FONDAMENTI SUGLI SCAMBI TERMICI ATTRAVERSO GLI … fondazione/certificatori... · UNI EN ISO...

CORSO DI FORMAZIONE PER CERTIFICATORE ENERGETICO

FONDAMENTI SUGLI SCAMBI TERMICI ATTRAVERSO GLI ELEMENTI DELL'INVOLUCRO EDILIZIO

Ing. Stefano Bergero

Ing. Anna Chiari

Facoltà di Architettura - Università di Genova

__________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio

S. Bergero, A. Chiari 2

Bibliografia

UNI/TS 11300-1:2008 "Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione estiva ed invernale"

UNI/TS 11300-2:2008 "Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria"

UNI EN ISO 6946:2008 "Componenti ed elementi per edilizia - Resistenza termica e trasmittanza termica - Metodo di calcolo"

UNI 10351:1994 "Materiali da costruzione. Conduttività termica e permeabilità al vapore."

UNI 10355:1994 "Murature e solai. Valori della resistenza termica e metodo di calcolo."

UNI EN ISO 10077-1:2007 "Prestazione termica di finestre, porte e chiusure oscuranti - Calcolo della trasmittanza termica - Parte 1: Generalità"

UNI EN ISO 14683:2008 "Ponti termici in edilizia - Coefficiente di trasmissione termica lineica - Metodi semplificati e valori di riferimento"

UNI EN ISO 13786:2008 "Prestazione termica dei componenti per edilizia – Caratteristiche termiche dinamiche – Metodi di calcolo"

Pubblicazione di Stefano Bergero e Anna Chiari. Tutti i diritti riservati. Copia depositata a norma di legge.

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________ Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio S. Bergero, A. Chiari 3

INDICI DI PRESTAZIONE ENERGETICA

La legislazione nazionale e regionale indica come parametro in base a cui valutare la prestazione energetica complessiva di un edificio l'indice di prestazione energetica globale EPgl:

illeacsigl EPEPEPEPEP +++=

EPi = indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale

EPacs = indice di prestazione energetica per la produzione dell'acqua calda sanitaria

EPe = indice di prestazione energetica per la climatizzazione estiva

EPill = indice di prestazione energetica per l'illuminazione artificiale

Nel caso di edifici residenziali della classe E1 (esclusi collegi, conventi, case di pena e caserme) il parametro EP esprime il fabbisogno annuo di energia primaria, ovvero il consumo di combustibile, per metro quadrato di superficie utile dell'edificio:

u

p

A

QEP = [KWh/m2anno]

Qp = fabbisogno annuo di energia primaria [KWh/anno]

Au = superficie utile (netta calpestabile) della zona climatizzata dell'edificio [m2]

_____________________________________________________________________________________________________


Per tutti gli altri edifici (residenze collettive, terziario, industria) tale parametro esprime il fabbisogno annuo di energia primaria, ovvero il consumo di combustibile, per metro cubo di volume lordo dell'edificio:

V

QEP p= [KWh/m3anno]

V = volume lordo della zona climatizzata dell'edificio [m3]

_____________________________________________________________________________________________________


Classificazione degli edifici in base alla destinazione d'uso secondo il Decreto Legislativo 26 agosto 1993 N. 412.

Categoria Tipologia edifici

E.1 E.1(1)

E.1(2)

E.1(3)

Edifici adibiti a residenza e assimilabili abitazioni adibite a residenza con carattere continuativo, quali abitazioni civili e rurali, collegi, conventi, case di pena, caserme abitazioni adibite a residenza con occupazione saltuaria, quali case per vacanze, fine settimana e simili edifici adibiti ad albergo, pensione ed attività similari

E.2 Edifici adibiti a uffici e assimilabili pubblici o privati, indipendenti o contigui a costruzioni adibite anche ad attività industriali o artigianali, purché siano da tali costruzioni scorporabili agli effetti dell'isolamento termico

E.3 Edifici adibiti a ospedali, cliniche o case di cura e assimilabili ivi compresi quelli adibiti a ricovero o cura di minori o anziani nonché le strutture protette per l'assistenza ed il recupero dei tossico-dipendenti e di altri soggetti affidati a servizi sociali pubblici

E.4 E.4(1) E.4(2) E.4(3)

Edifici adibiti ad attività ricreative, associative o di culto e assimilabili cinema e teatri, sale di riunione per congressi mostre, musei e biblioteche, luoghi di culto bar, ristoranti, sale da ballo

E.5 Edifici adibiti ad attività commerciali e assimilabili negozi, magazzini di vendita all'ingrosso o al minuto, supermercati, esposizioni

E.6 E.6(1) E.6(2) E.6(3)

Edifici adibiti ad attività sportive piscine, saune e assimilabili palestre e assimilabili servizi di supporto alle attività sportive

E.7 Edifici adibiti ad attività scolastiche a tutti i livelli e assimilabili E.8 Edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali e assimilabili

_____________________________________________________________________________________________________


Principali riferimenti legislativi nazionali in materia di certificazione energetica degli edifici:

Decreti Legislativi N. 192-2005 e N. 311-2006 " Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell'edilizia".

Decreto Legislativo N. 115-2008 "Attuazione della direttiva 2006/32/CE relativa all'efficienza degli usi finali dell'energia e i servizi energetici e abrogazione della direttiva 93/76/CEE".

Decreto del Presidente della Repubblica N. 59-2009 "Regolamento di attuazione dell'articolo 4 comma 1 del decreto legislativo N. 192 2005".

Decreto 26 giugno 2009 del Ministero dello Sviluppo economico "Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici".

Principale riferimento legislativo Regione Liguria in materia di certificazione energetica degli edifici:

Regolamento Regionale N. 1-2009 "Regolamento di attuazione della Legge Regionale N. 22 2007".

Principale riferimento legislativo Regione Piemonte in materia di certificazione energetica degli edifici:

Deliberazione Giunta Regionale N. 43-11965 del 4 agosto 2009 "Legge Regionale 28 maggio 2007, n. 13 - Disposizioni in materia di rendimento energetico nell'edilizia – Disposizioni attuative in materia di certificazione energetica degli edifici ai sensi dell'articolo 21, comma 1, lettere d), e) ed f)".

_____________________________________________________________________________________________________


Allo stato attuale la legislazione sia della Regione Liguria che della Regione Piemonte prevedono che la classificazione degli edifici nuovi o esistenti, ai fini della compilazione dell'attestato di certificazione energetica, prenda in considerazione solo i seguenti ambiti:

climatizzazione invernale, produzione di acqua calda sanitaria.

ovvero:

acsigl EPEPEP +=

Il Decreto 26 giugno 2009 "Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici" ha introdotto anche una valutazione qualitativa delle caratteristiche dell’involucro edilizio volte a contenere il fabbisogno per la climatizzazione estiva.

Tale aspetto è stato già recepito dalla legislazione della Regione Piemonte, mentre non è stato ancora introdotto in quella della Regione Liguria.

_____________________________________________________________________________________________________


CLIMATIZZAZIONE INVERNALE E ESTIVA La valutazione degli indici di prestazione energetica per la climatizzazione invernale EPi e estiva EPe deve essere affrontato con riferimento al sistema edificio-impianto, mediante un'apposita metodologia di calcolo in grado di stimare analiticamente i fabbisogni di energia primaria.

Per gli edifici residenziali della classe E1 (esclusi collegi, conventi, case di pena e caserme):

u

H,pi

A

QEP =

u

C,pe

A

QEP = [KWh/m2anno]

Per tutti gli altri edifici (residenze collettive, terziario, industria):

V

QEP H,p

i = V

QEP C,p

e = [KWh/m3anno]

Qp,H = fabbisogno di energia primaria per il riscaldamento [KWh/anno]

Qp,C = fabbisogno di energia primaria per il raffrescamento [KWh/anno]

Au = superficie utile della zona climatizzata dell'edificio [m2]


_____________________________________________________________________________________________________


Il sistema edificio-impianto è costituito da uno o più edifici (involucri edilizi) o da porzioni di edificio, climatizzati attraverso un unico sistema di generazione.

A titolo di esempio sono riportati alcune tipologie di sistemi edificio-impianto (da specifica tecnica UNI/TS 11300-1:2008).

_____________________________________________________________________________________________________


Considerando per semplicità che l'edificio sia costituito da un'unica zona termica, ovvero che sia possibile stabilire un'unica temperatura interna di progetto per tutti gli spazi climatizzati, e che sia servito mediante un unico impianto di climatizzazione (invernale e estiva), la procedura di calcolo per la determinazione dei fabbisogni di energia primaria per il riscaldamento Qp,H e per il raffrescamento Qp,C si articola essenzialmente in due fasi.

inverno estate

QH,nd

Qp,H

TA

Qel,C

QC,nd

TA

_____________________________________________________________________________________________________


Osservazione

Nell'esempio riportato in figura per la climatizzazione invernale viene utilizzata una caldaia tradizionale per cui l'energia primaria Qp,H, ovvero il combustibile, viene consumata direttamente dal sistema di generazione del calore.

Nell'esempio riportato in figura per la climatizzazione estiva viene utilizzata una pompa di calore elettrica, per cui l'energia primaria Qp,C, ovvero il combustibile, non viene consumata direttamente dall'impianto, ma serve per la produzione dell'energia elettrica Qel,C, a sua volta consumata dall'impianto:

el,pC,elC,p fQQ =

fp,el = fattore di conversione in energia primaria dell'energia elettrica.

Il valore assunto dal fattore di conversione in energia primaria dell'energia elettrica fp,el tiene conto dell'efficienza media di produzione del parco termoelettrico nazionale e viene aggiornato periodicamente con apposito provvedimento dell'Autorità per l'energia elettrica e il gas (AEEG).

La Delibera AEEG N. 9-2010 ha fissato per il 2010: fp,el = 0.187⋅10-3 tep/kWhel.

Essendo, in base al Decreto Legislativo N. 115-2008, 1.01kgep = 11.75 kWhp, risulta:

el

pel,p

kWh

kWh18.2

01.1

75.11187.0f =⋅=

che corrisponde ad un rendimento medio di produzione del parco termoelettrico nazionale pari al 46%.

_____________________________________________________________________________________________________


Fase 1

Determinazione dei fabbisogni di energia termica utile dell'involucro edilizio per il riscaldamento QH,nd e per il raffrescamento QC,nd.

Tali grandezze rappresentano la quantità di calore che deve essere fornita o sottratta dall'impianto alla zona termica per mantenere la temperatura interna al valore di progetto per tutta la stagione di riscaldamento o di raffrescamento, considerando condizioni di temperatura dell’aria uniformi in tutto l’ambiente climatizzato.

Il metodo di calcolo di QH,nd e QC,nd è basato su un bilancio energetico in regime stazionario della zona climatizzata.

Il calcolo è effettuato su base mensile, considerando per la valutazione delle dispersioni e degli apporti termici i valori medi mensili della temperatura esterna e dell'irradiazione solare.

