PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA PER LA DETERMINAZIONE DEL FABBISOGNO DI ENERGIA

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1 Corso di Laurea in Edilizia Corso di Certificazione Energetica e Sostenibilità Edilizia a.a. 2011/2012 Docente: Ph.D. Domentico Tripodi Assistente: Ing. Nunziata Italiano PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA PER LA DETERMINAZIONE DEL FABBISOGNO DI ENERGIA

2 Fabbisogno di energia termica per il riscaldamento Q H,nd SCAMBIO TERMICO TOTALE Q H,ht - Fattore di utilizzazione η H,gn x APPORTI TERMICI TOTALI Q gn TRASMISSIONE Q H,tr + VENTILAZIONE Q H,ve INTERNI Q int + SOLARI Q sol Coeff globale di scambio termico H tr,adj = H D +H g +H U +H A Coeff globale di scambio termico H ve,adj Flusso termico prodotta dalla sorgente di calore interna Φ int,mn,k Flusso termico prodotta dalla sorgente solare Φ sol,mn,k + Extra-flusso della radiazione infrarossa F r,k Φ r,mn,k

3 Inquadramento e analisi dimensionale dell edificio C6 C6 C6 C6 Figura 1: Pianta e sezioni appartamento, su cui sono individuate le superfici disperdenti verso gli ambienti non riscaldati e contraddistinte le Chiusure Verticali Opache e Trasparenti mediante sigla indicativa.

4 Inquadramento e analisi dimensionale dell edificio Dati progettuali: Località: Reggio Calabria; Zona climatica: B; Gradi giorno: 772; Anno di costruzione: 1990 Superficie utile: A pav = 70 m 2 Superficie lorda: A lorda = 82 m 2 Altezza netta: H netta = 2,70 m Altezza lorda: H lorda = 3,00 m Volume netto: V netto = 172,2 m 2 Volume lordo: V lordo = 246 m 2 Caratteristiche dell involucro: Chiusure verticali opache: Muraturain mattoni pieni; Parete in cemento armato; Cassonetti; Chiusure verticali trasparenti: Serramenti in legno con doppio vetro del tipo Tabella 1: Durata della stagione di riscaldamento in funzione della zona climatica Prospetto 3 dell UNI/TS

5 FABBISOGNO DI ENERGIA TERMICA PER RISCALDAMENTO Si definisce come fabbisogno ideale di energia termica per il riscaldamento Q H,nd l energia richiesta per mantenere negli ambienti riscaldati la temperatura di progetto (fissata a 20 C), calcolata per ogni zona dell edificio e per ogni mese, come: Q H,nd = Q H,ht - η H,gn x Q gn Q H,nd = (Q H,tr + Q H,ve ) - η H,gn x (Q int + Q sol ) Q H,ht Q gn Q H,tr Q H,ve Q int Q sol η H,gn è lo scambio termico totale nel caso di riscaldamento [kwh]; sono gli apporti termici totali, somma dei contributi al riscaldamento interni e solari [kwh]; è lo scambio termico per trasmissione nel caso di riscaldamento [kwh]; è lo scambio termico per ventilazione nel caso di riscaldamento [kwh]; sono gli apporti termici interni [kwh]; sono gli apporti termici solari [kwh]; è il fattore di utilizzazione degli apporti termici, ovvero la misura di quanto questi incidono sul resto del fabbisogno.

6 CALCOLO DEGLI SCAMBI TERMICI NEL CASO DI RISCALDAMENTO Per ciascun mese del periodo di riscaldamento, gli scambi termici per il riscaldamento si calcolano: Q H,tr = H tr,adj x (θ int,set,h θ e ) x t + (Σ k F r,k Φ r,mn,k ) x t Q H,ve = H ve,adj x (θ int,set,h θ e ) x t H tr,adj è il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione della zona considerata, corretto per tenere conto della differenza di temperatura interno-esterno [W/K]; H ve,adj è il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione della zona considerata, corretto per tenere conto della differenza di temperatura interno-esterno [W/K]; θ int,set,h è la temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona considerata pari a 20 C secondo la norma UNI/TS ; θ e è la temperatura media mensile dell ambiente esterno, ricavata dalla norma UNI Prospetto VI [ C]; F r,k è il fattore di forma tra il componente edilizio k-esimo e la volta celeste; φ r,mn,k è l extraflusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste dal componente edilizio k-esimo, mediato sul tempo; t è la durata del mese considerato.

7 Scambio termico per trasmissione La trasmissione di calore da una zona termica avviene: verso l area esterna, verso il terreno, verso altre zone climatizzate e non. Il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione si ricava come: H tr,adj = H D +H g +H U +H A H D H g H U H A è il coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso l ambiente esterno [W/K]; è il coefficiente di scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno [W/K]; è il coefficiente di scambio termico per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati [W/K]; è il coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone (interne o meno all edificio) climatizzate a temperatura diversa [W/K].

