Prestazioni energetiche degli edifici: nuovi riferimenti per i dati climatici da considerare nei calcoli

Transcript

1 Prestazioni energetiche degli edifici: nuovi riferimenti per i dati climatici da considerare nei calcoli Anna Magrini 1 *, Giovanni Murano 2 1 Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura, Università di Pavia, Via Ferrata 1, Pavia 2 CTI, Via Scarlatti 29, Milano * magrini@unipv.it Abstract: I dati climatici di riferimento per la progettazione edilizia e impiantistica stanno per essere aggiornati con l'uscita della nuova versione della UNI L'importanza di avere a disposizione dati climatici recenti ha ricadute importanti sul calcolo delle prestazioni energetiche in regime quasi-stazionario e dinamico degli edifici e sul dimensionamento dei componenti impiantistici, nonché sulla valutazione dei relativi consumi. In attesa dell'uscita della norma, si possono fare alcune considerazioni e mettere in evidenza differenze tra serie di dati attualmente a disposizione della UNI 10349:1994, e i dati più nuovi, elaborati dal CTI per la costruzione dell'anno tipo, che confluiranno nella UNI Keywords: Prestazioni energetiche, dati climatici 1. Premessa I dati climatici sono alla base delle valutazioni che riguardano i consumi energetici degli edifici: da essi dipendono il calcolo degli scambi di calore attraverso l'involucro edilizio, il dimensionamento degli impianti di riscaldamento o raffrescamento, degli impianti solari termici e fotovoltaici, etc. Per garantire un'uniformità di valutazioni e la ripetibilità dei calcoli, dagli anni '90 sono disponibili dati climatici di riferimento: dati medi mensili sono riportati nella UNI 10349:1994, serie di dati climatici sono stati forniti dall'enea (medie ), dati più recenti sono stati messi a disposizione dal CTI, per la costruzione dell'anno tipo (rif. che rappresentano la base dell'aggiornamento della stessa UNI Da un'analisi preliminare tra gli archivi di dati climatici considerati, è possibile evidenziare che, in alcune località del territorio nazionale, si rilevano differenze piuttosto marcate dei parametri di riferimento. I data-set climatici di calcolo più recenti presentano variazioni rispetto a quelli precedenti che possono portare, in alcuni casi, a conseguenze importanti in termini di risultati di calcolo delle prestazioni energetiche e termo-igrometriche degli edifici e nel dimensionamento degli impianti tecnici in genere. L'aggiornamento dei dati climatici di riferimento rappresenta un'azione indispensabile, dal momento che le condizioni climatiche subiscono inevitabili deviazioni nel corso del tempo, e inoltre la loro misura si rende nel tempo più affidabile e completa, con ovvie ricadute sui calcoli energetici. Tuttavia anche disponendo di dati climatici aggiornati e misurati in modo più preciso, non è possibile prevedere la variabilità futura del clima e pertanto rimane un'inevitabile incertezza sull'aderenza dei risultati alla realtà. In questo contesto, il CTI, nell ambito dell'accordo di Programma MSE - ENEA, ha promosso attività molto importanti di reperimento dei dati climatici per località di riferimento poste in prossimità di tutti i capoluoghi di provincia italiani e la successiva elaborazione, in modo da realizzare per ciascuna località l' "anno tipo", in termini di dati orari di temperatura dell'aria, umidità relativa, pressione parziale di vapore, irradianza solare diretta, diffusa e globale su piano 1

