Capacità Termica Areica Periodica Interna

Influenza della Influenza della

Capacità Termica Areica Capacità Termica Areica

Interna Periodica sul Interna Periodica sul

risparmio energetico e risparmio energetico e

comfort ambientale negli comfort ambientale negli

edificiedifici

Dott.Ing. Andrea Ursini Casalena

01011818

Studi internazionali sulla sostenibilità, analizzano il comportamento degli edifici sia in fase invernale che in fase estiva

obiettiviOggettoOggetto

- studi analitici senza riscontri sperimentali- studi analitici senza riscontri sperimentali

1)1) Studi sull’inerzia termica ambientati Studi sull’inerzia termica ambientati

principalmente inprincipalmente in climi molto caldiclimi molto caldi

(David Mwale Ogoli)

2)2) Si analizzano soloSi analizzano solo alcune proprietàalcune proprietà

dinamiche (fattore di attenuazione e dinamiche (fattore di attenuazione e

sfasamento)sfasamento)

(K.J. Kontoleon, D.K. Bikas)

3)3) Sperimentazioni su:Sperimentazioni su: (David Mwale Ogoli)

- stanze laboratorio- stanze laboratorio

Ci sono ancora dei PROBLEMI APERTI PROBLEMI APERTI ::

No carichi interni

02021818

Anche nella Anche nella normativa italiananormativa italiana sull’efficienza energetica sull’efficienza energetica D.Lgs. 192/2005 e D.Lgs. 311/2006 ci sono D.Lgs. 192/2005 e D.Lgs. 311/2006 ci sono problemi aperti:problemi aperti:

1) recepisce dalle norme internazionali 1) recepisce dalle norme internazionali solo la fase invernalesolo la fase invernale

2) trascura la fase estiva e l’inerzia termica2) trascura la fase estiva e l’inerzia termica

Le nuove Le nuove LINEE GUIDALINEE GUIDA iniziano a considerare la fase estiva e l’inerzia iniziano a considerare la fase estiva e l’inerzia termica introducendo limiti sulla:termica introducendo limiti sulla:

Problema aperto:Problema aperto:

1) possibilità di realizzare 1) possibilità di realizzare edifici a bassa massaedifici a bassa massa

MALE nei NOSTRI CLIMI

|Yie| = fd x U|Yie| = fd x U

fattore di attenuazione

Trasmittanza termica

stazionaria

Grandi escursioni termiche giornaliere

obiettiviOggettoOggetto

Importanza Inerzia termica e

ventilazioneR

ISC

AL

DA

ME

NT

O

EPi

Massa frontale > 230 Kg /m2

(per le località in cui Im,s ≥ 290 W/m2)D.Lgs. 311/2006D.Lgs. 311/2006

TRASMITTANZA TERMICA PERIODICATRASMITTANZA TERMICA PERIODICA

a) NO COMFORTa) NO COMFORT

03031818

Approccio della Approccio della TRASMITTANZA TERMICA PERIODICATRASMITTANZA TERMICA PERIODICA poco convincentepoco convincente

1) Analizzare il comportamento termico inerziale di un edificio ambientato nei nostri climiedificio ambientato nei nostri climi

oggetto ObiettiviObiettivi

- Nel rispetto di |Yie|

- Nei climi temperati b) NO RISPARMIO ENERGETICO IN b) NO RISPARMIO ENERGETICO IN FASE ESTIVAFASE ESTIVA

Il mio contributo ai problemi aperticontributo ai problemi aperti è quello di:

2) considerare, oltre al fd e φ, anche altre variabili:

- Capacità termica areica interna periodicaCapacità termica areica interna periodica (C1)

- Presenza ed entità dei carichi interni carichi interni

3) Metodo: stretto legame tra simulazione e sperimentazionelegame tra simulazione e sperimentazione

Attraverso questa tesi vogliamo dimostrare in modo quantitativo che:

0404

3) Modellazione e simulazione in regime semistazionario (MC4) e dinamico (Designbuilder/Energyplus)

1818Stretto legame tra simulazione e sperimentazione su edificio esistente

1) Assunzione di un caso di studio reale: l’Istituto di Istruzione Superiore “A.Einstein – A.Nebbia” di Loreto

Il METODO usato consiste in:

2) Monitoraggio in fase estiva ed invernale delle condizioni ambientali e prestazioni termiche elementi costruttivi

4) Messa a punto del modello fino a coincidenza valori misurati/calcolati

5) Analisi parametriche per estendere lo studio ad altre situazioni climatiche, tipi di involucro, caratteristiche di occupazione

