18 maggio Assemblea LEED AP

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1 18 maggio 2018 Assemblea LEED AP

2 Assemblea LEED AP Una nuova proposta di modellizzazione energetica dinamica Alberto Boriani, Logical Soft

3 EN ISO : Energy performance of buildings - Energy needs for heating and cooling, internal temperatures and sensible and latent heat loads - Part 1: Calculation procedures Sostituisce: EN ISO 13790: Energy performance of buildings - Calculation of energy use for space heating and cooling EN ISO 13792: Thermal performance of buildings - Calculation of internal temperatures of a room in summer without mechanical cooling - Simplified methods EN ISO 13791: Thermal performance of buildings - Calculation of internal temperatures of a room in summer without mechanical cooling - General criteria and validation procedures EN 15255: Energy performance of buildings - Sensible room cooling load calculation - General criteria and validation procedures EN 15265: Energy performance of buildings - Calculation of energy needs for space heating and cooling using dynamic methods - General criteria and validation procedures

4 Descrizione dei metodi Procedura di calcolo oraria Scopo del metodo orario Il principale obiettivo è quello di considerare l influenza delle variazioni orarie e giornaliere del clima esterno e della gestione dell edificio e le loro interazioni dinamiche nella determinazione dei carichi/fabbisogni di riscaldamento e raffrescamento. Gli elementi edilizi non vengono modellati accorpati con parametri aggregati (ISO 13790), ma ciascun componente viene modellato separatamente.

5 Descrizione dei metodi Procedura di calcolo oraria Principi del metodo orario Determinazione della temperatura interna di un locale o di una zona termica mediante risoluzione, in regime transitorio su base oraria, di un sistema di equazioni degli scambi termici che avvengono tra l ambiente interno e l ambiente esterno attraverso i componenti trasparenti e opachi costituenti l involucro del locale o della zona. Il risultato del calcolo è, ora per ora, la temperatura di ciascun componente, la temperatura dell aria interna e (se presenti) i carichi termici di riscaldamento e di raffrescamento. Ciascun componente edilizio (es. pavimento, finestra, parete) è modellato in una serie di nodi (capacità e resistenze termiche).

6 Ciascun componente costruttivo viene modellato in una serie di nodi: 5 nodi (4 strati) per i componenti edilizi opachi; 2 nodi (1 strato) per le finestre e le porte. La parete opaca nella ISO :2017 Strato tra i nodi i ed i+1 Capacità termica concentrata nel nodo i: C i = ρ i c pi s i J/(m 2 K) = κ pli;eli Conduttanza termica dello strato tra i nodi i ed i+1: H i;i+1 W/(m 2 K) = h pli;eli pli= strato i (pl=plane); eli= elemento i (i-esimo componente di involucro) +1

7 La parete opaca nella ISO :2017

8 La parete opaca nella ISO :2017 Esempio R eli = 0,025 0,85 + 0,19 0,61 + 0,038 0,15 + 1,00 0, ,87 0,003 = 4,294 m2 K W U eli = 1 R eli + 0,17 = 0,224 W m 2 K κ m;eli = , , , , ,003 J = m 2 K 8

9 La parete opaca nella ISO :2017 Tipo I Tipo E Tipo IE Tipo D Tipo M 5 Classi o Tipi di componente di involucro opaco in funzione della posizione della capacità termica

10 La parete opaca nella ISO :2017 R/6 R/3 R/3 R/6 Tipo I Conduttanze tra il nodo pli ed il nodo pli-1 Capacità termica concentrata sul lato interno R c;eli è la resistenza termica dell elemento di involucro opaco eli

11 La parete opaca nella ISO :2017 R/6 R/3 R/3 R/6 Tipo E Conduttanze tra il nodo pli ed il nodo pli-1 Capacità termica concentrata sul lato esterno R c;eli è la resistenza termica dell elemento di involucro opaco eli

12 La parete opaca nella ISO :2017 R/6 R/3 R/3 R/6 Tipo IE Conduttanze tra il nodo pli ed il nodo pli-1 Capacità termica suddivisa sul lato interno e sul lato esterno R c;eli è la resistenza termica dell elemento di involucro opaco eli

