PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA PER … · Prospetto 2 dell’UNI EN ISO 14683. Figura 3: Dettaglio...

Corso di Laurea in EdiliziaCorso di Certificazione Energetica e Sostenibilità Edilizia

a.a. 2011/2012

PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA PER LA DETERMINAZIONE DEL FABBISOGNO DI ENERGIA

Docente: Ph.D. Domentico Tripodi Assistente: Ing. Nunziata Italiano

Q H,nd

Fabbisogno di energia termica per il riscaldamento

PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA

SCAMBIO TERMICO TOTALEQH,ht

TRASMISSIONEQH,tr

VENTILAZIONEQH,ve

Coeff globale di scambio termico

Htr,adj= HD+Hg+HU+HA

APPORTI TERMICI TOTALIQgn

+

Extra-flusso della radiazione infrarossa

Fr,k Φ r,mn,k

+

Coeff globale di scambio termico

Hve,adj

INTERNIQint

SOLARIQsol

+

Flusso termico prodotta dalla sorgente di calore interna Φint,mn,k

Flusso termico prodotta dalla sorgente solare

Φsol,mn,k

- Fattore di utilizzazione

ηH,gn

x

Inquadramento e analisi dimensionale dell’edificio


Figura 1: Pianta e sezioni appartamento, su cui sono individuate le superfici disperdenti verso gli ambienti non riscaldati e contraddistinte le ChiusureVerticali Opache e Trasparenti mediante sigla indicativa.

C6

C6

C6

C6

Località: Reggio Calabria;Zona climatica: B;Gradi giorno: 772;Anno di costruzione: 1990Superficie utile: Apav= 70 m2

Superficie lorda: Alorda= 82 m2

Altezza netta: Hnetta= 2,70 mAltezza lorda: Hlorda= 3,00 mVolume netto: Vnetto= 172,2 m2

Volume lordo: Vlordo= 246 m2

Dati progettuali:

Caratteristiche dell’involucro:

Inquadramento e analisi dimensionale dell’edificio


Chiusure verticali opache: Muratura in mattoni pieni;Parete in cemento armato;Cassonetti;

Chiusure verticali trasparenti: Serramenti in legno con doppio vetro del tipo 4-6-4.

Tabella 1: Durata della stagione di riscaldamento in funzione della zona climatica – Prospetto 3 dell’ UNI/TS 11300-1.

Si definisce come fabbisogno ideale di energia termica per il riscaldamento QH,nd l’energia richiesta permantenere negli ambienti riscaldati la temperatura di progetto (fissata a 20°C), calcolata per ogni zonadell’edificio e per ogni mese, come:

Fabbisogno di energia termica per riscaldamento


Dove:• QH,ht è lo scambio termico totale nel caso di riscaldamento [kWh];• Qgn sono gli apporti termici totali, somma dei contributi al riscaldamento interni e solari [kWh];• QH,tr è lo scambio termico per trasmissione nel caso di riscaldamento [kWh];• QH,ve è lo scambio termico per ventilazione nel caso di riscaldamento [kWh];• Qint sono gli apporti termici interni [kWh];• Qsol sono gli apporti termici solari [kWh];• ηH,gn è il fattore di utilizzazione degli apporti termici, ovvero la misura di quanto questi incidono sul

resto del fabbisogno.

QH,nd = QH,ht - ηH,gn x Qgn

QH,nd = (QH,tr+ QH,ve) - ηH,gn x (Qint + Qsol)

FABBISOGNO DI ENERGIA TERMICA PER RISCALDAMENTO

CALCOLO DEGLI SCAMBI TERMICI NEL CASO DI RISCALDAMENTO

Per ciascun mese del periodo di riscaldamento, gli scambi termici per il riscaldamento si calcolano:



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 [W/K];• Hve,adj è il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione della zona considerata, corretto

per tenere conto della differenza di temperatura interno-esterno [W/K];• θint,set,H è la temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona considerata pari a 20° C

secondo la norma UNI/TS 11300-1;• θe è la temperatura media mensile dell’ambiente esterno, ricavata dalla norma UNI 10349

Prospetto VI [°C];• Fr,k è il fattore di forma tra il componente edilizio k-esimo e la volta celeste;• φr,mn,k è l’extraflusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste dal componente

edilizio k-esimo, mediato sul tempo;• t è la durata del mese considerato.

QH,tr = Htr,adj x (θint,set,H – θe) x t + (Σk Fr,k Φr,mn,k) x t

QH,ve = Hve,adj x (θint,set,H – θe) x t

Scambio termico per trasmissione

La trasmissione di calore da una zona termica avviene: verso l’area esterna, verso il terreno, verso altre zoneclimatizzate e non. Il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione si ricava come:



Dove:• HD è il coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso l’ambiente esterno [W/K];• Hg è il coefficiente di scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno [W/K];• HU è il coefficiente di scambio termico per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati

[W/K];• HA è il coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone (interne o meno

all’edificio) climatizzate a temperatura diversa [W/K].

