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Corso di Laurea in Edilizia
Corso di Certificazione Energetica e Sostenibilit 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
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Q H,nd
Fabbisogno di energia termica per il riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
SCAMBIO TERMICO TOTALE
QH,ht
TRASMISSIONEQH,trVENTILAZIONEQH,ve
Coeff globale di
scambio termico
Htr,adj= HD+Hg+HU+HA
APPORTI TERMICI TOTALI
Qgn
+
Extra-flusso della
radiazione infrarossa
Fr,k r,mn,k
+
Coeff globale di
scambio termico
Hve,adj
INTERNI
Qin t
SOLARI
Qsol+
Flusso termico prodotta
dalla sorgente di calore
interna int,mn,k
Flusso termico prodotta
dalla sorgente solare
sol,mn,k
- Fattore di
utilizzazione
H,gn
x
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Inquadramento e analisi dimensionale delledificio
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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
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Localit:Reggio Calabria;
Zona climatica: B;Gradi giorno: 772;
Anno di costruzione:1990
Superficie utile: Apav= 70 m2
Superficie lorda: Alorda= 82 m2
Altezza netta: Hnetta= 2,70 m
Altezza lorda: Hlorda
= 3,00 m
Volume netto: Vnetto= 172,2 m2
Volume lordo: Vlordo= 246 m2
Dati progettuali:
Caratteristiche dellinvolucro:
Inquadramento e analisi dimensionale delledificio
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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.
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Si definisce come fabbisogno ideale di energia termica per il riscaldamento QH,nd
lenergia richiesta per
mantenere negli ambienti riscaldati la temperatura di progetto (fissata a 20C), calcolata per ogni zona
delledificio e per ogni mese, come:
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Dove:
QH,ht 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 lo scambio termico per trasmissione nel caso di riscaldamento [kWh];
QH,ve lo scambio termico per ventilazione nel caso di riscaldamento [kWh];
Qint
sono gli apporti termici interni [kWh];
Qsol sono gli apporti termici solari [kWh];
H,gn il fattore di utilizzazione degli apporti termici, ovvero la misura di quanto questi incidono sul
resto del fabbisogno.
QH,nd = QH,ht - H,gnx Qgn
QH,nd = (QH,tr+ QH,ve) - H,gnx (Qint+ Qsol)
FABBISOGNO DI ENERGIA TERMICA PER RISCALDAMENTO
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CALCOLO DEGLI SCAMBI TERMICI NEL CASO DI RISCALDAMENTO
Per ciascun mese del periodo di riscaldamento, gli scambi termici per il riscaldamento si calcolano:
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Dove:
Htr,adj il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione della zona considerata, correttoper tenere conto della differenza di temperatura interno-esterno [W/K];
Hve,adj il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione della zona considerata, corretto
per tenere conto della differenza di temperatura interno-esterno [W/K];
int,set,H la temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona considerata pari a 20 C
secondo lanorma UNI/TS 11300-1;
e la temperatura media mensile dellambiente esterno, ricavata dalla norma UNI 10349
Prospetto VI[C];
Fr,k il fattore di forma tra il componente edilizio k-esimo e la volta celeste; r,mn,k lextraflusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste dal componente
edilizio k-esimo, mediato sul tempo;
t la durata del mese considerato.
QH,tr= Htr,adj x (int,set,He) x t + (kFr,kr,mn,k) x t
QH,ve = Hve,adj x (int,set,He) x t
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Scambio termico per trasmissione
La trasmissione di calore da una zona termica avviene: verso larea esterna, verso il terreno, verso altre zone
climatizzate e non. Il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione si ricava come:
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Dove:
HD il coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso lambiente esterno [W/K];
Hg il coefficiente di scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno [W/K];
HU il coefficiente di scambio termico per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati
[W/K];
HA il coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone (interne o meno
alledificio) climatizzate a temperatura diversa [W/K].