I fabbisogni di energia termica utile dell'involucro edilizio per il riscaldamento QH,nd e per il raffrescamento QC,nd si ottengono quindi sommando per tutta la durata delle stagioni di riscaldamento e di raffrescamento i fabbisogni mensili di energia termica utile QH,nd,n e QC,nd,m:

∑=

=N

1n

n,nd,Hnd,H QQ ∑=

=M

1m

m,nd,Cnd,C QQ

N = numero di mesi della stagione di riscaldamento

M = numero di mesi della stagione di raffrescamento

_____________________________________________________________________________________________________


La durata della stagione di riscaldamento è determinata in funzione della zona climatica, dipendente dai gradi giorno della località, dal Decreto Legislativo N. 412-1993.

Zona climatica Gradi Giorno Inizio Fine

A GG ≤ 600 1° dicembre 15 marzo

B 600 < GG ≤ 900 1° dicembre 31 marzo

C 900 < GG ≤ 1400 15 novembre 31 marzo

D 1400< GG ≤ 2100 1° novembre 15 aprile

E 2100 < GG ≤ 3000 15 ottobre 15 aprile

F GG > 3000 5 ottobre 22 aprile

La durata della stagione di raffrescamento è definita come il periodo durante il quale è necessario il funzionamento dell'impianto di climatizzazione per mantenere all'interno dell'edificio una temperatura interna non superiore a quella di progetto. Le modalità di calcolo del fabbisogno di energia termica utile dell'involucro edilizio per il riscaldamento e il raffrescamento sono riportate nella specifica tecnica UNI/TS 11300-1:2008 "Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione estiva e invernale".

_____________________________________________________________________________________________________


Osservazione

Per valutare la prestazione energetica del solo involucro edilizio si introducono gli indici di prestazione energetica dell'involucro per il riscaldamento EPi,inv e per il raffrescamento EPe,inv, definiti come segue.

Edifici residenziali della classe E1 (esclusi collegi, conventi, case di pena e caserme):

u

nd,Hinv,i

A

QEP =

u

nd,Cinv,e

A

QEP = [KWh/m2anno]


V

QEP nd,H

inv,i = V

QEP nd,C

inv,e = [KWh/m3anno]

QH,nd = fabbisogno di energia termica utile dell'involucro edilizio per il riscaldamento [KWh/anno]

QC,nd = fabbisogno di energia termica utile dell'involucro edilizio per il raffrescamento [KWh/anno]



_____________________________________________________________________________________________________


Fase 2

Determinazione del rendimento globale medio stagionale dell'impianto di riscaldamento ηηηηg,H e dell'impianto di raffrescamento ηηηηg,C.

Tale grandezza rappresenta il rapporto tra il fabbisogno di energia termica utile dell'involucro edilizio e il fabbisogno di energia primaria.

Il rendimento globale medio stagionale dell'impianto di riscaldamento risulta:

H,p

nd,HH,g

Q

Q=η

Il rendimento globale medio stagionale dell'impianto di raffrescamento risulta:

C,p

nd,CC,g

Q

Q=η

Il rendimento globale medio stagionale ηg tiene conto del fatto che non tutta l'energia primaria consumata è utile per il riscaldamento o per il raffrescamento della zona termica a causa delle perdite energetiche associate alla generazione, alla distribuzione, alla regolazione e all'emissione del calore (o del freddo).

_____________________________________________________________________________________________________


Le modalità di calcolo del rendimento globale medio stagionale dell'impianto di riscaldamento sono riportate nella specifica tecnica UNI/TS 11300-2:2008 "Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria".

Le modalità di calcolo del rendimento globale medio stagionale dell'impianto di raffrescamento sono riportate nella specifica tecnica UNI/TS 11300-3 "Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 3: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva".

Qp,H

TA

QH,nd

ηe = rendimento di emissione ηrg = rendimento di regolazione ηd = rendimento di distribuzione ηgn = rendimento di generazione

ηe

ηrg

ηd ηgn

gndrgeH,g ηηηη=η

_____________________________________________________________________________________________________


Il rendimento globale medio stagionale dell'impianto di riscaldamento ηηηηg,H può essere determinato in prima approssimazione (cfr. Decreto 26 giugno 2009 "Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici") mediante la seguente relazione:

gndrgeH,g ηηηη=η

ηηηηe = rendimento di emissione

tiene conto del fatto che i terminali di erogazione dell'impianto non garantiscono la perfetta uniformità della temperatura all'interno della zona riscaldata;

ηηηηrg = rendimento di regolazione

tiene conto del fatto che il sistema di regolazione dell'impianto non garantisce la perfetta stazionarietà della temperatura all'interno della zona riscaldata;

ηηηηd = rendimento di distribuzione

tiene conto del fatto che il sistema di distribuzione del fluido termovettore presenta perdite di energia termica non direttamente cedute alla zona riscaldata;

ηηηηgn = rendimento di generazione

tiene conto delle perdite di energia della caldaia, ovvero del fatto che non tutta l'energia primaria consumata viene ceduta al fluido termovettore.

_____________________________________________________________________________________________________


Una volta noti i fabbisogni di energia termica utile dell'involucro edilizio QH,nd e QC,nd e i rendimenti globali medi stagionali di impianto ηg,H e ηg,C, i fabbisogni di energia primaria risultano:

H,g

nd,HH,p

QQ

η=

C,g

nd,CC,p

QQ

η=

N.B. Dal fabbisogno di energia primaria si può ricavare il consumo di combustibile.

Il fabbisogno di energia primaria Qp è infatti l'energia fornita dal combustibile, riferita al potere calorifico inferiore.

Il potere calorifico superiore (Hs) di un combustibile è la quantità di calore che si rende disponibile per effetto della combustione completa della massa unitaria del combustibile, a pressione costante, quando i prodotti della combustione siano riportati alla temperatura iniziale del combustibile e del comburente.

Tipicamente, nelle combustioni normali i prodotti della combustione sono rilasciati a temperatura più alta di quella di riferimento del combustibile. Così, una parte del calore teoricamente disponibile si disperde per il riscaldamento dei fumi e, soprattutto, per la vaporizzazione dell'acqua prodotta dalla combustione.

Convenzionalmente si definisce potere calorifico inferiore (Hi) il potere calorifico superiore diminuito del calore di condensazione del vapore d'acqua durante la combustione.

Questo è il valore a cui si fa usualmente riferimento quando si parla di potere calorifico di un combustibile e di rendimento di una macchina termica.

_____________________________________________________________________________________________________


La norma UNI/TS 11300-2:2008 "Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria" stabilisce i poteri calorifici di riferimento di alcuni combustibili:

Hi

[kWh/Nm³]

Gas G20 9.94

Propano 28.988

Butano 36.779

p = 760 mmHg, T = 0 °C

Hi

[kWh/kg]

Gasolio 11.87

_____________________________________________________________________________________________________


ACQUA CALDA SANITARIA L'indice di prestazione energetica per la produzione dell'acqua calda sanitaria EPacs è definito come segue.

Edifici residenziali della classe E1 (esclusi collegi, conventi, case di pena e caserme):

u

W,pacs

A

QEP = [KWh/m2anno]


V

QEP W,p

acs = [KWh/m3anno]

Qp,W = fabbisogno di energia primaria per la produzione di acqua calda sanitaria [KWh/anno]



Le modalità di calcolo del fabbisogno di energia primaria per la produzione di acqua calda sanitaria sono riportate nella specifica tecnica UNI/TS 11300-2:2008 "Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria".

_____________________________________________________________________________________________________


DETERMINAZIONE DEI FABBISOGNI DI ENERGIA TERMICA UTILE PER IL RISCALDAMENTO E PER IL RAFFRESCAMENTO

I fabbisogni di energia termica utile dell'involucro edilizio per il riscaldamento QH,nd e per il raffrescamento QC,nd vengono determinati seguendo la specifica tecnica UNI/TS 11300-1:2008 "Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione estiva e invernale". In data 22 luglio 2010 è stato pubblicato l'ERRATA CORRIGE N° 1 della norma.

La specifica tecnica UNI/TS 11300-1:2008 definisce le modalità per l'applicazione nazionale della norma europea UNI EN ISO 13790:2008 "Prestazione termica degli edifici - Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamento", con riferimento al metodo mensile per il calcolo del fabbisogni di energia termica utile per il riscaldamento e il raffrescamento.

Tale metodo di calcolo può essere utilizzato per differenti scopi:

• calcolo di progetto, ad esempio per confrontare le prestazioni energetiche di differenti alternative progettuali per un edificio in fase di progetto;

• calcolo in condizioni standard, ad esempio confrontare le prestazioni energetiche di edifici esistenti;

• calcolo in particolari condizioni climatiche o d'esercizio, ad esempio per poter valutare i consumi effettivi di energia primaria di un edificio.

La trattazione seguente riguarda l'applicazione della norma UNI/TS 11300-1:2008 esclusivamente nei casi di calcolo di progetto e di calcolo in condizioni standard.

_____________________________________________________________________________________________________


Il fabbisogno di energia termica utile per il riscaldamento QH,nd si calcola mediante la seguente relazione:

gngn,Hht,Hnd,H QQQ η−=

QH,ht = calore scambiato attraverso l'involucro edilizio

Qgn = calore derivante dagli apporti termici attraverso l'involucro edilizio

ηH,gn = fattore di utilizzazione degli apporti termici

QH,nd TA

QH,ht

Qgn

_____________________________________________________________________________________________________


Il calore scambiato QH,ht risulta:

tr,Hve,Hht,H QQQ +=

QH,ve = calore scambiato per ventilazione

QH,tr = calore scambiato per trasmissione

Il calore derivante dagli apporti termici Qgn risulta:

solintgn QQQ +=

Qint = calore derivante dagli apporti interni

Qsol = calore derivante dagli apporti solari

Il fattore di utilizzazione degli apporti termici ηηηηH,gn è un numero adimensionale compreso tra 0 e 1, funzione dell'inerzia termica dell'edificio e del rapporto Qgn/QH,ht.

Tale parametro tiene conto del fatto che non tutto il calore derivante dagli apporti termici è utilizzato per il riscaldamento della zona termica.

Qint Qsol

QH,tr

QH,ve

_____________________________________________________________________________________________________


Il fabbisogno di energia termica utile per il raffrescamento QC,nd si calcola mediante la seguente relazione:

ht,Cls,Cgnnd,C QQQ η−=

QC,ht = calore scambiato attraverso l'involucro edilizio

Qgn = calore derivante dagli apporti termici attraverso l'involucro edilizio

ηC,ls = fattore di utilizzazione delle dispersioni termiche

QC,nd

TA

QC,ht

Qgn

_____________________________________________________________________________________________________


Il calore scambiato QC,ht risulta:

tr,Cve,Cht,C QQQ +=

QC,ve = calore scambiato per ventilazione

QC,tr = calore scambiato per trasmissione

Il calore derivante dagli apporti termici Qgn risulta:

solintgn QQQ +=

Qint = calore derivante dagli apporti interni

Qsol = calore derivante dagli apporti solari

Il fattore di utilizzazione delle dispersioni termiche ηηηηC,ls è un numero adimensionale compreso tra 0 e 1, funzione dell'inerzia termica dell'edificio e del rapporto Qgn/QC,ht.

