Applicazione della procedura di calcolo del Carico Termico ... · PDF fileLa trasmittanza del...

Politecnico di Milano

Applicazione della procedura di calcolo del Carico Termico Invernale ed Estivo e

del Fabbisogno Energetico

Elaborato del corso di

Efficienza Energetica negli Edifici a.a. 2012-2013

Chiara Di Santis 783814 Viola Knisel 783233

Giulia Madoglio 783493

1

Sommario 1 INTRODUZIONE .......................................................................................................................................................... 2

2 DATI CLIMATICI ......................................................................................................................................................... 4

2.1 Temperatura ..................................................................................................................................................... 4

2.2 Irradiazione media mensile ............................................................................................................................... 6

3 CARATTERISTECHE DELL’INVOLUCRO ..................................................................................................................... 6

3.1 Calcolo delle trasmittanze degli elementi opachi ............................................................................................. 6

3.2 Trasmittanza attraverso il terreno .................................................................................................................... 7

3.3 Trasmittanza degli elementi trasparenti ........................................................................................................... 9

3.4 Ponti termici .................................................................................................................................................... 12

3.4.1 Angolo tra pareti perimetrali esterne..................................................................................................... 12

3.4.2 Angolo tra solaio e parete perimetrale .................................................................................................. 13

3.4.3 Intersezione tra parete perimetrale esterna e parete interna ............................................................... 13

3.4.4 Serramenti .............................................................................................................................................. 13

3.5 Caratteristiche termiche dinamiche: capacità areica effettiva ....................................................................... 14

4 PORTATE DI VENTILAZIONE .................................................................................................................................... 14

4.1 ZONA 1 – Ventilazione naturale ...................................................................................................................... 14

4.2 ZONA 2 – Ventilazione forzata ........................................................................................................................ 15

5 CARICHI TERMICI .................................................................................................................................................... 17

5.1 Carico termico sensibile invernale .................................................................................................................. 17

5.1.1 Superfici disperdenti............................................................................................................................... 17

5.1.2 Calcolo delle dispersioni per trasmissione ............................................................................................. 21

5.1.3 Calcolo delle dispersioni per ventilazione .............................................................................................. 24

5.1.4 Carico termico sensibile di progetto ....................................................................................................... 24

5.2 Carico termico sensibile estivo ........................................................................................................................ 25

5.2.1 Contributo dei componenti opachi: metodo della differenza di temperatura equivalente ................... 25

5.2.2 Contributo dei componenti vetrati: apporti solari interni ...................................................................... 29

5.2.3 Contributo dell’illuminazione, delle infiltrazioni e degli apporti gratuiti ............................................... 35

5.2.4 Carico termico sensibile estivo ............................................................................................................... 38

6 FABBISOGNO DI ENERGIA PRIMARIA .................................................................................................................... 39

6.1 Dispersioni ....................................................................................................................................................... 39

6.2 Guadagni interni .............................................................................................................................................. 43

6.3 Energia termica netta fornita .......................................................................................................................... 45

6.4 Energia termica richiesta dall’impianto .......................................................................................................... 48

6.5 Richiesta di energia del generatore ................................................................................................................ 49

2

1 INTRODUZIONE

Questo progetto è volto a presentare procedure di calcolo termico invernale ed estivo e del fabbisogno energetico di un edificio costituito da tre diverse zone in tre livelli:

- ZONA 1: locale ad uso residenziale - ZONA 2: locale adibito a laboratorio artigianale - ZONA 3: locale non climatizzato ad uso garage

3

ZONA 1 – Abitazione Regime invernale: Temperatura interna per il calcolo del fabbisogno energetico di riscaldamento: 20 °C Categoria : E.1(1) Edifici adibiti a residenza a carattere continuativo Apporti gratuiti interni : ap = 4 W/m2 di superficie calpestabile Tipo di terminali di erogazione: radiatori senza superficie riflettente sul lato interno Tipo di regolazione : regolazione di zona con regolatore on/off a differenziale senza controllo della

temperatura dell'acqua in uscita dalla caldaia, con ottimizzatore Regime estivo: Temperatura interna per il calcolo del fabbisogno energetico di raffrescamento: 26 °C Categoria : E.1(1) Edifici adibiti a residenza a carattere continuativo Apporti gratuiti interni : ap = 4 W/m2 di superficie calpestabile Tipo di terminali di erogazione: unità ventil-convettore di sistema multisplit Tipo di regolazione : on-off Esercizio impianto continuo : 24h su 24

Dati relativi ai ricambi d’aria effettivi: Ventilazione naturale Edificio non schermato rispetto al clima esterno Media permeabilità all'aria dei serramenti

ZONA 2 – Laboratorio artigianale Regime invernale: Temperatura interna per il calcolo del fabbisogno energetico di riscaldamento: 18 °C Categoria : E.8 Edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali Apporti gratuiti interni : ap = 2 W/m2 di superficie calpestabile Tipo di terminali di erogazione: convettori Tipo di regolazione : regolazione di zona con regolatore on/off a differenziale senza controllo della

temperatura dell'acqua in uscita dalla caldaia, con ottimizzatore

Regime estivo: Temperatura interna per il calcolo del fabbisogno energetico di raffrescamento: 26 °C Categoria : E.1(1) Edifici adibiti a residenza a carattere continuativo Apporti gratuiti interni : ap = 15 W/m2 di superficie calpestabile Tipo di terminali di erogazione: unità ventil-convettore di sistema multisplit Tipo di regolazione : on-off Esercizio impianto continuo : 24h su 24

Dati relativi al calcolo dei ricambi d’aria imposti dal sistema di ventilazione meccanica: Portata d’aria richiesta nel periodo d’occupazione: 50 m3/(h persona) Indice di affollamento dei: 10 persone/100 m2 Periodo d’occupazione giornaliero dei locali: toc = 10 h

4

2 DATI CLIMATICI

L’edificio è situato nel comune di Torino (latitudine 45, 12° , longitudine 7,72°) in fascia climatica E, caratterizzata da gradi giorno 2617.

I dati climatici a cui si è fatto riferimento sono riportati nella norma UNI 10349.

2.1 Temperatura

Riportiamo il profilo orario della temperatura nel giorno tipo del mese di luglio calcolata dalla formula:

𝜃(𝑡)=𝜃𝑀𝐴𝑋−𝐹(𝑡)Δ𝜃𝑎𝑒 [°𝐶]

Dove:

𝜃𝑀𝐴𝑋 è la temperatura massima giornaliera dell’aria esterna 𝐹(𝑡) è il fattore di distribuzione della temperatura Δ𝜃𝑎𝑒 è l’escursione giornaliera dell’aria esterna

Tae Month °C

January 0.4

February 3.2

March 8.2

April 12.7

Maggio 16.7

Giugno 21.1

Luglio 23.3

Agosto 22.6

Settembre 18.8

October 12.6

November 6.8

December 2

5

15

20

25

30

35

0 6 12 18 24

T_giornaliera

T_giornaliera

Tae(t)

Hour F(t) °C

1 0.87 20.9

2 0.92 20.4

3 0.96 19.9

4 0.99 19.6

5 1 19.5

6 0.98 19.7

7 0.93 20.3

8 0.84 21.3

9 0.71 22.7

10 0.56 24.3

11 0.39 26.2

12 0.23 28.0

13 0.11 29.3

14 0.03 30.2

15 0 30.5

16 0.03 30.2

17 0.1 29.4

18 0.21 28.2

19 0.34 26.8

20 0.47 25.3

21 0.58 24.1

22 0.68 23.0

23 0.76 22.1

24 0.82 21.5

6

2.2 Irradiazione media mensile

Si riporta la tabella con l’irradiazione media mensile ricavata dalla norma UNI 10349.

Hd Hb Hs He-o Hn Month MJ/m² MJ/m² MJ/m² MJ/m² MJ/m²

January 2.5 2.5 9 4.2 1.8 February 3.5 4.3 10.8 6.1 2.5

March 5 7.2 11.9 8.9 3.7 April 6.6 10.4 11.2 11.7 5.5

Maggio 7.9 11.7 9.8 11.9 7.6 Giugno 8.3 13.2 9.5 13.9 9.1 Luglio 7.6 15.9 10.6 15.4 9.1 Agosto 7 11.5 10.7 12.5 6.3

Settembre 5.6 7.9 11.2 9.6 4.2 October 4 5.3 11.6 7.1 2.9

November 2.7 2.8 9.2 4.4 1.9 December 2.1 2.6 9.6 4 1.5

3 CARATTERISTECHE DELL’INVOLUCRO

Per tutte le proprietà fisiche dei materiali da costruzione si è fatto riferimento alla UNI 10351. Per la stratigrafia si rimanda al testo del progetto.