Htr,adj = HD+Hg+HU+HA
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HD- Scambio termico diretto per trasmissione verso lambiente esterno
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Dove:
Ac,k larea del componente opaco [m2];
Uc+pt,k 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 pi precise, per
alcune tipologie edilizie, lo scambio termico attraverso i ponti termici pu essere determinato
forfetariamente secondo quanto indicato nelProspetto 4 della norma UNI/TS 11300-1.
Nello specifico per la presenza di ponti termici, si applica una maggiorazione del 5% relativo a Parete
omogenea in mattoni pieni o in pietra (senza isolante) .
HD,o =kAc,kUc+pt,k
Superfici opache
Tabella 2:Maggiorazioni percentuali relative alla presenza dei ponti termici [%] Prospetto 4 dell UNI/TS 11300-1.
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HD- Scambio termico diretto per trasmissione verso lambiente esterno
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
HD,o =kAc,kUc+pt,k
Superfici opache
ELEMENTI Ac,k[m2] Uc+pt,k[W/m
2K] HD,oi[W/K]
Muratura in mattoni pieni s=30cm
Parete Nord -Par 1/N 19,45 1,65 32,09
Parete Est -Par 1/E 21,6 1,65 35,64
Parete Sud-Par 1/S 22 1,65 36,30
Muratura in mattoni pieni s=30cm 104,03Parete in Cemento Armato
Parete Est -Par 2/E 7,8 2,7 21,06
Parete Sud-Par 2/S 2,4 2,7 6,48
Parete in Cemento Armato 27,54
Cassonetti h=30cm
Parete Nord -Ser 1/N 0,42 6,3 2,65
Parete Nord -Ser 2/N 0,42 6,3 2,65
Parete Est -Ser 3/E 0,21 6,3 1,32Parete Est -Ser 3/E 0,21 6,3 1,32
Parete Sud -Ser 1/S 0,42 6,3 2,65
Parete Sud -Ser 1/S 0,42 6,3 2,65
Cassonetti h=30cm 13,23
HD,o[W/K] 144,80
Tabella 3:scambio termico diretto per trasmissione verso lambiente esterno pareti opache
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Ponti termici uso delle dimensioni esterne
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Figura 2:Edificio che mostra la posizione e le tipologie di ponti termici che si
verificano di frequente in un edificio in accordo con lo schema riportato nel
Prospetto 2 dellUNI EN ISO 14683.
Figura 3:Dettaglio del ponte termico tipo angolo con
strato isolante principale nella parte intermedia. Prospetto
2 dellUNI EN ISO 14683.
Caso parete/parete: U=1,57 W/m2K
A= 72,2 m2
Ux A= 73,77 W/K
e= 0,10 W/mKle= 12 m
ex le= 1,2
L(parete/parete) = 73,77 + 1,2= 74,97 W/K
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HD- Scambio termico diretto per trasmissione verso lambiente esterno
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Dove:
Aw,p,k larea del componente trasparente [m2];
Uf,k la trasmittanza del componente trasparente [W/m2K]
HD,f=kAw,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 9,56
Parete Nord -Ser 2/N 1,68 3,25 5,46
Parete Est -Ser 3/E 0,84 3,25 2,73
Parete Est -Ser 3/E 0,84 3,25 2,73
Parete Sud -Ser 1/S 2,94 3,25 9,56
Parete Sud -Ser 1/S 2,94 3,25 9,56
Finestre e porte finestre 20,48
HD,f[W/K] 20,48
Il valore complessivo diHD= 165,28 W/K
Tabella 4:scambio termico diretto per trasmissione verso lambiente esterno pareti trasparenti
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Hg- Scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Dove:
A larea dellelemento[m2];
Uf la trasmittanza termica della parte sospesa del pavimento (tra lambiente interno e lo spazio
sottopavimento) [W/m
2
K]; btr,g dato dalProspetto 6 della norma UNI/TS 11300-1.
Hg = A x Ufx btr,g
Per gli edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni pi precise, il
coefficiente di accoppiamento termico in regime stazionario tra gli ambienti interno ed esterno dato:
Nel caso specifico lo scambio termico verso il terreno Hg= 0 W/K.
