Prof. Paola Ricciardi - Le basi del bilancio energetico del sistema edificio-impianto termico

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1 Accumulo termico Sfasamento, smorzamento, risposta dinamica degli edifici Prof. Paola Ricciardi Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale - Università di Pavia 1

2 Meccanismi combinati di scambio termico attraverso una superficie piana 2

3 Massa termica Cos è Quali tipologie Applicazioni storiche Proprietà termiche dei materiali Accumulo termico Potenzialità 3

4 Massa termica Si riferisce alla capacità dei materiali di accumulare energia termica per lunghi periodi di tempo Può essere utiizzata per assorbire calore di giorno (estate), riducendo la necessità di raffrescamento, e per rilasciarla di notte 4

5 Materiali per l accumulo termico Acqua, pietra, terra, mattone, calcestruzzo, etc Materiali a passaggio di fase (PCM) possono accumluare 5-15 volte più calore per unità di volume dei materiali tradizionali 5

6 Applicazioni nel passato 6

7 Proprietà termofisiche dei materiali Densità, calore specifico, conduttività Calore specifico dei materiali edilizi: circa Wh/kg K La capacità totale di accumulo dipende dalla massa complessiva della struttura dipendendo poco dalla sua tipologia (mattone-calcestruzzo, pietra, etc) Materiale Densità (kg/m 3 ) Calcestruzzo Pietra Laterizio

8 Diffusività La diffusività fornisce un indicazione sulla rapidità di trasmissione del calore attraverso il materiale Il tempo che intercorre tra un picco di temperatura esterno ed interno dipende dalle spessore del materiale diviso la radice quadrata della diffusività Diffusività termica a = λ / ρ c ρ c [J/m 3 K] calore specifico volumetrico (per unità di volume) 8

9 REGIME VARIABILE distribuzione di temperatura per una variazione istantanea da T a a T b λ 9

10 DIFFUSIVITA TERMICA DIFFUSIVITA ELEVATA perturbazione termica poco ridotta in ampiezza, (poco smorzata) avvertibile a notevole distanza dalla superficie. qualitativamente: perturbazione di temperatura penetra più facilmente in un materiale leggero che non in uno pesante. 10

11 Transitorio di temperatura all interno di una parete 11

12 E per l estate? 12

13 ALLEGATO I: comma 11 Limitazione del fabbisogno estivo -Negli edifici di nuova costruzione e oggetto di ristrutturazione di categoria E1, E2, E3, E4, E7 ( esclusi capannoni e..): -devono essere presenti schermi per le superfici vetrate. Gli schermi possono essere fissi o mobili, interni o esterni e devono essere efficaci. - In zona climatica A,B,C,D, in località con Im,s del mese più soleggiato >250 W/m2, la massa superficiale delle pareti opache ( verticali e orizzontali)deve essere >230 kg/m2 Oppure dimostrare che l impiego di particolari materiali e tecnologie consente di ottenere lo stesso effetto di sfasamento e smorzamento ottenibile con la massa. 13

14 Metodo di calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici del periodo estivo Calcolo di sfasamento e attenuazione dell onda termica per componenti opachi EN ISO EN ISO (metodo semplificato) EN ISO Caratteristiche termiche dinamiche 14

15 15

16 16

17 17

18 Costante di tempo e Capacità termica Per limitare l escursione termica giornaliera, costante di tempo dell edificio τ : (diversa in funzione della regione) τ = Rt Ct = Ct H [ s] H - coefficiente di dispersione termica dell edificio (UNI EN 832) R t - resistenza termica complessiva dell edificio ( = 1/H ) C t -capacità termica dell edificio (UNI EN 832 e UNI EN ISO 13786) 18

19 Accumulo termico capacità termica 19

20 La massa pesante, rivolta verso l ambiente interno dell edificio, è in grado di accumulare calore durante la giornata (quando il riscaldamento è acceso) e di cederlo nuovamente all ambiente interno durante la notte, quando il riscaldamento è attenuato. L isolamento a cappotto permette, inoltre, una forte riduzione dei ponti termici. 20

21 Effetti collaterali Problema: La radiazione solare che entra dalle superfici vetrate in estate produce effetto serra: surriscaldamento dell ambiente interno. La dispersione termica attraverso le pareti è ostacolata dal buon isolamento termico Soluzione: Occorre assolutamente proteggere le finestre dall esterno dalla radiazione solare estiva 21

22 Altri elementi da considerare Diffusione del vapore Ventilazione e raffrescamento passivo Problemi di resistenza al fuoco Protezione dal Rumore Life Cycle Analysis 22

23 Canyon de Chelly, Arizona 23

24 Accumulo termico - EN ISO Consegnato nel DVD 24

25 25

26 26

27 Accumulo termico 27

28 Posizione dell accumulo 28

29 Posizione apertura 29

30 Posizione apertura 30

31 Guadagno diretto 31

32 Muro Trombe 32

33 Roof-pond 33

34 Collettore ad aria e letto di pietre 34

35 Serre aggiunte 35

36 Serre aggiunte 36

37 Configurazione tipo 37

38 Configurazione tipo 38

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