Tale parametro tiene conto del fatto che non tutto il calore disperso attraverso l'involucro edilizio è utilizzato per il raffrescamento della zona termica.

_____________________________________________________________________________________________________


Osservazione

Il calore scambiato attraverso l'involucro edilizio per ventilazione e trasmissione QH,ht è uscente dalla zona termica, in quanto durante la stagione di riscaldamento la temperatura interna di regolazione (per quasi tutte le categorie di edifici pari a 20 °C) è maggiore della temperatura media mensile dell'aria esterna.

Il calore scambiato attraverso l'involucro edilizio per ventilazione e trasmissione QC,ht può essere uscente o entrante nella zona termica, in quanto durante la stagione di raffrescamento la temperatura interna di regolazione (per quasi tutte le categorie di edifici pari a 26 °C) può essere maggiore o minore della temperatura media mensile dell'aria esterna.

_____________________________________________________________________________________________________


1 - Calore scambiato per ventilazione I calori scambiati per ventilazione QH,ve e QC,ve possono essere espressi mediante le seguenti relazioni:

riscaldamento t)TT(HQ eH,setint,veve,H −= (*)

raffrescamento t)TT(HQ eC,setint,veve,C −= (*)

Hve = coefficiente di scambio termico per ventilazione [W/K]

Tint,set,H = temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona termica [°C]

Tint,set,C = temperatura interna di regolazione per il raffrescamento della zona termica [°C]

Te = temperatura media dell'aria esterna del mese o della frazione di mese considerati [°C]

t = durata del mese o della frazione di mese considerati [s]

N.B. Nelle (*) se si esprime il tempo t in [s] si ottiene il calore Q in [J]. La conversione da [J] a [kWh] risulta: 1 kWh = 3.6⋅106 J. I secondi in un mese risultano: t = 3600⋅24⋅N, essendo N il numero di giorni del mese compresi nella stagione di riscaldamento o di raffrescamento.

_____________________________________________________________________________________________________


I valori medi mensili della temperatura media giornaliera dell'aria esterna Te si ricavano per le diverse località dalla norma UNI 10349:1994 "Riscaldamento e Raffrescamento degli edifici – Dati climatici".

Si riporta a titolo di esempio un estratto del prospetto VI di tale norma.

Nel caso di frazioni di mese i valori della temperatura media dell'aria esterna si ricavano per interpolazione con riferimento al giorno centrale di ciascuna frazione di mese, attribuendo al quindicesimo giorno di ciascun mese i valori medi mensili riportati nella UNI 10349:1994.

_____________________________________________________________________________________________________


QH,ve

20 °C Genova 9.3 °C Torino 2.0 °C

Agrigento 12.2 °C

Dicembre

QH,ve

26 °C Genova 24.5 °C Torino 23.3 °C

Agrigento 26.9 °C

Luglio

_____________________________________________________________________________________________________


Esempio

Valutare le temperature medie dell'aria esterna a Genova ai fini del calcolo del fabbisogno di energia termica utile per il riscaldamento.

Essendo Genova in zona climatica D, la durata della stagione di riscaldamento è dal 1° novembre al 15 aprile.

Per i mesi compresi interamente nella stagione di riscaldamento si assumono direttamente i valori medi mensili riportati nella norma UNI 10349:1994:

novembre Te = 12.9 °C dicembre Te = 9.3 °C gennaio Te = 7.9 °C febbraio Te = 8.9 °C marzo Te = 11.6 °C

Per il mese di aprile si procede come segue:

• giorno centrale della frazione di mese a cui attribuire la temperatura media da valutare: 8 aprile;

• temperatura del 15 marzo (da UNI 10349:1994): T = 11.6 °C;

• temperatura del 15 aprile (da UNI 10349:1994): T = 14.7 °C;

• numero giorni dal 15 marzo al 15 aprile: 31;

• numero giorni dal 15 marzo all'8 aprile: 24;

• temperatura media della frazione del mese di aprile:

C0.142431

6.117.146.11Te °=⋅−+=

_____________________________________________________________________________________________________


Per le diverse categorie di edifici, classificate in base al Decreto Legislativo 26 agosto 1993 n. 412, si assumono i valori costanti di temperatura di regolazione interna Tint,set,H e Tint,set,C riportati in tabella.

Categoria Tipologia edifici Tint,set,H [°C]

Tint,set,C [°C]

E.1 E.1(1)

E.1(2)

E.1(3)


20 26


20 26


20 26

E.4 E.4(1) E.4(2) E.4(3)


20 26


20 26

E.6 E.6(1) E.6(2) E.6(3)


28 18 20

28 24 26

E.7 Edifici adibiti ad attività scolastiche a tutti i livelli e assimilabili 20 26 E.8 Edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali e assimilabili 18 26

_____________________________________________________________________________________________________


1.1 - Coefficiente di scambio termico per ventilazione Il coefficiente di scambio termico per ventilazione Hve si ricava come:

veaave qcH ρ=

ρa = 1.2 kg/m3, densità dell'aria

ca = 1000 J/kgK, calore specifico a pressione costante dell'aria

qve = portata volumetrica d'aria di rinnovo [m3/s]

In genere la portata d'aria di rinnovo qve viene posta pari ad una frazione del volume utile dello spazio climatizzato:

3600

nVq u

ve =

n = numero dei ricambi orari d'aria [h-1]

Vu = volume netto della zona termica [m3]

Risulta quindi:

uuuaa

ve nV33.0nV3600

10002.1

3600

nVcH =⋅=ρ=

_____________________________________________________________________________________________________


La portata d'aria di rinnovo qve viene determinata come segue. • Nel caso di aerazione o di ventilazione naturale:

- per gli edifici residenziali (categoria E.1) e per gli edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali (categoria E.8) si assume un tasso di ricambio d'aria n = 0.3 h-1

- per tutti gli altri edifici si assumono le portate d'aria di progetto riportate nella norma UNI 10339:1995 "Impianti aeraulici a fini di benessere. Generalità, classificazione e requisiti. Regole per la richiesta d'offerta, l'offerta, l'ordine e la fornitura", calcolate assumendo un valore dell'indice di affollamento pari al 60% di quello riportato nella suddetta norma.

In assenza di informazioni, al fine di determinare la portata di ventilazione, il volume netto Vu della zona termica climatizzata può essere ottenuto moltiplicando il volume lordo per un fattore funzione della tipologia edilizia, il cui valore è riportato in tabella. Categoria di edificio Tipo di costruzione

E.1, E.2, E.3, E.7 Pareti di spessore maggiore di 45 cm Pareti di spessore fino di 45 cm

0.6 0.7

E.4, E.5, E.6, E.8 Con partizioni interne Senza partizioni interne

0.8 0.9

_____________________________________________________________________________________________________


• Nel caso di ventilazione meccanica a semplice flusso (solo aspirazione) la portata d'aria di rinnovo è fissata pari a:

des,veve qkq =

qve,des = portata d'aria di progetto [m3/s] k = coefficiente di contemporaneità di utilizzo delle bocchette aspiranti

In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise si può assumere:

k = 1 per sistemi a portata fissa k = 0.6 per sistemi a portata variabile

• Nel caso di ventilazione meccanica a doppio flusso (mandata e aspirazione) la

portata d'aria di rinnovo è fissata pari a:

)1(qkq vedes,veve η−=

qve,des = portata d'aria di progetto [m3/s] ηve = efficienza termica dell'eventuale recuperatore di calore

_____________________________________________________________________________________________________


Le portate volumetriche di aria esterna e di estrazione da adottare per le diverse tipologie edilizie in fase di progetto si ricavano dal Prospetto III della norma UNI 10339:1995, di cui si riporta un estratto a titolo di esempio.

_____________________________________________________________________________________________________


Nel caso in cui sia dato Qop, si ha:

1000

aQq op

des,ve =

Qop = portata di aria esterna o di estrazione per persona [lt/s persona]

a = affollamento [persone]

Nel caso in cui sia dato Qos, si ha:

1000

AQq uos

des,ve =

Qos = portata di aria esterna o di estrazione per unità di superficie [lt/sm2]

Au = superficie netta calpestabile [m2]

Le portate Qop e Qos di cui al Prospetto III devono essere corrette in funzione dell'altitudine, moltiplicando il relativo valore per il coefficiente correttivo ricavato dalla seguente tabella.

_____________________________________________________________________________________________________


L'affollamento a, ovvero il numero di persone considerate contemporaneamente presenti nel locale ai fini progettuali, risulta:

usAaa =

as = indice di affollamento [persone/m2]

Au = superficie netta calpestabile [m2]

I valori dell'indice di affollamento as sono riportati per le diverse tipologie edilizie nel prospetto VIII della norma UNI 10339:1995, di cui si riporta un estratto a titolo di esempio.

N.B. Nel caso di aerazione e di ventilazione naturale la portata d'aria di rinnovo qve

si assume pari alla portata d'aria di progetto qve,des, calcolata assumendo valori dell'indice di affollamento as pari al 60% di quelli sopra riportati.

_____________________________________________________________________________________________________


2 - Calore scambiato per trasmissione Il calore scambiato per trasmissione Qtr risulta:

rAUgDtr QQQQQQ ++++=

QD = calore scambiato direttamente con l'esterno

Qg = calore scambiato con il terreno

QU = calore scambiato con ambienti non climatizzati

QA = calore scambiato con altre zone termiche climatizzate a temperatura diversa

Qr = calore scambiato con la volta celeste

_____________________________________________________________________________________________________


QD

Qg QA

QU Qr

26 °C

Genova 24.5 °C Torino 23.3 °C

Agrigento 26.9 °C

Luglio

24 °C

?? °C

?? °C

Genova 13.5 °C Torino 12.3 °C Agrigento 15.9 °C

volta

Genova 9.3 °C Torino 2.0 °C

Genova -1.7 °C Torino -9.0 °C Agrigento 1.2 °C

volta celeste

QD

Qg QA

QU Qr

20 °C

Agrigento 12.2 °C

Dicembre

18 °C

?? °C

?? °C

_____________________________________________________________________________________________________


I calori scambiati per trasmissione QH,tr e QC,tr possono essere espressi mediante le seguenti relazioni:

riscaldamento reH,setint,trtr,H Qt)TT(HQ +−=

raffrescamento reC,setint,trtr,C Qt)TT(HQ +−=

Htr = coefficiente di scambio termico per trasmissione [W/K]

Tint,set,H = temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona termica [°C]

Tint,set,C = temperatura interna di regolazione per il raffrescamento della zona termica [°C]

Te = temperatura media dell'aria esterna del mese o della frazione di mese considerati [°C]

t = durata del mese o della frazione di mese considerati [s] Il coefficiente di scambio termico per trasmissione Htr risulta:

AUgDtr HHHHH +++=

HD = coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso l'ambiente esterno

Hg = coefficiente di scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno

HU = coefficiente di scambio termico per trasmissione verso gli ambienti non climatizzati

HA = coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone termiche climatizzate a temperatura diversa

_____________________________________________________________________________________________________


2.1 - Coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso l'ambiente esterno

Per il calcolo del coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso l'ambiente esterno HD, la norma UNI EN ISO 13789:2008 "Prestazione termica degli edifici - Coefficienti di trasferimento del calore per trasmissione e ventilazione - Metodo di calcolo" fornisce la seguente relazione:

∑∑∑ Χ+Ψ+=j

jk

kki

iiD LUAH

Ui = trasmittanza termica dell'i-esimo componente (opaco o trasparente) dell'involucro edilizio confinante con l'esterno [W/m2K]

Ai = area caratterizzata dalla trasmittanza Ui [m2]

Ψk = trasmittanza termica lineica (o lineare) del k-esimo ponte termico lineare confinante con l'esterno [W/mK]

Lk = lunghezza lungo cui si applica la trasmittanza Ψk [m]

Χj = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale confinante con l'esterno [W/K] (termine trascurabile)

_____________________________________________________________________________________________________


Osservazione

Il flusso termico scambiato tra un ambiente a temperatura Ti e l'esterno a temperatura Te si calcola adottando l'ipotesi di monodimensionalità, a partire dalla trasmittanza degli elementi dell'involucro edilizio:

)TT(UA eii

iimon −⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=ϕ ∑

Al flusso termico monodimensionale si aggiunge il contributo del flusso termico scambiato attraverso i ponti termici (lineari e puntuali) per tener conto del fatto che, a causa di discontinuità di tipo strutturale o geometrico, in alcune zone dell'involucro edilizio l'ipotesi di monodimensionalità non è verificata:

)TT(L eij

jk

kkpt −⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Χ+Ψ=ϕ ∑∑

Tale contributo può risultare significativo in quanto in corrispondenza dei ponti termici spesso si hanno discontinuità nell'isolamento termico.

ϕpt

ϕmon

_____________________________________________________________________________________________________


Il flusso termico ϕD scambiato per trasmissione direttamente verso l'ambiente esterno risulta:

)TT(LUA eij

jk

kki

iiptmonD −⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Χ+Ψ+=ϕ+ϕ=ϕ ∑∑∑

Il calore QD scambiato per trasmissione direttamente verso l'ambiente esterno risulta quindi:

t)TT(LUAQ eij

jk

kki

iiD −⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Χ+Ψ+= ∑∑∑

Ne segue che:

∑∑∑ Χ+Ψ+=j

jk

kki

iiD LUAH

_____________________________________________________________________________________________________


Per il calcolo della trasmittanza termica dei componenti opachi dell'involucro edilizio si fa riferimento alle seguenti norme. • Per le proprietà termofisiche dei materiali:

UNI 10351:1994 "Materiali da costruzione. Conduttività termica e permeabilità al vapore" UNI EN 1745:2005 "Muratura e prodotti per muratura - Metodi per determinare i valori termici di progetto"

• Per le resistenze termiche di murature e solai:

UNI 10355:1994 "Murature e solai. Valori della resistenza termica e metodo di calcolo" UNI EN 1745:2005 "Muratura e prodotti per muratura - Metodi per determinare i valori termici di progetto"

• Per le resistenze liminari e per le resistenze delle intercapedini d'aria:

UNI EN ISO 6946:2008 "Componenti ed elementi per edilizia - Resistenza termica e trasmittanza termica - Metodo di calcolo"

In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, nel caso di edifici esistenti possono essere utilizzati i dati riportati nelle Appendici A e B della UNI/TS 11300-1:2008.

_____________________________________________________________________________________________________


Per il calcolo della trasmittanza termica dei componenti trasparenti dell'involucro edilizio si fa riferimento alle seguenti norme. • Per porte e finestre:

UNI EN ISO 10077-1:2007 "Prestazione termica di finestre, porte e chiusure oscuranti – Calcolo della trasmittanza termica – Parte 1: Generalità" In alternativa si assume il valore dichiarato dal fabbricante.

• Per le facciate continue trasparenti:

UNI EN 13947:2007 "Prestazione termica delle facciate continue - Calcolo della trasmittanza termica"

In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, possono essere utilizzati i dati riportati nell'Appendice C della UNI/TS 11300-1:2008.

_____________________________________________________________________________________________________


Per il calcolo della trasmittanza termica lineica dei ponti termici si fa riferimento alla seguente norma. • UNI EN ISO 14683:2008 "Ponti termici in edilizia - Coefficiente di trasmissione

termica lineica - Metodi semplificati e valori di riferimento"

In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, nel caso di edifici esistenti, per alcune tipologie edilizie lo scambio termico attraverso i ponti termici può essere valutato forfetariamente applicando le maggiorazioni percentuali riportate in tabella.

Struttura Maggiorazione

[%]

Parete con isolamento dall'esterno (a cappotto) senza aggetti/balconi e ponti termici corretti

5

Parete con isolamento dall'esterno (a cappotto) con aggetti/balconi 15 Parete omogenea in mattoni pieni o in pietra (senza isolante) 5 Parete a cassa vuota con mattoni forati (senza isolante) 10 Parete a cassa vuota con isolamento nell'intercapedine (ponte termico corretto)

10

Parete a cassa vuota con isolamento nell'intercapedine (ponte termico non corretto)

20

Pannello prefabbricato in calcestruzzo con pannello isolante all'interno 30

Tali maggiorazioni si applicano alle dispersioni termiche attraverso la parete opaca e tengono conto anche dei ponti termici relativi ai serramenti.

_____________________________________________________________________________________________________


2.2 - Coefficiente di scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno

Per il calcolo del coefficiente di scambio termico stazionario verso il terreno Hg si fa riferimento alla seguente norma. • UNI EN ISO 13370:2008 "Prestazione termica degli edifici - Trasferimento di

calore attraverso il terreno - Metodi di calcolo"

In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, nel caso di edifici esistenti il coefficiente di scambio termico stazionario verso il terreno può essere calcolato mediante la seguente relazione:

g,trfg bAUH =

A = area del pavimento [m2]

Uf = trasmittanza termica della parte sospesa del pavimento (tra l'ambiente interno e lo spazio sottopavimento) [W/m2K]

btr,g = fattore di correzione della temperatura riportato in tabella

Il fattore di correzione della temperatura btr,g può essere ricavato dalla seguente tabella.

Ambiente confinante btr,g

Pavimento controterra 0.45 Parete controterra 0.45 Pavimento su vespaio areato 0.80

_____________________________________________________________________________________________________


Osservazione

Essendo il coefficiente di scambio termico stazionario verso il terreno Hg riferito alla differenza di temperatura tra l'ambiente interno e l'esterno:

t)TT(bAUt)TT(HQ esetint,g,trfesetint,gg −=−=

il fattore di correzione btr,g tiene conto del fatto che la temperatura del terreno è differente rispetto alla temperatura esterna.

Il flusso termico ϕg tra un ambiente climatizzato a temperatura Ti e il terreno a temperatura Tg può essere infatti calcolato mediante la seguente relazione:

)TT(AU gifg −=ϕ

Moltiplicando e dividendo per Ti-Te, si ottiene:

)TT(bAU)TT(TT

TTAU esetint,g,trfei

ei

gifU −=−

−−

=ϕ

ove: ei

gig,tr

TT

TTb

−−

=

Un elevato valore di btr,g indica che la temperatura del terreno è prossima alla temperatura esterna.

Un basso valore di btr,g indica che la temperatura del terreno è prossima alla temperatura interna.

_____________________________________________________________________________________________________


2.3 - Coefficiente di scambio termico per trasmissione verso gli ambienti non climatizzati

Per il calcolo del coefficiente di scambio termico per trasmissione verso gli ambienti non climatizzati HU, la norma UNI EN ISO 13789:2008 "Prestazione termica degli edifici - Coefficienti di trasferimento del calore per trasmissione e ventilazione - Metodo di calcolo" fornisce la seguente relazione:

u,triuU bHH =

ove il fattore di correzione della temperatura btr,u è dato:

ueiu

ueu,tr

HH

Hb

+=

Hiu = coefficiente di scambio termico tra l'ambiente climatizzato e l'ambiente non climatizzato [W/K]

Hue = coefficiente di scambio termico tra l'ambiente non climatizzato e l'ambiente esterno [W/K]

_____________________________________________________________________________________________________


I coefficienti Hiu e Hue comprendono sia lo scambio termico per trasmissione che quello per ventilazione:

iu,veiu,Diu HHH +=

ue,veue,Due HHH +=

HD,iu = coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione tra l'ambiente climatizzato e l'ambiente non climatizzato [W/K]

Hve,iu = coefficiente di scambio termico per ventilazione tra l'ambiente climatizzato e l'ambiente non climatizzato [W/K]

HD,ue = coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione tra l'ambiente non climatizzato e l'ambiente esterno [W/K]

Hve,ue = coefficiente di scambio termico per ventilazione tra l'ambiente non climatizzato e l'ambiente esterno [W/K]

Per la valutazione dei coefficienti di scambio termico diretto per trasmissione HD,iu e HD,ue si veda il paragrafo 2.1.

_____________________________________________________________________________________________________


Per la valutazione dei coefficienti di scambio termico per ventilazione Hve,iu e Hve,ue si utilizzano le seguenti relazioni:

iu,veaaiu,ve qcH ρ=

ue,veaaue,ve qcH ρ=



qve,iu = portata volumetrica d'aria di rinnovo tra l'ambiente climatizzato e l'ambiente non climatizzato [m3/s]

qve,ue = portata volumetrica d'aria di rinnovo tra l'ambiente non climatizzato e l'esterno [m3/s]

Al fine di non sottostimare il coefficiente HU, la portata volumetrica d'aria di rinnovo tra l'ambiente climatizzato e l'ambiente non climatizzato qve,iu può essere assunta nulla:

0q iu,ve =

_____________________________________________________________________________________________________


La portata volumetrica d'aria di rinnovo tra l'ambiente non climatizzato e l'esterno qve,ue viene espressa mediante la seguente relazione:

3600/Vnq uueue,ve =

nue = numero di ricambi orari d'aria tra l'ambiente non climatizzato e l'esterno [h-1]

Vu = volume netto dell'ambiente non climatizzato [m3]

Il numero di ricambi orari d'aria tra l'ambiente non climatizzato e l'esterno nue può essere ricavato dalla seguente tabella.

