Guida Rapida DesignBuilder: Simulazione Energetica Degli Edifici In Regime Dinamico

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1 Guida Rapida DesignBuilder: Simulazione Energetica Degli Edifici In Regime Dinamico A cura di Andrea Ursini Casalena ver. 1.0 Ciao! Ecco la guida sintetica e pratica su come inserire un edificio in DesignBuilder, in attesa delle guide dettagliate e illustrate di prossima pubblicazione. La guida sull uso di DesignBuilder per le simulazioni in regime dinamico descrive passo passo, in maniera sintetica, le operazioni da effettuare per creare il modello termico di un edificio. Se la guida subirà degli aggiornamenti, ti verrà spedita gratuitamente nella tua posta elettronica. Buona lettura

2 Indice della Guida Layout dell Edificio Impostazione Delle Caratteristiche dell Edificio Impostazione Attivita Impostazione Costruzione Impostazione Aperture Impostazione Opzioni Di Modellazione Edificio E Blocco Progetto Riscaldamento/Raffrescamento Simulazione Come Passare A Energyplus Come Inserire Il File Climatico Della Propria Localita Come Creare Un File Climatico Personalizzato Feedback e guide in uscita Pag. 3 Pag. 5 Pag. 5 Pag. 7 Pag. 8 Pag. 8 Pag. 11 Pag. 11 Pag. 11 Pag.12 Pag. 12 Pag. 13 Ing. Andrea Ursini Casalena 2013 Tutti i diritti riservati Pag. 2/13

3 Layout dell Edificio Prima di aprire un nuovo file costruisci una libreria dei componenti e dei templates in base allo studio che si vuole effettuare. Apri nuovo file, senza compilare il prospetto comparso. Compilare il prospetto relativo alla località: - caricare il template della località; - dettagli geomorfologici del luogo (per orientamento inserire angolo orario rispetto a nord), tipo di terreno,temperature mensili vanno bene sui 16 C; - file climatico per la simulazione: lo carico (ne posso creare uno personalizzato in.epw in base ai risultati del monitoraggio e caricarlo). Per creare un file climatico personalizzato vedi capitolo relativo alla fine della presente sezione. Aggiungi nuovo edificio: non necessario compilare il prospetto comparso. Posso disegnare la pianta o importarla da autocad. Nel secondo caso il file di autocad deve essere semplificato (solo muri esterni e tramezzi) e devono essere individuate le linee che passano per l interasse dei tramezzi e sul filo esterno dell involucro edilizio. File- importa- file di disegno bidimensionale (salvato in dxf). Aggiungi nuovo blocco. Nel navigatore seleziono: Forma = estruso; Altezza = altezza interpiano + solaio sottostante (all ultimo blocco viene poi aggiunto automaticamente un solaio di copertura); Spessore parete = non influisce su analisi termica, ma è necessaria per definire la posizione della superficie interna delle pareti, cioè quella che conta ai fini del calcolo. Generalmente si fa un blocco per piano ma può essere necessario creare diversi blocchi nello stesso piano (es. se il piano è a diverse quote di imposta). Clicco sui vertici esterni delle pareti perimetrali. Per cambiare la vista c è un menù a tendina in alto a destra. NOTA. Nell inserire piante con spessori variabili dell involucro esterno, considera che il programma assegna graficamente uno spessore costante, ma personalizzabile: si dovrà fare in modo che disegnando sul profilo esterno delle pareti, lo spessore deve essere tale per cui la superficie interna dell involucro ricadi nella posizione voluta. Lo spessore di cui sopra non influisce nel calcolo delle proprietà termiche delle pareti, in quanto verrà effettuato sulla base delle stratigrafie create ed assegnate alle pareti stesse. Ing. Andrea Ursini Casalena 2013 Tutti i diritti riservati Pag. 3/13

4 Poi nuovamente Aggiungi nuovo blocco e faccio il secondo piano del mio edificio. Inserire i tramezzi. Sul navigatore a sinistra mi posiziono sul singolo piano (o blocco) e posso lavorare all interno per inserire i tramezzi (comando in alto disegna partizioni ) o le corti interne. E possibile rinominare i singoli blocchi (es. piano terra). Ogni tramezzo individua zone termiche. Inserire le finestre. Sul navigatore a sinistra mi posiziono su ogni zona e ogni parete per inserire le finestre. -cancello le finestre inserite in automatico dal programma: seleziono disegna finestra e si attivano in rosso le finestre di default; premo esc; clicco sulle finestre e cancello con canc. - inserisco le nuove finestre: la pianta di sfondo mi è scomparsa e può essere necessario usare linee di costruzione (comando in alto con matita) per individuare sul prospetto la posizione precisa. Per regolarsi sulle distanze di posizionamento delle finestre tenere conto del fatto che in questa fase è visibile solo la superficie interna dei muri esterni, la mezzeria dei tramezzi e che l altezza del mio piano include anche lo spessore del solaio sottostante. Ing. Andrea Ursini Casalena 2013 Tutti i diritti riservati Pag. 4/13