13 La parete opaca nella ISO :2017 R/6 R/3 R/3 R/6 Tipo D Conduttanze tra il nodo pli ed il nodo pli-1 Capacità termica equamente distribuita R c;eli è la resistenza termica dell elemento di involucro opaco eli

14 La parete opaca nella ISO :2017 R/6 R/3 R/3 R/6 Tipo M Conduttanze tra il nodo pli ed il nodo pli-1 Capacità termica concentrata all interno R c;eli è la resistenza termica dell elemento di involucro opaco eli

15 Procedura di calcolo nella ISO :2017 Calcolo dei carichi sensibili di riscaldamento e di raffrescamento e delle temperature Relazione tra la temperatura della zona e il funzionamento dell impianto cinque possibili situazioni: 1La zona termica richiede il riscaldamento ma la potenza termica non è sufficiente a raggiungere il set point. Questo accade usualmente nel periodo di accensione dell impianto. 2La zona termica richiede il riscaldamento e la potenza termica è sufficiente a mantenere il set point. La temperatura interna è uguale al set point. 3La zona termica non richiede né riscaldamento né raffrescamento (condizioni di libera fluttuazione). Si calcola la temperatura interna. 4La zona termica richiede il raffrescamento e la potenza frigorifera è sufficiente a mantenere il set point. La temperatura interna è uguale al set point. 5La zona termica richiede il raffrescamento ma la potenza frigorifera non è sufficiente a raggiungere il set point.

16 Procedura di calcolo nella ISO :2017 Per ogni ora e ciascuna zona, la temperatura operativa interna effettiva e il carico di riscaldamento o raffrescamento effettivo vengono calcolati utilizzando una procedura per fasi: Fase 1: Si verifica se sia necessario il riscaldamento o il raffrescamento. Fase 2: Si stabilisce se si applicano i set point di temperatura del riscaldamento o del raffrescamento e si calcola il relativo carico termico. Fase 3: Si controlla se la potenza di riscaldamento o raffrescamento è sufficiente. Fase 4: Si calcola la temperatura interna, se la potenza disponibile di riscaldamento o di raffrescamento è insufficiente. Fase 5: Si calcola il carico energetico effettivo per il riscaldamento e per il raffrescamento come risultato del calcolo.

17 Procedura di calcolo nella ISO :2017 Il periodo di calcolo effettivo è preceduto da un periodo di inizializzazione sufficientemente lungo da rendere trascurabile l'influenza delle temperature di ciascun nodo all'inizio del calcolo all'avvio del periodo di calcolo effettivo. Il periodo di inizializzazione è costituito da almeno due settimane prima del periodo effettivo. Quindi per i calcoli annuali, a partire dal 1 gennaio, il calcolo deve essere preceduto almeno dal periodo dicembre precedente al 1 gennaio.

18 Esempi di rilevanti processi e tecnologie tipicamente dinamiche attenuazione notturna e profili d uso (guadagni interni, ventilazione, schermi e tende); attenuazione nel fine settimana e profili d uso (guadagni interni, ventilazione); schermi solari (fabbisogni per raffrescamento); schermi solari (fabbisogni per illuminazione); ventilazione notturna (free cooling); recupero termico (ventilazione), bypass; zonizzazione e scambio termico, ad es. con VRF e/o pompe di calore locali; limitata potenza di raffrescamento (Comfort cooling); Sistemi edilizi termicamente attivi; unità ad aria per preraffrescamento/preriscaldamento. La maggior parte di queste tecnologie è caratterizzata dal fatto che richiede assunzioni rispetto alla regolazione: orario, e/o giornaliero e/o stagionale. Il controllo può essere manuale, o automatizzato (o misto), locale o centrale (o misto (ad esempio BACS), con o senza retroazione). 18

