Dynamic Energy Consumption Calculation for a Building

POLITECNICO DI MILANO

Scuola di Ingegneria Edile - Architettura Polo di Lecco SEAEE -- Sistemi edilizia ad alta efficienza energetica A.A. 2014/2015 Prof. Graziano Salvalai

Guppo 8: Filippo Luchini Emanuele Maiorano Fabio Molaro Rusconi Manuele Secchi Gabriele

Corso di Sistemi Edilizi ad Alta Efficienza Energetica

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Gruppo 8

Sommario

1.

Introduzione............................................................................................................................................................................. 3

1.1.

Premessa .................................................................................................................................................................................. 3

1.2.

Introduzione al caso di studio.Maison Air and Lumiere................................................................................................ 4

1.3.

Maison Air and Lumiere — concept energetico .............................................................................................................. 5

1.4.

Analisi annuale dei dati climatici ........................................................................................................................................ 6

1.4.1. Parigi, Roma, Palermo ...................................................................................................................................................... 6 1.5.

Maison Air and Lumiere — concept energetico ........................................................................................................... 12

1.6.

Soluzioni tecnologiche adottate ...................................................................................................................................... 15

1.7.

Modellazione SketchUP dell’edificio ............................................................................................................................. 16

1.7.1. Zona Termica .................................................................................................................................................................. 16 1.7.2. Superfici del modello .................................................................................................................................................... 16 1.7.3. Chiusure Trasparenti ...................................................................................................................................................... 17 1.8.

Ipotesi iniziali per la simulazione TRNSYS.................................................................................................................... 17

2.

OBIETTIVO 01 .................................................................................................................................................................... 19

2.1.

Premessa ............................................................................................................................................................................... 19

2.2.

Influenza della tecnologia costruttiva ............................................................................................................................. 19

2.2.1. Analisi delle temperature operative su base annuale a Parigi, Francia ............................................................ 20 2.2.2. Analisi delle temperature operative su base annuale a Roma e Palermo....................................................... 21 2.2.3. Analisi delle temperature operative su base mensile a Parigi ............................................................................. 22 2.3.

Influenza della schermature .............................................................................................................................................. 29

2.3.1. Schermature solari fisse ................................................................................................................................................ 31 2.3.2. Schermature solari mobili ............................................................................................................................................. 33 2.4.

Analisi del benessere interno dell’edificio (UNI EN ISO 7730; UNI EN 15251) ............................................ 41

2.4.1. Modello Statico e indice PMV (UNI EN ISO 7730) ........................................................................................... 42 2.4.2. Modello Adattivo e capacità di adattamento degli occupanti (UNI EN ISO 15251) ............................... 43 2.4.3. Parigi, valori di confort secondo la norma_UNI EN ISO 7730 ........................................................................ 44 2.4.4. Parigi, valori di comfort secondo norma_UNI EN ISO 15251 ......................................................................... 45 2.4.5. Roma valori di comfort secondo la norma _UNI EN ISO 7730 ....................................................................... 46 2.4.6. Roma, valori di comfort secondo norma_UNI EN ISO 15251 ......................................................................... 47 2.4.7. Palermo, valori di comfort secondo la norma_UNI EN ISO 7730 .................................................................. 48 2.4.8. Palermo, valori di comfort secondo norma_UNI EN ISO 15251 .................................................................... 49 3.

OBIETTIVO 02 .................................................................................................................................................................... 50

3.1.

Premessa ............................................................................................................................................................................... 50

1

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3.2.

Influenza degli impianti nelle località di Parigi, Roma e Palermo............................................................................ 50

3.3.

Influenza delle schermature fisse sul comfort interno .................................................................................................. 53

3.3.1. Parigi, andamento del comfort adattivo sulla base delle 3 simulazioni eseguite (0%; 40%; 80%). ........... 53 3.3.2. Roma. Andamento del comfort, adattivo, sulla base delle 3 simulazioni eseguite (0%; 40%; 80%) ......... 54 3.3.3. Palermo. Andamento del comfort, adattivo, sulla base delle 3 simulazioni eseguite (0%; 40%; 80%) ..... 56 3.4.

Influenza delle ventilazione meccanica controllata (VMC) ..................................................................................... 59

3.4.1. Premessa .......................................................................................................................................................................... 59 3.4.2. Influenza della profondità a cui il tubo viene interrato. ........................................................................................ 61 3.4.3. Influenza HTC del recuperatore su temperatura immessa nell’edificio............................................................. 62 3.4.4. Influenza dell’impianto di Ventilazione Meccanica Controllata (VMC) .......................................................... 66 3.5.

Riassunto del processo di ottimizzazione impiantistico.............................................................................................. 69 ALLEGATI ..................................................................................................................................................................................... 70

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1. Introduzione 1.1. Premessa Il processo di verifica prestazione attraverso simulazioni energetiche è molto importante ai fini di una progettazione più responsabile. Il controllo delle prestazioni energetiche, infatti, permette di ottimizzare le scelte progettuali evitando cosi di andare incontro a future problematiche (elevati consumi energetici e discomfort ambientale) che si potranno verificare durante il lungo ciclo di vita dell’edificio.

L’obiettivo del corso di sistemi edilizi ad alta efficienza energetica è la simulazione dinamica, mediante l’utilizzo del software TRNSYS 17, di un edificio residenziale situato in Europa.

La simulazione permetterà di verificare le prestazioni energetiche dell’edificio variando le condizioni al contorno; in particolare verranno valutati gli effetti che si ripercuoteranno sull’edificio al variare della localizzazione e delle zone climatiche, si analizzeranno le influenze di diverse tecnologie d’involucro e si valuterà l’impatto derivante da differenti sistemi impiantistici.

I dati di volta in volta raccolti come output del software saranno analizzati criticamente al fine di comprendere con precisione l’incidenza delle singole azioni progettuali sul comportamento complessivo dell’edificio.

Per ogni variazione apportata al modello, che lo avvicinerà sempre più alla condizione reale, si ricercheranno quindi delle generalizzazioni atte ad approfondire la consapevolezza tecnico-progettuale e la conoscenza delle dinamiche che concorrono alla definizione del comfort abitativo di un edificio a destinazione residenziale come quello oggetto di studio.

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1.2. Introduzione al caso di studio.Maison Air and Lumiere L’edificio considerato per le nostre analisi è “Maison Air and Lumiere”, un edificio residenziale progettato in un ottica di bilancio energetico positivo e impatto ambientale neutrale.

Il progetto si è basato su un’idea di architettura modulare con tetto a falde, così da consentire di essere adattato a contesti differenti in funzione della localizzazione, orientamento e uso.

La casa combina tre volumi in aderenza ad un altro in modo da contribuire alla qualità e alla varietà degli spazi interni, mentre il tetto a falde fa parte della tradizione culturale francese.

La copertura si lancia con una ripida inclinazione in accordo con lo spazio interno e il clima così da soddisfare le esigente luminose e dei guadagni solari.

La casa permette un’apia varietà di organizzazione dello spazio interno a seconda delle preferenze personali.

L’edificio è collocato a Verrier le Buisson (Francia) e presenta una superficie di XXX m2.

Alla base dell’edificio Maison Air et Lumière c’è una piastra in calcestruzzo che lo solleva dal terreno e permette un isolamento da sotto. Nonostante l’interazione della struttura di copertura, l’edificio con struttura in legno è compatto e ben isolato con un rapporto tra finestre e area calpestabile pari a 1:3. Per assicurare ulteriormente una temperatura delle stanze stabile e comfortevole, i muri interni sono rivestiti con piastrelle in terracotta, incre3mentando così l’inerzia termica dell’intero edificio.

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1.3. Maison Air and Lumiere — concept energetico Il concept energetico che sta alla base del progetto della casa Maison Air and Lumiere è fondato sulla massimizzazione dell’uso di risorse rinnovabili (energia solare, luce naturale, ventilazione naturale) in maniera da minimizzare i consumi per il condizionamento dell’aria durante la stagione estiva, ridurre il consumo per il riscaldamento invernale e ridurre i consumi per l’illuminazione artificiale. La combinazione di questi aspetti porta ad ottenere un impatto ambientale neutro e il massimo comfort per chi ci vive.

L’efficiente isolamento in combinazione con il recupero del calore interno e i guadagni solari gratuiti attraverso le finestre permettono di ridurre la domanda di energia per il riscaldamento al minimo.

Riscaldamento e acqua calda sanitaria sono forniti da una pompa di calore collegata ai pannelli solari termici e ai pannelli fotovoltaici posti in copertura che si affaccia a sud per ottenere il Massimo delle prestazioni.

L’impianto di riscaldamento si presenta come un sistema radiante a bassa temperatura a pavimento.

Un’altra caratteristica della Maison Air and Lumiere è l’utilizzo di elettrodomestici e lampadine a basso consumo energetico e che ricavano l’energia dai 35 m2 di pannelli fotovoltaici posti in copertura.

Per ridurre ulteriormente il consumo di energia elettrica, la casa presenta una facciata attiva con dei sensori che rispondono ai cambiamenti di temperatura esterna. Per esempio la chiusura automatica delle tende quando il sole è forte, l’apertura automatica delle finestre alla sera, per il raffrescamento naturale.

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1.4. Analisi annuale dei dati climatici 1.4.1. Parigi, Roma, Palermo Si è quindi studiato l’andamento annuale del clima di Parigi, Roma, Palermo: è stata effettuata una simulazione con output di Temperatura esterna a bulbo secco e irradiazione solare orizzontale incidente che meglio descrivesse le condizioni reali ove ubicato l’edificio.

E’ stato diviso l’intervallo di temperature in range di 5°, in particolare i dati climatici annuali sono stati mediati per frequenza in base a quanti giorni/anno quella temperatura insiste a Parigi.

1) 2) 3) 4)

T < 0 °C 0 °C < T < 5 °C 5 °C < T < 10 °C 10 °C < T < …

Parigi. Il primo dato che si evince è il sostanziale mantenimento dei range di T esterna all’interno di valori compresi tra i 5 ed i 20 °C, con un picco di distribuzione percentuale delle temperature del 27% nell’intervallo compreso tra 5 °C < T < 10 °C, il 23% dai 10 fino ai 15 °C e via calando. Se ne deduce quindi che il clima parigino è per la maggior parte dell’anno inferiore ad una T ideale di comfort interno, l’edificio è di conseguenza progettato per vivere in un clima continentale mite-freddo. Le escursioni termiche annuali non risultano comunque particolarmente sfasate, il DT delle T medie mensili massimo è pari a 15,6 °C: Il mese più caldo è luglio, con T medie mensili di 19,5 °C, gennaio presenta invece una T media mensile di 3,9 °C. L’analisi evidenzia inoltre una decrescente distribuzione delle T, piuttosto accelerata tra il mese di settembre — ottobre — novembre, con DT medie mensili intorno ai 5 °C. L’istogramma che segue ne riassume lo studio.

Parigi_Distribuzione annuale T esterna.

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Parigi_T annuali e valori medi mensili.

Si è quindi studiato come si comporta il clima durante il mese più freddo: gennaio. La Temperatura minima si registra sul finire del mese ( -7 °C): il dato resta comunque fine ad una descrizione di tipo teorico, in quanto in pochi casi la T media giornaliera scende sotto allo zero (4/5 giorni) e non compromette lo studio eseguito sulla media mensile (3,9 °C).

Parigi_T giornaliere mese gennaio

Non si riscontrano particolari escursioni termiche giornaliere, la T giorno — notte rimane dentro un range di differenza di pochi gradi, con una distribuzione mensile considerabile lineare.

Si è ripetuta l’analisi anche per il mese di luglio (media mensile 19,5 °C). Si evincono escursioni termiche giornaliere di molto maggiori (>10 °C) rispetto al resto dell’anno, il che è dovuto all’importanza della radiazione solare incidente, i cui valori estivi raggiungono anche picchi di 3200 kJ/hm2, non trascurabile durante la progettazione delle chiusure in falda!

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Parigi_T giornaliere mese luglio

Roma. Il clima di Roma si presenta annualmente più caldo e distribuito rispetto a quello Parigino. Le T annuali sono considerabili distribuite uniformemente tra i 5 e 25 °C. 1) 2) 3) 4)

5 °C < T < 10 °C 10 °C < T < 15 °C 15 °C < T < 20 °C 20 °C < T < 25 °C

19% 25% 23% 19%

Insiste una media di T massima a luglio di 24,15 °C, mentre a gennaio la T media mensile di è di 8 °C. I grafici che seguono descrivono chiaramente il clima su cui si andrà a progettare: per più del 40% dell’anno si hanno delle T al di sopra dei 22 °C, con picchi che posso arrivare a superare i 30°C. Sarà il raffrescamento il parametro il tema principale durante la progettazione.

Le escursioni termiche annuali non risultano comunque particolarmente sfasate, la differenza di T medie mensili è pari a 16,1 °C. Il clima seppur caldo si comporta piuttosto regolarmente e lineare durante tutto l’anno.

Roma_Distribuzione annuale T esterna.

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Roma_T annuali e valori medi mensili.

Analisi singolari mensili sono state confrontate con quelle parigine precedentemente viste.

Essendo appunto il clima di Roma più caldo e di conseguenza più sensibile alle radiazioni incidenti, nel caso di progettazione in territorio romano, saranno da tener conto anche le escursioni termiche giornaliere durante il mese di gennaio (Dt >12 °C).

Roma_T giornaliere mese gennaio

Parigi_T giornaliere mese gennaio

Importante sarà far rispondere l’edificio in modo flessibile e dinamico ai rapidi cambiamenti giornalieri.

Si è ripetuta l’analisi anche per il mese di luglio (media mensile 24,15 °C, picchi anche > 32 °C). A differenza del clima continentale parigino, l’estate a Roma risente in modo minore delle radiazioni solari incidenti: nonostante i valori di tali radiazione arrivano anche a 3500 kJ/hm2, le escursioi termiche giorno — notte risultano più contenute di quelle parigine e sono distribuite in modo più regolare (anche in relazione a probabili giornate nuvolose).

