1. CALCOLO CARICHI TERMICI ESTIVI

Come già fatto per il calcolo dei carichi termici invernali, prima di procedere alla valutazione delle potenze termiche da fornire, occorre definire le condizioni di benessere termoigrometrico di progetto che devono essere rispettate. Per questo sono state scelte le seguenti condizioni di progetto:

T i=26 °C ;

Φ=50 %;

Inoltre, a differenza del calcolo invernale, il calcolo delle dispersioni estive che è stato effettuato tiene conto della variabilità della temperatura durante l’arco del giorno, questo perché la differenza di temperatura fra interno ed esterno nel corso della giornata è molto variabile (∆T da −5 °C a +5 °C ) e la risposta delle superfici opache e trasparenti è diversa a seconda della relativa inerzia. Per tale ragione è stato effettuato un calcolo di tipo dinamico, valutando tutti i parametri climatici (temperatura esterna, radiazione solare, umidità relativa e assoluta) per ogni ora di un giorno di fine luglio, avendo scelto la giornata tipo che sollecita maggiormente l’impianto. Infine sono stati considerati e differenziati fra di loro il carico termico sensibile, dovuto alla sola differenza di temperatura, e il carico termico latente, dovuto alla necessità di sottrarre all’aria il vapore presente.

Gettate le premesse per la corretta impostazione del problema delle dispersioni estive, la metodologia usata per il calcolo è stata quella ASHRAE−Carrierche suddivide i vari contributi del carico termico estivo in:

Trasmissione di calore attraverso i superfici trasparenti (radiazione solare e trasmissione attraverso gli infissi);

Trasmissione di calore attraverso le superfici opache (pareti e copertura); Carico termico dovuto alle persone (componente latente e sensibile); Carico termico dovuto alla ventilazione (componente latente e sensibile); Carico termico dovuto all’illuminazione; Carico termico dovuto alle apparecchiature.

1.1 Contributo superfici vetrate

Sono stati estrapolati dalle tabelle Aermec i dati relativi alla radiazione solare massima mensile attraverso un vetro semplice nei 4 punti cardinali. Nel caso in esame è stato considerato il mese di fine luglio a una latitudine di 42,5 °, effettuando perciò una media fra i valori presenti nella tabella e

convertendoli in [W /m2 ]:

I valori della tabella sono però riferiti a determinate condizioni ambientali

assenza di foschia; altitudine pari al livello del mare; temperatura di rugiada dell’aria esterna pari a 19.5 °C a livello del mare.

Perciò sono stati considerati i seguenti fattori correttivi per far riferimento alla condizioni di progetto:

FC R1

Il primo fattore correttivo tiene conto del tipo di telaio della finestra, altitudine del luogo, foschia e punto di rugiada. Nel caso in esame tutte le finestre che compongono l’edificio presentano un telaio in legno, e quindi si applica il relativo fattore correttivo:

FC R1=1,17

Figura 1:radiazione solare attraverso vetro (Aermec)

FC R2

Il secondo fattore correttivo tiene conto delle proprietà di trasmissione del vetro. A tal proposito si è presa la tabella relativa a questo fattore riduttivo considerando vetro doppio con veneziana interna scura.

Figura 2: fattore correttivo per il tipo di schermatura della finestra

FCR2 = 0,12

FC R3

L’ultimo fattore correttivo che viene considerato è in realtà un fattore che tiene conto dell’accumulo di calore da parte delle superficie trasparenti a seconda della loro densità, della fascia oraria e dell’orientamento della finestra in questione.

Figura 3:fattore correttivo per l'esposizione della finestra

È stata riportata la tabella che considera l’esposizione nell’intervallo orario giornaliero 9−17per ogni punto cardinale per una superficie vetrata di densità media. A differenza dei precedenti fattori correttivi, il valore di quest’ultimo varierà in funzione dell’orientazione della superficie vetrata. E’ stata considerata una massa frontale della finestra di 490 kg/m^2

In conclusione, la trasmissione di calore attraverso i vetri è stata calcolata tramite questa relazione fornita dal metodo ASHRAE−Carrier:

Qtrasm, vetroi= (Rad .Sol . Mens )i× (¿ .Vetrata )i×FC R1× FCR2× FCR3i

.