Tabella 5:Fattore di correzione btr,g Prospetto 6 della norma UNI/TS 11300-1
CA
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HU- Scambio termico stazionario per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Dove:
Hiu il coefficiente globale di scambio termico tra lambiente climatizzato e lambiente non
climatizzato;
btr,x per edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o comumque di informazioni pi
precise, i valori del fattore btr,x si possono assumere dal Prospetto 5 della norma UNI/TS
11300-1.
HU = Hiux btr,x
Il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione HU, tra il volume climatizzato e gli ambienti
esterni attraverso gli ambienti non climatizzati dato:
Hiu = Aiux Us,iu
Dove:
Aiu larea del componente edilizio sullambiente non climatizzato [m2];
Us,iu la trasmittanza termica del componente edilizio sullambiente 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 5,75
Muratura in mattoni pieni s=30cm 5,75
Parete in Cemento Armato
Parete Ovest -Par 2/O 12 2,58 30,96 0,4 12,38
Parete in Cemento Armato 12,38
Portone esterno
Portone esterno Ovest- Port/O 2,1 1,195 2,51 0,4 1,00
Portone esterno 1,00
Hu [W/K] 19,13
Tabella 6:Scambio termico stazionario per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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HA - Scambio termico per trasmissione verso altre zone climatizzate (interne o meno alledificio) a
temperatura diversa
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Il coefficiente nel caso in oggetto risulta nullo in quanto non sono presenti nelledificio e nelle adiacenti zonetermiche climatizzate a temperatura diversa.
Per cui il valore diHA= 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 normeUNI/TS
11300-1.
Tabella 7:coefficienti di scambio termico per trasmissione
Confronto con il metodo semplificato:
Ht= 177,51 W/K
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Scambio termico per ventilazione
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
La normativa prevede dei ricambi daria dipendenti dalloccupazione dei locali e dalla loro destinazione
duso in maniera tale da garantire unadeguata qualit dellaria. 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= acax (kbve,k qve,k,mn)
Dove:
aca la capacit termica volumica dellaria, pari a 1200 [J/m3K];
qve,k,mn la portata mediata sul tempo del flusso daria k-esimo [m3/h];
bve,k il fattore di correzione della temperatura per il flusso daria k-esimo, pari a 1. bve,k1 se latemperatura di mandata non uguale alla temperatura dellambiente esterno, come nel caso
di pre-riscaldamento, pre-raffrescamento o di recupero termico dellaria di ventilazione.
La portata mediata sul tempo di flusso daria 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
la frazione di tempo in cui si verifica il flusso daria k-esimo, nel caso di studio, per una
situazione permanente pari a 1;
qve,k la portata sul tempo del flusso daria k-esimo [m3/h];
qve,k= n x Vnetto
Vnetto= 70% Vlordo
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Scambio termico per ventilazione
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione si ricava come:
Hve,adj= acax (kbve,k qve,k,mn) =1200 J/m3K x 1 X 51,66 m3/h = 61992 J/Kh
La portata mediata sul tempo di flusso daria 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 = 51,66m3/h
La portata sul tempo del flusso daria k-esimo [m3/h];
qve,k= 0,3 x Vnetto= 51,66m3/h
VOLUME LORDO [m3] 246
VOLUME NETTO [m3] 172,2
n [vol/h] 0,3
Conversione 1 J = 1/(3600) WhHve,adj= 17,22 W/K
Confronto con il metodo semplificato:
HV= 17,56 W/K
Tabella 8:Tabella dei volumi
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Extra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Il fattore di forma tra un componente edilizio e la volta celeste vale:
Lextra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste definito secondo UNITS/11300-1
come:kFr,kr,mn,k
Fr,k= Fsh,ob, dif(1+cos S)/2
Dove:
Fsh,ob, dif il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo alla sola radiazione diffusa, pari a 1 in
assenza di ombreggiature da elementi esterni; S langolo di inclinazione del componente sullorizzonte.
S=0 per coperture orizzontali, S=90 per pareti verticali.
