VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI ENERGETICHE E DI COMFORT DELLE COMPONENTI VETRATE DELLE FACCIATE. A. Gasparella

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1 VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI ENERGETICHE E DI COMFORT DELLE COMPONENTI VETRATE DELLE FACCIATE A. Gasparella

2 INTRODUZIONE 1. Il potenziale Elevata l incidenza sui consumi finali. Quale il potenziale? Quale ruolo per le vetrate? 2. Il ruolo delle componenti vetrate Le vetrate per l isolamento termico e l ottimizzazione del contributo solare Il comfort termoigrometrico 3. La vetrata come sistema Una visione integrata: Prestazioni energetiche per il riscaldamento, il raffrescamento e l illuminazione Comfort visivo 28,3% 31,3% 40,4% Global EnergyDemand according to IEA

3 1. Potenziale Caratteristiche dell involucro Area = 100 m 2 altezza = 3 m Involucro opaco: Monostrato di laterizio Thick. (m) λ (W m -1 K -1 ) R (m 2 K W -1 ) ρ (kg m -3 ) Involucro trasparente: Vetro singolo Telaio in legno Uglass (W m -2 K -1 ) Uframe(W m -2 K -1 ) c (J kg -1 K -1 ) Infiltrazione: EN 12207:1999 Ponti terminci: Pareti, soff. e pavim. EN 15242:2007 Ψ= 0.15 W (m K) -1 (dipendedalledimensionidelle finestree da S/V) Finestre Ψ= 0.2 W (m K) -1

4 1. Potenziale Impianto di riscaldamento Generatore di calore: Standard boiler Max Min Power (kw) Perdite a bruciatore acceso 8.6% 8.6% Perdite a bruciatore spento 0.1% - Perdite al mantello 1.2% - Terminali: Radiatori Sistema di regolazione: On-Off (UNI-TS ) Distribuzione: Isolamento moderato (between ) secondo UNI/TS

5 1. Potenziale Varianti Rapporto S/V Orientazione delle finestre S/V=0.3 S/V=0.63 S/V=0.97 Est (Ovest) Sud Nord 18 Casi di riferimento: Superficie disperdente S/V Orientazione delle finestre Dimensioni delle finestre Rapporto A win /A fl S1 = 14.4% S2= 28.8% Belluno (HDD 20 =3043 K d) zone Dfc Milano(HDD 20 =2404 K d) zone Cfa Pisa(HDD 20 =1694 K d) zone Cfa* *according to Köppen classification

6 1. Potenziale 0 No insulation 1 5cm of ins. 2 10cm of ins. 3 15cm of ins. 4 20cm of ins. 5 25cm of ins. Involucro 0 Single pane 1 DH 2 DL 3 TH 4 TL Generatore INS GL BOI 0 Standard 1 MDL 2 CND Rinnovabili DHW 0 Standard 1 Solar Coll. Ventilazione V 0 Natural 1 Mechan. Vent. Per ognuno dei 18 casi di riferimento sono state valutate 360 combinazioni di retrofit

7 1. Potenziale ISOLAMENTO Livelli 0.00 m 0.05 m 0.10 m 0.15m 0.20 m 0.25 m U (W m -2 K -1 ) Costi Reference Module Isolamento paretiverticali(eur m- 2 ) Isolamento strutture orizz. (EUR m- 2 ) IC VW = (1.60 x ) m -2 x = spessore IC HW = (1.88 x ) m -2 x = spessore VETRATE Telaio: Alluminio con taglio termico/legno U fr = 1.2 W m -2 K -1 U gl (W m -2 K -1 ) g Costio( m -2 ) DH Double, high SHGC (4/9/4, Krypton, low-e) DL Double, low SHGC (6/16/6, Krypton, low-e) TH Triple, high SHGC (6/12/6/12/6, Krypton, low-e) TL Triple, low SHGC (6/14/4/14/6, Argon, low-e)

8 1. Potenziale GENERATORE DI CALORE Costo Caldaia modulante 1500 Caldaia a condensazione 2000 ACQUA CALDA SANITARIA Collettore piano + accumulo da 300 l: Costo Solar collectors + water tank 2500 VENTILAZIONE Ventilazione meccanica con recupero termico Costo Mechanical ventilation 6000

9 1. Potenziale CALCOLO DEL VAN Durata dell investimento 30 years Tasso di interesse reale 3% - Costo di investimento (IC) - Costi operativi Manutenzione(EN 15459:2009) Energia Combustibile 85 c Sm -3 Potere cal. Inferiore MJ Sm -3 Elettricità 6.94 c MJ el -1 UNI/TS /2 Energia primaria per riscald Energia primaria per acs - Costo di sostituzione: Sostituzione periodica di singoli elementi. - Valore residuo: Per componenti con vita utile maggiore della durata di investimento.