Roma_T giornaliere mese luglio

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Palermo. A differenza dei risultati ottenuti nel caso di studio relativo a Parigi, il range di T esterna di mantiene all’interno di valori compresi tra i 10 ed i 25 °C, con un picco di distribuzione percentuale delle temperature del 29% nell’intervallo compreso tra 15 °C < T < 20 °C, il 27% dai 10 fino ai 15 °C e il 24% tra i 20 e i 25 °C e via calando. Se ne deduce quindi che il clima palermitano e molto più tendente ad un clima stabilmente caldo, poiché la percentuale totale di temperature comprese tra 10 °C e 25 °C risulta essere dell’80 %. Tale dato risulta particolarmente interessante se si prende in considerazione la prima località di studio, ovvero Parigi: considerando lo stesso DT (ottenuto come differenza dalle temperature esterne caratteristiche del clima parigino 5 °C e 20 °C), nel verificarsi delle temperature caratteristiche, possiamo calcolare una percentuale totale del 71%. Si può quindi affermare che le caratteristiche climatiche palermitane sono omogenee poiché si può identificare un DT che caratterizza la grande maggior parte delle misurazioni di temperatura esterna.

Rispetto alla temperatura di riferimento per il comfort umano (20°C in inverno e 25°C in estate) e trascurando gli altri fattori come l’umidità relativa, si può affermare che il clima palermitano è sicuramente più favorevole alla formazione di situazione di benessere psicometrico senza l’ausilio di tecnologie particolarmente energivore. La problematica più evidente è quella che si verifica durante alcuni giorni estivi: proteggersi da temperature troppo elevate, l’esatto contrario di quanto rilevato per Parigi.

Osservando il grafico relativo alle temperature medie annuali e ai valori medi mensili, si può affermare che le escursioni termiche annuali non risultano particolarmente sfasate, il DT ottenuto confrontando le temperature medie mensili dei mesi più svantaggiosi è pari a 13,44 °C: Il mese più caldo è agosto, con T media mensile di 26,23 °C, gennaio presenta invece una T media mensile di 12,79 °C. Rispetto a Parigi, si può denotare come la curva caratteristica delle T medie mensili è sostanzialmente traslata sia in altezza che lungo le mensilità.

L’istogramma che segue ne riassume lo studio.

Palermo_Distribuzione annuale T esterna

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Palermo_T annuali e valori medi mensili.

L’analisi dei mesi critici, aiuta a descrivere, giorno per giorno, il DT. Nel mese più freddo, la differenza tra le temperature giornaliere e notturne oscilla tra i 20 °C e i 10 °C ma con un DT ridotto (5 °C). Durante il mese più caldo invece, il DT raddoppia arrivando a circa 10 °C, con temperature che oscillano mediamente tra i 30 °C e i 20 °C, con qualche picco di temperature. A differenza della capitale francese, è evidente l’influenza della radiazione solare: questo potrebbe in parte spiegare la regolarità delle temperature medie e lo sbalzo termico pressoché costante e “guidato”, per l’appunto, dalla radiazione solare.

Palermo_Analisi del mese più freddo.

Palermo_Analisi del mese più caldo.

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1.5. Maison Air and Lumiere â&#x20AC;&#x201D; concept energetico Lâ&#x20AC;&#x2122;edificio oggetto di analisi si compone di due piani fuori terra; presenta infatti un piano terra e un piano primo rispettivamente adibiti a zona giorno e zona notte. I due livelli, messi in comunicazione diretta da un ambiente a doppia altezza, presentano un gran numero di aperture vetrate (circa il 40% della superficie dellâ&#x20AC;&#x2122;abitazione), orientate soprattutto a sud.

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1.6. Soluzioni tecnologiche adottate Lo studio è poi proseguito sulle soluzioni tecnologiche adottate nell’edificio reale, sia in termini di chiusure opache che trasparenti.

Per le chiusure trasparenti abbiamo scelto di considerare solo due diverse tipologie di serramento, identiche per trasmittanza ma differenziate sul valore del Fattore Solare (g). Questa variazione riguarda in particolare le Velux sulla falda a Sud, esse infatti presentano un più basso valore del coefficiente g corrispondente ad una minore capacità di trasmissione o di guadagno solare.

Trasmittanza temica Uw [W/m2K]

Fattore solare

Finestre verticali

1,40

0,29

Velux falda sud

1,40

0,29

Velux falda nord

1,40

0,56

Chiusure trasparenti

g [%]

Le chiusure opache sono state caratterizzate calcolando per ognuna i valori di Resistenza e Trasmittanza Termica come da norma UNI EN ISO 6946 e i parametri dinamici dello Sfasamento e Attenuazione secondo la UNI EN ISO 13786.

In particolare, questi ultimi due parametri sono così definiti: Sfasamento (φ) è la differenza di tempo che intercorre tra l’ora in cui si ha la massima temperatura all’esterno e l’ora in cui si ha la massima temperatura all’interno; Attenuazione (f) esprime il rapporto tra la variazione massima della temperatura esterna ∆Te e quella della temperatura interna ∆Ti in riferimento alla temperatura media della superficie interna.

L’attuale normativa, rappresentata dal Decreto Ministeriale del 26 Giugno 2009 “Linee guida nazionali per la certificazione energetica”, attribuisce, sulla base delle due proprietà, un indice di qualità prestazionale ai pacchetti di involucro secondo la tabella:

Pertanto, confrontando i valori ottenuti con la classificazione proposta abbiamo verificato come la maggior parte delle soluzioni tecnologiche soddisfino i presupposti per la massima qualità prestazionale.

Infatti, l’utilizzo di elevati spessori per la coibentazione (anche superiori ai 40 cm), giustificati dalla localizzazione in un clima particolarmente rigido per molti mesi l’anno, e di una tecnologia Struttura/Rivestimento permette di avere valori di trasmittanza Termica (U) molto bassi e, viceversa, di Sfasamento elevati.

In allegato vengono riportate le schede relative alle soluzioni tecnologiche del progetto reale, evidenziando per ogni stratigrafia le caratteristiche e i parametri calcolati.

Trasmittanza W/(m²K)]

Attenuazione

Sfasamento [h]

CV01 CO01

0,1196 0,063

0,2197 0,0052

13,71 31,22

CO02

0,0854

0,0575

19,6

CO03

0,112

0,0878

19,7

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1.7. Modellazione SketchUP dell’edificio TRNSYS è un software sviluppato per la simulazione di sistemi in regime dinamico, è utilizzato per ingegnerizzare semplici impianti domestici, ACS, flussi d’aria interni all’ambiente [...] o per simulare interi edifici, anche multizona. E’ possibile quindi gestirne il controllo più in senso generale e di studiarne gli effetti (sia in fase di progetto che di verifica) derivanti dalle diverse soluzioni tecnologiche adottate così come dal tipo di utilizzo dell’occupante finale.

TRNSYS ha anche la capacità di ricevere come file in ingresso un file .idf, ossia un file normale di SketchUp creato in collaborazione con il plugin TRNSYS3D per sketchup. Nel caso, è stato utilizzato un file .idf basato su modellazione multizona così da poter discretizzare in più parti la simulazione.

Si procede quindi con la modellazione della geometria dell’intero edificio.

La modellazione dell’edificio risulta semplificata rispetto alla realtà: il grado di dettaglio dipenderà dalla qualità e dall’orientamento con cui si studieranno i risultati della simulazione. In particolare si disegnerà il modello 3D come insieme di superfici, definite all’interno di zone termiche distinte (unità discretizzanti il modello).

1.7.1. Zona Termica Il riconoscimento di una zona termica, e la sua conseguenza schematizzazione, è dipendente dalla definizione e dal grado di accuratezza che richiede la simulazione; esso varia in funzione della quantità di risultati che si vogliono ottenere e tiene conto delle somiglianze/differenze tra zone all’interno dell’edificio con caratteristiche differenti. ZT.1 Si comporta energeticamente come un organismo individuale e con caratteristiche differenti (per lo studio qualitativo che si vuole simulare) da ZT.2 e ZT.3 (serra captante rivolta a SUD). E’ implicito che tale divisione è puramente virtuale e determinata ragionevolmente (comunque soggettiva) dall’operatore energetico che sta eseguendo la modellazione.

1.7.2. Superfici del modello Ogni superficie modellata all’interno del software SketchUp viene riconosciuta dal simulatore come un elemento tecnico (C.V., C.O.,...). Ai fini della parametrizzazione della realtà, quindi, ad ogni superficie dovranno essere associate proprietà che tengano conto della tipologia di chiusura, dell’adiacenza della stessa sia con altre superfici di chiusura sia con l’ambiente esterno(N.B. Prestare particolare attenzione alla congruenza e corrispondenza tra superfici adiacenti).

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1.7.3. Chiusure Trasparenti Le chiusure trasparenti sono divise per chiusura di appartenenza ed esposizione. Nel modello 3D, esse appartengono ad una superficie di chiusura, devono quindi essere riconosciute dal Software con le adiacenze corrette, ed essere modellate all’interno della stessa zona della superficie ospitante.

(Le chiusure trasparenti sono state sollevate 5cm da terra per problematiche legate all’incompatibilità tra i diversi software.)

1.8. Ipotesi iniziali per la simulazione TRNSYS Una volta creato il file ***.idf dell’edificio e averlo importato nel programma TRNSYS, occorre impostare una serie di condizioni iniziali che resteranno fisse in tutte le simulazioni e andranno a caratterizzare l’edificio e il suo funzionamento.

• Infiltrazioni d’aria: nelle Zone Termiche individuate si considera un valore costante di infiltrazione d’aria alla temperatura e umidità esterna pari a 0,4 Vol/h; • Guadagni interni dovuti a luci, persone e apparecchiature secondo valori variabili nel corso della giornata come da tabella: 6,2 W/m2

Persone 4 Zona Termica 1

Zona Termica 2

Luci

7:00-8:00; 12:00-13:00; 19:00; 22:00

5 W/m2

Computer

-

Persone 4

3 W/m2

Luci Computer

7:00-8:00; 12:00-13:00; 19:00; 22:00

-

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4,75 W/m2

Persone 4 00:00-8:00; 22:00-24:00 Zona Termica 3

5 W/m2

Luci Computer

22:00-23:00

1,5 W/m2

• Capacitance: capacità o inerzia termica di qualsiasi massa che non sia stata già considerata come parete (ad esempio mobili, partizioni interne ...) mantenuta al valore di default pari a [1,2]*[Volume Z.T. considerata]; • Valori iniziali per le simulazioni annuali nelle Z.T. abbiamo utilizzato la temperatura dell’aria esterna, a seconda della località in cui è stato posizionato l’edificio;

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2. OBIETTIVO 01 2.1. Premessa Ai fini delle prime analisi volte alla valutazione del solo involucro, oltre alle ipotesi iniziali già citate precedentemente, si è considerato l’edificio in “regime libero” ovvero senza i contributi apportati dai sistemi impiantistici. In aggiunta, non sono state inserite schermature mobili né alcun tipo di controllo sulla radiazione incidente al di fuori degli aggetti architettonici.

2.2. Influenza della tecnologia costruttiva Volendo mettere in evidenza le relazioni che intercorrono tra tecnologia costruttiva e il comportamento energetico dell’edificio, abbiamo sviluppato simulazioni dinamiche al variare dell’involucro esterno. Con un approccio puramente prestazionali, abbiamo elaborato due nuove soluzioni tecnologiche per le sole chiusure (sia orizzontali che verticali, escludendo il controterra, in quanto i suoi valori di sfasamento e attenuazione rimangono sempre elevati, non comportando significativi cambiamenti), che si differenziassero in termini di inerzia termica (o massa termica).

Seguendo le indicazioni delle “Linee guida nazionali per la certificazione energetica” (D.M. 26 Giugno 2009) abbiamo tarato le alternative proposte così da soddisfare i criteri relativi alle classi prestazionali I (Ottima) e III (Media), esclusa CV01 media, come da tabella:

Di seguito vengono riportate le tabelle riepilogative dei valori caratterizzanti le nuove soluzioni tecnologiche elaborate e, in allegato, le schede relative ad ogni stratigrafia con le proprie caratteristiche e i parametri calcolati.

2 Spessore [m] Densità [kg/m ] Trasmittanza [W/(m²K)] Attenuazione Sfasamento [h] Pacchetto (Prestazioni) Reale (ottimo) 0,45 84,43 0,1196 0,2197 13,71 0,34 82,32 0,1736 0,3591 7,45 CV01 Media (sufficiente) Pesate (ottimo) 0,52 131,92 0,1346 0,0617 15,78 Reale (ottimo) 0,6 101,62 0,0854 0,0575 19,6 C002 Media (media) 0,39 404,98 0,1779 0,1933 8,97 Pesate (ottimo) 0,75 174,12 0,0647 0,1087 15,55 Reale (ottimo) 0,51 152,25 0,112 0,0878 19,7 C002 Media (media) 0,39 198,296 0,1811 0,2349 9,2 Pesate (ottimo) 0,75 229,096 0,0643 0,087 16,62

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2.2.1. Analisi delle temperature operative su base annuale a Parigi, Francia Una volta definite le stratigrafie, il passo successivo consiste nel riportarle in TRNSYS mediante la creazione di 3 file “Building” (***.bui). In questo modo sarà possibile simulare dinamicamente il comportamento dell’edificio nella sua localizzazione reale di Parigi in Francia al variare della sola tecnologia di involucro.

Riportiamo quindi lo schema delle ime tre simulazioni; Simulazione Zone Termiche Massa Termica Prestazioni Localizzazione annuale n° analizzate 1 Reale Ottime (I) Parigi (Reale) 1,2,3 2 Media Medie (III) Parigi (Reale) 1,2,3 3 Pesante Ottime (I) Parigi (Reale) 1,2,3

Al fine di evidenziare le prime differenze nel comportamento dell’edificio al variare della tecnologia costruttiva, si è scelto di confrontare su scala annuale, per ogni Zona Termica, la frequenza delle Temperature Operative negli intervalli così definiti: T<0° 0 < T < 10 °C 10 °C < T < 20 °C 20 °C < T < 30 °C T> 30 °C In seguito, per rendere più immediata la lettura, si sono calcolate per ogni soluzione tecnologica le rispettive percentuali, graficandole poi mediante gli istogrammi riportati a lato.

