Bilancio Energetico di un edificio

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1 Bilancio Energetico di un edificio

2 Ep gl Energia Prmaria Totale Superficie Utile Edificio kwh 2 m anno Per Edifici Residenziali con occupazione continua EPgl EPH EPC EPW EPV EPL EPT EP H - climatizzazione invernale EP C - climatizzazione estiva EP W - produzione acqua calda sanitaria EP V ventilazione EP L illuminazione (per il non residenziale) EP T - trasporto di persone e cose (per il non residenziale)

3 Concetto di edificio La prima domanda che occorre porsi è quale sia l oggetto del calcolo. Definizioni riportate nella norma UNI: EDIFICIO: Sistema costituito dalle strutture edilizie esterne che delimitano uno spazio di volume definito, [ ]. Il termine può riferirsi ad un intero edificio ovvero a parti di edificio progettate o ristrutturate per essere utilizzate come unità immobiliari a sé stanti Individuazione del sistema edificio impianto: il sistema edificio impianto è costituito da uno o più edifici (involucri edilizi) o da porzioni di edificio, CLIMATIZZATI attraverso un UNICO sistema di generazione. Il volume climatizzato comprende gli spazi che si considerano riscaldati e/o raffrescati.

4 L edificio rappresenta sempre un volume lordo riscaldato o raffrescato da un unico impianto, che potrebbe corrispondere ad uno o più fabbricati o ad una porzione di essi.

5 Esempi di Edifici appartamento termoautonomo

6 intero fabbricato servito da un unica centrale termica

7 un complesso di fabbricati serviti da un unica centrale termica: il volume totale dell edificio sara costituito dalla somma dei volumi riscaldati dei singoli fabbricati;

8 Altre tipologie: una villetta a schiera termoautonoma; un area ad uso uffici in un capannone industriale non climatizzato I seguenti casi non identificano un edificio: a) un intera palazzina costituita da più appartamenti termoautonomi; b) un edificio non riscaldato; c) una porzione di fabbricato servito da unica centrale termica. N.B. al fine di produrre ugualmente un attestato di certificazione energetica da allegare ad un atto di vendita o ad un contratto di locazione, negli ultimi due casi il calcolo della prestazione energetica potrebbe essere comunque richiesto.

9 Inverno - Bilancio di I legge su VCI: VCI

10 Inverno - Bilancio di I legge su VCI: H e s g i u T V de d dt C d C = Capacità Termica Efficace (cioè della sola parte dell edificio che accumula o restituisce energia termica nell intervallo di tempo considerato)

11 d dt C V T i s H d dt C T c G T L T A U d dt C i s i pa VE oi j p j j oi j n j j i s V T H e e e T T T 1 1 G VE = Portata d aria di Ventilazione T oi = Temperatura operativa interna = (T i +T ri )/2 UNI/TS con T ri = Temperatura media radiante al centro della zona considerata T i = Temperatura di bulbo asciutto dell aria al centro della zona riscaldata. In pratica si può ritenere T oi T i

12 Inverno - Bilancio di I legge su VCII: dep d Re g Comb Trasp Erog H VCII

13 Se introduciamo la definizione di Rendimento globale: e t c r p H g d de Potenza spesa Potenza utile g H d de d d dt C d de g T s V T g H

14 Per un bilancio dettagliato vanno scritte tante equazioni per quanto sono le zone omogenee (in termini di proprietà termofisiche dei materiali e condizioni al contorno) scegliendo un intervallo di tempo sufficientemente piccolo. Per ogni intervallo di tempo scelto (ore, giorno, mese, stagione, anno) si ottiene un sistema di equazioni con incognite le quantità di energia primaria (o in alternativa le H ) necessarie per ogni zona in cui si è suddiviso l edificio.

15 Metodo di Calcolo Per semplificare i calcoli si fa ricorso a metodi di calcolo semplificati con i quali si prende in esame l intero edificio o una zona di esso (Zona Termica). La norma UNI/TS definisce le modalità per l applicazione nazionale della UNI EN ISO 13790:2008. uest ultima prevede tre possibili metodi ci calcolo, a seconda del periodo di tempo considerato per i contributi termici sull edificio: stagionale mensile orario Più è piccola l unità di tempo di riferimento per il calcolo, maggiore è il grado di approfondimento dell analisi. Per contro, il calcolo su base oraria comporta una maggiore difficoltà di applicazione. Le UNI/TS scelgono tra i tre metodi quello che rappresenta il miglior compromesso tra accuratezza e complessità, applicando quindi le UNI EN ISO con solo riferimento al metodo mensile per il calcolo dei fabbisogni. Ogni contributo sarà pertanto calcolato mese per mese.

