SOFTWARE DI CALCOLO RELATIVO ALLA PARTE TERZA DELLE UNI TS 11300 Tutta la procedura di calcolo descritta nel precedente capitolo è stata implementata in un algoritmo informatico che permette di valutare, per un generico edificio, i tre parametri fondamentali caratterizzanti i consumi energetici derivanti dall’uso dell’impianto di condizionamento estivo:
1) il fabbisogno di energia primaria per il raffrescamento Q,CP
espresso in
[kWh] ; 2) il rendimento globale medio stagionale ηglo ; 3) l’indice di prestazione termica dell’edificio per il raffrescamento EPe,invol, espresso in [kWh/m2 anno] L’algoritmo è stato sviluppato interamente in ambiente Excel, con in più, in qualche caso, l’utilizzo di macro e script in linguaggio visualbasic (presenti al’interno dello stesso software Excel sotto la voce “Sviluppo”) relativamente a qualche opzione particolare di calcolo. I fogli principali, in cui vi è prevista l’immissione e la consultazione dei dati più rilevanti del programma, sono i seguenti:
Dati edificio-impianto;
Zone edificio;
Canali Aria;
Risultati;
Gli altri fogli di calcolo sono
Dati e tabelle normative;
Dati meteo;
Calcoli generali;
Maggio;
Giugno;
Luglio ;
Agosto;
Settembre;
Ottobre;
I primi tre fogli rappresentano un insieme di database e procedure di calcolo quindi non c’è la necessità ne di utilizzarli per immettere dati, ne tanto meno di consultarli, pertanto non vanno assolutamente modificati onde evitare malfunzionamenti del programma. I fogli relativi ai mesi costituiscono un pò il “cuore” del calcolo dell’algoritmo che è stato implementato, hanno all’interno tutta la struttura di calcolo relativa alle zone in cui viene suddiviso il generico edificio ed i cui risultati dipendono, per l’appunto, dal mese considerato: qui è possibile consultare singolarmente, per ogni zona , per ogni parete associata e per ogni componente di quest’ultima (sia vetrato che opaco) risultati specifici come:
L’apporto solare;
Il coefficiente di scambio termico per trasmissione H,tr ;
Il coefficiente di scambio termico per ventilazione H,ve ;
ed inoltre modificare i coefficienti di ombreggiatura relativi ad ogni parete; i quali hanno tutti, preliminarmente come valore di “default”, quello unitario (corrispondente a nessuna ombreggiatura) che poi potrà essere cambiato. I risultati principali invece vengono riportati tutti nel foglio “Risultati” che verrà descritto nel paragrafo 6.4
6.1 IMMISSIONE DATI E TIPOLOGIE DI CASELLE Prima di procedere nella descrizione è importante definire le due tipologie di immissione dati che il programma richiede e che quindi sono valide per tutti i fogli di calcolo: I valori di immissione sono di due tipi:
dati numerici da immettere tramite tastiera;
dati da selezionare mediante menù a tendina;
I campi dei valori da immettere esclusivamente mediante tastiera sono contrassegnati dalla casella con sfondo grigio con il testo in rosso come in figura 1
Figura 1
La selezione dei menù a tendina è contrassegnata dalla casella con sfondo giallo e può essere di due tipi: 1) elenco semplice di casella Excel: basta selezionare la casella con il tasto destro del mouse e far spuntare così la freccetta del menù con la quale iniziare la selezione (figura 2 e 3)
Figura 2
Figura 3
2) elenco derivante da un modulo con codice visual basic : in tal caso sulla casella è già presente la freccetta di selezione del menù a discesa
Figura 4
Oltre ai valori di immissione, le altre caselle possono riguardare le etichette dei dati da immettere o da consultare e le relative unità di misura: in figura 5 è rappresentata un esempio con le tipologie di caselle maggiormente frequenti:
Figura 6.5
6.2 FOGLIO “DATI EDICIO-IMPIANTO” L’elenco relativo ai fogli di calcolo visti nel primo paragrafo costituisce di fatto anche la sequenza cronologica dei passi da effettuare per utilizzare correttamente il programma. Il primo passo è, come del resto logico aspettarsi, quello di definire quali sono i dati più importanti che caratterizzano sia l’edificio, nel suo complesso, che l’impianto di climatizzazione estiva installato nello stesso. Le informazioni primarie dell’edificio sono racchiuse nel “box” “Dati generali edifico” Il box è diviso in 4 parti: due riguardano l’edificio nel suo complesso mentre le altre due sono relative ai dati del pavimento e del soffitto. L’impostazione dell’algoritmo prevede infatti che ogni zona dell’edificio sia caratterizzata da 4 pareti in quanto il soffitto e il pavimento vengono considerati globalmente ai fini del calcolo dello scambio termico. 6.2.1 Dati generali dell’edificio Il primo blocco di informazioni riporta le seguenti voci:
Categoria di edificio: in cui si fa riferimento all’ utilizzo dell’edificio quindi è possibile selezionare un abitazione, ospedale, piscine, palestre, ect. È in base a questa scelta che viene ricavata in automatico la temperatura di progetto prevista per la climatizzazione e di conseguenza anche l’apporto globale interno;
Provincia edificio: si sceglie co un menù a tendina la provincia, mediante la quale il programma carica automaticamente tutti i dati meteo del sito dell’edificio: temperatura esterna, entalpia dell’aria, ect..
Temperatura di progetto: è quella prevista in base alla categoria dell’ edificio
Superficie calpestabile netta edificio: è la superficie totale netta del pavimento: da questo valore dipendono molteplici fattori e calcoli che vedremo più avanti
Apporto globale interno: è il prodotto dell’apporto unitario relativo alla tipologia di edificio e la superficie netta del pavimento
Il secondo blocco comprende:
Numero piani edificio
Intonaci involucro edilizio: se sono di gesso o malta
Consistenza pareti esterne: è un dato relativo alla densità media del materiale costituente le pareti esterne, questo dato serve per definire la capacità termica dell’edificio;
Isolamento pareti: indica se e dove è presente uno strato di isolamento relativo sempre alle pareti esterne
Con questo secondo blocco di informazioni il programma valuta la capacità termica areica dell’edificio e successivamente calcola la capacità termica vera e propria, semplicemente moltiplicando la prima per la superficie netta dell’edificio. Dati pavimento Il terzo blocco riguarda i dati del pavimento:
Superficie pavimento: é la superficie netta calpestabile già vista in precedenza, il programma incolla il dato già immesso.
Perimetro pavimento: qui si inserisce il perimetro espresso in metri
Conduttività termica del terreno: è un dato consultabile, viene valutato in base alla tipologia di terreno selezionata
Spessore pareti esterne: il dato è da immettere in metri,serve al programma per valutare il volume netto dell’edificio
Tipo
di
terreno:
si
seleziona
il
tipo
di
terreno
tra
Argilla/limo,sabbia/ghiaia, oppure roccia omogenea.
Tipo di pavimento: si seleziona il tipo di pavimento tra cinque diversi tipi, in accordo a quanto visto nel precedente capitolo:
1) Controterra uniformemente isolato o senza isolamento 2) Controterra con isolamento perimetrale orizzontale interno 3) Controterra con isolamento perimetrale verticale o esterno 4) Su intercapedine 5) Piano interrato Una volta selezionato bisogna procedere con l’immissione dei dati specifici per la tipologia di pavimento cliccando sul bottone a destra “INPUT DATI PAVIMENTO”. In base al tipo di pavimento selezionato verranno richiesti dati
specifici, tramite l’apertura di una piccola finestra di dialogo, al fine di avviare la procedura di calcolo del coefficiente di trasmissione Hg descritta nel precedente capitolo. Per la tipologia 1) viene richiesta solo la resistenza termica dello strato di isolante. Sarà sufficiente inserire il dato all’interno della casella di testo con l’unità di misura richiesta (m2 K/W) e successivamente immettere il valore cliccando sul tasto in basso “Carica dato” come in figura 6 . Se nel pavimento non c’è isolante immettere semplicemente zero.
Figura 6
Per la tipologia 2) si aprirà la finestra seguente (figura 7):
Figura 7
Figura 8
Vengono richiesti la resistenza termica dell’isolamento perimetrale, lo spessore dell’isolamento, indicato con “dn” in figura 6.8, e la larghezza dello strato d’isolante espressa sempre in metri ed indicata con “D” in figura 8. Per la tipologia 3) avremo la finestra in figura 9: ciò che cambia è soltanto l’orientamento dello strato d’isolante come illustrato in figura 10. Lo spessore “dn” e la profondità “D” dello strato d’isolante sono schematizzate in figura 10
Figura 9
Figura 10
Per il tipo 4) vengono richieste le informazioni seguenti:
Figura 1
Figura 12
La resistenza termica sul fondo dell’intercapedine è quella indicata con Rg secondo lo schema di figura 12 Il rapporto tra il totale delle superfici di ventilazione e il perimetro del pavimento è richiesto al fine di valutare una sorta di trasmittanza termica equivalente relativa allo scambio termico di ventilazione all’interno dell’intercapedine.(Ux nel capitolo precedente) aperture di ventilazione immettere zero.
Se non sono previste
Le pareti al di fuori del livello del terreno, di cui bisogna inserire il valore di trasmittanza, sono quelle con altezza “h” indicata in figura 12 Infine la trasmittanza della parte sospesa del pavimento fa riferimento alla parete
orizzontale
che
divide
l’ambiente
interno
dallo
spazio
sottopavimento, la cui resistenza termica è indicata con Rf con riferimento sempre alla figura 12. Per la tipologia 5), con piano interrato, abbiamo la schermata di figura 13. Con riferimento allo schema di figura 14 l’altezza da immettere è “Z”,la tramittanza tra ambiente interno e piano interrato è la stessa che si considera nello schema di figura 12 relativo alla tipologia 4): ci sarà una parete, in questo caso tra primo piano e piano interrato, cui farà riferimento la trasmittanza da inserire. Per il resto i dati da immettere sono uguali a quelli del caso precedente , in più viene richiesto solo il volume del piano interrato.
Figura 6.13
Figura 14
Materiale di pavimento: si può scegliere tra legno, piastrelle o materiale tessile; il dato, anche se è stato inserito in questo “box” per attinenza con la struttura del pavimento, fa parte di quell’insieme di parametri in base al quale il programma valuta la capacità areica dell’edificio.
Dati soffitto L’ultimo insieme di valori che fanno capo ai dati generali dell’edificio sono i dati relativi al soffitto. Avremo:
Superficie del soffitto: è relativa alla parete interna che separa l’ambiente interno dalla struttura del tetto
Trasmittanza termica del soffitto: è riferita alla somma di tutti gli strati che costituiscono la struttura del tetto
Resistenza
termica
superficiale
strato
esterno:
fa
riferimento
esclusivamente alla copertura esterna
Angolo di inclinazione rispetto all’orizzonte: l’inclinazione del tetto espressa in gradi serve per calcolare il flusso di radiazione termica riemesso dalla superficie esterna del tetto in direzione della volta celeste
Colorazione tetto: si può scegliere tra colorazioni chiare scure e medie. Come l’angolo di inclinazione anche questo è un dato relativo al calcolo dell’emissione della radiazione termica verso l’esterno
Periodo ed ore giornaliere di utilizzo impianto La durata della stagione di climatizzazione estiva è determinata dalla norma UNI TS 11300-1, tramite l’espressione descritta nel Volume 4. Tuttavia, al fine di rendere più personalizzabile la procedura di calcolo, è stato deciso di far decidere all’utente quale sia il suo effettivo periodo di utilizzo dell’impianto. Con il programma è quindi possibile scegliere autonomamente data e mese d’inizio e fine periodo di raffrescamento stagionale: il periodo massimo che si può considerare nel calcolo va dal 1 Maggio ad 31 Ottobre Il periodo è selezionabile tramite un piccolo box ,in alto a destra accanto ai dati generali dell’edificio, dove sono presenti quattro caselle di selezione rispettivamente per il giorno ed il mese delle date d’inizio e fine periodo (figura 15).
Figura 15
Dati generali impianto I dati generali d’impianto comprendono:
Informazioni sui terminali di erogazione;
Dati sulla rete di distribuzione;
Dati su eventuali recuperatori di calore;
Dati relativi alla macchina frigorifera;
Dati relativi all’impianto di ventilazione meccanica;
Terminali di erogazione Nel blocco riguardante i terminali è possibile scegliere il numero e la tipologia dei terminali: ogni casella corrisponde ad una o più tipologie di terminali accanto alla quale è sufficiente immettere il numero totale di quelli presenti nell’impianto (figura 16)
Figura 16
Sempre all’interno dello stesso blocco, più in basso, è possibile selezionare il sistema di controllo dei terminali che può essere:
con regolazione centralizzata;
controllo di zona;
controllo per singolo ambiente;
e la tipologia di regolazione dell’impianto:
Regolazione on-off;
Regolazione con banda modulante (1°C);
regolazione con banda modulante (2 °C);
Figura 17
Sulla destra, (figura 17) si può osservare il valore del rendimento di regolazione che viene fuori da queste ultime due selezioni effettuate in merito ai terminali
d’erogazione. Tale dato sarà poi utilizzato dal programma per il calcolo dei fabbisogni d’energia elettrica per gli ausiliari d’impianto . Accanto al blocco d’informazioni appena descritto, sulla destra, (figura 18) viene richiesto d’inserire ( se presenti) le potenze assorbite dai ventilatori in dotazione ai terminali di erogazione utilizzati: per cui si hanno tre caselle d’inserimento relativi alle tipologie di terminali che sono dotati di ventilatori: ventilconvettori, sistemi split e travi fredde o armadi autonomi.
Figura 18
Rete di distribuzione In questo box (figura 18) si sceglie inizialmente il tipo di fluido termovettore utilizzato (Aria o Aria e Acqua) con in più la localizzazione dei canali aria: infatti la normativa prevede, in caso d’impianto a tutt’aria, che le perdite vengano considerate nell’algoritmo soltanto se i canali sono posti in ambiente non climatizzato o all’esterno dell’edificio. In basso con la scritta in rosso sarà specificato, in base alla selezioni effettuate nelle due caselle, se le perdite di distribuzione verranno inglobate o meno nel calcolo. Ancora più in basso troviamo i dati relativi alla rete Acqua: qui devono essere selezionati i piani dell’edificio che sono serviti dalla rete con accanto la tipologia di rete adottata dall’impianto, che ai fini del calcolo normativo, può essere di tre tipi differenti:
rete ad anello nel pian terreno con montanti verticali;
rete a distribuzione orizzontale di piano;
Figura 19
In base a queste due selezioni il programma valuta il rendimento di distribuzione dell’impianto visibile con la scritta rossa sulla destra. Ancora in basso vi sono poi i dati relativi al serbatoio di accumulo. Per indicarne la presenza basta spuntare la relativa casella e successivamente selezionare il volume di accumulo con il menù a discesa presente subito sotto: è possibile selezionare tra 50 e 10.000 litri. In base a ciò il programma calcola il flusso orario di potenza persa espresso in kW e lo riporta sulla destra. Infine in basso, (figura 19), troviamo due caselle di inserimento: una per indicare la potenza globale richiesta dalle pompe dell’acqua, ed una relativa a quella globale necessaria al funzionamento dei ventilatori per l’impianto di ventilazione meccanica, entrambe espresse in kW. Sulla destra l’ultimo dato del box, è relativo alla selezione del fattore utilizzo delle pompe acqua: viene chiesto di selezionare se le pompe sono del tipo a velocità variabile o fissa.(figura 19)
Figura 20
Recuperatori di calore In questo blocco d’informazioni vengono semplicemente richiesti ( se presenti nell’impianto) l’energia termica, espressa in kW, recuperata da scambiatori appositi con relativa efficienza (ηve) e quella eventualmente recuperata da climatizzatori con recupero di calore. È doveroso ricordare, come per altro è stato già detto nel precedente capitolo, che il dato relativo a quest’ultima voce è da prendere in considerazione soltanto se il calore recuperato è destinato ad alimentare le batterie di post-riscaldamento dell’aria.
Figura 21
Dati tecnici della macchina frigorifera Qui
vengono
immessi
i
dati
della
macchina
frigorifera
utilizzata
nell’impianto(figura 22). Sono quindi richiesti:
la potenza nominale espressa in kW ;
i
quattro
valori
del
coefficiente
di
prestazione
corrispondenti
rispettivamente ai fattori di carico del 100%,75%,50%,25%, utili per il calcolo del coefficiente di prestazione medio;
il tipo di unità: Aria-Acqua o Acqua-Acqua oppure Aria-Aria o AcquaAria;
la tipologia di condensatore della macchina: se del tipo a torre evaporativa, ad acqua di falda oppure ad aria
Sulla base della scelta relativa a questa casella di selezione, a destra una etichetta riporta cosa bisogna inserire all’interno della casella d’immissione sottostante:
Se il condensatore è del tipo evaporativo si richiede l’inserimento del valore dell’energia elettrica assorbita dal ventilatore e dalla pompa di circolazione dell’acqua. Con condensatore ad acqua di falda viene richiesta solo l’assorbimento elettrico della pompa Per il condensatore ad aria ovviamente solo quella relativa al funzionamento del ventilatore
Figura 22
Dati di ventilazione Nell’ultimo blocco d’informazioni di questo foglio devono essere inserite le informazioni sulla ventilazione (figura .23): la prima informazione riguarda il tipo di ventilazione,tramite una casella di selezione si sceglie se la ventilazione è naturale o meccanica, indirettamente si precisa quindi se è presente o meno l’impianto di ventilazione meccanica. Se l’impianto esiste allora occorre specificare, mediante un'altra casella di selezione posta a destra, se l’impianto è del tipo a semplice flusso (aria solo in mandata) oppure a doppio flusso (mandata e ritorno) In caso di semplice flusso viene richiesto altresì, nella casella di selezione in basso, di specificare se la ventilazione è fissa oppure igro-regolabile: questa informazione permette al programma di valutare un coefficiente relativo alle bocchette di immissione aria utile per il calcolo dei fabbisogni di trattamento dell’aria.
Figura 23
FOGLIO “ZONE EDIFICIO” Una volta inserite le informazioni generali sull’edificio e i dati principali dell’impianto installato si passa a considerare le zone dell’edificio. La zona di un edificio è definita come l'insieme dei locali che presentano carichi termici variabili nel tempo con legge simile. L’algoritmo del programma può considerare nel calcolo fino a cinquanta zone differenti l’una dall’altra. Per ogni zona sono state considerate fino ad un massimo di quattro pareti esterne; a sua volta ogni parete esterna è composta da 4 elementi vetrati (finestre e non) e da altrettanti componenti opachi (porte, infissi per finestre, serrande ect..) É inoltre possibile considerare la presenza di una tipologia di ponte termico per ogni parete (figura 24)
EDIFICIO
Zona 1
Parete 1
4 elementi vetrati
4 elementi opachi
Parete 2
Zona 2
Parete 3
1 tipologia di ponte termico
Figura 24: Struttura di calcolo per le zone dell’edificio
Si descrive adesso il foglio nel dettaglio:
...Zona 50
Parete 4
Con riferimento alla figura 25, la prima riga di una zona è formata da due caselle di immissione dati: una relativo al volume lordo in m3 (che viene trasformato dal programma in volume netto) e l’altra nella quale si inserisce il valore della portata di ventilazione meccanica in Kg/s. Quest’ultima ovviamente è da compilare solo in caso di ventilazione meccanica.
Figura 24
Sono inoltre presenti tre bottoni che servono per spostarsi agevolmente tra una zona e l’altra all’interno del foglio: “Zona successiva”, “Zona precedente” e “Torna su”, che permette di tornare alla prima zona del foglio. Con riferimento alla figura 25 si osserva la seconda riga della zona; da qui si cominciano ad immettere le informazioni relative alla prima parete: Nella prima cella in rosso vi è specificata la zona di riferimento e subito dopo in basso la parete di riferimento. Questa informazione viene sempre specificata per ogni parete al fine di evitare errori di compilazione del foglio. Successivamente troviamo due celle di immissione dati dove vengono richiesti la superficie della parete e la trasmittanza termica; accanto vi è una cella di selezione dove si specifica la colorazione della parete (chiaro,medio o scuro)
Figura 25
Sulla destra gli ultimi dati della riga fanno riferimento alla resistenza termica superficiale esterna della parete e l’angolo di inclinazione orizzontale della parete. Questi due dati sono quasi di default ,nel senso che, l’inclinazione della parete è (tranne in casi di architettura particolari) sempre di 90 gradi e per ciò che riguarda la resistenza superficiale, la dove non si conoscesse esattamente dato, la normativa suggerisce di inserire il valore 0,04 (m2 /K W).
Nella figura successiva (figura 26) si osserva il blocco d’informazioni relativo ai componenti vetrati della parete. Per ogni componente è richiesto l’inserimento dei dati che riguardano:
la superficie;
la schermatura: si può scegliere tra veneziane bianche, tende bianche, tende colorate e tessuti rivestiti di alluminio;
la vetratura: é possibile scegliere diverse tipologie di vetro come vetro singolo, doppio o triplo vetro con o senza rivestimento basso-emissivo
Figura 26
L’ultima casella a destra (“Num. Comp.tipo”) è un contatore di componente: se ad esempio, uno, due o più componenti vetrati che si trovano sulla stessa parete sono tra loro uguali, allora sarà sufficiente aumentare di uno, due , tre..e così via, il valore del contatore; senza così aver bisogno di andare a compilare l’altra riga di componente sottostante. Analogamente ai componenti vetrati ci sarà un blocco sottostante che è riferito ai componenti opachi (figura 27)
Figura 27
I dati per i componenti opachi sono gli stessi di quelli vetrati con una informazione in meno relativa alla vetratura che chiaramente è assente. L’ultima informazione della parete è quella relativa al ponte termico: Facendo riferimento alla figura sottostante (figura 28) si nota che le uniche informazioni richieste sono relative:
alla tipologia di ponte termico: tramite una casella di selezione con menù a discesa è possibile indicare giunti tra parete esterna e soffitto, tra parete e pavimento, spigoli di pareti compenetranti, giunti degli infissi ect..
la superficie interessata dal ponte termico
queste due informazioni permettono al programma di calcolare il coefficiente di scambio termico, espresso in W/K, del ponte termico.
Figura 28
La descrizione del foglio si conclude qui perché da qui in poi le informazioni richieste saranno sempre le stesse seguendo lo schema di calcolo visto in figura 24
FOGLIO “CANALI ARIA” Il foglio in questione va compilato soltanto se l’impianto dell’edificio è dotato di ventilazione meccanica: in caso contrario i dati immessi non vengono considerati nel calcolo. L’algoritmo del programma considera fino ad un massimo di venti tipi di canali diversi per dimensioni, caratteristiche geometriche e tipo di materiale con cui sono costituiti. Il foglio è strutturato in un unico blocco d’informazioni in cui ogni riga è relativa ad un singolo canale (figura 29)
Figura 29
Le informazioni da immettere per ogni riga sono le seguenti:
il valore del diametro equivalente interno De;
il valore del diametro equivalente esterno Dint;
la conducibilità termica del materiale isolante
la sezione;
l’adduttanza del materiale isolante
;
la classe di tenuta del canale ;
la differenza di pressione tra l’aria in mandata all’interno del canale e la pressione atmosferica all’interno dell’edificio.
Queste informazioni servono al programma per
calcolare i fabbisogni di
trattamento dell’aria e per calcolare la portata di perdita QP relativa a ciascun canale. Inoltre, come per il caso dei componenti vetrati e opachi relativi al foglio “Zone Edificio”, anche qui è previsto un contatore che specifica al programma la presenza di uno o più canali aventi le medesime caratteristiche. All’interno del foglio, posizionata in alto rispetto al blocco dei canali, vi è un'altra casella d’immissione relativa alla temperatura dell’aria in mandata (figura 30)
Figura 30
Foglio “RISULTATI” In questo foglio di calcolo vengono sintetizzati i risultati più importanti ottenuti dal calcolo: In un primo blocco d’informazioni (figura 31), in alto sulla sinistra, vengono mostrati i tre dati più importanti:
Il fabbisogno d’energia primaria per raffrescamento relativa all’edificio: QCP;
Il valore del rendimento globale medio stagionale estivo ηglo ;
L’indice di prestazione relativo al fabbisogno d’energia primaria Epe,invol; Risultati globali
Fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione estiva
Q,CP [KWH]
743,071
Indice di prestazione termica per il raffrescamento
EPe,invol [Kwh/m2 anno]
30,723
Rendimento globale medio stagionale
ηglo
0,860
Fattore di conversione Tep/Kwh
Fp,el [TEP/KWH EL]
0,187
Figura 31
L’ultima casella in basso è relativa all’immissione del fattore di conversione Tep/Kwh: l’autorità per l’energia elettrica e del gas ha stabilito che il suo valore attuale è 0,187
; pertanto di default è stato già inserito.
Qual’ora dovesse essere cambiato si può immettere un nuovo valore. Sulla destra della tabella è presente anche l’ indicatore visivo previsto dalla classificazione delle linee guida sulla certificazione energetica degli edifici (figura 32) che riporta, tramite una lancetta nera su una scala graduata, il valore dell’ Epe,invol calcolato dal programma. La lancetta fissa, di colore giallo, indica una prestazione di circa 25 Kwh/ m2 anno: indici più bassi sono relativi ad edifici con ottime prestazioni di efficienza energetica: in questo modo è possibile avere un confronto e rendersi quanto, l’edificio considerato, possa o meno ritenersi energeticamente efficiente, relativamente alla sola stagione di climatizzazione estiva.
Figura 32
Per
una maggiore chiarezza, sulla destra del grafico, è presente anche una
tabellina (tabella 1) che qualifica gli edifici dal punto di vista dell’efficienza energetica in base al corrispettivo valore dell’indice di prestazione energetica Epe,invol
Tabella 1
Il secondo blocco d’informazioni, in basso, riassume in una tabella tutti i valori più significativi dei calcoli effettuati mese per mese dal programma. Vengono quindi mostrati i seguenti dati per ogni mese:
Fabbisogno ideale energia termica raffrescamento [kWh]
Apporti interni [kWh];
Apporti solari [kWh];
Calore perso per trasmissione relativo a tutte le zone [kWh];
Calore perso per trasmissione attraverso il pavimento [kWh];
Calore totale perso per trasmissione [kWh];
Calore perso per ventilazione [kWh];
Apporto solare del soffitto [kWh];
Calore perso per trasmissione dal soffitto [kWh];
Perdite di regolazione [kWh];
Perdite di distribuzione [kWh];
Perdite di massa canali aria [kWh];
Perdite tubazioni acqua [kWh];
Perdite di accumulo [kWh];
Fabbisogno energia termica per trattamenti aria [kWh];
Fabbisogno energia elettrica per ausiliari d'impianto [kWh];
Fattore di carico medio mensile della macchina frigorifera [kWh];
Coefficiente di prestazione medio mensile [kWh];
Fabbisogno effettivo di energia primaria per il raffrescamento [kWh];
6.5 CASO STUDIO Al fine di avere un riscontro pratico con l’effettivo utilizzo della norma è stato scelto di esaminare un edificio vero e proprio applicando il programma appena descritto ed esaminando successivamente i risultati. L’edificio in questione è un abitazione, suddivisa su due piani, caratterizzata da due aspetti principali: Il primo è relativo alla particolare forma architettonica della struttura dell’edificio,
che garantisce apporti solari notevoli nella stagione invernale e molto modesti nella stagione estiva. Ciò è stato realizzato grazie ad un opportuno posizionamento e ad una accurata inclinazione del tetto dell’edificio (figure 33 e 34).
Figura 33
Il secondo aspetto riguarda il materiale costituente le pareti di tutto l’involucro esterno, compresi il tetto e il soffitto, costituiti in gran parte da legno massiccio avente ottime capacità termo-isolanti.
Figura 34: Inclinazione dei raggi solari durante la stagione estiva
Figura 35: Inclinazione dei raggi solari durante la stagione invernale
Dati di progetto dell’edificio I dati generali di progetto dell’abitazione sono riportati in tabella 2. L’abitazione è divisa in cinque zone su due piani (figure 36 e 37): al piano terra vi sono:
la zona Soggiorno-Pranzo
la zona Cucina
la zona Bagno
Al primo piano vi sono:
la zona Letto
la zona Cabina
Dati principali Località: categoria di edificio: Piani edificio:
Enna E.1(1) Abitazione adibita a residenza con carattere continuativo 2
Totale volume lordo ambienti: Superficie totale pareti esterne: Superficie utile dell'edificio: Spessore medio pareti:
281 [m3] 127,35 [m²] 52,6 [m²] 0,45 [m]
Temperatura interna di progetto Ore di raffrescamento giornaliero
26◦ C 8 [h]
Dati pavimento Tipo di pavimento: Solaio sopraelevato isolato in sughero e finitura in parquet di bamboo Trasmittanza termica 0,282 [W/m² K] Resistenza termica totale 3,546 [m²/K W] Supericie totale pavimento: 134,2 [m²] Dati soffitto Struttura: tavolato in legno di spessore 4 cm e pannello in sughero di 12 cm trasmittanza termica: 0,09 [W/m² K] reistenza termica totale 0,1 [m²/K W] Resistenza termica dello strato esterno: 0,1 [m²/K W] Angolo inclinazione tetto rispetto all'orizzonte: 16 gradi Dati involucro esterno Parete ventilata in 3 strati di abete, peso 15,5 kg/mq,spessore 6,2 cm, Struttura: pannello di sughero 12 cm Trasmittanza termica 0,219 [W/m² K] resistenza termica totale 4,56 [m²/K W] Dati componenti trasparenti Superfici vetrate con vetro camera 5-12-5 ,superfici trattate, em 0.2 Struttura: v,(U=2,00), telaio (s = 16%) in alluminio con taglio termico da 20 mm Trasmittanza termica 1,4 [W/m² K] reistenza termica totale 0,714 [m²/K W] Tabella 2
Figura 36: pianta del piano terra
Figura 37: Pianta del primo piano
Di seguito si riportano i dati relativi ad ogni zona dell’abitazione: Zona Soggiorno-Pranzo Lunghezza (m) Volume netto (m3)
5,89
4,1
larghezza (m)
Altezza (m)
2,7
65,2
Dati pareti esposizione N W W E E S / / /
parete esterna 1 parete esterna 2 comp vetrato 1 parete esterna 3 comp vetrato 2 parete esterna 4 ponte termico 1 ponte termico 2 ponte termico 3
U (W/m2 K) 0,22 0,22 1,4 0,22 1,4 0,22 0,4 0,3 0,14
Lunghezza (m) 5,89 4,1 4,1 4,1 4,1 2,8 1 1 1
Alt/larg (m) 2,7 2,7 2,7 2,7 2,6 2,7 5,89 2,7 13,4
A (m2) 15,903 11,07 11,07 11,07 10,66 7,56 5,89 2,7 13,4
Tabella 2
Zona Cucina 3,8
Lunghezza (m) 3
Volume netto (m )
larghezza (m)
2,46
Altezza (m)
2,7
25,2
Dati pareti parete esterna 1 parete esterna 2 comp vetrato 1 ponte termico 1 ponte termico 2 ponte termico 3
es W S S / / /
U (W/m2 K) 0,22 0,22 1,4 0,4 0,3 0,14 Tabella 3
Lunghezza (m) 5,89 4,1 4,1 2,46 1 1
Alt/larg (m) 2,7 2,7 2,7 1 2,7 5,2
A (m2) 15,903 11,07 11,07 2,46 2,7 5,2
Bagno 5,89
Lunghezza (m) 3
Volume netto (m )
4,1
larghezza (m)
Altezza (m)
2,7
65,2
Dati pareti esposizione E N S / /
parete esterna 1 parete esterna 2 parete esterna 3 ponte termico 1 ponte termico 2
U (W/m2 K) 0,22 0,22 1,4 0,4 0,3
Lunghezza (m) Alt/larg (m) 5,89 2,7 4,1 2,7 4,1 2,7 1,7 2,2 1 2,7
A (m2) 15,903 11,07 11,07 3,74 2,7
Tabella 4
Letto 2,5
Lunghezza (m) 3
Volume netto (m )
4,26
larghezza (m)
Altezza (m)
2,7
28,8
Dati pareti parete esterna 1 comp vetrato 1 parete esterna 2 parete esterna 3 parete esterna 4 ponte termico 1 ponte termico 2 ponte termico 3
esposizione N N E S W / / /
U (W/m2 K) 0,22 1,4 0,22 0,22 0,22 0,4 0,3 0,14
Lunghezza (m) Alt/larg (m) 4,26 2,7 2,1 2,4 1,5 2,7 5,36 2,7 3,7 2,7 1 4,26 1 2,7 1 9
A (m2) 11,502 5,04 4,05 14,472 9,99 4,26 2,7 9
Tabella 5
Cabina Lunghezza (m) Volume netto (m3)
2,5
1,1
larghezza (m)
Altezza (m)
2,7
7,4
Dati pareti parete esterna 1 parete esterna 2
esposizione E N
U (W/m2 K) 0,22 0,22
Lunghezza (m) 1,1 2,5
Alt/larg (m) 2,7 2,7
A (m2) 2,97 6,75
Tabella 6
Le tipologie di ponte termico tipo “1” ,”2 “e “3” presenti all’interno delle tabelle fanno riferimento ai seguenti dati:
Tipo 1 Doppio ponte termico verticale dovuto allo spigolo pareti esterne con pilastri ; non isolato; spessore 35 cm
Tipo 2 Ponte termico orizzontale dovuto al giunto tra parete esterna ( U = 0,6 W/m2 K ) e pavimento o soffitto verso l'esterno (cordolo non isolato)
Tipo 3 Ponte termico dovuto al giunto tra parete esterna ( U = 0,6 W/m2 K ) e infisso posto all'interno; l'isolamento non copre lo stipite.
Tabella 7
Immissione dei dati e risultati Sulla base di questi dati iniziali è stato inizialmente compilato il box “Dati generali edificio” presente all’interno del primo foglio di calcolo ”Dati Edificioimpianto” e successivamente si sono immessi i dati relativi alle zone dell’abitazione nel foglio “Zone edificio” . Tra i dati appena visti mancano quelli relativi all’impianto di climatizzazione: perché appunto ancora non era stato previsto, per cui, in questa prima fase non è stata definita la potenza dell’impianto, anche perché si è voluto preliminarmente calcolare il fabbisogno di energia termica ideale per il raffrescamento dell’edificio.
In ogni caso la scelta più indicata per un abitazione di questo tipo è rappresentata da un insieme di sistemi Aria-Aria tipo multi split: quindi con un paio di unità di tipo ad espansione diretta interne, ed una sola unità esterna comprendente l’unità moto-condensante (compressore e condensatore); pertanto sin dall’inizio è stato chiaro che non sarebbe stato presente un impianto di distribuzione dell’aria e quindi la ventilazione sarebbe stata di tipo naturale. Inseriti tutti i dati ,all’interno del foglio “Risultati” sono stati visualizzati i primi risultati relativi al comportamento dell’edificio in merito alla stagione estiva (tabella 8): in grassetto sono indicati i valori dei fabbisogni ideali di energia termica riferiti ad ogni mese con in più quello del totale.
Q C,ND [kWh] Q INT [kWh] QSOL [kWh] QC,TR ZONE [kWh] Q C,TR PAVIMENTO
Maggio
Giugno
Luglio
Agosto
Settembre
Ottobre
Totale
553,749
806,873
993,989
822,312
489,265
66,310
3732,498
13,045
12,624
13,045
13,045
12,624
12,624
77,006
894,358
962,905
995,002
901,068
666,627
360,248
4780,208
328,646
156,190
64,567
85,106
176,067
329,403
1139,980
0,007
-0,016
-0,040
-0,046
-0,031
-0,009
-0,134
328,749
156,267
64,623
85,156
176,128
329,487
1140,410
12,401
4,984
6,645
14,009
26,410
90,791
8,760
9,052
8,198
6,065
3,277
43,486
0,092
0,096
0,096
0,092
0,092
0,564
[kWh] QC,TR TOTALE
[kWh] Q C,VENT 26,342 [KWH] Q SOL . 8,134 SOFFITTO [kWh] Q C,TR 0,096 SOFFITTO. [kWh]
Tabella 8
Da una prima analisi alla tabella di dati si evince come, durante il mese di Ottobre, ci sia un deciso calo del fabbisogno di energia termica, dovuto non tanto al valore della temperatura esterna, (simile tra l’latro al mese di Maggio: 14,9◦C contro i 14,9◦C di Ottobre) quanto più tosto
al valore dell’irradianza media
mensile (media tra quella diretta e diffusa, pari a 10,7 MJ/m² contro i 19,8 MJ/m² del secondo mese con l’irradianza più bassa, cioè Settembre), decisamente più bassa rispetto agli altri mesi. Questo fattore comporta una diminuzione notevole degli apporti solari da cui ne deriva un minor fabbisogno di energia termica necessario al raffrescamento. Si nota inoltre come il valore del calore perso per trasmissione riferito al pavimento e al soffitto dell’edificio sia rappresentato da valori in assoluto molto modesti e non confrontabili con quelli riferiti all’involucro delle pareti esterne, segno di un discreto isolamento termico. Per calcolare la potenza dell’impianto è stato considerato il mese con il più alto valore del fabbisogno termico ideale: cioè Luglio. Dividendo questo valore per il prodotto le ore totali di funzionamento per il mese considerato, è stata definita la potenza, espressa in kW, necessaria al raffrescamento dell’edificio, che risulta essere di 4 kW. In virtù del fatto che è bene considerare un surplus di potenza rispetto al valore esatto del carico termico da soddisfare, in maniera tale da avere a disposizione un certo margine nei casi più critici, ed in considerazione delle perdite di regolazione e di emissione ( le uniche da considerare adottando sistemi split) che ancora non sono state prese in considerazione dal programma, è stata maggiorata la potenza frigorifera totale che è stata considerata nel calcolo: adesso pari a 6 kW. La quale può pensarsi suddivisa per tre terminali in questo modo :
nella zona “soggiorno-pranzo” una unità da 9000 BTU/h pari a 2,637 kW
nella zona letto ed in cucina una unità da 6000 BTU/h ciascuna, pari a 1,76 kW ed in totale quindi a 3,52 kW
Così facendo nel programma è stato imposto:
il sistema di controllo dei terminali come “Controllo singolo ambiente”
la tipologia di regolazione dei terminali come “on-off ”
il rendimento di regolazione e di emissione assumono in questo modo lo stesso valore: pari a 0,94 Per quel che riguarda i valori del coefficiente di effetto utile al variare del carico è stata considerata la seguente curva ,tipica di questi sistemi e per queste potenze:
Figura 37: Variazione del coefficiente di effetto utile della macchina frigorifera in relazione al fattore di carico
Come si vede la curva è stata suddivisa in due tratti: ciò è stato fatto al fine di poter definire due funzioni differenti per meglio rappresentare l’intera curva, migliorando così la precisione dell’interpolazione dei valori del coefficiente di effetto utile al variare del fattore carico mensile. I quattro valori del coefficiente di effetto utile richiesti dal programma sono dunque i seguenti: E.E.R.( FK 100%)= 3 E.E.R.( FK 75%)= 2,5 E.E.R.( FK 50%)= 2 E.E.R.( FK 25%)= 1 Dopo l’inserimento di questi dati è stato possibile visualizzare i risultati finali relativi al fabbisogno di energia primaria ed al rendimento globale del sistema edificio-impianto, tema centrale della parte terza delle UNI/TS 11300: Risultati globali Fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione estiva
Q,CP [KWH]
4807,326
Indice di prestazione termica per il raffrescamento
EPe,invol [Kwh/m2 anno]
91,394
Rendimento globale medio stagionale
ηglo
0,776
Fattore di conversione Tep/Kwh
Fp,el [TEP/KWH EL]
0,187
Come ci si poteva aspettare l’indice di prestazione relativo all’energia primaria, ottenuto dal rapporto tra il fabbisogno di energia primaria QCP e la superficie calpestabile netta dell’edificio (pari a 52,6 m2), è superiore rispetto a quello derivante dalla sola energia termica: 91,4 kWh/m2 anno contro 71 Kwh/m2 anno. Infatti anche se l’energia elettrica richiesta per il funzionamento della macchina frigorifera viene calcolata suddividendo il carico termico per il valore dell’ E.E.R. corrispondente (valore generalmente ben superiore ad uno), per il calcolo dell’energia primaria si deve poi moltiplicare a quest’ultimo il fattore di conversione da TEP a KWh, pari a 0,187
10-3 .
Questo fattore dipende a sua volta dal rendimento termico medio delle centrali termoelettriche italiane: pari ad oggi al 46%.
