SISTEMI DI CHIUSURA AD ISOLAMENTO DINAMICO
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- Gloria Giovannini
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1 L nvolucro edlzo ventlato e trasparente: parametr sntetc e modell per l calcolo delle prestazon Prof. Lvo Mazzarella L OGGETTO 2 Faccate a doppa lamna, faccate a doppa pelle, faccate doppe, doppo nvolucro, faccate vetrate a doppo strato, faccate fltra acqua, sstem ambental con seconda pelle, faccate ventlate ecc.... COSA SONO? SISTEMI DI CHIUSURA AD ISOLAMENTO DINAMICO
2 A ISOLAMENTO DINAMICO 3 Sstema d chusura vertcale degl edfc n cu vene realzzata una ntercapedne che può essere: Chusa Non v è alcuna portata d ara n NO ngresso; S nstaura un fenomeno d scambo termco per convezone naturale e radazone termca dovuto alla dfferenza d temperatura tra le paret. Aperta E ventlata; s svluppa un fenomeno d scambo termco per convezone e radazone: Naturale Forzata Il moto del fludo è mpresso da mezz meccanc. SI La causa del moto d ara è l suo rscaldamento o raffreddamento a contatto con le paret del canale. LE TIPOLOGIE 4 Sstem murar ventlat: paretodnamc Sstem a secco opach: faccate ventlate
3 LE TIPOLOGIE 5 Sstem a secco trasparent faccate doppa pelle ar exhaust wndow FACCIATA DOPPIA PELLE 6 Faccata contnua Modulo a fnestra Modulo a corrdoo
4 Fredrchs-Carré, Berlno 7 Fredrchs-Carré, Berlno 8 Vsta dal basso della faccata
5 IL FUNZIONAMENTO 9 I sstem d chusura ad solamento dnamco sono caratterzzat da 3 parametr prncpal: l orgne dell ara d ventlazone l tpo d ventlazone la destnazone dell ara d ventlazone SISTEMI OPACHI 0 A B C D A) Parete con ntercapedne solata B) Parete con loop nterno-esterno C) Parete con ntercapedne chusa D) Parete con loop esterno-esterno.
6 SISTEMI TRASPARENTI A) Ventlata naturalmente B) Ventlata meccancamente C) Faccata Attva SISTEMI TRASPARENTI 2 Faccate modular n regme estvo A) Intercapedne chusa B) Naturale Esterno - Esterno C) Meccanca Interno - Interno D) Naturale Esterno Interno E) Mecc. Interno Esterno
7 SISTEMI TRASPARENTI 3 Faccate modular n regme nvernale A) Intercapedne chusa B) Naturale Esterno - Esterno C) Meccanca Interno - Interno D) Naturale Esterno Interno E) Mecc. Interno Esterno Prncp d scambo termco 4 La conduzone termca con generazone nterna
8 Conduzone con generazone nterna σ U 5 In regme stazonaro (la soluzone non dpende dal tempo) e n presenza d generazone nterna d energa termca, σ U [W/m 3 ], l equazone della conduzone monodmensonale è: Τ Φ Α Φ σu = Α L σ U Φ Β 2 d T ( x) 2 dx σ = U λ Τ A h A λ h B e la sorgente nterna corrsponde ad una potenza mmessa par a Τ B Φσ U = A L σ U L x Conduzone con generazone nterna σ U 6 La soluzone è del tpo: con φ = U A con N ( T T ) A A B = U h N B A L + 2λ L σ U 2 σu x T ( x) = + cx + c 2λ Τ Φ Α Φ Β Τ A σ U 2 φ = U B con N ( T T ) B A B = U h + N A B L + 2λ L σ U h A λ h B Τ B N x fattore d rpartzone del flusso L x
9 Conduzone con generazone nterna σ U 7 I due fluss arec possono essere rscrtt come: φ A = φ ( ΔT ) + φ ( σ A U ) Τ φ B = φ ( ΔT ) + φ ( σ B U ) Φ Α Φ Β dove (ΔΤ) ndca la dpendenza dalla dfferenza d temperatura (σ U ) ndca la dpendenza dal termne sorgente d energa Τ A h A σ U λ h B Τ B φ φ ( σ U ) A ( σ U ) D = = N A N φ B σ U φ σ = N U A = N ( σ U L ) ( σ L ) B U L x Complement d scambo termco 8 Scamb termc mst convettvo-radatv e con flusso termco radatvo mposto α e G T,e α G T, E ϕ rd,e ϕ rd, I ϕ cv,e ϕ cv,
10 La temperatura OPERANTE, ϑ op 9 Il flusso scambato da una superfce S con l ambente è: Φ = Φ raccoglendo ed ntroducendo la defnzone d coeffcente msto convettvo-radatvo, h CR Φ h CR, = h S può dentfcare un nuovo potenzale ( ϑ ϑ ) + A h ( ϑ ), cv + Φ, rd = A h cv, S, ar rd, S, ϑ MRL, ( h + h ) ϑ A ( h ϑ + h ) = A ϑ cv, cv, + h rd, rd, S, cv, ar la temperatura OPERANTE rd, MRL, ϑ S ϕ,rd ϕ,cv φ ϑ op, h ϑ + h ϑ cv, ar rd, MRL, = h Φ = A h CR, [ ϑ S, ϑ op, ] CR, Temperatura Sole - Ambente 20 Se è presente un flusso radatvo ad onde corte (Irradanza solare G) assorbto da una superfce s può defnre un nuovo potenzale UNICO: coè [ ϑop, E ϑs, ] + A T, GT Φ = A hcr, α, α T, = A hcr, ϑop, E + GT, ϑs hcr, Φ, ϑ SA ϑ α T, op, E + hcr, G T, ϕ α G T φ,rd φ,cv ϑ S, ( ϑ ) Φ = A h CR, SA ϑ S,