Come previsto, da questa prima analisi emerge che la massa termica pesante è la più performante. Essa infatti permette di avere, in tutte e tre le Zone, una percentuale lievemente maggiore di ore con Temperature Operative comprese nella fascia di comfort (che per questa analisi annuale supponiamo essere in prima battuta tra i 20 °C e i 30°C) quantificabili dal 1% al 2% in più rispetto le altre tecnologie.

Nel complesso comunque non si notano drastici cambiamenti tra le varie tecnologie, ciò è dovuto, come visto in precedenza, dalle condizioni climatiche presenti a Parigi (la Temperatura Operativa non scende mai sotto lo 0 e solo in pochi casi supera i 30), le quali non sono particolarmente rigide e non presentano influenti sbalzi termici se non durante i mesi estivi.

Detto ciò possiamo comunque vedere come caratterizzato da una massa termica pesante riesce a garantire dunque temperature interne più stabili e vicine alla fascia di comfort rispetto le altre due soluzioni progettuali.

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2.2.2. Analisi delle temperature operative su base annuale a Roma e Palermo Definite le località climatiche alternative a quella reale, si è potuto passare alla valutazione della loro rispettiva influenza sull’edificio oggetto di studio. Le simulazioni con TRNSYS, dalle quali si sono ricavati i dati rielaborati successivamente nei grafici, sono state effettuate in questa fase mettendo in relazione i dati climatici delle differenti localizzazioni con l’edificio valutato secondo le tre tipologie di involucro definite precedentemente. Si sono potuti cosi valutare gli effetti e i diversi comportamenti assunti dall’edificio al variare, in contemporanea, della localizzazione e della tecnologia di involucro. Per una più agevole lettura dell’influenza della localizzazione sul comportamento dell’edificio si è scelto di confrontare, su scala annuale, per ogni Zona Termica e al variare della tecnologia scelta, la frequenza delle Temperature Operative negli stessi intervalli di temperatura già definiti nel paragrafo precebente.

A seguito si riportano gli istogrammi di confronto suddivisi per località e Z.T. Roma, Italia

Palermo, Italia

Parigi, Francia

Appare subito evidente come una localizzazione in latitudini decisamente più miti influenzi significativamente l’andamento delle Temperature Operative registrate nell’edificio. Infatti, il confronto con la località danese mette subito in evidenza come gli istogrammi di climi più caldi siano traslati verso T. Operative maggiori; se a Parigi, il numero delle ore in cui la T. Operativa scende al di sotto dei 10 °C è in media del 35 % (pari a circa 3000 h l’anno), a Roma si registrano valori assai inferiori, di circa 4% (circa 360 h l’anno) fino ai minimi dello 0,2% di Palermo.

Conseguentemente nell’istogramma si può notare l’incremento che subiscono le percentuali legate alla fascia di comfort (dai 20 °C ai 30 °C) e ancor più quelle relative alla fascia di temperature superiori ai 30 °C.

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2.2.3. Analisi delle temperature operative su base mensile a Parigi Dopo questa prima lettura volta ad evidenziare le differenze su scala annuale, abbiamo effettuato un’analisi puntuale del comportamento dell’edificio estrapolando i dati dei mesi più significativi. Sulla base delle analisi climatiche effettuate in precedenza per la localizzazione reale di Parigi i periodi critici risultano essere Gennaio (il mese più freddo) e Luglio ( il mese più caldo).

I grafici che seguono sono costituiti da nuvole di punti che, differenziate per le tre soluzioni tecnologiche analizzate, legano la Temperatura Operativa registrata nelle diverse Zone Termiche e la Temperatura dell’Aria Esterna per il mese in considerazione.

Inoltre, per evidenziarne chiaramente le differenze tra le varie soluzioni tecnologiche, abbiamo utilizzato anche delle linee di tendenza, che ben rappresentano qualitativamente i diversi comportamenti.

L’analisi dei dati del mese di Febbraio mette in evidenza le prime differenze tra i pacchetti; si nota, infatti, una sostanziale traslazione verso l’alto dei punti al crescere della prestazione dell’involucro.

Nella Z.T. 1, le linee di tendenza per le stratigrafie con massa termica media e pesante sono quasi parallele ed evidenziano un comportamento pressoché simile delle due soluzioni; al contrario, la retta rappresentante la massa termica reale presenta un netto cambio di inclinazione e si discosta in modo molto più marcato dalle prime due non solo nella Z.T.1, ma anche nelle altre Zone Termiche.

Questo andamento può essere spiegato analizzando le schede dei pacchetti in allegato, in cui si può notare che i valori di sfasamento per la tecnologia con massa termica reale sono lievemente inferiori di quelli relativi alle altre due tecnologie. È proprio questo decremento del valore di sfasamento che spiega la maggiore inclinazione della retta azzurra e ci fa intuire quale sarà il comportamento dell’edifico: un involucro edilizio caratterizzato dall’avere una massa termica pesante garantisce una Temperatura Operativa più stabile all’interno delle Zone termiche (minori sbalzi termici) e, quindi, Temperature Operative più alte quando la Temperatura dell’Aria Esterna è al di sotto dei 0 °C e, viceversa, Temperature Operative più basse quando cresce la Temperatura dell’Aria Esterna rispetto agli altri due pacchetti. Al contrario, la soluzione con massa termica reale (retta azzurra) è caratterizzata da una oscillazione maggiore della Temperatura Operativa nelle Z.T. per le varie ore del mese e, dunque, da linee di tendenza più inclinate.

La Z.T. 2 e la Z.T.3 presentano un comportamento molto simile, ma, a differenza della Z.T. 1, le linee di tendenza per le stratigrafie con massa termica media (retta verde) e pesante (retta rossa) non sono più parallele.

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Parigi, Francia Gennaio

Parigi, Francia Luglio

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Di seguito riportiamo i grafici relativi alle differenze di temperatura Tra le varie Zone Termiche:

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Coupling

gennaio

febbraio

marzo

=

aprile

250 kg/h ďż˝ T tra zona termica 2 e le altre

maggio -

Coupling

gennaio

febbraio

marzo

aprile

=

500

maggio -

giugno

luglio

agoslo

T2-Tl

T2-Tl

settembre -

ottobre

novembre

dicembre

novembre

dicembre

T2-T3

kg/h ďż˝ T tra zona termica 2 e le altre

giugno

luglio

agoslo

settembre -

ottobre

T2-T3

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Di seguito riportiamo i grafici relativi alle frequenze di differenze di temperatura divise in intervalli di 0,5 ° C tra la Z.T.2 e le altre due adiacenti

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Coupling

4000 +-----

=

250 kg/h Frequenza annuale

3865 00

"

o

'5 12 3000 +------..� " E :i

z 2000 +------

1000 +-----o

52,0Q 9

o

<-1

-1/0,5

-0,5/0

0,5/l

0/0,5

1/1,5

1,5/2

2/2,5

0,00 o 2,5/3

0,000 3/3,5

0,000 3,5/4

0,000 >4

Intervalli di variazioni di temperatura ["Cl •T2-T l

Coupling 6000

=

•T2-T3

500 kg/h Frequenza annuale

�------

5_481

5000 +----4255,00 "

4000

+-----

o

2988,

'5

12 3000 +-----" E :i

z 2000 +-----

1000 +-----

o

o

<-1

-1/0,5

-0 ,5/0

0/0,5

0,5/l

33,0Q 5

0,00 o

0, 00 0

0,00 0

0, 00 0

0,000

1,5/2

2/2,5

2,5/3

3/3,5

3,5/4

>4

1/1,5

Intervalli di variazioni di temperatura [ • C] •T2-Tl

•T2-T3

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2.3. Influenza della schermature Dopo aver valutato l’influenza della localizzazione e dell’inerzia termica sul comportamento dell’edificio, analizziamo l’influenza delle schermature solari sulle condizioni di temperatura interna di ciascuna zona termica. Abbiamo previsto la presenza di schermature solari su tutte le aperture dell’edificio (non solo su quelle esposte a sud) per avere un margine di gestione del sistema oscurante più ampio che ci consentirà in futuro di elaborare meccanismi di funzionamento peculiari per ciascuna superficie vetrata orientata diversamente. In questo stadio ci siamo limitati a valutare l’influenza del sistema di ombreggiamento sulle temperature operative interne confrontando un sistema di schermature solari fisse, con diverse percentuali di superficie oscurante, con un sistema di schermature solari mobili che vengono azionate in base al valore della radiazione solare incidente. Abbiamo scelto di analizzare, nelle tre località, la zona termica che risente maggiormente della radiazione solare per via dell’esposizione a Sud, Zona Termica 2, e la tecnologia costruttiva reale.

Per restringere ulteriormente il campo d’indagine, a seguito di un’analisi annuale sulla radiazione totale giornaliera media mensile, incidente sulla superficie su ogni singola finestra, è stato scelto il mese che subisce la radiazione maggiore. Per le diverse località in esame, come si evince dall’istogramma riportato di seguito, esso risulta essere rispettivamente: Località

Mese critico

Radiazione incidente sulla finestra

Parigi

Luglio

163408,93 [W/m2]

Roma

Luglio

218754,43 [W/m2]

Palermo

Luglio

216562,00 [W/m2]

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W/m2

Parigi - Radiazione incidente sulle finestre [W/m2] 200000.00 180000.00 160000.00 140000.00 120000.00 100000.00 80000.00 60000.00 40000.00 20000.00 0.00

Finestra tetto falda sud

Finestra ovest

Finestra sud

Roma - Radiazione incidente sulle finestre [W/m2] 250000.00

W/m2

200000.00 150000.00 100000.00 50000.00 0.00

Finestra tetto falda sud

Finestra ovest

Finestra sud

Palermo - Radiazione incidente sulle finestre [W/m2] 250000.00

[W/m2]

200000.00 150000.00 100000.00 50000.00 0.00

Finestra tetto falda sud

30

Finestra ovest

Finestra sud

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2.3.1. Schermature solari fisse Il software di simulazione gestisce le schermature fisse come un parametro da impostare inserendo un valore tramite il comando External Shading Factor nella schermata di configurazione di ciascun serramento.

In questo modo ciascuna superficie vetrata risulta associata ad un valore di schermatura. Il valore del parametro costante varia tra 0 (nessuna schermatura) e 1 (schermatura totale). Per confrontare le temperature della zona termica in analisi abbiamo impostato tre diversi valori del suddetto parametro: 0 (nessuna schermatura), 0.4 (40% della superficie vetrata ombreggiata) e 0.8 (80% della superficie vetrata ombreggiata).

I risultati ottenuti, visibili nel grafico seguente, evidenziano un proporzionale abbassamento della temperatura operativa all’aumentare del fattore di ombreggiamento esterno a parità di radiazione totale incidente.

Si osserva come la temperatura massima, a Roma, si abbassi da un valore di 38,28 °C in assenza di schermature ad un valore di 33,34°C nella configurazione intermedia, sino ad un valore di 28,71 °C nel caso di superficie trasparente quasi completamente ombreggiata. Si osserva lo stesso comportamento anche per le temperature minime che variano, nelle stesse configurazioni, da 28,68 °C a 25,66 °C sino a raggiungere i 22,43 °C. A Palermo invece, la temperatura massima si abbassa da un valore di 39,72 °C in assenza di schermature ad un valore di 35,13°C nella configurazione intermedia, sino ad un valore di 30,56 °C nel caso di superficie trasparente quasi completamente ombreggiata. Si osserva lo stesso comportamento anche per le temperature minime che variano, nelle stesse configurazioni, da 30,20 °C a 27,57°C sino a raggiungere i 24,84 °C. Infine a Parigi, la temperatura massima si abbassa da un valore di 32,01 °C in assenza di schermature ad un valore di 27,98°C nella configurazione intermedia, sino ad un valore di 23,94 °C nel caso di superficie trasparente quasi completamente ombreggiata. Si osserva lo stesso comportamento anche per le temperature minime che variano, nelle stesse configurazioni, da 20,91 °C a 19,29°C sino a raggiungere i 17,68 °C.

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Roma - Andamento Temperature Interne Zona 2 [°C] Temperature interne [°C]

40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 480 504 528 552 576 600 624 648 672 696 720

20

Numero di ore Senza schermatura

Schermature fisse 40%

Schermature fisse 80%

Palermo - Andamento Temperature Interne Zona 2 [°C] Temperature interne [°C]

45 40 35 30 25

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 480 504 528 552 576 600 624 648 672 696 720

20

Numero di ore Senza schermature

Schermature fisse 40%

Schermature fisse 80%

Parigi - Andamento Temperature Interne Zona 2 [°C] Temperature interne [°C]

35 30 25 20

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 480 504 528 552 576 600 624 648 672 696 720

15

Numero di ore Senza schermature

32

Schermature fisse 40%

Schermature fisse 80%

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2.3.2. Schermature solari mobili Analizziamo ora, per la stessa zona termica e nelle stesse condizioni descritte prima, la variazione della temperatura operativa in base all’influenza di un sistema di ombreggiamento mobile.

Il valore di ombreggiamento è fissato al 40%.

L’attivazione del sistema è controllata attraverso due fattori: 1) Radiazione incidente al metro quadrato sulla finestra Il software di simulazione consente di ottenere un funzionamento di questo tipo impostando lo Shading Control su “integrated radiation control acc. to window type”, legando in questo modo il controllo delle schermature a degli input configurati nel manager di gestione delle caratteristiche delle superfici vetrate (Window Type Manager). Tali input, contenenti i valori limite che stabiliscono la chiusura e l’apertura delle schermature, sono stati impostati nel pannello del Wizard Settings a seconda dell’orientamento della finestra e della località.