Grazie a queste tabelle ci siamo calcolati i contributi della radiazione attraverso tutte le finestre delle varie aule.

A titolo d’esempio si riporta l’involucro “A 1802, soggiorno”

RADIAZIONE MASSIMA MENSILE VETRO SEMPLICE [W/m2]

agosto N E S O

40° 34 510 321 510

45° 34 503 378 503

43° 34 507 349 507

RADIAZIONE MASSIMA MENSILE VETRO SEMPLICE

ORA NORD EST SUD OVEST

6 0,81 0,34 0,44 0,6

7 0,84 0,44 0,37 0,42

8 0,86 0,54 0,39 0,44

9 0,89 0,58 0,43 0,39

10 0,91 0,57 0,5 0,34

11 0,93 0,51 0,57 0,31

12 0,93 0,44 0,64 0,29

13 0,94 0,39 0,68 0,28

14 0,94 0,34 0,7 0,33

15 0,95 0,31 0,68 0,43

16 0,95 0,28 0,63 0,51

17 0,95 0,24 0,53 0,57

FINESTRE SUD FINESTRA NORD

FCR1 FCR2 FCR3 q1 [W/m2] FCR1 FCR2 FCR3 q2 [W/m2]

1,17 0,12 0,44 21,58544388 1,17 0,12 0,81 3,83483646

1,17 0,12 0,37 18,15139599 1,17 0,12 0,84 3,97686744

1,17 0,12 0,39 19,13255253 1,17 0,12 0,86 4,07155476

1,17 0,12 0,43 21,09486561 1,17 0,12 0,89 4,21358574

1,17 0,12 0,5 24,5289135 1,17 0,12 0,91 4,30827306

1,17 0,12 0,57 27,96296139 1,17 0,12 0,93 4,40296038

1,17 0,12 0,64 31,39700928 1,17 0,12 0,93 4,40296038

1,17 0,12 0,68 33,35932236 1,17 0,12 0,94 4,45030404

1,17 0,12 0,7 34,3404789 1,17 0,12 0,94 4,45030404

1,17 0,12 0,68 33,35932236 1,17 0,12 0,95 4,4976477

1,17 0,12 0,63 30,90643101 1,17 0,12 0,95 4,4976477

1,17 0,12 0,53 26,00064831 1,17 0,12 0,95 4,4976477

FINESTRA EST FINESTRA OVEST

FCR1 FCR2 FCR3 q3 [W/m2] FCR1 FCR2 FCR3 q4 [W/m2]

1,17 0,12 0,34 24,20077296 1,17 0,12 0,6 42,7072464

1,17 0,12 0,44 31,31864736 1,17 0,12 0,52 37,01294688

1,17 0,12 0,54 38,43652176 1,17 0,12 0,44 31,31864736

1,17 0,12 0,58 41,28367152 1,17 0,12 0,39 27,75971016

1,17 0,12 0,57 40,57188408 1,17 0,12 0,34 24,20077296

1,17 0,12 0,51 36,30115944 1,17 0,12 0,31 22,06541064

1,17 0,12 0,44 31,31864736 1,17 0,12 0,29 20,64183576

1,17 0,12 0,39 27,75971016 1,17 0,12 0,28 19,93004832

1,17 0,12 0,34 24,20077296 1,17 0,12 0,33 23,48898552

1,17 0,12 0,31 22,06541064 1,17 0,12 0,43 30,60685992

1,17 0,12 0,28 19,93004832 1,17 0,12 0,51 36,30115944

1,17 0,12 0,24 17,08289856 1,17 0,12 0,57 40,57188408

Siamo quindi passati al calcolo della trasmissione attraverso gli infissi tramite la formula:

Q=U∗∆T [W /m2]

Sono stati necessari quindi la determinazione della differenza di temperatura oraria tra interno ed esterno (ΔT) e la trasmittanza degli infissi(U).

