SISTEMI DI CHIUSURA AD ISOLAMENTO DINAMICO

L nvolucro edlzo ventlato e trasparente: parametr sntetc e modell per l calcolo delle prestazon Prof. Lvo Mazzarella L OGGETTO 2 Faccate a doppa lamna, faccate a doppa pelle, faccate doppe, doppo nvolucro, faccate vetrate a doppo strato, faccate fltra acqua, sstem ambental con seconda pelle, faccate ventlate ecc.... COSA SONO? SISTEMI DI CHIUSURA AD ISOLAMENTO DINAMICO

A ISOLAMENTO DINAMICO 3 Sstema d chusura vertcale degl edfc n cu vene realzzata una ntercapedne che può essere: Chusa Non v è alcuna portata d ara n NO ngresso; S nstaura un fenomeno d scambo termco per convezone naturale e radazone termca dovuto alla dfferenza d temperatura tra le paret. Aperta E ventlata; s svluppa un fenomeno d scambo termco per convezone e radazone: Naturale Forzata Il moto del fludo è mpresso da mezz meccanc. SI La causa del moto d ara è l suo rscaldamento o raffreddamento a contatto con le paret del canale. LE TIPOLOGIE 4 Sstem murar ventlat: paretodnamc Sstem a secco opach: faccate ventlate

LE TIPOLOGIE 5 Sstem a secco trasparent faccate doppa pelle ar exhaust wndow FACCIATA DOPPIA PELLE 6 Faccata contnua Modulo a fnestra Modulo a corrdoo

Fredrchs-Carré, Berlno 7 Fredrchs-Carré, Berlno 8 Vsta dal basso della faccata

IL FUNZIONAMENTO 9 I sstem d chusura ad solamento dnamco sono caratterzzat da 3 parametr prncpal: l orgne dell ara d ventlazone l tpo d ventlazone la destnazone dell ara d ventlazone SISTEMI OPACHI 0 A B C D A) Parete con ntercapedne solata B) Parete con loop nterno-esterno C) Parete con ntercapedne chusa D) Parete con loop esterno-esterno.

SISTEMI TRASPARENTI A) Ventlata naturalmente B) Ventlata meccancamente C) Faccata Attva SISTEMI TRASPARENTI 2 Faccate modular n regme estvo A) Intercapedne chusa B) Naturale Esterno - Esterno C) Meccanca Interno - Interno D) Naturale Esterno Interno E) Mecc. Interno Esterno

SISTEMI TRASPARENTI 3 Faccate modular n regme nvernale A) Intercapedne chusa B) Naturale Esterno - Esterno C) Meccanca Interno - Interno D) Naturale Esterno Interno E) Mecc. Interno Esterno Prncp d scambo termco 4 La conduzone termca con generazone nterna

Conduzone con generazone nterna σ U 5 In regme stazonaro (la soluzone non dpende dal tempo) e n presenza d generazone nterna d energa termca, σ U [W/m 3 ], l equazone della conduzone monodmensonale è: Τ Φ Α Φ σu = Α L σ U Φ Β 2 d T ( x) 2 dx σ = U λ Τ A h A λ h B e la sorgente nterna corrsponde ad una potenza mmessa par a Τ B Φσ U = A L σ U L x Conduzone con generazone nterna σ U 6 La soluzone è del tpo: con φ = U A con N ( T T ) A A B = U h N B A L + 2λ L σ U 2 σu x T ( x) = + cx + c 2λ Τ Φ Α Φ Β Τ A σ U 2 φ = U B con N ( T T ) B A B = U h + N A B L + 2λ L σ U h A λ h B Τ B N x fattore d rpartzone del flusso L x

Conduzone con generazone nterna σ U 7 I due fluss arec possono essere rscrtt come: φ A = φ ( ΔT ) + φ ( σ A U ) Τ φ B = φ ( ΔT ) + φ ( σ B U ) Φ Α Φ Β dove (ΔΤ) ndca la dpendenza dalla dfferenza d temperatura (σ U ) ndca la dpendenza dal termne sorgente d energa Τ A h A σ U λ h B Τ B φ φ ( σ U ) A ( σ U ) D = = N A N φ B σ U φ σ = N U A = N ( σ U L ) ( σ L ) B U L x Complement d scambo termco 8 Scamb termc mst convettvo-radatv e con flusso termco radatvo mposto α e G T,e α G T, E ϕ rd,e ϕ rd, I ϕ cv,e ϕ cv,

La temperatura OPERANTE, ϑ op 9 Il flusso scambato da una superfce S con l ambente è: Φ = Φ raccoglendo ed ntroducendo la defnzone d coeffcente msto convettvo-radatvo, h CR Φ h CR, = h S può dentfcare un nuovo potenzale ( ϑ ϑ ) + A h ( ϑ ), cv + Φ, rd = A h cv, S, ar rd, S, ϑ MRL, ( h + h ) ϑ A ( h ϑ + h ) = A ϑ cv, cv, + h rd, rd, S, cv, ar la temperatura OPERANTE rd, MRL, ϑ S ϕ,rd ϕ,cv φ ϑ op, h ϑ + h ϑ cv, ar rd, MRL, = h Φ = A h CR, [ ϑ S, ϑ op, ] CR, Temperatura Sole - Ambente 20 Se è presente un flusso radatvo ad onde corte (Irradanza solare G) assorbto da una superfce s può defnre un nuovo potenzale UNICO: coè [ ϑop, E ϑs, ] + A T, GT Φ = A hcr, α, α T, = A hcr, ϑop, E + GT, ϑs hcr, Φ, ϑ SA ϑ α T, op, E + hcr, G T, ϕ α G T φ,rd φ,cv ϑ S, ( ϑ ) Φ = A h CR, SA ϑ S,