16 Ipotesi 1. stazionarietà degli scambi termici all interno del periodo di calcolo, questa ipotesi consente di assumere valori costanti delle temperature (i valori medi nel periodo), e di tener conto in modo semplificato degli effetti delle variazioni di energia interna delle masse, 2. monodimensionalità dei flussi termici attraverso gli elementi di involucro edilizio, con conseguente trattamento semplificato dei ponti termici, 3. assunzione dei valori medi stagionali o mensili delle grandezze climatiche, 4. valutazione semplificata dei contributi dei guadagni termici interni e di origine solare.

17 Nell ipotesi di regime stazionario e prendendo = 1 mese i s V T H i s V T H

18 La Norma, per tener conto della Capacità termica e che gli apporti gratuiti non possono essere conteggiati completamente, introduce il Fattore di Utilizzazione : Regime di Riscaldamento (inverno): H,nd ls H,gn gn N.B. da ora in poi si utilizzano i simboli della Norma ls = Dispersioni = tr + ve gn = Guadagni = int + sol,w η H,gn = fattore di utilizzazione degli apporti termici gratuiti nel periodo invernale; Hnd, tr ve Hgn, int solw, sol,w = apporti di energia termica dovuti alla radiazione solare incidente sui componenti vetrati

19 Analogamente in regime di Raffrescamento (Estate): C,nd gn H,lsls ls = Dispersioni = tr + ve gn = Guadagni = int + sol,w η C,ls = fattore di utilizzazione delle dispersioni termiche nel periodo estivo; Cnd, int solw, Cls, tr ve

20 Per ogni periodo di calcolo (mese) e per ogni zona climatica vanno calcolati i termini dell equazioni riportate. h n H,nd i H,nd, i 1 1 Regime invernale hm C,nd i C,nd, i 1 1 Regime estivo H,nd = fabbisogno ideale di energia per il riscaldamento [J]; h = numero di zone in cui è stato suddiviso l edificio; n = mesi della stagione di riscaldamento; i = generico mese i-esimo della stagione di riscaldamento; C,nd = fabbisogno ideale di energia per il raffrescamento [J]; m = mesi della stagione di raffrescamento; j = generico mese j-esimo della stagione di raffrescamento.

21 I dati geometrici dell edificio Una volta individuato l edificio, inteso come oggetto del calcolo energetico, occorre definirne i contorni e valutarne le caratteristiche geometriche, stabilendo in particolare: il volume lordo V; la superficie disperdente dell involucro S; il fattore di forma f = S/V; la superficie utile S u ; il volume netto V n.

22 D.Lgs. n. 311, Allegato C 1.2 Rapporto di forma dell edificio S/V, dove: a) S, espressa in metri quadrati, è la superficie che delimita verso l esterno (ovvero verso ambienti non dotati di impianto di riscaldamento), il volume riscaldato V; b) V è il volume lordo, espresso in metri cubi, delle parti di edificio riscaldate, definito dalle superfici che lo delimitano. D.Lgs. n. 311, Allegato A 37 Superficie utile: superficie netta calpestabile di un edificio.

23 Il volume lordo V riguarda solo le parti climatizzate: occorre conteggiare tutti gli spessori degli elementi che ne determinano il contorno (pareti esterne, solette di pavimento e di copertura), mentre non bisogna includere il volume degli ambienti non dotati di impianto di riscaldamento (vano scale, sottotetti freddi, zona cantine non riscaldata, ecc.). In caso di appartamenti termoautonomi il volume di un muro divisorio sarà contato due volte, come è illustrato nella figura.

24 Il valore della superficie disperdente dell involucro S viene calcolato considerando tutte le superfici che delimitano il volume climatizzato V, verso l esterno e verso ambienti non dotati di impianto di riscaldamento o raffrescamento. Ciò significa che nella valutazione del suo valore devono essere incluse ad esempio le superfici disperdenti rivolte verso vano scala o verso una cantina ed escluse quelle affacciate verso zone riscaldate da altro impianto, come un muro divisorio tra due appartamenti termoautonomi o una parete di confine tra due proprietà.

