiche dopo essere state usate nelle grandi chiese rinascimental
88. mpiegati gli stessi campioni visti per lo spettrofotometro Cary 2300 questo ha consentito di poter effettuare anche dei confronti tra le prestazioni degli strumenti 4 6 1 Prove di misura per diverse distanze delle lenti Lo spettrofotometro S 2000 come detto in grado di realizzare la scansione per un intervallo di lunghezze d onda che va da 300 nm a 1015 nm Tuttavia la risposta dello strumento al di fuori del campo del visibile molto approssimata infatti la curva della trasmittanza presenta una serie di picchi e gole che rendono poco attendibili i valori rilevati in questi intervalli di lunghezza d onda Del resto ad uno spettrofotometro di questo tipo non si richiede di fornire misure puntuali e particolarmente precise ma di fornire un andamento qualitativo delle propriet di un certo materiale ed in particolare di valutare le variazioni delle propriet ottiche nel tempo Per questo le analisi condotte con questo strumento si limiteranno al campo del visibile dove i risultati sono accettabili Per ciascuno dei vetri certificati sono state effettuate tre prove di misura al variare della distanza sorgente campione e sensore campione 44 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Di seguito si riportano i parametri caratteristici di ciascuna misura tab 4 7 mentre nella figura 4 4 sono rappresentati gli andamenti della trasmittanza ed il confronto con i dati certificati Campion
89. mpione sia posizionato tra due lenti che tramite delle fibre ottiche sono rispettivamente collegate allo spettrofotometro e alla sorgente Le lenti devono essere perfettamente allineate ed il fascio che fuoriesce dalla sorgente deve incidere perpendicolarmente il materiale da analizzare Il problema principale per eseguire le misure in situ perci quello di dover progettare e costruire un apposito supporto dove sia possibile alloggiare le lenti delle fibre ottiche tenendo conto della presenza del supporto nel quale sono esposti i pannelli della vetrata Le caratteristiche del supporto di legno sono le seguenti forma ad U in pianta con l anima di 1 9 mele ali di 0 82 m altezza 3 4 m leggerezza e scarsa stabilit del telaio costituito da un truciolare dello spessore di 1 8 cm Fig 7 10 Telaio per l alloggiamento delle sonde 105 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Gli elementi che hanno guidato la progettazione del telaio sono stati l esigenza di effettuare misure di trasmissione pi accurate possibile garantendo la possibilit di raggiungere tutte le tessere vitree operando allo stesso tempo in sicurezza evitando cio la possibilit di danneggiare i pannelli della vetrata Inoltre il supporto doveva essere trasportabile e quindi costituito da parti componibili smontabile e rimontabile all occorrenza Per realizzare un supporto che soddisfacesse il pi possibile tutti i requisiti
90. n 5 6 7 8 tutti decorati con la tecnica della grisaglia hanno valori del coefficiente di trasmissione uguali o minori del massimo valore del campione nuovo n 4 il coefficiente di riflessione dei campioni antichi sui lati x maggiore del massimo valore del campione nuovo 101 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Da ci si pu dedurre che l assottigliamento dello strato di grisaglia legato all invecchiamento pu aumentare le propriet di riflessione del vetro in quanto si ha una maggiore levigatezza della superficie del vetro stesso Infine il campione n 7 colorato in bagno sul lato y caratterizzato dal valore pi alto del coefficiente di riflessione nel visibile mentre il campione n 8 che presenta un doppio strato di grisaglia sul lato x ha valori pi bassi del coefficiente di riflessione da ci si pu dedurre che il doppio strato pu avere una funzione di protezione del vetro nel processo di invecchiamento Il principale risultato ottenuto dalle misure effettuate che l invecchiamento altera le propriet di riflessione dei vetri decorati con la tecnica della grisaglia in particolare le aumenta a conferma di quanto ottenuto in studi precedenti su campioni di vetro nuovi e invecchiati con un processo accelerato in camera climatica Si anche constatato che uno dei campioni caratterizzato da un doppio strato di grisaglia presenta un coefficiente di riflessione nel visibile pi bas
91. nda considerato In questo modo si agisce in favore di sicurezza perch si assicura che il valore di ogni altra misura sia compreso nell intervallo cos trovato Tuttavia questa soluzione tende a sottostimare le prestazioni dello strumento perch si ha una forte instabilit della misura in corrispondenza dell estremo inferiore del campo di misura in prossimit del vicino ultravioletto Procedendo in questo modo infatti il valore massimo dello scarto tipo si ha in corrispondenza di 380 nm e presenta un valore molto alto rispetto a quelli dell intero intervallo Per risolvere il problema si pensato di dare una caratterizzazione pi ampia anche se meno rigorosa fornendo oltre al valore massimo dello scarto tipo quello minimo e la media calcolata su tutto l intervallo I risultati ottenuti sono riportati in tabella 4 8 dove tra parentesi sono indicate le lunghezze d onda a cui si riferiscono i valori dello scarto tipo VETRI DI Ha sta slg RIFERIMENTO MASSIMO MINIMO MEDIO Planilux 4mm aa de 1 007674 Eko Plus 4mm La PER 1 206755 Cool Lite 6mm E du Rn 0 6570 Tab 4 8 Valori dello scarto tipo minimo medio e massimo per i campioni esaminati 47 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Dalla tabella si osserva che il valore dell incertezza per tutti e tre i vetri abbastanza alto variando da un minimo del 5 82 rispetto al valor medio per il Planilux
92. ne e riflessione solare a causa del limitato intervallo di lunghezza d onda in cui lavora lo spettrofotometro S 2000 Per i campioni n 1 2 3 nuovi colorati in pasta e decorati con la tecnica superficiale dello smalto e della velatura a smalto i risultati mostrano che il campione n 1 caratterizzato da un coefficiente di trasmissione spettrale che varia nel range 0 65 nei punti colorati in rosa e in verde mentre varia nel range 80 90 dove trasparente i coefficienti di riflessione spettrale dei tre campioni sono pressoch coincidenti sui lati x ed y e sono caratterizzati da valori indipendenti dalla lunghezza d onda e dell ordine del 10 il campione n 1 nei punti colorati in rosa presenta il valore pi elevato del coefficiente di riflessione sia nel visibile che nel solare sia sul lato x che y pari a circa 0 170 Il campione n 4 anch esso nuovo ma decorato con la tecnica della grisaglia caratterizzato da valori pi bassi del coefficiente di riflessione nel visibile rispetto agli altri campioni nuovi decorati a smalto o con velatura a smalto il coefficiente di trasmissione massimo varia nel range 90 99 quello minimo nel range 0 15 mentre il coefficiente di riflessione si mantiene al di sotto del 10 Te Ty Trasp 0 814 0 868 Campione n 1 Rosa 0 266 0 327 VerdeC 0 2 0172 Verde S Campione n 2 Campione n 3 Campione n 4 Max Min Campione n
93. ne passata attraverso il campione durante la misurazione men dei parametri degli accessori consente di attivare o disattivare i vari accessori che lo strumento possiede e che sono installati su di esso men delle modalit di calcolo consente di accedere direttamente alle possibilit di calcolo che lo strumento offre concentrazione cinetica delle reazioni statistica men delle operazioni automatiche consente di preprogrammare lo spettrofotometro per ripetizioni automatiche delle misurazioni I principali parametri di ottimizzazione della misura sono descritti nel dettaglio nel paragrafo 1 2 4 1 2 4 Parametri di ottimizzazione dello strumento Alcuni parametri presenti nei men sopracitati sono utili per un uso pi efficace dello spettrofotometro Cary 2300 i principali sono 10 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti larghezza di banda spettrale SBW un termine identificativo della sensibilit totale dello strumento il suo significato strettamente legato a quello di risoluzione dello strumento Si definisce risoluzione di uno strumento la minima variazione in ingresso che lo strumento in grado di misurare il legame esistente tra questo parametro e quello della larghezza di banda che quanto pi stretta la banda tanto pi preciso sar lo spettro da valutare Quindi nell effettuare misure per tracciare lo spettro dell assorbanza o del coefficiente di trasmissione si ha la nec
