TERMOFLUIDODINAMICA E IMPIANTI … · La UNI EN 12831 impone di ... (secondo UNI EN ISO 6946 –...

CALCOLO DEI CARICHI TERMICI

Prof. Cinzia Buratti

TERMOFLUIDODINAMICA E IMPIANTI TERMOTECNICI

CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA INGEGNERIA MECCANICA

Un impianto di climatizzazione deve mantenere nell’ambiente trattato

condizioni termoigrometriche adeguate; a tale scopo è necessario fornire

all’ambiente, istante per istante, un flusso termico Q( ) pari a:

)(Q)(Qn

1i

i

(W)

La somma che compare nella formula è una funzione variabile nell’arco

della giornata: ciascuno dei contributi Qi( ) varia in maniera periodica

nell’arco delle 24 ore e raggiunge il proprio massimo in una certa ora della

giornata, diversa in generale da quella degli altri.

Occorre individuare l’ora in cui si presenta il massimo contemporaneo

I carichi termici esterni sono dovuti a:

flusso termico trasmesso attraverso l’involucro edilizio (pareti opache e pareti vetrate);

flusso termico trasmesso per effetto dell’irraggiamento solare;

flusso termico trasmesso attraverso i ponti termici;

flusso termico dovuto ad infiltrazioni d’aria e ventilazione.

I carichi termici interni sono dovuti a:

flusso termico associato alla

presenza di persone;


presenza di macchinari;


presenza dell’impianto di illuminazione;


presenza di eventuali altri contributi.

CARICHI ESTERNI ED INTERNI

-500

500

1500

2500

3500

4500

5500

6500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

t (ore)

Q (

W)

Q totale Q pareti vetrate Q pareti opache Q irraggiamento

Q ponti termici Q ventilazione e infiltrazione Q persone Q illuminazione

Andamento tipico del carico termico giornaliero in condizioni estive.

In estate il calcolo degli apporti di calore in ambiente deve essere effettuato in

regime variabile

esposizione delle pareti ad irraggiamento solare; la radiazione solare è assorbita

dalle strutture, che accumulano calore e lo restituiscono all’ambiente in tempi

successivi;

la temperatura dell’aria esterna varia nell’arco della giornata ed assume un

andamento sinusoidale;.

In inverno il calcolo delle dispersioni è effettuato in regime stazionario

le condizioni più gravose per l’impianto si hanno in assenza di irraggiamento solare,

non si considera l’accumulo; l’irraggiamento solare, costituisce al pari dei carichi

termici interni un apporto di calore all’ambiente, che compensa in parte il carico

termico;

poiché la temperatura media esterna è sensibilmente diversa dalla temperatura

interna e le sue oscillazioni intorno al valor medio sono contenute si fa l’ipotesi

cautelativa che la temperatura esterna sia costante ed assuma il valore minimo.

CARICHI ESTIVI

Esplicitando l’equazione che esprime il bilancio termico dell’edificio si ha:

)(Q)(Q)(Q)(Q)(Q)(Q)(Q)(Q)(Q)(Q 987654321

Q ( ) = flusso termico immesso globalmente nell’edificio al tempo ;

Q1 ( ) = flusso termico immesso al tempo attraverso le pareti opache;

Q2 ( ) = flusso termico immesso al tempo attraverso le pareti vetrate;

Q3 ( ) = flusso termico immesso al tempo per effetto dell’irraggiamento solare;

Q4 ( ) = flusso termico immesso al tempo per la presenza di ponti termici;

Q5 ( ) = flusso termico immesso al tempo per ventilazione ed infiltrazioni d’aria;

Q6 ( ) = flusso termico immesso al tempo per effetto della presenza di persone;

Q7 ( ) = flusso termico immesso al tempo per effetto della presenza di macchinari;

Q8 ( ) = flusso termico immesso al tempo per effetto del funzionamento

dell’impianto di illuminazione;

Q9 ( ) = flusso termico immesso al tempo per effetto di eventuali altri contributi

interni.

987654321te QQQQQQQQQQ (W)

)(Q)(Q)(Q)(Q)(Q)(Q)(Q)(Q)(Q)(Q 987654321

CARICHI INVERNALI

5421ti QQQQQ (W)

i,vent_involil,trasm_invoti QQQ (W) UNI EN 12831

Qtrasm_invol,i = flusso termico di progetto per trasmissione attraverso le pareti opache;

Qvent_invol,i = flusso termico di progetto per ventilazione;

CONDIZIONI ESTERNE DI PROGETTO

Per il calcolo dei carichi termici, occorre conoscere:

temperatura dell’aria;

umidità relativa dell’aria;

velocità del vento;

radiazione solare.