2 orizzontale e velocità del vento, per costituire un riferimento affidabile e aggiornato come base per i calcoli termotecnici. Considerata la rilevante varietà di enti che si occupano della misura delle variabili meteorologiche, è utile sottolineare che: la distribuzione spaziale delle centraline in Italia non è omogenea, come non è omogenea la qualità dei dati (spesso influenzata dalle finalità della rete/stazione stessa); tenendo conto delle regole stabilite dalla WMO (World Meteorological Organization), in Italia non esiste uno standard ufficialmente riconosciuto per il rilievo dei dati meteorologici, quindi le diverse reti presentano caratteristiche differenti; non tutte le reti e le stazioni hanno lo stesso grado di manutenzione; grazie al progresso tecnologico degli ultimi anni, oggi sono a disposizione strumenti tecnicamente più avanzati rispetto a quelli utilizzati in passato. Inoltre, in aggiunta alle metodiche classiche di rilievo del parametro radiazione solare, sono oggi inoltre d isponibili nuovi metodi di stima della radiazione solare a partire da immagini e dati satellitari. Dal momento che il numero di stazioni di acquisizione presenti sul territorio nazionale è nel tempo aumentato, si hanno oggi a disposizione, per le medesime zone/località, dati rilevati afferenti a più centraline; tali informazioni, nella costruzione degli anni tipo CTI, sono state utilizzate per comparare sia i dati grezzi ricevuti per la costruzione dell'anno tipo climatico, sia per la successiva validazione della coerenza e della rappresentatività spazio-temporale del prodotto finale. 2. Analisi della variazione dei dati climatici Nel confronto tra le serie di dati indicate, occorre tenere presente che l'anno tipo CTI è stato determinato secondo la norma UNI EN ISO , mentre gli altri archivi di dati considerati sono dati medi sul lungo periodo (dati ENEA, norma UNI 10349:1994). Altre serie di dati si sono rese disponibili recentemente: dal 2013, sono stati realizzati anni tipo per applicazioni termiche, fotovoltaiche, eoliche e ambientali da parte di NIER Ingegneria e l Università di Bologna all'interno del progetto Life Tali dati tuttavia non vengono considerati nelle presenti valutazioni, in quanto non sono stati elaborati secondo lo standard EN ISO :2006, ma con procedure di calcolo sviluppate dai Sandia National Laboratories. 2.1 Scostamento tra dati relativi alla radiazione solare - Esempio A titolo d'esempio, si mette in evidenza un analisi sull'andamento della radiazione solare effettuata scegliendo le condizioni climatiche di due località per le quali gli scostamenti tra serie di dati sono compresi in due intervalli diversi: fino al 6% per Roma, fino all 11% per Catania. Le due località sono state scelte in base alle seguenti caratteristiche: i) stazioni di acquisizione dei dati ad un altitudine corrispondente a quella della località (correzione minima della temperatura, applicando il criterio della UNI 10349:1994, in funzione della localizzazione ed altitudine della località, rispetto alla stazione di rilevazione dei parametri climatici). ii) località caratterizzate da radiazione solare globale su piano orizzontale non influenzata dalla quota (in modo da avere la minima influenza della rifrazione dei raggi solari dovuti all atmosfera, che risulterebbe importante per aree montane). In figura 1 si riporta l andamento della radiazione solare H [MJ/m 2 ] delle due località considerate, in riferimento ai dati riportati nella UNI 10349, dati ENEA e anno tipo CTI. Dal confronto tra le diverse serie rispetto ai dati della UNI (Tabella 1), viene messo in evidenza, nella prima colonna, la media dei valori degli scostamenti medi mensili dei mesi tra maggio e settembre, M m,e ; nella seconda colonna la media degli scostamenti mensili su base annuale, M m ; nella terza lo scostamento dei valori della radiazione totale annuale, M a. 2