Frk Fsh,ob,diff S
0,5 1 90Tabella 9:Fattore di forma tra componente edilizio e volta celeste
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Extra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Dove:
Rse la resistenza termica superficiale esterna del componente, pari a 0,04 [m2K/W],
determinata secondo laUNI EN 6946; Uc,k la trasmittanza termica del componente, [W/m
2K];
Ac,k la superficie di scambio del componente edilizio k-esimo [m2];
hr il coefficiente di scambio termico esterno per irraggiamento [W/m2K];
hr= 5
doverappresenta lemissivit per irraggiamento termico di una superficie esterna;
Per= 0,9 hr= 4,5 W/m2K per materiali da costruzioni;
Per= 0,837 hr=4,185 W/m2K per i vetri;
er la differenza tra la temperatura dellaria esterna e la temperatura apparente del cielo [K],
pari a 11 K secondo lanorma UNI/TS 11300-1.
Lextra flusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste del componente edilizio k-
esimo, mediato sul tempo, dato:
r,mn,k= Rsex Uc,kx Ac,kx hrxer
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Extra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Lextra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste :
ELEMENTO Rse[m2K/W] Uc,k[W/m
2K] Ac,k[m2] hr[W/m
2K] er [K] r,mn,k[W] Frk*r,mn,k[W]
MURATURA IN
MATTONI PIENI
Par 1/N 0,04 1,65 19,45 4,5 11 63,54 31,77
Par 1/E 0,04 1,65 21,6 4,5 11 70,57 35,28
Par 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 20,93
Par 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 2,62
Ser 2/N 0,04 6,3 0,42 4,5 11 5,24 2,62
Ser 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 1,31
Ser 1/S 0,04 6,3 0,42 4,5 11 5,24 2,62
Ser 1/S 0,04 6,3 0,42 4,5 11 5,24 2,62
TELAIO
SERRAMENTI
Ser 1/N 0,04 2,1 0,6 4,5 11 2,49 1,25
Ser 2/N 0,04 2,1 0,34 4,5 11 1,41 0,71
Ser 3/E 0,04 2,1 0,17 4,5 11 0,71 0,35
Ser 3/E 0,04 2,1 0,17 4,5 11 0,71 0,35
Ser 1/S 0,04 2,1 0,6 4,5 11 2,49 1,25
Ser 1/S 0,04 2,1 0,6 4,5 11 2,49 1,25
VETRI
SERRAMENTI
Ser 1/N 0,04 3,25 2,34 4,185 11 14,00 7,00
Ser 2/N 0,04 3,25 1,34 4,185 11 8,02 4,01
Ser 3/E 0,04 3,25 0,67 4,185 11 4,01 2,00
Ser 3/E 0,04 3,25 0,67 4,185 11 4,01 2,00
Ser 1/S 0,04 3,25 2,34 4,185 11 14,00 7,00
Ser 1/S 0,04 3,25 2,34 4,185 11 14,00 7,00
TOTALE 177,64
Tabella 10:Extra flusso termico per radiazioni infrarossa verso la volta celeste
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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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 temperatura
media esterna, per i mesi del periodo termico.
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
GEN FEB MAR DIC
Htr,adj[W/K] 184,41 184,41 184,41 184,41
Hve,adj[W/K] 17,22 17,22 17,22 17,22
kFr,k r,mn,k 177,64 177,64 177,64 177,64
int,set,H[C] 20 20 20 20
e [C] 11,1 11,5 12,8 12,7
t [h] 744 672 744 744
Qh,tr [kWh] 1353,25 1172,72 1120,01 1133,73
Qh,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.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
CALCOLO DEGLI APPORTI TERMICI
Gli apporti di calore sono distinguibili fra interni,dipendenti dal metabolismo degli occupanti, dal calore
dovuto alle apparecchiature elettriche presenti e allilluminazione, e solari, derivanti dallirraggiamento
medio della localit interessata, dallorientamento della superficie, dagli ombreggiamenti, dalle
caratteristiche di assorbimento delle superfici ecc.
