sistemi di calcolo semplificati e software 1 Adriano Magliocco ELEMENTI DI PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA Primi parametri di controllo S/V orientamento posizione delle aperture Confronti tra diverse soluzioni con modelli semplificati: 0 guadagni interni, ricambio d aria dovuto unicamente alla porosità dei materiali, nessun impianto di riscaldamento PRIME RIFLESSIONI EVIDENZIATE TRAMITE L IMPIEGO DI SOFTWARE : ECOTECT (Square One - Environmental Design Website, compiled by Dr. Andrew Marsh and Caroline Raines of Square One research and the Welsh School of Architecture at Cardiff University)
IL FATTORE FORMA 1 esempio: casa 10x10m, muri in laterizio intonacato, tetto con manto in tegole CASA COMPATTA Confronto con casa stessa area e volume, stessi materiali, casa 20x5 con lato lungo esposto a sud CASA ALLUNGATA 2 Casa compatta 23 giugno Rispetto alla Casa compatta, nella casa allungata in estate sole alto l escursione nel sottotetto aumenta mentre nel volume si riduce (facciata sud poco esposta, facciate est e ovest di minore superficie) Casa allungata
Casa compatta 22 marzo Casa allungata 3 Casa compatta 21 dicembre Con la diminuzione dell irraggiamento diminuiscono le escursioni termiche (caso di edificio poco isolato e opaco) Casa allungata
Se la casa allungata fosse orientata est-ovest? Facciate nord-sud Le temperature diminuiscono Facciate est-ovest 4 Inseriamo una finestra nel modello casa compatta Casa compatta senza finestra Casa compatta con finestra a sud Casa compatta con finestra a nord In giugno quindi non ci sono grandi differenze tra assenza di finestra e presenza di finestra a nord, mentre la presenza di finestra a sud fa innalzare leggermente le temperature interne
In inverno? giorno più freddo Casa compatta senza finestra Casa compatta con finestra a nord: le T si riducono leggermente, ma poco perché trasmittanza dei muri è di poco inferiore di quella della finestra Casa compatta con finestra a sud: le T aumentano nelle ore di sole 5 Casa compatta senza finestra Temperature interne giorno soleggiato Casa compatta con finestra 12 mq a sud
Case con isolamento alto (U=0,5-0,6 W/mq K) Ora useremo gli stessi modelli ma cambiando l involucro, usando soluzioni tradizionali con trasmittanza piuttosto bassa 6 Casa compatta senza finestra: al variare della stagione le temperature, pur cambiando, tendono ad essere costanti giorno e notte
Casa compatta con finestra nord: le temperature si sono abbassate, ora la differenza tra la trasmittanza di muri e copertura e quella della finestra si nota L alto isolamento comunque rende costante la T (siamo a livelli di ricambio d aria molto bassi e dovuti solo alla porosità dei materiali) 7 Casa compatta con finestra a sud: c è un leggero picco nelle ore centrali rispetto alla posizione a nord, ma comunque un calo delle T medie rispetto all assenza di finestra (perdite notturne)
E se fosse una serra? Le T in copertura sono molto più alte di quelle esterne; le T interne sono legate all irraggiamento più che alle T esterne Lo spostamento delle T interne verso la parte centrale della giornata è dovuta all irraggiamento; le T notturne interne sono comunque più alte grazie all accumulo termico del solaio 8 Cambiamo clima: Londra Il minore irraggiamento fa sì che in inverno le perdite siano superiori ai guadagni
Proviamo a fare un edificio che funzioni: allungato, isolato, con vetrata a sud: Roma In estate il surriscaldamento è limitato (la vetrata è verticale, il tetto è molto isolato, la ventilazione è limitata) In inverno c è un buon effetto di guadagno e le temperature interne sono sensibilmente più alte 9 Londra: in estate l isolamento riduce le T interne e alza i minimi (forte escursione termica notturna); in inverno c è un po di guadagno termico
Le combinazioni sono infinite: clima (T, nuvolosità del cielo, pressione del vento, umidità relativa, ecc.) posizione (orientamento, disposizione degli ostacoli circostanti) distribuzione (forma, posizione delle aperture, distribuzione interna) materiali (trasmittanza globale degli elementi di involucro, posizione dell isolamento, posizione della massa, ecc.) in generale l edificio dovrà avere: alto isolamento dell involucro; massa termica interna (cls, laterizio, pietra); ampie superfici verso sud, ridotte verso le altre esposizioni; elementi per l ombreggiamento estivo. 10 Adriano Magliocco Elementi di progettazione bioclimatica Metodi di calcolo preliminare per il dimensionamento dei sistemi solari passivi Tabelle di valutazione del contributo percentuale: grafici operativi Esempio di software ad input numerico Esempio di software ad input grafico