94. ni termoigrometriche durante una porzione del processo di invecchiamento Le misure spettrofotometriche di trasmissione sono state effettuate con il metodo standard e ripetute con la sfera integratrice allo scopo di verificare eventuali fenomeni di diffondenza dei campioni le misure di riflessione sono state effettuate per mezzo della sfera integratrice I risultati delle misure di trasmissione sono illustrati in figura 7 3 92 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Campione 1 Campione 2 100 10 mi ES so PA so c Bh Pu g NO Lai 40 4 Ho 5 5 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 aw 500 700 960 noo 1500 1800 1700 1990 20m ainm Campione 3 Campione 4 100 100 so so A 60 N F 60 40 40 204 20 o o nA 300 soo 700 s90 1100 1300 1800 1700 1900 300 soo 7o s00 1100 1300 1500 1700 1500 ppan 2 nm Campione 5 Campione 6 100 100 80 LE 80 A RI ssa RENI cia N eo 60 E I e 1 40 40 20 20 x x oa p mi a a vi en le n e s00 S00 yoo s60 1100 1300 1500 1700 1900 2 nm 2 nm Campione 7 Campione 8 100 100 A so SE g lA a i Li 40 40 S 20 Wo 20 7 B o o soo soo 70o SCO c4iffones1S00 1500 1700 1800 soo 500 700 960 dagene 4000 1500 1700 1900 a nm hm 100 100 80 80 1 60 mi 60 ka 40
95. nnovativo per sigillare il doppio vetro consiste nell impiego di una plastica laminata con polvere di vetro che avvolge la lastra di aerogel lungo i bordi ed uno strato di butile applicato sull aerogel e sul vetro per il fissaggio Il vuoto viene realizzato attraverso valvole di suzione lo schema rappresentato in figura 5 3 Allo stato attuale lo schema presenta l inconveniente che deve essere disposto uno strato di silicone per evitare che la struttura possa rompersi e questo peggiora le propriet del fissaggio 56 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 4 mm vetro 0 1 mm butile 0 1 mm plastica 0 5 mm butile 1 mm polisulfuro Fig 5 3 Schema di fissaggio dell aerogel monolitico in un vetro camera L aerogel granulare ormai standardizzato nella produzione e nelle prestazioni il suo impiego in intercapedini vetrate presenta un incremento rispetto alle normali finestre di poche decine di euro al metro quadrato ma non pu sostituire una superficie vetrata tradizionale poich non permette la visione dell esterno L aerogel monolitico invece in grado di assolvere brillantemente tutte le funzioni richieste da una finestra con prestazioni energetiche paragonabili alle chiusure opache dell involucro edilizio I suoi costi sono tuttora molto elevati il processo di produzione in piena fase evolutiva lascia prevedere una significativa penetrazione sul mercato con una notevole riduzione dei
96. nte sostituite e uno dalla presenza di met tessere originali e met sostituite v fig 7 9 102 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti osalop a AAY AAA Harener NH HA TZ DOD A KAn AAA oon oon Fig 7 8 Vista d insieme della vetrata a e collocazione dei pannelli restaurati b oggetto delle misure Sui tre pannelli sono state effettuate le misure spettrofotometriche al fine di valutare l influenza dell epoca cui risalgono le singole tessere vitree sulle propriet di trasmissione il confronto stato effettuato su tessere di uguale colore originali e di sostituzione ottocentesca e su tessere decorate con la tecnica della grisaglia anch esse originali e di sostituzione ottocentesca I tre pannelli restaurati sono convenzionalmente indicati con A B e C essi rappresentano rispettivamente un immagine cuspidata fig 7 9a San Lorenzo fig 7 9b e David Re fig 7 9c Precedenti indagini effettuate ai fini del restauro hanno permesso di distinguere le tessere originali da quelle di sostituzione ottocentesca Il pannello A caratterizzato dalla presenza di circa il 60 di vetri originali sono considerate sostituzioni ottocentesche le tessere vitree dei fondi blu alcuni vetri di bordura due volute gialle alcuni rossi e alcune guglie nelle tessere originali sono stati rilevati elementi di corrosione ed i piombi non sono orig
97. nto di vista chimico un polimero un materiale composto da molecole costituite da molte ripetizioni poli di alcune unit elementari dette monomeri che sono legate l una all altra con legami covalenti di elevata intensit Le strutture che si possono originare dall unione dei monomeri sono monodimensionali bidimensionali e tridimensionali Mentre tra i monomeri si hanno forti legami covalenti le molecole formatesi dalle loro unioni sono connesse l una all altra per mezzo di legami secondari pi deboli Per questo motivo non agevole rompere i legami tra i monomeri ma abbastanza semplice rompere quelli dei polimeri La configurazione della maggior parte dei polimeri costruita attorno ad una sorta di colonna vertebrale costituita da atomi di carbonio questo un elemento dotato di un elevata capacit di originare lunghi e stabili legami covalenti con se stesso La struttura con cui gli atomi di carbonio si legano l un 39 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti l altro varia da caso a caso e talvolta si possono avere legami anche con altri elementi Tra i polimeri due dei pi noti sono il polimetil metacrilato PMMA e il policarbonato il primo un polimero carbon chain contenente ossigeno ed idrogeno noto con il nome commerciale di Plexiglass il secondo appartiene alla categoria dei polimeri heterochain i quali contengono nella loro ossatura due o pi elementi diversi Questo
98. nto riguarda l umidit relativa non possibile quantificare il legame tra una sua variazione e la variazione dell indice di rifrazione Il meccanismo il seguente quando vapor d acqua viene assorbito dalla superficie plastica si generano delle sollecitazioni che determinano un valore pi alto dell indice sulla superficie ed un gradiente interno nella direzione dei livelli pi bassi di umidit quando la plastica si satura il gradiente si annulla I valori tipici di questo fenomeno sono piuttosto limitati e per questo motivo spesso non lo si considera L ultima propriet ottica di rilievo la birifrangenza definita come il fenomeno ottico secondo il quale l indice di rifrazione dipende dalla direzione e dalla polarizzazione della luce materiali anisotropi Alcuni materiali plastici e non possiedono una struttura cristallina che li rende birifrangenti per natura mentre altri come le plastiche amorfe sono birifrangenti solo se sottoposti a tensione 41 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 4 5 Campioni plastici per la messa a punto dello spettrofotometro Cary 2300 Per mettere a punto lo spettrofotometro Cary 2300 sono stati impiegati anche alcuni campioni di materiale plastico tab 4 5 essendo disponibili le certificazioni relative a due spessori diversi di Plexiglass I dati disponibili per questi elementi sono relativi solo al visibile a differenza di quelli dei vetri relativi ad un range p
