Il calcolo energetico di una serra solare: esempi ed applicazioni mediante il software in-serra Ph.D. Ing. Riccardo Farina

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1 Il calcolo energetico di una serra solare: esempi ed applicazioni mediante il software in-serra Ph.D. Ing. Riccardo Farina Ingegnere Meccanico - Dottore di Ricerca in Ingegneria dei Sistemi - Green Energy Auditor di Sacert ing.r.farina@gmail.com

2 Il bilancio energetico dell edificio per il riscaldamento Apporti termici dalle apparecchiature Energia primaria per riscaldamento e acqua calda sanitaria Apporti termici dagli occupanti Apporti termici interni Apporti termici solari dei componenti vetrati Fabbisogno globale di energia primaria per riscaldamento e acqua calda sanitaria Apporti termici totali Energia termica utile per riscaldamento e acqua calda sanitaria Apporti termici utilizzabili Energia termica utile per riscaldamento Apporti termici non utilizzabili Scambio termico totale Energia termica utile per acqua calda sanitaria Energia dispersa per ventilazione Energia dispersa per trasmissione Energia recuperata Perdite tecniche Confine dell ambiente climatizzato 2

3 La specifica tecnica nazionale UNI/TS Apporti termici dalle apparecchiature Energia primaria per riscaldamento e acqua calda sanitaria Apporti termici dagli occupanti Apporti termici interni Apporti termici solari dei componenti vetrati Fabbisogno globale di energia primaria per riscaldamento e acqua calda sanitaria Apporti termici totali Energia termica utile per riscaldamento e acqua calda sanitaria Apporti termici utilizzabili Energia termica utile per riscaldamento Apporti termici non utilizzabili Scambio termico totale Energia termica utile per acqua calda sanitaria Energia dispersa per ventilazione Energia dispersa per trasmissione Confine dell ambiente climatizzato Energia recuperata Perdite tecniche 3

4 La specifica tecnica nazionale UNI/TS Apporti termici dalle apparecchiature Energia primaria per riscaldamento e acqua calda sanitaria Apporti termici dagli occupanti Apporti termici interni Apporti termici solari dei componenti vetrati Fabbisogno globale di energia primaria per riscaldamento e acqua calda sanitaria Apporti termici totali Energia termica utile per riscaldamento e acqua calda sanitaria Apporti termici utilizzabili Energia termica utile per riscaldamento Apporti termici non utilizzabili Scambio termico totale Energia termica utile per acqua calda sanitaria Energia dispersa per ventilazione Energia dispersa per trasmissione Energia recuperata Perdite tecniche Confine dell ambiente climatizzato 4

5 Q sol Energia termica utile per riscaldamento Q sol Q r Q D Q r Q D Q sol Q sol Q ve Q int,a Q ve Q r Q D Q int,oc Q r Q D Q U Q g Scambi termici: Q H,ht Apporti termici: Q gn Prestazione termica: Q H,nd = Q H,ht - η H,gn Q gn 5

6 Energia termica utile per riscaldamento in presenza di serra Q sol Q sol Q r Q D Q r Q D Q sol Q ve Q int,a Q sol,u Q r,u Q U Q r Q D Q int,oc Q sd Q si Q U Q g Scambi termici: Q H,ht Apporti termici: Q gn Prestazione termica: Q H,nd = Q H,ht - η H,gn Q gn 6

7 Energia primaria per riscaldamento η gn η rg E P,H η e η d Q H,nd Rendimento medio annuo: η g = η e η rg η d η gn Prestazione energetica: E P,H = Q H,nd / η g 7

8 L esposizione migliore di una serra solare Edificio ottagonale di lato 5 m alto 3 m con una finestra su ogni parete, privo di ostruzioni e ubicato a tre diverse latitudini di una stessa zona climatica (D): Due diversi tipi di involucro: Genova: 44 25, 1435 GG Pareti e solai Involucro molto disperdente U = 1,2 W/m 2 K Involucro poco disperdente U = 0,3 W/m 2 K Roma: 41 53, 1415 GG Infissi Vetro singolo U = 5 W/m 2 K Doppio vetro bassoemissivo U = 1,2 W/m 2 K Caltanissetta: 37 29, 1550 GG 8