11 Scambo Termco attrav. parete n regme stazonaro La defnzone d Temperatura Operante permette d scrvere lo scambo termco attraverso una parete, soggetta a condzon al contorno convettvo-radatve come: 2 ϑ ϑ op,a ϑ op,a > ϑ op,b Φ Φ h CR,A h CR,B ϑ op,b R Tot ϑ op,a = h RC, A A + AC ϑ op,b + h RC, B A L x Resstenza totale: R conduttva + R superfcal Scambo Termco attrav. parete soleggata OPACA n regme stazonaro 22 Nel caso d parete opaca soggetta ad rradanza solare G, sempre nell potes d regme stazonaro, l flusso complessvamente trasmesso dall esterno verso l nterno rsulta essere : ϑ α G T α G T ϑ op,a > ϑ op,b Φ e Φ Φ ϑ op,a Φ e h CR,A h CR,B ϑ op,b R Tot ϑ op,a = h RC, A A + AC ϑ op,b + h RC, B A L x Φ = A U U ( ϑop, e ϑop, ) + A α s GTot h CR, e
12 Scambo Termco attrav. parete soleggata TRASPARENTE n regme stazonaro 23 Nel caso d parete trasparente soggetta ad rradanza solare,... + λ Scambo Termco attrav. parete soleggata TRASPARENTE n regme stazonaro 24 Nel caso d parete trasparente soggetta ad rradanza solare G,... σ U s α L G Tot se L è suffcentemente pccolo, l assorbmento s può consderare unformemente dstrbuto ϑ Φ Α Φ Β ϑ A σ U h A λ h B ϑ B L x
13 Scambo Termco attrav. parete soleggata TRASPARENTE n regme stazonaro 25 Nel caso d parete trasparente soggetta ad rradanza solare, sempre nell potes d regme stazonaro, l flusso termco trasmesso dall esterno verso l nterno rsulta essere : Φ T, entrante = A U ( ϑoe ϑoi ) + A N I α s GTot con, per l vetro semplce, N I = U hcr, e + s 2λ fattore d rpartzone Sstema trasparente: equvalenza termca 26 S può verfcare che, per fluss scambat alla superfce, sussste la seguente analoga elettrca: ϑ Φ Α σ U Φ Β s α L G Tot Φ e α G T ϑ op,a > ϑ op,b Φ ϑ A h A σ U λ h B ϑ B R Tot ϑ op,a = h RC, A R cd /2 R cd /2 A ϑ op,b L + + Aλ h RC, B A L x Φ = A U h ( ϑoe ϑoi ) + AU + α s GTot CR, e L 2λ
14 Sstem compost da pù lastre 27 Per rsolvere l problema relatvo al calcolo del flusso termco trasmesso n un sstema a lastre multple è suffcente consderare una rete elettrca con bpol equvalent per le lastre con assorbmento della radazone solare. Il flusso è dato sempre da: Φ = A U ϑ ϑ + A N α G ( OE OI ) I s Tot con N I funzone delle propretà dell ntero pacchetto vetrato α est G T α nt G T R rd R se R cde R cd R s R cv 2 ϑ OE ϑ se ϑ s ϑ OI ϕ ext ϕ nt Scambo Termco attrav. parete soleggata TRASPARENTE n regme stazonaro 28 Nel caso d parete trasparente soggetta ad rradanza solare, sempre nell potes d regme stazonaro, l flusso energetco totale trasmesso dall esterno verso l nterno rsulta allora essere : Φ ET, entrante = A U ϑ, ( ϑop, e op ) + A gt GTot θ ρ α τ Φ ET con g T ( θ ) = [ τ ( θ ) + N α ( θ )] T I T Φ T,e Φ T, coeffcente d trasmssone solare globale ϑ op,e ϑ op,
15 Modell per faccate ventlate 29 Modell d calcolo per l anals l delle prestazon delle faccate ventlate Modell possbl 30 I possbl modell per l anals delle prestazon delle faccate ventlate sono, n ordne d complesstà decrescente: Modell termofludodnamc dettaglat che rsolvono le equazon d campo per le equazon d conservazone (contnutà, quanttà d moto, energa) nseme con le equazon fenomenologche (legg d Fourer, d Stefan- Boltzmann, costtutve del fludo e del soldo ecc.) Modell semplfcat ntegral e/o a parametr concentrat sa per l fludo sa per l soldo: non capactv (potes stato quas stazonaro) capactv
16 Modell termofludodnamc dettaglat 3 Important per la loro capactà d defnre n modo dettaglato l moto del fludo nel canale (sa n convezone naturale che forzata) e qund lo scambo termco che questo ha con le superfc. Tpologe d moto nel canale 32 Caso ) Canale con flusso termco ascendente (T ae <T w (-) <T w (+) ) y =3.0m y =2.5m y =.5m y =0.5m y =0.0m T ae 0 T ae 0 y T ae 0 T ae T ae Cam po d tem peratura del fludo ξ= x/a C a m p o d v e l o c t à del fludo