Confronti sulla temperatura superficiale interna delle pareti Indice di consumi

Indice di comfort Temperatura operativa

Temperatura set-point impianti climatizzazione

120 diversi casi di studio confrontati in termini di inerzia termica

05051818

Come è stato affrontato il problema della trasmittanza termica periodica

Analisi di 10 diverse pareti a parità di trasmittanza termica periodica

Per verificare se pareti a parità di Yie avessero uguale o diverso Per verificare se pareti a parità di Yie avessero uguale o diverso comportamento dal punto di vista di comportamento dal punto di vista di COMFORTCOMFORT e e CONSUMICONSUMI

27,6 cm25,6 cm25,7 cm27,8 cm 28,9 cm31,0 cm34,8 cm39,0 cm49,6 cm

inte

rno

29,0 cm

este

rno

Yie = 0,10Yie = 0,10

41,1 cm60,0 cm 38,2 cm 36,3 cm 35,5 cm 36,6 cm 38,5 cm 41,0 cm 41,5 cm 41,7 cm

Yie = 0,04Yie = 0,04

38,4 cm44,2 cm 33,9 cm 29,7 cm 25,9 cm 22,8 cm 20,9 cm 21,1 cm 21,9 cm 22,0 cm

Yie = 0,16Yie = 0,16

Si carichi interni

No carichi interni

120 CASI DI STUDIO

06061818

Pareti a parità di trasmittanza termica periodica Yie = 0,10

P1P1 P2P2 P3P3 P4P4 P5P5 P6P6 P7P7 P8P8 P9P9 P10P1049,6 cm 39,0 cm 34,8 cm 31,0 cm 27,8 cm 25,7 cm 25,6 cm 27,6 cm 28,9 cm 29,0 cm

inte

rno

este

rno

| Yie| = 0,10

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10

Tra

sm

itta

nza t

erm

ica s

tazio

nari

a/fa

ttore

di

att

enuazio

ne

Trasmittanza termica stazionaria Fattore di attenuazione

Trasmittanza termica stazionariaTrasmittanza termica stazionaria

Fattore di attenuazioneFattore di attenuazione

07071818

Non basta fissare solo la trasmittanza termica periodica Yie=0,10


inte

rno

este

rno

Basterebbe in Basterebbe in invernoinverno, in tutte le zone climatiche e condizioni di carico , in tutte le zone climatiche e condizioni di carico internointerno

Settimana 18-24 Gennaio

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P1 P2 P3 P4 P5 P6


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P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7


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P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8


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Tem

pera

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su

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cia

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[°C

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P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9


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Tem

pera

tura

su

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cia

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ud

[°C

]

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10

N

U=1,25 W/m2K

U=1,08

U=0,92

U=0,74

U=0,55

U=0,39

U=0,26

U=0,17

U=0,15

U=0,13

08081818


inte

rno

este

rno

Basterebbe inBasterebbe in estateestate, in una, in una condizione ideale senza carichi internicondizione ideale senza carichi interni

Ancona - Settimana 18-24 Giugno - Y12 = 0,10 Senza carichi

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Tem

pera

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P1 Temperatura aria esterna


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Tem

pera

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su

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P1 P3 Temperatura aria esterna


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06/21 12:20:00

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Tem

pera

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P1 P3 P5 Temperatura aria esterna


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P1 P3 P5 P8 Temperatura aria esterna


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Tem

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]

P1 P3 P5 P8 P10 Temperatura aria esterna

Palermo scuola - Settimana 21-27 Luglio Y12 = 0,10 - Carico interno assente

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ari

a e

ste

rna [

°C]



09091818


inte

rno

este

rno

NON BASTA inNON BASTA in estate,estate, in condizioni realiin condizioni reali Carichi interni + radiazione solareCarichi interni + radiazione solare

Ancona - Settimana 18-24 Giugno - Y12 = 0,10

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P1 Temperatura aria esterna


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P1 P4 Temperatura aria esterna


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Tem

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[°C

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06/22 00:20:00

06/22 12:20:00

06/23 00:20:00

06/23 12:20:00

06/24 00:20:00

06/24 12:20:00

Tem

pera

tura

su

perfi

cia

le i

nte

rna s

ud

[°C

]

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

P1 P4 P5 P6 Temperatura aria esterna


23

24

25

26

27

28

29

06/18 00:10:00

06/18 12:20:00

06/19 00:20:00

06/19 12:20:00

06/20 00:20:00

06/20 12:20:00

06/21 00:20:00

06/21 12:20:00

06/22 00:20:00

06/22 12:20:00

06/23 00:20:00

06/23 12:20:00

06/24 00:20:00

06/24 12:20:00

Tem

pera

tura

su

perfi

cia

le i

nte

rna s

ud

[°C

]

