Fabio Peron. Bilancio di energia dell edificio: un involucro più efficiente. Il fabbisogno di energia dell edificio. Q s. Q i2. G i Q i1 Q T. Q v.

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1 Corso di Progettazione Ambientale prof. Fabio Peron Bilancio di energia dell edificio: un involucro più efficiente Fabio Peron Università IUAV - Venezia Il fabbisogno di energia dell edificio Il fabbisogno di energia di un edificio è la quantità di energia necessaria al suo funzionamento. v G i i1 i2 t a s T E possibile individuarlo attraverso un bilancio esteso a tutta la stagione invernale per il fabbisogno in riscaldamento, o a tutto l anno per il fabbisogno totale G u Il bilancio di energia viene effettuato mese per mese considerando la temperatura esterna media mensile A differenza di quanto visto per il carico di picco si considerano anche gli apporti solari e i guadagni interni. Vengono utilizzati dei coefficienti di utilizzazione che tengono conto della capacità dell edificio di accumulare energia e rilasciarla successivamente. G & c t t + k A t t + & + & = & ( ) Bilancio in termini di potenza: pa ( e a ) [ i i e a ] i s H i Bilancio in termini di energia: pa ( te ta ) + Δτ [ ki Ai( te ta ] + Δτ & i + Δτ & s = Δτ & H Δτ Gc & ) i

2 Il fabbisogno di energia dell edificio Il fabbisogno di energia di un edificio è la quantità di energia necessaria al suo funzionamento. v G i i1 i2 t a s T E possibile individuarlo attraverso un bilancio esteso a tutta la stagione invernale per il fabbisogno in riscaldamento, o a tutto l anno per il fabbisogno totale G u Non tutti i guadagni gratuiti di energia vengono utilizzati. Si introducono dei coefficienti di utilizzazione, η, che tengono conto della capacità dell edificio di accumulare energia e rilasciarla successivamente. pa ( te ta ) + Δτ [ kiai ( te ta) ] + η [ Δτ & i + Δτ & s = Δτ & H Δτ Gc & ] i Con bilancio eseguito su base mensile Δτ = N Δt L η Δt G = Δt H Fabbisogno energia riscaldamento Il fabbisogno di energia dell edificio Con bilancio eseguito su base mensile Δτ = N Δt L η Δt Fabbisogno energia Riscaldamento mensile Si considera la temperatura media mensile e si calcola il fabbisogno di energia di ciascun mese. Dalla somma dei fabbisogni mensili si ottiene il fabbisogno per la stagione di riscaldamento. Δt H tot, riscaldame nto = G = Δt H

3 Fabbisogno di energia: perdite di energia dell impianto L impianto può essere schematizzato in quattro sotto-sistemi 1) SISTEMA DI PRODUZIONE 2) SISTEMA DI DISTRIBUZIONE 3) SISTEMA DI EMISSIONE 4) SISTEMA DI REGOLAZIONE Ognuno con delle perdite e quindi dei rendimenti PERDITE DI PRODUZIONE UNA DIFFERENZA: valori medi stagionali valori istantanei (o di prova o nominali) PERDITE DI REGOLAZIONE O CONTROLLO PERDITE DI EMISSIONE PERDITE DI DISTRIBUZIONE Fabbisogno di energia: perdite di energia dell impianto Calculation direction (from the demand to the source) Fonte: Commissione EPBD S Final energy (boundary:building) T V i Davi d heat demand h c,e Emission Distribution Storage d s g Generation Primary energy Energy direction (from the source to the demand)

4 Il fabbisogno di energia: rendimenti dell impianto v G u G i i1 i2 t a s T Si deve tenere conto anche del rendimento del sistema di riscaldamento legato a produzione, distribuzione, controllo e emissione dell energia nell edificio Per fornire H devo in realtà fornire al generatore di calore T. Considerando i diversi rendimenti (η G rendimento di generazione, η R rendimento di regolazione, η D rendimento di distribuzione, η E rendimento di emissione) si ha: T = H /(η G η R η D η E ) Il fabbisogno di energia: rendimento di distribuzione rendimento di distribuzione

5 Il fabbisogno di energia: rendimento di emissione rendimento di emissione Tipologie di regolazione MANUALE (mediante il termostato di caldaia) CLIMATICA CENTRALIZZATA: sonda di temperatura dell aria esterna, modifica della portata o della temperatura di mandata dell acqua ai terminali di riscaldamento PER SINGOLO AMBIENTE: sonda di temperatura dell aria interna posta in ciascun ambiente dell edificio DI ZONA: sonda di temperatura dell aria interna posta in un ambiente rappresentativo di una zona termica dell edificio CON PRE-REGOLAZIONE: sonda di temperatura dell aria interna e sonda climatica esterna ON/OFF: regolazione tutto o niente MODULANTE: l errata espressione usata dalla norma UNI con banda proporzionale 1 C va intesa come regolatore modulante in grado di regolare la temperatura ambiente nel punto di riferimento entro i limiti di 1 C (più o meno 0,5 C rispetto alla temperatura di set-point) rendimento di regolazione

6 Fabbisogno di energia: rendimento di regolazione rendimento di regolazione Fabbisogno di energia: rendimento di produzione rendimento di produzione

7 Il fabbisogno di energia dell edificio rendimento di produzione Il fabbisogno di energia per acqua calda sanitaria wh = ρ c V w (t w t 0 ) N gg V W Volume giornaliero [l / giorno] d acqua calda richiesta t 0 Temperatura dell acqua entrante nel sistema di produzione Per edifici residenziali: V w = m w S f bagni t w Temperatura dell acqua calda prodotta (40 C)

8 Il fabbisogno di energia per acqua calda sanitaria m = fabbisogno specifico Volume giornaliero [l/giorno] d acqua calda richiesta f = fattore di contemporaneità Per edifici residenziali: V w = m w S f bagni Il fabbisogno per acqua calda sanitaria

9 Il fabbisogno per acqua calda sanitaria Si deve tenere conto anche del rendimento del sistema di produzione di acqua calda sanitaria legato a produzione, distribuzione e accumulo Per fornire WH devo in realtà fornire al generatore di calore W. Si devono considerare i diversi rendimenti: η G rendimento di generazione, η d rendimento di distribuzione, η e rendimento di erogazione, η ms = η G η d η e rendimento medio stagionale, s perdite di calore del sistema di accumulo: W = η WH ms S + η g Il fabbisogno per acqua calda sanitaria rendimento di distribuzione Rendimento di produzione impianti autonomi (Pn>35 kw) 1. Impianto centralizzato con caldaia combinata (istantanea o ad accumulo)

10 Il fabbisogno per acqua calda sanitaria Rendimento di produzione impianti autonomi (Pn<35 kw) 1. Impianto autonomo con caldaia combinata (istantanea o accumulo) Se è previsto un accumulo il rendimento di produzione η p è ottenuto moltiplicando i valori sopra riportati nel prospetto 13-a per i coefficienti di riduzione del prospetto seguente Il fabbisogno per acqua calda sanitaria Rendimento di produzione impianti autonomi (Pn<35 kw) 2. Impianto autonomo con caldaia per la sola produzione di acqua calda sanitaria (istantanea o ad accumulo) Dove η p è ottenuto considerando i rendimenti di produzione dei generatori di calore del prospetto 18. Tali rendimenti tengono già conto, per gli apparecchi ad accumulo, della perdita di accumulo, valutata pari a circa il 10%. Per gli scaldaacqua elettrici si è considerato inoltre un rendimento di produzione e distribuzione del 37%

11 Il fabbisogno per acqua calda sanitaria Rendimento di produzione impianti autonomi (Pn>35 kw) 2. Impianto centralizzato con caldaia per la sola produzione di acqua calda sanitaria (istantanea o ad accumulo) Dove η p è ottenuto considerando i rendimenti di produzione dei generatori di calore del prospetto 13 scelti in funzione del rapporto di P n /P media, per valori intermedi rispetto a quelli indicati si procede con l interpolazione lineare. Per le caldaie a condensazione si considerano il rendimento di produzione riferito alla Temperatura di ritorno di 40 C. Per i soli impianti centralizzati, in quanto sempre dotati di sistemi ad accumulo la perdita di calore stagionale S è ricavabile, in funzione della classe di volume dell accumulo, utilizzando i valori convenzionali riportati nel prospetto 19. L indice energetico v G i i1 i2 t a s T Per confrontare edifici con dimensioni diverse e che si trovano in climi diversi è necessario utilizzare un indice energetico. G u Si utilizzano di solito i consumi specifici, per unità di area o di volume tot = area riscaldata tot = volume riscaldato kwh 2 m kwh 3 m

12 Cosa è la certificazione degli edifici Requisito minimo per edifici nuovi Valore medio prestazione fabbricati esistenti (stock edilizio) Entro 8 ottobre 2006 obbligatoria la certificazione energetica sul nuovo Il solare termico Nel bilancio energetico se presente si deve considerare anche il solare termico

13 Il solare termico: i collettori piani e sottovuoto Il solare termico: produzione convenzionale

14 Il solare fotovoltaico: elementi fondamentali di un impianto uadro di parallelo uadro di interfaccia Inverter Nel bilancio energetico se presente si deve considerare anche il solare fotovoltaico se connesso al sistema di climatizzazione con l utilizzo di una pompa di calore Il solare fotovoltaico: produzione convenzionale di energia

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