99. ntrollo Sorgenti luminose Per coprire l intero intervallo di lunghezze d onda menzionato lo strumento dotato di due sorgenti di radiazione in grado di lavorare in maniera ottimale solo in un preciso intervallo di lunghezze d onda Lo strumento seleziona automaticamente la lunghezza d onda a cui cambiare la lampada Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Le due lampade sono lampada al deuterio per l ultravioletto nell intervallo 185 nm 340 nm lampada al tungsteno alogeno per il visibile e l ultravioletto nell intervallo 340 nm 3152 nm Sensori I due sensori sono costituiti da un tubo fotomoltiplicatore per il visibile e l ultravioletto nell intervallo 185 nm 800 nm un sensore al solfuro di piombo per l infrarosso nell intervallo 800 nm 3152 nm Entrambi sono rivelatori sensibili ai fotoni ma appartengono a due categorie diverse Il primo un tubo fotomoltiplicatore in cui la radiazione assorbita causa l emissione di elettroni e la produzione di una fotocorrente il secondo appartiene alla categoria dei rivelatori a fotoconducibilit in cui la radiazione promuove gli elettroni a livelli energetici superiori e la rivelazione basata sull aumento di conduzione Monocromatore Il selettore di lunghezza d onda un monocromatore a reticolo che partendo da una sorgente di radiazione policromatica consente di ottenere un fascio di radiazione monocrom
100. o 6 038 VC3A Vetro camera 3 6 3 mm Riflettente argento 12 038 VC5A Vetro camera 5 6 5 mm Riflettente argento 16 038 VC6A Vetro camera 6 6 6 mm Riflettente argento 18 038 VF4B Vetro float incolore 4mm Riflettente blu 4 038 VF6B Vetro float incolore 6mm Riflettente blu 6 038 VC3B Vetro camera 3 6 3 mm Riflettente blu 12 038 VC5B Vetro camera 5 6 5 mm Riflettente blu 16 038 VC6B Vetro camera 6 6 6 mm Riflettente blu 18 038 VF4S Vetro float incolore 4mm Semi riflettente 4 035 VF6S Vetro float incolore 6mm Semi riflettente 6 035 VC3S Vetro camera 3 6 3 mm Semi riflettente 12 035 VC5S Vetro camera 5 6 5 mm Semi riflettente 16 035 VC6S Vetro camera 6 6 6 mm Semi riflettente 18 035 Tab 6 1 Elenco e descrizione dei campioni 6 4 Risultati sperimentali La campagna sperimentale stata effettuata utilizzando lo spettrofotometro da banco Cary 2300 cap 1 per le misure al variare dell angolo di incidenza ci si avvalsi dell apposito accessorio munito di goniometro par 1 2 6 cap 1 Il campione viene alloggiato nel supporto e si sceglie come angolo di partenza l incidenza normale cio a 0 successivamente si interviene manualmente sul supporto e si individua un altro angolo Si scelto un Aa di 10 fino ad a pari a 80 ottenendo per ogni campione analizzato nove misure della trasmittanza spettrale al variare dell angolo di incidenza Per la determinazione della riflessione spettr
101. o della trasmittanza differente rispetto alle altre pellicole la curva ha un andamento sinusoidale caratterizzato da valori massimi nel visibile circa il 25 30 di trasmissione in pi rispetto alle riflettenti e da una trasmittanza media nell IR intorno al 20 25 Per quanto concerne le misure di riflessione si pu notare che le pellicole riflettenti blu ed argento presentano valori dei fattori di riflessione visibile e solare dell ordine del 40 50 i grafici mostrano che la percentuale di radiazione riflessa nel campo del visibile supera il 60 a dimostrazione del forte effetto specchio di tali pellicole La pellicola di tipo sputtered presenta invece una marcata riduzione dell effetto specchio p 15 20 ma risulta penalizzata dal punto di vista delle prestazioni energetiche poich si ha un decremento della percentuale dell energia solare riflessa fino a valori del 15 Influenza della pellicola Per una completa valutazione delle prestazioni illuminotecniche ed energetiche delle pellicole antisolari si sono infine misurati i coefficienti di trasmissione e di riflessione spettrale relativi alla sola incidenza normale per i cinque campioni di vetro esaminati senza pellicole a partire dai dati misurati sono stati calcolati i parametri precedentemente descritti per poter effettuare un confronto per i diversi campioni in assenza ed in presenza delle pellicole a controllo solare tab 6 5 A titolo di esempio il confronto m
102. o estremamente sottile di alluminio vaporizzato a densit controllata in una apposita camera a tenuta stagna l alluminio viene scaldato fino a raggiungere l ebollizione con conseguente emissione di vapore Il poliestere viene quindi fatto passare attraverso il vapore all interno della camera dove minuscole particelle metalliche venendo a contatto del materiale condensano sulla superficie conferendo cos alla pellicola un alto potere di riflessione Il prodotto finito cos completamente trasparente nonostante sia rivestito in metallo grazie al controllo della densit e dello spessore Per ridurre il forte effetto specchio di color argento la matrice in polimero pervasa di pigmenti di colorazione in questo modo le pellicole sono colorate direttamente e 73 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti non sono semplicemente rivestite di colore si ottiene cos la migliore stabilit e resistenza possibile all abrasione alla corrosione od infiltrazione di umidit Le pellicole riflettenti impiegate nell indagine spettrofotometrica sono fig 6 1 pellicola riflettente di color argento pellicola riflettente di color blu pellicola riflettente di color verde a b c Fig 6 1 Esempio di pellicola riflettente verde a blu b argento c La pellicola riflettente blu rispetto alle altre due consente di eliminare l effetto specchio all interno dell ambiente durante la notte Questa inf
103. o migliorate le prestazioni acustiche con l introduzione di nuovi tipi di vetro stratificato ultimamente sono apparsi sul mercato i vetri autopulenti che eliminano o riducono costose operazioni di pulizia sulle facciate Parallelamente sono maturati strumenti matematici e informatici per la modellazione e l analisi dei sistemi termici coinvolti dai ponti termici localizzati nei nodi strutturali o nei profili all edificio nel suo insieme o al sistema globale edificio impianto Si sono pertanto create le condizioni per la progettazione e la costruzione di edifici pi efficienti e funzionali con impiego di grandi superfici vetrate o di tipologie innovative Questo il motivo per cui gran parte delle applicazioni trattate successivamente riguardano le propriet dei vetri nei confronti della trasmissione e riflessione 35 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 4 3 Campioni vetrosi per la messa a punto dello spettrofotometro Cary 2300 Le prove condotte nella fase preliminare dello studio hanno avuto lo scopo di verificare la correttezza dei valori ottenuti dalle misurazioni e di stabilire univocamente il metodo di misura da adottare A tale scopo sono stati utilizzati tre campioni di vetro tab 4 2 di cui si conosce qualitativamente e quantitativamente il comportamento nei confronti della radiazione Campione Tipologia Spessore mm 4 Planilux Chiaro Vetro Float Cool Lite SS108
104. orso che il raggio compie all interno dello strumento secondo lo schema di figura 1 3 i TATA a tungsleno alogeno fenditura di entrata 1 Fenditura di uscita 2 Fig 1 3 Spettrofotometro a doppia dispersione e a doppio raggio Il raggio emesso dalla sorgente viene diffratto da un monocromatore a reticolo che ha lo scopo di effettuare la scansione dello spettro nell intervallo di lunghezze d onda considerato da qui attraversa in successione le fenditure 1 e 2 ed infine viene suddiviso in due parti da una serie di collettori ottici Tale configurazione detta a doppia dispersione offre il vantaggio di ridurre le radiazioni parassite ed aumentare la risoluzione spettrale Rispetto alla configurazione tradizionale degli strumenti a doppia dispersione in cui sono presenti due monocromatori in serie la Varian ha brevettato un sistema che ne utilizza uno soltanto come nel caso del Cary 2300 Il fascio viene successivamente suddiviso in due uno va a colpire il campione l altro passa attraverso una sostanza di riferimento che generalmente aria Infine la parte di raggio che ha attraversato la cella del campione giunge al sensore il cui segnale viene letto ed elaborato in relazione a quello della cella di Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti riferimento lo strumento non va quindi a misurare in maniera assoluta le propriet ottiche del materiale in esame ma semplicemente le analizza e le rapporta al