8 H D - Scambio termico diretto per trasmissione verso l ambiente esterno Superfici opache H D,o = Σ k A c,k U c+pt,k A c,k è l area del componente opaco [m 2 ]; U c+pt,k è la trasmittanza del componente opaco, maggiorata per la presenza di eventuali ponti termici [W/m 2 K]. Per edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, per alcune tipologie edilizie, lo scambio termico attraverso i ponti termici può essere determinato forfetariamente secondo quanto indicato nel Prospetto 4 della norma UNI/TS Nello specifico per la presenza di ponti termici, si applica una maggiorazione del 5% relativo a Parete omogenea in mattoni pieni o in pietra (senza isolante). Tabella 2: Maggiorazioni percentuali relative alla presenza dei ponti termici [%] Prospetto 4 dell UNI/TS

9 PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA H D - Scambio termico diretto per trasmissione verso l ambiente esterno Superfici opache H D,o = Σ k A c,k U c+pt,k ELEMENTI A c,k [m 2 ] U c+pt,k [W/m 2 K] H D,oi [W/K] Muratura in mattoni pieni s=30cm Parete Nord - Par 1/N 19,45 1,65 32,09 Parete Est - Par 1/E 21,6 1,65 35,64 Parete Sud- Par 1/S 22 1,65 36,30 Muratura in mattoni pieni s=30cm 104,03 Parete in Cemento Armato Parete Est - Par 2/E 7,8 2,7 21,06 Parete Sud- Par 2/S 2,4 2,7 6,48 Parete in Cemento Armato 27,54 Cassonetti h=30cm Parete Nord - Ser 1/N 0,42 6,3 2,65 Parete Nord - Ser 2/N 0,42 6,3 2,65 Parete Est - Ser 3/E 0,21 6,3 1,32 Parete Est - Ser 3/E 0,21 6,3 1,32 Parete Sud - Ser 1/S 0,42 6,3 2,65 Parete Sud - Ser 1/S 0,42 6,3 2,65 Cassonetti h=30cm 13,23 H D,o [W/K] 144,80 Tabella 3: scambio termico diretto per trasmissione verso l ambiente esterno pareti opache

10 Ponti termici Nel calcolo del coefficiente di accoppiamento termico L, bisogna tener conto dell effetto dei ponti termici che provocano un aumento della perdita di calore dell edificio. Per ottenere il coefficiente di accoppiamento termico corretto è necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono la trasmittanza termica lineica e puntuale, come riportato nell equazione riportata nell UNI EN ISO 14683: L = Σ U i A i +Σ Ψ k I k + Σ Χ j L è il coefficiente di accoppiamento termico; U i è la trasmittanza termica dell i-esimo componente dell involucro edilizio; A i è l area caratterizzata da una trasmittanza U i ; Ψ k è la trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare; I k è la lunghezza lungo la quale si applica Ψ k ; Χ j è la trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale. Il Prospetto 2 dell UNI EN ISO fornisce i valori di progetto di Ψ basati su tre sistemi di valutazione delle dimensioni dell edificio: -Ψ i dimensioni interne, misurate tra le superfici interne finite di ogni ambiente in un edificio (escluso lo spessore delle partizioni interne); - Ψ oi dimensioni interne totali, misurate tra le superfici interne finite di ogni ambiente in un edificio (incluso lo spessore delle partizioni interne); - Ψ e dimensioni esterne, misurate tra le superfici esterne finite degli elementi esterni dell edificio.

11 Ponti termici uso delle dimensioni esterne Figura 2: Edificio che mostra la posizione e le tipologie di ponti termici che si verificano di frequente in un edificio in accordo con lo schema riportato nel Prospetto 2 dell UNI EN ISO Figura 3: Dettaglio del ponte termico tipo angolo con strato isolante principale nella parte intermedia. Prospetto 2 dell UNI EN ISO Caso parete/parete: U=1,57 W/m 2 K A= 72,2 m 2 Ux A= 73,77 W/K Ψ e = 0,10 W/mK l e = 12 m Ψ e x l e = 1,2 L (parete/parete) = 73,77 + 1,2= 74,97 W/K

12 PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA H D - Scambio termico diretto per trasmissione verso l ambiente esterno Superfici Trasparenti H D,f = Σ k A w,p,k U f,k A w,p,k è l area del componente trasparente [m 2 ]; U f,k è la trasmittanza del componente trasparente [W/m 2 K] ELEMENTI A w,p,k [m 2 ] U f,k [W/m 2 K] H D,fi [W/K] Finestre e porte finestre Parete Nord - Ser 1/N 2,94 3,25 9,56 Parete Nord - Ser 2/N 1,68 3,25 5,46 Parete Est - Ser 3/E 0,84 3,25 2,73 Parete Est - Ser 3/E 0,84 3,25 2,73 Parete Sud - Ser 1/S 2,94 3,25 9,56 Parete Sud - Ser 1/S 2,94 3,25 9,56 Finestre e porte finestre 20,48 H D,f [W/K] 20,48 Tabella 4: scambio termico diretto per trasmissione verso l ambiente esterno pareti trasparenti Il valore complessivo di H D = 165,28 W/K

13 H g - Scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno Per gli edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, il coefficiente di accoppiamento termico in regime stazionario tra gli ambienti interno ed esterno è dato: H g = A x U f x b tr,g A è l area dell elemento[m 2 ]; U f è la trasmittanza termica della parte sospesa del pavimento (tra l ambiente interno e lo spazio sottopavimento) [W/m 2 K]; b tr,g è dato dal Prospetto 6 della norma UNI/TS Tabella 5: Fattore di correzione b tr,g Prospetto 6 della norma UNI/TS Nel caso specifico lo scambio termico verso il terreno è H g = 0 W/K.