3.1 Calcolo delle trasmittanze degli elementi opachi

Per il calcolo delle trasmittanze degli elementi opachi si è fatto riferimento alla UNI EN ISO 6946, secondo la formula:

In cui: - U è la trasmittanza, in W/m2K - he e hi sono i coefficienti di scambio termico convettivo radiativo (sulla superficie esterna e quella

interna), in W/ m2K - si è lo spessore dello strato i-esimo, in m - λi è la conduttività dello strato i-esimo, in W/mK

Si è considerato un coefficiente di scambio termico convettivo per le pareti verticali pari a:

- hest = 25 W/m2K per l’esterno - hint = 7,7 W/m2K per l’interno

i

N

iiie

T

hshU

/1/1

1

1

7

mentre per il soffitto e pavimento si è fatto riferimento alla norma sopra citata e si sono utilizzati i valori di resistenze della seguente tabella:

Riportiamo in tabella le trasmittanze calcolate per gli elementi dell’edificio:

code component description

U [W/m²K]

S01 Perimetral wall 0.609

S02 Ceiling 1.675

S02 bis Floor 1.357

S03 External door 0.807

S04 Intenal wall 2.238

S05 Car box Door 5.886

S05 Basament wall 1.253

S10 Basament floor 1.255

3.2 Trasmittanza attraverso il terreno

Consideriamo un isolamento orizzontale di bordo con le seguenti caratteristiche: dis = 5 cm D=50 cm λis = 0.042 W/mK

Legenda: 1 Floor, 2 Horizontal perimetral insulation, 3 Basement wall

La trasmittanza del pavimento è stata calcolata secondo la norma EN ISO 13370, tramite la formula:

8

dove:

con:

- 𝑈0 trasmittanza complessiva del basamento [𝑊/𝑚2𝐾] - 𝐵′ lunghezza caratteristica del pavimento, [𝑚] - 𝐴 è l’area del pavimento [𝑚2] - 𝑃 è il perimetro del pavimento [𝑚] - 𝑑𝑡 è lo spessore equivalente [𝑚] - 𝑤 è lo spessore delle mura perimetrali [𝑚] - λ è la resistenza del terreno [𝑊/𝑚𝐾] - 𝑅𝑠𝑒,𝑅𝑠𝑖,𝑅𝑝 sono la resistenza termica convettiva esterna, interna e conduttiva del pavimento [𝑚2/𝐾𝑊]

I valori determinati vengono riassunti nella seguente tabella:

A 64.86 m²

P 32.6 m

w 0.3 m

λ 2 W/m K

dt 1.894 m

B' 3.979 m

U0 0.564 W/m²K

-0.0795 W/mK

U 0.52 W/m²K

9

3.3 Trasmittanza degli elementi trasparenti

Le caratteristiche geometriche degli elementi finestrati sono:

Per il calcolo di parametri relativi all’elemento finestrato, abbiamo fatto riferimento alla norma UNI 10351. In particolare è stato considerato un elemento con:

- Vetro da finestre (s=4 mm) - Intercapedine d’aria con superficie non trattata (d=9 mm) - Telaio con distanziatore in acciaio - Telaio in legno di abete con flusso perpendicolare alle fibre

Per la determinazione della trasmittanza dei componenti vetrati sono state utilizzate le indicazioni fornite dalla norma UNI 10077, in cui viene definita dalla formula:

- 𝐴𝑓 è l’area del telaio - 𝐴𝑔 è l’area del vetro - 𝐿𝑔 è il perimetro del vetro - 𝑈𝑓 e 𝑈𝑔 sono la trasmittanza del telaio e del vetro - 𝜓𝑔 è la trasmittanza termica lineare relativa al distanziatore posto tra le lastre di vetro

La trasmittanza del vetro, 𝑈𝑔 è stata calcolata con la seguente formula:

dove:

- 𝑠𝑖 è lo spessore della singola lastra di vetro - 𝜆𝑖 è la conduttività della singola lastra di vetro - 𝑛𝑠 è il numero di lastre - 𝑅𝑔𝑎𝑝 è la resistenza termica dell’intercapedine

10

per il valore di 𝑅𝑔𝑎𝑝 si è utilizzato quello riportato dalla normativa nel prospetto C.1:

La trasmittanza del telaio è stata determinata dalla norma UNI 10077:

In cui: - Y è la trasmittanza del telaio - X è lo spessore del telaio In particolare, è stata utilizzata la curva 2, che vale per legno morbido con il 12% di umidità, avente una conduttività di 0.13𝑊/𝑚𝐾. Il valore di 𝜓𝑔 è ricavato dal prospetto E.1:

11

L’elemento finestrato presenta anche delle tapparelle in legno con bassa permeabilità all’aria che vengono mantenute alzate per un tempo di 12 h al giorno. Per tenere in considerazione questo aspetto si è calcolato una trasmittanza media giornaliera della finestra:

con:

- 𝑡𝑐𝑠ℎ è il tempo in cui la tapparella è alzata - 𝑈𝑤,𝑠ℎ è la trasmittanza del serramento con tapparella alzata - Δ𝑅𝑠ℎ è l’aumento di resistenza termica che si ha per effetto della tapparella ed è stata determinata dal

prospetto G.2

12

Riassumendo, abbiamo ricavato: Ug 3.013 W/m²K Uw 3.208 W/m²K Uw,sh 1.635 W/m²K

Ūw 2.421 W/m²K

3.4 Ponti termici

In particolari punti dell’involucro edilizio -pareti concorrenti in uno spigolo, presenza di materiali differenti, di serramenti, ecc..- cade l’ipotesi di monodimensionalità del campo termico. In tali punti va considerato pertanto, l’incremento del flusso termico che deriva dalla multidimensionalità del campo stesso. Per fare ciò si corregge la trasmittanza termica con appositi coefficienti di trasmissione lineica che verranno moltiplicati per la lunghezza del ponte termico considerato, secondo la formula seguente:

con:

- (op,i - op,e) differenza tra temperatura di progetto interna ed esterna 𝐶

- Ui trasmittanza termica dell’elemento di parete [

]

- Ai superficie interna dell’elemento i-esimo della parete 𝑚

- j trasmittanza lineare del ponte termico j-esimo [

]

- l lunghezza del ponte termico j-esimo 𝑚

Per la determinazione dei coefficienti di trasmissione lineica [

] dei ponti termici si è fatto riferimento

alla norma UNI EN ISO 14683. La scelta è stata guidata dai dati di progetto in possesso in particolare dalla stratigrafia delle pareti. Per la determinazione di ciascun coefficiente si è fatto riferimento alle misure interne.

3.4.1 Angolo tra pareti perimetrali esterne

13

3.4.2 Angolo tra solaio e parete perimetrale

3.4.3 Intersezione tra parete perimetrale esterna e parete interna

3.4.4 Serramenti

14

3.5 Caratteristiche termiche dinamiche: capacità areica effettiva

Per il calcolo della capacità termica areica effettiva, la quale interverrà nel calcolo del carico termico estivo ed altresì nel fabbisogno, si è fatto riferimento alla metodologia della matrice di trasferimento illustrata nella normativa UNI EN ISO 13786. Per brevità, non verranno riportate le formule alla base della teoria né le matrici di trasferimento associate ad ogni elemento dell’edificio, ma solo i risultati dell’applicazione del metodo.

code component description

Ca,eff [J/m²K] Ca[J/m²K]

S01 Perimetral wall 74515.6 261867.2

S02 Ceiling 88177.3 273126.4

S02 bis Floor 48521.7 273126.4

S03 External door 9731.4 18410.0

S04 Intenal wall 25681.0 53776.8

S05 Car box Door 2476.9 3240.0

S05 Basament wall 69107.5 321360.0

S10 Basament floor 75743.1 329240.0

4 PORTATE DI VENTILAZIONE

Per calcolare le portate d’aria che entrano nell’ambiente per infiltrazione o ventilazione meccanica. Nell’abitazione (zona 1) abbiamo solo ventilazione naturale, mentre nel laboratorio artigianale abbiamo un sistema di ventilazione meccanica

4.1 ZONA 1 – Ventilazione naturale

Facciamo riferimento alla norma UNI EN 13789 Appendice C. Nel caso di ventilazione naturale, la portata viene determinata attraverso una stima di un valore n di ricambio d’aria che stima i volumi ora di ricambio d’aria in funzione della schermatura e permeabilità dell’edificio.

15

Nel nostro caso, edificio non schermato rispetto al clima esterno e media permeabilità all’aria dei serramenti, scegliamo n=0,8 e calcoliamo la portata di ventilazione naturale media Vave=n*V, dove V è il volume della zona 1.

4.2 ZONA 2 – Ventilazione forzata

La zona 2 ha dei ricambi d’aria imposti da un sistema di ventilazione meccanica, che impone una portata di 50 m^3/h per persona nel periodo di occupazione. Dai dati di progetto conosciamo l’indice di affollamento dei locali, di 0.1 persone/m^2. La zona 2 è occupata per 10 h/giorno. Facciamo sempre riferimento alla norma UNI EN 13789 appendice C.