T int 26

ORA T est U [W/m2K] q1 [W/m2]

6 19,44 3,4 -22,304

7 20,04 3,4 -20,264

8 21,12 3,4 -16,592

9 22,68 3,4 -11,288

10 24,48 3,4 -5,168

11 26,52 3,4 1,768

12 28,44 3,4 8,296

13 29,88 3,4 13,192

14 30,84 3,4 16,456

15 31,2 3,4 17,68

16 30,84 3,4 16,456

17 30 3,4 13,6

FINESTRE SUD FINESTRE NORD

U 1,717 U 1,717

ORA DELTA T U [W/m2K] q1 [W/m2] ORA DELTA T U [W/m2K] q2 [W/m2]

6 -6,56 1,717 -11,26352 6 -6,56 1,717 -11,26352

7 -5,96 1,717 -10,23332 7 -5,96 1,717 -10,23332

8 -4,88 1,717 -8,37896 8 -4,88 1,717 -8,37896

9 -3,32 1,717 -5,70044 9 -3,32 1,717 -5,70044

10 -1,52 1,717 -2,60984 10 -1,52 1,717 -2,60984

11 0,52 1,717 0,89284 11 0,52 1,717 0,89284

12 2,44 1,717 4,18948 12 2,44 1,717 4,18948

13 3,88 1,717 6,66196 13 3,88 1,717 6,66196

14 4,84 1,717 8,31028 14 4,84 1,717 8,31028

15 5,2 1,717 8,9284 15 5,2 1,717 8,9284

16 4,84 1,717 8,31028 16 4,84 1,717 8,31028

17 4 1,717 6,868 17 4 1,717 6,868

FINESTRE est FINESTRE ovest

U 2,4 U 2,4

ORA DELTA T U [W/m2K] q3 [W/m2] ORA DELTA T U [W/m2K] q4 [W/m2]

6 -6,56 2,4 -15,744 6 6,56 2,4 -46,656

7 -5,96 2,4 -14,304 7 5,96 2,4 -48,096

8 -4,88 2,4 -11,712 8 4,88 2,4 -50,688

9 -3,32 2,4 -7,968 9 3,32 2,4 -54,432

10 -1,52 2,4 -3,648 10 1,52 2,4 -58,752

11 0,52 2,4 1,248 11 -0,52 2,4 -63,648

12 2,44 2,4 5,856 12 -2,44 2,4 -68,256

13 3,88 2,4 9,312 13 -3,88 2,4 -71,712

14 4,84 2,4 11,616 14 -4,84 2,4 -74,016

15 5,2 2,4 12,48 15 -5,2 2,4 -74,88

16 4,84 2,4 11,616 16 -4,84 2,4 -74,016

17 4 2,4 9,6 17 -4 2,4 -72

Contributo pareti opache

Successivamente si è passati ad analizzare le rientrate di calore attraverso le superfici opache influenzate in particolare da due effetti congiunti:

Differenza di temperatura tra esterno e interno; Contributo della radiazione solare responsabile dell'amplificazione dello scambio termico.

La formula per il calcolo si modifica quindi con una differenza di temperatura equivalente ricavabile dalla tabella seguente (considerando una massa frontale del muro di 300 kg/m^2):

Figura 4:intervallo di temperature per muri in base all'esposizione

Tali valori fanno riferimento a una temperatura dell’aria esterna di 34 °C e una dellaaria interna di 26 °C, con un escursione giornaliera di 11 °C relativamente al mese diLuglio.In condizioni diverse da quelle citate occorrerà apportare le seguenti correzioni:Con riferimento ad un’escursione di 11 °C ma con ΔTa.e./a.a. °C, il ΔTequiv dovràessere così corretto:ΔTequiv. eff. = ΔTequiv. tab. + [( Ta.e. – Ta.a.) – (34 – 26)]Coeff. Corr. = [( Ta.e. – Ta.a.) – (34 – 26)] (1)doveTa.a. è la temperatura dell’aria ambiente;Ta.e. è la temperatura dell’aria esterna;Inoltre, per ogni grado in meno rispetto agli 11°C di escursione termica giornaliera,bisognerà sommare 0.5 °C al valore ricavato dalla (1) per avere valore correttivocomplessivo; per ogni grado in più rispetto agli 11°C di escursione termica giornaliera, occorrerà sottrarre 0.5 °C al valore ricavato dalla (1) per avere valore correttivo complessivo.Invece la temperatura di vani interni non raffrescati è stata considerata pari a quella esterna diminuita di tre gradi(sempre apportando le correzioni menzionate precedentemente). Si riportano le differenze di temperatura da usare nel calcolo del carico termico, già corrette.