Htr,adj = HD+Hg+HU+HA

HD - Scambio termico diretto per trasmissione verso l’ambiente esterno



Dove:• Ac,k è l’area del componente opaco [m2];• Uc+pt,k è la trasmittanza del componente opaco, maggiorata per la presenza di eventuali ponti termici

[W/m2K].Per edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, peralcune tipologie edilizie, lo scambio termico attraverso i ponti termici può essere determinatoforfetariamente secondo quanto indicato nel Prospetto 4 della norma UNI/TS 11300-1.Nello specifico per la presenza di ponti termici, si applica una maggiorazione del 5% relativo a “Pareteomogenea in mattoni pieni o in pietra (senza isolante)” .

HD,o = Σk Ac,kUc+pt,k

Superfici opache

Tabella 2: Maggiorazioni percentuali relative alla presenza dei ponti termici [%] – Prospetto 4 dell’ UNI/TS 11300-1.




HD,o = Σk Ac,kUc+pt,k

Superfici opache

ELEMENTI Ac,k [m2] Uc+pt,k [W/m2K] HD,oi [W/K]Muratura in mattoni pieni s=30cm

Parete Nord - Par 1/N 19,45 1,65 32,09Parete Est - Par 1/E 21,6 1,65 35,64Parete Sud- Par 1/S 22 1,65 36,30Muratura in mattoni pieni s=30cm 104,03

Parete in Cemento ArmatoParete Est - Par 2/E 7,8 2,7 21,06Parete Sud- Par 2/S 2,4 2,7 6,48Parete in Cemento Armato 27,54

Cassonetti h=30cmParete Nord - Ser 1/N 0,42 6,3 2,65Parete Nord - Ser 2/N 0,42 6,3 2,65Parete Est - Ser 3/E 0,21 6,3 1,32Parete Est - Ser 3/E 0,21 6,3 1,32Parete Sud - Ser 1/S 0,42 6,3 2,65Parete Sud - Ser 1/S 0,42 6,3 2,65Cassonetti h=30cm 13,23

HD,o [W/K] 144,80

Tabella 3: scambio termico diretto per trasmissione verso l’ambiente esterno – pareti opache

Ponti termici



Nel calcolo del coefficiente di accoppiamento termico L, bisogna tener conto dell’effetto dei ponti termiciche provocano un aumento della perdita di calore dell’edificio. Per ottenere il coefficiente diaccoppiamento termico corretto è necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono latrasmittanza termica lineica e puntuale, come riportato nell’equazione riportata nell’ UNI EN ISO 14683:

L= Σ Ui Ai +ΣΨk Ik + Σ Χj

Dove:• L è il coefficiente di accoppiamento termico;• Ui è la trasmittanza termica dell’i-esimo componente dell’involucro edilizio;• Ai è l’area caratterizzata da una trasmittanza Ui;• Ψk è la trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare;• Ik è la lunghezza lungo la quale si applica Ψk;• Χj è la trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale.

Il Prospetto 2 dell’ UNI EN ISO 14683 fornisce i valori di progetto di Ψ basati su tre sistemi di valutazionedelle dimensioni dell’edificio:-Ψi dimensioni interne, misurate tra le superfici interne finite di ogni ambiente in un edificio

(escluso lo spessore delle partizioni interne);- Ψoi dimensioni interne totali, misurate tra le superfici interne finite di ogni ambiente in un edificio

(incluso lo spessore delle partizioni interne);- Ψe dimensioni esterne, misurate tra le superfici esterne finite degli elementi esterni dell’edificio.

Ponti termici – uso delle dimensioni esterne



Figura 2: Edificio che mostra la posizione e le tipologie di ponti termici che siverificano di frequente in un edificio in accordo con lo schema riportato nelProspetto 2 dell’UNI EN ISO 14683.

Figura 3: Dettaglio del ponte termico – tipo angolo – constrato isolante principale nella parte intermedia. Prospetto2 dell’UNI EN ISO 14683.

Caso parete/parete: U=1,57 W/m2KA= 72,2 m2

Ux A= 73,77 W/KΨe= 0,10 W/mKle= 12 mΨex le= 1,2

L (parete/parete) = 73,77 + 1,2= 74,97 W/K




Dove:• Aw,p,k è l’area del componente trasparente [m2];• Uf,k è la trasmittanza del componente trasparente [W/m2K]

HD,f = Σk Aw,p,kUf,k

Superfici Trasparenti

ELEMENTI Aw,p,k [m2] Uf,k [W/m2K] HD,fi [W/K]Finestre e porte finestre

Parete Nord - Ser 1/N 2,94 3,25 9,56Parete Nord - Ser 2/N 1,68 3,25 5,46Parete Est - Ser 3/E 0,84 3,25 2,73Parete Est - Ser 3/E 0,84 3,25 2,73Parete Sud - Ser 1/S 2,94 3,25 9,56Parete Sud - Ser 1/S 2,94 3,25 9,56Finestre e porte finestre 20,48

HD,f [W/K] 20,48

Il valore complessivo di HD= 165,28 W/K

Tabella 4: scambio termico diretto per trasmissione verso l’ambiente esterno – pareti trasparenti

Hg - Scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno



Dove:• A è l’area dell’elemento[m2];• Uf è la trasmittanza termica della parte sospesa del pavimento (tra l’ambiente interno e lo spazio

sottopavimento) [W/m2K];• btr,g è dato dal Prospetto 6 della norma UNI/TS 11300-1.