25 La superficie utile S u non è altro che l area netta di pavimento calpestabile dell edificio. Nel caso in cui il volume V includa più livelli, occorre sommare nel calcolo di S u le aree nette di tutti i piani del fabbricato. Il valore della superficie netta entra nella procedura di calcolo solo per la valutazione degli apporti interni di calore e degli indici di prestazione EP. La UNI TS riporta un metodo parametrico per calcolare S u a partire dal valore della superficie lorda in pianta Area climatizzata: in assenza di informazioni sull area netta di pavimento, al fine di determinare gli apporti termici interni, l area climatizzata (netta) di ciascuna zona termica può essere ottenuta moltiplicando la corrispondente area lorda per un fattore f n, ricavabile in funzione dello spessore medio delle pareti esterne, d m. S u = f n S L = (0,9761 0,3055 d m ) S L [m 2 ] f n fattore di correzione dell area lorda di pavimento; d m spessore medio delle pareti esterne [m]; S L area lorda di pavimento [m 2 ].

26 Il volume netto V n rappresenta il volume dell edificio al netto di pareti e solai verso esterno e di tutti i tramezzi e i pavimenti divisori interni. Il suo valore è necessario per il calcolo della dispersione per ventilazione. La UNI TS riporta un metodo parametrico per calcolare V n dal valore del volume lordo Volume netto dell ambiente climatizzato: per gli edifici esistenti in assenza di informazioni sul volume netto dell ambiente climatizzato, al fine di determinare lo scambio termico per ventilazione, il volume interno di ciascuna zona termica può essere ottenuto moltiplicando l area climatizzata per l altezza netta dei locali. V n = h S u [m 3 ] h Altezza vetta dei locali [m]; S u Aera climatizzata [m 2 ].

27 Zona Termica L edificio, si e detto, rappresenta l entità volumetrica riscaldata o raffrescata, che necessita di un certo fabbisogno energetico e costituisce l oggetto del calcolo. uesto può o deve essere suddiviso a sua volta in zone termiche. La definizione riporta: zona termica: parte dell ambiente climatizzato mantenuto a temperatura (ed eventualmente umidità) uniforme attraverso lo stesso impianto di riscaldamento, raffrescamento o ventilazione Ogni porzione di edificio, climatizzata ad una determinata temperatura con identiche modalità di regolazione, costituisce una zona termica. [ ] La zonizzazione non è richiesta se si verificano le seguenti condizioni: a) le temperature interne di regolazione per il riscaldamento differiscono di non oltre 4 K; b) gli ambienti non sono raffrescati o comunque le temperature interne di regolazione per il raffrescamento differiscono di non oltre 4 K;[ ] e) se vi è controllo dell umidità, le umidità relative interne di regolazione differiscono di non oltre 20 punti percentuali; È possibile che la zonizzazione relativa al riscaldamento differisca da quella relativa al raffrescamento.

28 Le regole per il calcolo del volume lordo di una zona sono espresse nella norma UNI: Confini delle zone termiche: per definire i confini del volume lordo climatizzato si considerano le dimensioni esterne dell involucro mentre, per definire i confini tra le zone termiche, si utilizzano le superfici di mezzeria degli elementi divisori. A differenza di quanto espresso per il calcolo dei confini dell edificio, per valutare il volume di una zona si considera solo metà dello spessore di pareti o solai divisori interni.

29 La temperatura di regolazione della zona Ogni zona termica è caratterizzata da due temperature interne di progetto, dette anche di regolazione o di set point: int,set,h relativa alla stagione invernale di riscaldamento, int,set,c relativa al raffrescamento durante il periodo estivo. La definizione della norma UNI riporta: temperatura interna di regolazione (set point): temperatura interna minima fissata dal sistema di regolazione dell impianto di riscaldamento e temperatura interna massima fissata dal sistema di regolazione dell impianto di raffrescamento ai fini dei calcoli di fabbisogno energetico.

30 La temperatura interna di una zona deve essere determinata, in base alla sua classificazione con le seguenti regole, specificate ancora nella UNI TS 11300: Climatizzazione invernale: Per tutte le categorie di edifici ad esclusione delle categorie E.6(1), E.6(2) e E.8, si assume una temperatura interna costante pari a 20 C. Per gli edifici di categoria E.6(1) si assume una temperatura interna costante pari a 28 C. Per gli edifici di categoria E.6(2) e E.8 si assume una temperatura interna costante pari a 18 C. Climatizzazione estiva: Per tutte le categorie di edifici ad esclusione delle categorie E.6(1) e E.6(2) si assume una temperatura interna costante pari a 26 C. Per gli edifici di categoria E.6(1) si assume una temperatura interna costante pari a 28 C. Per gli edifici di categoria E.6(2) si assume una temperatura interna costante pari a 24 C.