Scambo Termco attrav. parete n regme stazonaro La defnzone d Temperatura Operante permette d scrvere lo scambo termco attraverso una parete, soggetta a condzon al contorno convettvo-radatve come: 2 ϑ ϑ op,a ϑ op,a > ϑ op,b Φ Φ h CR,A h CR,B ϑ op,b R Tot ϑ op,a = h RC, A A + AC ϑ op,b + h RC, B A L x Resstenza totale: R conduttva + R superfcal Scambo Termco attrav. parete soleggata OPACA n regme stazonaro 22 Nel caso d parete opaca soggetta ad rradanza solare G, sempre nell potes d regme stazonaro, l flusso complessvamente trasmesso dall esterno verso l nterno rsulta essere : ϑ α G T α G T ϑ op,a > ϑ op,b Φ e Φ Φ ϑ op,a Φ e h CR,A h CR,B ϑ op,b R Tot ϑ op,a = h RC, A A + AC ϑ op,b + h RC, B A L x Φ = A U U ( ϑop, e ϑop, ) + A α s GTot h CR, e

Scambo Termco attrav. parete soleggata TRASPARENTE n regme stazonaro 23 Nel caso d parete trasparente soggetta ad rradanza solare,... + λ Scambo Termco attrav. parete soleggata TRASPARENTE n regme stazonaro 24 Nel caso d parete trasparente soggetta ad rradanza solare G,... σ U s α L G Tot se L è suffcentemente pccolo, l assorbmento s può consderare unformemente dstrbuto ϑ Φ Α Φ Β ϑ A σ U h A λ h B ϑ B L x

Scambo Termco attrav. parete soleggata TRASPARENTE n regme stazonaro 25 Nel caso d parete trasparente soggetta ad rradanza solare, sempre nell potes d regme stazonaro, l flusso termco trasmesso dall esterno verso l nterno rsulta essere : Φ T, entrante = A U ( ϑoe ϑoi ) + A N I α s GTot con, per l vetro semplce, N I = U hcr, e + s 2λ fattore d rpartzone Sstema trasparente: equvalenza termca 26 S può verfcare che, per fluss scambat alla superfce, sussste la seguente analoga elettrca: ϑ Φ Α σ U Φ Β s α L G Tot Φ e α G T ϑ op,a > ϑ op,b Φ ϑ A h A σ U λ h B ϑ B R Tot ϑ op,a = h RC, A R cd /2 R cd /2 A ϑ op,b L + + Aλ h RC, B A L x Φ = A U h ( ϑoe ϑoi ) + AU + α s GTot CR, e L 2λ

Sstem compost da pù lastre 27 Per rsolvere l problema relatvo al calcolo del flusso termco trasmesso n un sstema a lastre multple è suffcente consderare una rete elettrca con bpol equvalent per le lastre con assorbmento della radazone solare. Il flusso è dato sempre da: Φ = A U ϑ ϑ + A N α G ( OE OI ) I s Tot con N I funzone delle propretà dell ntero pacchetto vetrato α est G T α nt G T R rd R se R cde R cd R s R cv 2 ϑ OE ϑ se ϑ s ϑ OI ϕ ext ϕ nt Scambo Termco attrav. parete soleggata TRASPARENTE n regme stazonaro 28 Nel caso d parete trasparente soggetta ad rradanza solare, sempre nell potes d regme stazonaro, l flusso energetco totale trasmesso dall esterno verso l nterno rsulta allora essere : Φ ET, entrante = A U ϑ, ( ϑop, e op ) + A gt GTot θ ρ α τ Φ ET con g T ( θ ) = [ τ ( θ ) + N α ( θ )] T I T Φ T,e Φ T, coeffcente d trasmssone solare globale ϑ op,e ϑ op,

Modell per faccate ventlate 29 Modell d calcolo per l anals l delle prestazon delle faccate ventlate Modell possbl 30 I possbl modell per l anals delle prestazon delle faccate ventlate sono, n ordne d complesstà decrescente: Modell termofludodnamc dettaglat che rsolvono le equazon d campo per le equazon d conservazone (contnutà, quanttà d moto, energa) nseme con le equazon fenomenologche (legg d Fourer, d Stefan- Boltzmann, costtutve del fludo e del soldo ecc.) Modell semplfcat ntegral e/o a parametr concentrat sa per l fludo sa per l soldo: non capactv (potes stato quas stazonaro) capactv

0 0.2 5 0.5 0.7 5 Modell termofludodnamc dettaglat 3 Important per la loro capactà d defnre n modo dettaglato l moto del fludo nel canale (sa n convezone naturale che forzata) e qund lo scambo termco che questo ha con le superfc. Tpologe d moto nel canale 32 Caso ) Canale con flusso termco ascendente (T ae <T w (-) <T w (+) ) y =3.0m y =2.5m y =.5m y =0.5m y =0.0m T ae 0 T ae 0 y T ae 0 T ae T ae 0 0 0 0 Cam po d tem peratura del fludo ξ= x/a C a m p o d v e l o c t à del fludo

Tpologe d moto nel canale 33 Caso 2) Canale con rcrcolo nterno d massa (T w (-) <T ae <T w (+) ) y =3.0 my =2.5 my =.5 my =0.5 my =0.0 m Tw (+) Tw (-) 0 0 T ae T ae y T ae 0 0 T ae T ae 0 0 C a m p o d v e l o c t à d e l Cam po d tem peratura flu d o d e l f l u d o ξ=x /A Tpologe d moto nel canale 34 Caso 3) Canale con doppa crcolazone d massa lungo le paret (T w (-) <T ae <T w (+) ) y =3.0m y =2.5m y =.5m y =0.5m y =0.0m T T Tw (+) Tw (-) T y ae T 0 0 C a m p o d v e lo c tà d e l flu d o ξ=x /A Cam po d tem peratura del fludo I cas 2) e 3) non sono analzzabl con strument semplfcat; per questa ragone la rcerca è tesa a caratterzzare quest cas e svluppare modell semplfcat adeguat per descrverl

