Modelli di calcolo per la certificazione energetica degli edifici · 2014-12-19 · essere...

Modelli di calcolo per la certificazione energetica degli edifici

parte 2

Ing. Antonio Mazzon

ENERGY MANAGER

Calcolo degli scambi termici per trasmissione Per ogni zona dell'edificio e per ogni mese, gli scambi termici per trasmissione si calcolano con la seguente formula:

dove:

Htr,adj è il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione della zona considerata, corretto per tenere conto della differenza di temperatura interno-esterno;

θint,set,H è la temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona considerata;

θe è la temperatura media mensile dell'ambiente esterno;

F r, k è il fattore di forma tra il componente edilizio k -esimo e la volta celeste;

Φr,mn,K è l'extra flusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste dal componente edilizio k -esimo, mediato sul tempo.

Descrizione sintetica procedura di calcolo - edifici

nuovi

QFbFHQopsol

llumurlrzltrK kmnrkreHsetadjtrtrH

ttt,,,,,,,,,,,int,,, '

Calcolo degli scambi termici per trasmissione

Fr,l fattore di forma tra il componente edilizio l-esimo dell’ambiente non climatizzato e la volta celeste.

Φr,mn,u,l extra flusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste dal componente edilizio l-esimo dell’ambiente non climatizzato, in W

b'tr,l,z fattore di riduzione delle dispersioni tra la zona termica z-esima e l’ambiente non climatizzato avente il componente l-esimo soggetto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste

Qsol,op apporti di energia termica dovuti alla radiazione solare incidente sui componenti opachi, in W

t è la durata del mese considerato.

Descrizione sintetica procedura di calcolo

Calcolo del coefficiente globale di scambio termico

Il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione si ricava dalla:

dove:

HD è il coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso l'ambiente esterno;

Hg è il coefficiente di scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno;

HU è il coefficiente di scambio termico per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati;

HA è il coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone (interne o meno all'edificio) climatizzate a temperatura diversa;

Il calcolo dei coefficienti di scambio termico per trasmissione HD, Hg, HU, HA è effettuato secondo le UNI EN ISO 13789:2008 e UNI EN ISO 13370

AUgDadjtr HHHHH ,


Calcolo del coefficiente globale di scambio termico attraverso zone non riscaldate Hu


K

WbHH xtriuU ,

dove:

Hiu è il coefficiente globale di scambio termico tra l'ambiente climatizzato e

l'ambiente non climatizzato, W/K;

btr,x è il fattore di correzione dello scambio termico tra ambienti climatizzato e

non climatizzato, diverso da 1 nel caso in cui la temperatura di quest'ultimo

sia diversa da quella dell'ambiente esterno.

Calcolo del coefficiente globale di scambio termico attraverso zone non riscaldate Hu


Ponti termici

Extra flusso termico verso la volta celeste

dove:

F r, k è il fattore di forma tra il componente edilizio k -esimo e la volta celeste;

Φr,mn,K è l'extra flusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste dal componente edilizio k -esimo, mediato sul tempo.


btr,l è il fattore di riduzione delle dispersioni per l’ambiente non climatizzato avente componente l-esimo soggetto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste. Nel caso generale di più zone termiche confinanti con una zona non riscaldata (es. corpo scala in edificio multipiano) il fattore btr,l è dato dalla seguente espressione:


ttl

lumurlrzltrK kmnrkr FbF ,,,,,,,,, '

UHH

bueiu

ziu

zltr

,

,,'


k errsekrkmnrk kr hRAUFF ,,,,

dove

Ai è l’area dell’elemento i-esimo della zona climatizzata, in m2

Ui è la trasmittanza termica del componente i-esimo della zona

climatizzata, in W/(m2 · K)

Rse è la resistenza termica superficiale esterna, in m2 · K/W

Fr,k è il fattore di forma tra un componente edilizio della zona

climatizzata e la volta celeste, dato dalla seguente espressione, in

assenza di ombreggiamenti da elementi esterni:

2

cos1,,, FF difobshkr

α è l’angolo d’inclinazione del componente sull’orizzontale (Fr = 1 per

superfici orizzontali e Fr = 0,5 per superfici verticali)


Fsh,ob,dif è il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo alla sola radiazione

diffusa, pari a 1 in assenza di ombreggiature da elementi esterni. I fattori per

ombreggiatura relativi alla sola radiazione diffusa possono essere determinati

attraverso la procedura descritta al successivo paragrafo 1.14.2, interpolando i

valori riportati nei prospetti D.13, D.26 e D.39 dell’appendice D della norma UNI

10300-1:2014

hr è il coefficiente di irraggiamento esterno, calcolato con la seguente espressione:

skye

r

skyeh

27327344

dove

ε è l’emissività della superficie esterna del componente edilizio[1] σ è la costante di Stefan-Boltzman pari a 5,67 · 10-8 W/(m2·K4)

