Corso di Impiantia.a. 2011-2012

Prof. M. Mistretta

Sistema clima-edificio-impiantoIl carico termico di un edificio sia invernale che estivo si determina considerando il sistema clima-edificio-impianto

-Clima o insieme dei parametri climatici (temperatura, umidità, velocità dell’aria, ecc.) che influiscono sulle condizioni microclimatiche interne dello spazio confinato

- Edificio (inteso come involucro) che separa lo spazio interno dall’ambiente esterno- Impianto, mezzo con cui mantenere nello spazio confinato le condizioni desiderate nel modo più indipendente possibile dalle condizioni esterne

Impianti termici, illuminotecnici, di sfruttamento dell’energia solare,ecc.

Carico termico invernale Per carico termico invernale si intende la massima

energia termica che l’edificio, in precisate condizioni, univocamente definite, disperde verso l’ambiente esterno.

La conoscenza di questa grandezza consente di dimensionare un impianto di riscaldamento che mantenga all’interno dello spazio occupato condizioni confortevoli, cioè un determinato valore di temperatura dell’aria all’interno dell’involucro edilizio.

Carico termico invernale dell’edificio

Con un impianto termico di riscaldamento l’ambiente viene mantenuto a temperatura costante, poiché sono compensate le dispersioni di calore verso l’esterno.

La potenza termica da fornire per mantenere l’ambiente una prefissata temperatura interna di progetto, è il carico termico invernale dell’edificio.

Per uno stesso edificio, al variare della temperatura esterna, a parità di temperatura interna di progetto varierà il carico termico. Per tale motivo è necessario fissare anche la temperatura esterna di progetto.

E’ anche evidente che, fissate le temperature di progetto, che restano quindi costanti nel tempo, la condizione di calcolo si riconduce a quella di regime stazionario

In condizioni di equilibrio

Ipotesi fondamentaliIpotesi di calcolo del carico termico invernale di un edificio:

1. REGIME STAZIONARIOSi ipotizza di considerare costanti nel tempo i parametri climatici

2. CONDIZIONE PIÙ SFAVOREVOLESi deve considerare la condizione termica più gravosa per l’impianto (Te)

Calcolo termicoNORMA UNI TS 11300CARICHI TERMICI PER TRASMISSIONECARICHI TERMICIPER VENTILAZIONE

Carichi termici per trasmissione

La dispersione termica deve essere valutata attraverso:- Gli elementi di involucro opachi (Murature: pareti, solai di copertura, pavimenti di fondazione) QT,op.

- Gli elementi di involucro trasparenti (Superfici vetrate) QT,w.

QT è la potenza termica dispersa per trasmissione attraverso l’elemento di involucro considerato (W) A è l’area della superficie dell’elemento di scambio termico (m2)K è la trasmittanza dell’elemento di involucro (W/m2°C)

Te è la temperatura dell’aria esterna (°C)

Ti è la temperatura dell’aria interna (°C)

QT = A·K ·(Ti-Te)

Carichi termici per trasmissione

Determinazione della superficie A

Temperatura interna di progetto

Temperatura esterna di progetto

Trasmittanza per superfici opache

La trasmittanza K è definita dall'inverso della somma delle resistenze degli strati e delle intercapedini che costituiscono la parete e si misura in [W/m2K]:

ejj

n

n

i

RssK

1...1

1

1

1

Trasmittanza per superfici opache

Trasmittanza per superfici opache

Trasmittanza per superfici opache

Trasmittanza per superfici vetrate

Trasmittanza per superfici vetrateTRASMITTANZA SUPERFICI VETRATE

Normativa di riferimento:EN ISO 10077: 2002

Con riferimento alle dispersioni termiche attraverso le strutture trasparenti, la trasmittanza termica di un componente edilizio finestrato costituito dal serramento e dal vetro, è data dalla relazione:

dove:Kv trasmittanza termica dell’elemento vetrato (W/m2 K)Av l’area dell’elemento vetrato (m2)Kt la trasmittanza termica del telaio (W/m2 K)At l’area del telaio (m2).

La trasmittanza termica di un componente trasparente, sia esso vetro singolo che multiplo, è data da:

dove:1/he, la resistenza termica superficiale esterna Re (m2/K W)i conduttività della lastra di vetro (1 W/m K)si spessore della lastra di vetro (m)di*Rs,i resistenza termica dello strato racchiuso tra le due lastre (m/K W)

1/hi la resistenza termica superficiale interna (m2/K W)n numero di lastre costituenti il componente trasparente.

è l’emissività termica del componente trasparente (per vetrinormali il valore di e è pari a 0,837).

Nella tabella seguente sono riportati i valori della resistenza termica di intercapedini d’aria Rs in funzione della emissività delle superfici e degli spessori.

Ponti termici

L'involucro degli edifici non è costituito solo da pareti piane in cui lo scambio termico si può ipotizzare per semplicità di calcolo, oltre che in condizioni di regime stazionario, anche in condizioni di flusso monodimensionale;

Esistono anche zone anomale della struttura in cui sicuramente il flusso non è ipotizzabile come monodimensionale, bensì bidimensionale o tridimensionale.

In corrispondenza di queste zone (pilastri, spigoli, ecc.) lo scambio termico risulta maggiore rispetto alla condizione di flusso monodimensionale; per questo motivo tali zone vengono definite ponti termici.

Ponti termici

In generale si ha un ponte termico in corrispondenza di un nodo tra elementi aventi coefficienti di trasmissione diversi e più precisamente:

- nelle zone d'angolo tra due pareti esterne;- quando entro una struttura sono inseriti elementi strutturali a più alta

conduttività termica;- tra muro esterno e pavimento;- in corrispondenza di serramenti.I ponti termici sono causa di due effetti importanti:- diminuzione della temperatura superficiale interna in corrispondenza

della discontinuità;- aumento del flusso termico. Ponti

Ponti termici

Ponti termici

Ponti termici

Carichi termici di ventilazione

Portata di ventilazione

Carico Totale disperso

Caratteristiche termofisiche dell’involucro

Per valutare il carico termico di un edificio occorre quindi stimare le caratteristiche termofisiche dell’involucro:

- Pareti di tamponamento opache che delimitano lo spazio confinato

- Serramenti esterni (vetri, telai, orientamento, presenza di sistemi di oscuramento esterni ed interni)

- Strutture di tamponamento orizzontali (coperture, solette su cantinati, ecc.)

ELEMENTI DI DISPERSIONI

Nel calcolo dovranno essere considerate le seguenti dispersioni di calore:

- Trasmissione attraverso le strutture verso l’esterno (pareti opache e trasparenti)

- Trasmissione attraverso le strutture verso gli ambienti non riscaldati o con temperature diverse da quelle dell’ambiente considerato

- Ponti termici - Ventilazione dei locali

PARAMETRI DI PROGETTO

Nelle condizioni di progetto sono fissati i seguenti parametri:

a) temperatura dell’aria all’interno ed all’esterno dell’edificio;b) umidità relativa dell’aria all’interno ed all’esterno interna;c) numero di ricambi d’aria;d) proprietà termo-fisiche dei materiali che costituiscono ocostituiranno l’involucro edilizio;e) eventuali apporti di energia termica, gratuiti.

I valori delle temperature interna ed esterna di progetto sono fissati dalla normativa, in particolare:

- temperatura interna Ti (°C) - Ti = 20 °C + 2 °C di tolleranza per tutti gli

ambienti degli edifici, con esclusione di quelli adibiti ad attività industriali ed artigianali o ad utenze particolari, quali piscine, camere operatorie, ecc.;

La temperatura esterna Te (°C) dipende dalla zona

TEMPERATURE DI PROGETTO

Il carico termico invernale rappresenta, come detto, la potenza termica che l’impianto deve fornire agli ambienti dell’edificio per assicurare il mantenimento della temperatura interna di progetto.

In tali condizioni, deve sempre risultare:

in cui:- Qu rappresenta la potenza termica uscente dagli ambienti;- Qe rappresenta la potenza termica entrante, ossia quella che

l’impianto deve cedere agli ambienti per bilanciare la potenza termica uscente.