Ambiente non climatizzato nue [h-1]

assenza di porte o finestre, giunture tra i componenti ben sigillate, assenza di aperture di ventilazione

0.1

giunture tra i componenti ben sigillate, assenza di aperture di ventilazione 0.5

giunture tra i componenti ben sigillate, presenza di piccole di aperture di ventilazione

1

assenza di tenuta all'aria a causa della presenza di alcune giunture localizzate aperte o di aperture permanenti di ventilazione

3

assenza di tenuta all'aria a causa della presenza numerose giunture localizzate aperte o di grandi o numerose aperture permanenti di ventilazione

10

_____________________________________________________________________________________________________


In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, nel caso di edifici esistenti il fattore di correzione della temperatura btr,u può essere ricavato dalla seguente tabella.

Ambiente confinante btr,u

Ambiente - con una parete esterna - senza serramenti esterni e con almeno due pareti esterne - con serramenti esterni e con almeno due pareti esterne (per esempio autorimesse) - con tre pareti esterne (per esempio vani scala esterni)

0.4 0.5 0.6 0.8

Piano interrato o seminterrato - senza finestre o serramenti esterni - con finestre o serramenti esterni

0.5 0.8

Sottotetto - tasso di ventilazione del sottotetto elevato (per esempio tetti ricoperti con tegole o

altri materiali di copertura discontinua) senza rivestimento con feltro o assito - altro tetto non isolato - tetto isolato

1.0 0.9 0.7

Aree interne di circolazione (senza muri esterni e con tasso di ricambio d'aria minore di 0.5 h-1)

0.0

Aree interne di circolazione liberamente ventilate (rapporto tra l'area delle aperture e volume dell'ambiente maggiore di 0.005 m2/m3)

1.0

_____________________________________________________________________________________________________


Osservazione

Essendo il coefficiente di scambio termico per trasmissione verso gli ambienti non climatizzati HU riferito alla differenza di temperatura tra l'ambiente interno e l'esterno:

t)TT(bHt)TT(HQ esetint,u,triuesetint,UU −=−=

il fattore di correzione btr,u tiene conto del fatto che la temperatura degli ambienti non climatizzati è differente rispetto alla temperatura esterna.

Il flusso termico ϕU tra un ambiente climatizzato a temperatura Ti e un ambiente non climatizzato a temperatura Tu può essere infatti calcolato mediante la seguente relazione:

)TT(H uiiuU −=ϕ (*)

Ipotizzando che l'ambiente non climatizzato scambi calore esclusivamente con l'ambiente climatizzato e con l'esterno a temperatura Te, si ha:

)TT(H euueU −=ϕ (**)

N.B.

Tale ipotesi equivale a trascurare gli scambi termici dell'ambiente non climatizzato con il terreno, con altri ambienti non climatizzati, con altre zone termiche climatizzate a temperatura diversa, nonché eventuali apporti interni e solari.

La presenza di eventuali apporti interni e solari nell'ambiente non climatizzato verrà considerata in seguito come calore guadagnato.

Ti

)TT(H uiiuU −=ϕ

Tu

Te

)TT(H euueU −=ϕ

_____________________________________________________________________________________________________


Confrontando la (*) e la (**), si ottiene la temperatura di equilibrio che si stabilisce nell'ambiente non climatizzato:

ueiu

eueiiuu

HH

THTHT

++= (***)

Esprimendo il flusso ϕU in funzione della differenza di temperatura Ti-Te, si ha: )TT(H eiUU −=ϕ (****)

Dalla (****), utilizzando la (*) e la (***) si ottiene:

ueiu

ueiu

ei

ueiu

eueiiui

iuei

uiiu

ei

UU

HH

HH

TT

HH

THTHT

HTT

TTH

TTH

+=

−++−

=−−=

−ϕ=

Ne segue che il fattore di correzione btr,u vale:

ei

ui

ueiu

ueu,tr

TT

TT

HH

Hb

−−=

+=

Si osservano i seguenti casi limite:

btr,u = 0, HU = 0 se Hue = 0, Tu = Ti il coefficiente di scambio termico verso l'ambiente non climatizzato risulta nullo quando è nullo il coefficiente di scambio termico tra l'ambiente non climatizzato e l'esterno, ovvero quando l'ambiente non climatizzato risulta alla stessa temperatura dell'ambiente climatizzato.

btr,u = 1, HU = Hiu se Hue = ∞, Tu = Te il coefficiente di scambio termico verso l'ambiente non climatizzato risulta pari al coefficiente di scambio termico tra l'ambiente climatizzato e l'ambiente non climatizzato quando è infinito il coefficiente di scambio termico tra l'ambiente non climatizzato e l'esterno, ovvero quando l'ambiente non climatizzato è alla stessa temperatura dell'esterno.

_____________________________________________________________________________________________________


2.4 - Coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone termiche climatizzate a temperatura diversa

Per il calcolo del coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone termiche climatizzate a temperatura diversa HA, la norma UNI EN ISO 13789:2008 "Prestazione termica degli edifici - Coefficienti di trasferimento del calore per trasmissione e ventilazione - Metodo di calcolo" fornisce la seguente relazione:

a,triaA bHH =

ove il fattore di correzione della temperatura btr,a è dato:

esetint,

asetint,a,tr

TT

TTb

−−

=

Hia = coefficiente di scambio termico tra l'ambiente climatizzato e la zona termica climatizzata a temperatura diversa [W/K]

Ta = temperatura della zona termica climatizzata a temperatura diversa [°C]

N.B. Il coefficiente HA può essere positivo o negativo a seconda che sia Ta < Tint,set o viceversa.

Nel caso in cui la zona termica confini con appartamenti che non sono normalmente abitati (ad es. case vacanze), la temperatura Ta da assumere all'interno di tali ambienti può essere determinata in base all'Appendice Nazionale della norma UNI EN 12831:2008 "Impianti di riscaldamento negli edifici - Metodo di calcolo del carico termico di progetto".

_____________________________________________________________________________________________________


Il coefficiente Hia comprende sia lo scambio termico per trasmissione che quello per ventilazione:

ia,veia,Dia HHH +=

HD,ia = coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione tra l'ambiente climatizzato e la zona termica climatizzata a temperatura diversa [W/K]

Hve,ia = coefficiente di scambio termico per ventilazione tra l'ambiente climatizzato e la zona termica climatizzata a temperatura diversa [W/K]

Per la valutazione del coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione HD,ia si veda il paragrafo 2.1.

Per la valutazione del coefficiente di scambio termico per ventilazione Hve,ia si utilizza la seguente relazione:

ia,veaaia,ve qcH ρ=



qv,ia = portata volumetrica d'aria di rinnovo tra l'ambiente climatizzato e l'ambiente climatizzato a differente temperatura [m3/s]

La norma UNI EN ISO 13790:2008 afferma che nella maggior parte dei casi la portata volumetrica d'aria di rinnovo tra l'ambiente climatizzato e l'ambiente climatizzato a differente temperatura qve,ia può essere considerata nulla:

0q ia,ve =

_____________________________________________________________________________________________________


Osservazione

Essendo il coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone termiche climatizzate a temperatura diversa HA riferito alla differenza di temperatura tra l'ambiente interno e l'esterno:

t)TT(bHt)TT(HQ esetint,a,triaesetint,AA −=−=

il fattore di correzione btr,a tiene conto del fatto che la temperatura della zona termica climatizzata a temperatura diversa è differente rispetto alla temperatura esterna.

Il flusso termico ϕA tra un ambiente climatizzato a temperatura Ti e un ambiente climatizzato a temperatura Ta può essere infatti calcolato mediante la seguente relazione:

)TT(H aiiaA −=ϕ (*)

Esprimendo il flusso ϕA in funzione della differenza di temperatura Ti-Te, si ha:

)TT(H eiAA −=ϕ (**)

Dalla (*) e dalla (**) si ottiene:

ei

aiia

ei

AA

TT

TTH

TTH

−−=

−ϕ=

Ne segue che il fattore di correzione btr,a vale:

ei

aiu,tr

TT

TTb

−−=

Ti Ta

)TT(H aiiaA −=ϕ

_____________________________________________________________________________________________________


2.5 - Calore disperso verso la volta celeste Il calore disperso verso la volta celeste Qr vale:

tFQ

k

k,rk,rr

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

ϕ= ∑

Fr,k = fattore di forma tra il componente edilizio k-esimo e la volta celeste

ϕr,k = extra flusso termico dovuto alla radiazione termica verso la volta celeste dal componente edilizio k-esimo [W]


Per il calcolo dei termini Fr e ϕr si fa riferimento alla norma UNI EN ISO 13790:2008. Il fattore di forma Fr può essere valutato mediante la seguente relazione:

2/)Scos1(FF dif,ob,shr +=

Fsh,ob,dif = fattore di riduzione per ombreggiatura relativo alla sola radiazione diffusa, pari a 1 in assenza di ombreggiature da elementi esterni

S = angolo di inclinazione del componente sull'orizzonte

In particolare si ha:

Fr = 1 per superfici orizzontali non ombreggiate Fr = 0.5 per superfici verticali non ombreggiate

_____________________________________________________________________________________________________


S = 0 Fr = 1

S

S = 90° Fr = 0.5

0 < S < 90° 0.5 < Fr < 1

S

Fr < 1 S = 0 S

S = 90° Fr < 0.5

_____________________________________________________________________________________________________


L'extra flusso termico ϕϕϕϕr può essere valutato mediante la seguente relazione:

errccser ThAUR ∆=ϕ

Rse = resistenza termica superficiale esterna del componente, da UNI EN ISO 6946:2008 [m2K/W]

Uc = trasmittanza termica del componente, da UNI EN ISO 6946:2008 [W/m2K]

Ac = area proiettata del componente [m2]

hr = coefficiente di irraggiamento tra la superficie esterna del componente e la volta celeste [W/m2K]

∆Ter = Te-Tvc = differenza tra la temperatura dell'aria esterna Te e la temperatura apparente della volta celeste Tvc, assunta pari a 11 °C

Il coefficiente di irraggiamento hr tiene conto dello scambio termico tra la superficie esterna del componente e la volta celeste e può essere valutato mediante la seguente relazione:

3mr T4h εσ=

σ = costante di Stefan-Boltzmann, σ = 5.67⋅10-8 W/m2K4

ε = emissività della superficie esterna del componente

Tm = (Tse+Tvc)/2 = temperatura media della superficie esterna del componente Tse e della volta celeste Tvc [K]

In prima approssimazione si può porre: ε= 5hr

Il valore tipico di ε per i materiali da costruzione è 0.9, per i vetri senza deposito superficiale è 0.837.

_____________________________________________________________________________________________________


3 - Calore derivante dagli apporti termici interni Il calore derivante dagli apporti interni Qint può essere determinato mediante la seguente relazione:

t)b1(tQ

j

j,uint,u,tr

k

kint,int

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ−+

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ= ∑∑

ϕint,k = flusso termico derivante dall'apporto interno k-esimo nell'ambiente climatizzato[W]

ϕint,u,j = flusso termico derivante dall'apporto interno j-esimo nell'ambiente adiacente non climatizzato [W]

btr,u = fattore di correzione della temperatura relativo all'ambiente adiacente non climatizzato

t = durata del mese o della frazione di mese considerati [s] In assenza di informazioni che ne dimostrino la rilevanza, è lecito trascurare l'effetto degli apporti termici prodotti all'interno degli ambienti adiacenti non riscaldati: ϕint,u = 0. Inoltre nel caso di valutazione di progetto o di valutazione standard il calore derivante dagli apporti termici interni può essere valutato semplicemente in funzione della destinazione d'uso del locale, senza tenere conto degli apporti prodotti dalle singole sorgenti presenti all'interno dell'ambiente.