Δθer è la differenza tra la temperatura dell’aria esterna θe e la temperatura

apparente del cielo θsky

θsky è la temperatura apparente del cielo, calcolata con la seguente espressione:


k errsekrkmnrk kr hRAUFF ,,,,

Δθer è la differenza tra la temperatura dell’aria esterna θe e la temperatura

apparente del cielo θsky

θsky è la temperatura apparente del cielo, calcolata con la seguente espressione:

ep

ev

sky1000

,

6,5118

dove

Pv,e è la pressione parziale del vapore d’acqua media del mese considerato,

espressa in pascal. I valori medi mensili di Pv,e possono essere desunti dalla

norma UNI 10349.

Calcolo degli scambi termici per trasmissione

Descrizione sintetica procedura di calcolo - edifici

esistenti

QFbFHQopsol

llumurlrzltrK kmnrkreHsetadjtrtrH

ttt,,,,,,,,,,,int,,, '

edifici nuovi

Calcolo degli scambi termici per ventilazione Per ogni zona dell'edificio e per ogni mese, gli scambi termici per ventilazione si calcolano con la seguente formula:

dove:

Hve,adj è il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione della zona considerata;

θint,set,H è la temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona considerata;

θe è la temperatura media mensile dell'ambiente esterno;



Calcolo degli scambi termici per ventilazione (naturale) Il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione si ricava dalla:

dove:

ρa·ca ρa ca è la capacità termica volumica dell’aria ed è pari a 0,34 [Wh/m3 K] oppure a 1200 [J/m3 K];

bve,k è il fattore di correzione della temperatura per il flusso d'aria k-esimo (bve,k≠1 se la temperatura di mandata non è uguale alla temperatura dell'ambiente esterno, come nel caso di pre-riscaldamento, pre-raffrescamento o di recupero termico dell'aria di ventilazione).

qve,k,mn è la portata mediata sul tempo del flusso d'aria k-esimo;


DISPERSIONE TERMICA PER VENTILAZIONE

Lo scambio termico per ventilazione QH,ve è dato da:


dove

Hve = coefficiente globale di scambio termico per ventilazione della zona

considerata, in W/K

θint = temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona

considerata, in K

θe = temperatura media mensile dell’ambiente esterno, in K

t = durata del mese considerato, in secondi.

DISPERSIONE TERMICA PER VENTILAZIONE


dove

ρa • ca è la capacità termica volumica dell’aria ed è pari a circa

0,34 Wh/m3K oppure a 1200 J/m3K

qve,k,mn è la portata d’aria di ventilazione mediata sul tempo del

flusso d’aria k-esimo nella zona termica, in m3/h

bve,k è il fattore di correzione della temperatura del flusso

d’aria k-esimo in ventilazione naturale (bve,k ≠ 1 se la

temperatura di mandata dell’aria non è uguale a quella

dell’ambiente esterno, come nel caso di pre riscalda-

mento o recupero termico dell’aria di ventilazione).

k mnkvekveaaadjve qbcH ,,,,


Nel caso di edifici residenziali, industriali ed artigianali, la portata d’aria di

ventilazione mediata sul tempo, del flusso d’aria k-esimo, è data dalla

seguente equazione:

Coefficiente di scambio termico per ventilazione –

edifici esistenti

Il fabbisogno ideale di energia termica per

riscaldamento Qp,H

Il fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione invernale

(Qp,H) è pari al fabbisogno ideale di energia termica (QH,nd)

dell’edificio più le perdite dell’impianto (emissione, regolazione,

distribuzione e generazione).

Il fabbisogno ideale di energia termica per la climatizzazione

invernale è riferito alla condizione di temperatura dell’aria uniforme in

tutto lo spazio riscaldato e di funzionamento continuo dell’impianto

termico. Esso, per ogni zona dell’edificio e per ciascun mese del

periodo di riscaldamento, è ottenuto dalla seguente formula:

Calcolo del fattore di utilizzazione H,gn

Il fattore di utilizzazione degli apporti termici per il calcolo del fabbisogno di riscaldamento si calcola come segue:

dove:

Qgn sono gli apporti termici globali (Qint + Qsol);

QH,ht è lo scambio termico totale per riscaldamento (QH,tr + QH,ve);

htH

gn

HQ

Q

,


Calcolo del fattore di utilizzazione H,gn

dove:

dove è la costante di tempo della zona termica, espressa in ore, calcolata come rapporto tra la capacità termica interna della zona termica considerata (Cm) e il suo coefficiente globale di scambio termico, corretto per tenere conto della differenza di temperatura interno-esterno.

Con riferimento al periodo di calcolo mensile si può assumere a H,0 = 1 e τ H,0 = 15 h.

