AICARR JOURNAL NR 10/2011

#10 riscaldamentoenergia ISSN:2038-2723

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La rivista PER i professionisti DEGLI IMPIANTI HVAC&R

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DISLOCAMENTO E RAFFRESCAMENTO PASSIVO MONITORAGGIO IMPIANTO GEOTERMICO EDIFICI E RINNOVABILI: UNI TS 11300 PARTE 4 SPECIALE FACCIATE CLIMATICHE GESTIONE E MANUTENZIONE DEGLI IMPIANTI

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“

SOFTWARE E PROGETTAZIONE

Riprendo quasi testualmente da una memoria

I personal computer sono strumenti, al pari

presentata al Convegno Internazionale AiCARR di Baveno:

delle calcolatrici o, prima ancora, del regolo: permettono

“Abbiamo concepito questo software per permettere di

solo di effettuare un numero infinitamente maggiore di

progettare un sistema impiantistico complesso anche a

calcoli in un tempo infinitamente minore. Tuttavia, la

chi non è un esperto…”. Il relatore era molto prestigioso,

precisione del calcolo non è mai assoluta, perché basata

appartenendo a un ente pubblico nazionale di

su modelli matematici sempre meno complessi della

indubbia valenza, e, a prima vista, il software sembrava

realtà. I risultati vanno vagliati con attenzione, cosa

apprezzabile. Tuttavia fa rabbrividire l’approccio:

possibile solo grazie alla sensibilità, alle conoscenze e

può un software, per quanto ben fatto,

all’esperienza di chi li usa: in una parola, alla capacità del

sostituire l’esperienza umana?

progettista.

Rispondere alla domanda dovrebbe essere

Non ricordare questi principi

molto facile: il primo utilizzo dei personal computer nel

basilari, porta ad astrazioni pericolose.

mondo ingegneristico è stato nell’ambito del calcolo

Viviamo in un mondo ebbro di virtuale, in cui si tende

strutturale degli edifici. Attualmente esistono programmi

sempre di più a credere a un dato estratto da un

fantastici che permettono di adattarsi a qualunque caso.

computer che non a quanto accade sotto i nostri occhi. E

Tuttavia, solo un pazzo o un incosciente penserebbe di

continuiamo a perseverare, se è vero che una delle micce

dimensionare le strutture di un grattacielo alto 200 metri

della crisi economica attuale è stata anche l’attitudine

solo perché ha comperato un software e ha studiato un

degli analisti finanziari a ragionare più su trend e

po’ di scienza delle costruzioni. Chiunque fosse assennato,

andamenti temporali delle varie aziende, piuttosto che

comincerebbe a calcolare le strutture della villetta, poi del

sulla loro reale solidità.

piccolo condominio: in pratica, si farebbe un’esperienza.

Solo dopo molti anni, se supportato dal talento, potrebbe pensare di cimentarsi con progetti impegnativi.

Dovremmo ricordarcelo sempre, anche perché qualche visionario aveva già previsto una simile deriva.

E’ istruttivo riprendere un racconto breve del maestro

Nel mondo dell’energia non

della fantascienza Asimov scritto nel 1958, “The feeling

sembra così: passando messaggi come quello di

of power” tradotto in Italia con il titolo “Nove volte sette”.

Baveno, chiunque si sente autorizzato a dire la sua,

Si scarica liberamente da internet e si legge in 10 minuti:

pensando che un buon software e al massimo un corso di

giusto il tempo di meditare su quanto sbagliato sia

qualche decina di ore possano bastare a sopperire ad anni

considerare il computer solo qualcosa di più di un mero

di esperienza. Certo, se si sbaglia il progetto non crolla la

strumento al servizio della creatività umana.

casa, ma non per questo non si crea alcun danno. Il costo dell’energia è destinato a salire, prima o poi gli errori si pagheranno, perché il cliente finale si arrabbierà quando i risultati saranno diversi da quanto atteso.

Michele Vio, Presidente AiCARR

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Editoriale 7

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Novità prodotti 10 RISTRUTTURAZIONE IMPIANTISTICA Una vecchia centrale telefonica trasformata in sede di uffici e riqualificata.