Schema rassuntvo Schema rassuntvo de modell d canale e delle procedure utlzzate per l calcolo degl hcv T <T w,med 35 T w c T w f Fgura 0 Schem a d funzonam ento del canale - Canale unco - h -> Elenbaas cv T w c - Canale unco - h -> Aung cv T w f T w c T w f T w c - Canale unco - Effetto rcrcolo: - Canale doppo perdte d carco d - h -> Aung modfcato cv ngresso e uscta - h -> Aung modfcato cv T w f T w c - Canale doppo - h -> Aung modfcato cv T w f Le aperture d ngresso / uscta 36 La poszone della dmensone delle aperture d ngresso e d uscta dell ara nel canale possono nfluenzare sgnfcatvamente lo svluppo de profl d veloctà e qund lo scambo termco. S assste sovente alla formazone d zone d depressone nella parte nferore della sezone d sbocco con la formazone d fluss dscendent rasent la superfce pù fredda del canale (comportamento tpcamente nvernale)

Anals dnamca tramte programm CFD 37 Valutazone d Fattor d rsposta come rfermento per l comportamento de component edlz n regme varable AMBIENTE ESTERNO AMBIENTE INTERNO Faccata attva (ventlazone nterna) Portate d ara:0; 0;20;40;60 kg/h Faccata nterattva (ventlazone esterna) Portate d ara:0; 05 kg/h Doppo vetro pesante Da - CARATTERISTICHE DINAMICHE DELLE FACCIATEA DOPPIA PELLE Alessandra De Angels *, Onoro Saro - Unverstà d Udne Fattor d rsposta 38 Per descrvere la rsposta dnamca del sstema vengono utlzzat fattor d rsposta defnt come: n partcolare: effetto FR = = causa flusso termco areco sollectazone mpulsva X = fattore d rsposta relatvo al flusso termco sulla superfce esterna Y = fattore d rsposta relatvo al flusso termco sulla superfce nterna

Faccata con ventlazone nterna 39 ( faccata attva ) attva c 0 m 0 0 8 6 4 X 2 0-2 -4-6 0 2 3 ore X Y T.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0-0.2-0.4-0.6 Faccata attva per dverse portate 40 attva c 0 m 0-60.0 0.8 0.6 Y (W/mqK) 0.4 0.2 0.0 Y(0) Y(20) Y(40) Y(60) T 0 0.5.5 2 2.5 3 ore.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0. 0.0

Faccata attva per dverse portate 4.2.0 0.8 Y; q 0.6 (W/mqK) 0.4 attva c 0 m 0-60 Y(0) Y(20) Y(40) Y(60) q(dv) Y(0) T.2.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.0 0 2 3 ore 0.0 Faccata attva al varare del flusso 42 attva c 0 m 0-60.2.0 0.8 Y; q 0.6 (W/mqK) 0.4 0.2 0.0 Y(0) Y(20) Y(40) Y(60) q(0) q(dv) Y(0) 0 2 3 ore T q(0) q(20) q(40) q(60).2.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

Faccata nterattva 43 Y (W/mqK) 2.0.8.6.4.2.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 nterattva c 0 m 0-05 Y(0) Y(05) q(05)var T 0 2 3 4 5 ore 2.0.8.6.4.2.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Faccata nterattva 44 T uscta canale.0 0.8 Y 0.6 (W/mqK) 0.4 T T_u(05) T_u(0)attva 0.2 0.0 0 2 3 4 ore

Consderazon sugl effett dnamc 45 Il rtardo temporale tra causa ed effetto non supera ma le due ore. D conseguenza per un anals energetca su un arco d tempo sgnfcatvo (la stagone, l anno) l effetto d tale rtardo sulla stma de consum d energa prmara non è mportante. Per modell fnalzzat alla stma del fabbsogno energetco non s commette un errore sgnfcatvo se s usa l potes dello stato quas stazonaro. Modell semplfcato: IPOTESI 46 Stato quas stazonaro o capactà concentrata nel vetro Flusso termco scambato per conduzone monodmensonale e dretto come l gradente termco prevalente. Scambo termco convettvo tra fludo che s muove nel canale, schermo e parete, valutato n forma ntegrale. Sotto tal potes la conduzone termca e le sue condzon al contorno, così come la convezone e l rraggamento nel canale, possono essere descrtte n termn d resstenze termche equvalent e eventualmente capactà concentrate.

Modell semplfcat 47 La faccata è dscretzzata lungo la drezone vertcale y n n canal n sere per ognuno de qual vengono scrtte le equazon d scambo termco e conservazone d massa e energa. Il flusso termco vene consderato monodmensonale e dretto lungo l asse x. Y x Ogn pannello vetrato può essere modellato: usando uno schema a parametr concentrat (rete R-C) applcando l potes d stato quas stazonaro (semplce rete R) Schema fsco 48 I refl. I refl.

Modello conduttvo 49 Ipotes monodmensonale Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno 2 2 2 q ρ c + + + = 2 2 2 T T T T x y z λ λ t 2 T x 2 q sol sol ρ c T + = λ λ t Q& m c T T & ent (, outlet ) ent = & p a, outlet a, nlet, nlet Schema R-C 50 Q& = Q& + Q& Q & + s, n cond, n sol, n cond, n T R + R R + R C = ( T T ) ( T T ) + Q& t 2 2 n n n n n+ n n n n n+ soln, t Tn Tn Tn + Tn Tn= + + Q& soln, dt C 0 n Rleft Rrght Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno

Flusso radatvo al onde lunghe 5 4 4 4 4 Superfce verso l esterno Q& r, e = A So Fa ( TS o Ta, ext ) + Fsky ( TS o Tsky ) Superfce verso l nterno tra due pannell d vetro Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno σε 4 4 ( ) Q& = A σε T T r, S 3 S 3 a,nt Q& = A σ T T + ε ε 4 4 ( ) rx, _ y x y x y Temperatura dell ara all nterno del canale 52 Temperature smulate e msurate 40,00 Tara_sm_nf Tara_ms_60 38,00 36,00 Tara_sm_med Tara_sm_sup Tara_ms_20 Tara_ms_80 2,5 C Temperatura [ C] 34,00 32,00 30,00 28,00 4,3 C 3,5 C 26,00 24,00 22,00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 0:00 :00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 20:00 Ora Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno

Temperatura dell ara n uscta 53 40,00 38,00 Tara_outlet_sm Tara_outlet_ms Temperature smulate e msurate 36,00 Temperatura [ C] 34,00 32,00 30,00 28,00 26,00 24,00 22,00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 0:00 :00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 20:00 Ora Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno Temperatura del vetro nterno sup. nterna 54 40,00 38,00 36,00 Temperature smulate e msurate Tv_nt_sm_nf Tv_nt_ms_60 Tv_nt_sm_med Tv_nt_ms_20 Tv_nt_sm_sup Tv_nt_ms_80 Temperatura [ C] 34,00 32,00 30,00 28,00 26,00 24,00 22,00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 0:00 :00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 20:00 Ora Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno

Flusso netto entrante nell ambente 55 00,00 90,00 80,00 70,00 Qtot_sm_nf Qtot_sm_med Qtot_sm_sup Fluss smulat e msurat Qtot_ms_60 Qtot_ms_20 Qtot_ms_80 Fluss [W/m 2 ] 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 0,00 0,00-0,00-20,00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 0:00 :00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 20:00 Ora Ref.: Prof. M.Perno Poltecnco d Torno MODELLI NON CAPACITIVI 56 αg T Parete opaca ventlata R rd R se R cde R cd R s R cv R cv 2 ϑ ope ϑ se ϑ s ϑ op ϑ nt ϕ ext ϑ f ϕ nt Parete trasparente ventlata α est G T R rd α nt G T R cde R se R cd R s R cv R cv 2 ϑ ope ϑ se ϑ op ϑ nt ϑ s ϕ ext ϑ f ϕ nt

MODELLI NON CAPACITIVI 57 Parete trasparente con canale ventlato n convezone naturale α est G T α nt G T R rd R se R cde R cd R s R cv R cv 2 ϑ ope ϑ se ϑ op ϑ s ϕ ext ϑ f ϕ nt MODELLO CANALE approcco ntegrale 58 Modello ntegrale per l canale ventlato analogo a EN3363-2 per la deduzone della temperatura meda dell ara nel canale e all uscta [ hcv ( Ts T a( z)) + hcv2( Ts 2 T a( z))] L dz = = LS vρ cp(t a( z + dz) T a( z)) T a(0) = Tn 0 < z < H h T cv s cv2 s2 s kz hcv + hcv2 a z) = Ts + ( Tn Ts ) e ( hcv + hcv2) T ( k T + h Svρc p T

MODELLO - rete termca per l monocanale 59 In molte condzon d funzonamento l rapporto Gr/Re 2 segnala mportanza d meccansm d convezone naturale Impego d coeffcent d scambo superfcale n convezone msta: Caso A del canale stretto, n cu gl strat lmte sono accoppat (Ra S S/H <) => estensone delle correlazon d Elenbaas e Aung h ( nat, E A) cv = h ( E A) cv Ts T T < T Caso B del canale largo (Ra S S/H >) => correlazon d Churchll and Chu n forzata e d Bejam n naturale. ( mx) ( for) 3 Nu H = (( NuH ) + s ( Nu n a ) ) > ( nat) 3 /3 H ϕ R se R V T s R rd <T a > T s2 R cde R cd R s ϕv ( < T > T a R cv R cv2 R V ϕ v n m& n = ) S H ϕ 2 vρc p ( Tout Tn) ( < T > T ) a n MODELLO - rete termca per l bcanale 60 H ϕ m& n m& n2 ϕ 2 ϕ 3 T ope T op R V R V2 T n I due canal ventlat sono separat dal dspostvo schermate (tenda o venezana)

MODELLO rsoluzone della rete termca 6 Rete equvalente dopo trasformazone trangolo -> stella... Metodo d rsoluzone esplcto con parttor d corrente per fluss mpost e terazone sulle resstenze dpendent delle temperature (T s, T s2 ) ϕ ϕ 2 ϕ 3 Tope Rse R*, T* R*,2 R* 2, T* 2 R* 2,2 Rs Top ϕ o ext R*,3 R* 2,3 ϕ o nt ϕ ext ϕ nt ϕ v ϕ 0 v Rv ϕ v2 ϕ 0 v2 Rv2 Tn Implementazone n TRANSYS 62 θ f Int_can Q term θ ope θ op Q sold m& TYPE8 Modello d chusura vertcale trasparente ventlata Q solt L G dr Q c G dff θ θ out

VALIDAZIONE dat e apparato spermentale 63 4AB Msurazon n cella TWINS: termocoppe per temperatura dell ara n ngresso, all nterno e n uscta al canale ventlato; termocoppe per la temperatura superfcale delle paret vetrate e dello schermo; termocoppe per la msura della temperatura dell ara n var punt della cella; termoflussmetr per la msura de fluss termc sulla facca nterna delle superfc vetrate; un daframma calbrato per la portata d ara estratta dal canale; sensor per prncpal parametr clmatc estern (temperatura dell ara, rradanza globale sul pano vertcale). 9B 3B 0B 2B Indoor B 20B - 6B - 5B 9B, - 4B 8B 26B 25B 32B 3B 30B 24B 8B 38B 29B 35B - 7B 37B 28B 34B 33B 36B 27B 23B 22B 5AB 2B Outdoor 7B VALIDAZIONE dat e apparato spermentale 64 4AB Elaborazone de dat: Mede sulle temperature superfcal e sulle temperature dell ara dentro l canale e fuor. Scomposzone dell rradanza solare n dretta e dffusa (mpego della correlazone semplfcata d Rendlt basata sul clearness ndex oraro; 3B 20B - 6B - 5B 26B 32B 8B 38B 29B 35B - 7B 23B Outdoor 9B 0B B 9B, 25B 37B 28B 22B Scherm e portate d ventlazone: Tenda a rullo n PVC esternamente rflettente Portata costante 56 m 3 /h Venezana mcroforata n allumno con alette a 45 Portata su due lvell 28-80 m 3 /h 2B Indoor - 4B 8B 3B 30B 24B 34B 33B 36B 27B 5AB 2B 7B