La portata d’aria con il sistema di ventilazione attivo si calcola con la seguente formula:

V’=V’f+Vx

Dove:

- V’f portata d’aria media attraverso i ventilatori dell’impianto quando in azione - V’x portata d’aria aggiuntiva con i ventilatori in azione, dovuto agli effetti del vento

Nel nostro caso calcoliamo V’f in base ai dati di progetto, come

V’f = ia * φ * A

Dove:

- ia indice di occupazione media del locale - A area del locale - φ richiesta di portata per persona

mentre Vx si calcola come

𝑛 𝑒

𝑓𝑒 [

𝑛 ]

Dove:

- V è il volume ventilato, nel nostro caso il volume della zona 2 - n50 è il ricambio d’aria causato da una differenza di pressione di 50 Pa - e, f sono coefficienti di schermatura - V1 è la portata di mandata, nel nostro caso pari a V’f - V2 è la portata di estrazione, nel nostro caso nulla

16

Il coefficiente n50 è stato ricavato dal prospetto C.1 in conformità con i dati di progetto:

I coefficienti f ed e sono stati ricavati dal prospetto C.4 della normativa sopra citata:

Dato che il sistema di ventilazione è attivo per 10 h al giorno, pari al periodo di occupazione del locale, troviamo la portata d’aria media giornaliera attraverso la media pesata sulle ore di occupazione, cioè grazie alla formula:

V’ave = (1-β)*(V’0+V’x)+ β*(V’f + Vx)

Dove

- β è il coefficiente che tiene conto delle ore di funzionamento del sistema di ventilazione. (=toc/24) - V’0 è la portata relativa alla ventilazione naturale - V’f è la portata relativa alla ventilazione meccanica - V’x è la portata relativa alle infiltrazioni quando la ventilazione meccanica è spenta - Vx è la portata relativa alle infiltrazioni quando la ventilazione meccanica è accesa

Si ottengono i seguenti valori:

V'x = 60.8 m³/h

V0 = 0 m³/h

V x = 5.3 m³/h

17

5 CARICHI TERMICI Si è fatto riferimento alla norma UNI EN 12831 per il calcolo del carico termico invernale e al metodo Carrier-Pizzetti per il carico termico estivo.

5.1 Carico termico sensibile invernale

Per il calcolo del carico termico invernale si considerano le condizioni più gravose.

- il giorno più freddo (condizioni di progetto) - assenza di radiazione - assenza di apporti interni legati a persone e cose

Il calcolo viene effettuato sotto l’ipotesi di problema stazionario.

5.1.1 Superfici disperdenti

Nelle tabelle seguenti sono raccolte tutte le informazioni riguardo le superfici disperdenti, suddivise per zona. Esse comprendono:

- aree degli elementi formanti l’involucro - lunghezze e coefficienti di dispersione lineare dei ponti termici - prodotti 𝐴∙𝑈 per ogni singolo elemento - capacità termiche effettive degli elementi

Zone Ventilation type: n V V' pick V' av e bv e,k

1/h m³ m³/h m³/h -

1 Natural ventilation, not sheltered location, medium window pemiability 0.8 175.12 140.10 140.10 1

- Only air infiltration, not sheltered location, medium window pemiability 1

2 - Mech. ventilation: occ.index. 10 x A/100 0.32 x rel.mass flow rate (m³/h pers) 50 160.77 1

Total volumetric ventilation flow due to a daily average occupancy of 10 hours 104.64 1

18

ZONA 1

Elements Total surface

m² m² m² m² m²

S W N E Horiz.

upper floor / ceiling 64.86 64.86

perimetral walls 20.48 16.23 22.98 16.23 75.92

external door 2.5 2.50

windows 2.4 2.4 2.4 2.4 9.60

lower floor on Zone 2 32.43 32.43

lower floor on Zone 3 32.43 32.43

TOTAL BY EXPOSITIONS 25.38 18.63 25.38 18.63 129.72 217.74

Surfaces area by exposition

Elements (AU) (AU) (AU) (AU) (AU)

W/K W/K W/K W/K W/K

S W N E Horiz.

upper floor / ceiling 108.62

perimetral walls 12.47 9.88 14.00 9.88

external door 2.02

windows 5.81 5.81 5.81 5.81

lower floor on Zone 2 43.99

lower floor on Zone 3 43.99

TOTAL BY EXPOSITIONS 20.30 15.70 19.81 15.70 196.61

Elements *l *l *l *l *l

W/K W/K W/K W/K W/K

S W N E Horiz.

upper floor / ceiling


external door

windows

lower floor on Zone 2

lower floor on Zone 3

TOTAL BY EXPOSITIONS 8.73 6.48 8.73 6.48

19

ZONA 2

Elements

m² m² m² m²

S W N E Horiz.


perimetral walls 8.882 16.23 11.382

internal walls 18.63

external door 2.5

windows 1.2 2.4 1.2

floor on ground 32.154




W/K W/K W/K W/K W/K

S W N E Horiz.




external door 2.018

windows 2.906 5.812 2.906




W/K W/K W/K W/K W/K

S W N E Horiz.

upper floor / ceiling


internal walls

external door

windows

floor on ground

TOTAL BY EXPOSITIONS 4.3965 6.48 4.3965 6.48

20

ZONA 3

Elements

m² m² m² m²

S W N E Horiz.




external door 12.5

windows





W/K W/K W/K W/K W/K

S W N E Horiz.


perimetral walls 0.54

internal walls 0.27

external door

windows

floor on ground

TOTAL BY EXPOSITIONS 0.27 0.54 14.67


W/K W/K W/K W/K W/K

S W N E Horiz.


perimetral walls 7.662916 0 7.662916 3.733403


external door 73.5773

windows



21

5.1.2 Calcolo delle dispersioni per trasmissione

Una zona termica disperde, in periodo invernale, sia verso l’esterno sia verso altri ambienti dell’edificio a temperatura minore. Nel nostro caso, in particolare, la zona 1 disperde verso la zona 2 (che si trova a 18°C), verso la zona 3 ( non riscaldata) e verso l’esterno. La potenza trasmessa dall’involucro verso l’esterno, dovuta solamente ad una differenza di temperatura, viene calcolata, per ogni ambiente riscaldato, come:

in cui:

- 𝑛 , numero di esposizioni - (𝐴𝑈)𝑒𝑥𝑝,𝑖 ,(𝜓𝐿)𝑒𝑥𝑝,𝑖, prodotti 𝐴∙𝑈 e 𝜓∙𝐿 aggregati per esposizione - 𝜙𝑇,𝑖𝑒, potenza dispersa per trasmissione dall’involucro verso l’esterno - 𝑒𝑖,𝑒𝑘, coefficienti correttivi per l’esposizione - Δ𝜃𝑖𝑒, differenza di temperatura di progetto tra interno ed esterno - 𝐻𝑇,𝑖𝑒, coefficiente di dispersione termica interno-esterno

I coefficienti correttivi per esposizione sono riportati nel prospetto NA.3 a:

La potenza trasmessa da un ambiente riscaldato verso una zona non climatizzata è pari, per un singolo ambiente adiacente a tale zona, a:

in cui:

- 𝑛 , numero di superfici in comune con l’ambiente non riscaldato - 𝑚, numero di ponti termici - 𝜙𝑇,𝑖𝑢𝑒, potenza dispersa per trasmissione verso la zona non climatizzata - Δ𝜃𝑖𝑢, differenza di temperatura di progetto tra ambiente interno e zona non riscaldata

22

Poiché Δ𝜃𝑖𝑢𝑒 non è nota, può essere trovata grazie al seguente schema elettrico associato:

Dallo schema si ricava:

In cui:

Dove:

- 𝑛1,numero di elementi della zona 1 in comune con la zona non riscaldata - 𝑛2,numero di elementi della zona 2 in comune con la zona non riscaldata - 𝑛3, numero di elementi della zona non climatizzata a contatto con l’esterno - 𝐻𝑥,𝑈, coeff. di dispersione termica della zona x verso la zona non riscaldata [𝑊/𝐾] - 𝐻𝑈𝐸, coeff. di dispersione termica della zona non climatizzata verso l’esterno [𝑊/𝐾]

23

Si ottiene:

𝐻 𝑊 𝐾

𝑇 𝐶

La potenza trasmessa da un ambiente riscaldato verso un altro che si trova a temperatura significativamente diversa vale:

dove:

- 𝑛 , numero di superfici in comune con l’altro ambiente - 𝑚, numero di ponti termici - 𝜙𝑇,𝑖𝑗, potenza dispersa per trasmissione verso l’altra zona - Δ𝜃𝑖𝑗, differenza di temperatura di progetto tra gli ambienti

Quindi, la potenza complessivamente dispersa per trasmissione da un generico ambiente 𝑖 vale:

e la potenza dispersa per trasmissione dall’intera struttura presa in esame è:

Di seguito vengono riportate le tabelle utilizzate per il calcolo delle dispersioni per trasmissione:

La potenza termica persa per trasmissione attraverso l’involucro risulta:

𝑊

ZONE Bas. Floor S W N E Ceiling with1 1 1.1 1.2 1.15 1 UCZ

Wall/Floor Heat Transfer Coef. 43.99 12.5 9.9 14.0 9.9 108.6 44.0 W/KThermal Bridge H.T.Coef. 8.7 6.5 8.7 6.5 W/K

1 Windows Heat Transfer Coef. 7.7 7.7 7.7 7.7 W/KThermal Bridge H.T.Coef. 0.0 0.0 0.0 0.0 W/K

Doors Heat Transfer Coef. 2.0 0.0 0.0 0.0 W/KThermal Bridge H.T.Coef. 0.0 0.0 0.0 0.0 W/KTemperature Difference 0 28 28 28 28 0 16.2 KTramission Heat Flux 0.0 865.8 741.2 1022.3 774.9 0.0 710.7 WWall/Floor Heat Transfer Coef. 16.8 5.4 9.9 6.9 0.0 53.8 41.7 W/KThermal Bridge H.T.Coef. 4.4 6.5 4.4 6.5 W/K

2 Windows Heat Transfer Coef. 3.8 7.7 3.8 0.0 W/KThermal Bridge H.T.Coef. 0.0 0.0 0.0 0.0 W/K

Doors Heat Transfer Coef. 2.0 0.0 0.0 0.0 W/KThermal Bridge H.T.Coef. 0.0 0.0 0.0 0.0 W/KTemperature Difference 26 26 26 26 26 -2 14.2 KTramission Heat Flux 437.8 407.5 688.2 473.6 193.8 -107.7 590.1 W

e

24

5.1.3 Calcolo delle dispersioni per ventilazione

Le perdite per ventilazione del generico ambiente 𝑖 sono calcolabili tramite la seguente formula:

Con:

- 𝜌𝑎, densità dell’aria - 𝑐𝑝,𝑎, calore specifico a pressione costante dell’aria - 𝚤 , portata di ventilazione della zona 𝑖 - Δ𝜃𝑖𝑒, differenza di temperatura di progetto interno- esterno - kveb , , fattore di correzione della temperatura, pari a 1 per l’ assenza di unità di trattamento aria

Le perdite per ventilazione dell’intero edificio vengono ovviamente calcolate come:

Si ottiene:

𝑊

5.1.4 Carico termico sensibile di progetto

Note le dispersioni per trasmissione attraverso l’involucro e note le dispersioni per ventilazione il carico termico si calcola:

𝑊 𝑊 𝑊

des,des,p 33.0c

kkkve

kkkveaVent VbVbΦ ��

,,

,,,,

edesides

kinveideskveb

25

5.2 Carico termico sensibile estivo

Il carico termico estivo viene effettuato considerando le condizioni più gravose:

- giorno più caldo ( profilo orario di temperatura relativo al 21 luglio) - radiazione solare non nulla e variabile - apporti interni legati alla presenza di persone e cose non nulli

Le componenti che determinano il carico estivo sono cinque:

- la potenza scambiata dalle componenti opache per effetto della differenza di temperatura tra interno ed esterno, incrementata dall’effetto della radiazione solare assorbita dalle loro superfici esterne

- la radiazione solare che, attraversando i componenti trasparenti dell’involucro, viene assorbita dalle superfici opache interne

- la potenza scambiata dalle componenti vetrate per effetto della differenza di temperatura tra interno ed esterno

- la radiazione assorbita dalle superfici opache interne emessa dai dispositivi di illuminazione - gli apporti di calore dovute a cose e persone

Una volta stimate, con precisione oraria, ciascuna delle componenti, si può procedere alla determinazione del carico di progetto.

5.2.1 Contributo dei componenti opachi: metodo della differenza di temperatura equivalente

Nel caso estivo la potenza scambiata attraverso l’involucro deve tenere conte anche della radiazione solare incidente sulle superfici opache. Il metodo Carrier-Pizzetti ingloba l’effetto dell’irraggiamento sulle superfici opache calcolando il flusso termico utilizzando un delta di temperatura equivalente i cui valori sono tabulati ora per ora per il giorno 21 luglio (giorno più caldo), per una latitudine di 40°N, per un’assorbanza della superficie s pari a 0,9. Inoltre questo valore si riferisce ad un’escursione giornaliera di 11°C e ad una differenza di temperatura di progetto tra interno ed esterno di 8°C. Il valore fornito di Δ𝜃𝑒𝑞 va però adattato al caso in esame, correggendolo in funzione dei valori reali delle condizioni precedenti. Perciò, nel metodo si definisce il Δ𝜃𝑒𝑞,𝑐𝑜𝑟𝑟 per la generica esposizione 𝑥 come:

Dove

- Δ𝜃T𝑐𝑜𝑟𝑟, correzione per la differente escursione termica - Δ𝜃eq,shodowed , relativo all’esposizione ‘ombreggiata’, ovvero Nord - Δ𝜃eq,actualexp , relativo all’esposizione effettiva - (𝜏𝐺𝑚𝑎𝑥)𝑒𝑓𝑓 è la radiazione massima (ovvero nel mese di luglio) che nel caso studiato è trasmessa dal

vetro semplice - (𝜏𝐺𝑚𝑎𝑥)𝑟𝑒𝑓 è la radiazione che è trasmessa dal vetro semplice nel caso di riferimento

,. ,,,

,,,. ,

shadowedeqposexactualeq

ref

actMAX

RifTsgT

MAXeffTsgT

shadowedeqcorrTcorreqG

G

26

- 𝛼𝑒𝑓𝑓 è il coefficiente di assorbimento della superficie in esame - 𝛼𝑟𝑒𝑓 è il coefficiente di assorbimento della superficie di riferimento

In particolare i Δ𝜃eq,actualexp si leggono in funzione della massa areica delle pareti perimetrali e dell’esposizione per ogni ora del giorno secondo la tabella riportata sul manuale.

Δ𝜃T𝑐𝑜𝑟𝑟 , che tiene conto della diversa escursione termica giornaliera e del diverso T interno-esterno, è ricavato anch’esso dal manuale.

Il flusso termico attraverso i componenti opachi si calcola con la seguente formula:

Vengono riportati i dati utilizzati per il calcolo del flusso attraverso le pareti opache.

27

ZONA 1

Si ottiene:

Mf [kg/m²] U wall [W/K m²] ef f /ref tae [°C] Te-i [°C] e,MAX [°C]311.08 0.609038019 0.56 11 4.5 -3.5

277.03 515.18 515.18 45.33 698.15

[vs Geff MAX]/[vs G MAX(40°,July)] 1.27 1.00 1.00 0.97 0.95

Massima radiazione trasmessa dal vetro semplice a 45,12° N [W/m2 ]

Solar eq corr. S

HOUR °C f eq

h S E W N W1 -2.70 -2.09 -1.76 -2.70 -109.502 -3.30 -2.69 -2.36 -3.30 -137.253 -3.45 -3.52 -2.91 -3.80 -159.794 -3.95 -3.75 -3.14 -4.30 -177.435 -4.48 -4.29 -3.68 -4.90 -203.196 -4.62 -4.79 -3.90 -5.40 -219.167 -5.40 -4.79 -4.24 -5.40 -232.158 -6.00 -4.78 -4.78 -6.00 -253.329 -5.40 1.92 -4.51 -5.40 -168.60

10 -4.90 4.97 -4.29 -4.90 -123.0211 -1.19 5.51 -3.41 -4.30 -54.2412 0.94 5.73 -2.58 -3.80 -10.2813 4.52 2.73 -0.93 -2.20 43.4914 6.65 1.94 0.77 -0.50 102.7415 7.35 2.20 4.03 0.70 163.0016 8.03 2.41 6.68 1.80 215.1417 7.04 2.91 9.39 2.30 241.6418 6.01 3.45 11.49 2.90 263.3319 4.10 3.18 11.82 2.90 240.0420 2.90 2.90 10.27 2.90 206.9621 1.80 2.08 7.29 1.80 140.2122 0.70 1.31 3.08 0.70 61.9523 -0.50 0.17 0.77 -0.50 -3.9424 -1.60 -1.27 -0.99 -1.60 -64.67

28

ZONA 2

Mf [kg/m²] U wall [W/K m²]ef f /ref tae [°C] Te-i [°C] e,MAX [°C]311.08 0.609038 0.56 11 4.5 -3.5

277.03 515.18 515.18 45.33 698.15

[vs Geff MAX]/[vs G MAX(40°,July)] 1.27 1.00 1.00 0.97 0.95

Massima radiazione trasmessa dal vetro semplice a 45,12° N [W/m2 ]

