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Fabbisogno energetico dell’involucro per la

climatizzazione invernale:

considerazioni progettuali

Corso di Energetica degli Edifici

Docenti:

Prof. Ing. Marco Dell’Isola

Facoltà di Ingegneria

Università degli studi di Cassino

Ing. Fernanda Fuoco



[email protected]

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Siamo in grado di calcolare il fabbisogno energetico per un qualsiasi edificio:

BILANCIO ENERGETICO DELL’EDIFICIO:

Le perdite (per DISPERSIONE)

– Dispersione per TRASMISSIONE (Qth)

– Dispersione per VENTILAZIONE (Qvh)

Ciò che edificio guadagna (APPORTI)

deve essere sottratto nel bilancio:

– Apporti energetici INTERNI (Qih)

– Apporti energetici SOLARI (Qsh)

Gli apporti non sono tutti sfruttabili, vanno

decrementati con il fattore di utilizzazione (ηuh)

BILANCIO ENERGETICO DELL’EDIFICIO

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LA DIFFERENZA FRA DISPERSIONI E APPORTI (CORRETTI) È PROPRIO

IL FABBISOGNO DI ENERGIA PER IL RISCALDAMENTO

• Questo metodo può essere applicato su base mensile o stagionale

MENSILE: si sommano i consumi di ciascun mese.


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PASSIVHAUS

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Passivhaus: La casa è detta passiva perché la

somma degli apporti passivi di calore

dell'irraggiamento solare trasmessi dalle finestre e

il calore generato internamente all'edificio

da elettrodomestici e dagli occupanti stessi sono

quasi sufficienti a compensare le perdite

dell'involucro durante la stagione fredda.


Requisiti di una casa passiva:

fabbisogno energetico utile richiesto per il riscaldamento ≤ 15 kWh/(m²a) fabbisogno

energetico utile richiesto per il raffrescamento ≤ 15 kWh/(m²a)

fabbisogno energetico primario di energia ≤ 120 kWh/(m²a

Queste prestazioni si ottengono con una progettazione molto attenta, specie nei

riguardi del sole, con l'adozione di isolamento termico ad altissime prestazioni su

murature perimetrali, tetto e superfici vetrate e mediante l'adozione di sistemi

di ventilazione controllata a recupero energetico.

http://it.wikipedia.org/wiki/Progettazione

http://it.wikipedia.org/wiki/Isolamento_termico



http://it.wikipedia.org/wiki/Ventilazione_controllata_a_recupero_energetico









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Per diminuire il fabbisogno, si può :

• Contenere le dispersioni

• Aumentare gli apporti

• (oppure agire su tutte e due)

Bisogna tenere presente che i due interventi non sono fra loro indipendenti:

• Ad esempio, diminuendo la trasmittanza termica (Ug) delle vetrazioni si ha anche,

in linea generale, una diminuzione del valore di trasmittanza solare (g), a meno di

muoversi verso vetrate ad alte prestazioni.

• Cambia anche il fattore di utilizzazione degli apporti termici

• Quale strategia conviene?


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Una volta calcolato il fabbisogno energetico per il riscaldamento:

Capire l’influenza dei vari termini in gioco nel bilancio [perdite di trasmissione,

perdite di ventilazione, apporti gratuiti (solari+ interni)]

Valutarne l’incidenza al variare dei seguenti parametri principali:

U media dell’ involucro

• U serramento

• g serramento

• Sup. trasparente / sup pavimento

• Rapporto S/V (Sup. disperdente/Volume riscaldato)


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•Orientamento e corretto rapporto S/V

dell’edificio

•Elevato isolamento termico pareti opache

•Finestre termoisolanti

•Controllo della ventilazione

•Assenza o riduzione dei ponti termici

•Sfruttamento energia solare

•Ottimizzazione scelta impiantistica

•Accurata esecuzione dei lavori


Come abbassare il fabbisogno energetico?

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Distribuzione degli ambienti

I locali come soggiorno, studio e camere da letto dovrebbero

essere collocati verso Sud, dove godrebbero di irraggiamento

diretto, illuminazione naturale ed aperture più ampie; mentre i

locali di servizio come cucine, bagni e corridoi dovrebbero essere

collocati verso Nord per contrastare al meglio il fronte più freddo.