Per ogni zona delledificio e per ogni mese, gli apporti termici si calcolano con le seguenti formule:
Qint = {k int,mn,k} x t + {l(1 btr,l) int,mn,u,l} x t [kWh]
Qsol= {k sol,mn,k} x t + {l(1 btr,l)sol,mn,u,l} x t [kWh]
Dove:
btr,l il fattore di riduzione per lambiente non climatizzato avente la sorgente di calore interna l-
esima oppure il flusso termico l-esimo di origine solare;
int,mn,k il flusso termico prodotto dalla k-esima sorgente di calore interna, mediato sul tempo [W];
int,mn,u,l il flusso termico prodotto dalla l-esima sorgente di calore interna nellambiente non
climatizzato adiacente u, mediato sul tempo [W]; sol,mn,k il flusso termico k-esimo di origine solare, mediato sul tempo [W];
sol,mn,u,l il flusso termico l-esimo di origine solare nellambiente non climatizzato adiacente u,
mediato sul tempo [W].
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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 pavimentoAfminore o uguale
a 170 m2, il valore globale degli apporti interni, espresso in W, ricavato come:
int,mn,k = 5,294 x Af 0,01557 x Af2 = 294,95 [W]
Af la superficie utile calpestabile climatizzata pari a 70 m2
GEN FEB MAR DIC TOTALE
int,mn,k 294,29 294,29 294,29 294,29
854,61
t [h] 744 672 744 744
Qint[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
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Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Flusso termico di origine solare
Il flusso termico k-esimo di origine solare, sol,kespresso in [MJ] si calcola con la seguente formula:
sol,k = Fsh,ob,kx Asol,kx Isol,k [MJ]
Dove:
Fsh,ob,k il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per larea di captazione
solare effettiva della superficie k-esima:
Fsh,ob,k= Fhorx Fovx Ffin
dove:
Fhor il fattore di ombreggiamento relativo ad ostruzioni esterne;
Fov il fattore di ombreggiamento relativo ad aggetti orizzontali;
Ffin il fattore di ombreggiamento relativo ad aggetti verticali;
Asol,k larea di captazione solare effettiva della superficie k-esima, con dato orientamento e angolodinclinazione sul piano orizzontale, nella zona o ambiente considerato [m2];
Isol,k lirradianza solare media mensile, sulla superficie k-esima, con dato orientamento e angolo
di inclinazione sul piano orizzontale [W/m2].
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Fattore di riduzione per ombreggiatura
Il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per larea di captazione solare
effettiva della superficie k-esima:
Fsh,ob,k= Fhorx Fovx Ffin
I valori dei fattori di ombreggiatura dipendono dalla latitudine, dall'orientamento dell'elemento
ombreggiato, dal clima, dal periodo considerato e dalle caratteristiche geometriche degli elementi
ombreggianti. Tali caratteristiche sono descritte da un parametro angolare, come evidenziato nelle figure
6 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 dellorizzonte ombreggiato da
unostruzione esternaUNI/TS 11300-1.
Figura 5: Aggetto orizzontale a) e verticale b)UNI/TS 11300-1.
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Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Fattore di riduzione per ombreggiatura
Il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per larea di captazione solare
effettiva della superficie k-esima:
Fsh,ob,k= Fhorx Fovx Ffin
Orientamento N GEN FEB MAR DIC
Fhor =0 1 1 1 1
Fov =42 0,74 0,74 0,74 0,74
Ffin =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 DIC
Fhor =30 0,45 0,46 0,52 0,44
Fov =0 1 1 1 1
Ffin =0 1 1 1 1
Fsh,ob,k 0,45 0,46 0,52 0,44
Orientamento S GEN FEB MAR DIC
Fhor =0 1 1 1 1
Fov
=42 0,8 0,76 0,66 0,81
Ffin =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 DIC
Fhor =0 1 1 1 1
Fov
=60 0,68 0,64 0,5 0,7
Ffin =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 dellorientamento e del periodo di riscaldamento.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Area di captazione solare effettiva di un componente vetrato
Gli apporti solari che giungono allinterno attraverso una vetratura dipendono, oltre dal tipo di vetro, anche
dalla struttura del componente e dallefficacia di eventuali schermature (es. tende, tapparelle). La norma
richiede il calcolo di una superficie equivalente chiamata area di captazione solare effettiva Asol, calcolata
come:
Asol,= Fsh,glggl(1-FF) Aw,p [m2]
Dove:
Fsh,gl il fattore di riduzione degli apporti solari relativo allutilizzo di schermature mobili (es.