RISULTATI FDP con tenda a rullo 65 T ( C) 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 Ta uscta msurata Ts msurata Ta uscta smulata Ts smulata 9 24 5 0 5 20 6 6 2 tempo (h) 2 7 2 7 22 3 8 RISULTATI FDP con venezana 66 T ( C) 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 Ta uscta msurata Ts msurata Ta uscta smulata Ts smulata 0 5 20 6 6 2 2 7 2 7 tempo (h) 22 3 8 3 8 23 4 9

RISULTATI Integrazone gornalera 67 Q Q V nt = = 24 = 24 = Q Q V, nt, = 24 = = 24 = m& c h I p (T A(T out, SI, T T n, OI, ) Δt ) Δt (Q V,ms -Q V,sm )/ Q V,ms (Q nt,ms -Q nt,sm )/ Q nt,ms Tenda Venezana Tenda Venezana Gorno Gorno 2 Gorno 3 4% 4% 8% 2% 22% % 0% 2% % 7% 7% 3% RISULTATI senstvtà a coeffcent d scambo convettvo 68 msura smulazone convez. msta canale stretto smulazone convez. forzata smulazone convez msta canale ampo Ta uscta canale ( C) 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 9 24 5 0 5 20 6 6 2 tempo (h) 2 7 2 7 22 3 8

IMPLEMENTAZIONE Correzone per la temperatura d ngresso 69 mc & ( T p n T a, nt T ( C) ) = A 37 36 35 34 33 32 3 30 29 28 27 26 25 24 23 22 f, nt + A U f, ext f,nt U h T ( f,ext ext n + T α 2 a, nt f, ext G T tot, v op ) + A f, ext U f,ext T ( b 2 ( θ ) + LS( sen( θ ) τ ( θ ) G n + T a,nt b, v T ope ) + d ( θ ) + τ G d, v ( θ )) 0 5 20 6 6 2 2 7 2 7 22 3 8 3 8 23 4 9 tempo (h) Ta nterna Ta ngresso msurata Ta ngresso smulata ANALISI SEMPLIFICATA 70 Anals semplfcata per l sstema opaco: da ϕ nt = U V * ( ϑ ϑ ) + N α G + ΔU ( ϑ ϑ ) ope op est T V f op per ϑ = ϑ oppure ϑ = ϑ ope f op f l flusso termco entrante può essere espresso come * = U +ΔU + N G ϕ nt con ( ) ( ϑ ϑ ) V V ope ( UV +ΔUV ) = Ueq op α est T

ANALISI SEMPLIFICATA 7 Trasmttanza della parete ventlata U V e ncremento d trasmttanza ΔU V legata alla dfferenza d temperatura tra fludo crcolante e ambente nterno. U V = R * e + R y + R * + * Re R R y * R R y x 2 R R x y ΔU V = U V C R * e ( R + R ) y R y x R + R cv,nt y R x * U N I = h V e ANALISI SEMPLIFICATA 72 R * e resstenza termca tra l ambente esterno e la superfce nterna (lato esterno) dell ntercapedne ventlata n m 2 K/W R * resstenza termca tra l ambente nterno e la superfce nterna (lato nterno) dell ntercapedne ventlata n m 2 K/W R cv,nt resstenza termca convettva tra la superfce nterna dell ntercapedne ventlata e l ara n m 2 K/W R rd,nt resstenza termca radatva tra le superfc nterne dell ntercapedne ventlata n m 2 K/W R R C C x = = R R cv,nt R + C R rd,nt R rd,nt y Rcv,nt + 2 A hnt m& c p = e 2 = C 2 2 cv,nt R rd,nt cv,nt ( C2 ) Rrd,nt m& c 2A h p nt

RISULTATI - 73 Varazone della trasmttanza termca equvalente n funzone del verso del flusso d ventlazone e della portata areca, rspetto al caso con ntercapedne chusa Incremento d trasmttanza [%] 20% 00% 80% 60% 40% 20% 0% Incremento % d trasmttanza termca Verso ara: Esterno-Interno o Esterno-Esterno U(0) Inv =.2 W/(m²K) Invernale (-5 +20 ) Estvo (+35 +26 ) U(0) Est =.6 W/(m²K) 0 0.05 0. 0.5 0.2 0.25 Portata Areca [kg/(s m²)] Incremento d trasmttanza [%] 0% -20% -40% -60% -80% -00% -20% Incremento % d trasmttanza termca Verso ara: Interno-Esterno U(0) Inv =.2 W/(m²K) Invernale (-5 +20 ) Estvo (+35 +26 ) U(0) Est =.6 W/(m²K) 0 0.05 0. 0.5 0.2 0.25 Portata Areca [kg/(s m²)] RISULTATI - 2 74 Varazone del Fattore d rpartzone della radazone solare n funzone del verso del flusso d ventlazone e della portata areca, rspetto al caso con ntercapedne chusa Incremento Fattore Rpartz. [%] 0% -20% -40% -60% -80% -00% -20% Incremento % del Fattore d Rpartzone Verso ara: Esterno-Interno o Esterno-Esterno N(0) Inv = 0.0448 N(0) Est = 0.0464 Invernale (-5 +20 ) Estvo (+35 +26 ) 0 0.05 0. 0.5 0.2 0.25 Portata Areca [kg/(s m²)] Incremento Fattore Rpartz. [%] 0% -20% -40% -60% -80% -00% -20% Incremento % del Fattore d Rpartzone Verso ara: Interno-Esterno N(0) Inv = 0.0448 N(0) Est = 0.0464 Invernale (-5 +20 ) Estvo (+35 +26 ) 0 0.05 0. 0.5 0.2 0.25 Portata Areca [kg/(s m²)]