3 Roma Catania UNI Enea1999 CTI UNI Enea1999 CTI Figura 1. Radiazione solare media mensile Tabella 1. Scostamenti con dati riportati in UNI Roma Catania M m,e M m M a M m,e M m M a Enea -10% -3% -6% -14% -10% -11% Anno tipo CTI -2% -1% -2% -11% -6% -8% 2.2. Scostamento tra dati relativi alla temperatura dell'aria esterna Da una comparazione tra la temperatura dell'aria esterna media annuale dell'anno tipo CTI e quella della UNI 10349:1994 per circa 100 località, emerge che, in riferimento a valori medi annuali, non si rilevano scostamenti eccessivamente marcati tra serie di dati. Nel grafico di figura 2, i dati CTI sono riportati in ascissa. La linea nera centrale indica il perfetto allineamento tra le due fonti, mentre le linee tratteggiate indicano un intorno dell'allineamento rispettivamente del ±% e del ±10%. Tutte le località ad eccezione di cinque hanno uno scostamento percentuale inferiore o uguale al 10% dai dati della UNI 10349:1994. Le località che, sul dato annuale, presentano maggiori scostamenti sono Novara (-13%), Belluno (- 1%), Frosinone (13%), Varese (10%) e Piacenza (10%). Nei grafici successivi (figura 3, 4) sono invece riportati confronti relativi alle temperatura medie nelle stagioni invernali ed estive (ampiezza delle stagioni assunte, per il periodo invernale in riferimento ai mesi gennaio, febbraio, marzo, novembre e dicembre e nel periodo estivo ai mesi restanti) sempre tra i dati della UNI 10349:1994 e gli anni tipo climatici CTI. Dai grafici risulta che le variazioni, tra i nuovi riferimenti (CTI) e quelli della UNI 10349:1994, si manifestano in un numero di località maggiormente limitato nei mesi estivi rispetto a quelli invernali. 3. Conclusioni I dati di climatici utilizzati nella progettazione devono essere riferiti alle condizioni più rappresentative possibile del clima locale. L'aggiornamento della UNI 10349, sulla base degli anni tipo elaborati dal CTI, secondo le normative internazionali in vigore, rappresenta un riferimento indispensabile per i calcoli energetici, in quanto tiene conto di dati climatici più recenti. Difficoltà inevitabili sulla possibilità di garantire la corrispondenza tra dati di riferimento e dati reali sono determinate dalla variabilità nel tempo del clima, dalle condizioni di misura dei parametri, dall affidabilità delle centraline meteoclimatiche, dalla continuità di funzionamento e pertanto dalla disponibilità di serie storiche sufficientemente ampie. 3

4 Figura 2. Temperatura dell'aria esterna media annua Figura 3. Temperatura dell'aria esterna nei mesi invernali 4

5 Riferimenti bibliografici Figura 4. Temperatura dell'aria esterna nei mesi estivi A. Magrini, G. Murano, Nuovi riferimenti per i dati climatici nella progettazione impiantistica solare, Convegno CIRIAF, Energia, Ambiente e Sviluppo Sostenibile, Perugia 4- aprile 2014, ISBN G.Oliveti, L.Marletta, N.Arcuri, R.Bruno, M.De Simone, G.Evola Tecnologie solari negli edifici esistenti Criteri di progetto e metodologie di calcolo EPC Editore, UNI EN ISO :2006 "Hygrothermal performance of buildings - Calculation and presentation of climatic data - Part 4: Hourly data for assessing the annual energy use for heating and cooling 4. UNI/TR :2009 Energia solare - Calcolo degli apporti per applicazioni in edilizia - Parte 1: Valutazione dell energia raggiante ricevuta. UNI 10349:1994 "Riscaldamento e raffrescamento degli edifici. Dati climatici" 6. P. Baggio, V. Corrado, G. Murano, G. Riva, Definizione degli anni tipo climatici delle province del Nord Italia, La Termotecnica, ATI, pp. 8, Vol. 9, 61-68, ISSN: , G. Riva, G. Murano, V. Corrado, P. Baggio, G. Antonacci, Definizione degli anni tipo climatici delle province di alcune regioni italiane, Report RdS/2010/18, G. Riva, G. Murano, V. Corrado, P. Baggio, G. Antonacci, Definizione degli anni tipo climatici delle province delle regioni italiane del centro sud, Report RdS/2011/9, G. Riva, G. Murano, V. Corrado, P. Baggio, Aggiornamento parametri climatici nazionali e zonizzazione del clima nazionale ai fini della certificazione estiva. Report RdS/2012/106, G. Murano, G. Riva, Aggiornamento parametri climatici nazionali e zonizzazione del clima nazionale ai fini della certificazione estiva, Report RdS/2013/13, 2013 Siti web (radiazione globale giornaliera media mensile su superfici orizzontali da file dati relativi a ) (temperature e eliofania) www. itmeteodata.com