Per ciascun mese dell’anno, si fa riferimento ad un andamento orario

giornaliero rappresentativo delle grandezze climatiche e si definisce il

cosiddetto giorno medio mensile: è un giorno fittizio i cui valori orari dei

parametri suddetti sono stati determinati come media di quelli misurati per un

lungo periodo, statisticamente significativo.


Temperatura dell’aria

I valori massimi e minimi, e di conseguenza l’ampiezza dell’oscillazione,

possono essere desunti da serie storiche di dati (disponibili ad esempio

presso l’ISTAT - Statistiche Meteorologiche), o sono forniti dalla Normativa

UNI 10349.

I dati relativi alle temperature esterne di

progetto e temperature esterne medie annuali

( m,e) sono forniti dalla Normativa UNI EN

12831 in funzione della zona climatica,

dell’altitudine e dei gradi giorno relativi ai

capoluoghi di provincia.

La UNI 5364 fornisce la temperatura

convenzionale di progetto dell’aria esterna, la

UNI 10349 quella media annuale (media

aritmetica delle temperature medie mensili)

Temperatura di locali adiacenti riscaldati.

Nel caso in cui l’ambiente in esame confini con altri spazi riscaldati, la

temperatura di riferimento per questi è indicata in tabella (UNI EN 12831).


Calore trasferito dallo spazio riscaldato (i) a: spazio adiacente (°C)

Ambiente adiacente all’interno della stessa unità

immobiliare

spazio adiacente deve essere specificato:

1. per esempio, bagno, magazzino, ecc.;

2. per esempio, influenza del gradiente di

temperatura verticale.

Ambiente adiacente appartenente ad un’altra unità

immobiliare (per esempio, appartamento) int,i = Temperatura interna di progetto

Ambiente adiacente appartenente ad un edificio

separato (riscaldato o non riscaldato) m,e

2

,int, emi

Spazio non riscaldato bu

Ambiente:

- con solo una parete esterna

- con almeno due pareti esterne senza porte esterne

- con almeno due pareti esterne con porte esterne (per esempio atri, garage)

- con tre pareti esterne (per esempio vano scala esterno)

0,4

0,5

0,6

0,8

Seminterrato:

- senza finestre/porte esterne

- con finestre/porte esterne

0,5

0,8

Sottotetto:

- alto tasso di ventilazione del sottotetto (per esempio tetti con rivestimento

di tegole o altri materiali che forniscono una copertura discontinua) senza

feltri o tavole di sottostruttura

- altro tipo di tetto non isolato

- tetto isolato

1,0

0,9

0,7

Vani scala e disimpegni interni (senza pareti esterne, tasso di ventilazione

minore di 0,5 h-1) 0

Vani scala e disimpegni con apertura verso l’esterno (area delle

aperture/volume dello spazio > 0,005m2/m3) 1

Pavimento su intercapedine (pavimento sopra vespaio) 0,8


Nel caso di ambiente confinante con spazi interni non riscaldati, la UNI EN

12831 fornisce un coefficiente correttivo (bu) con il quale si modifica il valore

della temperatura di riferimento dello spazio adiacente spazio adiacente .

Umidità relativa dell’aria


La UNI 10349 fornisce i valori medi mensili della pressione

parziale del vapor d’acqua nei capoluoghi di provincia italiani.

Velocità del vento

I dati possono essere desunti da serie storiche (ISTAT - Statistiche

Meteorologiche), oppure dalla Normativa UNI 10349.

Radiazione solare

A partire dal valore medio della radiazione totale

teorica su superficie orizzontale Ho al di fuori

dell'atmosfera, è legato alla radiazione effettiva H

sulla superficie terrestre dalla formula di Sabbagh:

0H)N

nba(H (W/m2)

n = eliofania assoluta osservata: è il tempo, in minuti primi, di soleggiamento

effettivo, tenendo conto della nuvolosità e di eventuali ostacoli dovuti all'orografia;

N = eliofania assoluta teorica: è il tempo, in minuti primi, di soleggiamento

teorico valutato a partire dai dati astronomici;

n/N = eliofania relativa;

a,b = costanti relative al sito considerato e variabili nel corso delle stagioni.

Umidità relativa dell’aria

CONDIZIONI INTERNE DI PROGETTO

Velocità dell’aria

Purezza

Temperatura Inverno: T = 20 °C

E.6(1): piscine, saune T = 28 °C

E.6(2): palestre T = 18 °C

E.8: edifici industriali T = 18 °C

Estate: T = 26 °C

E.6(1): piscine, saune T = 28 °C

E.6(2): palestre T = 24 °C

Φ = 50 10%, sia in estate che in inverno

Civili abitazioni, caserme, alberghi: 0.05 m/s – 0.15 m/s

Sale da ballo: 0.15 m/s – 0.25 m/s

Cucine ristoranti: 0.15 m/s – 0.40 m/s

metodi prescrittivi o prestazionali

Trasmissione attraverso l'involucro edilizio

Pareti opache Caso invernale

E’ il caso della trasmissione di calore tra due fluidi a temperatura diversa

separati da una parete multistrato, in condizioni stazionarie.