_____________________________________________________________________________________________________


Il flusso termico ϕϕϕϕint risulta:

uintint A'ϕ=ϕ

ϕ'int = flusso termico per unità di superficie derivante dagli apporti interni [W/m2]

Au = area netta della superficie del pavimento della zona termica riscaldata [m2] Vengono forniti i valori medi (riportati in tabella) del flusso termico per unità di superficie ϕϕϕϕ'int derivante dagli apporti interni per le diverse categorie di edifici in funzione della destinazione d'uso.

In assenza di informazioni, al fine di determinare gli apporti termici interni, l'area netta della zona termica riscaldata Au può essere ottenuta moltiplicando l'area lorda per un fattore fn ricavabile dalla seguente espressione:

mn d3055.09761.0f −=

dm = spessore medio delle pareti esterne

_____________________________________________________________________________________________________


Categoria Tipologia edifici ϕϕϕϕ'int

[W/m2]

E.1 E.1(1)

E.1(2)

E.1(3)


(*)

(*) 6


6


8

E.4 E.4(1) E.4(2) E.4(3)


8 8 10


8

E.6 E.6(1) E.6(2) E.6(3)


10 5 4

E.7 Edifici adibiti ad attività scolastiche a tutti i livelli e assimilabili 4 E.8 Edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali e assimilabili 6 (*) Per gli edifici di categoria E.1 (1) e E.1 (2) (abitazioni) aventi Au ≤ 170 m2, il

flusso termico complessivo derivante dagli apporti interni è ricavato come: 2uuint A01557.0A294.5 −=ϕ

Nel caso in cui Au > 170 m2, si pone ϕint = 450 W.

_____________________________________________________________________________________________________


4 - Calore derivante dagli apporti termici solari Il calore derivante dagli apporti solari Qs può essere determinato mediante la seguente relazione:

t)b1(tQ

j

j,u,solu,tr

k

k,solsol

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ−+

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ= ∑∑

ϕsol,k = flusso termico di origine solare attraverso il componente edilizio k-esimo nell'ambiente climatizzato [W]

ϕsol,u,j = flusso termico di origine solare attraverso il componente edilizio j-esimo nell'ambiente adiacente non climatizzato [W]

btr,u = fattore di correzione della temperatura relativo all'ambiente adiacente non climatizzato


_____________________________________________________________________________________________________


Il flusso termico di origine solare ϕϕϕϕsol attraverso un componente edilizio si calcola come:

solsolob,shsol IAF=ϕ

Fsh,ob = fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad ostacoli esterni per l'area di captazione solare effettiva del componente edilizio

Asol = area di captazione solare effettiva del componente edilizio con dato orientamento e angolo di inclinazione sul piano orizzontale [m2]

Isol = irradiazione solare media del mese o della frazione di mese considerati sul componente edilizio con dato orientamento e angolo di inclinazione sul piano orizzontale in assenza di ombreggiatura [W/m2]

Nel calcolo del fabbisogno di energia termica utile per il riscaldamento e il raffrescamento occorre tenere conto degli apporti termici dovuti alla radiazione solare incidente sia sui componenti trasparenti sia sui componenti opachi dell'involucro edilizio.

I valori dell'irradiazione solare media mensile Isol si ricavano per le diverse località dalla norma UNI 10349:1994 "Riscaldamento e Raffrescamento degli edifici – Dati climatici".

_____________________________________________________________________________________________________


Si riporta a titolo di esempio un estratto del prospetto IX di tale norma, ove sono riportati i valori dell'irradiazione solare giornaliera media mensile su superficie verticale esposta a Sud per le seguenti località: Agrigento (N° 1), Genova (N° 35), Milano (N° 49), Napoli (N° 54), Torino (N° 89).

Nel caso di frazioni di mese i valori dell'irradiazione solare media si ricavano per interpolazione con riferimento al giorno centrale di ciascuna frazione di mese, attribuendo i valori medi mensili riportati nella UNI 10349:1994 al quindicesimo giorno di ciascun mese.

N.B. Nella tabella è riportata l'irradiazione solare giornaliera media mensile espressa in [MJ/m2]. Per ricavare l'irradiazione solare media mensile Isol espressa in [W/m2] si opera come segue, ad esempio per il mese di gennaio a Genova:

26

sol m/W3.11286400

107.9I =⋅=

_____________________________________________________________________________________________________


Il fattore di riduzione per ombreggiatura Fsh,ob è definito come:

sol

sh,solob,sh

I

IF =

Isol,sh = irradiazione solare media mensile sul componente edilizio con dato orientamento e angolo di inclinazione sul piano orizzontale in presenza di permanente ombreggiatura [W/m2]

Isol = irradiazione solare media mensile sul componente edilizio con dato orientamento e angolo di inclinazione sul piano orizzontale in assenza di ombreggiatura [W/m2]

componente edilizio

Isol

assenza di ombreggiatura

Fsh,ob = 1

componente edilizio

Isol,sh = Fsh,ob Isol

presenza di ombreggiatura

Fsh,ob ≠ 1

_____________________________________________________________________________________________________


Il fattore di riduzione per ombreggiatura Fsh,ob è un parametro adimensionale con valore compreso tra 0 e 1 che tiene conto dell'effetto di ombreggiatura permanente sul componente edilizio considerato risultante da differenti ostacoli:

- altri edifici (già presenti o previsti dal piano di costruzione),

- topografia (alture, alberi,...),

- schermi fissi,

- altri elementi dello stesso edificio,

- posizione rispetto alla superficie esterna della parete su cui l'elemento è montato.

Esso può essere determinato come prodotto di tre fattori adimensionali compresi tra 0 e 1:

finovhorob,sh FFFF =

Fhor = fattore di ombreggiatura parziale dovuto ad ostruzioni esterne

Fov = fattore di ombreggiatura parziale dovuto ad aggetti orizzontali

Ffin = fattore di ombreggiatura parziale dovuto ad aggetti verticali

_____________________________________________________________________________________________________


componente edilizio

Isol,sh = Fhor Isol

ostruzione esterna

Fhor < 1 Fov = Ffin = 1

componente edilizio

Isol,sh = Fov Isol

aggetto orizzontale

Fov < 1 Fhor = Ffin = 1

componente edilizio

Isol,sh = Ffin Isol

aggetto verticale

Ffin < 1 Fhor = Fov = 1

_____________________________________________________________________________________________________


I valori dei fattori di ombreggiatura parziale Fhor, Fov, Ffin si ricavano per interpolazione lineare dalle tabelle riportate nell'Appendice D della specifica tecnica UNI/TS 11300-1:2008 in funzione dei seguenti parametri:

- latitudine,

- esposizione,

- mese considerato,

- caratteristiche geometriche degli elementi ombreggianti. Per tener conto delle caratteristiche geometriche degli elementi ombreggianti si introduce il parametro angolare α, funzione del tipo di schermatura. Angolo dell'orizzonte ombreggiato da

ostruzione esterna

α

Aggetto verticale (sezione orizzontale)

α

Aggetto orizzontale (sezione verticale)

α

_____________________________________________________________________________________________________


A titolo di esempio sono riportati i valori dei fattori Fhor, Fov, Ffin relativi al mese di gennaio (Appendice D della specifica tecnica UNI/TS 11300-1:2008).

αααα

αααα

αααα

_____________________________________________________________________________________________________


4.1 – Componenti vetrati L'area di captazione solare effettiva di un componente vetrato dell'involucro Asol può essere calcolata con la seguente formula:

wFglgl,shsol A)F1(gFA −=

Fsh,gl = fattore di riduzione degli apporti solari relativo all'utilizzo di schermature mobili

ggl = trasmittanza di energia solare totale della parte trasparente del componente

FF = fattore telaio

Aw = area del componente finestrato (area del vano finestra) [m2]

_____________________________________________________________________________________________________


La trasmittanza di energia solare totale di una superficie trasparente ggl è il rapporto tra la radiazione solare che attraversa la superficie e la radiazione solare incidente sulla stessa. Si tratta di un parametro adimensionale con valore compreso tra 0 e 1 che può essere ricavato mediante la seguente relazione:

wn,glgl Fgg =

ggl,n = trasmittanza di energia solare totale per incidenza normale

Fw = fattore di esposizione (assunto pari a 0.9) La trasmittanza di energia solare totale per incidenza normale ggl,n è una caratteristica intrinseca di ogni elemento vetrato e viene fornita generalmente dal costruttore. Essa può essere determinata in base alla norma UNI EN 410:2000 "Vetro per edilizia - Determinazione delle caratteristiche luminose e solari delle vetrate". In assenza di dati documentati si può fare riferimento al seguente prospetto.


Fsh,ob Isol ggl

_____________________________________________________________________________________________________


Osservazione

Al fine di comprendere il significato fisico della trasmittanza di energia solare totale ggl, si considera la superficie trasparente rappresentata in figura, su cui incide il flusso termico di origine solare ϕ.

La radiazione incidente ϕ viene in parte riflessa verso l'ambiente esterno ϕρ, in parte assorbita ϕα e in parte trasmessa direttamente verso l'ambiente interno ϕτ:

ταρ ϕ+ϕ+ϕ=ϕ

La radiazione assorbita ϕα è scambiata per convezione e irraggiamento in parte verso l'interno ϕα,i e in parte verso l'esterno ϕα,e:

e,i, ααα ϕ+ϕ=ϕ

La radiazione solare che attraversa la superficie trasparente ϕτ,tot è la somma della radiazione trasmessa direttamente ϕτ e della parte di radiazione assorbita scambiata con l'ambiente interno ϕα,i:

i,tot, αττ ϕ+ϕ=ϕ

La trasmittanza di energia solare totale della superficie trasparente ggl è il rapporto tra la radiazione solare che complessivamente attraversa la superficie ϕτ,tot e la radiazione solare incidente sulla stessa ϕ:

ϕϕ

= τ tot,glg

ϕ

ϕρ

ϕα

ϕτ

ϕα,i ϕα,e

ϕτ,tot

_____________________________________________________________________________________________________



Fsh,ob Isol ggl Fsh,gl

Il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all'utilizzo di schermature mobili Fsh,gl è il rapporto tra la radiazione solare entrante nell'ambiente in presenza di tendaggi e la radiazione solare entrante in assenza di tendaggi.