105. ostrato in fig 6 13 per il campione di vetro camera CLIMALIT 3 6 3 mm Dal grafico si evidenzia che l applicazione delle pellicole comporta una marcata riduzione della trasmissione luminosa fino a valori di 0 069 per la pellicola riflettente blu il CAMPIONE x p p VF4 0 902 0 823 0 093 0 071 VF6 0 892 0 776 0 090 0 067 VC3 0 812 0 700 0 157 0 146 VCS 0 790 0 640 0 149 0 120 VC6 0 778 0 620 0 149 0 109 Tab 6 5 Fattori di trasmissione luminosa t di trasmissione solare diretta T e fattori di riflessione nel visibile p e di riflessione solare p relativi ad incidenza normale per i campioni senza pellicola 85 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti fattore di trasmissione solare decresce di pari quantit e consente un efficace riduzione degli apporti solari negli ambienti La pellicola sputtered invece presenta una buona trasmissione luminosa ma penalizzata dal punto di vista delle prestazioni energetiche la riflessione dell energia solare risulta pari a circa la met rispetto ad altre pellicole riflettenti 0 9 E senza pellicola pellicola argento 0 7 E pellicola blu E pellicola sputtered 0 8 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 H E 0 e rv tv t re Fig 6 13 Confronto dei parametri energetici ed illumino
106. otometriche su materiali trasparenti 4 SA i S A 3 SA nm nm nm 300 0 0005 680 0 0246 1450 0 0044 320 00069 700 0 0237 1500 0 0095 340 0 0122 720 0 022 1550 0 0123 360 0 0145 740 0 023 1600 0 011 380 0 0177 760 0 0199 1650 0 0106 400 0 0235 780 0 0211 1700 0 0093 420 00268 800 0 033 1750 0 0068 440 0 0294 850 0 0453 1800 0 0024 0 0343 900 0 0381 1850 950 0 022 1900 0 0326 1000 0 0329 1950 0 0012 520 0 0318 1050 0 0306 2000 0 003 540 0 0321 1100 0 0185 2050 0 0037 560 0 0312 1150 0 0136 2100 0 0057 580 0 0294 1200 0 021 2200 0 0066 600 0 0289 1250 0 0211 2300 0 006 620 0 0289 1300 0 0166 2400 0 0041 640 0 028 1350 0 0042 2500 0 0006 660 0 0273 1400 0 001 Tab 3 3 Valori di S VO e 44 Il fattore di riflessione solare diretta pe di un vetro si ottiene dalla seguente formula 2500nm L SPAJA P T 3 8 Y SAX A 300nm dove Sa la distribuzione spettrale relativa dell energia solare tabulata dalla norma p il fattore di riflessione del vetro A l intervallo di lunghezza d onda Il fattore di assorbimento solare diretto si ricava per differenza da pe e Te secondo la relazione 3 5 30 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Per il calcolo del fattore di trasferimento di calore verso l interno qi ne
107. pan 20 20 o o 300 500 700 900 1100 1900 1500 1700 1900 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2 nm 2 0 Fig 7 3 Coefficiente di trasmissione dei campioni nuovi N e invecchiati 1 93 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti I campioni colorati in pasta sia nuovi che invecchiati nn 1 2 3 4 7 8 9 10 presentano valori tra loro pressoch coincidenti del coefficiente di trasmissione inoltre poich i risultati delle misure eseguite con il metodo standard coincidono con quelli delle misure effettuate con la sfera integratrice se ne deduce che i campioni stessi non sono diffondenti Il campione n 6 nuovo colorato con la tecnica della grisaglia presenta con il metodo standard valori diversi del coefficiente di trasmissione rispetto al corrispondente campione invecchiato Ripetendo le misure con la sfera integratrice si riscontrato che entrambi i campioni n 6 presentano andamenti coincidenti del coefficiente di trasmissione ma pi elevati rispetto alle misure con il metodo standard i campioni risultano pertanto diffondenti Considerazioni analoghe valgono per il campione n 5 colorato in bagno fig 7 4 Si pu pertanto concludere che l invecchiamento non influenza le propriet di trasmissione Sono state anche valutate le propriet di riflessione di tutti i campioni a disposizione su entrambi i lati indicati con x ed y si quindi proceduto al confronto tra il lato x di ogni
108. particolar modo ai bordi dei pannelli mentre all interno dell edificio si possono avere le cause pi disparate per esempio il fumo delle candele nelle chiese La corrosione determina un effetto di opacizzazione delle lastre sia all interno che all esterno dove si pu avere un primo stadio di microcrateri che si innestano soprattutto in zone dove sono gi presenti dei difetti in superficie Altre forme di degrado sono determinate da alterazioni che interessano direttamente il piombo dei supporti in cui il vetro inserito e lo stucco attraverso il quale esso fissato ai telai Il vetro un materiale rigido con scarsa resistenza a flessione per evitare che le lastre vengano sottoposte a sforzi eccessivi soprattutto a causa del vento questi vengono assorbiti dal piombo della legatura che un materiale tenero e flessibile mentre lo stucco costituito solitamente da uno o pi leganti organici con una carica di polvere ed eventualmente anche coloranti completa l azione evitando che tali sforzi si trasmettano al vetro Tuttavia mentre con il tempo lo stucco tende a seccarsi e a sgretolarsi perdendo la sua elasticit le legature di piombo tendono ad irrigidirsi favorendo cos la deformazione e talvolta anche la rottura delle vetrate Il Laboratorio di Controlli Ambientali dell Universit di Perugia da molti anni si occupa dello studio delle vetrate antiche realizzate con vetri policromi gli studi hanno riguardato temi q
109. per l illuminate D65 il fattore di riflessione nel visibile pv i fattori di trasmissione solare diretta te il fattore di riflessione solare diretta pe I risultati sono mostrati nelle tabelle 6 2 6 3 e 6 4 70 60 50 40 r 30 20 o 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 A nm Fig 6 10 Andamento della riflessione spettrale per i campioni VEF4A VEGA VC3A VCSA VC6A 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 A nm Fig 6 11 Andamento della riflessione spettrale per i campioni VF4B VF6B VC3B VC5B VC6B 81 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti r e Bi nil i i il i Ap A MERE DA Al ISAN l LE 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 A nm Fig 6 12 Andamento della riflessione spettrale per i campioni VF4S VF6S VC3S VC5S VC6S _ CAMPIONE a 0 a 10 a 20 a 30 a 40 a 50 a 60 a 70 a 80 VF4A 0 188 0 168 0 168 0 171 0 176 0 181 0 184 0 182 0 139 VEGA 0 190 0 174 0 175 0 177 0 182 0 188 0 190 0 187 0 180 VC3A 0 169 0 158 0 1
110. razioni sui vetri di riferimento Per la definizione di ripetibilit ci significa per esempio che due misure consecutive condotte in maniera identica sul Planilux producono trasmittanze che differiscono in valore assoluto di una quantit inferiore allo 0 27 con una probabilit pari al 95 38 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 4 3 3 Calcolo del fattore di trasmissione nel visibile e nel solare Per l elaborazione dei dati si fatto riferimento alla normativa EN 410 descritta dettagliatamente nel capitolo 3 Nella tabella 4 4 sono riportati i valori calcolati del coefficiente di trasmissione nel visibile e nel solare ed i corrispondenti valori certificati del coefficiente di trasmissione nel visibile Campione x calcolato Planilux 4 mm 0 895 0 896 0 834 Eko Plus 4 mm 0 750 0 760 0 616 Cool Lite 6 mm 0 079 0 080 0 064 Tab 4 4 Valori del coefficiente di trasmissione nel visibile e nel solare Si pu notare come i valori calcolati per il coefficiente di trasmissione nel visibile siano prossimi a quelli certificati con differenze in valore assoluto comprese tra 0 01 e 0 001 4 4 I polimeri e le loro propriet ottiche Per definizione una plastica destinata ad uso ingegneristico pu essere definita come un polimero sintetico capace di essere trasformato in forme portanti e dotato di propriet che consentono di impiegarlo negli stessi campi in cui si usano i materiali tradizionali Dal pu