I risultati raccolti dal sistema di supervisione e gestione BMS

Direttore responsabile ed editoriale Marco Zani

di Adileno Boeche, Andrea Fornasiero, Alex Rigon, Lorenzo Uguccioni, Viliam Stefanutti e Roberto Zecchin

Consulente scientifico Renato Lazzarin

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Dislocamento e strategie di raffrescamento passivo Raffreddamento evaporativo a singolo o doppio stadio e stoccaggio termico possono essere abbinati ai sistemi di ventilazione a dislocamento grazie alle ridotte portate d’aria necessarie di Paul Carew e Bernard Bekker

CASE STUDY

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Macchine ad alta efficienza per gli uffici Confronto tra diversi impianti per la climatizzazione di un edificio direzionale e vantaggi ambientali secondo il protocollo LEED di Alessio Zagolin, Michele De Carli, Leonardo Prendin e Alessandro Teti

Comitato scientifico Paolo Cervio, Sergio Croce, Francesca Romana d’Ambrosio Alfano, Renato Lazzarin, Luca Alberto Piterà, Mara Portoso, Michele Vio, Marco Zani Redazione Alessandro Giraudi, Silvia Martellosio, Marzia Nicolini, Erika Seghetti redazione@aicarrjournal.org Art Director Marco Nigris Grafica e Impaginazione Fuori Orario - MN Hanno collaborato a questo numero Bernard Bekker, Adileno Boeche, Paul Carew, Michele De Carli, Stefano Filippini, Andrea Fornasiero, Lucia Kern, Sergio La Mura, Marco Perino, Alberto Piterà, Leonardo Prendin, Alex Rigon, Valentina Serra, Viliam Stefanutti, Alessandro Teti, Lorenzo Uguccioni, Alessio Zagolin, Roberto Zecchin Pubblicità Quine Srl 20123 Milano – Via Spadari, 3 – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 72016740 Traffico, Abbonamenti, Diffusione Rosaria Maiocchi Editore: Quine srl www.quine.it

Problematiche di gestione e manutenzione del sistema edificio-impianto

Presidente Andrea Notarbartolo

L’incertezza dei costi relativi agli aspetti gestionali e manutentivi crea rischi e insicurezze che spaventano gli investitori. Ma nuovi metodi si affacciano all’orizzonte: la Life Cycle Cost (LCC) e le Certificazioni Ambientali LEED

Direzione, Redazione e Amministrazione 20123 Milano – Via Spadari, 3 – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 72016740 e-mail: redazione@aicarrjournal.org

di Sergio La Mura

INVOLUCRO TRASPARENTE Oltre il concetto di isolamento termico Evoluzione della facciata trasparente, dalle Double Skin Façade alle facciate altamente integrate di Marco Perino e Valentina Serra

ESPERIENZA DALLE AZIENDE Ventilatori elettronici, quanto costano e quanto convengono I ventilatori elettronici rappresentano attualmente una soluzione tecnologica di grande valenza, poiché coniugano significativi risparmi energetici con una grande flessibilità di utilizzo di Stefano Filippini

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Direttore scientifico Michele Vio

MANUTENZIONE E AMBIENTE

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Periodico mensile Organo ufficiale AiCARR

Pompa di calore geotermica un anno dopo

VENTILAZIONE

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AiCARR Informa 76

NORMATIVA UNI/TS 11300 parte 4. A che punto siamo?

Sta per giungere in inchiesta pubblica la specifica tecnica per il calcolo delle energie rinnovabili impiegate negli edifici.

Una prima descrizione della struttura della norma di Alberto Piterà

Amministratore Delegato Marco Zani

Servizio abbonamenti Quine srl, 20123 Milano – Via Spadari, 3 – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 70057190 e-mail: abbonamenti@quine.it Gli abbonamenti decorrono dal primo fascicolo raggiungibile.

Stampa Arti Grafiche Boccia - Salerno AiCARR journal è una testata di proprietà di AICARR – Associazione Italiana Condizionamento dell’Aria, Riscaldamento e Refrigerazione Via Melchiorre Gioia 168 – 20125 Milano Tel. +39 02 67479270 – Fax. +39 02 67479262 www.aicarr.org Posta target magazine - LO/CONV/020/2010.

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Aderente

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Tiratura del presente numero: 10.000 copie

Novità

Novità Prodotti

Torrini estrattori per cabine fotovoltaiche Soprattutto nel caso di impianti fotovoltaici abbinati a fabbriche e capannoni industriali, parte dell’energia prodotta dai moduli viene dispersa nei locali inverter e nelle cabine di trasformazione, innalzandone significativamente la temperatura. È necessario, quindi, adottare un adeguato sistema di ventilazione che possa smaltire il calore dissipato all’interno della cabina tenendo conto del salto termico minimo che si intende garantire tra l’interno e l’esterno. A tal fine, Soler&Palau propone due serie di torrini estrattori da posizionare sulla copertura del locale. La prima, di tipo centrifugo e denominata CRHB/ CRHT, si compone di modelli monofase e trifase a 2,4,6 e 8 poli per portate d’aria fino a 11.000 m³/h. La seconda, HCTB/HCC, di tipo elicoidale, è relativa a modelli monofase e trifase a 4, 6 e 8 poli con portate fino a circa 40.000 m³/h. In caso di bassi valore di prevalenza e a parità di portata aria, l’azienda riferisce che la serie elicoidale è preferibile rispetto a quella centrifuga, perché più economica e silenziosa. www.solerpalau.it