17 Tpologe d moto nel canale 33 Caso 2) Canale con rcrcolo nterno d massa (T w (-) <T ae <T w (+) ) y =3.0 my =2.5 my =.5 my =0.5 my =0.0 m Tw (+) Tw (-) 0 0 T ae T ae y T ae 0 0 T ae T ae 0 0 C a m p o d v e l o c t à d e l Cam po d tem peratura flu d o d e l f l u d o ξ=x /A Tpologe d moto nel canale 34 Caso 3) Canale con doppa crcolazone d massa lungo le paret (T w (-) <T ae <T w (+) ) y =3.0m y =2.5m y =.5m y =0.5m y =0.0m T T Tw (+) Tw (-) T y ae T 0 0 C a m p o d v e lo c tà d e l flu d o ξ=x /A Cam po d tem peratura del fludo I cas 2) e 3) non sono analzzabl con strument semplfcat; per questa ragone la rcerca è tesa a caratterzzare quest cas e svluppare modell semplfcat adeguat per descrverl
18 Schema rassuntvo Schema rassuntvo de modell d canale e delle procedure utlzzate per l calcolo degl hcv T <T w,med 35 T w c T w f Fgura 0 Schem a d funzonam ento del canale - Canale unco - h -> Elenbaas cv T w c - Canale unco - h -> Aung cv T w f T w c T w f T w c - Canale unco - Effetto rcrcolo: - Canale doppo perdte d carco d - h -> Aung modfcato cv ngresso e uscta - h -> Aung modfcato cv T w f T w c - Canale doppo - h -> Aung modfcato cv T w f Le aperture d ngresso / uscta 36 La poszone della dmensone delle aperture d ngresso e d uscta dell ara nel canale possono nfluenzare sgnfcatvamente lo svluppo de profl d veloctà e qund lo scambo termco. S assste sovente alla formazone d zone d depressone nella parte nferore della sezone d sbocco con la formazone d fluss dscendent rasent la superfce pù fredda del canale (comportamento tpcamente nvernale)
19 Anals dnamca tramte programm CFD 37 Valutazone d Fattor d rsposta come rfermento per l comportamento de component edlz n regme varable AMBIENTE ESTERNO AMBIENTE INTERNO Faccata attva (ventlazone nterna) Portate d ara:0; 0;20;40;60 kg/h Faccata nterattva (ventlazone esterna) Portate d ara:0; 05 kg/h Doppo vetro pesante Da - CARATTERISTICHE DINAMICHE DELLE FACCIATEA DOPPIA PELLE Alessandra De Angels *, Onoro Saro - Unverstà d Udne Fattor d rsposta 38 Per descrvere la rsposta dnamca del sstema vengono utlzzat fattor d rsposta defnt come: n partcolare: effetto FR = = causa flusso termco areco sollectazone mpulsva X = fattore d rsposta relatvo al flusso termco sulla superfce esterna Y = fattore d rsposta relatvo al flusso termco sulla superfce nterna
20 Faccata con ventlazone nterna 39 ( faccata attva ) attva c 0 m X ore X Y T Faccata attva per dverse portate 40 attva c 0 m Y (W/mqK) Y(0) Y(20) Y(40) Y(60) T ore
21 Faccata attva per dverse portate Y; q 0.6 (W/mqK) 0.4 attva c 0 m 0-60 Y(0) Y(20) Y(40) Y(60) q(dv) Y(0) T ore 0.0 Faccata attva al varare del flusso 42 attva c 0 m Y; q 0.6 (W/mqK) Y(0) Y(20) Y(40) Y(60) q(0) q(dv) Y(0) ore T q(0) q(20) q(40) q(60)
22 Faccata nterattva 43 Y (W/mqK) nterattva c 0 m 0-05 Y(0) Y(05) q(05)var T ore Faccata nterattva 44 T uscta canale Y 0.6 (W/mqK) 0.4 T T_u(05) T_u(0)attva ore
23 Consderazon sugl effett dnamc 45 Il rtardo temporale tra causa ed effetto non supera ma le due ore. D conseguenza per un anals energetca su un arco d tempo sgnfcatvo (la stagone, l anno) l effetto d tale rtardo sulla stma de consum d energa prmara non è mportante. Per modell fnalzzat alla stma del fabbsogno energetco non s commette un errore sgnfcatvo se s usa l potes dello stato quas stazonaro. Modell semplfcato: IPOTESI 46 Stato quas stazonaro o capactà concentrata nel vetro Flusso termco scambato per conduzone monodmensonale e dretto come l gradente termco prevalente. Scambo termco convettvo tra fludo che s muove nel canale, schermo e parete, valutato n forma ntegrale. Sotto tal potes la conduzone termca e le sue condzon al contorno, così come la convezone e l rraggamento nel canale, possono essere descrtte n termn d resstenze termche equvalent e eventualmente capactà concentrate.