10 1. Potenziale Milan, S/V=0.63, Window S1 East exposed NPV [EUR] EPH -UNI /2 [kwh]

11 1. Potenziale LISTING OF MEASURES PACKAGES MILANO S1 - S/V=0.3 N E/W S S/V =

12 1. Potenziale S/V = 0.97 LISTING OF MEASURES PACKAGES MILANO S1 S/V=0.97 N E/W S PRIMARY ENERGY DEMAND 75 k W m -2 PRIMARY ENERGY DEMAND 65 k W m -2 PRIMARY ENERGY DEMAND 54 k W m -2

13 1. Potenziale LISTING OF MEASURES PACKAGES BELLUNO S1 S/V=0.3 N E/W S S/V =

14 1. Potenziale LISTING OF MEASURES PACKAGES BELLUNO S1 S/V=0.97 S/V = 0.97 N E/W S

15 1. Potenziale LISTING OF MEASURES PACKAGES PISA S1 S/V=0.3 N E/W S S/V =

16 1. Potenziale LISTING OF MEASURES PACKAGES PISA S1 S/V=0.97 S/V = 0.97 N E/W S BSA 2013, BOLZANO, 30 GENNAIO -1 FEBBRAIO 2013

17 2. Il ruolo Edificio residenziale benisolatou=0,17-0,18 W/(m 2 K) 120 m 2 o 4 dimensionidelle vetrate: 16%, 25%, 34% and to 41% o 4 orientazioni+1: nord, est, ovest, con o senza overhangs south o 2 livelli di apportiinterni: Senza o con 4 W/m 2 o 4 sistemi vetrati: 2 doppie 2 tripli o 160 configurazioni per clima o 4 climi: Parigi, Milano, Nizza e Roma

18 2. Il ruolo Glazing systems Composition [mm] Thermal transmittance U g [W/(m 2 K)] Solar transmittance Spacer Double glazing #1 4/15/ Aluminium Double glazing #2 4/15/ Aluminium Triple glazing #3 4/16/4/16/ Aluminium Triple glazing #4 4/15/4/16/ Aluminium

19 Parigi 2. Il ruolo Orientation: N E W S S without overhangs Without internal gains Double #1 Double #2 Triple #3 Triple #4 With internal gains Double #1 Double #2 Triple #3 Triple #4

20 Il ruolo Parigi Orientation: N E W S S without overhangs Without internal gains Double #1 Double #2 Triple #3 Triple #4 With internal gains Double #1 Double #2 Triple #3 Triple #4 Trend per i fabbisogni di riscaldamento invernale: o diminuiscono all aumentare dell area vetrata per orientazioni diverse da nord(vetri tripli più dei doppi) o eccezioni: o Parigie Milano est/ovest e larghissimesuperficivetrate: o Orientazione sud con apporti interni o Orientazione nord e vetri doppi (o tripli con apporti interni) o I vetritriplisolo la sceltamigliorma solo con altatrasmittanzasolare.

21 Il ruolo Parigi Orientation: N E W S S without overhangs Without internal gains Double #1 Double #2 Triple #3 Triple #4 With internal gains Double #1 Double #2 Triple #3 Triple #4 Trend per i fabbisogni di raffrescamento estivi: o Crescita notevole con l area vetrata o A latitudini inferiori a Milano, i fabbisogni estivi con apporti interni superano quelli invernali o I fabbisogni invernali diminuiscono meno di quanto aumentino gli estivi con l area vetrata o Le vetratetriple con altatrasmittanzasolaresicomportanocome le doppie, mentrela migliore prestazione si ottiene con vetro triplo a bassa trasmittanza solare