14 H U - Scambio termico stazionario per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati Il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione H U, tra il volume climatizzato e gli ambienti esterni attraverso gli ambienti non climatizzati è dato: H iu b tr,x H U = H iu x b tr,x è il coefficiente globale di scambio termico tra l ambiente climatizzato e l ambiente non climatizzato; per edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o comumque di informazioni più precise, i valori del fattore b tr,x si possono assumere dal Prospetto 5 della norma UNI/TS H iu = A iu x U s,iu A iu è l area del componente edilizio sull ambiente non climatizzato [m 2 ]; U s,iu è la trasmittanza termica del componente edilizio sull ambiente non climatizzato [W/m 2 K]. ELEMENTI Aiu [m 2 ] Us,iu [W/m 2 K] Hiu [W/K] b tr,x H U [W/K] Muratura in mattoni pieni s=30cm Parete Ovest - Par 1/O 9,15 1,57 14,37 0,4 5,75 Muratura in mattoni pieni s=30cm 5,75 Parete in Cemento Armato Parete Ovest - Par 2/O 12 2,58 30,96 0,4 12,38 Parete in Cemento Armato 12,38 Portone esterno Portone esterno Ovest- Port/O 2,1 1,195 2,51 0,4 1,00 Portone esterno 1,00 Hu [W/K] 19,13 Tabella 6: Scambio termico stazionario per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati

15 H A - Scambio termico per trasmissione verso altre zone climatizzate (interne o meno all edificio) a temperatura diversa Il coefficiente nel caso in oggetto risulta nullo in quanto non sono presenti nell edificio e nelle adiacenti zone termiche climatizzate a temperatura diversa. Per cui il valore di H A = 0 W/K. La Tabella 4 mostra i coefficienti di scambio termico per trasmissione, determinati secondo le norme UNI/TS H tr,adj [W/K] H D [W/K] H g [W/K] H U [W/K] H A [W/K] 184,4 165,27 / 19,13 / Tabella 7: coefficienti di scambio termico per trasmissione Confronto con il metodo semplificato: Ht= 177,51 W/K

16 Scambio termico per ventilazione La normativa prevede dei ricambi d aria dipendenti dall occupazione dei locali e dalla loro destinazione d uso in maniera tale da garantire un adeguata qualità dell aria. Il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione si ricava come: H ve,adj = ρ a c a x (Σ k b ve,k q ve,k,mn ) ρ a c a è la capacità termica volumica dell aria, pari a 1200 [J/m 3 K]; q ve,k,mn è la portata mediata sul tempo del flusso d aria k-esimo [m 3 /h]; b ve,k è il fattore di correzione della temperatura per il flusso d aria k-esimo, pari a 1. b ve,k 1 se la temperatura di mandata non è uguale alla temperatura dell ambiente esterno, come nel caso di pre-riscaldamento, pre-raffrescamento o di recupero termico dell aria di ventilazione. La portata mediata sul tempo di flusso d aria k-esimo, q ve,k,mn, espressa in [m 3 /h], si ricava come: q ve,k,mn = f ve,t,k x q ve,k f ve,t,k q ve,k è la frazione di tempo in cui si verifica il flusso d aria k-esimo, nel caso di studio, per una situazione permanente è pari a 1; è la portata sul tempo del flusso d aria k-esimo [m 3 /h]; Nel caso di aerazione o ventilazione naturale: - per gli edifici residenziali si assume un tasso di ricambio d'aria pari a 0,3 vol/h;. q ve,k = n x V netto V netto = 70% V lordo

17 Scambio termico per ventilazione La portata sul tempo del flusso d aria k-esimo [m 3 /h]; VOLUME LORDO [m 3 ] 246 VOLUME NETTO [m 3 ] 172,2 n [vol/h] 0,3 Tabella 8: Tabella dei volumi q ve,k = 0,3 x V netto = 51,66 m 3 /h La portata mediata sul tempo di flusso d aria k-esimo, q ve,k,mn, espressa in [m 3 /h], si ricava come: q ve,k,mn = f ve,t,k x q ve,k = 1 x 51,66 = 51,66 m 3 /h Il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione si ricava come: H ve,adj = ρ a c a x (Σ k b ve,k q ve,k,mn ) =1200 J/m 3 K x 1 X 51,66 m 3 /h = J/Kh Conversione 1 J = 1/(3600) Wh H ve,adj = 17,22 W/K Confronto con il metodo semplificato: H V = 17,56 W/K

18 Extra flusso termico per radiazioneinfrarossaverso la volta celeste L extra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste è definito secondo UNITS/ come: Σ k F r,k Ф r,mn,k Il fattore di forma tra un componente edilizio e la volta celeste vale: F r,k = F sh,ob, dif (1+cos S)/2 F sh,ob, dif S è il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo alla sola radiazione diffusa, pari a 1 in assenza di ombreggiature da elementi esterni; è l angolo di inclinazione del componente sull orizzonte. S=0 per coperture orizzontali, S=90 per pareti verticali. F rk F sh,ob,diff S 0, Tabella 9: Fattore di forma tra componente edilizio e volta celeste