5 Impostazione Delle Caratteristiche dell Edificio Una volta impostato il layout dell edificio e le opzioni di modellazione, bisogna assegnare all edificio le caratteristiche relative ad Attività - Costruzione - Aperture - Illuminazione - HVAC. Inizialmente conviene assegnare le caratteristiche a tutto l edificio (navigatore a sinistra posizionato su building) poi ricontrollare le impostazioni di Attività - HVAC - Illuminazione zona per zona (spesso in qualche zona non viene presa la configurazione e ci sono nuove voci da compilare) e le impostazioni di Costruzione - Aperture per ogni superficie. (spesso in qualche superficie non viene presa la configurazione e ci sono nuove voci da compilare). Gli archivi esterni al file vengono caricati con Strumenti - Importa libreria di componenti e templates nel modello. Impostazione Attivita Le attività le puoi settare per tutto l edificio (navigatore su building) poi ricontrolli zona per zona (spesso in qualche zona non viene presa la configurazione). 1. Templates attività Se il navigatore è posizionato su building basta caricare il template relativo all uso globale dell edificio; se il navigatore è su una zona compare anche la voce: Tipo di zona. Se ho una stanza assegno standard ; se ho creato una zona per il gap esterno del muro Trombe assegno cavità ; se ho una serra assegno semi esterno incondizionato ; se ho un controsoffitto assegno plenum. 2. Occupazione Calcola il numero di persone al mq e inserisci un programma di occupazione 3. Tasso metabolico Assegna un valore adeguato alla zona in esame 4. Controllo ambiente - imposta setpoint riscaldamento (20 C) e raffrescamento (26 C). E necessario impostare un valore di set back (valore di temperatura minima/massima che comanda l accensione dell impianto). Se non voglio che tale valore influisca nei miei calcoli posso Ing. Andrea Ursini Casalena 2013 Tutti i diritti riservati Pag. 5/13

6 impostare un valore molto basso (nel caso di riscaldamento= ad es. 12 C) o molto alto (nel caso di raffrescamento = ad es.50 C). - setpoint di ventilazione: quando la temperatura ambiente supera il valore fissato, viene attivata la ventilazione naturale. Se vuoi che la ventilazione si attivi SEMPRE e SOLO con il programma che ho impostato sulle aperture esterne nel caso di Ventilazione calcolata e sulle zone nel caso di Ventilazione programmata, mi conviene impostare 0 C. - aria minima di rinnovo: nel caso di ventilazione programmata (vedi sopra) impostando su HVAC- Ventilazione naturale con aria minima di rinnovo, il programma legge nella scheda Attività il valore di rinnovo settato. Negli altri casi (ventilazione calcolata o ventilazione programmata con modalità aria esterna a zona ) il valore non viene utilizzato. - illuminazione: è il target di illuminamento che vuoi impostare nella zona. - computers: per 1 computer circa 2W/mq (i carichi termici degli apparecchi devono essere valutati di volta in volta) Ing. Andrea Ursini Casalena 2013 Tutti i diritti riservati Pag. 6/13

7 Impostazione Costruzione Le imposti per tutto l edificio (navigatore su building) poi ricontrolli o personalizzi le superfici. 1. Sottosuperfici Per le partizioni di facciata diverse in termini di stratigrafia da quella principale (si disegna su layout con il comando Disegna sottosuperficie e si assegna su Costruzione il materiale). 2. Massa termica interna Viene assegnata alle masse interne o ai tramezzi che erroneamente restano isolati. 3. Adiacenza Questa voce compare solo ponendo il navigatore sulla singola superficie piuttosto che su building. È un comando che permette di impostare una parete contro terra. Oppure può essere utile se si decide di approfondire lo studio solo su una stanza impostando l adiacenza dei divisori (esclusa la parete esterna) in adiabatico. 4. Blocco componente Blocchi per ombreggiatura (es. balcone) alle quali si può assegnare un programma di funzionamento. È importante che il solido inserito non abbia più di 6 facce: semmai procedere con la composizione di 2 o più parallelepipedi. Una volta assegnato il materiale il programma carica le caratteristiche di assorbanza, riflessione ecc. piuttosto che le caratteristiche termiche, trattandosi di elemento che non interagisce termicamente con l edificio. (i ponti termici non sono considerati). Ing. Andrea Ursini Casalena 2013 Tutti i diritti riservati Pag. 7/13