Solar eq corr. S

HOUR °C f eq

h S E W N W1 -2.70 -2.09 -1.76 -2.70 -50.702 -3.30 -2.69 -2.36 -3.30 -64.033 -3.45 -3.52 -2.91 -3.80 -73.784 -3.95 -3.75 -3.14 -4.30 -82.155 -4.48 -4.29 -3.68 -4.90 -94.566 -4.62 -4.79 -3.90 -5.40 -101.027 -5.40 -4.79 -4.24 -5.40 -108.528 -6.00 -4.78 -4.78 -6.00 -121.309 -5.40 1.92 -4.51 -5.40 -111.26

10 -4.90 4.97 -4.29 -4.90 -102.8811 -1.19 5.51 -3.41 -4.30 -69.9612 0.94 5.73 -2.58 -3.80 -46.7613 4.52 2.73 -0.93 -2.20 0.0714 6.65 1.94 0.77 -0.50 40.1515 7.35 2.20 4.03 0.70 84.4216 8.03 2.41 6.68 1.80 121.9117 7.04 2.91 9.39 2.30 146.9018 6.01 3.45 11.49 2.90 166.2219 4.10 3.18 11.82 2.90 159.1720 2.90 2.90 10.27 2.90 137.3221 1.80 2.08 7.29 1.80 94.2522 0.70 1.31 3.08 0.70 39.1223 -0.50 0.17 0.77 -0.50 1.4924 -1.60 -1.27 -0.99 -1.60 -29.54

29

Riportiamo il grafico del flusso termico attraverso i componenti opachi al variare delle ore del giorno:

5.2.2 Contributo dei componenti vetrati: apporti solari interni

Nel considerare i componenti finestrati per determinare il carico termico dobbiamo considerare gli scambi per trasmissione e l’assorbimento della radiazione solare da parte delle superfici opache interne. Il primo apporto è calcolato dalla formula seguente:

il carico dovuto all’assorbimento della radiazione da parte delle superfici interne è dato da:

dove:

- 𝜙𝑆𝐼,𝑒, apporto solare interno per l’esposizione 𝑒 - 𝑄 𝑆𝐼, apporto solare interno totale - 𝐴𝑒, area dei serramenti aventi esposizione 𝑒 - 𝐹𝑓, fattore di riduzione dell’area trasparente a causa del telaio, rapporto tra l’area di quest’ultimo e

l’area totale del serramento - 𝐹𝑠ℎ,𝑔 e 𝐹𝑠ℎ,𝑜, fattori di ombreggiamento a causa di ostruzioni

-300

-200

-100

00

100

200

300

0 5 10 15 20 25 30

FLUSSI TERMICI ZONA2

FLUSSO TERMICO ZONA 1

Ne

eiopeaeWeWT tUAΦ

W1

,,, )(

)()1()(1

,,,1

tFASCGgFFFAΦtFAQ e

Ne

e

MAXeTsgToshgshfe

Ne

e

MAXSIeSI e

�

30

- 𝑆𝐶, shading coefficient, ovvero il rapporto tra la trasmittanza solare totale del vetro in esame e quella del vetro di riferimento (semplice)

- 𝐹𝐴(𝑡), fattore di accumulo

Il termine sicuramente più complesso è il fattore di accumulo: viene utilizzato nella formula per introdurre il corretto sfasamento e smorzamento tra assorbimento della radiazione solare e riemissione, oltre che per tenere conto delle caratteristiche capacitive delle strutture edilizie più massive. Il fattore di accumulo è dato dal manuale in funzione dell’ora del giorno, dell’esposizione e di una massa areica; tale parametro è calcolato diversamente a seconda della tipologia di ambiente (una esposizione, due o più esposizioni, a piano terra) ma è in generale il rapporto tra il peso delle pareti e l’area del pavimento:

floor

All

jjfa AMM

components

1,jA

31

ZONA 1

Le tabelle che seguono raccolgono tutti i dati per la determinazione di 𝑄𝑆𝐼 :

gsg 0.85 SC 0.882 Fsh,g 0.80 M*zone 681 kg/m2

gactual 0.75 FF 0.267 Fsh,o 1 SAwUw 23.25 W/K

Storage Load Factor fSIMAX W/m2

TIME S E W N S E W N Q'SI

h FA FA FA FA W1 0.1 0.05 0.11 0.15 14.3 13.3 29.3 3.5 145.32 0.09 0.05 0.1 0.14 12.9 13.3 26.7 3.3 134.93 0.08 0.05 0.09 0.12 11.5 13.3 24.0 2.8 123.94 0.07 0.04 0.08 0.11 10.0 10.7 21.3 2.6 107.15 0.07 0.04 0.07 0.1 10.0 10.7 18.7 2.3 100.16 0.06 0.39 0.08 0.08 8.6 104.0 21.3 1.9 326.07 0.06 0.56 0.09 0.37 8.6 149.3 24.0 8.7 457.58 0.23 0.62 0.09 0.67 33.0 165.3 24.0 15.7 571.39 0.38 0.59 0.1 0.71 54.5 157.3 26.7 16.7 612.410 0.51 0.49 0.1 0.74 73.1 130.7 26.7 17.4 594.811 0.6 0.33 0.1 0.76 86.0 88.0 26.7 17.8 524.512 0.66 0.23 0.1 0.79 94.6 61.3 26.7 18.5 482.813 0.67 0.21 0.18 0.81 96.1 56.0 48.0 19.0 525.814 0.64 0.2 0.36 0.83 91.8 53.3 96.0 19.5 625.415 0.59 0.18 0.52 0.84 84.6 48.0 138.7 19.7 698.416 0.42 0.17 0.63 0.86 60.2 45.3 168.0 20.2 705.017 0.24 0.15 0.65 0.87 34.4 40.0 173.3 20.4 643.618 0.22 0.12 0.55 0.88 31.5 32.0 146.7 20.6 554.119 0.19 0.1 0.22 0.29 27.2 26.7 58.7 6.8 286.520 0.17 0.09 0.19 0.26 24.4 24.0 50.7 6.1 252.421 0.15 0.08 0.17 0.23 21.5 21.3 45.3 5.4 224.622 0.13 0.08 0.15 0.2 18.6 21.3 40.0 4.7 203.223 0.12 0.07 0.14 0.19 17.2 18.7 37.3 4.5 186.424 0.11 0.06 0.12 0.17 15.8 16.0 32.0 4.0 162.6

32

Sommando il contributo dato dalla trasmittanza del componente vetrato si ottiene:

Q'SI FT Q'SIFT

W W W145.3 -118 27134.9 -131 4123.9 -141 -17107.1 -149 -41100.1 -151 -51326.0 -146 180457.5 -133 324571.3 -110 461612.4 -77 535594.8 -39 556524.5 5 529482.8 46 529525.8 76 602625.4 97 722698.4 105 803705.0 97 802643.6 79 723554.1 51 605286.5 18 304252.4 -16 237224.6 -44 181203.2 -69 134186.4 -90 97162.6 -105 58

33

ZONA 2

Le tabelle che seguono raccolgono tutti i dati per la determinazione di 𝑄𝑆𝐼 :

gsg 0.85 SC 0.882 Fsh,g 0.8 M*zone 883 kg/m2

gactual 0.75 FF 0.267 Fsh,o 1 SAwUw 11.62 W/K

Storage Load Factor fSIMAX W/m2

TIME S E W N S E W N Q'SI

h FA FA FA FA W1 0.1 0.05 0.11 0.15 14.3 13.3 29.3 3.5 91.82 0.09 0.05 0.1 0.14 12.9 13.3 26.7 3.3 83.43 0.08 0.05 0.09 0.12 11.5 13.3 24.0 2.8 74.74 0.07 0.04 0.08 0.11 10.0 10.7 21.3 2.6 66.35 0.07 0.04 0.07 0.1 10.0 10.7 18.7 2.3 59.76 0.06 0.39 0.08 0.08 8.6 104.0 21.3 1.9 63.87 0.06 0.56 0.09 0.37 8.6 149.3 24.0 8.7 78.38 0.23 0.62 0.09 0.67 33.0 165.3 24.0 15.7 116.09 0.38 0.59 0.1 0.71 54.5 157.3 26.7 16.7 149.410 0.51 0.49 0.1 0.74 73.1 130.7 26.7 17.4 172.611 0.6 0.33 0.1 0.76 86.0 88.0 26.7 17.8 188.712 0.66 0.23 0.1 0.79 94.6 61.3 26.7 18.5 199.813 0.67 0.21 0.18 0.81 96.1 56.0 48.0 19.0 253.314 0.64 0.2 0.36 0.83 91.8 53.3 96.0 19.5 363.915 0.59 0.18 0.52 0.84 84.6 48.0 138.7 19.7 458.016 0.42 0.17 0.63 0.86 60.2 45.3 168.0 20.2 499.717 0.24 0.15 0.65 0.87 34.4 40.0 173.3 20.4 481.818 0.22 0.12 0.55 0.88 31.5 32.0 146.7 20.6 414.719 0.19 0.1 0.22 0.29 27.2 26.7 58.7 6.8 181.720 0.17 0.09 0.19 0.26 24.4 24.0 50.7 6.1 158.221 0.15 0.08 0.17 0.23 21.5 21.3 45.3 5.4 141.122 0.13 0.08 0.15 0.2 18.6 21.3 40.0 4.7 124.023 0.12 0.07 0.14 0.19 17.2 18.7 37.3 4.5 115.624 0.11 0.06 0.12 0.17 15.8 16.0 32.0 4.0 100.5

34

Sommando il contributo dato dalla trasmittanza del componente vetrato si ottiene:

Riportiamo il grafico del flusso termico totale attraverso i componenti trasparenti:

Q'SI FT Q'SIFT

W W W91.8 -59 3383.4 -65 1874.7 -70 466.3 -74 -859.7 -76 -1663.8 -73 -978.3 -67 12116.0 -55 61149.4 -38 111172.6 -19 153188.7 2 191199.8 23 223253.3 38 292363.9 48 412458.0 52 510499.7 48 548481.8 40 521414.7 25 440181.7 9 191158.2 -8 150141.1 -22 119124.0 -35 89115.6 -45 71100.5 -53 48

35

5.2.3 Contributo dell’illuminazione, delle infiltrazioni e degli apporti gratuiti

Gli ultimi due contributi al carico termico estivo vengono dall’illuminazione degli ambienti e dalle infiltrazioni. Il primo viene calcolato tramite la formula:

in cui

- 𝑃𝑡𝑜𝑡,𝑙 è la potenza totale delle lampade installate nell’ambiente - 𝐹𝐴𝑙𝑖𝑔ℎ𝑡𝑠(𝑡) è il fattore di accumulo relativo all’illuminazione

Il fattore di accumulo è riportato dal manuale, ed è tabulato in funzione del tipo di dispositivo illuminante, la massa areica della zona, le ore di funzionamento dell’impianto di climatizzazione e delle luci. Tenendo conto dei dati di progetto:

Ora accensione luci: 08 h

Durata dell’accensione delle luci: 10 h

Tipologia apparato illuminante: a fluorescenza esposto

Potenza del singolo apparato illuminante: 80 W

N° di apparati illuminanti abitazione: 4

N° di apparati illuminanti laboratorio: 10

Il contributo relativo alle infiltrazione è dato invece dalla seguente formula:

Il contributo degli apporti interni gratuiti viene invece valutato tramite la relazione:

dove i è il carico interno da persone e cose specifico all’area del pavimento; nel nostro caso consideriamo i dati di progetto:

Carico interno da P&C abitazione 4 W/m2

Carico interno da P&C laboratorio 15 W/m2

36

ZONA 1

solarTIME FA Q'lights Q'P&F n Finf Q'c = F tot

h lights W W 1/h W W1 0.08 26 259 0.5 -148 552 0.07 22 259 0.5 -164 -153 0.05 16 259 0.5 -177 -784 0.05 16 259 0.5 -187 -1305 0.04 13 259 0.5 -190 -1726 0.03 10 259 0.5 -183 477 0.03 10 259 0.5 -167 1948 0.28 90 259 0.5 -138 4189 0.71 227 259 0.5 -97 75710 0.78 250 259 0.5 -48 89411 0.82 262 259 0.5 6 1'00312 0.85 272 259 0.5 57 1'10713 0.88 282 259 0.5 96 1'28314 0.9 288 259 0.5 122 1'49415 0.91 291 259 0.5 131 1'64816 0.93 298 259 0.5 122 1'69617 0.93 298 259 0.5 99 1'62118 0.95 304 259 0.5 64 1'49619 0.28 90 259 0.5 22 91520 0.21 67 259 0.5 -20 75121 0.17 54 259 0.5 -55 58022 0.13 42 259 0.5 -87 41023 0.1 32 259 0.5 -113 27224 0.09 29 259 0.5 -132 149

37

ZONA 2

solarTIME FA Q'lights Q'P&F n Finf Q'c = F tot

h lights W W 1/h W W1 0.15 120 482 1.21 -177 4082 0.14 112 482 1.21 -196 3523 0.12 96 482 1.21 -211 2974 0.11 88 482 1.21 -223 2575 0.1 80 482 1.21 -227 2256 0.09 72 482 1.21 -219 2257 0.08 64 482 1.21 -200 2508 0.37 296 482 1.21 -165 5539 0.67 536 482 1.21 -115 90310 0.71 568 482 1.21 -58 1'04311 0.74 592 482 1.21 7 1'20312 0.76 608 482 1.21 69 1'33513 0.79 632 482 1.21 115 1'52114 0.81 648 482 1.21 145 1'72815 0.83 664 482 1.21 157 1'89816 0.84 672 482 1.21 145 1'97017 0.86 688 482 1.21 119 1'95718 0.87 696 482 1.21 76 1'86119 0.29 232 482 1.21 27 1'09020 0.26 208 482 1.21 -23 95521 0.23 184 482 1.21 -66 81422 0.2 160 482 1.21 -104 66723 0.19 152 482 1.21 -135 57224 0.17 136 482 1.21 -158 479

38

5.2.4 Carico termico sensibile estivo

Il carico estivo, una volta calcolate tutti i contributi, è determinato dal massimo valore assunto dalla loro somma durante la giornata.

Le tabelle che seguono riportano il carico totale di ogni zona in funzione dell’ora ed evidenziato il carico termico estivo di progetto:

Il carico termico sensibile estivo risulta dunque pari a 5'016 W.

TIME FESTIVO,Z1 FESTIVO,Z2 FESTIVO,TOT

h W W W1 82 441 5232 -11 370 3593 -95 302 2074 -171 249 785 -223 209 -136 227 216 4427 518 261 7808 880 614 1'4939 1'292 1'013 2'30610 1'450 1'196 2'64611 1'533 1'394 2'92612 1'636 1'558 3'19413 1'885 1'812 3'69714 2'217 2'141 4'35715 2'451 2'408 4'85916 2'498 2'518 5'01617 2'343 2'478 4'82218 2'101 2'301 4'40219 1'220 1'281 2'50120 988 1'105 2'09321 761 933 1'69422 544 756 1'30023 368 643 1'01124 207 527 734

39

6 FABBISOGNO DI ENERGIA PRIMARIA

Il calcolo del fabbisogno è stato eseguito secondo le norma UNI EN 13790 e UNI 11300. Si risale al fabbisogno solo noti i guadagni, le dispersioni e le caratteristiche della catena dei sistemi di emissione, controllo, distribuzione e generazione. Il calcolo è stato effettuato solo nell’ipotesi di funzionamento continuo.

6.1 Dispersioni

Il calcolo delle dispersioni si compone di:

- Dispersioni verso l’esterno (attraverso le pareti perimetrali per trasmissione e per ventilazione e attraverso il terreno)

- Dispersioni verso altri ambienti (verso altre zone riscaldate e verso zone non riscaldate)

Il passaggio preliminare è il calcolo dei coefficienti di dispersione a partire dai parametri già determinati (trasmittanze, ponti termici, portate di ventilazione ecc..).

Zone HD Hg HV HZ1 HZ2 HUCZ HOCB

W/K W/K W/K W/K W/K W/K W/K

1 101.9 0.0 28.9 44.0 44.0 108.6

2 57.6 16.8 34.5 53.8 41.7

ZNR 93.2 16.6 0.0 53.2 41.2

to External Environment inter-Zones to Other Zones

40

Una volta calcolati i coefficienti di dispersione è stata calcolata l’energia dispersa verso l’esterno, attraverso l’involucro (per ventilazione e trasmissione) e il terreno:

Dove:

- iT , temperatura di progetto interna

- H , coefficiente di dispersione

- eT , temperatura esterna media mensile (da dati climatici)

Per le dispersioni verso altri ambienti climatizzati sostituiamo la temperatura esterna media mensile con quella di progetto dell’ambiente climatizzato; per le dispersioni verso ambienti non riscaldati si sostituisce la temperatura esterna media mensile con la temperatura media mensile dell’ambiente non climatizzato calcolata come:

dove:

- ET , temperatura esterna media mensile (da dati climatici)

Si ricavano le perdite totali per trasmissione come:

dove:

- QD,i, dispersione della zona climatizzata i-esima verso l’esterno - QUCZ,i, dispersione della zona climatizzata i-esima verso la zona non climatizzata - QG,i, dispersione della zona climatizzata i-esima verso il terreno - QOCB,i, dispersione della zona climatizzata i-esima verso altri locali climatizzati (escluse altre zone

termiche climatizzate)

24

0a,

ei

vemday

averagemonthlydaymonthdaysmonth

TTHQ

QtQ

QNQ

�

�

UEUU

EUEUUUCZ HHH

THTHTHT

21

2211

41

Le dispersioni totali si calcolano come:

dove:

- Qij, dispersione della zona climatizzata i-esima verso un’altra zona climatizzata

Una volta calcolato LQ possiamo calcolare il coefficiente di dispersione globale della zona i-esima:

Nel calcolo si distingue la stagione di riscaldamento e quella di raffrescamento. Si ottiene:

ZONA 1

PERIODO DI RISCALDAMENTO

PERIODO DI RAFFRESCAMENTO

Topi= 20 °C

TOCB= 20 °C

Month N° days Tae TUCZ QD QD-OCB Qg QU QT QZ2 Qv QL Hk

- - °C °C MJ MJ MJ MJ MJ MJ MJ MJ W/K

October 31 12.6 15.4 2'020 0 0 540 2'560 236 573 3'369 170

November 30 6.8 12.2 3'487 0 0 894 4'381 228 989 5'598 164

Dicember 31 2.0 9.5 4'914 0 0 1'242 6'155 236 1'393 7'784 161

January 31 0.4 8.6 5'351 0 0 1'348 6'698 236 1'517 8'451 161

Febraury 28 3.2 10.1 4'142 0 0 1'050 5'192 213 1'174 6'579 162

March 31 8.2 12.9 3'221 0 0 831 4'053 236 913 5'201 165

April 30 12.7 15.5 1'929 0 0 516 2'445 228 547 3'220 170

SEASON 212 6.6 12.0 25'064 0 0 6'429 31'485 1'612 7'115 40'202 163

Topi= 26 °CTOCB= 26 °C

Month N° days Tae TUCZ QD QD-OCB Qg QU QT QZ2 Qv QL Hk


May 31 16.7 20.8 2'539 0 0 616 3'154 0 720 3'874 156

June 30 21.1 23.2 1'294 0 0 314 1'608 0 367 1'975 156

July 31 23.3 24.5 737 0 0 179 916 0 209 1'125 156

August 31 22.6 24.1 928 0 0 225 1'153 0 263 1'416 156

September 30 18.8 22.0 1'902 0 0 461 2'363 0 539 2'903 156

SEASON 153 20.5 22.9 7'410 0 0 1'797 9'195 0 2'098 11'293 156

,

1 ,,

iaeI

N

j ijIj

iaeI

Lik TT

TTH

TTQH

h

42

ZONA 2

PERIODO DI RISCALDAMENTO

PERIODO DI RAFRESCAMENTO

Topi= 18 °C

TOCB= 20 °C

Month N° days Tae TUCZ QD QD-OCB Qg QU QT QZR1 Qv QL Hk


October 31 12.6 15.4 833 0 244 288 1'365 -288 499 1'576 109

November 30 6.8 12.2 1'673 0 489 631 2'793 -279 1'002 3'516 121

Dicember 31 2.0 9.5 2'469 0 722 953 4'144 -288 1'480 5'336 125

January 31 0.4 8.6 2'716 0 794 1'054 4'564 -288 1'628 5'903 125

Febraury 28 3.2 10.1 2'063 0 603 793 3'459 -261 1'236 4'435 124

March 31 8.2 12.9 1'512 0 442 564 2'519 -288 906 3'137 120

April 30 12.7 15.5 792 0 231 273 1'296 -279 474 1'491 109

SEASON 212 5.3 11.3 9'553 0 2'791 3'638 15'981 -1'405 5'725 20'301 120

Topi= 26 °CTOCB= 26 °C

Month N° days Tae TUCZ QD QD-OCB Qg QU QT QZR1 Qv QL Hk


May 31 16.7 20.8 1'435 0 419 583 2'438 0 860 3'298 132

June 30 21.1 23.2 732 0 214 297 1'243 0 439 1'682 132

July 31 23.3 24.5 417 0 122 169 708 0 250 958 132

August 31 22.6 24.1 525 0 153 213 891 0 314 1'206 132

September 30 18.8 22.0 1'075 0 314 437 1'827 0 644 2'471 132

SEASON 153 20.5 22.9 4'184 0 1'223 1'700 7'107 0 2'507 9'614 132

43

6.2 Guadagni interni

I guadagni di calore comprendono

- apporti dovuti a cose e persone - apporti solari attraverso gli elementi trasparenti - apporti solari sugli elementi opachi

Il contributo dovuto agli elementi trasparenti si calcola, per la generica esposizione 𝑒, come:

dove:

- ̅̅ ̅̅ , è l’irradianza media giornaliera per il mese considerato

in cui viene introdotta l’area equivalente del serramento, pari a:

Per definizione quindi:

e

Nelle formule compaiono dei coefficienti di ombreggiamento 𝐹𝑠ℎ,𝑥, dove il pedice 𝑥 indica la modalità di ombreggiamento, che sono:

- ℎ, ombreggiamento dell’orizzonte dovuto alla morfologia del territorio ed alla presenza di altri edifici

- 𝑜𝑣, ombreggiamento a causa di aggetti orizzontali - 𝑓, ombreggiamento a causa di aggetti verticali - 𝑜, ombreggiamento complessivo degli ostacoli esterni (tutti i precedenti) - F𝑔𝑒 e F𝑔𝑖, ombreggiamento causato da elementi mobili esterni od interni (dalla UNI EN ISO 13790

prospetto G.3) - 𝑔, ombreggiamento complessivo degli elementi mobili (dalla UNI EN ISO 13790 prospetto G.2)

44

Data l’assenza di aggetti che generano ombreggiamento orizzontale, i coefficienti relativi ad aggetti orizzontali sono pari a 1. L’apporto degli elementi opachi quantificato dalla relazione:

in cui compare l’area equivalente che è pari a:

dove 𝐹er è un fattore adimensionale che tiene conto dell’inclinazione dell’elemento, pari a 1 per elementi verticali e a 0,8 per quelli orizzontali; è pari a 0,5 in quanto le pareti e le porte sono di colore molto chiaro.

j

jjeCR

jjerjteq h

UFAA

,,

45

Si ottengono i seguenti risultati:

6.3 Energia termica netta fornita

Noti i guadagni e le dispersioni, si procede nel calcolo dell’energia termica da fornire all’involucro, al netto delle perdite introdotte dall’impianto

Per la stagione di riscaldamento, l’energia termica è calcolata come:

dove:

- 𝑄𝐺 = 𝑄𝑆𝐼+𝑄𝐼 sono i guadagni totali interni - 𝜂𝐺,𝐻 è il fattore di utilizzo dei guadagni interni in riscaldamento

Per la stagione di raffrescamento si ha:

in cui:

- 𝑄𝐿,𝑛𝑒𝑡 = 𝑄𝐿−𝑄𝑆𝐸 sono le dispersioni nette - 𝜂𝐿,𝐶 è il fattore di utilizzo delle dispersioni

Zone 1 Zone 2

Month QSE QSI QI QSI+QI QSE QSI QI QSI+QI

- MJ MJ MJ MJ MJ MJ MJ MJ

January 148 534 695 1'229 75 267 172 439

Febraury 175 641 628 1'269 88 320 156 476

March 248 929 695 1'624 125 465 172 637

April 282 1'080 672 1'752 142 540 167 707

May 300 1'146 695 1'841 151 573 172 745

June 324 1'249 672 1'922 163 625 167 791

July 363 1'405 695 2'100 182 703 172 875

August 304 1'169 695 1'864 153 584 172 757

September 247 932 672 1'604 124 466 167 633

October 216 799 695 1'493 109 399 172 572

November 148 536 672 1'208 75 268 167 435

Dicember 148 531 695 1'226 75 266 172 438

HEATING SEASON 1'366 5'050 4'752 9'802 690 2'525 1'178 3'703

COOLING SEASON 1'537 5'901 3'430 9'331 773 2'951 850 3'801

46

I fattori di utilizzo vengono calcolati a partire dalle caratteristiche dinamiche delle porzioni di edificio in esame.

In particolare dipende da tre parametri:

- 𝛾𝑥, il rapporto guadagni-dispersioni - 𝑎𝑥, parametro rappresentativo dell’inerzia dell’involucro - 𝜏𝑥, costante di tempo della struttura

Le relazioni che permettono di determinare i fattori di utilizzo sono, nel dettaglio:

Riscaldamento

Raffrescamento

Zone 1 2

Mode Zone Thermal Effective Capacity [MJ/K] 14.55 8.49Heating Zone Characteristic Heating Time [h] H 24.75 19.61

Cooling Zone Characteristic Heating Time [h] C 25.98 17.82130.82 108.99Htot [W/K]

47

ZONA 1

Riscaldamento

Raffrescamento

ZONA 2

Riscaldamento

Raffrescamento

Month QL-QSE QSI+QI gH hG,H hG,H QG QNH

- MJ MJ - - MJ MJ

October 3'152 1'493 0.474 0.922 1'377 1'775

November 5'450 1'208 0.222 0.986 1'191 4'259

Dicember 7'636 1'226 0.161 0.993 1'218 6'418

January 8'303 1'229 0.148 0.995 1'223 7'080

Febraury 6'405 1'269 0.198 0.989 1'255 5'150

March 4'953 1'624 0.328 0.964 1'566 3'387April 2'937 1'752 0.597 0.879 1'540 1'397