24 Modell semplfcat 47 La faccata è dscretzzata lungo la drezone vertcale y n n canal n sere per ognuno de qual vengono scrtte le equazon d scambo termco e conservazone d massa e energa. Il flusso termco vene consderato monodmensonale e dretto lungo l asse x. Y x Ogn pannello vetrato può essere modellato: usando uno schema a parametr concentrat (rete R-C) applcando l potes d stato quas stazonaro (semplce rete R) Schema fsco 48 I refl. I refl.
25 Modello conduttvo 49 Ipotes monodmensonale Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno q ρ c = T T T T x y z λ λ t 2 T x 2 q sol sol ρ c T + = λ λ t Q& m c T T & ent (, outlet ) ent = & p a, outlet a, nlet, nlet Schema R-C 50 Q& = Q& + Q& Q & + s, n cond, n sol, n cond, n T R + R R + R C = ( T T ) ( T T ) + Q& t 2 2 n n n n n+ n n n n n+ soln, t Tn Tn Tn + Tn Tn= + + Q& soln, dt C 0 n Rleft Rrght Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno
26 Flusso radatvo al onde lunghe Superfce verso l esterno Q& r, e = A So Fa ( TS o Ta, ext ) + Fsky ( TS o Tsky ) Superfce verso l nterno tra due pannell d vetro Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno σε 4 4 ( ) Q& = A σε T T r, S 3 S 3 a,nt Q& = A σ T T + ε ε 4 4 ( ) rx, _ y x y x y Temperatura dell ara all nterno del canale 52 Temperature smulate e msurate 40,00 Tara_sm_nf Tara_ms_60 38,00 36,00 Tara_sm_med Tara_sm_sup Tara_ms_20 Tara_ms_80 2,5 C Temperatura [ C] 34,00 32,00 30,00 28,00 4,3 C 3,5 C 26,00 24,00 22,00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 0:00 :00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 20:00 Ora Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno
27 Temperatura dell ara n uscta 53 40,00 38,00 Tara_outlet_sm Tara_outlet_ms Temperature smulate e msurate 36,00 Temperatura [ C] 34,00 32,00 30,00 28,00 26,00 24,00 22,00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 0:00 :00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 20:00 Ora Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno Temperatura del vetro nterno sup. nterna 54 40,00 38,00 36,00 Temperature smulate e msurate Tv_nt_sm_nf Tv_nt_ms_60 Tv_nt_sm_med Tv_nt_ms_20 Tv_nt_sm_sup Tv_nt_ms_80 Temperatura [ C] 34,00 32,00 30,00 28,00 26,00 24,00 22,00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 0:00 :00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 20:00 Ora Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno
28 Flusso netto entrante nell ambente 55 00,00 90,00 80,00 70,00 Qtot_sm_nf Qtot_sm_med Qtot_sm_sup Fluss smulat e msurat Qtot_ms_60 Qtot_ms_20 Qtot_ms_80 Fluss [W/m 2 ] 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 0,00 0,00-0,00-20,00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 0:00 :00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 20:00 Ora Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno MODELLI NON CAPACITIVI 56 αg T Parete opaca ventlata R rd R se R cde R cd R s R cv R cv 2 ϑ ope ϑ se ϑ s ϑ op ϑ nt ϕ ext ϑ f ϕ nt Parete trasparente ventlata α est G T R rd α nt G T R cde R se R cd R s R cv R cv 2 ϑ ope ϑ se ϑ op ϑ nt ϑ s ϕ ext ϑ f ϕ nt
29 MODELLI NON CAPACITIVI 57 Parete trasparente con canale ventlato n convezone naturale α est G T α nt G T R rd R se R cde R cd R s R cv R cv 2 ϑ ope ϑ se ϑ op ϑ s ϕ ext ϑ f ϕ nt MODELLO CANALE approcco ntegrale 58 Modello ntegrale per l canale ventlato analogo a EN per la deduzone della temperatura meda dell ara nel canale e all uscta [ hcv ( Ts T a( z)) + hcv2( Ts 2 T a( z))] L dz = = LS vρ cp(t a( z + dz) T a( z)) T a(0) = Tn 0 < z < H h T cv s cv2 s2 s kz hcv + hcv2 a z) = Ts + ( Tn Ts ) e ( hcv + hcv2) T ( k T + h Svρc p T
30 MODELLO - rete termca per l monocanale 59 In molte condzon d funzonamento l rapporto Gr/Re 2 segnala mportanza d meccansm d convezone naturale Impego d coeffcent d scambo superfcale n convezone msta: Caso A del canale stretto, n cu gl strat lmte sono accoppat (Ra S S/H <) => estensone delle correlazon d Elenbaas e Aung h ( nat, E A) cv = h ( E A) cv Ts T T < T Caso B del canale largo (Ra S S/H >) => correlazon d Churchll and Chu n forzata e d Bejam n naturale. ( mx) ( for) 3 Nu H = (( NuH ) + s ( Nu n a ) ) > ( nat) 3 /3 H ϕ R se R V T s R rd <T a > T s2 R cde R cd R s ϕv ( < T > T a R cv R cv2 R V ϕ v n m& n = ) S H ϕ 2 vρc p ( Tout Tn) ( < T > T ) a n MODELLO - rete termca per l bcanale 60 H ϕ m& n m& n2 ϕ 2 ϕ 3 T ope T op R V R V2 T n I due canal ventlat sono separat dal dspostvo schermate (tenda o venezana)
31 MODELLO rsoluzone della rete termca 6 Rete equvalente dopo trasformazone trangolo -> stella... Metodo d rsoluzone esplcto con parttor d corrente per fluss mpost e terazone sulle resstenze dpendent delle temperature (T s, T s2 ) ϕ ϕ 2 ϕ 3 Tope Rse R*, T* R*,2 R* 2, T* 2 R* 2,2 Rs Top ϕ o ext R*,3 R* 2,3 ϕ o nt ϕ ext ϕ nt ϕ v ϕ 0 v Rv ϕ v2 ϕ 0 v2 Rv2 Tn Implementazone n TRANSYS 62 θ f Int_can Q term θ ope θ op Q sold m& TYPE8 Modello d chusura vertcale trasparente ventlata Q solt L G dr Q c G dff θ θ out
32 VALIDAZIONE dat e apparato spermentale 63 4AB Msurazon n cella TWINS: termocoppe per temperatura dell ara n ngresso, all nterno e n uscta al canale ventlato; termocoppe per la temperatura superfcale delle paret vetrate e dello schermo; termocoppe per la msura della temperatura dell ara n var punt della cella; termoflussmetr per la msura de fluss termc sulla facca nterna delle superfc vetrate; un daframma calbrato per la portata d ara estratta dal canale; sensor per prncpal parametr clmatc estern (temperatura dell ara, rradanza globale sul pano vertcale). 9B 3B 0B 2B Indoor B 20B - 6B - 5B 9B, - 4B 8B 26B 25B 32B 3B 30B 24B 8B 38B 29B 35B - 7B 37B 28B 34B 33B 36B 27B 23B 22B 5AB 2B Outdoor 7B VALIDAZIONE dat e apparato spermentale 64 4AB Elaborazone de dat: Mede sulle temperature superfcal e sulle temperature dell ara dentro l canale e fuor. Scomposzone dell rradanza solare n dretta e dffusa (mpego della correlazone semplfcata d Rendlt basata sul clearness ndex oraro; 3B 20B - 6B - 5B 26B 32B 8B 38B 29B 35B - 7B 23B Outdoor 9B 0B B 9B, 25B 37B 28B 22B Scherm e portate d ventlazone: Tenda a rullo n PVC esternamente rflettente Portata costante 56 m 3 /h Venezana mcroforata n allumno con alette a 45 Portata su due lvell m 3 /h 2B Indoor - 4B 8B 3B 30B 24B 34B 33B 36B 27B 5AB 2B 7B
33 RISULTATI FDP con tenda a rullo 65 T ( C) Ta uscta msurata Ts msurata Ta uscta smulata Ts smulata tempo (h) RISULTATI FDP con venezana 66 T ( C) Ta uscta msurata Ts msurata Ta uscta smulata Ts smulata tempo (h)
34 RISULTATI Integrazone gornalera 67 Q Q V nt = = 24 = 24 = Q Q V, nt, = 24 = = 24 = m& c h I p (T A(T out, SI, T T n, OI, ) Δt ) Δt (Q V,ms -Q V,sm )/ Q V,ms (Q nt,ms -Q nt,sm )/ Q nt,ms Tenda Venezana Tenda Venezana Gorno Gorno 2 Gorno 3 4% 4% 8% 2% 22% % 0% 2% % 7% 7% 3% RISULTATI senstvtà a coeffcent d scambo convettvo 68 msura smulazone convez. msta canale stretto smulazone convez. forzata smulazone convez msta canale ampo Ta uscta canale ( C) tempo (h)
35 IMPLEMENTAZIONE Correzone per la temperatura d ngresso 69 mc & ( T p n T a, nt T ( C) ) = A f, nt + A U f, ext f,nt U h T ( f,ext ext n + T α 2 a, nt f, ext G T tot, v op ) + A f, ext U f,ext T ( b 2 ( θ ) + LS( sen( θ ) τ ( θ ) G n + T a,nt b, v T ope ) + d ( θ ) + τ G d, v ( θ )) tempo (h) Ta nterna Ta ngresso msurata Ta ngresso smulata ANALISI SEMPLIFICATA 70 Anals semplfcata per l sstema opaco: da ϕ nt = U V * ( ϑ ϑ ) + N α G + ΔU ( ϑ ϑ ) ope op est T V f op per ϑ = ϑ oppure ϑ = ϑ ope f op f l flusso termco entrante può essere espresso come * = U +ΔU + N G ϕ nt con ( ) ( ϑ ϑ ) V V ope ( UV +ΔUV ) = Ueq op α est T
36 ANALISI SEMPLIFICATA 7 Trasmttanza della parete ventlata U V e ncremento d trasmttanza ΔU V legata alla dfferenza d temperatura tra fludo crcolante e ambente nterno. U V = R * e + R y + R * + * Re R R y * R R y x 2 R R x y ΔU V = U V C R * e ( R + R ) y R y x R + R cv,nt y R x * U N I = h V e ANALISI SEMPLIFICATA 72 R * e resstenza termca tra l ambente esterno e la superfce nterna (lato esterno) dell ntercapedne ventlata n m 2 K/W R * resstenza termca tra l ambente nterno e la superfce nterna (lato nterno) dell ntercapedne ventlata n m 2 K/W R cv,nt resstenza termca convettva tra la superfce nterna dell ntercapedne ventlata e l ara n m 2 K/W R rd,nt resstenza termca radatva tra le superfc nterne dell ntercapedne ventlata n m 2 K/W R R C C x = = R R cv,nt R + C R rd,nt R rd,nt y Rcv,nt + 2 A hnt m& c p = e 2 = C 2 2 cv,nt R rd,nt cv,nt ( C2 ) Rrd,nt m& c 2A h p nt
37 RISULTATI - 73 Varazone della trasmttanza termca equvalente n funzone del verso del flusso d ventlazone e della portata areca, rspetto al caso con ntercapedne chusa Incremento d trasmttanza [%] 20% 00% 80% 60% 40% 20% 0% Incremento % d trasmttanza termca Verso ara: Esterno-Interno o Esterno-Esterno U(0) Inv =.2 W/(m²K) Invernale ( ) Estvo ( ) U(0) Est =.6 W/(m²K) Portata Areca [kg/(s m²)] Incremento d trasmttanza [%] 0% -20% -40% -60% -80% -00% -20% Incremento % d trasmttanza termca Verso ara: Interno-Esterno U(0) Inv =.2 W/(m²K) Invernale ( ) Estvo ( ) U(0) Est =.6 W/(m²K) Portata Areca [kg/(s m²)] RISULTATI Varazone del Fattore d rpartzone della radazone solare n funzone del verso del flusso d ventlazone e della portata areca, rspetto al caso con ntercapedne chusa Incremento Fattore Rpartz. [%] 0% -20% -40% -60% -80% -00% -20% Incremento % del Fattore d Rpartzone Verso ara: Esterno-Interno o Esterno-Esterno N(0) Inv = N(0) Est = Invernale ( ) Estvo ( ) Portata Areca [kg/(s m²)] Incremento Fattore Rpartz. [%] 0% -20% -40% -60% -80% -00% -20% Incremento % del Fattore d Rpartzone Verso ara: Interno-Esterno N(0) Inv = N(0) Est = Invernale ( ) Estvo ( ) Portata Areca [kg/(s m²)]
38 RISULTATI Varazone della temperatura superfcale nterna n funzone del verso del flusso d ventlazone e della portata areca, rspetto al caso con ntercapedne chusa Incremento Fattore Rpartz. [%] 0% 5% 0% -5% -0% -5% -20% -25% -30% Incremento % del Temperatura superf. nterna Verso ara: Esterno-Interno o Esterno-Esterno T(0) Inv = 6.4 C T(0) Est = 27.4 C Invernale ( ) Estvo ( ) Portata Areca [kg/(s m²)] Incremento Fattore Rpartz. [%] 25% 20% 5% 0% 5% 0% -5% -0% Incremento % del Temperatura superf. nterna Verso ara: Interno-Esterno T(0) Inv = 6.4 C T(0) Est = 27.4 C Invernale ( ) Estvo ( ) Portata Areca [kg/(s m²)] RISULTATI Varazone della temperatura superfcale nterna n funzone del verso del flusso d ventlazone e della portata areca n presenza d 600 W/m 2 d rradanza solare assorb., rspetto al caso con ntercapedne chusa Incremento Fattore Rpartz. [%] 0% -5% -0% -5% -20% -25% -30% Incremento % del Temperatura superf. nterna Verso ara: Esterno-Interno o Esterno-Esterno T(0) Inv = 6.4 C T(0) Est = 27.4 C αg = 600 W/m² Invernale ( ) Estvo ( ) Portata Areca [kg/(s m²)] Incremento Fattore Rpartz. [%] 25% 20% 5% 0% 5% 0% -5% -0% -5% -20% Incremento % del Temperatura superf. nterna Verso ara: Interno-Esterno T(0) Inv = 6.4 C T(0) Est = 27.4 C Invernale ( ) Estvo ( ) αg = 600 W/m² Portata Areca [kg/(s m²)]
39 SISTEMA TRASPARENTE: PROGRAMMA DI CALCOLO 77 I modell d ret equvalent vst n precedenza sono stat mplementat n un programma d calcolo scrtto n Fortran e sullo stle d TYPE d TRNSYS. programma d smulazone dnamca per lo studo dell'energa solare e del sstema edfco-mpanto Le temperature superfcal delle paret del canale non sono note, ma devono essere determnate consderando le condzon al contorno qual la temperatura operante nterna ed esterna, l rradanza solare e la portata d ara che entra nel canale. Poché l problema rsulta essere accoppato non lneare (nterdpendenza tra temperature superfcal e fluss termc), creazone d un loop d convergenza. DATI IN INGRESSO 78 Condzon clmatche al contorno Caratterstche geometrche della tpologa d faccata Propretà termche ed ottche degl element costtuent Il programma WINDOW4. è stato usato per calcolare α(θ) e τ(θ) delle lastre al varare d 0 dell angolo d ncdenza θ della radazone solare ed n presenza d multple rflesson. Per θ non multpl d 0, nterpolazone con Splne.