HCTB/HCC

CRHB/CRHT

Aquarea in versione monoblocco Pensata appositamente per le abitazioni di piccole dimensioni, Panasonic propone la nuova versione compatta della pompa di calore Aquarea monoblocco, per riscaldamento e acqua calda sanitaria. In versione plug & play, i nuovi sistemi Panasonic a pompa di calore raggiungono un coefficiente COP massimo pari a 4,41 a 7°C, garantendo efficienza rispetto ai comuni sistemi di riscaldamento con alimentazione a combustibile, a gas o elettrica. Adatta a tutte quelle abitazioni, nuove o già esistenti, che richiedono alti requisiti di performance ma dispongono di spazi limitati, la gamma monoblocco si

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Pannelli in fibra di legno per un riscaldamento “Bio” Per il settore terziario e residenziale RDZ ha pensato a “Bio”, uno speciale sistema di riscaldamento invisibile ed ecologico che utilizza solo materiali naturali, senza aggiunta di componenti chimici. Ai materiali ecocompatibili e traspiranti, “Bio” associa anche tutti i vantaggi tipici del riscaldamento a pavimento per irraggiamento, come la ripartizione del calore uniforme, la temperatura di gestione molto bassa che riduce sensibilmente i consumi, la facilità di installazione, la mancanza di elementi costruttivi visibili e l’assenza di moti convettivi dell’aria con conseguente eliminazione del movimento di polveri e di impurità per un’elevata salubrità delle stanze. Il prodotto è caratterizzato da pannelli in fibra di legno (1020x600x21-22 mm) ricavati da residui di legno non trattati prodotti da segherie svizzere senza collanti chimici. I pannelli, posabili sotto qualsiasi tipo di pavimentazione, hanno una resistenza alla diffusione del vapore acqueo di circa 5 μ secondo UNI EN 12086. Il sistema è poi completato dalla cornice perimetrale in feltro di lino naturale intrecciato, da una lastra perforata di circa 3 mm di spessore, dotata di fori per il fissaggio del fermatubo, anch’essa realizzata in fibra di legno, per proteggere e rinforzare il pannello isolante naturale e da un foglio di carta oleata utilizzato come barriera per l’umidità. www.rdz.it

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Emmeti lancia sul mercato il sistema di ventilazione controllata a doppio flusso Recupera Slim che, grazie al recuperatore di calore, permette all’aria calda presente negli ambienti di incrociare, senza mai mescolarsi, l’aria fredda proveniente dall’esterno cedendo il calore alla stessa. Date le sue dimensioni contenute, il sistema può essere inserito a controsoffittoo senza rubare spazio all’interno dell’edificio; inoltre, la sua costruzione modulare permette di scegliere tra diverse configurazioni a seconda delle esigenze dell’utente. I moduli che compongono il sistema infatti possono essere integrati tra loro permettendo di rispondere a tutte le esigenze di gestione degli ambienti domestici. www.emmeti.com

L’ultima novità in casa Seitron è Elios 25 super web, un regolatore per pannelli solari termici che, grazie ad una porta seriale, risulta controllabile tramite Internet. Due le funzioni principali di Elios 25: la prima è quella di gestire il differenziale di temperatura fra il collettore dei pannelli solari e l’accumulo, comandando l’accensione della pompa al raggiungimento del Delta T impostato; la seconda funzione è invece quella di affiancare una sorgente di calore integrativa nel caso la temperatura dell’accumulo sia inferiore a quella impostata. Il regolatore ingloba tutte le funzionalità degli altri modelli della gamma e in più presenta due differenti modi di connettività e gestione remota.

Con un adattatore USB/RS485 e il SW Seitron (la comunicazione utilizza il protocollo S-Bus) è possibile, infatti, connettere il regolatore a un PC distante fino a 1 Km, che riceve le informazioni dalla centralina, ed inviare tutti i comandi per modificare le configurazioni, mentre attraverso un adattatore Ethernet è prevista l’opportunità di gestire il regolatore in modalità remota da Internet. Elios 25 super web, che presenta 5 ingressi per sonde di temperatura PT1000, fa parte di una gamma completa di regolatori solari Elios lanciata dall’azienda nel 2007. www.seitron.it

