UNIVERSITA DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI ARCHITETTURA TECNICA

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI ARCHITETTURA TECNICA L ENERGETICA DEGLI EDIFICI E LA PROGETTAZIONE SOSTENIBILE ing. aniello camarca aniello.camarca@ia2.it

2 NELLA PRECEDENTE LEZIONE

3 Oltre all energia termica dispersa attraverso l involucro opaco, gli edifici disperdono calore per: - Superfici vetrate - Ponti termici - Ventilazione

4 RISCALDAMENTO (nella scorsa lezione) Riprendiamo la nostra stanza della lezione precedente. CASO 1 EDIFICIO NON ISOLATO Dispersione attraverso l involucro oparo: 1183 W (39W/mc) CASO 2 EDIFICIO ISOLATO Dispersione attraverso l involucro oparo: 348W (12W/mc)

5 RISCALDAMENTO: DISPERSIONE ATTRAVERSO I VETRI Caso 1: Finestra 1,5x1m in vetro singolo e telaio in alluminio tradizionale Uw = 5,88 W/m2 K Potenza= 5,88x1,5xDT= 194W Caso 2: Finestra 1,5x1m in vetrocamera e telaio in alluminio a taglio termico Uw = 3,09 W/m2 K Potenza= 3,09x1,5xDT= 102W Caso 3: Finestra 1,5x1m in vetrocamera basso-emissiva, telaio in legno. Uw = 1,77 W/m2 K Potenza= 1,77x1,5xDT= 58W

6 RISCALDAMENTO: TELAI E VETROCAMERE

7 RISCALDAMENTO: VENTILAZIONE La ventilazione corretta degli ambienti è fondamentale per garantire il ricambio d aria. Negli ambienti indoor abitati, infatti, si accumulano CO2, composti organici volatili, vapori, polveri e muffe. Negli edifici storici, le infiltrazioni d aria attraverso le finestre garantivano il minomo ricambio d aria. Negli edifici nuovi, è invece necessario garantire la qualità dell aria.

8 RISCALDAMENTO: VENTILAZIONE La normativa UNI 10339:2006 «Impianti aeraulici ai fini del benessere» definisce per le varie categorie d edificio il valore di occupazione (persone/mq) e la relativa portata minima di rinnovo aria da garantire. Per alcuni locali, invece, è prescritta la portata di estrazione (cucine, wc, spogliatoi, etc). Per le abitazioni, si consiglia un tasso di rinnovo aria pari a 0,5 vol/h. Ossia, ogni ora, va assicurato un ricambio d aria all interno di un abitazione pari alla metà del suo volume. Generalmente, nelle nostre case, la ventilazione è ottenuta per apertura delle finestre.

9 RISCALDAMENTO: ESEMPIO DI CALCOLO Torniamo alla nostra stanza. Il tasso di rinnovo aria consigliato è pari a: Q = 2,00x5,00x3,00 / 2 = 15 mc / h Questo ricambio d aria avviene con aria esterna (Te= 2 C). Questa aria esterna va riscaldata. La potenza necessaria a riscaldare l aria è pari a: P [W] = Q[mc/s] x m [kg/mc] x c p [J/kg K] x (T est T man d) [ K] P [W] = 15/3600 x 1000 x 1,2 x (20-2) = 113W

10 RISCALDAMENTO: VENTILAZIONE Come possiamo ridurre il consumo energetico per ventilazione? Possiamo ridurre la quantità d aria di rinnovo? No, perché ridurremmo la qualità dell aria interna. La soluzione è rappresentata da un impianto meccanico di ventilazione meccanica a recupero di calore.

11 RISCALDAMENTO: VENTILAZIONE Un impianto di VMC è costituito da una serie di canali che trasportano l aria, da bocchette di diffusione e griglie o valvole di aspirazione dell aria, da un torrino di presa aria di rinnovo ed uno di espulsione ma, soprattutto, da una Recuperatore di Calore. Esso è costituito da: - Sezioni di filtrazione aria - Ventilatori per la movimentazione dell aria - Sezione di recupero calore Il recupero di calore consiste nel trasferimento di parte del calore contenuto nell aria viziata all aria di rinnovo.