40 SISTEMI TRASPARENTI 79 Admnstraton buldng Educaton buldng m m 0.75 m Da 2.7 a 3.6 m (modulo d 0.3 m) con nterpano 3.6 m 4.2 m con nterpano 5.2 m m Tpo D Tpo AB Tpo C Senza schermo nterno: τ = α ext = α nt = Senza schermo nterno: τ = α ext = 0.37 α nt = 0.08 Senza schermo nterno: τ = α ext = α nt = Con schermo nterno: τ = α ext = α nt = α shd = 0.87 Convezone forzata o naturale Con schermo nterno: τ = α ext = α nt = α shd = 0.22 Convezone forzata o naturale Con schermo nterno: τ = α ext = α nt = α shd = Traggo naturale RISULTATI 80 ora Theta_ope Theta_sext Theta_se Theta_m Theta_t Theta_t2 Theta_m2 Theta_s Theta_snt Theta_op Theta_out Theta_out2 [h] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] Tpo D con schermo, estate, L=2.7 m, b=0. m, m=80 mc/hm, nord [ C] 40 [W] Qterm [W] f_op [W] Qtot [W] Tpo D con schermo, estate, L=2.7 m, b=0. m, m=80 mc/hm, nord ora [h] Theta_ope Theta_sext Theta_se Theta_m Theta_t Theta_t2 Theta_m2 Theta_s Theta_snt Theta_op Qterm f_op Qtot ora [h]
41 INDICATORI SINTETICI 8 Trasmttanza equvalente U eq U eq nog ϕtot = ϑ ϑ ope op Shadng coeffcent SC SC = SHG SHG ref ( ϑ ) ( ϑ ) Temperatura del fludo n uscta da canale e sua escursone gornalera θ out, Δθ out Temperatura superfcale nterna della parete e sua escursone gornalera θ s,nt, Δθ s,nt con SHG= ϕ nt + ϑ out = KL KL ( e ) ϑ + ( e ) con ϑ + s, nt = ϑop ϕnt f b K = ( τ G + τ G ) U( ϑ ϑ ) b b R s d h d cv ( h h ) + cv mc & p cv2 ϑ h w cv + + ope h h cv2 cv2 ϑ op w2 DIPENDENZA DALLA POSIZIONE DEL DOPPIO VETRO 82 Dslocando l doppo vetro sul lato nterno maggore rradanza ncdente e assorbmento termco sulla lastra nterna Remssone d energa termca nell ambente abtato e aumento d θ s,nt Aumento d 0.4 C d θ s,nt e d.4 C d escursone gornalera Peggoramento portata = 80 m 3 /hm spessore canale = 0.25 m Stagone e Doppo nt Doppo ext orentamento θ s,nt Δθ s,nt θ s,nt Δθ s,nt Summer Wnter Nord Est Sud Ovest Nord Est Sud Ovest Mgloramento Aumento d 0. C d θ s,nt e d 0.4 C d escursone gornalera
42 DIPENDENZA DALLA PORTATA 83 Ueq [W/mqK] Aumentando la portata d ara n ngresso nel canale cresce l numero d Reynolds s amplfcano gl scamb convettv. asportazone d calore n estate e cessone d calore n nverno Mlano: θ n,summer=26 C θ n,wnter=20 C Mlano: θ n,summer = 26 C θ n,wnter =20 C Theta_ope Theta_sext Theta_s Theta_m Theta_se Theta_snt Theta_op estate nverno Portata [mc/hm] m=80 mc/h m=0 mc/h temperature lungo x All ncrementare della portata, decresce l delta termco sulla lastra nterna. SC Mlano: θ n,summer=26 C θ n,wnter=20 C estate nverno 0.42 Portata [mc/hm] S rduce l flusso termco entrante S rducono U eq e SC DIPENDENZA DALLA PORTATA θ s 84 Aumentando la portata rduzone del delta termco della lastra nterna. La temperatura superfcale nterna della lastra nterna θ s,nt : Dmnusce n estate Aumenta n nverno Maggor comfort termco all nterno dell ambente abtato θs,nt [ C] Mlano: θ n,summer =26 C θ n,wnter =20 C estate nverno Portata [mc/hm] Per gl stess motv, all aumentare dello spessore del canale, a partà d portata, s svluppano gl effett contrar a quell sopra descrtt: cresce la termotrasmttanza equvalente U eq ; aumenta lo shadng coeffcent SC; dmnusce o aumenta la temperatura superfcale della parete nterna θ s,nt a seconda della stagone.