)TT(AHQ ejij

n

1j

j1

nella quale:

n = numero di pareti opache;

Hj = trasmittanza della parete j-esima;

Aj = superficie della parete j-esima;

Ti = temperatura dell’aria interna;

Tej= temperatura dell’aria ambiente con cui è a contatto la j-esima parete

(può essere l'aria esterna o un locale non climatizzato).

La UNI EN 12831 impone di moltiplicare Hj per un coefficiente di

esposizione (ek) qualora non fosse stato considerato già nel calcolo di Hj

(secondo UNI EN ISO 6946 – Resistenza termica e trasmittanza termica)

5

0

15

10

20

T

T =20°C1

T =-2°C2

16,7°C

15,2°C

-0,3°C

-0,9°C

cartongesso

mattoni pieni

intonaco

11,9°C

8,6°C

intercapedine d'aria

xcRe

u

u u u

u

u

sottostrato laminare

corrente indisturbata strato limite turbolento strato laminare

u = 0,99 u

u = 0,99 u

u = 0,99 u

v

T

T

T = 0,99 T

t

T

y

y

x

Collana di Fisica Tecnica Ambientalediretta da Mauro Felli

Centro Interuniversitario di Ricerca sull'Inquinamento da Agenti Fisici

MAURO FELLI

LEZIONI DI FISICA TECNICA

Volume Secondo:

Trasmissione del Calore, Energia Solare, Ambiente Globale.

Libro n. 2

dn

dqn

dm

dT d T dx

dx dx

2

2

dT

dx

q (x) q (x+dx)dn

dm

dqm

+

dx

z

x

y

n

m


m

1j

n

1j

z

1j ij

jj

j

e k

1R

C

1s

k

1

1H

I coefficienti di adduzione k possono essere determinati sperimentalmente ed

assumono valori diversi a seconda delle condizioni in cui si trova la parete.

Nei casi più comuni si possono impiegare i seguenti valori:

superfici interne verticali: ki = 7.69 W/m2K;

superfici esterne verticali: ke = 25 W/m2K

I valori della conducibilità termica λ dei principali materiali da costruzione sono

riportati in tabella.

Ulteriori valori di λ possono essere dedotti dalle norme UNI EN 12831 e UNI 10351.

Conducibilità termica di alcuni materiali da costruzione.

Materiale Densità

(kg/m3)

(W/mK) Materiale

Densità

(kg/m3)

(W/mK)

Acciaio 7800 52 Malta cementizia 2000 1.40

Alluminio 2700 220 Polistirene espanso 15 0.045

Bitume 1200 0.17 Polistirene 1100 0.17

Bronzo 8700 65 Polistirene estruso non reticolato 30 0.05

Celluloide 1350 0.35 Polistirene estruso non reticolato 50 0.06

Cls 1500 0.65 Polistirene estruso reticolato 33 0.048

Cls 1900 1.06 Polistirene estruso reticolato 55 0.058

Cls 2200 1.48 Poliuretano espanso in situ 37 0.035

Gneiss 2700 3.5 Poliuretano espanso in lastre 40 0.032

Ghisa 7200 50 Rame 8900 380

Ghiaia 1700 1.2 Marmo 2700 3.0

Intonaco di gesso puro 1200 0.35 Tufo 1500 0.63

Laterizio (mattone pieno) 1600 0.59 Tufo 2300 1.7

Legname (quercia) 850 0.22 Vetro 2500 1.0


In presenza di una o più intercapedini d'aria si fa riferimento alla resistenza

termica R dell'intercapedine. (UNI 6946)

La norma UNI/TS 11300-1, infine, fornisce alcuni valori di trasmittanza

totale per alcune tipologie di pareti e murature esistenti.

Nel caso in cui una parete sia composta da uno o più strati di

materiale non omogeneo (es. laterizi forati), l'espressione s/λ

non ha significato; si introduce allora un parametro,

denominato conduttanza C dello strato non omogeneo,

ricavato sperimentalmente. (UNI 10355 e UNI EN 1745)

Resistenza specifica delle intercapedini.

Spessore intercapedine d’aria

(mm)

Resistenza Termica (m2K/W)

Senso del flusso termico

Ascendente Orizzontale Discendente

0 0.00 0.00 0.00

5 0.11 0.11 0.11

7 0.13 0.13 0.13

10 0.15 0.15 0.15

15 0.16 0.17 0.17

25 0.16 0.18 0.19

50 0.16 0.18 0.21

100 0.16 0.18 0.22

300 0.16 0.18 0.23

Resistenza termica e conducibilità termica equivalente di pareti non omogenee.