Una analisi preliminare è stata eseguita per Parigi, scegliendo di attivare le schermature mobili in modo da schermare, nel mese di Luglio: -

50 % della radiazione incidente totale mensile per la finestra tetto falda sud, 50 % per la finestra ad ovest, 60 % per la finestra a sud.

Ciò è stato possibile analizzando la radiazione oraria sulle 3 finestre, impostando delle soglie in modo tale da ottenere l’efficacia desiderata. Si riporta quindi una tabella con i valori effettivi ed i 3 grafici, uno per finestra, con la radiazione schermata e passante totale mensile a seconda di alcuni mesi significativi.

Località

Parigi

Orientamento finestra

Schermature on

Percentuale radiazione schermata

Schermature off

Falda tetto sud

400 W/m2

49 %

390 W/m2

Ovest

400 W/m2

48 %

390 W/m2

Sud

500 W/m2

59 %

490 W/m2

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Parigi - Frequenza annuale finestra tetto falda sud

800

90

87

80

Numero di Ore

600

70

67

500

57

51

400 300

50

49

44

43

60

58

56

42

33

30

200 100

219

40

260

13 34

245

> 400

1-400

> 400

1-400

> 400

1-400

> 400

marzo

marzo

aprile

aprile

maggio

maggio

231 118

174

203

Percentuale [%]

700

100

20

250

236

212

1-400

> 400

1-400

luglio

luglio

154

10 0

0 1-400

gennaio gennaio

> 400

settembre settembre

Intervalli di Radiazione [W]

Parigi - Frequenza annuale finestra ovest

800 91

90 80

Numero di Ore

600

72 58

60

56

52

400 44

42

300

50

48

40 34

28

200 100

70

66

500

229

262 9 24

235 101

257 170

206

252

234

30

Percentuale [%]

700

100

20

241 125

10 0

0 1-400

> 400

gennaio gennaio

1-400

> 400

1-400

> 400

1-400

> 400

1-400

> 400

marzo

marzo

aprile

aprile

maggio

maggio

luglio

luglio

1-400

> 400

settembre settembre

Intervalli di Radiazione [W]

Parigi - Frequenza annuale finestra sud

800

100 90

700

Numero di Ore

500

68

63

60

62

60

60

59

400

50 40

300

41

40

38

37

40 32

30

200 100

153

229

253 152

278 185

288 198

100

134

> 500

1-500

> 500

1-500

> 500

1-500

> 500

1-500

> 500

marzo

marzo

aprile

aprile

maggio

maggio

luglio

luglio

248

20 10

118

0

0 1-500

gennaio gennaio

Intervalli di Radiazione [W]

34

70

1-500

> 500

settembre settembre

Percentuale [%]

80

600

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Il grafico sotto riportati mettono in evidenza per il mese di Luglio l’influenza sulle temperature della Zona 2, senza nessun tipo di schermatura, con delle schermature fisse pari al 40% e con le schermature mobili come precedentemente impostate

Parigi - Andamento Temperature Interne Zona 2 [°C] Temperature interne [°C]

35 30 25 20

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 480 504 528 552 576 600 624 648 672 696 720

15

Numero di ore Senza schermatura

Schermature fisse 40%

Schermature mobili 40%

Risulta evidente l’inefficienza della schermatura mobile con i valori impostati, chiaramente troppo alti per ottenere un risultato paragonabile con quello dello stesso tipo di schermatura (40%), ma fissa.

Si è quindi deciso per ogni località di analizzare l’irraggiamento sulle 3 finestre prese in esame, e di stabilire delle percentuali più stringenti sulla radiazione non schermata.

In particolare si è scelto di bloccare una percentuale sulla radiazione totale mensile incidente sulle 3 finestre nel mese di luglio pari a: -

80% a Parigi 85% a Roma 90% a Palermo

Ne risultano i seguenti valori di chiusura/apertura della schermatura in watt al mero quadro per le 3 finestre nelle 3 località

Località

Roma

Palermo

Parigi

Orientamento finestra

Schermature on

Percentuale radiazione schermata

Schermature off

Falda tetto sud

100 W/m2

85 %

80 W/m2

Ovest

100 W/m2

85 %

80 W/m2

Sud

190 W/m2

85 %

170 W/m2

Falda tetto sud

75 W/m2

90 %

55 W/m2

Ovest

140 W/m2

90 %

120 W/m2

Sud

100 W/m2

90 %

80 W/m2

Falda tetto sud

250 W/m2

79 %

230 W/m2

Ovest

150 W/m2

80 %

130 W/m2

Sud

100 W/m2

78 %

80 W/m2

35

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Parigi - Frequenza annuale finestra ovest 800

100

700

90

Numero di Ore

500

80

80

78

74

72 63

60 50

400 300

40

37 28

200 100

70

22 261 159

316

22

361

102

20

387

102

> 150

1-150

> 150

1-150

> 150

1-150

> 150

marzo

marzo

aprile aprile maggio maggio Intervalli di Radiazione [W]

luglio

luglio

89

30

26 272

94

99

Percentuale [%]

78

600

20 10

94

0

0 1-150

gennaio gennaio

> 150

1-150

1-150

> 150

settembre settembre

Parigi - Frequenza annuale finestra tetto falda sud 800

100

700

90 80

79

79

70

500 400

60 49

51

50 40

300

30

200 100

80 Percentuale [%]

Numero di Ore

81

77

600

23 280

19

327

20

369

21

383

123

130

83

1-100

> 100

1-100

> 100

1-100

> 100

1-100

> 100

marzo

marzo

aprile aprile maggio maggio Intervalli di Radiazione [W]

luglio

luglio

103

94

78

21

290

20 10

76

0

0 gennaio gennaio

> 100

1-100

1-100

> 100

settembre settembre

Parigi - Frequenza annuale finestra sud 800

100

700

90 79

78

70

500

60

55

400

50

45

40

300

30

200

21

100 113

140

1-250

> 250

285

78

21

320

21

366

378

108

97

85

22

21

288

20 10

78

0

0 gennaio gennaio

36

80

1-250

> 250

1-250

> 250

1-250

> 250

1-250

> 250

marzo

marzo

aprile aprile maggio maggio Intervalli di Radiazione [W]

luglio

luglio

1-250

> 250

settembre settembre

Percentuale [%]

Numero di Ore

79

79

79

600

Corso di Sistemi Edilizi ad Alta Efficienza Energetica A.A. 2014/2015 Gruppo 8

Roma - Frequenza annuale finestra falda tetto sud 100

800 700

89

84

87

85

84

81

80

600

70

500

60

400

50

300

40 30

200 100

Percentuale [%]

Numero di Ore

90

16

233

46

316 11 41

19

325

74

389

365 16

15

69

66

318 13 46

20 10 0

0 1-100

>100

gennaio gennaio

1-100

>100

1-100

>100

1-100

>100

marzo

marzo

aprile aprile maggio maggio Intervalli di Radiazione [W]

1-100

>100

luglio

luglio

1-100

>100

settembre settembre

Roma - Frequenza annuale finestra ovest 100

800 700

90

85

84

84

80

80

70

500 400

80

60 54

50

46

40

300 200 20 100

292

16

339 16

15

73

73

117

136

71

1-100

>100

1-100

>100

1-100

marzo

marzo

aprile aprile maggio maggio Intervalli di Radiazione [W]

66

30

413

390

Percentuale [%]

Numero di Ore

600

20

292

20 10

74

0

0 gennaio gennaio

>100

1-100

>100

1-100

>100

luglio

luglio

1-100

>100

settembre settembre

Roma - Frequenza annuale finestra sud 100

800 700

84

84

90

85

84

85

70

66

500

60 50

400 300

80

40 34

200 16

100 87

166

305

58

16

340

65

30

413

388

Percentuale [%]

Numero di Ore

600

16

15

15

75

73

56

310

20 10 0

0 1-190

>190

gennaio gennaio

1-190

>190

1-190

>190

1-190

>190

marzo

marzo

aprile aprile maggio maggio Intervalli di Radiazione [W]

1-190

>190

luglio

luglio

1-190

>190

settembre settembre

37

Corso di Sistemi Edilizi ad Alta Efficienza Energetica A.A. 2014/2015 Gruppo 8

Palermo - Frequenza annuale finestra tetto falda sud 100

800 700

91

86

89

94

90

85

80

600

70

500

60

400

50

300

40 30

200 100

Percentuale [%]

Numero di Ore

90

14

327

251

15

11 43

9 33

41

390

370

349

10 44

64

338

20 10

6 22

0

0 1-75

>75

gennaio gennaio

1-75

>75

marzo

marzo

1-75

>75

1-75

>75

aprile aprile maggio maggio Intervalli di Radiazione [W]

1-75

>75

luglio

luglio

1-75

>75

settembre settembre

Palermo - Frequenza annuale finestra ovest 100

800 700

88

90 80

78

600

70

500

60

400

50

300

40

200

Percentuale [%]

Numero di Ore

90

89

84

84

30 22 227

100 65

16

302

58

16

331 11 47

61

390

387

315 13 45

10 44

20 10 0

0 1-140

>140

gennaio gennaio

1-140

>140

1-140

>140

1-140

>140

marzo

marzo

aprile aprile maggio maggio Intervalli di Radiazione [W]

1-140

>140

luglio

luglio

1-140

>140

settembre settembre

Palermo - Frequenza annuale finestra sud 100

800 91

91

90

700

92

90

81

80 70

500

60

400

50

300

40

200 19 205

100 48

10 35

9 37

30

435

422

368

328

335 10 51

9 41

20 10

8 31

0

0 1-100

>100

gennaio gennaio

1-100

>100

1-100

>100

1-100

>100

marzo

marzo

aprile aprile maggio maggio Intervalli di Radiazione [W]

1-100

>100

luglio

luglio

1-100

>100

settembre settembre

Percentuale [%]

Numero di Ore

600

38

90

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E’ stato quindi inserito un secondo fattore di controllo: 2) Periodo di attivazione durante l’anno In questo modo si garantiscono i guadagni solari nei mesi in cui sono necessari, come quelli invernali.

Per scegliere i giorni di inizio e fine schermatura, sono stati analizzati i grafici delle analisi comfort delle schermature solari fisse al 40 %. Essi sono stati scelti in modo da far rientrare le temperature nei limiti accettabili.

Località

Inizio

Fine

Roma

21 aprile

29 settembre

Palermo

21 marzo

15 ottobre

Parigi

21 maggio

18 settembre

L’influenza sulle temperature interne è mostrata nei 3 grafici seguenti, per la zona 2 nelle 3 diverse località.

Sono stati considerati i periodi nell’anno di transizione tra finestre non schermate e finestre schermate nelle tre località.

39

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Palermo - Andamento Temperature Interne Zona 2 [°C] 35

Temperature interne [°C]

33 31 29 27 25 23 21 19 17 720

696

672

648

624

600

576

552

528

504

480

456

432

408

384

360

336

312

288

264

240

216

192

168

144

96

120

72

48

0

24

15 Numero di ore, a partire dalle 0:00 del 15 marzo, fino alle 23:00 del 14 aprile Senza schermature

Schermature fisse 40%

Schermature mobili 40%

Roma - Andamento Temperature Interne Zona 2 [°C] 30

Temperature interne [°C]

28 26 24 22 20 18 16 14 12 649

673

697

721

649

673

697

721

625

601

577

553

529

505

481

457

433

409

385

361

337

313

289

265

241

217

193

169

145

97

121

73

49

1

25

10 Numero di ore, a partire dalle 0:00 del 15 aprile, fino alle 23:00 del 15 maggio Senza schermature

Schermature fisse 40%

Schermature mobili 40%

Parigi - Andamento Temperature Interne Zona 2 [°C] 30

Temperature interne [°C]

28 26 24 22 20 18 16 14 12 625

601

577

553

529

505

481

457

433

409

385

361

337

313

289

265

241

217

193

169

145

97

121

73

49

1

25

10 Numero di ore, a partire dalle 0:00 del 15 maggio, fino alle 23:00 del 14 giugno Senza schermature

40

Schermature fisse 40%

Schermature mobili 40%

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2.4. Analisi del benessere interno dell’edificio (UNI EN ISO 7730; UNI EN 15251) Il comfort è definito come la sensazione di completo benessere fisico e mentale di un individuo; definito dall’American Society of Heating Ventilation an Air-conditioning Engineers (ASHRAE) come quel “[…]particolare stato della mente che esprime soddisfazione con l’ambiente circostante.” Il che porta subito alla conclusione che questa particolare sensazione è in generale soggettiva e non può essere definita con precisione se non basata su statistiche.

Nelle simulazioni si sono analizzate 3 località (Parigi, Roma, Palermo) per riassumerne e verificarne i requisiti in base alle norme attuali Italiane in funzione delle caratteristiche climatiche del sito in esame.

UNI EN ISO 7730_ “La norma presenta metodi per prevedere la sensazione termica globale ed il grado di disagio (insoddisfazione termica) delle persone esposte in ambienti termici moderati. Essa consente la determinazione analitica e l’interpretazione del benessere termico mediante il calcolo del PMV (predicted mean vote - voto medio previsto) e del PPD (predicted percentage of dissatisfied — percentuale prevista di insoddisfatti) e dei criteri di benessere termico locale, fornendo le condizioni ambientali considerate accettabili per il benessere termico globale così come quelle che rappresentano il disagio locale. Essa è applicabile a uomini e donne in buona salute esposti ad ambienti chiusi nei quali si cerca di raggiungere il benessere termico, ma nei quali si hanno leggere deviazioni da quest’ultimo, nella progettazione di nuovi ambienti o nella valutazione di quelli esistenti. Sebbene sia stata elaborata specificatamente per gli ambienti di lavoro, essa è applicabile a qualunque altro tipo di ambiente. Può essere utilizzata con riferimento all’ISO/TS 14415:2005, punto 4.2, quando si considerano persone con requisiti particolari, quali quelle con disabilità fisiche. Quando si considerano spazi non condizionati, occorre tenere conto delle differenze etniche, nazionali e geografiche.”