43 DIPENDENZA DALLA ESPOSIZIONE θ s 85 O Mlano Lnate estate: θs, nt [ C] N E 0 mc/hm 20 mc/hm 40 mc/hm 80 mc/hm O Mlano Lnate nverno: θs, nt [ C] N E 0 mc/hm 20 mc/hm 40 mc/hm 80 mc/hm S S a nord pesa meno l rradanza dretta θ s,nt mnma a ovest, oltre ad esserc una rlevante rradanza, la temperatura operante esterna raggunge l suo apce θ s,nt massma a nord non v è ma rradanza dretta θ s,nt mnma a sud nsste la maggor rradanza totale sulle 24 ore θ s,nt massma INFLUENZA DELLO SCHERMO 86 θ s,nt [ C] Con schermo portata [mc/hm] Estate 2.7 m alt. θ s,nt [ C] Con schermo portata [mc/hm] Inverno 2.7 m alt. Inserendo uno schermo nel canale aumenta la resstenza termca del sstema Forte dmnuzone della termotrasmttanza equvalente U eq Aumento drastca rduzone degl scamb della quota radatv rradanza schermo-parete solare trasmessa nterna dalla faccata crescta d θ s,nt! Abbattmento dello shadng coeffcent SC
44 DIPENDENZA DALLA ALTEZZA DEL CANALE 87 θs,nt θ snt [ C] Con schermo Estate 2.7 m alt. 3 m alt. 3.3 m alt. 3.6 m alt. θs,nt θ snt [ C] Con schermo Inverno 2.7 m alt. 3 m alt. 3.3 m alt. 3.6 m alt portata [mc/hm] portata [mc/hm] 3 Allungando l canale dmnusce l valore medo del numero d Nusselt: decresce h cv s amplfcano U eq e SC θ s,nt aumenta n estate e dmnusce n nverno dscomfort termco L ARIA NEL CANALE 88 Q c [W/m] ESTATE INVERNO -00 Portata [m³/h/m] L=2.7 m L=3.0 m L=3.3 m L=3.6 m S 8 "" S 4 S 6 Q tr [W/m] INVERNO ESTATE Portata [m³/h/m] L=2.7 m L=3.0 m L=3.3 m L=3.6 m S 8 "" S 4 S 6 Maggorando la massa d ara n ngresso nel canale: mgloro θ s,nt ; aumento la potenza d ventlazone; Q tr + η Q c [W/m] INVERNO ESTATE Portata [m³/h/m] η = L=2.7 m L=3.0 m L=3.3 m L=3.6 m S 8 "" S 4 S 6 ncremento la potenza termca che l mpanto deve fornre per la conservazone delle condzon clmatche nterne.
45 SISTEMA CON TIRAGGIO NATURALE 89 [ C] tpo C con schermo, estate, L=26 m, nord ovest Theta_ope Theta_sext Theta_se Theta_m Theta_t Theta_t2 Theta_m2 Theta_s Theta_snt Theta_op ora [h] La temperatura della superfce vetrata a contatto con l ambente abtato è ELEVATA: pù d 29 C. SISTEMA CON TIRAGGIO NATURALE 90 Tpologa d faccata U eq SC θ sn Δθ sn e perodo W/m 2 K - C C chusa senza schermo Estate Inverno con schemo Estate Inverno n estate prestazon energetche d poco ma peggor d un analoga faccata n cu s mantenga chusa l ntercapedne d nverno s ha un debole mgloramento dovuto al maggor guadagno solare del vetro pù nterno Il benessere termco rsulta basso: θ s alta n estate, bassa n nverno.
46 CONCLUSIONI 9 I sstem d chusura vertcal ventlat sono : fortemente dpendent dalle condzon clmatche del sto n cu s realzza l edfco; fortemente dpendent dalle stratege d ventlazone adottate oltre che dalle stesse tecnologe; hanno spesso prestazon anttetche tra estate ed nverno, coè soluzon che portano ad avere de vantagg n una stagone, possono procurare degl svantagg nell altra. CONCLUSIONI 92 ne consegue che occorre progettare accuratamente e con strument adeguat
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