Hg = A x Uf x btr,g

Per gli edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, ilcoefficiente di accoppiamento termico in regime stazionario tra gli ambienti interno ed esterno è dato:

Nel caso specifico lo scambio termico verso il terreno è Hg= 0 W/K.

Tabella 5: Fattore di correzione btr,g – Prospetto 6 della norma UNI/TS 11300-1

HU - Scambio termico stazionario per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati



Dove:• Hiu è il coefficiente globale di scambio termico tra l’ambiente climatizzato e l’ambiente non

climatizzato;• btr,x per edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o comumque di informazioni più

precise, i valori del fattore btr,x si possono assumere dal Prospetto 5 della norma UNI/TS11300-1.

HU = Hiu x btr,x

Il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione HU, tra il volume climatizzato e gli ambientiesterni attraverso gli ambienti non climatizzati è dato:

Hiu = Aiu x Us,iu

Dove:• Aiu è l’area del componente edilizio sull’ambiente non climatizzato [m2];• Us,iu è la trasmittanza termica del componente edilizio sull’ambiente non climatizzato [W/m2K].

ELEMENTI Aiu [m2] Us,iu [W/m2K] Hiu [W/K] btr,x HU [W/K]Muratura in mattoni pieni s=30cm

Parete Ovest - Par 1/O 9,15 1,57 14,37 0,4 5,75Muratura in mattoni pieni s=30cm 5,75

Parete in Cemento ArmatoParete Ovest - Par 2/O 12 2,58 30,96 0,4 12,38Parete in Cemento Armato 12,38

Portone esternoPortone esterno Ovest- Port/O 2,1 1,195 2,51 0,4 1,00Portone esterno 1,00

Hu [W/K] 19,13Tabella 6: Scambio termico stazionario per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati

HA - Scambio termico per trasmissione verso altre zone climatizzate (interne o meno all’edificio) atemperatura diversa



Il coefficiente nel caso in oggetto risulta nullo in quanto non sono presenti nell’edificio e nelle adiacenti zonetermiche climatizzate a temperatura diversa.Per cui il valore di HA= 0 W/K.

Htr,adj [W/K] HD [W/K] Hg [W/K] HU [W/K] HA [W/K]184,4 165,27 / 19,13 /

La Tabella 4 mostra i coefficienti di scambio termico per trasmissione, determinati secondo le norme UNI/TS11300-1.

Tabella 7: coefficienti di scambio termico per trasmissione

Confronto con il metodo semplificato:Ht= 177,51 W/K

Scambio termico per ventilazione



La normativa prevede dei ricambi d’aria dipendenti dall’occupazione dei locali e dalla loro destinazioned’uso in maniera tale da garantire un’adeguata qualità dell’aria. Il coefficiente globale di scambio termicoper ventilazione si ricava come:

Nel caso di aerazione o ventilazione naturale:- per gli edifici residenziali si assume un tasso di ricambio d'aria pari a 0,3 vol/h;.

Hve,adj= ρaca x (Σk bve,k qve,k,mn)

Dove:• ρaca è la capacità termica volumica dell’aria, pari a 1200 [J/m3K];• qve,k,mn è la portata mediata sul tempo del flusso d’aria k-esimo [m3/h];• bve,k è il fattore di correzione della temperatura per il flusso d’aria k-esimo, pari a 1. bve,k≠1 se la

temperatura di mandata non è uguale alla temperatura dell’ambiente esterno, come nel casodi pre-riscaldamento, pre-raffrescamento o di recupero termico dell’aria di ventilazione.

La portata mediata sul tempo di flusso d’aria k-esimo, qve,k,mn , espressa in [m3/h], si ricava come:

qve,k,mn= fve,t,k x qve,k

Dove:• fve,t,k è la frazione di tempo in cui si verifica il flusso d’aria k-esimo, nel caso di studio, per una

situazione permanente è pari a 1;• qve,k è la portata sul tempo del flusso d’aria k-esimo [m3/h];

qve,k= n x Vnetto

Vnetto = 70% Vlordo

Scambio termico per ventilazione



Il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione si ricava come:

Hve,adj= ρaca x (Σk bve,k qve,k,mn) =1200 J/m3K x 1 X 51,66 m3/h = 61992 J/Kh

La portata mediata sul tempo di flusso d’aria k-esimo, qve,k,mn , espressa in [m3/h], si ricava come:

qve,k,mn= fve,t,k x qve,k = 1 x 51,66 = 51,66 m3/h

La portata sul tempo del flusso d’aria k-esimo [m3/h];

qve,k= 0,3 x Vnetto = 51,66 m3/hVOLUME LORDO [m3] 246

VOLUME NETTO [m3] 172,2n [vol/h] 0,3

Conversione 1 J = 1/(3600) Wh

Hve,adj= 17,22 W/K

Confronto con il metodo semplificato:HV= 17,56 W/K

Tabella 8: Tabella dei volumi

Extra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste



Il fattore di forma tra un componente edilizio e la volta celeste vale:

L’extra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste è definito secondo UNITS/11300-1come:

Σk Fr,k Фr,mn,k

Fr,k= Fsh,ob, dif (1+cos S)/2

Dove:• 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;• S è l’angolo di inclinazione del componente sull’orizzonte.