19 Extra flusso termico per radiazioneinfrarossaverso la volta celeste L extra flusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste del componente edilizio k- esimo, mediato sul tempo, è dato: Ф r,mn,k = R se x U c,k x A c,k x h r x Δθ er R se è la resistenza termica superficiale esterna del componente, pari a 0,04 [m 2 K/W], determinata secondo la UNI EN 6946; U c,k è la trasmittanza termica del componente, [W/m 2 K]; A c,k è la superficie di scambio del componente edilizio k-esimo [m 2 ]; h r è il coefficiente di scambio termico esterno per irraggiamento [W/m 2 K]; h r = 5 ε dove ε rappresenta l emissività per irraggiamento termico di una superficie esterna; Per ε = 0,9 h r = 4,5 W/m 2 K per materiali da costruzioni; Per ε = 0,837 h r =4,185 W/m 2 K per i vetri; Δθ er è la differenza tra la temperatura dell aria esterna e la temperatura apparente del cielo [K], pari a 11 K secondo la norma UNI/TS

20 Extra flusso termico per radiazioneinfrarossaverso la volta celeste L extra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste è: MURATURA IN MATTONI PIENI PARETE IN C. A. CASSONETTI TELAIO SERRAMENTI VETRI SERRAMENTI ELEMENTO R se [m 2 K/W] U c,k [W/m 2 K] A c,k [m 2 ] h r [W/m 2 K] Δθ er [K] φ r,mn,k [W] F rk *φ r,mn,k [W] Par 1/N 0,04 1,65 19,45 4, ,54 31,77 Par 1/E 0,04 1,65 21,6 4, ,57 35,28 Par 1/S 0,04 1, , ,87 35,94 Par 2/E 0,04 2,71 7,8 4, ,85 20,93 Par 2/S 0,04 2,71 2,4 4, ,88 6,44 Ser 1/N 0,04 6,3 0,42 4,5 11 5,24 2,62 Ser 2/N 0,04 6,3 0,42 4,5 11 5,24 2,62 Ser 3/E 0,04 6,3 0,21 4,5 11 2,62 1,31 Ser 3/E 0,04 6,3 0,21 4,5 11 2,62 1,31 Ser 1/S 0,04 6,3 0,42 4,5 11 5,24 2,62 Ser 1/S 0,04 6,3 0,42 4,5 11 5,24 2,62 Ser 1/N 0,04 2,1 0,6 4,5 11 2,49 1,25 Ser 2/N 0,04 2,1 0,34 4,5 11 1,41 0,71 Ser 3/E 0,04 2,1 0,17 4,5 11 0,71 0,35 Ser 3/E 0,04 2,1 0,17 4,5 11 0,71 0,35 Ser 1/S 0,04 2,1 0,6 4,5 11 2,49 1,25 Ser 1/S 0,04 2,1 0,6 4,5 11 2,49 1,25 Ser 1/N 0,04 3,25 2,34 4, ,00 7,00 Ser 2/N 0,04 3,25 1,34 4, ,02 4,01 Ser 3/E 0,04 3,25 0,67 4, ,01 2,00 Ser 3/E 0,04 3,25 0,67 4, ,01 2,00 Ser 1/S 0,04 3,25 2,34 4, ,00 7,00 Ser 1/S 0,04 3,25 2,34 4, ,00 7,00 TOTALE 177,64 Tabella 10: Extra flusso termico per radiazioni infrarossa verso la volta celeste

21 PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA Calcolodegli scambi termici nel caso di riscaldamento In Tabella 11 sono riportati i valori degli scambi per trasmissione e ventilazione e i valori di temperatura media esterna, per i mesi del periodo termico. GEN FEB MAR DIC H tr,adj [W/K] 184,41 184,41 184,41 184,41 H ve,adj [W/K] 17,22 17,22 17,22 17,22 Σ k F r,k Ф r,mn,k 177,64 177,64 177,64 177,64 θ int,set,h [ C] θe [ C] 11,1 11,5 12,8 12,7 t [h] Q h,tr [kwh] 1353, , , ,73 Q h,ve [kwh] 114,02 98,36 92,24 93,53 Q H,ht [kwh] 1467, , , ,26 Tabella 11: Scambi termici per trasmissione e ventilazione, temperatura media esterna.