RISULTATI - 3 75 Varazone della temperatura superfcale nterna n funzone del verso del flusso d ventlazone e della portata areca, rspetto al caso con ntercapedne chusa Incremento Fattore Rpartz. [%] 0% 5% 0% -5% -0% -5% -20% -25% -30% Incremento % del Temperatura superf. nterna Verso ara: Esterno-Interno o Esterno-Esterno T(0) Inv = 6.4 C T(0) Est = 27.4 C Invernale (-5 +20 ) Estvo (+35 +26 ) 0 0.05 0. 0.5 0.2 0.25 Portata Areca [kg/(s m²)] Incremento Fattore Rpartz. [%] 25% 20% 5% 0% 5% 0% -5% -0% Incremento % del Temperatura superf. nterna Verso ara: Interno-Esterno T(0) Inv = 6.4 C T(0) Est = 27.4 C Invernale (-5 +20 ) Estvo (+35 +26 ) 0 0.05 0. 0.5 0.2 0.25 Portata Areca [kg/(s m²)] RISULTATI - 4 76 Varazone della temperatura superfcale nterna n funzone del verso del flusso d ventlazone e della portata areca n presenza d 600 W/m 2 d rradanza solare assorb., rspetto al caso con ntercapedne chusa Incremento Fattore Rpartz. [%] 0% -5% -0% -5% -20% -25% -30% Incremento % del Temperatura superf. nterna Verso ara: Esterno-Interno o Esterno-Esterno T(0) Inv = 6.4 C T(0) Est = 27.4 C αg = 600 W/m² Invernale (-5 +20 ) Estvo (+35 +26 ) 0 0.05 0. 0.5 0.2 0.25 Portata Areca [kg/(s m²)] Incremento Fattore Rpartz. [%] 25% 20% 5% 0% 5% 0% -5% -0% -5% -20% Incremento % del Temperatura superf. nterna Verso ara: Interno-Esterno T(0) Inv = 6.4 C T(0) Est = 27.4 C Invernale (-5 +20 ) Estvo (+35 +26 ) αg = 600 W/m² 0 0.05 0. 0.5 0.2 0.25 Portata Areca [kg/(s m²)]

SISTEMA TRASPARENTE: PROGRAMMA DI CALCOLO 77 I modell d ret equvalent vst n precedenza sono stat mplementat n un programma d calcolo scrtto n Fortran e sullo stle d TYPE d TRNSYS. programma d smulazone dnamca per lo studo dell'energa solare e del sstema edfco-mpanto Le temperature superfcal delle paret del canale non sono note, ma devono essere determnate consderando le condzon al contorno qual la temperatura operante nterna ed esterna, l rradanza solare e la portata d ara che entra nel canale. Poché l problema rsulta essere accoppato non lneare (nterdpendenza tra temperature superfcal e fluss termc), creazone d un loop d convergenza. DATI IN INGRESSO 78 Condzon clmatche al contorno Caratterstche geometrche della tpologa d faccata Propretà termche ed ottche degl element costtuent Il programma WINDOW4. è stato usato per calcolare α(θ) e τ(θ) delle lastre al varare d 0 dell angolo d ncdenza θ della radazone solare ed n presenza d multple rflesson. Per θ non multpl d 0, nterpolazone con Splne.