S=0° per coperture orizzontali, S=90° per pareti verticali.

Frk Fsh,ob,diff S0,5 1 90

Tabella 9: Fattore di forma tra componente edilizio e volta celeste




Dove:• Rse è la resistenza termica superficiale esterna del componente, pari a 0,04 [m2K/W],

determinata secondo la UNI EN 6946;• Uc,k è la trasmittanza termica del componente, [W/m2K];• Ac,k è la superficie di scambio del componente edilizio k-esimo [m2];• hr è il coefficiente di scambio termico esterno per irraggiamento [W/m2K];

hr = 5 εdove ε rappresenta l’emissività per irraggiamento termico di una superficie esterna;

Per ε = 0,9 hr = 4,5 W/m2K per materiali da costruzioni;Per ε = 0,837 hr =4,185 W/m2K per i vetri;

• Δθer è la differenza tra la temperatura dell’aria esterna e la temperatura apparente del cielo [K],pari a 11 K secondo la norma UNI/TS 11300-1.

L’extra flusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste del componente edilizio k-esimo, mediato sul tempo, è dato:

Ф r,mn,k = Rse x Uc,k x Ac,k x hr x Δθer




L’extra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste è:

ELEMENTO Rse [m2K/W] Uc,k [W/m2K] Ac,k [m2] hr [W/m2K] Δθer [K] φr,mn,k [W] Frk*φr,mn,k [W]

MURATURA IN MATTONI PIENI

Par 1/N 0,04 1,65 19,45 4,5 11 63,54 31,77Par 1/E 0,04 1,65 21,6 4,5 11 70,57 35,28Par 1/S 0,04 1,65 22 4,5 11 71,87 35,94

PARETE IN C. A. Par 2/E 0,04 2,71 7,8 4,5 11 41,85 20,93Par 2/S 0,04 2,71 2,4 4,5 11 12,88 6,44

CASSONETTI

Ser 1/N 0,04 6,3 0,42 4,5 11 5,24 2,62Ser 2/N 0,04 6,3 0,42 4,5 11 5,24 2,62Ser 3/E 0,04 6,3 0,21 4,5 11 2,62 1,31Ser 3/E 0,04 6,3 0,21 4,5 11 2,62 1,31Ser 1/S 0,04 6,3 0,42 4,5 11 5,24 2,62Ser 1/S 0,04 6,3 0,42 4,5 11 5,24 2,62

TELAIO SERRAMENTI


VETRI SERRAMENTI


TOTALE 177,64

Tabella 10: Extra flusso termico per radiazioni infrarossa verso la volta celeste

Calcolo degli scambi termici nel caso di riscaldamento

In Tabella 11 sono riportati i valori degli scambi per trasmissione e ventilazione e i valori di temperaturamedia esterna, per i mesi del periodo termico.



GEN FEB MAR DICHtr,adj [W/K] 184,41 184,41 184,41 184,41Hve,adj [W/K] 17,22 17,22 17,22 17,22

ΣkFr,k Ф r,mn,k 177,64 177,64 177,64 177,64θint,set,H [°C] 20 20 20 20

θe [°C] 11,1 11,5 12,8 12,7

t [h] 744 672 744 744

Qh,tr [kWh] 1353,25 1172,72 1120,01 1133,73Qh,ve [kWh] 114,02 98,36 92,24 93,53

QH,ht [kWh] 1467,28 1271,08 1212,26 1227,26

Tabella 11: Scambi termici per trasmissione e ventilazione, temperatura media esterna.



CALCOLO DEGLI APPORTI TERMICI

Gli apporti di calore sono distinguibili fra interni, dipendenti dal metabolismo degli occupanti, dal caloredovuto alle apparecchiature elettriche presenti e all’illuminazione, e solari, derivanti dall’irraggiamentomedio della località interessata, dall’orientamento della superficie, dagli ombreggiamenti, dallecaratteristiche di assorbimento delle superfici ecc.Per ogni zona dell’edificio e per ogni mese, gli apporti termici si calcolano con le seguenti formule:

Qint = {Σk Φint,mn,k} x t + {Σl (1 – btr,l) Φint,mn,u,l } x t [kWh]

Qsol = {Σk Φsol,mn,k} x t + {Σl (1 – btr,l) Φsol,mn,u,l } x t [kWh]

Dove:• btr,l 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;• Φint,mn,k è il flusso termico prodotto dalla k-esima sorgente di calore interna, mediato sul tempo [W];• Φint,mn,u,l è il flusso termico prodotto dalla l-esima sorgente di calore interna nell’ambiente non

climatizzato adiacente u, mediato sul tempo [W];• Φsol,mn,k è il flusso termico k-esimo di origine solare, mediato sul tempo [W];• Φsol,mn,u,l è il flusso termico l-esimo di origine solare nell’ambiente non climatizzato adiacente u,

mediato sul tempo [W].