escursione 5,5Taa 31,2Tae 26

PARETI CORRETTOORA NORD EST SUD OVEST

8 -2,55 -0,35 -2,55 -0,359 -1,95 11,25 -1,95 -0,35

10 -1,45 16,35 -1,45 -0,3511 -0,85 16,85 3,55 0,7512 -0,35 16,85 6,35 1,8513 1,25 10,15 10,75 3,5514 2,95 7,35 13,05 5,2515 4,15 6,85 13,55 10,1516 5,25 6,35 14,05 14,0517 5,75 6,85 12,45 18,5518 6,35 7,35 10,75 21,8519 6,35 6,85 10,75 22,45

Sono state calcolate le dispersioni per metro quadro delle singole pareti moltiplicando la trasmittanza della parete per il ΔT trovato. Si fa notare che la trasmittanza è stata aumentata di un opportuno fattore correttivo che tiene conto dei ponti termici(50% in più). Si riportano i risultati ottenuti.

PARETE EST PARETE SUDPARETE NORD

PARETE OVEST PORTA

U 0,254 U 0,254 U 0,254 U 0,254 U 0,63

ORA [W/m2]

ORA [W/m2] ORA [W/m2] ORA [W/m2]

ORA

[W/m2]

8-

0,0889 8 -0,635 8 -0,6477 8 -0,0889 8 -0,1899 2,8575 9 -0,4826 9 -0,4953 9 -0,0889 9 -0,189

10 4,1529 10 -0,3556 10 -0,3683 10 -0,0889 10 -0,18911 4,2799 11 0,9144 11 -0,2159 11 0,1905 11 0,50412 4,2799 12 1,6256 12 -0,0889 12 0,4699 12 1,19713 2,5781 13 2,7432 13 0,3175 13 0,9017 13 2,26814 1,8669 14 3,3274 14 0,7493 14 1,3335 14 3,33915 1,7399 15 3,4544 15 1,0541 15 2,5781 15 6,42616 1,6129 16 3,5814 16 1,3335 16 3,5687 16 8,88317 1,7399 17 3,175 17 1,4605 17 4,7117 17 11,71818 1,8669 18 2,7432 18 1,6129 18 5,5499 18 13,79719 1,7399 19 2,7432 19 1,6129 19 5,7023 19 14,175

Carichi interniUn contributo non trascurabile per la definizione del carico termico totale dell’impianto di raffreddamento è rappresentato dai contributi di calore sensibile e latente, generato all’interno dell’ambiente, da parte di:

Persone; Illuminazione; Apparecchiature/macchine presenti in ambiente.

Per quanto riguarda le persone si sono ricavati i dati di calore latente e sensibile emessi in base alla temperatura a bulbo secco(26°C) e all’attività svolta, prevalentemente seduto e a riposo.

Figura 5: carico latente e sensibile per persona

Si riportano a titolo esemplificativo i risultati ottenuti per l’involucro A1802 considerando un massimo di 8 persone

PERSONE

W/persona persone TOTALE [W]

SENSIBLE 63,95277778 8 511,6222222

LATENTE 40,69722222 8 325,5777778

Un valore abbastanza utilizzato per la stima dei carichi dovuti all’illuminazione è12 W/m2.

ILLUMINAZIONE W/m2 m2 TOTALE [W]SENSIBILE 12 25,16 301,92

Alla definizione del carico termico totale contribuiscono altre sorgenti come macchine fotocopiatrici, computer, stampanti ecc. , per i quali si può considerare mediamente un valore di 20 ÷ 20 W/m2.