UNI EN ISO 15251_ “La norma specifica: - i parametri relativi all’ambiente interno che influiscono sulla prestazione energetica degli edifici; - la modalità per definire dei parametri di input relativi all’ambiente interno per la valutazione dell’edificio inteso come sistema e per i calcoli della prestazione energetica; - i metodi per la valutazione a lungo termine dell’ambiente interno ottenuta, a partire dal calcolo o da risultati di misure; - i criteri di misurazione che potrebbero essere utilizzati, se necessario, per valutare la conformità per mezzo di un’ispezione; - i parametri da utilizzare ed esporre negli ambienti interni negli edifici esistenti; - il modo in cui le diverse categorie di criteri relativi all’ambiente interno possono essere utilizzate, anche se non impone i criteri che devono essere utilizzati. La norma si applica essenzialmente agli edifici non industriali per cui i criteri relativi all’ambiente interno sono definiti dall’occupazione umana, in cui l’attività produttiva o di processo non abbia un impatto sostanziale sull’ambiente interno. La norma è applicabile ai tipi di edificio seguenti: abitazioni individuali, condomini, uffici, scuole, ospedali, alberghi e ristoranti, impianti sportivi, edifici ad uso commerciale all’ingrosso e al dettaglio.”

Le simulazioni sono state effettuate su base annuale con definizione giornaliera delle temperatura di ogni zona termica dell’edificio simulato.

41

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2.4.1. Modello Statico e indice PMV (UNI EN ISO 7730) L’indice PMV e’ una funzione matematica che consente di correlare in un’unica relazione le variabili fisiche, quali Ta, Rh, V, Tmr, con l’attività metabolica (M) e l’isolamento termico del vestiario (Clo). In esso si tiene in considerazione anche il metabolismo energetico M, la cessione o assorbimento di energia meccanica W, il coefficiente di area dell’abbigliamento fcl, la temperatura dell’aria e della superficie del vestiario ta e tcl, il coefficiente di scambio termico convettivo hc.

Il modello statico definito dalla norma 7730, definisci le temperature di confort all’interno di una zona, in funzione di un modello statistico basato sui voti di un ampio campione di persone.

I risultati vengono filtrati attraverso un intervallo di categorie, a seconda della maggiore sensazione psicofisica di benessere che l’intervistato ha espresso.

Fanger ha correlato il PMV al grado di insoddisfazione dei soggetti stessi, individuando la percentuale di presumibili soggetti insoddisfatti associata ad ogni valore dell’indice (PMV). La probabile percentuale di soggetti insoddisfatti, cioè la Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD), è derivata dal PMV e relazionata ad essa attraverso la seguente formula:

PPD = 100-95 exp (0.03353 PMV 4+0.2179 PMV 2) Tale correlazione mostra come anche a PMV= 0 (teoricamente il benessere perfetto) esiste comunque una percentuale di soggetti insoddisfatti pari a circa il 5%; è chiaro quindi che ad una lieve modifica delle condizioni al contorno la percentuale di insoddisfatti aumenterà notevolmente.

La norma classifica gli ambienti secondo tre categorie: - A (94% di soddisfatti), - B (90% di soddisfatti), - C (85% di soddisfatti).

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A seconda dell’attività media che si esegue in una particolare destinazione d’uso, i W/m2 che una persona scambia con l’ambiente circostante, rendono la zona più o meno confortevole.

Lo studio ha voluto in questo caso, valutare il comportamento della norma nei 3 climi standard (Parigi, Roma, Palermo) ed inoltre comparare tali risultati con il modello Adattivo che propone la Norma 15251.

2.4.2. Modello Adattivo e capacità di adattamento degli occupanti (UNI EN ISO 15251) I fondamenti che stanno dietro alla norma 15251 derivano dalla naturale convinzione che ogni soggetto occupante, svolge consciamente o inconsciamente un ruolo attivo — adattivo nelle situazioni di scomfort predette dalla UNI 7730.

La naturale reazione di adattamento viene divisa dalla norma a seconda del tipo di adattamento che il soggetto attua, viene dunque diviso in: Adattamento comportamentale; - Adattamento fisiologico; - Adattamento psicologico.

Il modello propone una correlazione tra l’aria esterna e la temperatura di comfort per gli occupanti (T operativa).

Trm= (1 - a) [Te(d-1) + M Te(d-2) + M2 Te(d-3) ...] dove «a» è un valore costante e varia tra 0 e 1 e definisce la velocità con cui la media mobile risponde alle sollecitazioni esterne.

La norma classifica gli ambienti secondo tre categorie: - CATEGORIA I - CATEGORIA II - CATEGORIA III - CATEGORIA IV. Definita anche come zona di discomfort.

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2.4.3. Parigi, valori di confort secondo la norma_UNI EN ISO 7730 Di seguito i risultati delle simulazioni eseguite con i dati climatici di Parigi. Per enfatizzare l’oggetto dell’analisi, l’edificio è stato predisposto senza un impianto di riscaldamento, raffrescamento, né con presenza di ombreggiamento; l’edificio modellato in questa fase presenta una tecnologia costruttiva identica alla reale (massiva).

Il grafico mostra le temperature all’interno di ogni zona termica a seconda del periodo dell’anno; le linee continue orizzontali sono gli estremi che per norma 7730, vengono considerati limiti di comfort.

“FOOT-PRINT”

La filtrazione dei risulti in base alla stagione Invernale o Estiva (T>15°C) enfatizza che in un clima continentale come quello di Parigi, i giorni dell’anno in cui la sensazione di benessere all’interno dell’edificio è ritenuta soddisfacente, cadono per oltre il 60% nel periodo estivo; risulta quindi necessario in Inverno ricorrere a soluzioni impiantistiche forti per garantire una sensazione generale di comfort all’occupante. In particolare, vediamo come in Estate, i giorni accettati dalla maggioranza degli utenti come sensazione di benessere massima (CATEGORIA A) risultano essere oltre il 25% dei giorni estivi totali.

In un clima come quello parigino, con una soluzione tecnologica massiva, e per una tipologia di edificio residenziale unibifamigliare, l’aspetto critico (in termini di sensazione interna) è l’inverno!! Le soluzioni progettuali, dall’architettonico, alla scelta dell’impianto, verteranno su configurazioni che riparino dal freddo piuttosto che proteggano dalle radiazioni solari estive!

E’ chiaro che un mix progettuale tra le due stagioni andrà fatto, ma con una proporzione dell’70% a favore invernale ed un 30% a favore estivo.

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2.4.4. Parigi, valori di comfort secondo norma_UNI EN ISO 15251 Di seguito i risultati delle simulazioni eseguite con i dati climatici di Parigi. Le categorie di comfort a seconda della percezione di benessere da parte dell’occupante si dividono per norma in:

-

CATEGORIA I CATEGORIA II CATEGORIA III CATEGORIA IV o di discomfort

Il grafico mostra le temperature all’interno di ogni zona termica a seconda del periodo dell’anno; le linee continue orizzontali sono gli estremi che per legge 15251, vengono considerati limiti di comfort.

“FOOT-PRINT”

I dati sono filtrati in base alla cadenza stagionale della temperatura; se < 15°C Inverno, se > 15°C si considera una stagione prevalentemente caldo (i dati annuali sulle temperature sono frutto di dati climatici basati su temperature statistiche registrate su anni appena trascorsi e possono non predire con precisione le temperature effettive del luogo; sono comunque un’ottima base di partenza per le condiziono iniziali di progetto).

Le differenze rispetto alla norma UNI 7730 si riscontrano su tutto l’anno: in generale la norma UNI 15251 risulta più adattabile alle esigenze dell’utente, ma in termini più restrittivi per quanto riguarda l’edificio simulato. (Riscaldamento e raffrescamento spento; ombreggiamenti non presenti…).

Come nel caso precedente, si ha comunque un buon riscontro nella stagione estiva; i dati all’interno dei limiti di categoria rientrano per la maggiore (55%) all’interno della CATEGORIA I più restrittiva. Non si può comunque accettare soddisfabile la sensazione generale che si ha all’interno di tale edificio durante tutto l’anno. Si dovranno affrontare soluzione progettuali spalmabili su tutto l’anno.

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2.4.5. Roma valori di comfort secondo la norma _UNI EN ISO 7730 Di seguito i risultati delle simulazioni eseguite con i dati climatici di Roma. Come nel caso precedente l’edificio è stato predisposto senza un impianto di riscaldamento, raffrescamento, né con presenza di ombreggiamento; l’edificio modellato in questa fase presenta una tecnologia costruttiva identica alla reale (massiva).

Il grafico evidenzia che in un clima come quello di Roma, con una tecnologia di tipo massivo, le temperature delle zone termiche interne all’edificio rientrano nelle fasce definite di comfort per norma solo nei periodi di mezze stagioni. Gli Inverni freddi e i periodi caldi in questo clima modificano direttamente la sensazione dell’occupante; senza opportune soluzioni progettuali invernali ed estive, il clima interno all’ambiente resta per oltre il 70% dell’anno nella fascia esterna definita di discomfort.

“FOOT-PRINT”

I dati sono stati filtrati in base al periodo, caldo (Toperativa >15°C) e periodo invernale.

Come per la località di Parigi e così per tutti i climi centro-meridionali europei, il periodo critico su cui intervenire in fase di progetto rimane comunque l’inverno, con una % di criticità distribuita su tutto l’anno pari alll’80% (Inverno) e 70% (Estate).

I vantaggi che un intervento edilizio a Roma presenta rispetto a Parigi sono visibili nel Foot-Print relativo alla stagione Invernale.

Mentre a Parigi i giorni in cui la sensazione di benessere era garantita si stanziavano su di un 15% del totale, a Roma, per le ovvie caratteristiche del Clima, in Inverno si riesce a raggiungere un 20% in termini di comfort interno, ripartito in modo uniforme nelle 3 categorie limite per norma 7730.

46

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2.4.6. Roma, valori di comfort secondo norma_UNI EN ISO 15251 Di seguito i risultati delle simulazioni eseguite con i dati climatici di Roma. Le categorie di comfort a seconda della percezione di benessere da parte dell’occupante si dividono per norma in:

-

CATEGORIA I CATEGORIA II CATEGORIA III CATEGORIA IV o di discomfort

Il grafico mostra le temperature all’interno di ogni zona termica a seconda del periodo dell’anno; le linee continue orizzontali sono gli estremi che per norma 15251, vengono considerati limiti di comfort.

“FOOT-PRINT”

Come confermato nel caso precedente, si denota quanto la norma UNI 15251 abbia un carattere decisamente differente in relazione al modello statico descritto nella norma UNI 7730, con una particolarità di minor restrittività per quel che riguarda la stagione estiva.

La norma invita a ragione ed adottare soluzioni che siano più efficienti durante tutto l’anno; seppure il modello adattivo si attiva in funzione della capacità di adattamento degli occupanti e in parte i limiti delle categorie definite di comfort seguono l’andamento dei dati climatici, si evidenzia comunque che a Roma, la situazione di discomfort estivo per tutte le zone termiche supera il 50%.

Le soluzioni progettuali per restituire una sensazione ideale all’interno saranno preferibili se dinamiche: si consiglia in particolare per il periodo estivo di adottare accorgimenti quali ombreggiamenti mobili ed impianti di raffrescamento controllabili (anche automaticamente in funzione della temperatura e irraggiamento esterno).

47

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2.4.7. Palermo, valori di comfort secondo la norma_UNI EN ISO 7730 Di seguito i risultati delle simulazioni eseguite con dati climatici Palermitani. Come nei caso precedenti l’edificio è stato predisposto senza un impianto di riscaldamento, raffrescamento, né con presenza di ombreggiamento; l’edificio modellato in questa fase presenta una tecnologia costruttiva identica alla reale (massiva).

Il grafico si riferisce alle temperatura delle zone termiche interne all’edificio filtrate all’interno delle fasce di comfort definite dalle norma UNI 7730. La divisione stagionale è in questo caso più spostata verso la stagione estiva: viene considerata temperatura invernale una temperatura mobile < 15°C. “FOOT-PRINT”

La sensazione di comfort all’interno dell’edificio sarà approssimativamente il 30% delle temperature annuali registrate. L’incrocio dei risultati evidenzia come in effetti in una realtà come quella di Palermo, la percezione di comfort sia maggiormente distribuita sull’arco dell’Inverno, con una percentuale anche > del 40% del totale.

In un clima come questo, si dovranno adottare delle soluzioni che migliorino le condizioni durante il periodo caldo: l’incidenza delle situazioni di disagio nel periodo estivo sono < del 20% e richiedono accorgimenti piuttosto significativi a partire dalle strategie architettoniche (un ombreggiamento anche fisso abbatterebbe anche di molto le percentuali di discomfort) fino ad arrivare a quelle impiantistiche (esse dovranno avere una duplice funzione: sopperiranno in larga misura alle mancanze del periodo estivo, ma dovranno anche influenzare il clima interno per quelle poche settimane in cui l’inverno palermitano richieda una fonte di calore).

48

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2.4.8. Palermo, valori di comfort secondo norma_UNI EN ISO 15251 Di seguito i risultati delle simulazioni eseguite con i dati climatici di Roma. Le categorie di comfort a seconda della percezione di benessere da parte dell’occupante si dividono per norma in:

-

CATEGORIA I CATEGORIA II CATEGORIA III CATEGORIA IV o di discomfort

Il grafico si riferisce alle temperatura delle zone termiche interne all’edificio filtrate all’interno delle fasce di comfort definite dalle norma UNI 15251. La divisione stagionale è in questo caso più spostata verso la stagione estiva: viene considerata temperatura invernale una temperatura mobile < 15°C. “FOOT-PRINT”

Come già evidenziato, la norma risulta meno restrittiva; i significativi risultati confrontando i “Foot-Print” dei due modelli (Statico e Adattivo) sono evidenti sia durante le stagioni più calde che sulla base di tutto l’anno. In base alla 15251 le situazioni di discomfort durante tutto l’arco dell’anno superano il 60% del totale, contro un 70% del modello statico.