12 RISCALDAMENTO: VENTILAZIONE Un recuperatore di calore permette di ridurre dal 50% fino al 90% la perdita energetica per ventilazione. Il rendimento di un recuperatore di calore è determinato con la seguente relazione contenuta nell ASHRAE Standard '84: η= Wi (Xiu-Xii) / Wmin(Xei-Xii) Esistono diverse tecnologie di recuperatore, ciascuno con le sue caratteristiche e con il relativo rendimento.

13 RISCALDAMENTO: PONTI TERMICI DEFINIZIONE: Il ponte termico è quella zona locale limitata dell'involucro edilizio che rappresenta una densità di flusso termico maggiore rispetto agli elementi costruttivi adiacenti. Cause: - Disomogeneità geometrica (spigoli dei fabbricati o differenze di spessore nell involucro) - Disomogeneità materica (pilastri in cls, serramenti) Tipologie: - Ponti termici lineari (travi, balconi, cordoli) - Ponti termici puntuali (chiodi, travi a sbalzo)

14 RISCALDAMENTO: PONTI TERMICI I ponti termici sono responsabili della formazione di muffe e condensazioni superficiali. Inoltre, determinando il raffreddamento della superficie, possono dar vita a fenomeni di discomfort. Negli edifici tradizionali, i ponti termici sono responsabili fino al 30% del consumo energetico. IMPORTANTE: i ponti termici non si possono annullare, ma solo attenuare e ricondurli a valori minimi, tali da non determinare criticità per gli edifici.

15 RISCALDAMENTO: ESEMPIO DI CALCOLO - SOMMARIO CASO 1 Dispersione attraverso l'involucro [W] 986 Dispersione attraverso la finestra [W] 194 Dispersione per ventilazione [W] 113 Dispersione per ponti termici [W] 197 totale [W] 1490

16 RISCALDAMENTO: ESEMPIO DI CALCOLO - SOMMARIO CASO 2 Dispersione attraverso l'involucro [W] 331 Dispersione attraverso la finestra [W] 58 Dispersione per ventilazione [W] 51 Dispersione per ponti termici [W] 17 totale [W] 457

17 RISCALDAMENTO: ESEMPIO DI CALCOLO - SOMMARIO RISPARMIO Meccanismo di perdita del calore Intervento migliorativo CASO 1 CASO 2 [W] % Dispersione attraverso l'involucro [W] Cappotto esterno % Dispersione attraverso la finestra [W] Vetrocamere low-e e telaio in legno % Dispersione per ventilazione [W] Recuperatore di calore % Dispersione per ponti termici [W] Cappotto esterno % totale [W] % Nota: il risparmio energetico va valutato sempre caso per caso. I numeri riportati nella tabella sono il risultato di una geometria elementare proposta al solo scopo didattico. Non esiste una ricetta da applicare sempre uguale, ma va fatta un analisi per ciascun progetto.

18 DA POTENZA AD ENERGIA

19 RISCALDAMENTO I numeri che abbiamo visto fino ad ora sono riferiti alla Potenza di picco, ossia quella potenza che è necessario fornire all ambiente per bilanciare le perdite di calore verso l esterno al fine di mantenere una temperatura di progetto interna (20 C) nelle condizioni climatiche più critiche dell anno (2 C, Napoli). La potenza di picco si utilizza per dimensionare gli impianti termici. Le valutazioni energetiche, invece, vanno effettuate considerando non la potenza di picco, ma la potenza termica richiesta istante per istante durante la stagione di riscaldamento (energia utile) e l efficienza della conversione di questa energia utile dalla fonte primaria (impiantistica).