9 L esposizione migliore di una serra solare Edificio ottagonale di lato 5 m alto 3 m con una finestra su ogni parete, privo di ostruzioni e ubicato a tre diverse latitudini di una stessa zona climatica (D): Otto diverse esposizioni per una serra solare completamente vetrata: N NE E SE S SO O NO -serra parallelepipedalarga 5 m, profonda 3 m e alta 3 m; -pavimento serra: U = 0,36 W/m 2 K; -pareti e soffitto serra: doppio vetro normale, U = 2,4 W/m 2 K. Due diverse tipologie di parete divisoria: - completamente opaca; - completamente vetrata. 9

10 L esposizione migliore di una serra solare Risultati ottenuti a Roma, relativi alla riduzione del fabbisogno di energia primaria per il riscaldamento dei due diversi tipi di involucro, ottenibili con una serra diversamente orientata avente una parete divisoria completamente opaca: 10

11 L esposizione migliore di una serra solare Risultati ottenuti a Roma, relativi alla riduzione del fabbisogno di energia primaria per il riscaldamento dei due diversi tipi di involucro, ottenibili con una serra diversamente orientata avente una parete divisoria completamente vetrata: 11

12 L esposizione migliore di una serra solare Risultati relativi alla riduzione del fabbisogno di energia primaria per il riscaldamento dell involucro molto disperdente, ottenibili con una serra esposta a N o a S in funzione della percentuale di area vetrata della parete divisoria: 20,00 10,00 Riduzione fabbisogno di energia [%] 0,00-10,00-20,00-30,00 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% GE - N RM - N CL - N GE - S RM - S CL - S -40,00-50,00 Area superficie vetrata [m2] 12

13 L esposizione migliore di una serra solare Risultati relativi alla riduzione del fabbisogno di energia primaria per il riscaldamento dell involucro poco disperdente, ottenibili con una serra esposta a N o a S in funzione della percentuale di area vetrata della parete divisoria: 40,00 30,00 20,00 Riduzione fabbisogno di energia [%] 10,00 0,00-10,00 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% GE - N RM - N CL - N GE - S RM - S CL - S -20,00-30,00-40,00 Area superficie vetrata [m2] 13

14 Il software Fase 1: Dati Generali Fase 2: Piani Riscaldati Fase 3: Serra Solare Fase 4: Impianto di Riscaldamento 14

15 Il software Fase 1: Dati Generali Fase 2: Piani Riscaldati Fase 3: Serra Solare Fase 4: Impianto di Riscaldamento 15

16 Il software Fase 1: Dati Generali Fase 2: Piani Riscaldati Fase 3: Serra Solare Fase 4: Impianto di Riscaldamento 16

17 Il software Fase 1: Dati Generali Fase 2: Piani Riscaldati Fase 3: Serra Solare Fase 4: Impianto di Riscaldamento 17

18 Esempio n. 1 Appartamento al secondo piano di un edificio residenziale sito in Roma costruito negli anni sessanta, così caratterizzato: A f = 75.3 m 2 h n = 3 m Trasmittanza pareti perimetrali (cassa vuota) verso esterno e verso vano scale: U p = 1.1 W/(m 2 K) Trasmittanza infissi (vetro singolo): U w = 4.9 W/(m 2 K) Sul fronte Sud èpresente un balcone che si vuole chiudere per realizzare una serra solare avente 3 pareti verticali vetrate con U w = 2.4 W/(m 2 K) (doppio vetro normale) ed un soffitto opaco U p = 1.2 W/(m 2 K) costituito dal balcone dell appartamento superiore. 18