In termini progettuali, scegliere una o l’altra normativa di riferimento porta a condizioni iniziali ben differenti; adottare la più restrittiva in questo caso, potrebbe portare a risultati controproducenti se i dati non venissero confrontati anche con l’altra normativa. E’ consigliabile in fase di progetto adottare un opportuno mix tra i risultati uscenti dalle simulazioni: si terranno presenti i ragionamenti fatti prima per quanto concerne la disparità Estate-Inverno, ma si aggiungerà una criticità iniziale per quanto riguarda il sistema di protezione dell’edificio per la situazione invernale.

49

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3. OBIETTIVO 02 3.1. Premessa Come è emerso dalle analisi sul benessere, le prestazioni del solo involucro non sono sufficienti a garantire condizioni confortevoli, anche nel caso in cui si utilizzi il modello adattivo che definisce temperature discomfort maggiori rispetto al modello di Fanger.

Risulta dunque necessario l’ausilio di dotazioni impiantistiche di riscaldamento, per garantire adeguate condizioni di benessere invernali, ma anche di raffrescamento nel periodo estivo, opportunamente dimensionate in relazione alle caratteristiche climatiche.

3.2. Influenza degli impianti nelle località di Parigi, Roma e Palermo Per una prima valutazione dell’influenza degli impianti, si è scelto di considerare un edificio senza alcun tipo di controllo sulla radiazione incidente al di fuori degli aggetti architettonici e di impostare la temperatura minima degli ambienti, al di sotto della quale si attiva l’impianto di riscaldamento, e la temperatura massima degli ambienti, al di sopra della quale si attiva l’impianto di raffrescamento; inoltre sono stati stabiliti dei periodi di funzionamento, sia per l’impianto di riscaldamento che per quello di raffrescamento. In particolare per quanto riguarda l’impianto di riscaldamento, il periodo di funzionamento va dal 15 ottobre al 14 aprile mentre per il per quanto riguarda il periodo di raffrescamento, il periodo di funzionamento va dal 15 aprile al 14 ottobre.

Si riporta una tabella riassuntiva con le richieste di temperatura.

Riscaldamento

Località

Raffrescamento

Tmin

Tmax

Tmin

Tmax

Parigi

21°C

23 °C

24 °C

26° C

Roma

21°C

23 °C

24 °C

26° C

Palermo

21°C

23 °C

24 °C

26° C

Dalla prima serie di grafici a torta seguenti si evidenzia la percentuale di energia destinata al riscaldamento o al raffrescamento a seconda delle località. Sebbene i risultati siano strettamente dipendenti dalla forbice di valore scelta per il funzionamento degli impianti, è comunque significativa la profonda differenza tra Parigi, Roma, e Palermo.

Palermo

Roma

Parigi

Raffrescamento: calore sensibile

Raffrescamento: calore sensibile

Raffrescamento: calore sensibile

Riscaldamento: calore sensibile

Riscaldamento: calore sensibile

Riscaldamento: calore sensibile

Raffrescamento: calore latente

Raffrescamento: calore latente

Raffrescamento: calore latente

45%

20% 11% 69%

86% 6%

49%

14%

0%

Se a Roma il fabbisogno è quasi parimenti distribuito tra raffrescamento e riscaldamento, a Palermo prevale con l’80% l’energia richiesta dall’impianto di raffrescamento, mentre a Parigi la situazione è opposta con l’86% dell’energia totale destinata al riscaldamento.

Nella pagina seguente le richieste mensili con il confronto tra le tre località.

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Fabbisogno mensile per il raffrescamento (kWh) Gennaio 3500.00 Dicembre 3000.00

Febbraio

2500.00 2000.00

Novembre

Marzo

1500.00 1000.00 Parigi

500.00 Ottobre

Aprile

0.00

Roma Palermo

Settembre

Maggio

Agosto

Giugno Luglio

Fabbisogno mensile per il riscaldamento (kWh) Gennaio 3500.00 Dicembre 3000.00

Febbraio

2500.00 2000.00

Novembre

Marzo

1500.00 1000.00 Parigi

500.00 Ottobre

Aprile

0.00

Roma Palermo

Settembre

Maggio

Agosto

Giugno Luglio

L’ultima serie di grafici mostra invece per ogni località il fabbisogno mensile suddiviso nelle tre componenti.

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PALERMO - Fabbisogno enregetico Raffrescamento: calore sensibile

Riscaldamento: calore sensibile

Raffrescamento: calore latente

3000.00

kwh

2500.00 2000.00

220

1500.00

0

0

1000.00 500.00 0.00

0 1,002 16

0 253 156

503 54

0 56 416

3 4

1,540

486

612

0

0 168 0

2,038 2,018 1,351

934

0 25 759

0

0 294 178

583 22

ROMA - Fabbisogno enregetico Raffrescamento: calore sensibile

Riscaldamento: calore sensibile

Raffrescamento: calore latente

3000.00 2500.00 kwh

2000.00 1500.00 1000.00

0 0

1,805 1,178

500.00 0.00

311

0

5

13

690 60

0 254 220

0 21 739

130 0 1,246

0

377 0

0

1,807 1,647

59 1 917

0 0 176 294

830

1,376

37

6

PARIGI - Fabbisogno enregetico Raffrescamento: calore sensibile 0 3000.00

kwH

2000.00

0

2,941

0

1,677 890 0

0

0

0

2,257

500.00

52

0

0

1000.00

0.00

Raffrescamento: calore latente

0

2500.00

1500.00

Riscaldamento: calore sensibile

4

26

337 194

3 62 403

12 5 771

12 36 638

2,066 20

1,058

211 158

7

0

2,468

0

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3.3. Influenza delle schermature fisse sul comfort interno Le schermature solari durante le operazioni di verifica prestazionale ma soprattutto all’interno delle fasi di progettazione architettonico — energetica, ricoprono un ruolo fondamentale e quanto mai conveniente se progettate alla maniera corretta e tramite l’uso di simulazioni dinamiche.

L’obbiettivo che ci siamo posto in questa fase di simulazione riguarda l’influenza delle schermature solari FISSE, (tende od altri dispositivi di ombreggiamento) in riferimento al comfort interno adattivo definito per legge dalla norma UNI EN 15251.

Si vuole analizzare quanto le schermature influenzino il comfort termico interno percepito da un utente “reale” (capace di adattarsi): ci si focalizza in questo studio sull’andamento deli valori di temperatura annuali rientranti o meno nelle categorie I, II, III in riferimento al clima di appartenenza.

Tre tipi di simulazione: 1) senza schermatura; 2) 40% di superficie opaca, schermatura fissa; 3) 80% di superficie opaca. E’ chiaro già a monte che la soluzione ottimale sia da ricercarsi all’interno di più soluzioni, il raffronto che ci permetterà di effettuare una verifica, quindi una miglioria progettuale futura, sarà basato sull’incidenza della latitudine e delle temperature specifiche di 3 differenti località sulla percentuale di vantaggio tra uno o l’altro tipo di schermatura. Ci si riferisca ai dati seguenti per una lettura di dettaglio delle temperature divise per base stagionale.

3.3.1. Parigi, andamento del comfort adattivo sulla base delle 3 simulazioni eseguite (0%; 40%; 80%).

Si è dapprima verificato e simulato l’andamento di cui sopra per la località reale di ubicazione dell’edificio “Art Lumiere”.

Per una maggiore comprensione dei risultati ottenuti, si riporta di seguito una comparazione tra i tre tipi di schermatura ipotizzati filtrati in base alle categorie limite di comfort che suggerisce la legge.

L’inserimento delle schermature nel modello di simulazione, comporta un abbassamento delle temperature di comfort in base alla percentuale inserita delle stesse.

E’ evidente che tale abbassamento porta, nella località di Parigi, modesti vantaggi in termini di risparmio per i giorni con elevata temperatura esterna, ma compromette di molto i guadagni “mancati” soprattutto durante le mezze stagioni. I dati ottenuti durante questa fase di simulazione permettono un rapido calcolo del periodo migliore in cui le schermature fisse, dovrebbero “attivarsi”. Nello specifico, risulta che per una schermatura al 40% di trasparenza, è adeguato attivare tale scostamento delle temperature interne a partire da una data approssimativa (dati climatici) in coincidenza col 21maggio.

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Per una più rapida e qualificativa interpretazione dei risultati in termini percentuali i dati sono stati paragonati sulle diverse stagioni (calda e fredda) ed analizzati in funzione di tutto l’anno.

La filtrazione dei risultati in termini percentuali e paragonabili con i giorni relativi di comfort, suggerisce, che per il clima indicato, l’inserimento di schermature fisse di qualsiasi percentuale, influisce in modo negativo sulla sensazione di comfort interno percepita dall’utente finale.

L’inserimento di oscuramenti, vanifica totalmente (o quasi) i guadagni invernali delle zone termiche e porta ad un abbassamenti degli stessi durante la stagione calda (non caldissima).

I dati andrebbero altresì paragonati con ulteriori specifiche in base alla tipologia di impianto (sia di riscaldamento che di raffrescamento), per avere una verifica ed un’analisi utile sul comportamento generale delle schermature su tutto l’edificio, soprattutto in riferimento alle fasi di progettazione per un edificio di medesima tipologia nella stessa zona climatica.

Per la località in oggetto, le soluzioni suggeriscono di non prevedere soluzioni schermanti fisse su tutto l’anno, i dati sono utili per la progettazione di elementi schermanti mobili soprattutto per le giornate estive con impatto solare molto forte.

3.3.2. Roma. Andamento del comfort, adattivo, sulla base delle 3 simulazioni eseguite (0%; 40%; 80%) Di seguito le medesime analisi viste in precedenza ma sulla base di dati climatici differenti. L’analisi è condotta per estrarre dati utili alla progettazione di un edificio a Roma e climi simili.

Ci si aspetta conclusioni più utili, rispetto al caso precedente, riguardo la progettazione di schermature fisse (maggior impatto solare), lo studio è volto ad analizzare le percentuali di output, nonché le schermature fisse, più utili in termini di comfort interno.

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Come visto in precedenza l’abbassamento regolare delle temperature delle zone interne porta a risultati controproducenti durante le mezze stagioni. L’obbiettivo è capire la convenienza nell’applicare una percentuale di schermatura fissa piuttosto che un’altra, durante tutto l’anno.

Il grafico relativo ad una percentuale schermante del 40% evidenzia già un buon controllo delle temperature nei giorni più caldi: l’andamento dei picchi, rispetto alla situazione di assenza delle schermature, risulta piuttosto controllato e comunque prossimo al valore medio di temperatura della settimana di riferimento. Ciò consente già in prima analisi di eliminare i sovraccarichi termici derivanti da giornate anomale di irraggiamento e T intense.

L’andamento del grafico relativo alla percentuale schermante dell’80% riporta in termini grafici l’obbiettivo per cui si è svolto lo studio: accanto ad una perdita dei possibili guadagni esterni durante l’inverno e le mezze stagioni, in estate, soprattutto nei giorni più caldi, l’inserimento di una tenda tipo (filtrante all’80%) rende possibile il rientro in categoria I delle temperatura nelle diverse zone termiche.

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Sopra, i risultati filtrati per categoria di appartenenza, UNI EN 15251.

Sono evidenti differenze e idee progettuali diverse rispetto alla stessa simulazione eseguita con dati climatici riferiti a Parigi.

I risultati confermano che in un clima come quello di Roma, è conveniente inserire schermature fisse, con una percentuale attorno al 40% di trasparenza, soprattutto per le stagioni medio-calde.

I dati sulle categorie di appartenenza riferite alle simulazioni (40% e 80%) evidenziano un comportamento simile nonostante le giornate che rientrano nelle categorie di comfort sono estremamente diversi. Il grafico riferito alla stagione estiva al 40% di schermatura fissa, contiene al suo interno un indice di comfort relativo alle giornate primaverili ed autunnali, quando l’irradiazione solare non eccede valori elevati: la percentuale del 85% di giornate che rientrano nelle categorie di comfort si riferisce a date che escludono il mese più caldo. Viceversa, schermando all’80%, la percentuale di giornate che rientrano nelle categorie di comfort è comunque intorno al 75% ma si riferisce quasi interamente all’abbattimento delle situazioni di scomfort durante i mesi più caldi.

E’ in questa fase utile sottolineare che una simulazione sulle schermature in questo senso, porta a conclusioni ambivalenti.

L’ottimo sarebbe avere una schermatura funzionante durante le stagioni intermedie col 40% di percentuale opaca, per poi attestarsi su di un valore prossimo all’80% per il restante periodo di stagione estiva.

La scelta della percentuale di schermatura da preferirsi, è strettamente correlata al sistema di raffrescamento di progetto. Per la località di Roma, risulta ugualmente utile progettare una tenda tipo 40% o 80% di opacità, la scelta che ne deriva dalle simulazione precedenti, è strettamente dipendente da fattori terzi, (costo dell’impianto di raffreddamento, ubicazione dell’edificio, microclima dell’area...).

3.3.3. Palermo. Andamento del comfort, adattivo, sulla base delle 3 simulazioni eseguite (0%; 40%; 80%) Di seguito le medesime analisi viste in precedenza ma sulla base di dati climatici differenti. L’analisi è condotta per estrarre dati utili alla progettazione di un edificio in zona molto calda; in particolare si vuole analizzare l’andamento di comfort interno per una schermatura altamente protettiva.

L’indagine dovrebbe mostrare anche caratteri utili all’andamento delle temperature interne durante la stagione invernale, suggerendo soluzioni più performanti di altre.

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I grafici sopra, riportano l’andamento delle temperature durante tutto l’anno delle diverse zone termiche.