19 Calcolo dinamico orario secondo :2017 Principi La temperatura interna di una zona termica dell'edificio viene calcolata, su base oraria, risolvendo un sistema di equazioni che descrive la trasmissione di calore in transitorio tra l'ambiente esterno e interno attraverso gli elementi opachi e trasparenti che delimitano l'involucro della zona. Le equazioni sono risolte in forma matriciale. Il risultato del calcolo è la temperatura di ciascun componente, compresa l'aria interna e (se presente) il carico di riscaldamento o raffrescamento. Il numero di equazioni che descrivono gli elementi dell'edificio è quindi: 5 x il numero di elementi opachi + 2 il numero di finestre e porte. Il metodo orario copre tre aree di applicazione: a) calcolo del fabbisogno energetico; b) calcolo della temperatura interna; c) calcolo del carico di progetto per riscaldamento e raffrescamento. 19

20 Assunzioni Calcolo dinamico orario secondo : la temperatura dell'aria è uniforme in tutta la stanza o zona; - le varie superfici degli elementi della stanza o della zona sono isotermiche; - la conduzione del calore attraverso gli elementi della stanza o della zona (escluso verso il terreno) è assunta come monodimensionale; - la conduzione del calore verso il terreno attraverso gli elementi del locale è trattata come un flusso di calore equivalente monodimensionale secondo la norma ISO 13370; - il contributo di accumulo di calore dei ponti termici (lineari o puntuali) viene trascurato; - I ponti termici (lineari o puntuali) sono direttamente accoppiati termicamente alle temperature dell'aria interna ed esterna; - le intercapedini d'aria all'interno dei componenti dell'involucro sono trattati come strati d'aria delimitati da due superfici isotermiche e parallele; - gli effetti di accumulo di calore nei vari piani di un elemento vetrato vengono trascurati;

21 Assunzioni - l intensità di radiazione ad onde corte assorbita da ciascun piano di un elemento vetrato viene trattata come un termine sorgente; - la zona termica è considerata uno spazio chiuso delimitato dagli elementi di chiusura; - le proprietà termofisiche dei materiali che compongono gli elementi della zona termica sono indipendenti dal tempo, ma variazioni delle proprietà dei componenti non sono escluse: ad es. tende solari mobili, persiane; - l'ambiente radiante esterno (cielo escluso) si trova alla temperatura dell'aria esterna; - la distribuzione spaziale della radiazione solare all'interno della stanza è uniforme e indipendente dal tempo; - la distribuzione della massa in ogni costruzione è semplificata; - le proprietà solari delle finestre non dipendono dall'angolo di incidenza; - la temperatura radiante media viene calcolata come media ponderata delle temperature superficiali interne per l'area di ciascun componente.

22 Assunzioni - i coefficienti di scambio termico convettivo sulla superficie esterna dipendono dalla velocità e dalla direzione del vento, ma sono considerati tempo-invarianti; - i coefficienti di scambio termico convettivo sulla superficie interna dipendono dalla direzione del flusso di calore e sono considerati tempo-invarianti; - i coefficienti di trasmissione del calore a onda lunga sulle superfici esterne degli elementi del locale rispetto all'aria esterna sono considerati tempo-invarianti; - la scelta delle dimensioni utilizzate per la determinazione del flusso di calore per trasmissione termica (dimensioni interne, dimensioni esterne o dimensioni interne complessive) deve essere mantenuta lungo tutta la procedura di valutazione della prestazione energetica dell edificio.

23 Carico e fabbisogno ideale vs carico e fabbisogno con un impianto specifico Condizioni Obiettivi Proprietà Carico e fabbisogno di riscaldamento/raffrescamento «ideale» Le specifiche dell impianto non sono note Deve essere valutata l utilizzabilità dell impianto Carico e fabbisogno di riscaldamento/raffrescamento «con un impianto specifico» Il tipo e il progetto dell impianto sono noti Devono essere valutati gli effetti di una specifica gestione Funzionamento continuo non continuo Potenza termica nessuna limitazione limitata (disponibile) Perdite di energia termica non recuperabili ulteriormente specificate Tipo di emissione termica solo convettiva convettiva e radiativa

24 Green Building Council Italia Piazza Manifattura, Rovereto (TN) t info@gbcitalia.org