31 La temperatura degli Edifici Confinanti Edificio: la superficie esterna che delimita un edificio può confinare con tutti o alcuni di questi elementi: l ambiente esterno, il terreno, altri edifici Climatizzazione invernale Per gli edifici confinanti, in condizioni standard di calcolo, si assume: temperatura dipendente dalla destinazione d uso, se nota, per edifici confinanti e per singole unità immobiliari dotati di impianto di climatizzazione invernale temperatura pari a 20 C per edifici confinanti riscaldati e appartamenti vicini normalmente abitati; temperatura conforme all appendice A della UNI EN ISO 13789:2008, per edifici o ambienti confinanti non riscaldati (magazzini, autorimesse, cantinati, vano scale, ecc) Climatizzazione estiva temperatura dipendente dalla destinazione d uso, se nota, se l edificio adiacente è climatizzato. temperatura pari a 26 C, se la destinazione d uso non è nota, se l edificio adiacente è climatizzato; temperatura conforme all appendice A della UNI EN 13789:2008, per edifici o ambienti confinanti non climatizzati (magazzini, autorimesse, cantinati, vani scale, ecc.)

32 Edifici confinanti non riscaldati u gn Hiu int,set,h Hiu Hue Hue e -Φ gn è il flusso termico generato all'interno dell'ambiente non riscaldato, in W; - e è la temperatura esterna media mensile, in C; - int,set,h è la temperatura interna di progetto dell'ambiente riscaldato, in C; - H iu è il coefficiente globale di scambio termico tra l'ambiente riscaldato e l'ambiente non riscaldato, in W/K; - H ue è il coefficiente globale di scambio termico tra l'ambiente riscaldato e l'ambiente esterno, in W/K.

33 I dati climatici Dati climatici I dati climatici devono essere conformi a quanto riportato nella UNI I valori di irradianza solare totale media mensile sono ricavati dai valori di irraggiamento solare giornaliero medio mensile forniti dalla UNI Per orientamenti intermedi tra quelli ivi indicati e per i valori della riflettanza solare dell ambiente esterno si procede secondo la UNI/TR I valori di temperatura esterna media giornaliera sono forniti dalla UNI

34 La durata dei periodi di climatizzazione Per quanto riguarda la stagione di riscaldamento, il periodo è stabilito in funzione della zona climatica di appartenenza della località secondo le seguenti regole fissate dal D.P.R. n. 412/1993 e dal paragrafo delle UNI TS parte 1:

35 LA DURATA DEI PERIODI DI CLIMATIZZAZIONE UNI TS (pubblicazione 2014) Principali novità Cambia la formula per il calcolo della stagione di riscaldamento e di raffrescamento reale (nel caso di valutazione adattata all utenza). Si fa ora riferimento al metodo b riportato nel punto della UNI EN ISO 13790:2008. Per i mesi estremi della stagione di riscaldamento e raffrescamento, eventuale ricalcolo dei fabbisogni di energia sulle frazioni di mese comprese rispettivamente nelle stagioni di riscaldamento e di raffrescamento. Nel caso di valutazione sul progetto o standard, la durata della stagione di calcolo dipende dalla zona climatica e GG..

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37 Climatizzazione estiva Per ciascuna zona termica, il primo e l ultimo giorno del periodo di raffrescamento reale sono calcolati, secondo il metodo b riportato ai punti della UNI EN ISO 13790:2008, come i giorni in cui il rapporto adimensionale dispersioni-apporti per la modalità di raffrescamento, 1/γ c, è uguale al suo valore limite: a 1/ 1/ 1 / a cday, c lim c c Dove a c è un parametro numerico adimensionale che dipende dalla costante di tempo della zona termica.

38 MSOffice1 Per la climatizzazione estiva la durata del periodo di raffrescamento è variabile in funzione del contributo termico gn, dato dalla somma degli apporti solari ed interni. Considerando sempre il mese come unità di tempo, si valuta mensilmente se è necessaria o meno l accensione dell impianto di raffrescamento, valutando la seguente condizione di diseguaglianza: d =H ( e - int,set,c ) t mese E gen Ht mese ( e int, set, C ) 0 e int,set,c Ht gen mese [C] gen In cui: e int,set,c gn H t mese temperatura mensile dell ambiente esterno [ C]; temperatura interna di progetto per la stagione estiva [ C]; quota degli apporti gratuiti di energia [J]; coefficiente globale di scambio termico [W/K]; durata del mese (86400 N GGmese ) [s].

39 Diapositiva 38 MSOffice1 ; 10/03/2014

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44 -H ve,adj è il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione della zona considerata, corretto per tenere conto della differenza di temperatura internoesterno.

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