8 Impostazione Aperture Le imposti per tutto l edificio (navigatore su building) poi ricontrolli o personalizzi le superfici. 1. Dimensioni Lavorando in questa sezione si cambiano le impostazioni ESCLUSIVAMENTE delle finestre inserite automaticamente dal programma, non di quelle inserite manualmente in fase di modellazione del tuo edificio. E consigliabile non lavorare in questa sezione a meno che non voglia fare studi generali. Per l impostazione delle aperture (telaio, vetro, ecc.) è meglio lavorare direttamente sulle singole superfici. 2. Sistemi di schermatura Scelgo tipo, posizione e tipo di controllo (ad es. controllo solare mi chiude la schermatura quando la radiazione solare supera un valore fissato). Impostazione Opzioni Di Modellazione Edificio E Blocco Icona con simbolo chiave inglese. 1. Dati -dati di costruzione e vetrate La rappresentazione di pavimento/solaio/soffitto può essere di tipo separato o combinato. Nel primo caso si inseriscono 3 pacchetti distinti, nel secondo caso (preferibile) si inserisce un unico pacchetto con le diverse stratigrafie. - HVAC Può essere impostato su Semplice o Compact. Quando impostato su semplice, DesignBuilder effettua il dimensionamento degli impianti in maniera semplificata, togliendo l onere ad Energyplus. Nel caso compact Energyplus si occupa completamente del calcolo dettagliato degli impianti. Nel caso di ventilazione calcolata (vedi punto 3) è necessario scegliere compact. - ventilazione naturale Ing. Andrea Ursini Casalena 2013 Tutti i diritti riservati Pag. 8/13

9 può essere inserita come programmata o calcolata (nel primo caso il calcolo è più veloce ma semplificato: verificare in base al caso di studio). - VENTILAZIONE PROGRAMMATA: In questo caso dal navigatore mi posiziono su una zona. A) impostazione della ventilazione naturale (su HVAC ) è definita da un tasso di ricambio d aria in funzione di un programma di funzionamento. Può essere anche controllata da una temperatura di setpoint (si imposta nella scheda Attività - Controllo ambiente );in questo caso ventilazione si attiva quando la temperatura dell aria nella zona è superiore a questo valore. È possibile impostare un valore molto basso per evitare il controllo della ventilazione tramite setpoint e avere il controllo esclusivamente attraverso il programma di funzionamento. Mi posiziono su una zona, su HVAC spunto ventilazione naturale ON: se ho scelto modalità aria esterna a zona, imposto il ricambio d aria e il programma; se ho scelto aria di rinnovo minima per persona il programma legge il valore di rinnovo impostato sulla scheda Attività - Aria minima di rinnovo (vedi paragrafo relativo). Distribuzione temperatura aria: Misto, cioè temperatura uniforme all interno di una zona. B) impostazione dell infiltrazione (su Costruzione - Permeabilità all aria ) si imposta un valore opportunamente valutato (solitamente 0,5). - VENTILAZIONE CALCOLATA: la ventilazione naturale ed i tassi di infiltrazione sono calcolati basandosi sulla base di dimensioni aperture, fessurazioni, densità aria e pressione del vento. In questo caso sul navigatore mi posiziono su una superficie esterna. A) impostazione della ventilazione naturale (su Aperture - Finestre esterne - Funzionamento ) Imposto una percentuale di apertura della finestra e un programma di apertura. B) impostazione dell infiltrazione (su Costruzione - Permeabilità all aria ) Imposto un livello di infiltrazione (generalmente medio). 2. Avanzate Ho la possibilità di creare unica zona termica da due zone collegate, ad esempio da un Ing. Andrea Ursini Casalena 2013 Tutti i diritti riservati Pag. 9/13