Flusso termico prodotto da sorgenti interne di calore

Per gli edifici di categoria E.1 (1) e E.1 (2) (abitazioni), aventi superficie utile di pavimento Af minore o ugualea 170 m2, il valore globale degli apporti interni, espresso in W, è ricavato come:

Φint,mn,k = 5,294 x Af – 0,01557 x Af2 = 294,95 [W]

• Af è la superficie utile calpestabile climatizzata pari a 70 m2

GEN FEB MAR DIC TOTALE

Φint,mn,k 294,29 294,29 294,29 294,29

854,61

t [h] 744 672 744 744Qint [kWh] 218,95 197,76 218,95 218,95

Tabella 12: Apporti termici interni, in funzione del periodo di riscaldamento.

Confronto con il metodo semplificato:Qi= 813,12 kWh



Flusso termico di origine solare

Il flusso termico k-esimo di origine solare, Φsol,k espresso in [MJ] si calcola con la seguente formula:

Φsol,k = Fsh,ob,k x Asol,kx Isol,k [MJ]

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:

Fsh,ob,k = Fhor x Fov x Ffin

dove:Fhor è il fattore di ombreggiamento relativo ad ostruzioni esterne;Fov è il fattore di ombreggiamento relativo ad aggetti orizzontali;Ffin è il fattore di ombreggiamento relativo ad aggetti verticali;

• Asol,k è l’area di captazione solare effettiva della superficie k-esima, con dato orientamento e angolod’inclinazione sul piano orizzontale, nella zona o ambiente considerato [m2];

• Isol,k è l’irradianza solare media mensile, sulla superficie k-esima, con dato orientamento e angolodi inclinazione sul piano orizzontale [W/m2].



Fattore di riduzione per ombreggiatura

Il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per l’area di captazione solareeffettiva della superficie k-esima:


I valori dei fattori di ombreggiatura dipendono dalla latitudine, dall'orientamento dell'elementoombreggiato, dal clima, dal periodo considerato e dalle caratteristiche geometriche degli elementiombreggianti. Tali caratteristiche sono descritte da un parametro angolare, come evidenziato nelle figure6 e 7. I tre fattori di ombreggiatura sono calcolati mediante interpolazione lineare dei dati tabellati nell’Appendice D della norma UNI/TS 11300-1.

Figura 4: Angolo dell’orizzonte ombreggiato daun’ostruzione esterna UNI/TS 11300-1.

Figura 5: Aggetto orizzontale a) e verticale b) UNI/TS 11300-1.



Fattore di riduzione per ombreggiatura

Il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per l’area di captazione solareeffettiva della superficie k-esima:


Orientamento N GEN FEB MAR DICFhor α=0° 1 1 1 1

Fov α=42° 0,74 0,74 0,74 0,74Ffin α=25° 0,9 0,9 0,9 0,9

Fsh,ob,k 0,67 0,67 0,67 0,67

Orientamento E GEN FEB MAR DICFhor α=30° 0,45 0,46 0,52 0,44Fov α=0° 1 1 1 1Ffin α=0° 1 1 1 1Fsh,ob,k 0,45 0,46 0,52 0,44

Orientamento S GEN FEB MAR DICFhor α=0° 1 1 1 1

Fov α=42° 0,8 0,76 0,66 0,81Ffin α=60° 0,79 0,77 0,78 0,8

Fsh,ob,k 0,63 0,59 0,51 0,65

Orientamento S GEN FEB MAR DICFhor α=0° 1 1 1 1

Fov α=60° 0,68 0,64 0,5 0,7Ffin α=40° 0,88 0,84 0,83 0,89

Fsh,ob,k 0,60 0,54 0,42 0,62

Tabella 13: Fattori di riduzione per ombreggiatura in funzione dell’orientamento e del periodo di riscaldamento.



Area di captazione solare effettiva di un componente vetratoGli apporti solari che giungono all’interno attraverso una vetratura dipendono, oltre dal tipo di vetro, anchedalla struttura del componente e dall’efficacia di eventuali schermature (es. tende, tapparelle). La normarichiede il calcolo di una superficie equivalente chiamata area di captazione solare effettiva Asol, calcolatacome:

Asol,= Fsh,gl ggl (1-FF) Aw,p [m2]

Dove:• Fsh,gl è il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all’utilizzo di schermature mobili (es.

tende). Per facilitare i calcoli si assume tale fattore pari a 1;• ggl è la trasmittanza di energia solare totale della finestra quando la schermatura solare non è

utilizzata, definita dall’ UNI/TS 11300-1;

ggl = Fw x ggl,n

dove:Fw è il fattore di esposizione, pari a 0,9;ggl,n è la trasmittanza di energia solare totale per incidenza normale, definita dal

Prospetto 13 dell’ UNI/TS 11330-1;

• FF è la frazione di area relativa al telaio, rapporto tra l’area proiettata del telaio e l’aria proiettatatotale del componente finestrato, secondo la norma UNI/TS 11300-1, il valore (1- FF) è pari a0,8;