Si tratta di un parametro adimensionale con valore compreso tra 0 e 1 che può essere ricavato mediante la seguente relazione:

gl

shglwith,shwith,sh

gl

shglwith,shglwith,shgl,sh

g

gf)f1(

g

gfg)f1(F ++ +−=

+−=

ggl = trasmittanza di energia solare totale della finestra, quando la schermatura solare non è utilizzata

ggl+sh = trasmittanza di energia solare totale della finestra, quando la schermatura solare è utilizzata

fsh,with = frazione di tempo in cui la schermatura solare è utilizzata

Per ciascun mese e per ciascuna esposizione il valore del parametro fsh,with può essere ricavato come rapporto tra la somma dei valori orari di irradiazione maggiori di 300 W/m2 e la somma di tutti i valori orari di irradiazione del mese considerato.

_____________________________________________________________________________________________________


Nel caso di calcolo di progetto o in condizioni standard il valore del parametro fsh,with si ricava in funzione del mese e dell'orientamento della finestra dalla seguente tabella.

Per orientamenti non considerati in tabella si procede per interpolazione lineare.

_____________________________________________________________________________________________________


Nella seguente tabella sono riportati per diversi tipi di tende i valori del rapporto ggl+sh/ggl tra la trasmittanza di energia solare totale della finestra in caso di utilizzo della schermatura mobile e la trasmittanza di energia solare totale della finestra in caso di non utilizzo della schermatura mobile.

Tale rapporto dipende dai fattori di assorbimento e di trasmissione della tenda.

Ai fini del calcolo del fabbisogno di energia termica per il riscaldamento e il raffrescamento, si prende in considerazione solo l'effetto delle schermature mobili permanenti, cioè integrate nell'involucro edilizio e non liberamente montabili e smontabili dall'utente.

_____________________________________________________________________________________________________


Il fattore telaio FF di una finestra è definito come:

w

fF

A

AF = fgw AAA +=

Ag = area della vetrata

Af = area del telaio

Aw = area della finestra

In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise si può assumere un valore convenzionale del fattore telaio pari a 0.2. Osservazione

Il flusso termico di origine solare ϕϕϕϕsol attraverso un componente vetrato risulta quindi:

ggl,shglsolob,shsol AFgIF=ϕ

Volendo esprimere tale quantità nella forma


essendo

wFwFwfwg A)F1(AFAAAA −=−=−=

ne segue che l'area di captazione effettiva Asol di un componente vetrato sia:


Isol,sh Ag = Fsh,ob Isol Ag

ϕsol = Fsh,ob Isol Asol = = Fsh,ob Isol ggl Fsh,gl Ag

_____________________________________________________________________________________________________


4.2 – Componenti opachi L'area di captazione solare effettiva di un componente opaco dell'involucro Asol può essere calcolata con la seguente formula:

ccsec,solsol AURA α=

αsol,c = fattore di assorbimento alla radiazione solare del componente opaco

Rse = resistenza termica superficiale esterna del componente opaco da UNI EN ISO 6946:2008 [m2K/W]

Uc = trasmittanza termica del componente opaco da UNI EN ISO 6946:2008 [W/m2K]

Ac = area del componente opaco [m2]

In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise il fattore di assorbimento alla radiazione solare di un componente opaco ααααsol,c può essere assunto in base al seguente prospetto.

colore della superficie esterna ααααsol,c

chiaro 0.3

medio 0.6

scuro 0.9

_____________________________________________________________________________________________________


5 - Fattore di utilizzazione degli apporti interni Si riporta quanto previsto dalla specifica tecnica UNI/TS 11300-1:2008 in merito al calcolo del fattore di utilizzazione degli apporti interni nel caso di riscaldamento e di raffrescamento.

_____________________________________________________________________________________________________


_____________________________________________________________________________________________________


Il calcolo della capacità termica dei componenti della struttura edilizia deve essere effettuato secondo la norma UNI EN ISO 13786:2008 "Prestazione termica dei componenti per edilizia – Caratteristiche termiche dinamiche – Metodi di calcolo".

Limitatamente agli edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise sulla reale costituzione delle strutture edilizie, la capacità termica interna della zona termica può essere stimata in modo semplificato in base Prospetto 16 della UNI/TS 11300-1:2008 di cui si riporta un estratto a titolo di esempio.

_____________________________________________________________________________________________________


6 - Durata della stagione di raffrescamento La durata della stagione di raffrescamento è definita come il periodo durante il quale è necessario il funzionamento dell'impianto di climatizzazione per mantenere all'interno dell'edificio una temperatura interna non superiore a quella di progetto.

QC,day

TA

QC,ht,day

Qgn,day

I giorni della stagione di raffrescamento sono quindi quelli per cui risulta:

day,ht,Cday,gn QQ >

Qgn,day = calore giornaliero derivante degli apporti interni e solari [J]

QC,ht,day = calore giornaliero scambiato attraverso l'involucro edilizio per ventilazione e trasmissione [J]

_____________________________________________________________________________________________________


Essendo

dayday,eC,setint,trveday,ht,C t)TT)(HH(Q −+=

ne segue che

daytrve

day,gnC,setint,day,e

t)HH(

QTT

+−>

Hve = coefficiente di scambio termico per ventilazione [W/K]

Htr = coefficiente di scambio termico per trasmissione [W/K]

Tint,set,C = temperatura interna di regolazione per il raffrescamento [°C]

Te,day = temperatura media giornaliera dell'aria esterna [°C]

tday = durata del giorno [s]

Le temperature medie giornaliere Te,day si ottengono per interpolazione lineare a partire dalle temperature medie mensili, fornite dalla norma UNI 10349:1994 "Riscaldamento e Raffrescamento degli edifici – Dati climatici".

_____________________________________________________________________________________________________



tr,Hve,Hht,H QQQ += solintgn QQQ +=

reH,setint,tr

rAUgDtr,H

Qt)TT(H

QQQQQQ

+−=

=++++=t)TT(HQ eH,setint,veve,H −=

uve nV33.0H =

AUgDtr HHHHH +++=tFQ

k

k,rk,rr

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

ϕ= ∑

u,triuU bHH = a,triaA bHH =∑∑ Ψ+=k

kki

iiD lUAH g,trfg bAUH =

UNI/TS 11300-1 Prospetto 6

esetint,

asetint,a,tr

TT

TTb

−−

=


ue,veue,Due

iu,veiu,Diu

ueiu

ueu,tr

HHH

HHH

HH

Hb

+=

+=+

=

_____________________________________________________________________________________________________




t)b1(tQ

j

j,u,solu,tr

k

k,solsol

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ−+

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ= ∑∑t)b1(tQ

j

j,uint,u,tr

k

kint,int

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ−+

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

ϕ= ∑∑

uintint A'ϕ=ϕ



UNI 10349

finovhorob,sh FFFF =

UNI/TS 11300-1 Appendice D

componenti vetrati


componenti opachi


wn,glgl Fgg =

= 0.9 UNI/TS 11300-1 Prospetto 13 = 0.2

w

fF

A

AF =

gl

shglwith,shwith,shgl,sh

g

gf)f1(F ++−=



UNI/TS 11300-1 Paragrafo 14.2

_____________________________________________________________________________________________________


ESEMPIO

Si considera l'edificio di classe E1 (edificio adibito a residenza e assimilabili) rappresentato in figura, sito a TORINO (2617 GG, zona climatica E, 183 giorni di riscaldamento dal 15 ottobre al 15 aprile).

2.8

7.5 1.8

1.5

1.8

1.5

1.8

1.5

1.8

1.5

3.5

12 8

20°

Al fine di redigere l'attestato di certificazione energetica, si valuti il fabbisogno di energia termica per il riscaldamento QH,nd relativo al mese di dicembre (31 giorni).

_____________________________________________________________________________________________________


Si assumono le seguenti ipotesi semplificative:

• trascurabile il contributo dei ponti termici relativo alle superfici orizzontali;

• trascurabili le resistenze termiche addizionali dovute alle chiusure oscuranti;

• trascurabile l'energia termica dispersa per radiazione dal tetto verso la volta celeste;

• assenza di ombreggiamento dovuta ad ostruzioni esterne;

• trascurabili gli apporti interni nel sottotetto.

Sono noti i seguenti dati climatici.

Temperatura interna di regolazione per il riscaldamento: Tint,set,H = 20 °C

Temperatura esterna media mensile a Torino per il mese di dicembre: Te = 2 °C

Irradiazione solare media mensile a Torino per il mese di dicembre:

Isol

[W/m2] Orizzontale (O) 54.4 Nord (N) 17.4 Sud (S) 111.1 Est (E) 46.3 Ovest (W) 46.3

_____________________________________________________________________________________________________


L'edificio è costituito da un unico appartamento riscaldato e presenta il pavimento su vespaio areato. Il sottotetto non è riscaldato.

Sono noti i seguenti dati.

- Volume lordo riscaldato V = 8⋅12⋅3.5 = 336.0 m3

- Superficie netta utile calpestabile Au = 80 m2

- Fattore di utilizzazione degli apporti termici ηH,gn = 0.92

Elementi confinanti con l'esterno

• Pareti verticali in muratura di mattoni pieni intonacati sulle due facce di spessore 40 cm U = 1.4 W/m2K

• Finestre e porta costituite da vetrata doppia normale e telaio in legno U = 2.9 W/m2K

Elementi confinanti con il terreno

• Solaio isolato su vespaio areato U = 0.3 W/m2K

Elementi confinanti con ambiente non riscaldato

• Solaio del sottotetto isolato U = 0.3 W/m2K

Elementi tra ambiente non riscaldato ed esterno

• Tetto a falda in laterizio non isolato U = 2.1 W/m2K

Per tenere conto del contributo dei ponti termici si applica una maggiorazione percentuale al flusso termico scambiato per trasmissione attraverso il perimetro opaco verticale della zona termica riscaldata.

Si assume una colorazione del tetto scura e delle pareti verticali media.

_____________________________________________________________________________________________________


CALORE SCAMBIATO ATTRAVERSO L'INVOLUCRO



reH,setint,tr

rAUgDtr,H

Qt)TT(H

QQQQQQ

+−=

=++++=t)TT(HQ eH,setint,veve,H −=

uve nV33.0H =

AUgDtr HHHHH +++=tFQ

k

k,rk,rr

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ= ∑

u,triuU bHH =termiciponti

iiiD HUAH +=∑ g,trfg bAUH =



_____________________________________________________________________________________________________


1 - Calore scambiato per ventilazione

t)TT(HQ eH,setint,veve,H −=

uve nV33.0H =

Numero dei ricambi orari d'aria per edifici residenziali n = 0.3 h-1

Fattore correttivo per il calcolo del volume netto

Categoria di edificio Tipo di costruzione

E.1, E.2, E.3, E.7 Pareti di spessore maggiore di 45 cm Pareti di spessore fino di 45 cm

0.6 0.7

E.4, E.5, E.6, E.8 Con partizioni interne Senza partizioni interne

0.8 0.9

Volume netto riscaldato 3

u m2.2357.0336V =⋅=

W/K28.232.2353.033.0Hve =⋅⋅=

KWh77.3111000

2431)220(28.23Q ve,H =⋅⋅−⋅=

_____________________________________________________________________________________________________


2 - Calore scambiato per trasmissione

reH,setint,trtr,H Qt)TT(HQ +−=

In assenza di scambi termici verso ambienti adiacenti riscaldati a differente temperatura, il coefficiente di scambio termico per trasmissione risulta:

UgDtr HHHH ++=

Scambio termico verso l'esterno

termicipontii

iiD HAUH +=∑

Elemento edilizio U

[W/m2K] calcolo superfici

A

[m2] UA

[W/K]

finestre 2.9 45.18.1 ⋅⋅ 10.8 31.32 porta finestra 2.9 5.78.2 ⋅ 21.0 60.90 pareti verticali esterne 1.4 218.1025.31225.38 −−⋅⋅+⋅⋅ 108.2 151.48

Totale .