20 RISCALDAMENTO Per poter definire la potenza necessaria istante per istante durante la stagione di riscaldamento, è necessario conoscere le condizioni climatiche su base oraria. Alcune metodologie di calcolo contemplano il calcolo in maniera dinamica (sulla base di intervalli temporali pari a 15 minuti). La normativa italiana, invece, impone di assumere quale riferimento i Gradi Giorno. Per gradi giorno di una località s'intende la somma, estesa a tutti i giorni di un periodo annuale convenzionale di riscaldamento, delle sole differenze positive giornaliere tra la temperatura dell'ambiente e la temperatura media esterna giornaliera.

21 RISCALDAMENTO Ma ovviamente, nel bilancio energetico di un edificio è fondamentale considerare anche la tecnologia con la quale viene fornito calore. Alcune tecnologie di produzione di calore risultano più o meno efficienti di altre. Inoltre, alcuni sistemi impiantistici utilizzano una certa aliquota di energia rinnovabile.

22 RISCALDAMENTO CALDAIA A GAS TRADIZIONALE I generatori di calore più usuali sono le caldaie. In esse un combustibile solido, liquido o gassoso viene fatto reagire con l ossigeno contenuto nell aria atmosferica. Da tale reazione chimica di ossidazione viene prodotto calore e prodotti gassosi di combustione (fumi)

23 RISCALDAMENTO CALDAIA A GAS A CONDENSAZIONE La caldaia a condensazione è una caldaia apparentemente in grado di ottenere rendimento termodinamico superiore al 100% del combustibile utilizzato grazie al recupero del calore latente di condensazione del vapore acqueo contenuto nei fumi della combustione. Vi è inoltre una conseguente riduzione delle emissioni di NOx e CO. La caldaia a condensazione, invece, può recuperare gran parte del calore latente dei fumi espulsi con il camino. La particolare tecnologia della condensazione consente infatti di raffreddare i fumi fino a farli tornare allo stato di liquido saturo (o in taluni casi a vapore umido), con un recupero di calore utilizzato per preriscaldare l'acqua di ritorno.

24 RISCALDAMENTO IMPIANTO SOLARE TERMICO Gli impianti solari termici sono dispositivi che permettono di catturare l'energia solare, immagazzinarla e usarla nelle maniere più svariate, in particolare ai fini del riscaldamento dell'acqua corrente in sostituzione delle caldaie alimentate tramite gas naturale. Il "collettore solare" o pannello solare è il dispositivo base su cui si basa questa tecnologia. I collettori sono attraversati da un fluido termovettore incanalato in un circuito solare che lo porterà ad un accumulatore. L'accumulatore ha la funzione di immagazzinare più energia termica possibile al fine di poterla usare successivamente, al momento del bisogno. Ne esistono di vari tipi, i più recenti sono i tubi sottovuoto che hanno un alto rendimento ma sono più soggetti a rotture.

25 RISCALDAMENTO BIOMASSE La biomassa è costituita da materiali di origine animale e vegetale che non hanno subìto processo di fossilizzazione. Si tratta di una fonte rinnovabile perché la CO2, sviluppata durante la produzione di energia per combustione, non aumenta quella presente nell atmosfera. Infatti, si tratta della stessa che le piante hanno assorbito dall ambiente e che restituirebbero nella fase di degradazione organica. I tipi di biomasse più utilizzati sono: legna a ciocchi, stagionata o essiccata; cippato costituito da scaglie di legno sminuzzato; pellets costituito da pastiglie di legno macinato;

26 RISCALDAMENTO POMPA DI CALORE La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire energia termica da una sorgente a temperatura più bassa ad una sorgente a temperatura più alta o viceversa, utilizzando differenti forme di energia, generalmente elettrica. 1: condensatore 2: valvola di laminazione 3. evaporatore 4. compressore Assorbe calore nell evaporatore e lo cede nel condensatore. Grazie al compressore è possibile questo ciclo.