tende). Per facilitare i calcoli si assume tale fattore pari a 1;
ggl la trasmittanza di energia solare totale della finestra quando la schermatura solare non
utilizzata, definitadall UNI/TS 11300-1;
ggl= Fwx ggl,n
dove:
Fw il fattore di esposizione, pari a 0,9;
ggl,n la trasmittanza di energia solare totale per incidenza normale, definita dalProspetto 13 dell UNI/TS 11330-1;
FF la frazione di area relativa al telaio, rapporto tra larea proiettata del telaio e laria proiettata
totale del componente finestrato, secondo la norma UNI/TS 11300-1, il valore (1- F F) pari a
0,8;
Aw,p larea proiettata totale del componente vetrato (area del vano finestra).
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Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Area di captazione solare effettiva di un componente vetrato
Asol,= Fsh,glggl(1-FF) Aw,p [m2]
ggl= Fwx ggl,nFw= 0,9
Elemento Fsh,gl ggl 1-Ff Aw,p [m2] Asol[m
2]
Ser 1/N 1 0,675 0,8 2,94 1,59
Ser 2/N 1 0,675 0,8 1,68 0,91
Ser 3/E 1 0,675 0,8 0,84 0,45
Ser 3/E 1 0,675 0,8 0,84 0,45
Ser 1/S 1 0,675 0,8 2,94 1,59
Ser 1/S 1 0,675 0,8 2,94 1,59
Tabella 14:Trasmittanza di energia solare totale g gl,ndi alcuni tipi di vetro Prospetto 13 dell UNI/TS 11300-1.
Tabella 15:Area di captazione solare effettiva di un componente vetrato.
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Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Area di captazione solare effettiva di una parete opaca
Larea di captazione solare effettiva della parete opaca dellinvolucro edilizio Asol dipende dal colore del
componente:
Asol,= asol,c Rse UcAc [m2]
Dove:
asol,c il fattore di assorbimento solare del componente opaco, pari a 0,6 per superfici di colore
medio secondo la normaUNI/TS 11300-1;
Rse la resistenza termica superficiale esterna del componente opaco, pari a 0,04 [m2K/W],
determinato secondo laUNI/TS 11300-1;
Uc la trasmittanza termica del componente opaco [W/m2K];
Ac larea proiettata del componente opaco.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Area di captazione solare effettiva di una parete opaca
ELEMENTI Ac[m2] Uc[W/m
2K] Asol[m2]
Muratura in mattoni pieni s=30cmParete Nord -Par 1/N 19,45 1,57 0,73
Parete Est -Par 1/E 21,6 1,57 0,81
Parete Sud-Par 1/S 22 1,57 0,83
Muratura in mattoni pieni s=30cm 2,38
Parete in Cemento Armato
Parete Est -Par 2/E 7,8 2,58 0,48
Parete Sud-Par 2/S 2,4 2,58 0,15
Parete in Cemento Armato 0,63
Cassonetti h=30cmParete Nord -Ser 1/N 0,42 6 0,06
Parete Nord -Ser 2/N 0,42 6 0,06
Parete Est -Ser 3/E 0,21 6 0,03
Parete Est -Ser 3/E 0,21 6 0,03
Parete Sud -Ser 1/S 0,42 6 0,06
Parete Sud -Ser 1/S 0,42 6 0,06
Cassonetti 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 2,2
E 5,7 8,4 10,1 5,2
S 11,4 14 12,4 10,7
Tabella 17:Irradianza solare media mensile, sulla superficie k-esima, con dato orientamento..