SISTEMI TRASPARENTI 79 Admnstraton buldng Educaton buldng 0.-0.2-0.3 m 0.2-0.25 m 0.75 m Da 2.7 a 3.6 m (modulo d 0.3 m) con nterpano 3.6 m 4.2 m con nterpano 5.2 m 26 30 m Tpo D Tpo AB Tpo C Senza schermo nterno: τ = 0.305 α ext = 0.428 α nt = 0.022 Senza schermo nterno: τ = 0.353 α ext = 0.37 α nt = 0.08 Senza schermo nterno: τ = 0.346 α ext = 0.093 α nt = 0.262 Con schermo nterno: τ = 0.049 α ext = 0.480 α nt = 0.003 α shd = 0.87 Convezone forzata o naturale Con schermo nterno: τ = 0.057 α ext = 0.372 α nt = 0.003 α shd = 0.22 Convezone forzata o naturale Con schermo nterno: τ = 0.058 α ext = 0.097 α nt = 0.044 α shd = 0.457 Traggo naturale RISULTATI 80 ora Theta_ope Theta_sext Theta_se Theta_m Theta_t Theta_t2 Theta_m2 Theta_s Theta_snt Theta_op Theta_out Theta_out2 [h] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] 2.700 2.889 24.603 25.870 25.248 25.270 25.486 25.702 25.723 26.000 25.75 25.486 2 2.500 2.697 24.538 25.864 25.24 25.236 25.462 25.688 25.7 26.000 25.739 25.462 3 2.800 2.984 24.635 25.873 25.266 25.287 25.498 25.709 25.730 26.000 25.757 25.498 4 22.00 22.27 24.733 25.882 25.38 25.338 25.534 25.730 25.749 26.000 25.774 25.534 5 22.200 22.92 27.067 26.03 26.634 26.68 26.44 26.263 26.245 26.000 26.97 26.44 6 22.400 23.847 30.480 26.447 28.92 28.848 28.036 27.223 27.37 26.000 26.857 28.036 7 23.00 24.44 30.642 26.493 29.503 29.445 28.460 27.476 27.37 26.000 26.945 28.460 8 24.400 25.70 3.58 26.6 30.503 30.436 29.76 27.96 27.780 26.000 27.70 29.76 9 26.200 27.786 33.932 26.857 32.26 32.6 30.393 28.67 28.482 26.000 27.64 30.393 0 27.900 29.73 35.938 27.067 33.67 33.542 3.432 29.322 29.087 26.000 28.043 3.432 29.300 3.259 37.38 27.27 34.70 34.559 32.76 29.792 29.523 26.000 28.332 32.76 2 30.700 32.70 38.364 27.38 35.387 35.22 32.660 30.099 29.808 26.000 28.525 32.660 3 3.800 33.760 38.702 27.350 35.575 35.403 32.793 30.83 29.887 26.000 28.586 32.793 4 32.300 34.24 38.305 27.305 35.223 35.056 32.538 30.02 29.735 26.000 28.499 32.538 5 32.600 34.202 37.392 27.204 34.476 34.32 3.999 29.678 29.47 26.000 28.306 3.999 6 32.300 33.63 35.832 27.036 33.26 33.29 3.28 29.28 28.906 26.000 27.984 3.28 7 3.800 32.77 33.905 26.829 3.774 3.668 30.065 28.463 28.288 26.000 27.588 30.065 8 30.900 3.867 33.0 26.724 30.847 30.748 29.398 28.048 27.903 26.000 27.386 29.398 9 29.800 30.98 32.85 26.667 30.93 30.090 28.927 27.764 27.640 26.000 27.277 28.927 20 28.600 29.029 29.9 26.295 27.748 27.700 27.209 26.77 26.667 26.000 26.565 27.209 2 27.200 27.47 26.389 26.036 26.2 26.205 26.44 26.083 26.077 26.000 26.070 26.44 22 25.700 25.73 25.905 25.990 25.949 25.950 25.965 25.980 25.98 26.000 25.982 25.965 23 24.00 24.83 25.383 25.942 25.666 25.676 25.772 25.869 25.878 26.000 25.890 25.772 24 22.300 22.462 24.798 25.888 25.353 25.37 25.557 25.744 25.762 26.000 25.786 25.557 Tpo D con schermo, estate, L=2.7 m, b=0. m, m=80 mc/hm, nord [ C] 40 [W] 38 00 Qterm [W] f_op [W] Qtot [W] -5.75-3.378-9.29-6.08-3.536-9.555-5.67-3.299-8.97-5.26-3.062-8.278 5.090 -.406 3.684 23.644 0.639 24.282 28.50 0.877 29.387 37.00 2.429 39.440 5.594 5.5 56.708 64.70 7.099 7.269 73.242 8.702 8.944 79.78 0.052 89.230 80.804 0.866 9.670 77.656 0.97 88.573 7.037 0.554 8.59 60.409 9.470 69.879 47.563 8.057 55.620 39.562 6.907 46.469 34.089 6.390 40.478 3.86 3.64 7.475.603 0.937 2.540-0.386-0.232-0.69-2.537 -.485-4.02-4.948-2.904-7.85 Tpo D con schermo, estate, L=2.7 m, b=0. m, m=80 mc/hm, nord 36 34 32 30 28 26 24 22 20 ora [h] 2 3 4 5 6 7 8 9 023456789202222324 Theta_ope Theta_sext Theta_se Theta_m Theta_t Theta_t2 Theta_m2 Theta_s Theta_snt Theta_op 80 60 40 20 0-20 9 0 2 3 4 5 6 7 8 9 20 2 22 23 24 2 3 4 5 6 7 8 Qterm f_op Qtot ora [h]

INDICATORI SINTETICI 8 Trasmttanza equvalente U eq U eq nog ϕtot = ϑ ϑ ope op Shadng coeffcent SC SC = SHG SHG ref ( ϑ ) ( ϑ ) Temperatura del fludo n uscta da canale e sua escursone gornalera θ out, Δθ out Temperatura superfcale nterna della parete e sua escursone gornalera θ s,nt, Δθ s,nt con SHG= ϕ nt + ϑ out = KL KL ( e ) ϑ + ( e ) con ϑ + s, nt = ϑop ϕnt f b K = ( τ G + τ G ) U( ϑ ϑ ) b b R s d h d cv ( h h ) + cv mc & p cv2 ϑ h w cv + + ope h h cv2 cv2 ϑ op w2 DIPENDENZA DALLA POSIZIONE DEL DOPPIO VETRO 82 Dslocando l doppo vetro sul lato nterno maggore rradanza ncdente e assorbmento termco sulla lastra nterna Remssone d energa termca nell ambente abtato e aumento d θ s,nt Aumento d 0.4 C d θ s,nt e d.4 C d escursone gornalera Peggoramento portata = 80 m 3 /hm spessore canale = 0.25 m Stagone e Doppo nt Doppo ext orentamento θ s,nt Δθ s,nt θ s,nt Δθ s,nt Summer Wnter Nord 27.997 5.90 27.55 4.49 Est 27.994 6.739 27.59 5.335 Sud 28.454 8.34 27.885 6.569 Ovest 28.450 8.853 27.889 7.003 - Nord 7.54.633 7.48.234 Est 7.54.633 7.48.234 Sud 7.637 2.480 7.567.803 Ovest 7.637 2.59 7.567.845 Mgloramento Aumento d 0. C d θ s,nt e d 0.4 C d escursone gornalera

DIPENDENZA DALLA PORTATA 83 Ueq [W/mqK] Aumentando la portata d ara n ngresso nel canale cresce l numero d Reynolds s amplfcano gl scamb convettv. asportazone d calore n estate e cessone d calore n nverno.5.05 0.95 0.85 0.75 Mlano: θ n,summer=26 C θ n,wnter=20 C 0.65 0 20 40 80 Mlano: θ n,summer = 26 C θ n,wnter =20 C 47.5 45.0 42.5 40.0 37.5 35.0 32.5 30.0 27.5 25.0 Theta_ope Theta_sext Theta_s Theta_m Theta_se Theta_snt Theta_op estate nverno Portata [mc/hm] m=80 mc/h m=0 mc/h temperature lungo x All ncrementare della portata, decresce l delta termco sulla lastra nterna. SC 0.52 0.50 0.48 0.46 0.44 Mlano: θ n,summer=26 C θ n,wnter=20 C estate nverno 0.42 Portata 0 20 40 80 [mc/hm] S rduce l flusso termco entrante S rducono U eq e SC DIPENDENZA DALLA PORTATA θ s 84 Aumentando la portata rduzone del delta termco della lastra nterna. La temperatura superfcale nterna della lastra nterna θ s,nt : Dmnusce n estate Aumenta n nverno Maggor comfort termco all nterno dell ambente abtato θs,nt [ C] Mlano: θ n,summer =26 C θ n,wnter =20 C 28.5 26.5 24.5 22.5 20.5 8.5 6.5 0 20 40 80 estate nverno Portata [mc/hm] Per gl stess motv, all aumentare dello spessore del canale, a partà d portata, s svluppano gl effett contrar a quell sopra descrtt: cresce la termotrasmttanza equvalente U eq ; aumenta lo shadng coeffcent SC; dmnusce o aumenta la temperatura superfcale della parete nterna θ s,nt a seconda della stagone.