22 CALCOLO DEGLI APPORTI TERMICI Gli apporti di calore sono distinguibili fra interni, dipendenti dal metabolismo degli occupanti, dal calore dovuto alle apparecchiature elettriche presenti e all illuminazione, e solari, derivanti dall irraggiamento medio della località interessata, dall orientamento della superficie, dagli ombreggiamenti, dalle caratteristiche di assorbimento delle superfici ecc. Per ogni zona dell edificio e per ogni mese, gli apporti termici si calcolano con le seguenti formule: Q int = {Σ k Φ int,mn,k } x t + {Σ l (1 b tr,l ) Φ int,mn,u,l } x t Q sol = {Σ k Φ sol,mn,k } x t + {Σ l (1 b tr,l ) Φ sol,mn,u,l } x t [kwh] [kwh] b tr,l è il fattore di riduzione per l ambiente non climatizzato avente la sorgente di calore interna l- esima oppure il flusso termico l-esimo di origine solare; Φ int,mn,k è il flusso termico prodotto dalla k-esima sorgente di calore interna, mediato sul tempo [W]; Φ int,mn,u,l è il flusso termico prodotto dalla l-esima sorgente di calore interna nell ambiente non climatizzato adiacente u, mediato sul tempo [W]; Φ sol,mn,k è il flusso termico k-esimo di origine solare, mediato sul tempo [W]; Φ sol,mn,u,l è il flusso termico l-esimo di origine solare nell ambiente non climatizzato adiacente u, mediato sul tempo [W].

23 Flusso termico prodotto da sorgenti internedi calore Per gli edifici di categoria E.1 (1) e E.1 (2) (abitazioni), aventi superficie utile di pavimento A f minore o uguale a 170 m 2, il valore globale degli apporti interni, espresso in W, è ricavato come: Φ int,mn,k = 5,294 x A f 0,01557 x A f2 = 294,95 [W] A f è la superficie utile calpestabile climatizzata pari a 70 m 2 GEN FEB MAR DIC TOTALE Φ int,mn,k 294,29 294,29 294,29 294,29 t [h] Q int [kwh] 218,95 197,76 218,95 218,95 854,61 Tabella 12: Apporti termici interni, in funzione del periodo di riscaldamento. Confronto con il metodo semplificato: Q i = 813,12 kwh

24 Flussotermico di origine solare Il flusso termico k-esimo di origine solare, Φ sol,k espresso in [MJ] si calcola con la seguente formula: Φ sol,k = F sh,ob,k x A sol,k x I sol,k [MJ] F sh,ob,k è il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per l area di captazione solare effettiva della superficie k-esima: F sh,ob,k = F hor x F ov x F fin dove: F hor F ov F fin è il fattore di ombreggiamento relativo ad ostruzioni esterne; è il fattore di ombreggiamento relativo ad aggetti orizzontali; è il fattore di ombreggiamento relativo ad aggetti verticali; A sol,k I sol,k è l area di captazione solare effettiva della superficie k-esima, con dato orientamento e angolo d inclinazione sul piano orizzontale, nella zona o ambiente considerato [m 2 ]; è l irradianza solare media mensile, sulla superficie k-esima, con dato orientamento e angolo di inclinazione sul piano orizzontale [W/m 2 ].

25 Fattore di riduzione per ombreggiatura Il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per l area di captazione solare effettiva della superficie k-esima: F sh,ob,k = F hor x F ov x F fin I valori dei fattori di ombreggiatura dipendono dalla latitudine, dall'orientamento dell'elemento ombreggiato, dal clima, dal periodo considerato e dalle caratteristiche geometriche degli elementi ombreggianti. Tali caratteristiche sono descritte da un parametro angolare, come evidenziato nelle figure 6 e 7. I tre fattori di ombreggiatura sono calcolati mediante interpolazione lineare dei dati tabellati nell Appendice D della norma UNI/TS Figura 4: Angolo dell orizzonte ombreggiato da un ostruzione esterna UNI/TS Figura 5: Aggetto orizzontale a) e verticale b) UNI/TS

26 Fattore di riduzione per ombreggiatura Il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per l area di captazione solare effettiva della superficie k-esima: F sh,ob,k = F hor x F ov x F fin Orientamento N GEN FEB MAR DIC F hor α= F ov α=42 0,74 0,74 0,74 0,74 F fin α=25 0,9 0,9 0,9 0,9 F sh,ob,k 0,67 0,67 0,67 0,67 Orientamento E GEN FEB MAR DIC F hor α=30 0,45 0,46 0,52 0,44 F ov α= F fin α= F sh,ob,k 0,45 0,46 0,52 0,44 Orientamento S GEN FEB MAR DIC F hor α= F ov α=42 0,8 0,76 0,66 0,81 F fin α=60 0,79 0,77 0,78 0,8 F sh,ob,k 0,63 0,59 0,51 0,65 Orientamento S GEN FEB MAR DIC F hor α= F ov α=60 0,68 0,64 0,5 0,7 F fin α=40 0,88 0,84 0,83 0,89 F sh,ob,k 0,60 0,54 0,42 0,62 Tabella 13: Fattori di riduzione per ombreggiatura in funzione dell orientamento e del periodo di riscaldamento.