Month QL-QSE QSI+QI gC hL,C hL,C QL,net QNC

- MJ MJ - - MJ MJ

May 3'574 1'841 0.515 0.471 1'682 159

June 1'651 1'922 1.164 0.785 1'296 626

July 762 2'100 2.757 0.959 731 1'369

August 1'112 1'864 1.675 0.885 984 879September 2'656 1'604 0.604 0.533 1'415 189

Month QL-QSE QSI+QI gH hG,H hG,H QG QNH

- MJ MJ - - MJ MJ

October 1'360 572 0.420 0.917 524 836

November 3'368 435 0.129 0.992 431 2'937

Dicember 5'187 438 0.084 0.997 437 4'751

January 5'755 439 0.076 0.998 438 5'317Febraury 4'260 476 0.112 0.994 473 3'787

March 2'889 637 0.220 0.976 622 2'267April 1'209 707 0.585 0.855 604 605

Month QL-QSE QSI+QI gC hL,C hL,C QL,net QNC

- MJ MJ - - MJ MJ

May 3'147 745 0.237 0.229 721 2'427

June 1'519 791 0.521 0.452 687 832

July 775 875 1.129 0.727 563 212

August 1'053 757 0.719 0.568 598 455September 2'347 633 0.270 0.258 606 1'741

48

6.4 Energia termica richiesta dall’impianto

Nota l’energia da fornire agli ambienti si può risalire all’energia richiesta dagli impianti. Per calcolarla, si utilizzano le seguente relazioni:

nelle quali compaiono i seguenti termini:

- 𝑄𝑃𝐿,𝑒, perdite totali nel processo di emissione - 𝜂𝑒,𝜂𝑒,𝑒,𝜂𝑒,𝑐, rispettivamente il rendimento globale di emissione, il rendimento di emissione-

erogazione ed il rendimento di emissione-controllo

I risultati vengono riportati nelle seguenti tabelle:

ZONA 1

Riscaldamento

Raffrescamento

Month QNH he,c he,e he QPL,e(EP) QHr(EP) hd QPLd(EP) QG,out(EP)

- MJ - - MJ MJ - MJ MJ

October 1'775 0.93 0.97 0.90 188 1'963 0.96 82 2'045

November 4'259 0.93 0.97 0.90 452 4'711 0.96 196 4'908

Dicember 6'418 0.93 0.97 0.90 682 7'099 0.96 296 7'395

January 7'080 0.93 0.97 0.90 752 7'832 0.96 326 8'159Febraury 5'150 0.93 0.97 0.90 547 5'697 0.96 237 5'934

March 3'387 0.93 0.97 0.90 360 3'747 0.96 156 3'903

April 1'397 0.93 0.97 0.90 148 1'545 0.96 64 1'610

Month QNC he,c he,e he QPL,e(EP) QCr(EP) hd QPLd(EP) QG,out(EP)


May 159 0.95 0.94 0.90 19 178 1.00 0 178

June 626 0.95 0.94 0.90 73 699 1.00 0 699

July 1'369 0.95 0.94 0.90 159 1'529 1.00 0 1'529

August 879 0.95 0.94 0.90 102 982 1.00 0 982

September 189 0.95 0.94 0.90 22 211 1.00 0 211

49

ZONA 2

Riscaldamento

Raffrescamento

6.5 Richiesta di energia del generatore

Il generatore nel caso in esame è un generatore a combustione a combustibile liquido con bruciatore ad aria soffiata con serranda all'aspirazione dell'aria comburente in ottimo stato ad alto rendimento con le seguenti caratteristiche: Potenza nominale dei focolare ( cNΦ ): 10 kW

Potenza termica utile ( uNΦ ): 8.87 kW

Rendimento di combustione ( ch ): 90% Temperatura media dell'acqua in caldaia : 70°C Potenza della soffiante del bruciatore ( brW� ): 18 W

Potenza delle pompe di circolazione ( afW� ): 27 W

L’energia richiesta dal generatore, poiché nel caso in esame è assente una centrale termica, è nella stagione di riscaldamento, semplicemente l’energia richiesta dalla caldaia. Essa si calcola come:

Month QNH he,c he,e he QPL,e(EP) QHr(EP) hd QPLd(EP) QG,out(EP)


October 836 0.93 0.97 0.90 89 925 0.96 39 963November 2'937 0.93 0.97 0.90 312 3'249 0.96 135 3'384

Dicember 4'751 0.93 0.97 0.90 504 5'255 0.96 219 5'474

January 5'317 0.93 0.97 0.90 565 5'881 0.96 245 6'126Febraury 3'787 0.93 0.97 0.90 402 4'189 0.96 175 4'363

March 2'267 0.93 0.97 0.90 241 2'508 0.96 104 2'612April 605 0.93 0.97 0.90 64 669 0.96 28 697

Month QNC he,c he,e he QPL,e(EP) QCr(EP) hd QPLd(EP) QG,out(EP)


May 2'427 0.93 0.97 0.90 258 2'684 1.00 0 2'684

June 832 0.93 0.97 0.90 88 920 1.00 0 920

July 212 0.93 0.97 0.90 23 234 1.00 0 234

August 455 0.93 0.97 0.90 48 503 1.00 0 503September 1'741 0.93 0.97 0.90 185 1'926 1.00 0 1'926

50

dove:

- Φ𝐶,𝑁, potenza nominale del focolare - Δ𝑡𝑔𝑛=𝑁𝑔𝑖𝑜𝑟𝑛𝑖∙𝑡𝑎𝑐𝑐,𝑔𝑛 - 𝐹𝐶, fattore di carico della caldaia

Per il calcolo del fattore di carico bisogna fare riferimento nel dettaglio alle caratteristiche della caldaia da cui si ricavano le perdite che caratterizzano il generatore stesso. Per il calcolo delle perdite è necessario calcolare il rendimento termico utile.

Le perdite al mantello si calcolano come:

con:

Le perdite ai fumi si calcolano come:

con brF , frazione termica utile dovuta alla compressione dell’aria da parte del ventilatore:

con le formule sopra riportate si determinano i valori delle perdite di primo tentativo per la procedura di calcolo iterativa del fattore di carico. Quest’ultimo di calcola come:

dove le perdite di carico si ricalcolano con la formula:

tucenvgnP hh ,'

cN

uNtu Φ

Φh

envgnbrtuonch PFP ,, '1' h

cN

brbrbr Φ

WkF�

offchonchcN

NbrbrcN

envgnoffchaCn

outgn

PPΦ

WkΦ

PPNtΦ

Q

FC

,,,

,,,

100

100

�

ntestgnavgnonchonch FCPP ,,'

,, 045.0

p

testatestgn

gnaavgn

offchoffch FCPP

,,

,,'

,,

51

dove:

- aves, , temperatura di mandata media pari a 80°C

- aver , , temperatura di ritorno media pari a 60°C

- avgn, , temperatura media tra mandata e ritorno 70°C

dalla normativa UNI TS 11300-2 si ricavano gli esponenti per il calcolo delle perdite e la temperatura ambiente effettiva del locale caldaia:

Dall’ultima iterazione di ottiene:

Month FC(EP)-

October 0.127November 0.362Dicember 0.545January 0.606Febraury 0.483March 0.275April 0.101

52

Dal fattore di carico è possibile completare il calcolo della potenza entrante nel generatore e il rendimento termico utile:

Sono stati infine ricavate le perdite del generatore (al mantello, ai fumi) come percentuali sul totale del calore in ingresso al generatore e i consumi elettrici:

Dove è QL,gen(EP)data dalla somma delle perdite ai fumi e al mantello e la frazione della potenza elettrica non recuperata in energia termica.

Month N·ta FC(EP) FcN Qgen,in Qgen,out (EP) h tu(EP)Ms - W MJ MJ

October 2.68 0.127 10'000 3'408 3'008 0.883November 2.59 0.362 9'396 8'292 0.882Dicember 2.68 0.545 14'605 12'869 0.881January 2.68 0.606 16'220 14'285 0.881Febraury 2.42 0.483 11'681 10'298 0.882March 2.68 0.275 7'377 6'515 0.883April 2.59 0.101 2'616 2'306 0.882Seasonal 65'304 57'573 0.882

Month Qgn,env(EP) Qgn,ch (EP) Wbr (EP) Waf(EP) QL,gen(EP) Wgen (EP)MJ MJ MJ MJ MJ MJ

October 35 428 6 72 478 78November 34 1'140 17 70 1'191 87Dicember 35 1'780 26 72 1'835 99January 35 1'982 29 72 2'037 101Febraury 31 1'421 21 65 1'470 86March 35 896 13 72 948 86April 34 336 5 70 384 75Seasonal 238 7'982 117 495 8'343 612

Applicazione della procedura di calcolo del Carico Termico ... · PDF fileLa trasmittanza del...

Documents

Transcript of Applicazione della procedura di calcolo del Carico Termico ... · PDF fileLa trasmittanza del...