Rapporto tra n

righe di vuoti

lungo la

larghezza e la

lunghezza del

laterizio

λmateriale [W/mK]

R [m2K/W] per 100 mm di spessore/ λequivalente

della parete [W/mK]

λmalta=0.16 λ malta0.32 λmalta=0.80

3.7/1.6

0.34 0.57/0.18 0.55/0.18 0.49/0.20

0.42 0.50/0.20 0.49/0.20 0.44/0.23

0.51 0.46/0.22 0.44/0.23 0.40/0.25

0.60 0.42/0.24 0.40/0.25 0.37/0.27

Per esempio, 3,7/1,6 significa che il tipo di elemento ha 3,7 righe di vuoti per 100 mm

di larghezza e 1,6 vuoti in una riga per 100 mm di lunghezza, ossia 11 righe di vuoti nel

caso di uno spessore di 300 mm e 4 vuoti in una riga nel caso di una lunghezza

elemento di 250 mm.

Trasmittanza H per alcune tipologie esistenti.

Spessore

(m)

Muratura Pannello

prefabbricato in

cls non isolato

Parete a cassa

vuota con

mattoni forati di pietrame

intonacata

in mattoni pieni

intonacati sulle due

facce

di mattoni

semipieni

0.15 - 2.59 2.19 3.59 -

0.20 - 2.28 1.96 3.28 -

0.25 - 2.01 1.76 3.02 1.20

0.30 2.99 1.77 1.57 2.80 1.15

0.35 2.76 1.56 1.41 2.61 1.10

0.40 2.57 1.39 1.26 2.44 1.10

0.45 2.40 1.25 1.14 - 1.10

0.50 2.25 1.14 1.04 - 1.10

0.55 2.11 1.07 0.96 - -

0.60 2.00 1.04 0.90 - -


Pareti opache Caso estivo

Divisorio piano di spessore s che separa due fluidi, facendo l’ipotesi che la

temperatura di uno di essi (ambiente interno) sia costante e che la temperatura

dell’altro (ambiente esterno) abbia una variazione periodica di tipo sinusoidale.

Valutazione dell’andamento orario della temperatura sulla faccia interna della

parete, in modo da determinare, ora per ora, il flusso termico trasmesso per

adduzione tra la faccia interna della parete stessa e l’aria interna:

n

1j

ipjji1 TTAkQ

In prima approssimazione, si

possono impiegare i risultati

relativi al caso del muro di Fourier,

considerando che il calore

accumulato dalla parete sia

ceduto all’ambiente interno con un

certo ritardo e che la temperatura

esterna varia in maniera

sinusoidale.


Pareti vetrate

Il flusso termico trasmesso è dato dalla somma di due contributi:

1. radiazione solare che penetra nell'ambiente per trasmissione attraverso

il vetro;

2. trasmissione di calore per effetto della differenza di temperatura tra

interno ed esterno.

p

1j

ejijjjj2 )TT(HWaAQ

in cui:

p = numero di pareti vetrate;

Aj = superficie della j-esima parete vetrata;

aj = fattore di correzione della radiazione solare per vetri speciali e tapparelle di

tipo diverso;

Wj = radiazione solare trasmessa attraverso la j-esima parete vetrata;

Hj = trasmittanza della j-esima parete vetrata;

Ti = temperatura aria interna;

Tej = temperatura dell’aria esterna o con cui scambia calore la j-esima parete.

45 Lat.N Ora solare 45 Lat. S

data esp. 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 data esp.

N 98 50 37 41 44 44 44 44 44 41 37 50 95 S

NE 385 406 324 193 71 44 44 44 44 41 37 31 21 SE

E 417 512 510 437 297 134 44 44 44 41 37 31 21 E

SE 180 299 370 387 351 265 149 58 44 41 37 31 21 NE

1/6 S 21 31 43 91 162 206 231 206 162 91 43 31 21 22/12 N

SO 21 31 37 41 44 58 149 266 351 387 370 299 180 NO

O 21 31 37 41 44 44 44 134 298 437 510 512 417 O

NO 21 31 37 41 44 44 44 44 71 193 324 406 385 SO

oriz. 117 264 421 555 641 703 721 703 641 555 421 264 117 oriz.