19 Esempio n. 1 Scambi termici ed apporti solari in assenza di serraattraverso le superfici verticali opache, raggruppate per esposizione [MJ]: NO NE O E SO SE S QD Qg QU QA Qr QH,tr Qsol 19

20 Esempio n. 1 Scambi termici ed apporti solari in presenza di serraattraverso le superfici verticali opache, raggruppate per esposizione [MJ]: N NO NE O 0 E SO SE S QD Qg QU QA Qr QH,tr Qsol QS,T Qss 20

21 Esempio n. 1 Scambi termici ed apporti solari in assenza di serraattraverso le superfici verticali vetrate, raggruppate per esposizione [MJ]: N NO NE O 0 E SO SE S QD QU QA Qr QH,tr Qsol 21

22 Esempio n. 1 Scambi termici ed apporti solari in presenza di serraattraverso le superfici verticali vetrate, raggruppate per esposizione [MJ]: N NO NE O E SO SE S QD QU QA Qr QH,tr Qsol QS,T Qss 22

23 Esempio n. 1 Scambi termici per trasmissioneed apporti solariattraverso le superfici verticali opache e trasparenti e la serra, raggruppate per esposizione [MJ] NO N NE O E SO SE S QH,tr in assenza di serra Qsol,tot in assenza di serra QH,tr in presenza di serra Qsol,tot in presenza di serra 23

24 Esempio n. 1 Scambi termici ed apporti termici nella stagione di riscaldamento [kwh] QD Qg QU QS QA Qr QH,tr QH,ve QH,ht Qsol Qss Qint Qgn QH,nd in assenza di serra in presenza di serra 24

25 Esempio n. 1 Fabbisogni mensili di energia primaria per riscaldamento [kwh] Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile in assenza di serra in presenza di serra 25

26 Esempio n. 1 Classificazione energetica relativa alla prestazione energetica per la climatizzazione invernale La realizzazione della serra solare a Suddetermina una riduzione dell'indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale dal valore EPi= 72,57 kwh/(m 2 anno) al valore EPi= 52,44 kwh/(m 2 anno), corrispondente ad una riduzione del fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione invernale pari al -27,7 %. 26

27 Esempio n. 2 Appartamento al secondo piano di un edificio residenziale sito in Roma costruito negli anni sessanta, così caratterizzato: A f = 75.3 m 2 h n = 3 m Trasmittanza pareti perimetrali (cassa vuota) verso esterno e verso vano scale: U p = 1.1 W/(m 2 K) Trasmittanza infissi (vetro singolo): U w = 4.9 W/(m 2 K) Sul fronte Nord èpresente un balcone che si vuole chiudere per realizzare una serra solare avente 3 pareti verticali vetrate con U w = 2.4 W/(m 2 K) (doppio vetro normale) ed un soffitto opaco U p = 1.2 W/(m 2 K) costituito dal balcone dell appartamento superiore. 27

28 Esempio n. 2 Scambi termici per trasmissioneed apporti solariattraverso le superfici verticali opache e trasparenti e la serra, raggruppate per esposizione [MJ] 28

29 Esempio n. 2 Scambi termici ed apporti termici nella stagione di riscaldamento [kwh] QD Qg QU QS QA Qr QH,tr QH,ve QH,ht Qsol Qss Qint Qgn QH,nd in assenza di serra in presenza di serra 29

30 Esempio n. 2 Fabbisogni mensili di energia primaria per riscaldamento [kwh] Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile in assenza di serra in presenza di serra 30

31 Esempio n. 2 Classificazione energetica relativa alla prestazione energetica per la climatizzazione invernale La realizzazione della serra solare a Norddetermina una riduzione dell'indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale dal valore EPi= 90,91 kwh/(m 2 anno) al valore EPi= 73,13 kwh/(m 2 anno), corrispondente ad una riduzione del fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione invernale pari al -19,6 %. 31

32 Grazie per l attenzione 32