27 Area di captazionesolare effettiva di un componentevetrato Gli apporti solari che giungono all interno attraverso una vetratura dipendono, oltre dal tipo di vetro, anche dalla struttura del componente e dall efficacia di eventuali schermature (es. tende, tapparelle). La norma richiede il calcolo di una superficie equivalente chiamata area di captazione solare effettiva A sol, calcolata come: A sol, = F sh,gl g gl (1-F F ) A w,p [m 2 ] F sh,gl g gl è il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all utilizzo di schermature mobili (es. tende). Per facilitare i calcoli si assume tale fattore pari a 1; è la trasmittanza di energia solare totale della finestra quando la schermatura solare non è utilizzata, definita dall UNI/TS ; g gl = F w x g gl,n dove: F w è il fattore di esposizione, pari a 0,9; g gl,n è la trasmittanza di energia solare totale per incidenza normale, definita dal Prospetto 13 dell UNI/TS ; F F A w,p è la frazione di area relativa al telaio, rapporto tra l area proiettata del telaio e l aria proiettata totale del componente finestrato, secondo la norma UNI/TS , il valore (1- F F ) è pari a 0,8; è l area proiettata totale del componente vetrato (area del vano finestra).

28 Area di captazionesolare effettiva di un componentevetrato F w = 0,9 g gl = F w x g gl,n Tabella 14: Trasmittanza di energia solare totale g gl,n di alcuni tipi di vetro Prospetto 13 dell UNI/TS A sol, = F sh,gl g gl (1-F F ) A w,p [m 2 ] Elemento F sh,gl g gl 1-F f A w,p [m 2 ] A sol [m 2 ] Ser 1/N 1 0,675 0,8 2,94 1,59 Ser 2/N 1 0,675 0,8 1,68 0,91 Ser 3/E 1 0,675 0,8 0,84 0,45 Ser 3/E 1 0,675 0,8 0,84 0,45 Ser 1/S 1 0,675 0,8 2,94 1,59 Ser 1/S 1 0,675 0,8 2,94 1,59 Tabella 15: Area di captazione solare effettiva di un componente vetrato.

29 Area di captazionesolare effettiva di una parete opaca L area di captazione solare effettiva della parete opaca dell involucro edilizio A sol dipende dal colore del componente: A sol, = a sol,c R se U c A c [m 2 ] a sol,c R se U c A c è il fattore di assorbimento solare del componente opaco, pari a 0,6 per superfici di colore medio secondo la norma UNI/TS ; è la resistenza termica superficiale esterna del componente opaco, pari a 0,04 [m 2 K/W], determinato secondo la UNI/TS ; è la trasmittanza termica del componente opaco [W/m 2 K]; è l area proiettata del componente opaco.

30 Area di captazionesolare effettiva di una parete opaca ELEMENTI A c [m 2 ] U c [W/m 2 K] A sol [m 2 ] Muratura in mattoni pieni s=30cm Parete Nord - Par 1/N 19,45 1,57 0,73 Parete Est - Par 1/E 21,6 1,57 0,81 Parete Sud- Par 1/S 22 1,57 0,83 Muratura in mattoni pieni s=30cm 2,38 Parete in Cemento Armato Parete Est - Par 2/E 7,8 2,58 0,48 Parete Sud- Par 2/S 2,4 2,58 0,15 Parete in Cemento Armato 0,63 Cassonetti h=30cm Parete Nord - Ser 1/N 0,42 6 0,06 Parete Nord - Ser 2/N 0,42 6 0,06 Parete Est - Ser 3/E 0,21 6 0,03 Parete Est - Ser 3/E 0,21 6 0,03 Parete Sud - Ser 1/S 0,42 6 0,06 Parete Sud - Ser 1/S 0,42 6 0,06 Cassonetti h=30cm 0,30 Tabella 16: Area di captazione solare effettiva della componente opaca. I sol,k [MJ/m 2 ] GEN FEB MAR DIC N 2,4 3,2 4,3 2,2 E 5,7 8,4 10,1 5,2 S 11, ,4 10,7 Tabella 17: Irradianza solare media mensile, sulla superficie k-esima, con dato orientamento..

31 Flussotermico di origine solare Φ sol,mn,k [MJ] GEN FEB MAR DIC N 2,54 3,38 4,55 2,33 N 2,18 2,90 3,90 2,00 E 1,16 1,75 2,38 1,04 E 1,16 1,75 2,38 1,04 S 11,44 13,01 10,13 11,01 S 10,83 11,95 8,17 10,58 TOT 29,31 34,75 31,52 27,99 Φ sol,mn,k [MJ] GEN FEB MAR DIC N 2,05 2,73 3,67 1,88 E 7,74 11,40 13,71 7,06 S 12,52 15,38 13,62 11,75 TOT 22,31 29,51 31,00 20,69 Tabella 19: Flusso termico di origine solare delle superfici opache. Tabella 18: Flusso termico di origine solare delle superfici vetrate. GEN FEB MAR DIC TOTALE Φ sol,mn,k [MJ] 51,62 64,26 62,52 48,68 gg Q sol [kwh] 444,50 499,81 538,36 419, ,85 Tabella 20: Calcolo degli apporti termici solari in funzione del periodo di riscaldamento.