111. rcapedine mona Totale VS TIM Vetro semplice TIM capillare Vetro semplice 52 mm VS s 2mm s 50 mm S 2mm B F4 TIM Vetro float TIM capillare Vetro float 58 mm F4 s 4 mm s 50 mm s 4mm F5 TIM Vetro float TIM capillare Vetro float c 60 mm F5 s 5mm s 50 mm s 5 mm F6 TIM Vetro float TIM capillare Vetro float D 62 mm F6 s 6mm s 50mm s 6mm Vetro basso E F5 TIM Vetro float TIM capillare emissivo 59mm VBE s 5mm s 50 mm Eko plus 4 mm Tab 5 5 Descrizione dei campioni assemblati con TIM capillare 5 5 Risultati sperimentali Nelle figure 5 10 5 11 e 5 12 sono mostrati gli andamenti della trasmittanza in funzione della lunghezza d onda degli undici campioni assemblati con l aerogel poich l aerogel un materiale molto diffondente tutte le prove sono state realizzate con l ausilio della sfera integratrice Nella figura 5 13 mostrato l andamento della trasmittanza in funzione della lunghezza d onda per i cinque campioni assemblati per mezzo del gemetric media capillare Seguendo le indicazioni della normativa EN 410 possibile una valutazione complessiva delle propriet dei sistemi vetrati esaminati nelle tabelle 5 6 e 5 7 sono riportati i risultati dell elaborazione dei dati 66 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 Coefficiente di trasmissione 0 4 i i i i i 3 i i i Dia AA
112. renti operazioni il campione deve essere posizionato sulla finestra portacellette in modo che rispetto ad esso il fascio luminoso sia perpendicolare Per quanto riguarda la modalit di svolgimento della misura si evidenziano differenze in base al tipo di strumento con cui sono effettuate Se lo strumento del tipo automatico si effettua semplicemente una misurazione dell intero spettro di trasmissione da 300 a 2150 nm Al contrario se lo spettrofotometro manuale necessario eseguire delle misure puntuali in corrispondenza di determinate lunghezze d onda Le misure devono essere infine eseguite prendendo come riferimento l aria 3 3 UNI EN 410 Determinazione delle caratteristiche luminose e solari delle vetrate La norma specifica i metodi per la determinazione delle caratteristiche luminose e solari delle vetrate per edilizia tali caratteristiche possono costituire una base per considerazioni di tipo illuminotecnico o riguardanti il condizionamento degli ambienti sono inoltre utili per una comparazione tra differenti tipi di vetrate La norma applicabile alle vetrate convenzionali alle vetrate assorbenti o riflettenti per il controllo solare utilizzate come aperture orizzontali o verticali tale norma pu di conseguenza essere applicata a tutti i materiali trasparenti Le caratteristiche sono determinate per una radiazione incidente quasi parallela e prossima alla normale e sono il fattore di trasmission
113. renti per l edilizia Luce Organo Ufficiale dell Associazione Italiana di Illuminazione AIDI Febbraio 2003 21 C Buratti Transparent insulating materials experimental data of transmission coefficient and buildings energy saving evaluation Energy and Enviroment 2003 First International Conference on Sustainable Energy Planning amp Technology in relationship to the Environment Helkidiki Grecia 14 16 Maggio 2003 22 C Buratti F Rossi Misura delle propriet spettrofotometriche di campioni di vetro nuovi e invecchiati per il restauro di vetrate artistiche 57 Congresso Nazionale ATI Pisa Settembre 2003 23 F Gugliermetti F Asdrubali F Bisegna Experimental glass optical data of new glazing systems to improve energy savings Renewables 2004 Intenational Conference on New and Renewable Energy Technologies for Sustainable Development 28 June 1 July 2004 Evora Portugal 118
114. rtatile S 2000 pag 2 1 1 Componenti principali ii pag 2 1 2 Metodologia di misura pag 2 2 Costruzione e messa a punto di un accessorio per il posizionamento del campione iii pag 3 Normativa di riferimento ie an a a n i pag Eaa YATE i EE E E E Ania A pag 3 2 UNI 7885 Prove sul vetro Determinazione dei fattori di trasmissione dell energia solare pag 3 3 UNI EN 410 Determinazione delle caratteristiche luminose e solar dele vetrati talora E E EEA pag 4 Misure e calcolo delle prestazioni di materiali trasparenti di impiego COTTEN cirar ian Aa AE AAAA NOAE TAE T ES pag 4 1 Il vetro e le sue propriet ottiche pag 42 Il vetromell edilizia ri a Ra aa ai pag 4 3 Campioni vetrosi per la messa a punto dello spettrofotometro Cary 2300 saloni ilaria rasa DISC Sona Cain of Tai pag 21 25 25 25 26 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 4 3 1 Confronto tra l andamento sperimentale e quello dedotto dadali NON iii AAEE pag 36 4 3 2 Incertezza e ripetibilit delle misure iii pag 36 4 3 3 Calcolo del fattore di trasmissione nel visibile e nel solare pag 39 4 4 I polimeri e le loro propriet ottiche i pag 39 4 5 Campioni plastici per la messa a punto dello spettrofotometro Cary 2300 Dini cade ia pio Oil ai al
115. sa basso emissiva tramite pirolisi di depositi metallici questo vetro appartiene alla categoria delle vetrate isolanti rinforzate Nella tabella 5 2 mostrato un prospetto riassuntivo dei parametri luminosi energetici e termici dei campioni di vetro descritti 61 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti CAMPIONE DI VETRO Ty Py Te Pe g W E Semplice 2 mm 0 90 0 08 0 88 0 08 0 89 5 9 Float 4 mm 0 89 0 08 0 84 0 08 0 86 5 8 Float 5mm 0 89 0 08 0 83 0 08 0 85 5 8 Float 6 mm 0 89 0 08 0 80 0 08 0 83 5 8 Antelio Steel Grey 6 mm Face 1 0 37 0 32 0 29 0 26 0 40 5 8 Antelio Steel Grey 6 mm Face 2 0 37 0 10 0 29 0 10 0 44 5 8 Cool Lite 6 mm Face 1 0 08 0 44 0 06 5 8 Cool Lite 6 mm Face 2 0 08 0 35 0 06 0 44 0 18 5 8 Eko Plus 4 mm Face 1 0 76 0 11 0 63 0 10 0 67 4 3 Eko Plus 4mm Face 2 0 76 0 12 0 63 0 10 0 67 4 3 Tab 5 2 Parametri luminosi energetici e termici dei campioni di vetro L aerogel utilizzato nelle prove costituito da una lastra monolitica di silice trasparente Esso stato fornito per scopi di ricerca dalla AIRGLASS AB azienda svedese in 4 campioni di dimensioni pari a circa 70 mm x 70 mm e di spessore 14 mm fig 5 6 Le propriet di isolamento termico di leggerezza e di trasparenza sono mostrate nella tabella 5 3 Fig
116. saminati 83 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 6 5 Confronti tra i campioni analizzati I risultati sperimentali consentono di evidenziare l influenza sulle prestazioni energetiche ed illuminotecniche di diversi parametri quali lo spessore del campione l angolo di incidenza il tipo di pellicola come descritto nel seguito Influenza dell angolo di incidenza della radiazione nelle misure di trasmittanza Come mostrato nelle fig 6 4 6 5 6 6 6 7 6 8 e 6 9 Il andamento qualitativo della trasmittanza non differisce molto al variare dell angolo di incidenza a per i diversi campioni le curve tendono a traslare poco rispetto alla configurazione originaria a 0 si evidenziano marcate differenze solo per angoli di incidenza elevati a 70 80 Influenza dello spessore del campione nelle misure di trasmittanza Per ciascun tipo di pellicola antisolare gli andamenti della trasmittanza al variare della tipologia e dello spessore del campione di vetro evidenziano valori simili i valori dei coefficienti di trasmissione nel visibile e il fattore di trasmissione solare diretta tabelle 6 2 e 6 3 mostrano invece una modesta diminuzione di tali parametri all aumentare dello spessore del campione Influenza del tipo di pellicola Lo studio dell andamento qualitativo della trasmittanza evidenzia alcune peculiarit del materiale per le pellicole riflettenti nel campo dell infrarosso si evidenz
117. so degli altri quindi si pu ipotizzare che il secondo strato di grisaglia possa avere un ruolo di protezione nel corso dell invecchiamento del vetro Inoltre tra i campioni nuovi comunemente utilizzati per il restauro quelli colorati a smalto o con velatura a smalto presentano valori del coefficiente di riflessione nel visibile molto simili mentre quelli decorati con la tecnica della grisaglia sono caratterizzati da valori pi bassi Si pu pertanto concludere che i vetri colorati con tecniche superficiali necessitano di un adeguata protezione rispetto alle variazioni delle condizioni ambientali mediante un opportuno controllo del microclima effettuato per mezzo di impianti dedicati 7 4 Misure spettrofotometriche in situ su alcuni pannelli restaurati della vetrata di San Domenico a Perugia La Chiesa di San Domenico in Perugia ospita nell abside un importante vetrata realizzata nel periodo rinascimentale v fig 7 8 la vetrata costituita da numerosi pannelli tenuti insieme da una struttura marmorea Il complesso attualmente in corso di restauro i pannelli sono caratterizzati dalla presenza di tessere originali risalenti al periodo rinascimentale ovvero di tessere sostituite in successivi restauri nel corso dei secoli Recentemente sono stati restaurati ed esposti nella Chiesa tre pannelli uno dei quali caratterizzato dalla presenza di tessere quasi esclusivamente originali uno dalla presenza di tessere quasi esclusivame