1,1

110

H

H

aH

aH

gnHHse

11 ,

H

HgnHH

a

ase

0,

0,

H

HH aa


dove:

-C è l'effettiva capacità termica interna, ovvero il calore accumulato nella struttura

dell'edificio quando la temperatura interna varia in modo sinusoidale con un periodo di 24

h ed un'ampiezza di 1K;

- H è il coefficiente di dispersione termica dell’edificio.

H

C

Il calcolo della capacità termica interna dei componenti della struttura edilizia deve

essere effettuato secondo la UNI EN ISO 13786.

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 sulla base del prospetto seguente.

Capacità termica per unità di superficie – edifici

esistenti

Capacità termica per unità di superficie – edifici

esistenti

gesso malta

interno interno

tessile legno piastrelle

1 85 95

2 95 105

3 85 105 115

tessile legno piastrelle tessile legno piastrelle

1 115 1 105 115 125

2 125 2

3 135 3

medie pesanti

tessile legno piastrelle tessile legno piastrelle tessile legno piastrelle

1 115 125 1 145 1 155

2 125 2 2

3 135 3 115 3 125

135155

leggere/blocchi

pareti esterne

105135

Pavimenti Pavimenti

125

155

Isolamento

assente/esterno

pareti esterne

qualsiasi

PianiPavimenti

145165

Piani Piani

75

pareti esterne

qualsiasi

PianiPavimenti

95 125 135

PianiPavimenti

95 115

Isolamento

leggere/blocchi medie/pesanti

pareti esterne

Intonaco

PavimentiPiani

assente/esterno

Capacità termica per unità di superficie – edifici di

nuova costruzione

Il calcolo analitico della capacità termica areica delle strutture edilizie può

essere effettuato con la procedura riportata nell’Appendice A della norma UNI

EN ISO 13786 che si basa sulla seguente formula:

dove

ρi è la densità del materiale di cui è composto lo strato i-esimo della parete

ci è il calore specifico del materiale di cui è composto lo strato i-esimo della

parete

di è lo spessore dei singoli strati che compongono la parete.

La sommatoria degli spessori degli strati Σidi = d è il valore minimo tra i

seguenti:

A. metà dello spessore totale del componente;

B. lo spessore dei materiali tra la superficie di interesse e il primo strato di

isolante termico, non tenendo conto di rivestimenti che non sono parte del

componente;

C. lo spessore massimo effettivo, in funzione del periodo delle variazioni, che

nel caso di 1 giorno è pari a 10 cm.

cd iii ikm,


nuova costruzione

cd iii ikm,


nuova costruzione

La capacità termica interna dell’edificio o della zona termica è data dalla

sommatoria dei prodotti della capacità termica unitaria dei singoli componenti

edilizi a contatto con l’aria interna per le rispettive superfici:

m

kkkmm AC

1,

Calcolo degli apporti gratuiti Per ogni zona dell'edificio e per ogni mese, gli apporti termici gratuiti si calcolano con la seguente formula:

QH,gn = Qint + Qsol,W

dove:

Qint sono gli apporti gratuiti interni

– per il metabolismo degli occupanti;

– generato dalle apparecchiature elettriche e dagli apparecchi di illuminazione;

– proveniente dal sistema di distribuzione e di scarico dell’acqua.

Qsol,W sono gli apporti gratuiti solari dovuti all’irraggiamento solare sulle superfici vetrate dell’edificio



dove:

Φsol,mn,k è il flusso termico prodotto dalla k-esima di origine solare,

mediato sul tempo;

btr,l,z è il fattore di riduzione per l'ambiente non climatizzato avente la

sorgente di calore interna l-esima oppure il flusso termico l-

esimo di origine solare;

Φsol,mn,u,l è il flusso termico l-esimo di origine solare nell'ambiente non

climatizzato adiacente u, mediato sul tempo;


Calcolo degli apporti termici solari Per ogni zona dell'edificio e per ogni mese, gli apporti termici solari si

calcolano con la seguente formula:


dove:

Φsol,mn,k è il flusso termico prodotto dalla k-esima di origine solare,

mediato sul tempo;

btr,l,z è il fattore di riduzione per l'ambiente non climatizzato avente la

sorgente di calore interna l-esima oppure il flusso termico l-

esimo di origine solare;

Φsol,mn,u,l è il flusso termico l-esimo di origine solare nell'ambiente non

climatizzato adiacente u, mediato sul tempo;


Calcolo degli apporti termici solari Per ogni zona dell'edificio e per ogni mese, gli apporti termici solari dovuti ai

componenti opachi si calcolano con la seguente formula:

Calcolo degli apporti termici solari Il flusso termico k-esimo di origine solare, Φsol,k, espresso in W, si calcola con la seguente formula:

dove:

Fsh,ob,k è il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per l'area di captazione solare effettiva della superficie k-esima;

Asol,k è l'area di captazione solare effettiva della superficie k-esima con dato orientamento e angolo d'inclinazione sul piano orizzontale, nella zona o ambiente considerato;

Isol,k è l'irradianza solare media mensile, sulla superficie k-esima, con dato orientamento e angolo d'inclinazione sul piano orizzontale.

ksolksolkobshk IAF ,,,,,sol


Nel nostro caso si è deciso di utilizzare l’equazione presente nell’appendice H, paragrafo 2 della NORMA UNI EN ISO 13790, in cui FS è pari al prodotto di altri tre fattori, Fo, Fh e Ff:

che esprimono rispettivamente:

-Fh, il fattore di ombreggiatura parziale dovuto ad ostruzioni esterne; -Fo, il fattore di ombreggiatura parziale dovuto ad aggetti verticali; -Ff, il fattore di ombreggiatura parziale dovuto ad aggetti orizzontali.


FFFF finovhorkobsh,min

,,

Per ostruzioni esterne ed aggetti orizzontali

Per ostruzioni esterne

Per Aggetti orizzontali

Interpolazione lineare

Calcolo degli apporti termici solari L'area di captazione solare effettiva di un componente vetrato dell'involucro (per esempio una finestra), Asol, è calcolata con la seguente formula:

dove:

Fsh,gl è il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all'utilizzo di schermature mobili;

ggl è la trasmittanza di energia solare della parte trasparente del componente;

FF è la frazione di area relativa al telaio, rapporto tra l'area proiettata del telaio e l'area proiettata totale del componente finestrato;

Aw,p è l'area proiettata totale del componente vetrato (l'area del vano finestra).


Calcolo degli apporti termici solari L'area di captazione solare effettiva di un parte opaca dell'involucro edilizio, Asol, è calcolata con la seguente formula:

dove:

sol,c è il fattore di assorbimento solare del componente opaco;

Rse è la resistenza termica superficiale esterna del componente opaco, determinato secondo la UNI EN ISO 6946;

Uc è la trasmittanza termica del componente opaco;

Ac è l'area proiettata del componente opaco.

ccsecsolksol AURA ,,


Tonalità di colore Coefficiente di Assorbimento

Chiaro 0,3

Medio 0,6

Scuro 0,9

N. Area Codice

struttur

a

Piano esp. Angolo

ostruzion

e [°]

Angolo

aggetto

orizz. [°]

For Fov Ffin Fsh,ob For Fov Ffin Fsh,ob For Fov Ffin Fsh,ob For Fov Ffin Fsh,ob

1 A1 S6 P1 S 16,5 32 0,816 0,861 1,0 0,703 0,863 0,850 1,0 0,734 0,841 0,810 1,0 0,681 0,924 0,745 1,0 0,688

4 A4 S8 P1 S 14,3 61,2 0,855 0,693 1,0 0,592 0,893 0,673 1,0 0,601 0,861 0,633 1,0 0,545 0,933 0,491 1,0 0,458

5 A5 S6 PT S 22,8 45 0,607 0,801 1,0 0,486 0,682 0,781 1,0 0,533 0,762 0,741 1,0 0,564 0,899 0,641 1,0 0,576

8 A8 S8 PT S 20,8 73,3 0,713 0,613 1,0 0,437 0,778 0,593 1,0 0,461 0,796 0,552 1,0 0,439 0,907 0,379 1,0 0,343

dicembre gennaio febbraio marzo

Calcolo degli apporti termici solari – edifici

esistenti

Per il calcolo degli apporti di calore gratuiti occorre considerare l’effetto concomitante di due

fattori, il primo è la presenza di persone e apparecchiature all’interno dell’edificio, il secondo

è la radiazione solare incidente sulle superfici che costituiscono l’involucro edilizio, che

determina un aumento della temperatura interna di calore.

Calcolo degli apporti gratuiti di calore

dove

Σ btr,l,z è il fattore di riduzione per la zona non climatizzata

avente sorgente di calore interna l-esima

Фint,mn,k è il flusso termico prodotto dalla k-esima sorgente di calore interna alla zona

climatizzata, mediato nel tempo, espresso in W

Фint,mn,u,l è il flusso termico prodotto dalla k-esima sorgente di calore interna alla zona

non climatizzata adiacente u, mediato nel tempo, espresso in W. In genere il

prodotto può essere trascurato.

Nel caso di un edificio residenziale, gli apporti interni possono essere determinati sulla

base della sua superficie utile Af:

se Af ≤ 120 m2 Φint = 7,987 · Af – 0,0353 · A2f W

se Af > 120 m2 Φint = 450 W

Calcolo degli apporti termici interni– edifici

esistenti

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