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Flusso termico di origine solare
Tabella 18:Flusso termico di origine solare delle superfici vetrate.
sol,mn,k [MJ] GEN FEB MAR DICN 2,54 3,38 4,55 2,33
N 2,18 2,90 3,90 2,00
E 1,16 1,75 2,38 1,04
E 1,16 1,75 2,38 1,04
S 11,44 13,01 10,13 11,01
S 10,83 11,95 8,17 10,58
TOT 29,31 34,75 31,52 27,99
sol,mn,k [MJ] GEN FEB MAR DIC
N 2,05 2,73 3,67 1,88
E 7,74 11,40 13,71 7,06
S 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
sol,mn,k[MJ] 51,62 64,26 62,52 48,68
1901,85
gg 31 28 31 31
Qsol[kWh] 444,50 499,81 538,36 419,18
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PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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FATTORE DI UTILIZZAZZIONE DEGLI APPORTI TERMICI
h Qgn[kWh] Q h,ht [kWh]
0,45 663,45 1467,270,55 697,57 1271,08
0,62 757,31 1212,25
0,52 638,13 1227,25
Cm[J/K] Af[m2]
10850000,00 155 70
[h] Cm[J/K] Htr,adj[W/K] Hve,adj[W/K]
14,95 10850000,00 184,41 17,22
aH aH,0 [h] H,0 [h]
2,00 1 14,95 15
Qh,nd [kWh] Q h,ht [kWh] h,gn Qgn[kWh]
GENNAIO 885,95 1467,27 0,88 663,45
FEBBRAIO 687,36 1271,08 0,84 697,57
MARZO 601,94 1212,25 0,81 757,31
DICEMBRE 685,74 1227,25 0,85 638,13
TOTALE 2860,99 5177,85 2756,46
Tabella 21:Calcolo dih.
Tabella 22:Calcolo della capacit 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
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
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PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Rendimento medio stagionale dellimpianto di riscaldamento
RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE DELLIMPIANTO DI RISCALDAMENTO
Il rendimento medio stagionale dellimpianto termio il rapporto tra il fabbisogno di energia termica per il
riscaldamento invernale e lenergia sviluppata dalle fonti energetiche. La norma D.M. 26/06/2009 Lineeguida nazionali per la certificazione degli edifici prevede che a partire dalle prestazioni dellinvolucro
edilizio si calcoli mediantela norma UNI/TS 11300-2la prestazione del sistema edilizio-impianti in relazione
allo specifico impianto termico installato.
La prestazione energetica delledificio misurata tramite il rendimento medio stagionale dellimpianto di
riscaldamento:
g= QH,nd/Qp,H
Dove:
QH,nd il fabbisogno di energia termica utile per riscaldamento;
Qp,H il fabbisogno globale di energia primaria per riscaldamento, da determinare [kWh].
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Fabbisogno globale di energia primaria
Il fabbisogno globale di energia primaria dato:
Qp,H= Qgn,IN+ Qaux,p
Dove:
Qgn,IN il fabbisogno di generazione [kWh];
Qaux,p il fabbisogno di energia elettrica per ausiliari degli impianti di riscaldamento [kWh].
Rendimento medio stagionale dellimpianto di riscaldamento
Il fabbisogno di generazione 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].
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Sottosistema di emissione
I sistemi di emissione dellenergia termica sviluppata dal generatore possono essere diversi, ognuno con un
rendimento diverso a seconda della tipologia.
Il contributo delle perdite di emissione Ql,e calcolato sulla base del rendimento di emissionee:
Ql,e= QH,ndx (1- e)/e
Dove:
e il rendimento di emissione.
Rendimento medio stagionale dellimpianto di riscaldamento
Nel caso in questione, con altezze inferiori a 4 m, il rendimento pu 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] 2861
e 0,95
Ql,e [kWh] 150,58
Qe,IN [kWh] 3011,58
Tabella 26:Rendimenti di emissione in locali di altezza minore di 4 mProspetto 17 dell UNI/TS 11300-2.