118. sta condizione verificata dopo infinite riflessioni il fascio fuoriesce all altro estremo della fibra Oltre alla necessit di avere la riflessione totale va fatta attenzione all angolo in quanto se il suo valore troppo piccolo non si ha riflessione il fascio viene trasmesso e quindi disperso all esterno Per ovviare a questo inconveniente e garantire sempre valori elevati di d3 il diametro della fibra viene mantenuto piccolo Lo spettrofotometro presenta due diverse configurazioni a seconda che si debba eseguire una misura di trasmissione o di riflessione come mostrato nella figura 2 3 Cavo di collegamento spettrofotonetro PC portatile ali Computer del PC L Fibra ottica Computer portatile b Trasformatore alinentatore dello spettrofotonetra Fig 2 3 a configurazione per misure di trasmissione b configurazione per misure di riflessione 19 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Nel caso di misure di trasmissione sono necessarie due fibre ottiche perfettamente uguali da collegare rispettivamente allo spettrofotometro e alla sorgente alle due estremit libere sono avvitate due lenti ottiche tra le q
119. t Gobain Vetro Italia 1997 Milano 12 UNI EN 410 Determinazione delle caratteristiche luminose e solari delle vetrate 1998 13 G Elias E Ferrari L Fantini Materiali isolanti innovativi gli Aerogel rivista La Termotecnica 1999 14 F Asdrubali C Buratti G Baldinelli Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti per chiusure perimetrali in edilizia 55 Congresso Nazionale ATI Bari Matera 15 20 Settembre 2000 15 F Gugliermetti C Buratti S Ortica Indagini spettrofotometriche per la valutazione dell invecchiamento di vetrate artistiche Convegno Nazionale AIDI Luce come Innovazione Perugia Dicembre 2001 16 F Castelletti Le Superfici Vetrate Innovative CDA Rivista sul condizionamento dell aria riscaldamento e refrigerazione Maggio 2002 17 F Asdrubali G Baldinelli Messa a punto di una strumentazione spettrofotometrica per misure di trasmittanza e riflessione di materiali trasparenti XX Congresso Nazionale U I T Maratea Giugno 2002 117 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 18 E S Lee D L Dibartolomeo Application issues for large area electrochromie windows in commercial buildings Solar Energy Materials amp Solar Cells 71 2002 19 UNI EN 673 Determinazione della Trasmittanza Termica valore U Metodo di calcolo 2002 20 N Ba P Iacomuzzi G Rossi Considerazioni sui materiali traspa
120. ta P2 nel caso di trasmissione il provino bloccato come sopra si trova in P1 Il coperchio della sfera ha due posizioni specifiche D e S quando orientato in modo tale che la D sia vista dall alto la componente speculare della radiazione riflessa dal campione esclusa dalla luce che giunge al rilevatore In tal caso l angolo d incidenza tra il raggio e la normale alla superficie del campione di 90 il sistema misura cos soltanto riflessione diffusa Quando invece il coperchio della sfera orientato sulla S la componente speculare inclusa nella misurazione in questo caso l angolo di incidenza di 3 20 La procedura di installazione prevede il posizionamento della sfera all interno del vano portacampione dello spettrofotometro Viene poi eseguita la procedura di baseline facendo attenzione a chiudere la porta P2 con un tappo rivestito di colore bianco come tutta la parte interna della sfera 16 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti CAPITOLO 2 DESCRIZIONE E MESSA A PUNTO DELLA STRUMENTAZIONE SPETTROFOTOMETRICA PORTATILE E DEI RELATIVI ACCESSORI 2 1 Spettrofotometro portatile S 2000 2 1 1 Componenti principali Lo spettrofotometro portatile S 2000 prodotto dalla ditta Ocean Optics costituito dai seguenti componenti Fig 2 1 sorgente spettrofotometro fibre ottiche lenti personal computer Lo strumento consente di effettuare misure di riflessione e trasmission
121. te per la notevole riduzione della trasmittanza termica inserendo aerogel in intercapedine si riduce il coefficiente globale di trasmissione del calore di almeno il 38 fino a raggiungere il 60 In inverno questo significa che il calore scambiato tra l interno e l esterno si riduce di un uguale fattore consentendo cos un notevole risparmio energetico 70 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 2 5 0 5 FUEL 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 n campione Etv aerogd tv convenzion amp lg aerogg convenziondkJ aerog U convenzionale Fig 5 15 Confronto tra i campioni con aerogel e i relativi sistemi convenzionali 70 Otv Bg DU 60 50 D Riduzione w 20 4 B 3 4 5 6 7 8 9 10 11 n campione Fig 5 16 Fattore di riduzione dei parametri energetici e luminosi dovuto all inserimento di aerogel in intercapedine 71 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 5 7 Considerazioni conclusive Dalle analisi spettrofotometriche condotte sui campioni a disposizione si pu concludere che per i campioni con aerogel i valori di trasmissione luminosa sono compresi tra 0 04 e 0 61 mentre quelli del fattore solare tra 0 12 e 0 65 in funzione della natura delle lastre di contenimento del materi
122. tecnici per il campione VC3 in assenza e in presenza di pellicole a controllo solare 6 6 Considerazioni conclusive Le misure effettuate per la valutazione delle propriet ottiche di vetri con pellicole a controllo solare consentono di valutare l influenza sulle prestazioni energetiche e illuminotecniche di diversi parametri quali lo spessore del campione l angolo di incidenza ed il tipo di pellicola Per quanto concerne l influenza dell angolo di incidenza della radiazione si evidenzia che l andamento della trasmittanza presenta marcate differenze solo per angoli elevati a 70 80 la tipologia e lo spessore del campione di vetro sul quale applicata la pellicola comportano una modesta influenza sui valori delle grandezze misurate Inoltre le pellicole riflettenti blu ed argento presentano valori di trasmittanza nell intervallo dell infrarosso inferiori al 5 10 ma comportano anche una forte riduzione della trasmittanza nel visibile rispetto ad un vetro chiaro i valori dei fattori di riflessione visibile e solare sono dell ordine del 40 50 e la percentuale di radiazione riflessa nel campo del visibile supera il 60 con un conseguente effetto specchio Le pellicole sputtered evidenziano 86 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti invece un differente comportamento dovuto alla minore riflessione dell energia solare e della luce ottenendo cos una riduzione dell effetto specchio Ulteriori svi
123. to 23 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti problema applicata una piastrina sulla parte inferiore del portacampione dove appoggia un altra faccia del campione Per come si progettato il portacampione stata rispettata la condizione che le superfici del campione siano perfettamente perpendicolari al fascio luminoso Sul portacampione per consentirne lo spostamento verticale realizzata una scanalatura che si accoppia con un binario ricavato sulla colonnina Il movimento controllato dalla vite di manovra B che s inserisce all interno di un foro filettato realizzato sul portacampione stesso Anche per quest accoppiamento si scelto una tolleranza del tipo G7 h7 La colonnina ha la struttura a forma di C lungo il braccio inferiore per tutta la lunghezza realizzata una scanalatura da accoppiare al binario B della piastra mentre nella parte superiore in un foro di 12 mm di diametro alloggiata la vite di manovra C per controllare il movimento del portacampione Tale vite disposta verticalmente e per impedire che possa cadere per gravit il foro in cui viene inserita realizzato in forma conica Anche per questo pezzo necessaria una vite di manovra per garantire il movimento orizzontale e a tal fine realizzato un foro filettato di 10 mm di diametro dove inserire a vite B Le viti di manovra A e B sono del tutto simili e differiscono solo per le dimensioni entrambe presentano
124. tore di trasmissione di UV A conducibilit termica 2 sommatoria 115 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 116 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti BIBLIOGRAFIA 1 G Marchini Le vetrate dell Umbria CVMA Italia vol I Roma 1973 2 UNI 7885 Prove sul vetro Determinazione dei fattori di trasmissione dell energia solare 1978 3 R E Collins S J Robinson Evaluated glazing Solar Energy 47 1991 4 A Carpinteri Meccanica dei materiali e della frattura Pitagora 1992 5 E Castelnuovo Vetrate medievali Torino Einaudi 1994 6 D Festa E Guadagnino Propriet chimiche del vetro Parte I generalit Rivista Stazione Sperimentale del Vetro 1995 7 F Abbozzo Mariotto di Nardo e Bartolomeo di Pietro La vetrata absidale di S Domenico 1411 Storia e Conservazione in Il complesso di S Domenico a Perugia Atti del Convegno Perugia 19 21 ottobre 1995 pagg 63 66 8 P Polato Spettrofotometria UV VIS NIR applicata al vetro Rivista della Stazione Sperimentale del Vetro 1996 9 P Polato Misure spettrofotometriche errori sistematici e precauzioni Laboratorio 2000 1996 10 W J Plarzen B Karlsoon T Ojassen Task 18 Advanced Glazing and Associated Materials for Solar and Building Applications Ica Solar Heating and Cooling Programme 1996 11 Saint Gobain Manuale del vetro Sain
125. ttutto per i colori scuri blu rosso e verde scuro Se invece si effettua un analisi in termini relativi si evince che la trasmittanza media dei vetri di sostituzione ottocentesca maggiore di quella dei vetri originali le differenze in termini del fattore di trasmissione nel visibile 7 sono comprese nel range 57 97 per i campioni del v gt pannello A e sono dell ordine del 157 per i campioni del pannello C di colore arancione unico colore del quale esistono tessere sia quattrocentesche che ottocentesche Fanno eccezione le tessere ottocentesche di colore verde scuro del pannello B che paragonate con quelle quattrocentesche dello stesso colore rivelano una trasmissione inferiore del 26 ed i campioni decorati con la tecnica della grisaglia la trasmissione luminosa delle tessere ottocentesche risulta inferiore a quella delle tessere quattrocentesche in un range di valori compreso tra il 31 ed il 44 il confronto fra tessere quattrocentesche e ottocentesche appartenenti a pannelli diversi conferma che le differenze percentuali del coefficiente di trasmissione nel visibile sono comprese entro gli stessi range riscontrati nel confronto all interno di uno stesso pannello pertanto la diversa collocazione dei pannelli nell ambito del complesso della vetrata non ha influito sulle propriet spettrofotometriche Dall approfondita analisi spettrofotometrica condotta in situ sulle tessere vitree di tre pannel
126. uali deve essere posizionato il campione La radiazione emessa dalla sorgente attraversa il campione viene raccolta e inviata attraverso la fibra ottica allo spettrofotometro Nel caso di misure di riflessione invece si utilizza una unica fibra ottica che indirizza la radiazione emessa dalla sorgente al campione e successivamente riceve la quota parte di energia che stata riflessa dal campione stesso per inviarla allo spettrofotometro In questo caso la lente viene posta direttamente a contatto con il campione I risultati cos ottenuti sono poi visualizzati su un personal computer collegato allo strumento 2 1 2 Metodologia di misura Come gi spiegato in precedenza lo strumento in grado di misurare diverse grandezze in base al tipo di fibra ottica montata ed alla modalit di funzionamento scelta tramite il software inoltre in grado di determinare il colore di un oggetto facendo uso delle coordinate tricromatiche dello spazio CIELAB Una volta avviato il programma di controllo dello spettrofotometro si procede all assegnazione del nome all esperimento Prima di iniziare la misura necessario tarare lo strumento rispetto alle condizioni di illuminamento memorizzando i due riferimenti BIANCO e NERO Per fare ci si accende la sorgente dello strumento senza che sia presente il campione sul monitor del PC appare una curva spettrale rappresentante la quantit di radiazione che giunge al ricevitore se lo strumento va in sat
127. uali il monitoraggio delle condizioni termoigrometriche il controllo della qualit dell aria la simulazione delle condizioni di stress dovute a sollecitazioni termiche e l influenza dell invecchiamento sulle propriet spettrofotometriche di trasparenza e riflessione di vetri originali e impiegati per il restauro delle vetrate artistiche Nei paragrafi che seguono si vuole porre l attenzione proprio su questo ultimo aspetto 7 2 Misure spettrofotometriche su campioni di vetro nuovi e invecchiati con un processo accelerato in camera climatica Lo scopo dell indagine definire le propriet di trasparenza e riflessione di campioni di vetro colorato impiegati nel restauro di vetrate artistiche sia nuovi che sottoposti ad invecchiamento accelerato i risultati sono utilizzati per una serie di confronti con l obiettivo finale di valutare la correlazione esistente tra i processi di invecchiamento e tali propriet I campioni in numero di 10 sono diversi tra loro per colore tecnica di colorazione e spessore tab 7 1 la colorazione di 7 dei 10 campioni esaminati effettuata in pasta uno dei campioni il n 2 non presenta colorazione il 90 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti campione n 5 un vetro trasparente colorato in bagno ed infine il campione n 6 colorato sia in pasta sia superficialmente da un solo lato mediante la tecnica della grisaglia Ciascun vetro stato tagliato in due parti
128. ue ripetizioni per ogni singolo livello I valori della ripetibilit sono calcolati in base alla relazione 4 2 1 2Y r 4 2 r 7 Lr come media delle singole ripetibilit e sono di seguito riportati Planilux da 4 mm r 2 92 Eko Plus da 4 mm r 3 62 Cool Lite da 6 mm r 2 15 Per la definizione di ripetibilit ci significa che due misure consecutive condotte in maniera identica per esempio sul Planilux producono trasmittanze che differiscono in valore assoluto di una quantit inferiore a 2 92 con una probabilit pari al 95 I valori ottenuti sono piuttosto elevati ma ancora una volta ci dovuto alla forte instabilit dello strumento in corrispondenza dell estremo inferiore dell intervallo di misura 48 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti 4 6 3 Confronto tra le prestazioni dello spettrofotometro portatile S 2000 e quelle del Cary 2300 Per una caratterizzazione completa delle prestazioni dello spettrofotometro S 2000 si vogliono confrontare i risultati con quelli dello spettrofotometro da laboratorio Cary 2300 In tabella 4 9 si riportano i dati relativi all incertezza e nella 4 10 relativi alla ripetibilit VETRO INCERTEZZA Mobile Fisso Max 5 815673 Planilux 0 369528 Media 1 007674 Max 7 268126 Eko Plus 0 294522 Media 1 206755 Max 7 14717 Cool Lite 0 042279 Media 0 6570 Tab 4 10 Incertezza di misura dello spettrofotometri fisso e portatil