Esempio di apporto energetico calcolato con tabelle di predimensionamento, o metodo dei grafici operativi Da V.Calderaro: Architettura solare passiva, manuale di progettazione. Ed. Kappa, 1981 GRAFICI RELATIVI AD ALCUNE LOCALITA ITALIANE PER ALCUNI TIPI DI SISTEMI DI CAPTAZIONE 11 I grafici forniscono la potenzialità del dispositivo percentualmente rispetto al fabbisogno per il riscaldamento invernale in funzione del coefficiente di dispersione termica Cg e del rapporto Volume edificio interessato / superficie di captazione Dispersione termica globale Cg= Cd+Cv Cd = dispersione volumica per trasmissione attraverso l involucro Cv =dispersione per ricambio d aria = calore specifico*densità dell aria*n ricambi = γ δ n= 0.24*1.2*n = 0.144 (residenziale n=0.5) approssimabile a 0,15 Con queste tabelle otteniamo un dato approssimato, inferiore al reale (non considera gli apporti interni), comunque utile nelle fasi preliminari. Le condizioni per l uso dei grafici sono: la presenza di masse di accumulo con capacità termica tra 148 e 220 Kcal/ C per mq di apertura solare la presenza di aperture in alto e in basso ciascuna pari all 1% della superficie del muro.
Si può calcolare con un software (es. per relazione L 10/91) 12 esempio di software specifico per l edilizia solare, ad input numerico: Solacalc
È un sistema di calcolo semplificato, basato sul Metodo 5000 sviluppato per la Comunità Europea dall Energy Research Group del Dublin College, che a partire dai dati climatici di alcune località inglesi e poche scelte tecnologiche di involucro, ci porta a calcolare perdite e guadagni termici per una veloce valutazione di sistema e dimensioni del sistema ipotizzati 13 Per ogni foglio di Excel relativo a perdite o guadagni termici vanno inseriti alcuni dati dimensionali e definite alcune semplici scelte tecnologiche
Il programma restituisce risultati quantitativi anche sotto forma di grafico. E possibile una verifica dei valori limite di consumo energetico rispetto alla normativa inglese E inoltre impostabile una relazione economica per calcolare i tempi di ritorno dei costi. 14 Esempio di software per l analisi termica ad input grafico: Ecotect Si disegna per volumi contraddistinti da una specifica zona termica editabile, si modificano le caratteristiche degli elementi, si inseriscono le tipologie prescelte di aperture, si determina l orientamento, si caricano le caratteristiche climatiche del sito. Se i risultati dal punto di vista qualitativo sono comunque attendibili, dal punto di vista quantitativo dipenderanno fortemente dai dati climatici disponibili. Si possono quindi evidenziare le prestazioni termiche con diversi tipi di grafico Esempio edificio fortemente isolato, senza e con serra a sud
Es. sito Roma andamento delle temperature interne Linea tratteggiata blu: T esterne linea azzurra: zona casa linea bianca: zona sottotetto 15 Aggiungiamo una serra sul lato sud È possibile notare che nelle ore centrali del giorno abbiamo un innalzamento della temperatura anche in inverno, in maniera marcata nella serra ma sensibile anche nella zona casa. L effetto è particolarmente visibile in primavera poiché a fronte di una T dell aria ancora abbastanza bassa abbiamo alti valori di irraggiamento che attivano l effetto serra
Grafico dei guadagni interzona per la zona casa sopra: senza serra - sotto: con la serra Senza serra non abbiamo guadagni (le perdite sono i flussi verso la copertura), con la serra abbiamo guadagni tutto l anno, e dovremo fare attenzione al surriscaldamento 16 L ipotetica eliminazione delle aperture verso nord, est e ovest e l ampliamento di quella verso sud producono il seguente risultato Abbiamo così una casa che non necessita di riscaldamento nelle stagioni intermedie e che in inverno ha una temperatura interna superiore di quasi 10 C a quella esterna; resta da limitare il surriscaldamento estivo tramite la ventilazione e l ombreggiamento