•Orientamento dell’edificio

L’esposizione a sud consente di catturare i raggi solari attraverso le

vetrate in inverno e di schermarle facilmente in estate con tende

mobili, pannelli frangisole.

•Capacità termica

Più alto è il valore di C (capacità

termica), maggiore è la capacità del

materiale di accumulare calore e

quindi maggiore è l’ inerzia termica

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Il metodo di calcolo proposto può essere dunque utilizzato per:

Calcolare il livello di prestazione energetica degli edifici

Valutare l’effetto di possibili misure di risparmio energetico su un edificio

esistente o ottimizzare le prestazioni energetiche di un edificio in fase di

progetto (confrontare diversi edifici proposti).

Elaborare, per l’intero edificio, una concezione energetica, descriverla e

rappresentarla graficamente. In particolare, dovrebbero essere chiaramente espresse e

commentate le strategie che hanno permesso il soddisfacimento del limite di

consumo energetico (scelta dei livelli di isolamento, rapporti tra superfici trasparenti

e opache, gestione della ventilazione etc.).

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• Precisione del metodo

Il confronto con modelli numerici in regime dinamico porta ad una buona

corrispondenza (a patto di usare lo stesso set di dati in ingresso per tutti i modelli

di calcolo).

Il grado di corrispondenza fra ciò che si è calcolato (Asset rating) e il consumo reale

dell’edificio (Operational rating) viene a dipendere essenzialmente dalla qualità dei dati di

ingresso (spesso non noti con precisione).

Fabbisogno energetico dell’involucro per la

climatizzazione estiva

Corso di Energetica degli Edifici

Docenti:

Prof. Ing. Marco Dell’Isola



Ing. Fernanda Fuoco



[email protected]

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FABBISOGNO ENERGETICO per la


Qgn : Apporti termici globali

QC, ht: Scambio termico totale

η C,is: Fattore di utilizzazione delle

dispersioni

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Allo stesso modo del fabbisogno energetico per il riscaldamento, si calcola il

fabbisogno per il raffrescamento:

Il fabbisogno energetico annuale per il raffrescamento di un ambiente climatizzato

viene determinato sommando il fabbisogno energetico calcolato su base mensile.

Viene definito un fabbisogno energetico dell’involucro per la climatizzazione estiva,

Qc, calcolato su base mensile e i cui limiti sono definiti dal valore positivo del

fabbisogno.



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L’energia termica dell’edificio per l’estate, ovvero il fabbisogno di energia

termica dell’edificio per l’estate, è data dalla seguente equazione:

Nota bene: Il valore della temperatura media mensile stagionale (estiva) θe viene fornito

dalla norma UNI 10349, mentre la temperatura interna θi viene considera costante e pari a

26°C, per tutte le categorie di edifici ad esclusione delle categorie E.6(1), E.6(2), E.87.

Dove:

Qg,c e l’apporto termico totale;

Ql,c e lo scambio termico totale;

Qs,c sono gli apporti termici solari;

Qi,c sono gli apporti termici interni;

ηu,c e fattore di utilizzazione delle dispersioni termiche;

Qt,c e lo scambio termico per trasmissione;

Qv,c e lo scambio termico per ventilazione.



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La stagione di raffrescamento è il periodo durante il quale si utilizza un impianto di

climatizzazione per mantenere la temperatura dell’ambiente interno entro il valore

di progetto ovvero:

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Determiniamo i giorni limite del periodo di raffrescamento comi i giorni in cui la θe,day eguaglia il

secondo termini dell’equazione :

• Si procede mediante interpolazione lineare, attribuendo i valori medi mensili di temperatura riportati

nella UNI 10349 al quindicesimo giorno di ciascun mese.

ESEMPIO:

Edificio ubicato a Reggio Emilia.

Qgn,day è pari a 898 kWh per il mese di maggio, 1.025 kWh per giugno, 1.034 kWh per luglio,

820 kWh per agosto e 626 kWh per il mese di settembre.

Il coefficiente globale di scambio termico H è pari a 7.676 W/K (Htr = 5.595 W/K e Hve = 2.081

W/K).



Il periodo in cui è necessario raffrescare l’edificio inizia il

16 giugno e termina il 31 agosto.

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Il fattore di utilizzazione delle dispersioni per il raffrescamento

Si definisce il rapporto tra gli apporti termici mensili e lo scambio termico mensile

Se

Se

Se

a C è un parametro numerico adimensionale che dipende dalla costante di tempo τ definito dall’equazione: UNI EN ISO 13790: 2008,

a C,0 = 1h e τ C,0 = 15 h

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Il fattore di utilizzazione delle dispersioni

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Indice di prestazione energetica relativa alla

climatizzazione estiva- EPe

Per la climatizzazione estiva invece, il D.P.R. n. 59/2009 definisce un indice di

prestazione energetica EPe per il raffrescamento dato da:

nel caso di edifici residenziali della classe E1, esclusi collegi, conventi, case di pena

e caserme:

EPe = Qc / Su [kWh / m2 ・ annuo]

dove:

Qc e il fabbisogno energetico stagionale dell’involucro per il raffrescamento;

Su e la superficie netta calpestabile degli ambienti riscaldati.

per tutti gli altri Edifici

EPe = Qc / V [kWh / m3 ・ annuo]

dove:

Qc e il fabbisogno energetico stagionale dell’involucro per il raffrescamento;

V e il volume netto degli ambienti riscaldati.

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Requisiti di qualità energetica

Sulla base dei valori assunti dal parametro EPe,invol, calcolati la norma tecnica e sue

UNI/TS 11300 – 1 Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 1: Determinazione del

fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva ed invernale

si definisce la seguente classificazione, valida per tutte le destinazioni d’uso:

Decreto Ministeriale

26 giugno 2009.

Classificazione degli

edifici in base ai

valori assunti dal

parametro EPe,invol

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Requisiti di qualità energetica

Altro parametro fondamentale è la Trasmittanza termica periodica, YIE.

(Procedura di calcolo descritta nella UNI EN ISO 13786)

Nel D.P.R. 2 aprile 2009, n. 59 sono prescritti i limiti di legge per la trasmittanza

termica periodica YIE relativa a:

strutture verticali opache, ad eccezione di quelle comprese nel quadrante nord-

ovest/ nord/nord-est, di qualunque zona climatica ad eccezione della zona f e nel mese

di massima insolazione estiva, un valore limite pari a 0.12 W/m²K;

strutture orizzontali e inclinate, nel mese di massima insolazione estiva, pone un

valore limite pari a 0.20 W/m²K.

Fabbisogno di energia termica

per acqua calda sanitaria

[email protected]

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Fabbisogno di energia termica per

acqua calda sanitaria

Fabbisogno di energia termica netta necessaria

a riscaldare una determinata quantità d’acqua

fino alla temperatura di erogazione desiderata

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Convenzionalmente si assume :

•Temperatura di erogazione =40°C,

•Temperatura d’ingresso al sistema impianto =15°C.

Calcolo avviene su base mensile

Si sommano i contributi mensili per risalire al fabbisogno utile annuale



N:B. Qualora si conoscessero i dati mensili delle temperature dell’acqua poichè resi noti

dall’ente erogatore odall’Amministrazione Comunale, bisogna riferirsi a tali dati,

specificandone l’origine.

Salto termico relativo alla temperatura

dell’acqua in entrata e in uscita dal

sistema, convenzionalmente pari a 25 °K.

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VW corrisponde al volume d’acqua richiesto

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Edifici ad uso abitativo

•Nu corrsponde al valore della superficie utile dell’edificio (m2)

•Il valore di a si ricava dalla norma UNI TS 11300 parte 2

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Edifici ad uso diverso da quello abitativo

•Valori di a ed Nu sono in funzione del consumo giornaliero e dei giorni

effettivi di occupazione. Prospetto norma UNI TS 11300 parte 2

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SISTEMA IMPIANTO PRODUZIONE

ACS

Il sistema-impianto per la produzione acqua calda sanitaria si comporta allo stesso

modo dell’impianto di riscaldamento.

Viene suddiviso in sottogruppi o sottosistemi e ne vengono calcolate le perdite (o

rendimento) per valutarne l’efficienza.

Ai fini del calcolo, vengono considerati dunque i seguenti sottosistemi:

1. sottosistema di erogazione (pendice er);

2. sottosistema di distribuzione (pendice d);

3. sottosistema di accumulo (se esiste) (pendice s);

4. sottosistema di generazione (pendice gn).