N 71 38 37 41 44 44 44 44 44 41 37 38 71 S

NE 347 384 301 173 64 44 44 44 44 41 37 31 16 SE

23/7 E 392 507 515 449 305 135 44 44 44 41 37 31 16 21/1 E

SE 187 320 398 422 387 300 176 64 44 41 37 31 16 NE

S 16 31 53 119 195 253 276 253 195 119 53 31 16 N

SO 16 31 37 41 44 64 176 300 387 422 400 320 187 NO

21/5 O 16 31 37 41 44 44 44 135 305 449 515 507 392 21/11 O

NO 16 31 37 41 44 44 44 44 64 173 302 384 347 SO

oriz. 90 233 385 520 616 677 699 677 616 520 385 233 90 oriz.

N 23 24 33 38 42 44 44 44 42 38 33 24 23 S

NE 227 308 238 121 45 44 44 44 42 38 33 24 10 SE

24/8 E 279 459 503 450 313 142 44 44 42 38 33 24 10 20/2 E

SE 158 340 444 478 460 376 244 101 42 38 33 24 10 NE

S 10 27 94 194 305 355 378 355 305 194 94 27 10 N

SO 10 24 33 38 42 101 244 377 460 478 444 340 158 NO

20/4 O 101 262 33 38 42 44 44 142 313 450 503 459 279 23/10 O

NO 10 24 33 38 42 44 44 44 45 121 238 308 227 SO

oriz. 34 145 297 443 543 605 629 605 543 443 297 145 34 oriz.

N 0 13 26 34 38 38 41 38 38 34 26 13 0 S

NE 0 171 163 65 38 38 41 38 38 34 26 13 0 SE

22/9 E 0 343 452 423 302 138 41 38 38 34 26 13 0 22/3 E

SE 0 285 445 510 503 437 307 152 49 34 26 13 0 NE

S 0 35 149 273 379 428 469 428 379 273 149 35 0 N

SO 0 13 26 34 49 152 307 437 503 510 445 285 0 NO

22/3 O 0 13 26 34 38 38 41 138 302 423 452 343 0 22/9 O

NO 0 13 26 34 38 38 41 38 38 65 163 171 0 SO

oriz. 0 56 181 334 427 498 521 498 427 334 181 56 0 oriz.

Radiazione solare

trasmessa attraverso il

vetro semplice (W/m2).

Note: Numeri in neretto =

Valori massimi mensili

Numeri in corsivo = Valori

massimi annuali

Correzioni da applicare alla

tabella 3.8:

1. Telaio in acciaio:

moltiplicare per 1,17

2. Altitudine: aggiungere

+0,7% per ogni 300 metri di

altitudine sul livello del

mare.

Tipo di vetro Senza

schermi Con schermo esterno

Vetro semplice ordinario 1 0.22 0.15

Vetro da 6 mm 0.94 0.21 0.14

Vetro assorbente

assorbimento 40-48% 0.80 0.18 0.12

assorbimento 48-56% 0.73 0.16 0.11

assorbimento 56-70% 0.62 0.14 0.10

Vetro doppio ordinario 0.90 0.20 0.14

Esterno: assorbimento 48-56% 0.52 0.11 0.10

Interno: vetro ordinario

Vetro triplo ordinario 0.83 0.18 0.12

Fattori di correzione della radiazione solare attraverso il vetro (da applicarsi ai

valori della Tabella precedente).

Vetro assorbente Vetro riflettente

Radiazione solare trasmessa attraverso il vetro semplice disposto

verticalmente, stagione estiva (W/m2).

ora S S-E E N-E N N-O O S-O Diffusa Orizzontale

Latitudine 46° Nord

5 9 41 120 124 55 9 9 9 9 17

6 41 251 492 443 126 41 41 41 41 132

7 70 423 654 506 87 65 65 65 65 298

8 108 531 677 437 89 83 83 83 83 481

9 209 570 603 268 98 98 96 98 96 596

10 319 542 454 144 108 108 108 114 108 105

11 395 450 251 120 115 115 115 155 115 771

12 421 302 127 117 117 117 127 302 127 794

13 395 155 115 115 115 120 251 450 115 771

14 319 114 108 108 108 144 454 542 108 705

15 209 96 98 98 98 288 603 570 96 598

16 108 83 83 83 89 437 677 531 83 461

17 70 65 65 65 87 506 654 423 65 298

18 41 41 41 41 126 443 492 251 41 132

19 9 9 9 9 55 125 120 41 9 17

Trasmittanza totale per vetri con intercapedine.

Tipo di vetrata Dimensioni (mm)

Intercapedine

Aria Krypton

Doppia

senza trattamento superficiale

4-6-4 3.30 2.80

4-8-4 3.10 2.90

4-20-4 2.70 2.30

una lastra con trattamento superficiale

4-6-4 2.70 2.20

4-8-4 2.40 2.10

4-20-4 1.80 1.70

Tripla

senza trattamento superficiale

4-6-4-6-4 2.30 2.10

4-8-4-8-4 2.10 1.90

4-12-4-12-4 1.90 1.80

due lastre con trattamento superficiale

4-6-4-6-4 1.60 1.40

4-8-4-8-4 1.50 1.20

4-12-4-12-4 1.20 1.00

Trasmittanza totale di alcuni tipi di coperture (UNI/TS 11300-1).

Trasmittanza di alcuni solai di comune impiego (W/m2K).

Tipo di solaio H (W/m2K)

Solai in blocchi di laterizio ad elementi collaboranti

495x250x200 mm 2.56

Solai tipo predalles flusso ascendente: 2.38

flusso discendente: 2.22

Solai con blocchi di polistirene 1.2

Coperture e solai - determinazione semplificata della trasmittanza termica

Spessore (m) Soletta piana in

laterocemento Tetto a falda in laterizio Tetto in legno

0.20 1.85 2.20

1.8 0.25 1.70 2.10

0.30 1.50 1.80

0.35 1.35 1.60

Irraggiamento solare

Quando la radiazione solare incide sulle pareti e sulla copertura, dopo un

certo tempo si hanno due contributi al carico termico dell'ambiente: uno di

essi, che chiameremo Q3o, è legato alla radiazione che investe le pareti

opache; l'altro, che chiameremo Q3v, alla radiazione che attraversa le

pareti vetrate:

v3o33 QQQ

- Q3o flusso di calore per adduzione dalla superficie interna della parete all'aria

ambiente;

- Q3v è legato alla radiazione solare trasmessa attraverso le pareti vetrate;

viene in parte assorbita dalle strutture e dagli arredi interni e, dopo averne

innalzato la temperatura, a distanza di tempo è ceduta all'ambiente per

adduzione.


Procedura della UNI/TS 11300-1

La specifica UNI/TS 11300-1 fornisce una procedura

per il calcolo del flusso di calore attraverso le pareti

opache e vetrate; in particolare il contributo Q3 può

essere determinato come segue:

Fsh,ob,k = fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per l’area

di captazione solare effettiva della superficie k-esima;

Asol,k = area di captazione solare effettiva della superficie con dato orientamento e

angolo di inclinazione sul piano orizzontale nella zona o ambiente considerato.

Questo parametro varia a seconda se si considerino superfici opache o

vetrate;

Isol,k = irradiazione solare media mensile sulla superficie k-esima con dato

orientamento e angolo di inclinazione sul piano orizzontale.

ksolksolkobshsol IAFQQ ,,,,33


Flusso solare pareti vetrate

Per la valutazione del flusso solare attraverso le pareti vetrate, l’area di captazione

solare effettiva, Asol, si ricava attraverso la relazione:

in cui

Fsh,gl = fattore di riduzione degli apporti solari relativo all’impiego di

schermature mobili;

ggl = trasmittanza di energia solare della parte trasparente del

componente;

FF = frazione di area relativa al telaio, rapporto tra l’area proiettata del telaio

e l’area proiettata totale del componente finestrato;

Aw,p = area proiettata totale del componente vetrato (area del vano

finestra).


pwFglglshsol AFgFA ,, )1(



Il valore della trasmittanza di energia solare totale degli elementi vetrati (ggl) può

essere ricavato moltiplicando i valori della trasmittanza dell’energia totale per

incidenza normale (ggl,n) per un fattore di esposizione Fw assunto pari a 0,9.

I valori della trasmittanza dell’energia totale per incidenza normale (ggl,n) degli

elementi vetrati possono essere determinati attraverso la UNI EN 410; in assenza

di dati documentati è possibile adoperare i valori riportati in tabella forniti dalla

UNI/TS 11300-1

Tipo di vetro ggl,n

Vetro singolo 0,85

Doppio vetro normale 0,75

Doppio vetro con rivestimento basso-emissivo 0,67

Triplo vetro normale 0,70

Triplo vetro con rivestimento basso-emissivo 0,50

Doppia finestra 0,75



Il fattore di correzione dovuto al telaio (1-FF) nel caso di pareti vetrate è assunto

pari al rapporto tra l’area trasparente e l’area totale dell’unità vetrata del

serramento; in assenza di informazioni più precise si può assumere un valore

convenzionale pari a 0,8.

Il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all’impiego di schermature mobili

(Fsh,gl) può essere ricavato dall’espressione:

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

schermatura solare non è utilizzata;

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

schermatura solare è utilizzata;

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

sull’irraggiamento solare incidente; essa dipende dal profilo

dell’irradianza solare incidente sulla finestra e quindi dal clima, dalla

stagione e dall’esposizione.

gl

shglw ithshglw ithshglsh

g

gfgfF

,,,

1



Per ciascun mese e ciascuna esposizione il valore di fsh,with può essere ricavato

come rapporto tra la somma dei valori orari di irradianza maggiori di 300 W/m2 e la

somma di tutti i valori orari di irradianza del mese considerato; per valutazioni di

progetto i valori di fsh,with si ricavano dalla seguente tabella della UNI/TS 11300-1

Fattore di riduzione per le schermature mobili fsh,with

Mese Nord Est Sud Ovest

1 0,00 0,52 0,81 0,39

2 0,00 0,48 0,82 0,55

3 0,00 0,66 0,81 0,63

4 0,00 0,71 0,74 0,62

5 0,00 0,71 0,62 0,64

6 0,00 0,75 0,56 0,68

7 0,00 0,74 0,62 0,73

8 0,00 0,75 0,76 0,72

9 0,00 0,73 0,82 0,67

10 0,00 0,72 0,86 0,60

11 0,00 0,62 0,84 0,30

12 0,00 0,50 0,86 0,42



Il fattore di ombreggiatura è un fattore moltiplicativo della radiazione solare

incidente per tener conto dell’effetto di ombreggiatura permanente sull’elemento

vetrato; esso può essere valutato come prodotto dei fattori di ombreggiatura

relativi ad ostruzioni esterne (Fhor), ad aggetti orizzontali (Fov) e verticali (Ffin):

finovhorobsh FFFF ,

Questi fattori dipendono dalla

latitudine, dall’orientamento

dell’elemento ombreggiato, dal

clima, dal periodo considerato e

dalle caratteristiche degli elementi

ombreggianti; tali parametri sono

caratterizzati da due angoli uno

relativo alla verticale (a) e uno al

piano orizzontale (b).



Flusso solare pareti opache

Per la valutazione del flusso solare attraverso le pareti opache si impiega sempre

la relazione precedente, però in questo caso l’area di captazione solare effettiva,

Asol, si ricava attraverso la relazione:

ccsecsolsol AURA ,

in cui

asol,c = fattore di assorbimento solare del componente opaco

Rse = è la resistenza termica superficiale di una parete esterna del

componente opaco, determinato secondo la UNI EN 6946;

Uc = è la trasmittanza termica del componente opaco;

Ac = è l’area proiettata del componente opaco.

In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, il

fattore di assorbimento solare di un componente opaco può essere assunto pari

a 0,3 per colore chiaro della superficie esterna, 0,6 per colore medio e 0,9 per

colore scuro.

I ponti termici sono elementi della struttura dell’edificio in corrispondenza dei

quali si ha una trasmissione del calore preferenziale causata dalla presenza di

discontinuità dovute ad esigenze costruttive.

ESEMPI: linee di attacco parete-solaio, parete interna-parete esterna, trave-

solaio, pilastro-parete verticale; presenza di travi metalliche, discontinuità dovute

alle aperture (porte, finestre).

Ponti termici

s

1j

ejijlj4 )TT(LKQ

dove:

s = numero di ponti termici;

Klj = coefficiente di trasmissione

lineare del ponte termico j-esimo

(W/mK);

Lj = lunghezza del ponte termico

j-esimo (m);

Ti = temperatura aria interna (K);

Tej = temperatura aria ambiente

con cui è a contatto il j-esimo ponte

termico (può essere l'aria esterna o

un locale non climatizzato) (K).

La UNI EN 12831 impone di moltiplicare Klj per un

coefficiente di esposizione (ei) qualora non fosse

stato considerato già nel calcolo di KIj (secondo UNI

EN ISO 6946 – Resistenza termica e trasmittanza

termica)

Trasmittanza termica lineare di alcuni ponti termici.

Descrizione Rappresentazione Kl (W/mK)

Coperture

Ye = 0,65

Yoi = 0,85

Yi = 0,70

Pilastri

Ye = 1,20

Yoi = 1,20

Yi = 1,20

Serramenti di porte e finestre

(vista planimetrica)

Ye = 0,40

Yoi = 0,40

Yi = 0,40

Serramenti di porte e finestre

(vista planimetrica)

Ye = 1,00

Yoi = 1,00

Yi = 1,00

ye = trasmittanza termica lineica esterna;

yi = trasmittanza termica lineica interna;

yoi = trasmittanza termica lineica totale interna

Infiltrazioni d'aria e ventilazione

L’aria esterna penetra negli edifici sia in maniera spontanea (infiltrazioni), sia

per garantire il dovuto grado di purezza dell’aria interna (ventilazione).

)TT()GG(Q ievi5

nella quale:

Gi = portata d’aria di infiltrazione;

Gv = portata d’aria di ventilazione;

= calore specifico dell’aria (1.005 J/kgK);

= densità dell’aria (1.2 kg/m3);

Te = temperatura aria esterna;

Ti = temperatura aria interna.

L’infiltrazione d’aria in ambiente è dovuta principalmente all’effetto del vento, che crea

una sovrapressione sulla faccia dell’edificio ad esso esposta e fa penetrare l’aria

attraverso le fessure naturalmente presenti in corrispondenza degli infissi; inoltre, negli

edifici sviluppati in altezza (superiore a 35 m), un contributo significativo all’infiltrazione

è legato all’effetto camino.

Infiltrazioni attraverso porte e finestre UNI-EN 12207 .

Classe Permeabilità riferita alla

superficie (m3/hm2)

Permeabilità riferita alla

lunghezza dei lati

apribili (m3/hm)

0 Non sottoposto a prova

1 50 12.50

2 27 6.75

3 9 2.25

4 3 0.75

Persone

Il calore prodotto dal corpo umano per effetto del

metabolismo è in genere superiore a quello

necessario per mantenere pari a 37°C la sua

temperatura interna.

MNQ p6

Carichi termici interni

Classe di densità

di occupazione

m2 di superficie utile di

pavimento per persona

Fattore di

simultaneità Φint/Af

[W/m2]

I 1 0.15 15

II 2.5 0.25 10

III 5.5 0.27 5

IV 14 0.42 3

V 20 0.40 2

In via semplificativa si può fare riferimento alla UNI/TS 11300-1 la quale fornisce

alcuni valori del carico Q6, in funzione della superficie utile di pavimento per persona

Carichi termici dovuti alle persone.

Livello di attività Tipo di applicazione Metabolismo

uomo adulto (W)

Seduto e in riposo Teatro o scuole inferiori 114

Seduto, lavoro leggero Scuola 132

Impiegato d'ufficio Uffici – Alberghi - Appartamenti - College 139

In piedi leggero movimento Empori-boutique vendita al dettaglio 161

Seduto o in leggero

movimento Farmacia 161

In piedi leggero movimento Banca 161

Lavoro sedentario Ristorante 147

Lavoro leggero al banco Officina, assemblaggio 234

Ballo moderato Sala da ballo 264

In movimento 1.4 m/s Officina, lavoro pesante 293

Lavoro pesante Fabbrica 440

Nota: metabolismo di una donna = metabolismo dell'uomo x 0,85; metabolismo di un bambino = metabolismo

dell'uomo x 0,75

Carichi termici interni Macchinari

Il contributo al carico termico Q7 dovuto alla presenza di macchinari è pari alla

potenza elettrica assorbita dagli stessi; si possono verificare 3 situazioni:

l’utilizzatore si trova in ambiente, il motore elettrico all’esterno;

Q7 = Wel assorbita

sia l’utilizzatore che il motore elettrico si trovano in ambiente;

Q7 = Wel assorbita

il motore elettrico si trova in ambiente, l’utilizzatore all’esterno:

Q7 = (1- )Wel assorbita


Illuminazione

Il carico termico dovuto all’illuminazione dipende dalla tipologia di lampade installate.

Lampade ad incandescenza trasformano circa il 10% dell’energia elettrica

assorbita in flusso luminoso ed il restante 90% in calore; di questo l’80% è dissipato

per irraggiamento, il 10% per conduzione e convezione.

Tutta l’energia elettrica assorbita viene riversata in ambiente e ad essa equivale,

pertanto, il carico termico Q8.

Lampade fluorescenti trasformano circa il 25% dell’energia elettrica assorbita in

flusso luminoso ed il restante 75% in calore; di questo il 25% è dissipato per

irraggiamento, il 50% per conduzione e convezione.

Il carico termico Q8 equivale alla potenza elettrica assorbita aumentata del 25%,

per tener conto del calore generato dal reattore della lampada.

Altri contributi

Il computo degli apporti di calore sensibile e latente all’ambiente dovuti ad altre

sorgenti interne richiede un’analisi preliminare delle caratteristiche di ciascuna

sorgente

Categoria edificio

Apporto termico delle apparecchiature

durante il periodo di funzionamento

Φint/Af [W/m2]

Simultaneità

Apporto termico

medio delle

apparecchiature

Φint/Af

[W/m2]

uffici 15 0.20 3

Attività scolastiche 5 0.15 1

Cura della salute,

attività clinica 8 0.50 4

Cura della salute,

attività non clinica 15 0.20 3

Servizi di

approvvigionamento 10 0.25 3

Esercizi commerciali 10 0.25 3

Luoghi di riunione 5 0.20 1

Alberghi e pensioni 4 0.50 2

Penitenziari 4 0.50 2

Attività sportive 4 0.25 1

In via semplificativa si può fare riferimento alla UNI/TS 11300-1 la quale fornisce

alcuni valori del carico Q7+Q8, per diverse destinazioni d’uso.


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