Dal confronto risulta immediato l’andamento più controllato e meno dispersivo delle temperature interne: maggiore percentuale di schermatura fissa, minore escursione tra i picchi ed i minimi di temperatura. Soprattutto nelle località settata per questa analisi, (Palermo) l’incidenza solare si riflesse in modo molto più evidente sulle temperature, rispetto alle località precedentemente considerate.

L’abbassamento della mediana delle tre zone termiche, è evidente ed in prima analisi vantaggioso per una percentuale fissa schermante dell’80%. Come già discusso in precedenza, il settaggio temporale delle schermature fisse è di tutto l’anno solare; gli aspetti negativi riferiti ai guadagni esterni “mancati” valgono anche e soprattutto per la presente.

Accanto ad un abbassamento delle temperature più elevate durante i periodi estremamente più caldi (fattore determinante per la località in esame) si riscontra un abbassamento eccessivo della stessa durante i periodi con temperature esterne comprese tra i 15 ed i 20 gradi, quando un guadagno esterno non filtrato ridurrebbe i costi totali per le spese relative al consumo energetico.

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Sopra, i dati filtrati in base alle categorie di comfort adattivo definite da UNI EN 15251.

Come aspettato, i dati confermano l’importanza di una maggior percentuale schermante durante il periodo caldo e molto caldo. Giorni all’interno delle categorie di comfort: Schermature 0%: 381 unità (3 zone termiche); Schermature fisse 40%: 423 unità, (239 CAT. I; 107 CAT. II; 114 CAT. III); Schermature fisse 80%: 487 giorni, (303 CAT. I; 138 CAT. II; 46 CAT. III); La suddivisione, permette di analizzare in modo più chiaro la convenienza di una soluzione anziché un’altra. A fronte di un simile ammontare delle unità totali di comfort interno per le schermature al 40% e 80% la sensazione generale da parte dell’utente finale risulta più apprezzata (più restrittiva in termini normativi, basata su statistiche da parte di un campione vasto di intervistati) se la soluzione schermante presenta una percentuale all’80% opaca.

La situazione potrebbe ulteriormente essere migliorata se tali schermature avessero la possibilità di muoversi. Dai dati sopra riportati si evince che al di sotto dei 16°C, risulta inappropriato avere dei sistemi di oscuramento fissi (86 unità di comfort in più nella simulazione con schermature assenti).

Per una corretta progettazione in termini energetici, per la località di Palermo, si ritiene necessario prevedere dei sistemi di oscuramento piuttosto opachi, che permettano il passaggio di luce indiretta sufficiente ma che possano ostacolare tutta la radiazione incidente sull’apertura cui fanno riferimento; il tutto associato alla possibilità di movimentazione della schermatura. Si potrà ottenere così, un valore percentuale di giorni all’anno di benessere all’interno dell’edificio superiore al 70% senza investire alcuna risorsa in termini impiantistici energetici.

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3.4. Influenza delle ventilazione meccanica controllata (VMC) 3.4.1. Premessa Dopo aver valutato l’influenza della ventilazione naturale, introduciamo ora la ventilazione meccanica controllata. In questo caso si suppone che tutti gli oneri di ventilazione siano demandati al suddetto impianto meccanico, dunque occorre disattivare la ventilazione naturale, impostata per le analisi precedenti, e azzerare i contributi legati alle infiltrazioni in tutte le zone termiche. L’impianto gestirà un numero di ricambi orari pari a 1 vol/h nella fascia oraria in cui si suppone un maggiore tasso di attività all’interno dell’edificio, ovvero dalle 8.00 alle 22.00, e 0,3 vol/h dalle 19.00 alle 8.00 del mattino seguente.

L’impianto di ventilazione è corredato di uno scambiatore termico interrato e di un recuperatore di calore. Lo scambiatore gestisce l’aria esterna, nelle quantità pari al 100% e al 30% del volume dell’edificio rispettivamente nelle suddette fasce orarie, facendo sì che essa rilasci o acquisti calore al/dal terreno in funzione del delta termico, attraverso le pareti del tubo interrato.

La temperatura dell’aria in uscita da quest’ultimo sarà dunque superiore rispetto a quella dell’aria esterna in inverno, e inferiore a quest’ultima in estate. Si intuisce dunque il vantaggio di un sistema del genere durante il periodo invernale, ancora prima di considerare il recuperatore di calore, ma soprattutto durante il periodo estivo durante il quale la temperatura del terreno abbatte notevolmente quella dell’aria esterna prima di immetterla nell’edificio. Al fine di un maggior controllo dell’impianto è stato inserito un sistema d’interruzione, che disattiva l’impianto nel caso in cui la differenza di temperatura tra l’aria esterna, immessa nel tubo interrato, ed il terreno sia superiore a 10°C, al fine di evitare la condensazione all’interno del tubo e la conseguente nascita di muffe all’interno dell’impianto, andando ad agire sull’equazione della portata.

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L’ integrazione di un recuperatore di calore, che gestisce l’effettivo scambio di calore tra l’aria proveniente dallo scambiatore interrato e quella asportata dagli ambienti dell’abitazione, consente di recuperare parte del calore di quest’ultima in funzione di un coefficiente di scambio termico la cui influenza verrà approfondita in seguito. L’aria che verrà immessa negli ambienti interni, in quantità proporzionali al volume di ciascuna zona termica, avrà dunque una temperatura più o meno vicina a quella dell’ambiente dal quale è stata asportata consentendo in questo modo di raggiungere il comfort più velocemente e con meno dispendio di energia. Per aumentare la veridicità delle simulazioni svolte, all’interno del modello sono state considerati: gli apporti interni, il riscaldamento ed il raffrescamento e le schermature mobili, precedentemente analizzati; inoltre è stato deciso di considerare Parigi come luogo e le stratigrafie reali. Riportiamo di seguito un’immagine del modello virtuale, implementato di tale sistema impiantistico utilizzato nel software di simulazione, nel quale è possibile riscontrare graficamente il funzionamento appena descritto.

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3.4.2. Influenza della profondità a cui il tubo viene interrato.

Fissate alcune caratteristiche fisiche del tubo interrato, come diametro (20cm) e lunghezza (10m), abbiamo deciso di variare la profondità a cui lo stesso viene interrato, andando a valutare l’influenza di questo parametro: sulla differenza di temperatura tra l’aria esterna e quella immessa nel recuperatore dallo scambiatore, sulla percentuale di ore annue in qui l’impianto è in funzione (data la sua disattivazione in caso di ∆t tra aria esterna e terreno sia maggiore di 10°) ed infine dalla variazione kwh/m2 anno dell’intero edificio.

Per quanto riguarda la variazione tra la temperatura dell’aria esterna e quella immessa nel recuperatore dallo scambiatore, come possiamo vedere dal grafico sotto riportato, che essa inizia a stabilizzarsi a quota 5,7° alla profondità di 5m.

Invece, per quanto riguarda la percentuale di ore annue in qui l’impianto è in funzione, possiamo vedere come diminuisca all’aumentare della profondità; questa diminuzione dell’operatività dell’impianto è dovuta all’incremento del ∆t tra aria esterna e terreno, aumentando cosi il numero di volte in cui esso supera i 10°, limite imposto in precedenza.

Andando a vedere il variare del consumo di energia è chiaro che esso segue in maniera principale l’umento del ∆t ed il conseguente aumento di variazione di temperatura dell’aria immessa, anche se lo stesso impianto diminuisce le sue ore di funzionamento. Possiamo inoltre dedurre alla luce delle analisi svolte, che la profondità ottimale a cui il tubo deve essere interrato è di 5m, in quanto avendo sia una stabilizzazione della diminuzione del consumo energia, sia un maggior utilizzo dell’impianto rispetto alle profondità maggiori, senza considerare il maggior costo dello scavo all’aumentare della profondità.

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3.4.3. Influenza HTC del recuperatore su temperatura immessa nell’edificio Dopo aver indagato l’influenza della profondità alla quale viene posato in opera lo scambiatore di calore interrato, si procede con la valutazione dell’influenza del coefficiente di scambio termico (Heat Trasnfer Coefficient HTC) sulla temperatura in uscita dal recuperatore di calore il cui funzionamento e vantaggi sono stati spiegati in precedenza.

Il parametro del coefficiente di scambio termico (HTC), input modificabile all’interno del Type 5e che simula la presenza di un recuperatore di calore, rappresenta l’efficienza del processo di scambio termico e, di conseguenza, il complementare rendimento del processo di recupero.

I due processi sono di fatto inversamente proporzionali: all’aumentare del coefficiente dello scambio termico diminuisce il rendimento del processo di recupero.

Si definisce rendimento percentuale di recupero il rapporto:

Dove con:

TUscita,fl.ingresso si indica la temperatura dell’aria in uscita da recuperatore e che viene immessa nell’edificio; TIngresso,fl.ingresso si indica la temperatura dell’aria in ingresso nel recuperatore proveniente dallo scambiatore interrato e dunque pari alla temperatura in uscita dallo scambiatore;

TIngresso,fl.uscita si indica la temperatura dell’aria in ingresso nel recuperatore e proveniente dall’edificio; Definiamo allora l’efficienza percentuale di scambio termico il valore:

In base a tali definizioni, il valore del coefficiente di scambio termico (HTC) che permette di ottenere le migliori prestazioni in termini di efficienza e rendimento, varia a seconda che si stia indagando il periodo di riscaldamento o il periodo di raffrescamento. Tuttavia, per le ragioni spiegate ne paragrafo introduttivo, i vantaggi garantiti dalla presenza di un recuperatore di calore nel periodo di riscaldamento sono notevoli.

Abbiamo dunque condotto le analisi seguenti tenendo conto del maggior peso del periodo invernale sulle modalità di funzionamento dell’impianto di ventilazione meccanica controllata; ciò non ha comunque implicato la sospensione di considerazioni critiche circa il funzionamento del recuperatore di calore nel periodo di raffrescamento, anzi, le analisi condotte

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in tale periodo hanno permesso di quantificare l’effettivo incremento di temperatura dell’aria in ingresso nell’edificio e di poter valutare se tale incremento risulti benefico o meno per l’instaurazione di condizioni di comfort termo — igrometrico degli utenti.

Le analisi di seguito sono state effettuate in corrispondenza del mese più freddo e del mese più caldo della località di progetto (Parigi), intesi come rappresentativi dei rispettivi periodi di riscaldamento e di raffrescamento.

Località

Lunghezza tubo [m]

Mese

Profondità

Diametro

Portata

[m]

[m]

HTC 0 20

Gennaio

1 vol/h 8:0022:00

Parigi

10

5

50 0,20

0,3 vol/h

100 200

22:00—8:00

Luglio

90

500 1000

Parigi, periodo di riscaldamento L’utilizzo del recuperatore di calore in un clima continentale come quello parigino produce migliori risultati all’aumentare del coefficiente di scambio termico (HTC). Come riportato dai grafici sottostanti, relativi al mese di Gennaio, il mese più freddo a Parigi, l’aumento del coefficiente di scambio termico comporta un aumento della temperatura in uscita del recuperatore di calore. Il valore più performante risulta dunque 1000 KJ/hrK, il quale garantisce una temperatura media mensile in uscita dal recuperatore di circa 18,33 °C. Tale temperatura d’aria immessa nell’edificio, comporta un minore impegno dell’impianto di riscaldamento per raggiungere la temperatura di termostato impostata.

Gennaio 20.0

18.3 17.0

18.0 16.0

14.7

[°C]

14.0

12.9

12.6 11.3

12.0 9.9 10.0

8.6

8.0 6.0 4.0 2.0 0

20

50

90

100

200

500

1000

HTC T media in uscita dallo scambiatore

T media ambiente

T media mensile immessa in ambiente

Un’altra considerazione che è necessario condurre nella fase di settaggio del fattore di scambio termico HTC è riferita alla valutazione dell’incidenza del sistema scambiatore — recuperatore: comprendere quanto effettivamente incidano i due sistemi accoppiati è di fondamentale importanza per individuare il parametro che, se opportunamente modificato, può incrementare

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notevolmente le prestazioni energetiche dell’edificio. Facendo riferimento al diagramma riportato di seguito è palese dimostrare come una temperatura di immissione nell’edificio molto vicina al valore settaggio dell’impianto di riscaldamento (18,33 °C), sia frutto al 70,3% di un recuperatore di calore con HTC 1000 KJ/hrK e solo per il 29,7% dall’azione dello scambiatore di calore interrato. Sostanzialmente si può affermare che alti valori di HTC hanno una fortissima incidenza sulla temperatura di immissione dell’aria in ambiente.

Gennaio

100.0% 100%

90.0%

90%

79.5%

80%

69.8%

61.4% 54.7%

60%

[°C]

70.3%

67.9%

70%

50%

38.6%

40% 30%

45.3%

29.7%

20.5%

20% 10%

32.1%

30.2%

10.0% 0.0%

0% 0

20

50

90

100

200

500

1000

HTC Efficienza scambiatore

Rendimento di recupero

Parigi, periodo di raffrescamento Lo stesso valore del coefficiente di scambio termico non consente di ottenere i migliori risultati anche nel periodo di raffrescamento. Infatti in corrispondenza di un HTC pari a 1000 KJ/hK si ottiene una temperatura media mensile in uscita dallo scambiatore pari a 21,57°C che, rispetto alla temperatura dell’aria in uscita dallo scambiatore interrato, è troppo più alta rispetto alla temperatura esterna in ambiente.

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Luglio 24.0 21.6

22.0

20.6

[°C]

20.0

18.7

18.0 16.0

16.9

90

100

15.1 13.2

14.0 12.0

16.6

10.8

10.0 0

20

50

200

500

1000

HTC T media ambiente

T media in uscita dallo scambiatore

T media mensile immessa in ambiente

Per verificare l’inadeguatezza della presenza di un recuperatore di calore con HTC 1000 KJ/hrK sempre in funzione durante il mese di luglio è stato sufficiente esaminare l’andamento delle temperature in uscita dal file climatico e rapportarle a quelle in ingresso nell’edificio dopo il passaggio dapprima nello scambiatore interrato e in ultimo nel recuperatore. È evidente come spesso l’aria in ingresso sia più calda rispetto all’aria esterna e come questo possa ricadere negativamente in termini di comfort e di fabbisogno energetico.