Tabella 27:Rendimento e fabbisogno di emissione
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Sottosistema di regolazione
Il rendimento di regolazione un parametro che esprime la deviazione tra la quantit di energia richiesta in
condizioni reali rispetto a quelle ideali.
Le perdite totali di regolazione Ql,csi calcolano come:
Ql,c= Qe,INx (1- c)/c
Dove:
c il rendimento di regolazione, calcolato secondo ilProspetto 20 della UNI/TS 11300-2.
Rendimento medio stagionale dellimpianto di riscaldamento
Nellappartamento 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 norma
UNI/TS 11300-2.
Il fabbisogno di regolazione e costituito dal fabbisogno di emissione sommato alle perdite di regolazione:
Qc,IN= Qe,IN +Ql,c
Qe,IN [kWh] 3011,58
c 0,93
Ql,c [kWh] 226,68
Qc,IN [kWh] 3238
Tabella 28:Rendimento e fabbisogno di regolazione
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Sottosistema di distribuzione
Le perdite di regolazione Ql,dvengono calcolate sulla base del rendimento di distribuzionedapplicato al
fabbisogno di regolazione Qc,IN secondo la formula:
Ql,d= Qc,INx (1-d)/dDove:
d il rendimento di distribuzione, calcolato secondo ilProspetto 21 della UNI/TS 11300-2,che
riporta diverse tipologie di distribuzione.
Rendimento medio stagionale dellimpianto di riscaldamento
Il fabbisogno di distribuzione costituito dal fabbisogno di regolazione sommato alle perdite di distribuzione:Qd,IN= Qc,IN +Ql,d
Qc,IN [kWh] 3238
d 0,98
Ql,d [kWh] 66,08
Qd,IN [kWh] 3304
Tabella 30:Rendimento e fabbisogno di distribuzione
Tabella 29:Rendimento di distribuzione Prospetto 21 dell UNI/TS 11300-2.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Sottosistema di generazione
Le perdite di generazione tengono conto delle caratteristiche del generatore e delle sue modalit di utilizzo,
si calcolano con la seguente formula:
Ql,gn= Qd,INx (1- gn)/gn
Dove:
gn il rendimento di generazione distribuzione, calcolato secondo ilProspetti 23 della UNI/TS
11300-2.
Rendimento medio stagionale dellimpianto di riscaldamento
Il fabbisogno di generazione costituito dal fabbisogno di distribuzione sommato alle perdite di generazione:
Qgn,IN= Qd,IN +Ql,gn
Qd,IN [kWh] 3304
gn 0,69
Ql,gn [kWh] 1485
Qgn,IN [kWh] 4789
Tabella 32:Rendimento e fabbisogno di generazione
Tabella 31:Rendimento di generazione Prospetto 23 dell UNI/TS 11300-2.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Fabbisogno degli ausiliari
Il fabbisogno di energia elettrica di un impianto di riscaldamento QH,aux[(kWh)el] determinato:
QH,aux= Waux,tx tgn
Dove:
Waux,t il valore della potenza totale degli ausiliari, espresso in [W];
tgn il tempo di funzionamento del generatore, espresso in [h].
Rendimento medio stagionale dellimpianto di riscaldamento
Il valore della potenza totale degli ausiliari definita:
Waux,t= Waux,pn+Wgn,PO,pr
Dove:
Wgn,PO,pr il valore della potenza della pompa primaria, espresso in [W];
Waux,pn 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
pu ricavarsi come:
Waux,pn= G + H xPnn
Dove:
G, H, n sono i parametri ricavabili dallAppendice B dell UNI/TS 11300-2;
Pn la potenza termica utile nominal del generatore, espressa in [W], secondo dati di targa.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
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Fabbisogno degli ausiliari
Rendimento medio stagionale dellimpianto di riscaldamento
G H n Pn[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] gn,avg[kW]
3304 2904 1,14
gn,avg[kW] Pn[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 p,el Qaux,p [kWh]
39,15 0,46 85,11
Qgn,IN[kWh] Qaux,p [kWh] Q p,H[kWh]
4789 85,11 4874,11
QH,nd [kWh] Q p,H[kWh] g
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: