Complesso residenziale, Trondheim

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1 Complesso residenziale, Trondheim Fig Sezione verticale. Immagini tratte da: Hegger, Fuchs, Stark, Zeumer, Energy Manual Sustainable Architecture, Institut fur internazionale Architektur-Dokumentation GmbH & Co KG, Monaco, 2008 Fig Sezioni ed impianti planimetrici. 259 Case passive e green building

2 Casa passiva e green building in schede 260 Ristrutturazione casa privata, Berlino Luogo: Berlino - Germania Anno: 2003 Progettista: Thomas Hillig, Berlin Strutturista: Michael Grimm Fig Viste della ambientazione esterna

3 Ristrutturazione casa privata, Berlino Immagini tratte da: Hegger, Fuchs, Stark, Zeumer, Energy Manual Sustainable Architecture, Institut fur internazionale Architektur-Dokumentation GmbH & Co KG, Monaco, 2008 Fig Sezione ed impianti planimetrici. 261 Case passive e green building

4 3.4 Modellazioni, procedure, sperimentazioni green building Procedura di calcolo del Fabbisogno Utile invernale ed Estivo 106 Analisi del problema Lo scopo della procedura di calcolo è quello di analizzare un edificio dal punto di vista energetico, posizionato in un contesto climatico ben definito, avendo a disposizione i seguenti dati del sistema edilizio: impianto planimetrico distributivo componenti di involucro impianti tecnici presenti Caratteristiche del sito L edificio è ubicato a Rimini (latitudine e longitudine ). La zona climatica secondo il DPR 412/93 è la E. I gradi giorno GG 107 sono 2139 (rappresentano la somma delle differenze tra la yemperatura di comfort interno 20 C, e la temperatura media esterna giornaliera), mentre la temperatura di progetto invernale è -5 C. Il periodo di riscaldamento va dal 15 ottobre al 15 aprile. In base alla norma UNI si ricavano i seguenti dati: T ae H dh H bh MESE ( C) (MJ/m²) (MJ/m²) Gennaio Febbaio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Elaborazione dell'ing. Gianluca Vitali, giugno GG In ingegneria edile, con questa unità di misura si indica il fabbisogno termico di una determinata area geografica relativa alle vigenti normative sul riscaldamento/raffreddamento delle abitazioni. Il valore numerico rappresenta la somma, estesa a tutti i giorni di un periodo annuale convenzionale, delle sole differenze positive (o negative) giornaliere tra la temperatura convenzionale, fissata in Italia a 20 C, e la temperatura media esterna giornaliera. Un valore di Gradi Giorno basso indica un breve periodo di riscaldamento/raffreddamento e temperature medie giornaliere prossime alla temperatura fissata per l'ambiente. Al contrario, valori di Gradi Giorno elevati, indicano periodi di riscaldamento/raffreddamento prolungati e temperature medie giornaliere nettamente inferiori/superiori rispetto alla temperatura convenzionale di riferimento Modellazioni, procedure, sperimentazioni green building

5 292 Dove: T ae = Valori medi mensili della temperatura media giornaliera dell aria esterna H bh = irradiazione solare giornaliera media mensile diretta su piano orizzontale H dh = irradiazione solare giornaliera media mensile diffusa su piano orizzontale Casa passiva e green building in schede Inoltre, in base a dei fattori di distribuzione F(t) si ricava la distribuzione della temperatura giornaliera estiva nell arco della giornata: Questo è l andamento dell irraggiamento solare specifico medio mensile sui diversi orientamenti:

6 Caratteristiche del sistema edilizio L edificio è di nuova costruzione. Esso si sviluppa su due piani con un altezza di interpiano pari a 280 cm. Al piano terreno è presente una unità edilizia destinata ad attività commerciali, mentre al piano superiore è presente un locale destinato interamente destinato a civile abitazione. I locali verranno schematizzati secondo tre zone: Zona 1 civile abitazione (piano primo) Zona 2 altra unità ambientale non riscaldata (piano primo) Zona 3 - attività a destinazione d'uso commerciale (piano terra) 293 Modellazioni, procedure, sperimentazioni green building

7 294 L abitazione ha una superficie pari a 86 m 2, l ingresso è posto nel lato sud con una porta di dimensioni 100x250cm. Inoltre, il locale è dotato di sette finestre con superficie finestrata totale pari a 14,5 m 2 (incidenza della superficie pari al 17% rispetto all'involucro opaco afacciato sull'esterno). L'unità a destinazione d'uso commerciale è posta al piano terra con superficie utile pari a 78m 2. L edificio ha due zone termiche riscaldate (abitazione e laboratorio artigianale) ed una zona non riscaldata (garages). ZONA 1 Abitazione Temperatura per il calcolo del fabbisogno energetico di riscaldamento: 20 C Apporti gratuiti interni a p = 4 W/m 2 sia in inverno che in estate. ZONA 2 Attività commerciale Temperatura per il calcolo del fabbisogno energetico di riscaldamento: 18 C Apporti gratuiti interni a p = 15 W/m 2 se si considerata la stagione estiva a p = 2W/m 2 se si considerata la stagione invernale. Casa passiva e green building in schede Caratteristiche dell involucro termico Si considerano ora le strutture che definiscono l involucro dell edifico quali chiusure trasparenti, e opache al fine di calcolarne le rispettive prestazioni termiche. Si definisce resistenza termica il rapporto tra lo spessore dello strato e la sua conducibilità: R = s λ [m 2 K/W] I valori della conducibilità termica dei materiali utilizzati sono riportati assunti dalla norma UNI 10351, mentre le resistenza termiche di murature e solai sono riportate dalla norma UNI Per quanto riguarda i confini dello strato che si prospettano direttamente sull ambiente, visto e considerato che ci troviamo a che fare con uno strato non capacitivo, si utilizzano due coefficienti di scambio termico superficiale: Per l interno h int = 7,7 W/m 2 K Per l esterno h est = 25 W/m 2 K Per quanto riguarda la resistenza di questi strati attigui alla superficie della parete la formula utilizzata risulta essere la seguente: R = 1 h Andando poi a sommare tutte le resistenze appena descritte si ottiene la resistenza totale del nostro pacchetto tecnologico analizzato. La TRASMITTANZA TERMICA del pacchetto di involucro si ottiene invertendo la resistenza totale, con la formula: U = 1 [W/m 2 K] R tot

8 SUPERFICI OPACHE Questo calcolo descritto all inizio di questo capitolo è stato eseguito per tutte le chiusure opache che confinano il nostro edificio. Le chiusure analizzate sono le seguenti: CODICE ELEMENTO U [W/M 2 K] S01 Parete perimetrale 0,61 S02 Solaio 1,76 S03 Porta esterna 0,81 S04 Parete divisoria 2,80 S05 Portone garage 5,89 S10 Solaio contro terra 1,71 Si è poi definita per tutte le soluzioni analizzate la CONDUTTANZA che a differenza della trasmittanza non contiene i termini di resistenza superficiale, ovvero: C = 1 n S i i=1 λ i [W/m 2 K] Un ulteriore parametro analizzato in questa sezione del progetto è la CAPACITA TERMICA valutata come prodotto tra la massa volumica, spessore e calore specifico: Ca = c ρ s [KJ/m 2 K] Inoltre è stata calcolata la MASSA FISICA AREICA della chiusura come: n Ma = (ρ s) i [Kg/m 2 ] i =1 La MASSA TERMICA AREICA per le pareti esterne isolate si è calcolata prendendo il mimino valore tra: Dove: is m = (ρ s) i ; m = ρ d i =1 is = massa fisica degli strati compresi tra l aria interna e lo strato di isolante. d = 3,71 λ ρ e rappresenta lo spessore efficace espresso in metri 295 Modellazioni, procedure, sperimentazioni green building

9 Casa passiva e green building in schede 296 Mentre per le pareti divisorie interne e per i solai si è calcolata assumendo il valore minimo tra C = C eff, j A j ; m = ρ d j Determinazione della capacità termica efficace specifica Il calcolo affrontato in questa sezione si prefigge lo scopo di andare a determinare la capacità termica efficace delle chiusure. Il calcolo si esplicita con la determinazione di della capacità termica areica: C [J/m 2 eff = m c K] Per il calcolo di questo coefficiente è necessario quindi valutare la massa degli strati che intervengono attivamente a smorzare l oda termica, questa massa quindi può coincidere con la massa effettiva del componente oppure con la massa del primo strato rivolto verso l interno capace di assorbire tutta l onda. Si assumono i dati già calcolati nell analisi dell involucro relativamente alle pareti esterne isolate, alla parete divisoria tra zona 2 e zona 3 ed al solaio o tutti gli strati della parete dall interno fino all isolante compreso. Essendo in questo caso se la parete dovesse presentare uno strato superficiale con resistenza termica compresa tra 0,4 e 1 m 2 K/W, la capacità termica efficace si calcola come segue: C eff = Dove: C è la capacità del componente escluso lo strato resistivo R è la resistenza dello strato resistivo ω= 7, [1/s] se R>1 m 2 K/W si annullano gli strati successivi se R<0,4 m 2 K/W è un rivestimento che si trascura se il suo spessore è inferiore a 2cm. La capacità termica dell edificio è calcolata come somma delle varie capacità termiche efficaci moltiplicate per le proprie aree: m = 1 2 C " 2 1+ ω 2 R 2 C " 2 n i=1 (ρ s) i [kj/k] Si osserva infine come la capacità termica specifica massica (c) è circa costante per i materiali da costruzione, si assume quindi un valore circa costante e pari a 1000 J/(kgK). Si riportano nella pagina seguente i valori di capacità termica di ogni singolo componente:

10 CODE COMPONENTE (J/m²K) S01 Parete perimetrale S02 Solaio S02bis Solaio S03 Porta esterna 8505 S04 Parete divisoria S05 Serranda garage 6451 S10 Solaio contro terra Superfici finestrate La prestazione termica riferita alle superfici trasparenti viene calcolata facendo riferimento alla normativa UNI EN ISO , che fornisce il metodo semplificato per il calcolo della trasmittanza del pacchetto serramento. Nel caso in esame, le caratteristiche dei superfici finestrate sono: serramento singolo con telaio in legno, doppio vetro con intercapedine di aria e superfici non trattate. Hanno elementi oscuranti esterni della tipologia avvolgibili in legno caratterizzati da una bassa permeabilità all aria, mentre all interno sono presenti delle tende bianche. Si riporta un esempio di calcolo della trasmittanza termica di un componente finestrato: CARATTERISTICHE DELLA FINESTRA Larghezza 1,2 m Altezza 2,4 m Area totale finestra 2,88 m 2 Area telaio 0,56 m² Area vetro 2,32 m² CARATTERISTICHE DEL TELAIO Spessore del telaio 0,05 m Trasmittanza del telaio 2,35 W/m²K Per calcolare la trasmittanza del telaio è stata utilizzato l appendice D della norma UNI EN ISO Nel nostro caso in esame si tratta di telai in legno duro, con spessore di 50 mm, avente una conducibilità pari a 0,18 W/mK; inserendo queste informazioni nel grafico proposto dalla norma si ricava una trasmittanza del telaio che risulta essere pari a U telaio = 2,35 W/m 2 k. 297 Modellazioni, procedure, sperimentazioni green building

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