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ACS

1. sottosistema di erogazione (pendice er)

Fabbisogno di energia in ingresso al sottosistema di erogazione è dato da:

• Le perdite sono dell’ordine del 5% (tutte non recuperabili)

• Il rendimento del sottosistema di erogazione è considerato del 95%

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2. sottosistema di distribuzione (pendice d)


ACS

• Fabbisogno di energia in ingresso al sottosistema di distribuzione è dato da:

• Il rendimento del sottosistema distribuzione:

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2. sottosistema di distribuzione (pendice d)

Le perdite di distribuzione si calcolano:

• Sistema di distribuzione con ricircolo Appendice A UNI TS 11300 Parte 2

• Sistema di distribuzione senza ricircolo Prospetto 30 UNI TS 11300 Parte 2

•Perdite recuperate •Perdite di distribuzione


ACS

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1. sottosistema di accumulo (pendice s)

Solo se il serbatoio di accumulo si trova all’interno del generatore, si calcolano le

perdite.

Le perdite sono relative al serbatoio ed al circuito di collegamento serbatoio-generatore.

Le perdite del serbatoio si calcolano:


ACS

Nel caso in cui sia disponibile il valore della dispersione termica dell’apparecchio kboll

fornito dal costruttore, le perdite si calcolano:

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ACS

1. sottosistema di accumulo (pendice s)

Le perdite del circuito di collegamento serbatoio-generatore distingue tre casi:

• se la distanza serbatoio-generatore è < o uguale a 5 m e le tubazioni sono isolate, le

perdite si considerano trascurabili (non vengono calcolate).

• Se la distanza serbatoio-generatore è < o uguale a 5 m e le tubazioni di

collegamento non sono isolate, le perdite vengono calcolate secondo il calcolo

analitico proposto dall’Appendice A UNI TS 11 300.

• Se la distanza serbatoio-generatore è >5 m, le perdite vengono calcolate secondo il

calcolo analitico proposto dall’Appendice A UNI TS 11 300.

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ACS

4. sottosistema di generazione (pendice gn)

Fabbisogno di energia in ingresso al sottosistema di generazione è dato da:

Il calcolo delle perdite di generazione è dato da:

Per il calcolo del rendimento del sistema di generazione bisogna distinguere tra i diversi

tipi di impianto per la produzione di acqua calda sanitaria:

a) Impianto indipendente dal riscaldamento (con proprio generatore di calore per la

produzione di ACS

b) Impianto combinato riscaldamento/ACS

c) Scalda acqua autonomo

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ACS

4. sottosistema di generazione (pendice gn)

Rendimento di generazione- Impianto tipo a)

i) Sistema a centralizzato

ii) Sistema a autonomo:

Si considerano i valori del rendimento forniti dal certificatore oppure i valori del

Prospetto 31 UNI TS 11300/2

Rendimento di generazione- Impianto tipo b)

Si calcola suddividendo l’anno in due periodi:

i) Stagione di riscaldamento in cui il fabbisogno di ACS si somma al riscaldamento

ii) Resto dell’anno nel quale il fattore di carico è determinato dai soli fabbisogni per

l’acqua calda sanitaria. In questo caso si usano i valori forniti e certificati oppure

valori Prospetto 31 UNI TS 11300/2

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ACS

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Fabbisogno di energia primaria per


Fabbisogno di energia primaria Qp,W per la produzione di ACS:

I fattori di conversione sono i seguenti:

•Combustibili fossili fp,i = 1

•Energia elettrica

(il valore di riferimento per la conversione tra kWh elettrici e MJ

definito con provvedimento dell’Autorità per l’energia elettrica e il

gas, al fine di tener conto dell’efficienza media di produzione del

parco termoelettrico)

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Rendimento di generazione:

Rendimento medio stagionale (per sistemi dedicati alla sola produzione di ACS):

Rendimento medio stagionale (per sistemi combinati):

Perdite del sottosistema di

erogazione ̴ 5 %

Perdite del sottosistema di

distribuzione. UNI TS 11300 parte 2

Perdite del sottosistema di accumulo

Calcolo dei rendimenti del sistema

impianto

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Indice di prestazione energetica per la

produzione di acqua calda sanitaria EPacs

N.B. L’indice di prestazione energetico ACS (acqua calda sanitaria), risulta riferito

all’energia primaria.

dove:

Qp,W e il fabbisogno di energia primaria del sistema

Su e la superficie utile dell’edificio espressa in m2

EPacs = Qp,W / Su [kWh/m2anno]

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