22 Il ruolo Parigi Trends per i picchi invernali: o Cresconoleggermentecon l areavetrata; abbastanzacostantiallebasselatitudinie con vetri tripli o Gliapporti internitraslanoverso ilbasso ipicchi o I carichi sono piú sensibili alla temperatura interna e quindi alla trasmittanza termica o I vetritriplisono semprela sceltamigliore Orientation: N E W S S without overhangs Without internal gains Double #1 Double #2 Triple #3 Triple #4 With internal gains Double #1 Double #2 Triple #3 Triple #4

23 Il ruolo Parigi Trends per i picchi estivi: o Dipendenza climatica inferiore di quella dalla superficie vetrata(molto alta) o Vetrate ad alta trasmittanza solare ovviamente hanno un complortamento peggiore e una maggiore sensibilità mentre la trasmittanza termica è ininfluente o Gli apporti interni traslano i picchi o La vetrata tripla a bassa trasmittanza solare é la scelta migliore Orientation: N E W S S without overhangs Without internal gains Double #1 Double #2 Triple #3 Triple #4 With internal gains Double #1 Double #2 Triple #3 Triple #4

24 3. Il sistema vetrato Prestazioni energetiche visive e di comfort termiche di diversi sistemi vetrati e di ombreggiamento Valutazione comparativa per un ufficio di 100 m 2 a Roma (Lat. N ; HDD 18 : 1420 K d CDD 18 : 827 K d) Valutazione di comfort di lungo termine Setpointdi temperature operativa per controllare le condizioni di comfort (Inverno: 1 st Ottobre 31 st Marzo; Estate: 1 st Aprile-30 th Settembre) Valutazione del comfort visivo degli occupanti Uso estensivo della simulazione Analisi fattoriale per quattro caratteristiche (tipo vetrata, dimensioni, orientazione, tipo di schermatura): 96 configurazioni diverse. EnergyPlus 7.1

25 3. Il sistema vetrato Modulo edilizio Caratteristiche Piano singolo pavimento adiabatico(ultimo piano) Area x altezza= 100 m 2 x3 m Involucroopaco(trasmittanza0.45 W m -2 K -1 ) - interno laterizio 0.20 m - isolamento esterno 0.05 m Occupazione: -8:00 a.m. 6:00 p.m. Mo-Fri personem -2 (UNI 10339:1995) Ventilazione: -occupazione= 1.58 ach h -1 -non occupazione= 0.3 ach h -1 Apporti interni(chap ASHRAE HVAC) -occupanti 70 W m -2 : sensibile 75 W; latent portion 55 W -Illuminazione(LPD) 12 W m -2 -Attrezzaturedaufficio131.5 W m -2 Vestiario -inverno 1 clo -estate 0.5 clo

26 3. Il sistema vetrato Modulo edilizio - Valori Location Glazings Window Size Window distribution External shadings Rome: Lat. N ; HDD 18 : 1420 K d CDD 18 : 827 K d DH: U gl = W m -2 K -1 ; SHGC = 0.608; τ d = DL: U gl = W m -2 K -1 ; SHGC = 0.352; τ d = TH: U gl = W m -2 K -1 ; SHGC = 0.575; τ d = TL: U gl = W m -2 K -1 ; SHGC = 0.343; τ d = S1: width = 9; height = 1.5 m; area = 13.5 m 2 S2: width = 9; height = 2.5 m; area = 22.5 m 2 East (E); East + West (E+W) South (S); South + North (S+N) WITHOUT SHADES (WO): - ROLLER SHADE (RS): Roller Shade ρ s = 0.5; τ s = 0.4 BLIND-H (BH): Venetian Blind with high reflectivity slats ρ s = 0.8 BLIND-L (BL): Venetian Blind with low reflectivity slats ρ s = 0.2 E / S E+W / N+S

27 3. Il sistema RESULTS vetrato Rome Winter PMV and Energy Demand

28 3. Il sistema vetrato Rome Winter PMV and Energy Demand

29 3. Il sistema vetrato Rome Summer PMV and Energy Demand

30 3. Il sistema vetrato Rome Summer PMV and Energy Demand

31 3. Il sistema vetrato Rome Hours of visual discomfort and lighting energy needs

32 3. Il sistema vetrato Rome Hours of visual discomfort and lighting energy needs

33 3. Il sistema vetrato Rome Total Primary Energy need