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

P1 P4 P5 P6 P7 Temperatura aria esterna


23

24

25

26

27

28

29

06/18 00:10:00

06/18 12:20:00

06/19 00:20:00

06/19 12:20:00

06/20 00:20:00

06/20 12:20:00

06/21 00:20:00

06/21 12:20:00

06/22 00:20:00

06/22 12:20:00

06/23 00:20:00

06/23 12:20:00

06/24 00:20:00

06/24 12:20:00

Tem

pera

tura

su

perfi

cia

le i

nte

rna s

ud

[°C

]

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

P1 P4 P5 P6 P7 P10 Temperatura aria esterna


Palermo scuola - Settimana 21-27 Luglio Y12 = 0,10 - Carico interno presente

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

07/21 00:10:00

07/21 12:20:00

07/22 00:20:00

07/22 12:20:00

07/23 00:20:00

07/23 12:20:00

07/24 00:20:00

07/24 12:20:00

07/25 00:20:00

07/25 12:20:00

07/26 00:20:00

07/26 12:20:00

07/27 00:20:00

07/27 12:20:00

Tem

pera

tura

su

perfi

cia

le i

nte

rna s

ud

[°C

]

20

25

30

35

40

45

50

Tem

pera

tura

ari

a e

ste

rna [

°C]


PERCHE’ ?PERCHE’ ?

10101818


inte

rno

este

rno

Entra in gioco un’altra proprietà termica dinamicaEntra in gioco un’altra proprietà termica dinamica

Capacità termica areica interna periodica

CAPACITA’ TERMICA AREICA INTERNA PERIODICA (C1)CAPACITA’ TERMICA AREICA INTERNA PERIODICA (C1)Fattore di

inerzia

- Funzione della L = Lunghezza di Penetrazione dell’onda termica- Funzione della L = Lunghezza di Penetrazione dell’onda termica

- Capacità effettiva di accumulo di energia sul lato interno - Capacità effettiva di accumulo di energia sul lato interno pareteparete

C1 25,7 cm

L = 11,6 cm

C1 = 200 KJ/m2KC1 = 200 KJ/m2K

Ms = 312 Kg/m2

inte

rno

inte

rno

este

rno

este

rno

49,6 cm

L = 11,6 cm

C1 = 193 KJ/m2KC1 = 193 KJ/m2K

Ms = 846 Kg/m2

inte

rno

inte

rno

este

rno

este

rno

| Yie| = 0,10

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10

Tra

sm

itta

nza

term

ica s

tazio

nari

a/fa

ttore

di a

tte

nua

zio

ne

0

50

100

150

200

250

Cap

acit

à t

erm

ica

are

ica

inte

rna

peri

od

ica

Trasmittanza termica stazionariaFattore di attenuazioneCapacità termica areica interna periodica

11111818


inte

rno

este

rno

Fattore di inerziaFattore di inerzia

Yie=0,10

Trasmittanza stazionaria

Fattore di attenuazione

Capacità termica areica interna periodica

12121818


inte

rno

este

rno

Ancona - Settimana 21 Giugno Y12 = 0,10

25

26

27

28

06/21 00:10:00 06/21 03:10:00 06/21 06:10:00 06/21 09:10:00 06/21 12:10:00 06/21 15:10:00 06/21 18:10:00 06/21 21:10:00

Tem

pera

tura

su

perfi

cia

le i

nte

rna s

ud

[°C

]

P1 P4 P5 P6 P7 P10

| Yie| = 0,10

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10

0

50

100

150

200

250

Capaci

tà t

erm

ica a

reic

a in

tern

a p

eri

odic

a

Fattore Fattore di di inerziainerzia

C1 C1 = 200 KJ/m2K= 200 KJ/m2K

C1 C1 = 32 KJ/m2K= 32 KJ/m2K

Yie=0,10Capacità termica areica interna periodica

1,5 °C1,5 °C

23 Giugno

R2 = 0,88

24

25

26

27

28

29

0 50 100 150 200 250

Capacità termica areica interna periodica [KJ / m2K]

Tem

pera

tura

[°C

]

T medie

T massime

T minime

Scuola – elevati carichi interniScuola – elevati carichi interni

13131818

Quale relazione tra fattore di inerzia e carichi interni a parità di Yie ?