129. una delle quali stata sottoposta ad un processo di invecchiamento accelerato in camera climatica fig 7 1 Per la definizione del processo di invecchiamento si fatto riferimento alla normativa UNI 10593 2 che riguarda le vetrate isolanti per impieghi in edilizia tuttavia costituisce l unico riferimento che stato possibile reperire in materia Il ciclo ha la durata complessiva di 11 settimane e si compone di due parti un periodo di 28 giorni durante i quali si attuano n 56 cicli di 12 ore con temperature variabili tra 18 C e 53 C con gradiente di 14 C h e con umidit relativa superiore al 95 un periodo di 49 giorni a temperatura costante pari a 58 C e umidit relativa superiore al 95 Durante il ciclo stato effettuato il monitoraggio delle temperature superficiali dei vetri un esempio riportato in fig 7 2 N 1 viola S 2 71mm N 2 incolore S 2 71mm N 3 viola S 3 74 mm N 4 verde S 2 84 mm N 6 marrone S 1 96 mm N 9 ambra S 3 52 mm N 5 rosso S 2 65 mm N 10 viola S 2 38 mm Tab 7 1 Caratteristiche dei campioni di vetro esaminati 91 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Fig 7 1 Camera climatica impiegata per l invecchiamento dei campioni di vetro Temperatura C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 tempo ore Fig 7 2 Monitoraggio delle condizio
130. una parte liscia con un foro in cui inserire un perno per facilitare la manovra una parte filettata ed un altra parte liscia che va ad inserirsi nell appoggio fissato alla piastra con due viti Sull appoggio sono inserite le due viti di manovra A e B per fare da punto fisso per poter muovere i diversi pezzi La struttura costituita da quattro montanti verticali identici che fungono da sostegno per due aste orizzontali forate da disporre una sul fronte e una sul retro del pannello ad una certa distanza da esso e sulle quali alloggiare le lenti dello strumento Le aste possono traslare verticalmente e per l allineamento orizzontale dei fori esse sono collegate ai bracci tramite dei fori asolati in modo da permettere la traslazione orizzontale I fori sulle aste sono realizzati con un interasse di 3 5 cm e sono filettati per consentire l avvitamento delle lenti L asta orizzontale posteriore presenta una forma ad U e per limitare l inflessione verticale che avrebbe compromesso l allineamento dei fori stata costruita in alluminio mentre i montanti sono stati realizzati in tubolari di acciaio cavo ciascuna colonna alta complessivamente 3 5 m realizzata in due parti componibili tra loro con un sistema ad incastro Infine durante l esecuzione delle misure la messa in piano delle aste orizzontali stata controllata con l uso di livelle 24 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti CAPITOLO 3
131. ura senza posizionare il campione sulla torretta il raggio nell attraversamento delle due celle incontra soltanto l aria che rappresenta anche il materiale di riferimento utilizzato durante le prove Con tale procedura si registrano quindi le condizioni ambientali o meglio le propriet di trasmissione del materiale di riferimento in questo caso aria nelle condizioni termoigrometriche esistenti Poich i parametri ambientali possono variare di volta in volta necessario eseguire la baseline ogni volta che si accende lo strumento e quando si variano i parametri con cui si procede alle prove di misura 1 3 Costruzione e messa a punto di un accessorio per misure di incidenza non normale il goniometro La normativa che si occupa della caratterizzazione dei vetri impone che il fascio incida perpendicolarmente sul campione tuttavia al fine di caratterizzare in modo pi completo il materiale da esaminare interessante valutarne il comportamento anche nel caso di incidenze non normali A tal fine presso il Laboratorio stato progettato e realizzato un apposito supporto per lo strumento dotato di alloggiamenti su cui disporre due campioni perfettamente uguali dello stesso materiale figura 1 4 L analisi geometrica consente di dimostrare che inclinando il secondo campione dello stesso angolo con cui disposto il primo le due deviazioni dovute alla rifrazione del materiale sono uguali in modulo ma con direzioni contrarie cosi
132. urazione cio se l eccessiva potenza della radiazione della sorgente o particolari condizioni ambientali rendono impossibile la misura allora possibile utilizzare degli appositi filtri che non sono in dotazione allo strumento o semplicemente aumentare la distanza sorgente sensore Esiste anche la possibilit che al sensore non arrivi abbastanza potenza da dare un segnale di uscita in questo caso necessario avvicinare il sensore alla sorgente Una volta che sullo schermo stato visualizzato una spettro idoneo questo pu essere salvato come riferimento BIANCO per il calcolo della trasmittanza Come riferimento NERO invece sufficiente spegnere la sorgente mantenendo inalterata la posizione reciproca sorgente fibra ottica in modo che al sensore arrivi solo la radiazione esterna Una volta memorizzati i due riferimenti lo strumento in grado di fornire il valore della trasmittanza di un qualsiasi campione che venga inserito tra la sorgente e il sensore infatti non appena ci accade sullo schermo compare una 20 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti curva spettrale rappresentante la quota parte della radiazione emessa dalla sorgente che riuscita ad attraversare il campione Il valore della trasmittanza per ogni fissata lunghezza d onda calcolato secondo la seguente relazione TA campione 4 NERO 4 BIANCO A NERO A 2 1 dove lunghezza d onda campione va
133. vetrate antiche situate nelle Cattedrali di Arezzo e Cortona mentre altri sono nuovi comunemente impiegati negli interventi di restauro 96 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Sono quindi state misurate le propriet di trasparenza e riflessione di tali campioni mediante indagini spettrofotometriche al fine di effettuare un confronto tra campioni nuovi e antichi colorati a grisaglia o con altre tecniche e di valutare l influenza della tecnica di colorazione su tali propriet Degli otto campioni di vetro analizzati quattro sono nuovi n 1 2 3 4 e sono colorati sia in pasta sia con tecniche superficiali smalto velatura a smalto grisaglia mentre gli altri quattro n 5 6 7 8 sono antichi provengono dalle Cattedrali di Arezzo e Cortona e sono tutti decorati con la tecnica della grisaglia fig 7 6 Per ciascun campione sono identificate le due facce nel seguito denominate x lato decorazione e y altro lato N 3 i N 6 Fig 7 6 Campioni di vetro oggetto dello studio La colorazione a smalto consiste nell applicazione sul vetro di un pigmento di natura vetrosa colorato con ossidi metallici e riscaldato a bassa temperatura minore della temperatura di fusione del vetro al fine di fissarlo ad esso in modo 97 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti definitivo mentre la velatura a smalto consiste nell applicazione di uno strato trasparente di colore su un altro op
134. ze d onda la presenza di ioni di metalli di transizione Fe Co Ni Cu V Cr Mn rende il vetro colorato e fa s che l assorbimento riguardi le lunghezze d onda corrispondenti al colore complementare a quello ottenuto Nella tabella 4 1 si riportano i colori corrispondenti ai vari elementi che un vetro pu contenere ELEMENTO CHIMICO COLORE Titanio giallo Vanadio verde Cromo verde Manganese viola Ferro giallo verde blu verde Cobalto blu Nichel giallo marrone viola Rame verde blu Cerio Giallo marrone Praseodimio verde Neodimio viola rosso blu Samario giallo pallido Europio giallo scuro Terbio giallo molto pallido Olmio color pesca Erbio rosa Tulio verde Tab 4 1 Corrispondenza tra elementi chimici contenuti nel vetro e colori cui essi danno origine Quando la radiazione incide sul materiale in parte viene assorbita in parte riflessa ed in parte trasmessa perci anche la riflessione contribuisce alla diminuzione dell entit della radiazione trasmessa dal vetro per applicazioni specifiche auspicabile ottenere un elevato valore della riflessione e si parla allora di vetri riflettenti o semiriflettenti 34 Misure spettrofotometriche su materiali trasparenti Altre importanti propriet ottiche sono la rifrazione della luce e il fenomeno della dispersione la rifrazione consiste in un cambiamento di direzione di propagazione della radiazione a

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