APPARECCHIATURE W/m2 m2 TOTALE [W]STMAPANTI-PC-MONITOR 20 25,16 503,2

Infiltrazioni d’aria

In questo paragrafo vengono mostrate come sono stati calcolati i carichi termici dovuti all’immissione di aria presa alle condizioni esterne

Contributo sensibile

Per il contributo sensibile la formula utilizzata è stata: Q=ρ×Cp×V × ΔT , dove:

ρ è la densità dell’aria a 25°C(1,23kg/m^3) Cp è il calore specifico dell’aria(1008 J/kg K) V è la portata d’aria di rinnovo dovuta a ragioni ingienico-sanitarie come calcolata per il

caso invernale(0,0085 m3

sa persona nel caso del soggiorno A1802 come da norma UNI

10339)*

ΔT è la differenza di temperatura tra interno ed esterno

* La norma suggerisce a seconda della destinazione d’uso un valore di una Qop. Tale valore deve essere diviso per 10-3 e successivamente moltiplicato per il numero di persone presenti nell’involucro.

Sempre a titolo d’esempio si riporta il calcolo sviluppato sulla medesima stanza:

VENTILAZIONE SENSIBLE

ORA T EST T INT delta T Csens [J/kgK]rho [kg/m3]

V [m3/sec] W

6 19,44 26 -6,56 1008 1,23 0,085-

691,334784

7 20,04 26 -5,96 1008 1,23 0,085-

628,102944

8 21,12 26 -4,88 1008 1,23 0,085-

514,285632

9 22,68 26 -3,32 1008 1,23 0,085-

349,882848

10 24,48 26 -1,52 1008 1,23 0,085-

160,18732811 26,52 26 0,52 1008 1,23 0,085 54,80092812 28,44 26 2,44 1008 1,23 0,085 257,14281613 29,88 26 3,88 1008 1,23 0,085 408,89923214 30,84 26 4,84 1008 1,23 0,085 510,07017615 31,2 26 5,2 1008 1,23 0,085 548,0092816 30,84 26 4,84 1008 1,23 0,085 510,07017617 30 26 4 1008 1,23 0,085 421,5456

Contributo latente

La formula utilizzata per il contributo latente è stataQ=ρ×r×V ×Δx , dove:

r è il calore latente di vaporizzazione dell’acqua(2500 J/g) Δx è la differenza di umidità assoluta tra interno ed esterno, entrambe sono state calcolate

dal diagramma psicrometrico. La temperatura e l’umidità relativa all’interno vengono considerate costanti T=26°C e U.R.=50 %(x = 10,8 g vap/kg a.s.); l’umidità relativa esterna invece è fissata al 75% e le temperature sono variabili a seconda delle ore della giornata.

A titolo d’esempio si riporta il calcolo della stessa stanza A1802:

VENTILAZIONE

LATENTE

ORA

T EST

UR est

Xest [g/kg]

Tint

Urint

Xint [g/kg]

calore latente [J/g]

rho [kg/m3]

V [m3/sec] W

619,4

4 75 10,5 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 -78,4125

720,0

4 75 11 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 52,275

821,1

2 75 11,5 26 50 10,8 2500 1,23 0,085182,962

5

922,6

8 75 12 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 313,65

1024,4

8 75 14 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 836,4

1126,5

2 75 16 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 1359,15

1228,4

4 75 18 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 1881,9

1329,8

8 75 20 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 2404,65

1430,8

4 75 21 26 50 10,8 2500 1,23 0,0852666,02

5

15 31,2 75 21,5 26 50 10,8 2500 1,23 0,0852796,71

25

1630,8

4 75 21 26 50 10,8 2500 1,23 0,0852666,02

517 30 75 20 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 2404,65

1.4 Considerazioni finaliA questo punto tutti i contributi elencati fino ad ora sono stati sommati ora per ora e per ogni singola stanza. Successivamente sono stati confrontati i valori, da ciò ne segue un picco di richiesta energetica alle ore 15. Si riporta la tabella riepilogativa sempre per la stessa stanza a sud-ovest.