inte

rno

este

rno

1,0 °C

1,7 °C

23 Giugno

R2 = 0,74

R2 = 0,88

24

25

26

27

28

29

0 50 100 150 200 250

Capacità termica areica interna periodica [KJ / m2K]

Tem

pera

tura

[°C

]

Inaccettabile per Scuole e uffici

Residenze

14141818

Il fattore di inerzia influisce anche nelle mezze stagioni


inte

rno

este

rno

Residenza - Settimana 18-24 Ottobre Y12 = 0,10

16

17

18

19

20

21

10/18 00:10:00

10/19 00:10:00

10/20 00:10:00

10/21 00:10:00

10/22 00:10:00

10/23 00:10:00

10/24 00:10:00

Tem

pera

tura

[°C

]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Tem

pera

tura

ari

a e

ste

rna [

°C]


C1 C1 = 200 KJ/m2K= 200 KJ/m2K

C1 C1 = 32 KJ/m2K= 32 KJ/m2K

Yie=0,10

15151818

Esempio pratico - Yie = 0,12 W/m2K da Linee guida


23

24

25

26

27

28

29

06/18 00:10:00

06/18 12:10:00

06/19 00:10:00

06/19 12:10:00

06/20 00:10:00

06/20 12:10:00

06/21 00:10:00

06/21 12:10:00

06/22 00:10:00

06/22 12:10:00

06/23 00:10:00

06/23 12:10:00

06/24 00:10:00

06/24 12:10:00

Tem

pera

tura

su

perfi

cia

le i

nte

rna s

ud

[°C

]

M1 M2 M3 M4

47,4 cm

M1M1

int est

M2M2

15 cm

8,6 cm

int est

23,6 cm

M3M3

13,5 cm

15 cm

int est

28,5 cm

M4M4

int est

26,3 cm

Yie = 0,12 W/m2K

C1 = 195,4 KJ/m2KC1 = 195,4 KJ/m2Kfd = 0,0931

Yie = 0,12 W/m2K

C1 = 187,0 KJ/m2KC1 = 187,0 KJ/m2Kfd = 0,3306

Yie = 0,12 W/m2K

C1 = 32,0 KJ/m2KC1 = 32,0 KJ/m2Kfd = 0,4936

Yie = 0,12 W/m2K

C1 = 31,9 KJ/m2KC1 = 31,9 KJ/m2Kfd = 0,8023

C1 C1 = 195,4 KJ/m2K= 195,4 KJ/m2K

C1 C1 = 31,9 KJ/m2K= 31,9 KJ/m2K

Fissata Yie -> C1

1,5 °C1,5 °C

16161818

Esempio pratico - Yie = 0,12 W/m2K da Linee guida

47,4 cm

M1M1

int est

M2M2

15 cm

8,6 cm

int est

23,6 cm

M3M3

13,5 cm

15 cm

int est

28,5 cm

M4M4

int est

26,3 cm

Yie = 0,12 W/m2K

C1 = 195,4 KJ/m2KC1 = 195,4 KJ/m2Kfd = 0,0931

Yie = 0,12 W/m2K

C1 = 187,0 KJ/m2KC1 = 187,0 KJ/m2Kfd = 0,3306

Yie = 0,12 W/m2K

C1 = 32,0 KJ/m2KC1 = 32,0 KJ/m2Kfd = 0,4936

Yie = 0,12 W/m2K

C1 = 31,9 KJ/m2KC1 = 31,9 KJ/m2Kfd = 0,8023

Oltre alla trasmittanza termica periodica è proprio

NECESSARIO INTRODURRE UN FATTORE DI INERZIANECESSARIO INTRODURRE UN FATTORE DI INERZIA

Da cui dipendono

COMFORT COMFORT ee CONSUMICONSUMI

17171818

Ottimizzazione delle pareti rispetto al fattore di inerzia C1

Diffusività termicaDiffusività termica

Effusività termicaEffusività termica

18181818

Conclusioni

Radiazione diretta

Temperatura aria

Radiazione diffusa

YieYie

C1C1

Potrebbe essere il parametro di verifica da affiancare alla Potrebbe essere il parametro di verifica da affiancare alla trasmittanza termica periodicatrasmittanza termica periodica

Ottima indicazione sullaOttima indicazione sulla bontà della paretebontà della parete

Controllo comfort e consumiControllo comfort e consumi in estate e mezze stagioniin estate e mezze stagioni

Grazie Grazie

per per

l’attenzionel’attenzione

Capacità Termica Areica Periodica Interna

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