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



Area di captazione solare effettiva di un componente vetrato

Asol,= Fsh,gl ggl (1-FF) Aw,p [m2]

ggl = Fw x ggl,nFw = 0,9

Elemento Fsh,gl ggl 1-Ff Aw,p [m2] Asol [m2]

Ser 1/N 1 0,675 0,8 2,94 1,59Ser 2/N 1 0,675 0,8 1,68 0,91Ser 3/E 1 0,675 0,8 0,84 0,45

Ser 3/E 1 0,675 0,8 0,84 0,45Ser 1/S 1 0,675 0,8 2,94 1,59Ser 1/S 1 0,675 0,8 2,94 1,59

Tabella 14: Trasmittanza di energia solare totale g gl,n di alcuni tipi di vetro – Prospetto 13 dell’ UNI/TS 11300-1.

Tabella 15: Area di captazione solare effettiva di un componente vetrato.



Area di captazione solare effettiva di una parete opaca

L’area di captazione solare effettiva della parete opaca dell’involucro edilizio Asol dipende dal colore delcomponente:

Asol,= asol,c Rse Uc Ac [m2]

Dove:• asol,c è il fattore di assorbimento solare del componente opaco, pari a 0,6 per superfici di colore

medio secondo la norma UNI/TS 11300-1;• Rse è la resistenza termica superficiale esterna del componente opaco, pari a 0,04 [m2K/W],

determinato secondo la UNI/TS 11300-1;• Uc è la trasmittanza termica del componente opaco [W/m2K];• Ac è l’area proiettata del componente opaco.



Area di captazione solare effettiva di una parete opaca

ELEMENTI Ac [m2] Uc [W/m2K] Asol [m2]Muratura in mattoni pieni s=30cm

Parete Nord - Par 1/N 19,45 1,57 0,73Parete Est - Par 1/E 21,6 1,57 0,81Parete Sud- Par 1/S 22 1,57 0,83Muratura in mattoni pieni s=30cm 2,38

Parete in Cemento ArmatoParete Est - Par 2/E 7,8 2,58 0,48Parete Sud- Par 2/S 2,4 2,58 0,15Parete in Cemento Armato 0,63

Cassonetti h=30cmParete Nord - Ser 1/N 0,42 6 0,06Parete Nord - Ser 2/N 0,42 6 0,06Parete Est - Ser 3/E 0,21 6 0,03Parete Est - Ser 3/E 0,21 6 0,03Parete Sud - Ser 1/S 0,42 6 0,06Parete Sud - Ser 1/S 0,42 6 0,06Cassonetti h=30cm 0,30

Tabella 16: Area di captazione solare effettiva della componente opaca.

Isol,k [MJ/m2]GEN FEB MAR DIC

N 2,4 3,2 4,3 2,2E 5,7 8,4 10,1 5,2S 11,4 14 12,4 10,7

Tabella 17: Irradianza solare media mensile, sulla superficie k-esima, con dato orientamento..



Flusso termico di origine solare

Tabella 18: Flusso termico di origine solare delle superfici vetrate.

Φsol,mn,k [MJ] GEN FEB MAR DICN 2,54 3,38 4,55 2,33N 2,18 2,90 3,90 2,00E 1,16 1,75 2,38 1,04E 1,16 1,75 2,38 1,04S 11,44 13,01 10,13 11,01S 10,83 11,95 8,17 10,58

TOT 29,31 34,75 31,52 27,99

Φsol,mn,k [MJ] GEN FEB MAR DICN 2,05 2,73 3,67 1,88E 7,74 11,40 13,71 7,06S 12,52 15,38 13,62 11,75

TOT 22,31 29,51 31,00 20,69

Tabella 19: Flusso termico di origine solare delle superfici opache.

Tabella 20: Calcolo degli apporti termici solari in funzione del periodo di riscaldamento.

GEN FEB MAR DIC TOTALE

Φsol,mn,k [MJ] 51,62 64,26 62,52 48,68

1901,85

gg 31 28 31 31Qsol[kWh] 444,50 499,81 538,36 419,18


FATTORE DI UTILIZZAZZIONE DEGLI APPORTI TERMICI

Il fattore di utilizzazione degli apporti termici per il calcolo del fabbisogno di riscaldamento si calcolasecondo la norma UNI/TS 11300-1 come:

ηH,gn = (1-γHaH) / (1-γH

aH+1) se γH>0 e γH≠1

Dove:γH= Qgn /QH,htaH= aH,0 +τ / τH,0

τ è la costante di tempo termica della zona termica [h];

τ= (Cm/3600) / (Htr,adj + Hve,adj)

Cm è la capacità termica interna determinata in funzione delle caratteristiche costruttive deicomponenti edilizi;

Cm=155 [kJ/(m2 × K)] x Af [J/K]

Calcolo eseguito secondo il Prospetto 16 della norma UNI/TS 11300-1, considerando una classe di eserciziomedia.

Af è la superficie calpestabile climatizzata, pari a 70 m2.

Secondo la norma UNI/TS 11300-1 per il calcolo mensile aH,0= 1 e τH,0= 15h



FATTORE DI UTILIZZAZZIONE DEGLI APPORTI TERMICI

γh Qgn [kWh] Qh,ht [kWh]0,45 663,45 1467,270,55 697,57 1271,080,62 757,31 1212,250,52 638,13 1227,25

Cm [J/K] Af [m2]10850000,00 155 70

τ [h] Cm [J/K] Htr,adj [W/K] Hve,adj [W/K]14,95 10850000,00 184,41 17,22

aH aH,0 τ [h] τH,0 [h]2,00 1 14,95 15

Qh,nd [kWh] Qh,ht [kWh] ηh,gn Qgn [kWh]GENNAIO 885,95 1467,27 0,88 663,45FEBBRAIO 687,36 1271,08 0,84 697,57MARZO 601,94 1212,25 0,81 757,31DICEMBRE 685,74 1227,25 0,85 638,13TOTALE 2860,99 5177,85 2756,46

Tabella 21: Calcolo di γh.

Tabella 22: Calcolo della capacità termica interna della zona termica.

Tabella 23: Calcolo della costante di tempo termica della zona termica. Tabella 24: Calcolo di aH.

Tabella 25: Calcolo del fattore di utilizzazione degli apporti termici e del fabbisogno di energia termica per il riscaldamento.

Confronto con il metodo semplificato:Qh,nd = 2804,09 kWh


ηg

Rendimento medio stagionale dell’impianto di riscaldamento


Fabbisogno di energia termica per il riscaldamento

QH,nd

Fabbisogno globale di energia primaria per il riscaldamento

Qp,H

Fabbisogno di generazioneQg,IN

+

/

Fabbisogno di energia elettrica per ausiliari degli impianti di riscaldamento

Qaux,p

Perdite totali di emissioneQl,e

+Perdite totali di regolazione

Ql,c

Perdite totali di distribuzioneQl,d

+

Perdite totali di generazioneQl,gn

+

+Fabbisogno di energia

termica per il riscaldamentoQH,nd



RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE DELL’IMPIANTO DI RISCALDAMENTO

Il rendimento medio stagionale dell’impianto termio è il rapporto tra il fabbisogno di energia termica per ilriscaldamento invernale e l’energia sviluppata dalle fonti energetiche. La norma D.M. 26/06/2009 “Lineeguida nazionali per la certificazione degli edifici” prevede che a partire dalle prestazioni dell’involucroedilizio si calcoli mediante la norma UNI/TS 11300-2 la prestazione del sistema edilizio-impianti in relazioneallo specifico impianto termico installato.

La prestazione energetica dell’edificio è misurata tramite il rendimento medio stagionale dell’impianto diriscaldamento:

ηg = QH,nd/Qp,H

Dove:• QH,nd è il fabbisogno di energia termica utile per riscaldamento;• Qp,H è il fabbisogno globale di energia primaria per riscaldamento, da determinare [kWh].


Fabbisogno globale di energia primaria

Il fabbisogno globale di energia primaria è dato:

Qp,H = Qgn,IN + Qaux,p

Dove:• Qgn,IN è il fabbisogno di generazione [kWh];• Qaux,p è il fabbisogno di energia elettrica per ausiliari degli impianti di riscaldamento [kWh].


Il fabbisogno di generazione è definito secondo la seguente relazione:

Qgn,IN = QH,nd +Ql,e+Ql,c +Ql,d +Ql,gn

Dove:• Ql,e sono le perdite totali di emissione [kWh];• Ql,c sono le perdite totali di regolazione [kWh];• Ql,d sono le perdite totali di distribuzione [kWh];• Ql,gn sono le perdite totali di generazione [kWh].


Sottosistema di emissioneI sistemi di emissione dell’energia termica sviluppata dal generatore possono essere diversi, ognuno con unrendimento diverso a seconda della tipologia.Il contributo delle perdite di emissione Ql,e è calcolato sulla base del rendimento di emissione ηe:

Ql,e = QH,nd x (1- ηe)/ηe

Dove:• ηe è il rendimento di emissione.


Nel caso in questione, con altezze inferiori a 4 m, il rendimento può essere ricavato per via tabellare, secondo il Prospetto 17 della norma UNI/TS 11300-2, di cui si riporta un estratto in Tabella.

Per sopperrire alle perdite di emissione, il sistema deve soddisfare un fabbisogno di emissione totale:

Qe,IN = QH,nd+Ql,e

Qh,nd [kWh] 2861ηe 0,95

Ql,e [kWh] 150,58Qe,IN [kWh] 3011,58

Tabella 26: Rendimenti di emissione in locali di altezza minore di 4 m– Prospetto 17 dell’ UNI/TS 11300-2.

Tabella 27: Rendimento e fabbisogno di emissione


Sottosistema di regolazioneIl rendimento di regolazione è un parametro che esprime la deviazione tra la quantità di energia richiesta incondizioni reali rispetto a quelle ideali.Le perdite totali di regolazione Ql,c si calcolano come:

Ql,c = Qe,IN x (1- ηc)/ηc

Dove:• ηc è il rendimento di regolazione, calcolato secondo il Prospetto 20 della UNI/TS 11300-2.


Nell’appartamento in questione presenta una regolazione “solo zona con regolatore” di tipo on-off,corrispondente ad un rendimento di regolazione di 0,93, ricavato secondo il Prospetto 20 della normaUNI/TS 11300-2.

Il fabbisogno di regolazione e è costituito dal fabbisogno di emissione sommato alle perdite di regolazione:

Qc,IN = Qe,IN +Ql,c

Qe,IN [kWh] 3011,58ηc 0,93

Ql,c [kWh] 226,68Qc,IN [kWh] 3238

Tabella 28: Rendimento e fabbisogno di regolazione


Sottosistema di distribuzioneLe perdite di regolazione Ql,d vengono calcolate sulla base del rendimento di distribuzione ηd applicato alfabbisogno di regolazione Qc,IN secondo la formula:

Ql,d = Qc,IN x (1- ηd)/ηdDove:• ηd è il rendimento di distribuzione, calcolato secondo il Prospetto 21 della UNI/TS 11300-2,che

riporta diverse tipologie di distribuzione.


Il fabbisogno di distribuzione è costituito dal fabbisogno di regolazione sommato alle perdite di distribuzione:

Qd,IN = Qc,IN +Ql,d

Qc,IN [kWh] 3238ηd 0,98

Ql,d [kWh] 66,08Qd,IN [kWh] 3304

Tabella 30: Rendimento e fabbisogno di distribuzione

Tabella 29: Rendimento di distribuzione – Prospetto 21 dell’ UNI/TS 11300-2.


Sottosistema di generazioneLe perdite di generazione tengono conto delle caratteristiche del generatore e delle sue modalità di utilizzo,si calcolano con la seguente formula:

Ql,gn = Qd,IN x (1- ηgn)/ηgn

Dove:• ηgn è il rendimento di generazione distribuzione, calcolato secondo il Prospetti 23 della UNI/TS

11300-2.


Il fabbisogno di generazione è costituito dal fabbisogno di distribuzione sommato alle perdite di generazione:

Qgn,IN = Qd,IN +Ql,gn

Qd,IN [kWh] 3304ηgn 0,69

Ql,gn [kWh] 1485Qgn,IN [kWh] 4789

Tabella 32: Rendimento e fabbisogno di generazione

Tabella 31: Rendimento di generazione – Prospetto 23 dell’ UNI/TS 11300-2.


Fabbisogno degli ausiliariIl fabbisogno di energia elettrica di un impianto di riscaldamento QH,aux [(kWh)el] è determinato:

QH,aux = Waux,t x tgn

Dove:• Waux,t è il valore della potenza totale degli ausiliari, espresso in [W];• tgn è il tempo di funzionamento del generatore, espresso in [h].


Il valore della potenza totale degli ausiliari è definita:

Waux,t = Waux,pn +Wgn,PO,pr

Dove:• Wgn,PO,pr è il valore della potenza della pompa primaria, espresso in [W];• Waux,pn è il valore della potenza degli ausiliari del generatore a bordo della caldaia, espresso in [W].

In assenza di valori dichiarati dal fabbricante, la potenza degli ausiliari del generatore a bordo della caldaia può ricavarsi come:

Waux,pn= G + H x ΦPnn

Dove:• G, H, n sono i parametri ricavabili dall’Appendice B dell’ UNI/TS 11300-2;• ΦPn è la potenza termica utile nominal del generatore, espressa in [W], secondo dati di targa.


Fabbisogno degli ausiliari


G H n ΦPn [W] Waux,Pn [W]40 0,148 1 18,8 42,78

Waux,Pn [W] Wgn,PO,pr [W] Waux,t [W]42,78 180 222,78

Qd,IN [kWh] tgn [h] Φ gn,avg [kW]3304 2904 1,14

Φ gn,avg [kW] ΦPn [W] FC u

1,14 18,8 0,06

Waux,t [W] tgn [h] FC u QH,aux [kWh]el

222,78 2904 0,06 39,15

QH,aux [kWh]el ηp,el Qaux,p [kWh]39,15 0,46 85,11

Qgn,IN [kWh] Qaux,p [kWh] Qp,H [kWh]4789 85,11 4874,11

QH,nd [kWh] Qp,H [kWh] ηg

2860,99 4874,11 0,59

Tabella 33: Calcolo della potenza degli ausiliari del generatore a bordo della caldaia

Tabella 34: Calcolo della potenza totale degli ausiliari

Tabella 35: Calcolo della potenza media richiesta

Tabella 36: Calcolo del Fattore di carico medio del generatore FC

Tabella 37: Calcolo del fabbisogno totale di energia elettrica

Tabella 38: Calcolo del fabbisogno di energia elettrica per ausiliari degli impianti di riscaldamento

Tabella 39: Calcolo del fabbisogno totale di energia primaria

Tabella 40: Calcolo del rendimento medio stagionale.

Confronto con il metodo semplificato:ηg =0,60

PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA PER … · Prospetto 2 dell’UNI EN ISO 14683. Figura 3: Dettaglio...

Documents

Transcript of PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA PER … · Prospetto 2 dell’UNI EN ISO 14683. Figura 3: Dettaglio...