_____________________________________________________________________________________________________


Struttura Maggiorazione

[%]

Parete con isolamento dall'esterno (a cappotto) senza aggetti/balconi e ponti termici corretti

5

Parete con isolamento dall'esterno (a cappotto) con aggetti/balconi 15 Parete omogenea in mattoni pieni o in pietra (senza isolante) 5 Parete a cassa vuota con mattoni forati (senza isolante) 10 Parete a cassa vuota con isolamento nell'intercapedine (ponte termico corretto)

10

Parete a cassa vuota con isolamento nell'intercapedine (ponte termico non corretto)

20

Pannello prefabbricato in calcestruzzo con pannello isolante all'interno 30

Per tenere conto del contributo dei ponti termici si applica una maggiorazione del 5% al flusso termico scambiato per trasmissione attraverso il perimetro opaco verticale della zona termica riscaldata:

W/K57.705.048.151Hpt =⋅=

W/K27.25157.77.243HD =+=

_____________________________________________________________________________________________________


Scambio termico verso il terreno

KW04.23UAbH g,trg ==

Fattore di correzione della temperatura btr,g

Ambiente confinante btr,g

Pavimento controterra 0.45 Parete controterra 0.45 Pavimento su vespaio areato 0.80

Elemento edilizio U


A

[m2] btr,g UAbtr,g

[W/K]

pavimento su vespaio areato 0.3 812 ⋅ 96.0 0.8 23.04

_____________________________________________________________________________________________________


Scambio termico verso ambienti non riscaldati

KW92.25AUbH u,trU ==

Fattore di correzione della temperatura btr,u

Ambiente confinante btr,u

Ambiente - con una parete esterna - senza serramenti esterni e con almeno due pareti esterne - con serramenti esterni e con almeno due pareti esterne (per esempio autorimesse) - con tre pareti esterne (per esempio vani scala esterni)

0.4 0.5 0.6 0.8

Piano interrato o seminterrato - senza finestre o serramenti esterni - con finestre o serramenti esterni

0.5 0.8

Sottotetto - tasso di ventilazione del sottotetto elevato (per esempio tetti ricoperti con tegole o

altri materiali di copertura discontinua) senza rivestimento con feltro o assito - altro tetto non isolato - tetto isolato

1.0 0.9 0.7

Aree interne di circolazione (senza muri esterni e con tasso di ricambio d'aria minore di 0.5 h-1)

0.0

Aree interne di circolazione liberamente ventilate (rapporto tra l'area delle aperture e volume dell'ambiente maggiore di 0.005 m2/m3)

1.0

Elemento edilizio U


A

[m2] btr,u UAbtr,u

[W/K]

solaio sottotetto 0.3 812 ⋅ 96 0.9 25.92

_____________________________________________________________________________________________________


Scambio termico verso la volta celeste

t)FF(Q vetrata,rvetrata,ropaca,ropaca,rr ϕ+ϕ=

errser TUAhR ∆=ϕ

Pareti verticali opache

Fr = 0.5 Rse = 0.04 m2K/W (da UNI EN ISO 6946:2008) U = 1.4 W/m2K A = 108.2 m2 hr = 5ε = 5⋅0.9 = 4.5 W/m2K ∆Ter = 11 K

W93.299115.42.1084.104.0r =⋅⋅⋅⋅=ϕ

Pareti verticali vetrate Fr = 0.5 Rse = 0.04 m2K/W (da UNI EN ISO 10077-1:2007) U = 2.9 W/m2K A = 10.8 + 21 = 31.8 m2 hr = 5ε = 5⋅0.837 = 4.185 W/m2K ∆Ter = 11 K

W81.16911185.48.319.204.0r =⋅⋅⋅⋅=ϕ

kWh74.1741000

2431)81.1695.093.2995.0(Qr =⋅⋅+⋅=

_____________________________________________________________________________________________________


W/K23.30092.2504.2327.251Htr =++=

KWh42.419574.1741000

2431)220(23.300Q tr,H =+⋅⋅−⋅=

3 - Calore scambiato attraverso l'involucro

kWh19.450742.419577.311QQQ tr,Hve,Hht,H =+=+=

_____________________________________________________________________________________________________


CALORE DERIVANTE DAGLI APPORTI TERMICI



t)b1(tQ

j

j,u,solu,tr

k

k,solsol

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ−+

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ= ∑∑t)b1(tQ

j

j,uint,u,tr

k

kint,int

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ−+

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ= ∑∑

uintint A'ϕ=ϕ



UNI 10349

finovhorob,sh FFFF =componenti vetrati


componenti opachi


wn,glgl Fgg =

= 0.9 UNI/TS 11300-1 Prospetto 13 = 0.2

w

fF

A

AF =

gl


g

gf)f1(F ++−=



=1

UNI/TS 11300-1 Paragrafo 14.2

_____________________________________________________________________________________________________


1 - Calore derivante dagli apporti termici interni

In assenza di apporti interni nel sottotetto, si ha:

Per gli edifici di categoria E.1 (1) e E.1 (2) (abitazioni) aventi Au ≤ 170 m2 il flusso termico complessivo derivante dagli apporti interni è dato da:

2uuint A01557.0A294.5 −=ϕ

W87.3238001557.080294.5 2int =⋅−⋅=ϕ

kWh96.2401000

243187.323Qint =⋅⋅=

tQ intint ϕ=

_____________________________________________________________________________________________________


2 - Calore derivante dagli apporti termici solari

t)b1(tQ

j

j,u,solu,tr

k

k,solsol

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ−+

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ϕ= ∑∑

In assenza di ombreggiatura da ostruzioni esterne (Fsh,ob = 1), si ha:

wsolsolEsolsolSsolsolNsolsolsol )IA()IA()IA()IA( +++=ϕ

Osolsolu,sol )IA(=ϕ

vetrato,solopaco,solsol AAA +=

wFglgl,shvetrato,sol A)F1(gFA −=

ccsec,solopaco,sol AURA α=

_____________________________________________________________________________________________________


La trasmittanza di energia solare totale ggl è data da:

n,glwn,glgl g9.0Fgg ==

Trasmittanza di energia solare totale per incidenza normale ggl,n

675.075.09.0ggl =⋅=

_____________________________________________________________________________________________________


Il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all'utilizzo di schermature mobili Fsh,gl risulta:

gl


g

gf)f1(F ++−=

Frazione di tempo in cui la schermatura solare è utilizzata fsh,with

_____________________________________________________________________________________________________


Ipotizzando di utilizzare tende bianche interne di medio spessore, il rapporto ggl+sh/ggl si ricava dalla seguente tabella.

_____________________________________________________________________________________________________


Area di captazione effettiva componenti vetrati

gl


g

gf)f1(F ++−=

Aw [m2]

wFglgl,shvetrato,sol A)F1(gFA −=

[m2]

Nord 1 5.4 916.24.5)2.01(675.01 =⋅−⋅⋅

Sud 83.08.086.0)86.01( =⋅+− 21.0 412.921)2.01(675.083.0 =⋅−⋅⋅

Est 9.08.05.0)5.01( =⋅+− 2.7 312.17.2)2.01(675.09.0 =⋅−⋅⋅

Ovest 92.08.042.0)42.01( =⋅+− 2.7 341.17.2)2.01(675.092.0 =⋅−⋅⋅

Area di captazione effettiva componenti opachi

αsol,c Rse [m2K/W]

(da UNI EN ISO 6946:2008)

Uc [W/m2K]

calcolo superfici

Ac [m2]

ccsec,solopaco,sol AURA α=

[m2] Nord 0.6 0.04 1.4 4.5812 −⋅ 90.6 044.36.904.104.06.0 =⋅⋅⋅

Sud 0.6 0.04 1.4 21812 −⋅ 75.0 52.2754.104.06.0 =⋅⋅⋅

Est 0.6 0.04 1.4 7.25.38 −⋅ 25.3 85.03.254.104.06.0 =⋅⋅⋅

Ovest 0.6 0.04 1.4 7.25.38 −⋅ 25.3 85.03.254.104.06.0 =⋅⋅⋅

2.8

7.5 1.8

1.5

1.8

1.5

1.8

1.5

1.8

1.5

3.5

12 8

20°

_____________________________________________________________________________________________________


Apporto solare locale riscaldato

Asol,vetrato

[m2]

Asol,opaco

[m2]

Asol [m2]

Isol

[W/m2] ϕsol = Asol Isol

[W]

Nord 2.916 3.044 5.960 17.4 103.70 Sud 9.412 2.520 11.932 111.1 1325.65 Est 1.312 0.850 2.162 46.3 100.10

Ovest 1.341 0.850 2.191 46.3 101.44 Totale 1630.89

Per determinare l'entità dell'apporto solare del locale non riscaldato (sottotetto), si utilizza per semplicità l'irradiazione solare su superficie orizzontale.

Isol,O = 54.4 W/m2 αsol,c = 0.9 Rse = 0.04 m2K/W (da UNI EN ISO 6946:2008) Uc = 2.1 W/m2K

2c m2.10820cos/812A =°⋅=

2opaco,solsol m18.82.1081.204.09.0AA =⋅⋅⋅==

W99.4444.5418.8u,sol =⋅=ϕ

Calore derivante dagli apporti solari

kWh49.12461000

243199.444)9.01(

1000

243189.1630Qsol =⋅⋅⋅−+⋅⋅=

_____________________________________________________________________________________________________


3 - Calore derivante dagli apporti termici

kWh45.148749.124696.240QQQ solintgn =+=+=

FABBISOGNO DI ENERGIA TERMICA UTILE PER IL RISCALDAMENTO

Il fabbisogno di energia termica utile per il riscaldamento relativo al mese di dicembre risulta:

kWh74.313845.148792.019.4507QQQ gngn,Hht,Hnd,H =⋅−=η−=

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________ Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio P. Cavalletti, S. Bergero, A. Chiari 108

_____________________________________________________________________________________________________


_____________________________________________________________________________________________________


FONDAMENTI SUGLI SCAMBI TERMICI ATTRAVERSO GLI … fondazione/certificatori... · UNI EN ISO...

Documents

Transcript of FONDAMENTI SUGLI SCAMBI TERMICI ATTRAVERSO GLI … fondazione/certificatori... · UNI EN ISO...