TOTALE

RADIAZIONE

SOLARE

ATTRAVERSO IL VETRO sud

[W]

RADIAZIONE

SOLARE

ATTRAVERSO IL VETR

O ovest [W]

TRASMISSIONE

DI CALO

RE ATTRAVERSO I

VETRI [W]

TRASMISSIONE

DI CALO

RE ATTRAVERSO I

VETRI [W]

TASMISSIO

NE ATTRAVER

SO PARETI sud

[W]

TASMISSIO

NE ATTRAVER

SO PARE

TI ovest [W]

TASMISSIO

NE ATTRAVER

SO PARETI 3 [W]

TASMISSIONE

ATTRAVER

SO PARETI 4 [W]

TRASMISSIONE TTRAVERS

O TETT

O INDUSTRIALE [W]

PERSONE

SENSIBILE [W]

PERSONE LATENTE [W]

APPARECCHIATU

RE SENSIBILE + ILLUMINAZIONE [W]

VENTILAZIO

NE SENSIBILE [W]

VENTILAZIO

NE LATENTE [W]

TOTALE [W}

6130,6351064

16,39958262

-85,24231936

-51,3216

511,6222222

325,5777778

805,12

-691,3347

84

-78,4125

883,0434856

7109,8522485

14,21297

16

-77,44576576

-52,9056

511,6222222

325,5777778

805,12

-628,1029

44

52,275

1060,20591

8115,7902079

12,02636059

-63,41196928

-55,7568

-2,798445

-1,662785

6

511,6222222

325,5777778

805,12

-514,2856

32

182,9625

1315,183437

9127,6661267

10,65972

87

-43,14092992

-59,8752

-2,126818

2

-1,662785

6

511,6222222

325,5777778

805,12

-349,8828

48

313,65

1637,607274

10148,4489845

9,293096817

-19,75126912

-64,6272

-1,567129

2

-1,662785

6

511,6222222

325,5777778

805,12

-160,1873

28

836,4

2388,666369

11169,2318423

8,473117686

6,757013

12

-70,0128

4,029760

8

3,563112

511,6222222

325,5777778

805,12

54,80092

8

1359,15

3178,312974

12190,0147002

7,926464932

31,70598464

-75,0816

7,164019

2

8,789009

6

511,6222222

325,5777778

805,12

257,1428

16

1881,9

3951,881395

13201,8906189

7,653138555

50,41771328

-78,8832

12,08928

24

16,86539

68

511,6222222

325,5777778

805,12

408,8992

32

2404,65

4665,902182

14207,8285783

9,019770

44

62,89219904

-81,4176

14,66385

18

24,94178

4

511,6222222

325,5777778

805,12

510,0701

76

2666,025

5056,34376

15201,8906189

11,75303421

67,57013

12

-82,368

15,22354

08

48,22078

24

511,6222222

325,5777778

805,12

548,0092

8

2796,712

5

5249,331888

16187,0457205

13,93964522

62,89219904

-81,4176

15,78322

98

66,74896

48

511,6222222

325,5777778

805,12

510,0701

76

2666,025

5083,407335

17157,3559236

15,57960349

51,97702

4-79,2

13,99222

5

88,12763

68

511,6222222

325,5777778

805,12

421,5456

2404,65

4716,348013

Superficie [m2]

6,052 0,384 7,568 1,1 4,40718,70

4

Fatte tali considerazioni, è stata tracciata una tabella riassuntiva per l’intero livello che mostra le dispersioni estive di ogni singolo involucro.

NUM. TOTALE

A 1801 1315,463A 1802 5249,332A 1803 2248,977A 1805 4409,404A 1809 2295,844A 1810 1562,091A 1811 2260,298A 1813 4409,535A 1816 2267,817A 1818 2234,776A 1825 472,543A 1826 7768,562A 1827 1903,981A 1828 1523,651

A 1829 1846,963A 1831 1459,758A 1832 3510,048A 1833 2416,268A 1834 2074,287A 1840 4058,663A 1842 4062,503A 1845 2081,007A 1847 2114,528A 1850 3297,142

62328,44