Luglio HTC 1000 KJ/hrK

30.0

[°C]

25.0

20.0

15.0

10.0

Giorni T di immissione

T ambiente

Nel periodo di raffrescamento risulta quindi molto più utile impiegare un recuperatore di calore con HTC che non superi 20 KJ/hrK, come mostrato nel grafico di seguito. Tale soluzione è però di difficile realizzazione e si ritiene più realistica una

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situazione on/off per quanto riguarda il recuperatore di calore. Nonostante ciò si proseguono le simulazioni adottando HTC 1000 KJ/hrK per tutto il periodo di riscaldamento e HTC 20 KJ/hrK per tutto il periodo di raffrescamento.

Luglio HTC 20 KJ/hrK 30.0

[°C]

25.0

20.0

15.0

10.0

Giorni T di immissione

T ambiente

3.4.4. Influenza dell’impianto di Ventilazione Meccanica Controllata (VMC) Dopo le analisi preliminari relative all’influenza dei parametri dello scambiatore interrato e del coefficiente di scambio termico del recuperatore di calore, si vuol determinare l’incidenza di ogni singolo elemento che entra in gioco nel processo di ottimizzazione dell’edificio. Si tratta semplicemente di smontare l’edificio “ottimizzato” e valutarne, volta per volta, la variazione dei fabbisogni e le condizioni di comfort residue. Prima però occorre analizzare la situazione in cui l’edificio risulta “ottimizzato”: _luogo _tecnologia costruttiva precedentemente designata _impianti precedentemente settati _ schermature mobili _VMC con scambiatore interrato + recuperatore I grafici riportati di seguito mostrano in parallelo i risultati relativi al comfort termico adattivo su base annuale e quelli relativi al fabbisogno energetico dell’edificio su base mensile e annuale.

Comfort I grafici relativi al comfort adattivo mostrano immediatamente come, grazie all’introduzione del sistema di ventilazione meccanica e all’ottimizzazione di tutti gli elementi precedentemente studiati, si riesca a giungere ad una situazione in cui non vi è mai una situazione di disagio derivante da condizioni termo-igrometrica sfavorevoli.

La simulazione è annuale e il post-processo dei dati riesce a mettere in evidenza quanti siano i punti che ricadono all’interno degli intervalli corrispondenti alle categorie indicate da normativa (a tal proposito si fa riferimento al paragrafo apposito).

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50

CAT I_TmAX X LEGGE CAT I_Tmin X LEGGE

45 40

CAT II_TmAX X LEGGE CAT II_Tmin X LEGGE CAT III_TmAX X LEGGE CAT III_Tmin X LEGGE T_zona1

T media operante [°C]

35 30 25 20 15 10

T_zona2

5 T_zona3 0 0

5

10

15 20 T media mobile [°C

25

30

Categoria di appartenenza anuale

0 1062

12 0

0%

20% CATEGORIA I

40% CATEGORIA II

60% CATEGORIA III

80%

100%

CATEGORIA IV

Fabbisogno mensile annuale I grafici a colonne relativi al fabbisogno energetico confermano quanto emerso dai dati descritti in precedenza: gennaio e luglio sono rispettivamente il mese più freddo e quello più caldo, ovvero i mesi durante i quali il fabbisogno per riscaldare (gennaio) e raffrescare (luglio) sono più alti. Ciò è sicuramente dovuto in larghissima parte all’influenza della località scelta per condurre le analisi e anche per questo motivo è opportuno ribadire che a Parigi è il fabbisogno di riscaldamento invernale ad essere il più gravoso. Per comprendere quale sia l’impatto della ventilazione meccanica controllata e degli altri sistemi scelti durante lo svolgimento dell’intera esercitazione, si fa riferimento alla scheda riassuntiva finale.

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1800 1600 1400

[kwh]

1200 1000 800 600 400 200 0 Q Lat

genn febb 0 0

mar 0

apr 0

mag giu lug ago sett 5.95 167.4 445.9 167.4 113.9

ott 0

nov 0

dic 0

Q Sens 1626 1111 740.8 327.6 405.2 574.8 842.2 675.7 301.4 442.1 1004 1271

12000 10000

[kwh]

8000

3,700

6000 4000 6,522 2000 0 Fabbisogno estivo (sen+lat)

68

Fabbisogno Invernale

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3.5. Riassunto del processo di ottimizzazione impiantistico ZONA

INVOLUCRO

HEATING COOLING

FRANCIA, PARIGI

MASSA TERMICA

RISCALDAMENTO

VENTILAZIONE NATURALE

OSCURAMENTI

VMC

SCHERMATURE MOBILI

SCAMBIATORE

COMFORT

ENERGIA KWh/m2 anno

100%

50

Profondità 5m

Tecnologia CV Reale U=0.1196 W/m2K φ = 13h 43’ fa= 0.2197 Tecnologia copertura Reale U=0.0854 W/m2K φ = 19h 36’ fa= 0.0575

Periodo 13/10 — 15/04

Schermature solari mobili

Oraio 7.00-24.00

coeff. di omb.

0.4

Lunghezza 10 m Diametro 20 cm RECUPERATORE

Temperatura di regolazione 21°C - 23°C HTC invernale 1000 KJ/hrK

RAFFRESCAMENTO

HTC estivo 20 KJ/hrK

Periodo 31/05 — 14/09

VENTILAZIONE NATURALE

Oraio 9:00-18:00 Temperatura di regolazione 24°C — 26°C

110 98%

Infiltrazioni costanti 0.3 vol/h

112 98%

217 27%

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ALLEGATI

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Chiusura Verticale CV01_Reale

N°

Materiale

1 2 3 4 5

Int Cartongesso Lana di roccia OSB Ventilazione Lega d’alluminio Ext

Qualità prestazionale Trasmittanza (U) Sfasamento (φ) Attenuazione (f) Trasmittanza termica periodica (Yie) Capacità termica areica periodica lato int. (Cip)

Spessore [m]

Resistenza [m2K/W]

0,025 0,350 0,020 0,050 0,0006

0,125 0,119 7,778 0,133 0,080 0,001 0,125

Calore Specifico [J/kgK]

Densità [kg/m3]

836,800 1004,160 1606,660 1004,160 936,320

900 115 1000 1 2800

Ottime/buone 0,1196 W/m2K 13 h 43’ 0,2197

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Gruppo 8

Chiusura Orizzontale CO01_Reale

N°

Materiale

1 2 3 4 5 6

Int Parquet CLS alleggerito EPS C.A. Impermeabilizzante Ghiaia rullata EXT

Qualità prestazionale Trasmittanza (U) Sfasamento (φ) Attenuazione (f) Trasmittanza termica periodica (Yie) Capacità termica areica periodica lato int. (Cip)

72

Spessore [m]

Resistenza [m2K/W]

0,015 0,100 0,500 0,150 0,004 0,200

0,125 0,075 0,625 14,706 0,165 0,013 0,10 0,074

Calore Specifico [J/kgK]

Densità [kg/m3]

1799,120 878,640 669,440 878,640 920,480 1004,160

1300 500 100 2500 1000 1800

Ottime 0,063 W/m2K 31 h 13’ 0,0052

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Chiusura Orizzontale CO02_Reale

N°

Materiale

1 2 3 4 5

Int Cartongesso OSB Lana di roccia Ventilazione Lega d’alluminio Ext

Qualità prestazionale Trasmittanza (U) Sfasamento (φ) Attenuazione (f) Trasmittanza termica periodica (Yie) Capacità termica areica periodica lato int. (Cip)

Spessore [m]

Resistenza [m2K/W]

0,025 0,020 0,500 0,050 0,0006

0,125 0,119 0,133 11,111 0,090 0,001 0,125

Calore Specifico [J/kgK]

Densità [kg/m3]

836,800 1606,656 1004,160 1004,160 836,800

900 1000 115 1 2700

Ottime 0,0854 W/m2K 19 h 36’ 0,0575

73

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Chiusura Orizzontale CO03_Reale

N°

Materiale

1 2 3 4 5

Int Parquet C.A. collaborante Lana di roccia OSB Cartongesso Ext

Qualità prestazionale Trasmittanza (U) Sfasamento (φ) Attenuazione (f) Trasmittanza termica periodica (Yie) Capacità termica areica periodica lato int. (Cip)

74

Spessore [m]

Resistenza [m2K/W]

0,025 0,100 0,350 0,020 0,025

0,125 0,075 0,625 7,778 0,133 0,119 0,074

Calore Specifico [J/kgK]

Densità [kg/m3]

1799,120 836,800 1004,160 1606,660 836,800

1300 500 115 1000 900

Ottime 0,112 W/m2k 19 h 4’ 0,0878

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Chiusura Verticale CV01_Media

N°

Materiale

1 2 3 4 5

Int Cartongesso YTONG EPS Ventilazione Lega d’alluminio Ext

Qualità prestazionale Trasmittanza (U) Sfasamento (φ) Attenuazione (f) Trasmittanza termica periodica (Yie) Capacità termica areica periodica lato int. (Cip)

Spessore [m]

Resistenza [m2K/W]

0,025 0,100 0,160 0,050 0,0006

0,125 0,119 0,658 4,706 0,080 0,001 0,074

Calore Specifico [J/kgK]

Densità [kg/m3]

836,800 1054,368 1456,032 1004,160 936,320

900 550 20 1 2700

Sufficiente 0,174 W/m2K 7 h 45’ 0,359

75

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Chiusura Orizzontale CO02_Media

N°

Materiale

1 2 3 4 5

Int Intonaco civile Latero-cemento Isotec Ventilazione Lega d’alluminio Ext

Qualità prestazionale Trasmittanza (U) Sfasamento (φ) Attenuazione (f) Trasmittanza termica periodica (Yie) Capacità termica areica periodica lato int. (Cip)

76

Spessore [m]

Resistenza [m2K/W]

0,002 0,220 0,120 0,050 0,0006

0,125 0,003 0,330 5,00 0,090 0,001 0,074

Calore Specifico [J/kgK]

Densità [kg/m3]

836,800 916,398 1104,576 1004,160 962,320

1400 1800 38 1 2700

Medie 0,178 W/m2K 8 h 58’ 0,1933

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Chiusura Verticale CO03_Media

N°

Materiale

1 2 3 4 5 6 7

Int Piastrelle Pavilastra C.A. collaborante OSB EPS Camera d’aria Cartongesso Ext

Qualità prestazionale Trasmittanza (U) Sfasamento (φ) Attenuazione (f) Trasmittanza termica periodica (Yie) Capacità termica areica periodica lato int. (Cip)

Spessore [m]

Resistenza [m2K/W]

0,014 0,018 0,100 0,020 0,160 0,050 0,025

0,125 0,014 0,047 0,213 0,133 4,706 0,090 0,119 0,074

Calore Specifico [J/kgK]

Densità [kg/m3]

836,80 1104,16 836,80 1606,66 1456,03 1004,16 836,80

2300 22 1200 1000 20 1 900

Medie/Buone 0,181 W/m2K 9 h 12’ 0,2349

77

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Chiusura Verticale CV01_Pesante

N°

Materiale

1 2 3 4 5

Int Cartongesso YTONG EPS Ventilazione Lega d’alluminio Ext

Qualità prestazionale Trasmittanza (U) Sfasamento (φ) Attenuazione (f) Trasmittanza termica periodica (Yie) Capacità termica areica periodica lato int. (Cip)

78

Spessore [m]

Resistenza [m2K/W]

0,025 0,300 0,140 0,050 0,0006

0,125 0,119 2,913 4,117 0,080 0,001 0,074

Calore Specifico [J/kgK]

Densità [kg/m3]

836,800 1054,368 1456,032 1004,160 962,320

900 350 20 1 2700

Ottime 0,135 W/m2K 15 h 46’ 0,0617

Corso di Sistemi Edilizi ad Alta Efficienza Energetica A.A. 2014/2015 Gruppo 8

Chiusura Orizzontale CO02_Pesante

N°

Materiale

1 2 3 4 5 6 7

Int Cartongesso Camera d’aria C.A. collaborante EPS OSB Ventilazione Lega d’alluminio Ext

Qualità prestazionale Trasmittanza (U) Sfasamento (φ) Attenuazione (f) Trasmittanza termica periodica (Yie) Capacità termica areica periodica lato int. (Cip)

Spessore [m]

Resistenza [m2K/W]

0,025 0,100 0,100 0,500 0,020 0,050 0,0006

0,125 0,119 0,090 0,213 7,353 0,133 0,080 0,001 0,074

Calore Specifico [J/kgK]

Densità [kg/m3]

836,800 1004,16 836,80 1456,032 1606,656 1004,160 962,320

900 1 1200 20 1000 1 2700

Ottime 0,0647 W/m2K 15 h 33’ 0,1087

79

Corso di Sistemi Edilizi ad Alta Efficienza Energetica A.A. 2014/2015 Gruppo 8

Chiusura Orizzontale CO03_Pesante

N°

Materiale

1 2 3 4 5 6 7

Int Piastrelle Pavilastra C.A. collaborante OSB EPS Camera d’aria Cartongesso Ext

Qualità prestazionale Trasmittanza (U) Sfasamento (φ) Attenuazione (f) Trasmittanza termica periodica (Yie) Capacità termica areica periodica lato int. (Cip)

80

Spessore [m]

Resistenza [m2K/W]

0,014 0,018 0,120 0,020 0,050 0,050 0,025

0,125 0,014 0,047 0,255 0,133 7,353 0,09 0,119 0,074

Calore Specifico [J/kgK]

Densità [kg/m3]

836,800 1104,576 836,576 1606,656 1456,032 1004,160 836,800

2300 22 1200 1000 20 1 900

Ottime 0,0643 W/m2K 16 h 37’ 0,087

Corso di Sistemi Edilizi ad Alta Efficienza Energetica A.A. 2014/2015 Gruppo 8

81