10 portale aperto. 3. e 4. Progetto di riscaldamento e Progetto di raffrescamento Riguardano una simulazione stazionaria nel giorno più caldo e nel giorno più freddo 5. Simulazione - opzioni di simulazione Imposto il periodo di simulazione. La prima volta conviene farlo per 1 giorno (più veloce). - opzioni di calcolo Numero di step all ora: conviene mettere 10 min (coincide con la rata di acquisizione impostata generalmente nei monitoraggi) - opzioni ombre e riflessioni Attivare: includi tutti gli edifici nel calcolo ombre (se ho edifici circostanti che ombreggiano); - Output Calcola riflessione luce solare diretta e diffusa: completo esterno mi calcola la radiazione diretta, mentre completo esterno ed interno mi calcola gli effetti delle riflessioni secondarie. Se voglio simulare con design builder spunto tutto, ma mancano alcuni report fondamentali quali la temperatura superficiale! In questo caso occorre passare ad Energyplus. Se voglio passare ad Energyplus spunto solo il primo e gli ultimi 3! - Avanzate lascia tutto come da default tranne su Periodo massimo di preriscaldamento: poni 25!!! Sono i giorni di simulazione precedenti rispetto al mio periodo di riferimento che servono al programma per andare a regime. Passando alle schede in basso, notiamo edita visualizza progetto riscaldamento e rafrescamento simulazione tra le quali: Ing. Andrea Ursini Casalena 2013 Tutti i diritti riservati Pag. 10/13

11 Progetto Riscaldamento/Raffrescamento Riguardano una simulazione stazionaria nel giorno più caldo e nel giorno più freddo ma non ti interessano se il tuo fine è una simulazione in regime dinamico. Simulazione Da qui posso lanciare una simulazione in regime dinamico. Non c è bisogno di compilare il prospetto (ho già assegnato tutto su impostazione opzioni di modellazione). Come Passare A Energyplus File Esporta- Esporta file IDF di Energyplus- Simulazione- Salva file IDF. Come Inserire Il File Climatico Della Propria Localita - Si scarica dal sito di Energyplus nella colonna a sinistra trovo weather data - Europe- ITA- mia località - salvo il file in formato epw nella cartella in (C:), EnergyPlus, WeatherData. - lo carico su design builder, prima di aprire il mio file: vado su templates delle località sotto librerie di templates e sul navigatore a destra clicco su Aggiungi nuovo : assegno il nome della città (es. ANCONA) e sotto Dati climatici simulazione carico il file climatico con i dati climatici orari che ho scaricato da internet (es. ITA_ANCONA- FALCONARA_IGDG) Ing. Andrea Ursini Casalena 2013 Tutti i diritti riservati Pag. 11/13

12 Come Creare Un File Climatico Personalizzato Questa eventualità può capitare qualora si voglia calibrare il modello virtuale con dei dati sperimentali. In questo caso è necessario sostituire i valori relativi ai parametri esterni del file climatico con i valori misurati in opera dalla stazione meteorologica. Si apre un file climatico in formato.epw con il programma Blocco note : - Sotto il comando Formato, l opzione a capo automatico non deve essere spuntata. 2005,7,24,13,60,?9?9?9?9E0?9?9?9*9*9?9*9?9?9*9?9?9?9*9*_*9*9,26.2,21.6,76,100070,9999,9999,423,9999,671,224,9999,9999,999 9,9999,111,1.8,5,8,999.0,999,9, ,0,0.0000,0,88 (Esempio di una riga del file climatico; ogni riga corrisponde ad 1 ora) - modifico il file manualmente ricordando che: La prima, seconda e terza colonna è la data (anno, mese, giorno) 2005,7,24, La quarta colonna è l ora 13 (da 1 a 24) I?9 non servono Poi si ha: Temp bulbo secco, Temp bulbo umido, Umidità Relativa 26.2,21.6,76 Poi si ha la Pressione Atmosferica I 9 non servono Poi si ha 423, radiazione infrarossa sul piano orizzontale dal cielo, lascialo stare Poi c è la radiazione globale, in questo caso vuota in quanto 9999 Poi si hanno radiazione diretta e diffusa (W/m2), 671, si lasciano Direzione e velocità del vento (gradi e m/s); 111,1.8 Ing. Andrea Ursini Casalena 2013 Tutti i diritti riservati Pag. 12/13

13 Cosa ne pensi della guida? Ti è servita? Se hai dei suggerimenti o delle domande da fare, puoi farlo attraverso i commenti all articolo di presentazione della Guida Rapida DesignBuilder. Ciao, ci vediamo su MyGreenBuildings.org! Ing. Andrea Ursini Casalena Altre guide: Guida Rapida EnergyPlus Ing. Andrea Ursini Casalena 2013 Tutti i diritti riservati Pag. 13/13