DIPENDENZA DALLA ESPOSIZIONE θ s 85 O Mlano Lnate estate: θs, nt [ C] N 28.6 28.3 28.0 27.7 27.4 27. E 0 mc/hm 20 mc/hm 40 mc/hm 80 mc/hm O Mlano Lnate nverno: θs, nt [ C] N 8.2 8.0 7.8 7.6 7.4 7.2 E 0 mc/hm 20 mc/hm 40 mc/hm 80 mc/hm S S a nord pesa meno l rradanza dretta θ s,nt mnma a ovest, oltre ad esserc una rlevante rradanza, la temperatura operante esterna raggunge l suo apce θ s,nt massma a nord non v è ma rradanza dretta θ s,nt mnma a sud nsste la maggor rradanza totale sulle 24 ore θ s,nt massma INFLUENZA DELLO SCHERMO 86 θ s,nt [ C] 29.2 29.0 28.7 28.5 28.2 28.0 27.7 Con schermo 0 20 40 80 portata [mc/hm] Estate 2.7 m alt. θ s,nt [ C] 8.7 8.6 8.4 8.3 8. 8.0 7.8 7.7 7.5 7.4 7.2 7. 6.9 Con schermo 0 20 40 80 portata [mc/hm] Inverno 2.7 m alt. Inserendo uno schermo nel canale aumenta la resstenza termca del sstema Forte dmnuzone della termotrasmttanza equvalente U eq Aumento drastca rduzone degl scamb della quota radatv rradanza schermo-parete solare trasmessa nterna dalla faccata crescta d θ s,nt! Abbattmento dello shadng coeffcent SC

DIPENDENZA DALLA ALTEZZA DEL CANALE 87 θs,nt θ snt [ C] 29.20 28.95 28.70 28.45 28.20 27.95 Con schermo Estate 2.7 m alt. 3 m alt. 3.3 m alt. 3.6 m alt. θs,nt θ snt [ C] 8.40 7.90 7.40 Con schermo Inverno 2.7 m alt. 3 m alt. 3.3 m alt. 3.6 m alt. 27.70 portata 0 20 40 [mc/hm] 80 6.90 0 20 40 80 portata [mc/hm] 3 Allungando l canale dmnusce l valore medo del numero d Nusselt: decresce h cv s amplfcano U eq e SC θ s,nt aumenta n estate e dmnusce n nverno dscomfort termco L ARIA NEL CANALE 88 Q c [W/m] 80 60 ESTATE 40 20 0-20 0 20 40 60 80-40 -60-80 INVERNO -00 Portata [m³/h/m] L=2.7 m L=3.0 m L=3.3 m L=3.6 m S 8 "" S 4 S 6 Q tr [W/m] 80 60 40 20 0-20 0 20 40 60 80-40 INVERNO -60-80 -00 ESTATE Portata [m³/h/m] L=2.7 m L=3.0 m L=3.3 m L=3.6 m S 8 "" S 4 S 6 Maggorando la massa d ara n ngresso nel canale: mgloro θ s,nt ; aumento la potenza d ventlazone; Q tr + η Q c [W/m] -20 0 20 40 60 80-40 INVERNO -60-80 -00 80 60 40 20 0 ESTATE Portata [m³/h/m] η = L=2.7 m L=3.0 m L=3.3 m L=3.6 m S 8 "" S 4 S 6 ncremento la potenza termca che l mpanto deve fornre per la conservazone delle condzon clmatche nterne.

SISTEMA CON TIRAGGIO NATURALE 89 [ C] tpo C con schermo, estate, L=26 m, nord ovest 43 4 39 37 35 33 3 29 Theta_ope Theta_sext Theta_se Theta_m Theta_t Theta_t2 Theta_m2 Theta_s Theta_snt Theta_op 27 25 23 2 2 3 4 5 6 7 8 9 023456789202222324 ora [h] La temperatura della superfce vetrata a contatto con l ambente abtato è ELEVATA: pù d 29 C. SISTEMA CON TIRAGGIO NATURALE 90 Tpologa d faccata U eq SC θ sn Δθ sn e perodo W/m 2 K - C C chusa.06 0.49 senza schermo Estate.07 0.53 28.3 6-9 Inverno.04 0.54 7.9.7-2.6 con schemo Estate 0.88 0.75 27.2 3.6-4.7 Inverno 0.80 0.20 7.5.4 -.6 n estate prestazon energetche d poco ma peggor d un analoga faccata n cu s mantenga chusa l ntercapedne d nverno s ha un debole mgloramento dovuto al maggor guadagno solare del vetro pù nterno Il benessere termco rsulta basso: θ s alta n estate, bassa n nverno.

CONCLUSIONI 9 I sstem d chusura vertcal ventlat sono : fortemente dpendent dalle condzon clmatche del sto n cu s realzza l edfco; fortemente dpendent dalle stratege d ventlazone adottate oltre che dalle stesse tecnologe; hanno spesso prestazon anttetche tra estate ed nverno, coè soluzon che portano ad avere de vantagg n una stagone, possono procurare degl svantagg nell altra. CONCLUSIONI 92 ne consegue che occorre progettare accuratamente e con strument adeguat