32 FATTORE DI UTILIZZAZZIONE DEGLI APPORTI TERMICI Il fattore di utilizzazione degli apporti termici per il calcolo del fabbisogno di riscaldamento si calcola secondo la norma UNI/TS come: η H,gn = (1-γ H ah ) / (1-γ H ah+1 ) se γ H >0 e γ H 1 γ H = Q gn /Q H,ht a H = a H,0 +τ / τ H,0 τ è la costante di tempo termica della zona termica [h]; τ= (C m /3600) / (H tr,adj + H ve,adj ) C m è la capacità termica interna determinata in funzione delle caratteristiche costruttive dei componenti edilizi; C m =155 [kj/(m 2 K)] x A f [J/K] Calcolo eseguito secondo il Prospetto 16 della norma UNI/TS , considerando una classe di esercizio media. A f è la superficie calpestabile climatizzata, pari a 70 m 2. Secondo la norma UNI/TS per il calcolo mensile a H,0 = 1 e τ H,0 = 15h

33 FATTORE DI UTILIZZAZZIONE DEGLI APPORTI TERMICI γ h Q gn [kwh] Q h,ht [kwh] 0,45 663, ,27 0,55 697, ,08 0,62 757, ,25 0,52 638, ,25 C m [J/K] A f [m 2 ] , Tabella 22: Calcolo della capacità termica interna della zona termica. Tabella 21: Calcolo di γh. τ [h] C m [J/K] H tr,adj [W/K] H ve,adj [W/K] 14, ,00 184,41 17,22 Tabella 23: Calcolo della costante di tempo termica della zona termica. a H a H,0 τ [h] τ H,0 [h] 2, ,95 15 Tabella 24: Calcolo di ah. Q h,nd [kwh] Q h,ht [kwh] η h,gn Q gn [kwh] GENNAIO 885, ,27 0,88 663,45 FEBBRAIO 687, ,08 0,84 697,57 MARZO 601, ,25 0,81 757,31 DICEMBRE 685, ,25 0,85 638,13 TOTALE 2860, , ,46 Tabella 25: Calcolo del fattore di utilizzazione degli apporti termici e del fabbisogno di energia termica per il riscaldamento. Confronto con il metodo semplificato: Q h,nd = 2804,09 kwh

34 Rendimento medio stagionale dell impianto di riscaldamento η g Fabbisogno di energia termica per il riscaldamento Q H,nd / Fabbisogno globale di energia primaria per il riscaldamento Q p,h Fabbisogno di generazione Q g,in + Fabbisogno di energia elettrica per ausiliari degli impianti di riscaldamento Q aux,p Fabbisogno di energia termica per il riscaldamento Q H,nd + Perdite totali di emissione Q l,e + Perdite totali di regolazione Q l,c + Perdite totali di distribuzione Q l,d + Perdite totali di generazione Q l,gn

35 Rendimento medio stagionale dell impianto di riscaldamento RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE DELL IMPIANTO DI RISCALDAMENTO Il rendimento medio stagionale dell impianto termio è il rapporto tra il fabbisogno di energia termica per il riscaldamento invernale e l energia sviluppata dalle fonti energetiche. La norma D.M. 26/06/2009 Linee guida nazionali per la certificazione degli edifici prevede che a partire dalle prestazioni dell involucro edilizio si calcoli mediante la norma UNI/TS la prestazione del sistema edilizio-impianti in relazione allo specifico impianto termico installato. La prestazione energetica dell edificio è misurata tramite il rendimento medio stagionale dell impianto di riscaldamento: η g = Q H,nd /Q p,h Q H,nd Q p,h è il fabbisogno di energia termica utile per riscaldamento; è il fabbisogno globale di energia primaria per riscaldamento, da determinare [kwh].

36 Rendimento medio stagionale dell impianto di riscaldamento Fabbisogno globale di energia primaria Il fabbisogno globale di energia primaria è dato: Q p,h = Q gn,in + Q aux,p Q gn,in Q aux,p è il fabbisogno di generazione [kwh]; è il fabbisogno di energia elettrica per ausiliari degli impianti di riscaldamento [kwh]. Il fabbisogno di generazione è definito secondo la seguente relazione: Q gn,in = Q H,nd +Q l,e +Q l,c +Q l,d +Q l,gn Q l,e Q l,c Q l,d Q l,gn sono le perdite totali di emissione [kwh]; sono le perdite totali di regolazione [kwh]; sono le perdite totali di distribuzione [kwh]; sono le perdite totali di generazione [kwh].

37 Rendimento medio stagionale dell impianto di riscaldamento PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA Sottosistema di emissione I sistemi di emissione dell energia termica sviluppata dal generatore possono essere diversi, ognuno con un rendimento diverso a seconda della tipologia. Il contributo delle perdite di emissione Q l,e è calcolato sulla base del rendimento di emissione η e : Q l,e = Q H,nd x (1- η e )/η e η e è il rendimento di emissione. Nel caso in questione, con altezze inferiori a 4 m, il rendimento può essere ricavato per via tabellare, secondo il Prospetto 17 della norma UNI/TS , di cui si riporta un estratto in Tabella. Tabella 26: Rendimenti di emissione in locali di altezza minore di 4 m Prospetto 17 dell UNI/TS Per sopperrire alle perdite di emissione, il sistema deve soddisfare un fabbisogno di emissione totale: Q e,in = Q H,nd +Q l,e Q h,nd [kwh] 2861 η e 0,95 Q l,e [kwh] 150,58 Q e,in [kwh] 3011,58 Tabella 27: Rendimento e fabbisogno di emissione

38 Rendimento medio stagionale dell impianto di riscaldamento Sottosistema di regolazione Il rendimento di regolazione è un parametro che esprime la deviazione tra la quantità di energia richiesta in condizioni reali rispetto a quelle ideali. Le perdite totali di regolazione Q l,c si calcolano come: Q l,c = Q e,in x (1- η c )/η c η c è il rendimento di regolazione, calcolato secondo il Prospetto 20 della UNI/TS Nell appartamento in questione presenta una regolazione solo zona con regolatore di tipo on-off, corrispondente ad un rendimento di regolazione di 0,93, ricavato secondo il Prospetto 20 della norma UNI/TS Il fabbisogno di regolazione e è costituito dal fabbisogno di emissione sommato alle perdite di regolazione: Q c,in = Q e,in +Q l,c Q e,in [kwh] 3011,58 η c 0,93 Q l,c [kwh] 226,68 Q c,in [kwh] 3238 Tabella 28: Rendimento e fabbisogno di regolazione

39 Rendimento medio stagionale dell impianto di riscaldamento Sottosistema di distribuzione Le perdite di regolazione Q l,d vengono calcolate sulla base del rendimento di distribuzione η d applicato al fabbisogno di regolazione Q c,in secondo la formula: η d Q l,d = Q c,in x (1- η d )/η d è il rendimento di distribuzione, calcolato secondo il Prospetto 21 della UNI/TS ,che riporta diverse tipologie di distribuzione. Tabella 29: Rendimento di distribuzione Prospetto 21 dell UNI/TS Il fabbisogno di distribuzione è costituito dal fabbisogno di regolazione sommato alle perdite di distribuzione: Q d,in = Q c,in +Q l,d Q c,in [kwh] 3238 η d 0,98 Q l,d [kwh] 66,08 Q d,in [kwh] 3304 Tabella 30: Rendimento e fabbisogno di distribuzione

40 Rendimento medio stagionale dell impianto di riscaldamento Sottosistema di generazione Le perdite di generazione tengono conto delle caratteristiche del generatore e delle sue modalità di utilizzo, si calcolano con la seguente formula: η gn Q l,gn = Q d,in x (1- η gn )/η gn è il rendimento di generazione distribuzione, calcolato secondo il Prospetti 23 della UNI/TS Tabella 31: Rendimento di generazione Prospetto 23 dell UNI/TS Il fabbisogno di generazione è costituito dal fabbisogno di distribuzione sommato alle perdite di generazione: Q gn,in = Q d,in +Q l,gn Q d,in [kwh] 3304 η gn 0,69 Q l,gn [kwh] 1485 Q gn,in [kwh] 4789 Tabella 32: Rendimento e fabbisogno di generazione

41 Rendimento medio stagionale dell impianto di riscaldamento Fabbisogno degli ausiliari Il fabbisogno di energia elettrica di un impianto di riscaldamento Q H,aux [(kwh)el] è determinato: W aux,t t gn Q H,aux = W aux,t x t gn è il valore della potenza totale degli ausiliari, espresso in [W]; è il tempo di funzionamento del generatore, espresso in [h]. Il valore della potenza totale degli ausiliari è definita: W aux,t = W aux,pn +W gn,po,pr W gn,po,pr W aux,pn è il valore della potenza della pompa primaria, espresso in [W]; è il valore della potenza degli ausiliari del generatore a bordo della caldaia, espresso in [W]. In assenza di valori dichiarati dal fabbricante, la potenza degli ausiliari del generatore a bordo della caldaia può ricavarsi come: W aux,pn = G + H x Φ Pn n G, H, n sono i parametri ricavabili dall Appendice B dell UNI/TS ; Φ Pn è la potenza termica utile nominal del generatore, espressa in [W], secondo dati di targa.

42 Rendimento medio stagionale dell impianto di riscaldamento PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA Fabbisogno degli ausiliari G H n Φ Pn [W] W aux,pn [W] 40 0, ,8 42,78 Tabella 33: Calcolo della potenza degli ausiliari del generatore a bordo della caldaia W aux,pn [W] W gn,po,pr [W] W aux,t [W] 42, ,78 Tabella 34: Calcolo della potenza totale degli ausiliari Q d,in [kwh] t gn [h] Φ gn,avg [kw] ,14 Tabella 35: Calcolo della potenza media richiesta Tabella 37: Calcolo del fabbisogno totale di energia elettrica W aux,t [W] t gn [h] FC u Q H,aux [kwh] el 222, ,06 39,15 Φ gn,avg [kw] Φ Pn [W] FC u 1,14 18,8 0,06 Tabella 36: Calcolo del Fattore di carico medio del generatore FC Q H,aux [kwh] el η p,el Q aux,p [kwh] 39,15 0,46 85,11 Tabella 38: Calcolo del fabbisogno di energia elettrica per ausiliari degli impianti di riscaldamento Q gn,in [kwh] Q aux,p [kwh] Q p,h [kwh] , ,11 Tabella 39: Calcolo del fabbisogno totale di energia primaria Tabella 40: Calcolo del rendimento medio stagionale. Q H,nd [kwh] Q p,h [kwh] η g 2860, ,11 0,59 Confronto con il metodo semplificato: η g =0,60