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Concepita per raggiungere alti livelli di efficienza energetica mantenendo dimensioni in pianta ridotte, la nuova gamma NX di refrigeratori di liquido di Climaveneta è adatta in tutte le installazioni dove la disponibilità di spazio è limitata. Per entrambe le gamme, con scambiatore a piastre o a fascio tubiero, sono disponibili tre distinte versioni acustiche per assicurare la rispondenza ai più restrittivi requisiti di installazione. Le versioni LN e SL consentono di abbattere il livello di rumore fino a 10 dB(A) rispetto alla versione K più compatta, rendendo NX una soluzione in grado di soddisfare esigenti richieste in termini di efficienza e compattezza, oltre cha di silenziosità. La gamma NX 0614P-1214P copre le potenze tra 159 e 327 kW, mentre la NX 0614T tra 159 e 352 kW; quest’ultima è disponibile in due distinte classi di efficienza (K e CA). Con valori di EER in classe A secondo lo standard Eurovent, la gamma NX/ CA assicura alti livelli di efficienza. Nuova è, infatti, la metodologia utilizzata per la definizione dei valori di efficienza energetica, che vengono calcolati non solo in base alla potenza resa ed assorbita dall’unità, ma anche tenendo in considerazione le perdite di carico dello scambiatore impianto, o della prevalenza utile disponibile nel caso in cui l’unità sia comprensiva di pompe installate a bordo macchina, come prescritto dalla normativa europea EN14511. Utilizzando in tutte le unità batterie di condensazione micro-channel in alluminio, la nuova gamma consuma una minore quantità di refrigerante rispetto alle tradizionali batterie in rame, assicurando un rapporto tra volume di refrigerante e potenza frigorifera erogata al minimo. Tutte le taglie sono disponibili in configurazione con una o due pompe ad alta prevalenza fino a 200 kPa, oltre che con accumulo inerziale, garantendo operatività a pieno carico fino a +46°C di aria esterna. www.climaveneta.it

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Refrigeratori d’acqua a levitazione magnetica I nuovi refrigeratori Turbo di RC Group SpA si distinguono per la loro elevata efficienza energetica anche nel funzionamento a carichi parziali. Il motivo è da ricercare nell’impiego di un innovativo compressore centrifugo a due stadi che, essendo dotato di supporti dell’albero motore/compressore a levitazione magnetica, consente alle unità refrigeranti di raggiungere una maggiore efficienza energetica rispetto alle tradizionali macchine. I cuscinetti a levitazione magnetica, infatti, eliminano la presenza di olio lubrificante nel compressore e, conseguentemente, nel circuito frigorifero. Il motore elettrico del compressore è controllato da un dispositivo ad inverter con variazione continua della capacità frigorifera dal 20% al 100%. Al controllo della potenza frigorifera partecipa anche il sistema di palette mobili sull’aspirazione del compressore che devia l’angolo di ingresso del gas refrigerante attraverso la girante, secondo la domanda. Ciò consente di seguire con elevata precisione l’andamento dei carichi termici. Infine, l’evaporatore a tubi d’acqua di tipo allagato riduce l’approccio termico tra la temperatura del gas refrigerante in fase di evaporazione e quella dell’acqua raffreddata. Questa soluzione consente di aumentare ulteriormente l’efficienza del sistema frigorifero. www.rcgroup.it

FIVPav, riscaldamento a pavimento FIVPav è il nuovo sistema di riscaldamento radiante proposto da FIV che consente di utilizzare il pavimento come corpo scaldante durante l’inverno, garantendo sia una temperatura omogenea che la salubrità degli ambienti (senza polvere in movimento e senza il rischio di annerimento di pareti e tendaggi). Cuore del sistema è il pannello Basic, disponibile in diverse versioni (h. 10, 20, 30), in polistirene espanso (EPS) stampato per isolamento termico, con superficie a bugne ed incastri perimetrali, rivestito da un film in polistirene rigido (spessore 0,15 mm). Il sistema si compone di gruppi preassemblati di regolazione (Floor Controller e UFH Mixing Group) che reagiscono a qualsiasi variazione di portata o di emissione calorica e controllano la temperatura del fluido dell’impianto a pavimento, e di Gruppi per la distribuzione, i Modular Group, adatti ad impianti di riscaldamento a bassa temperatura e misti (radiatori + pannelli radianti). Completano l’offerta il tubo PEXc in polietilene alta densità, reticolato con sistema elettronico, certificato secondo la norma EN ISO 15875/2 e garantito 50 anni, e il tubo multistrato Fivpert per l’impiantistica termosanitaria, realizzato in materiale composito attraverso un processo tecnologicamente avanzato con il quale il tubo viene accoppiato ad un’anima di alluminio (spessore 0,2 mm). www.fiv.it

Officine Rigamonti presenta Safe, gruppo di sicurezza che racchiude in un unico dispositivo le funzioni di quattro diversi sistemi di protezione. Realizzato in ottone anticorrosione, il dispositivo è allo stesso tempo una valvola di sicurezza per sfogare le pressioni eccessive dell’acqua in circolo; una valvola di sfiato aria per liberare l’impianto da sacche d’aria che possono causare fastidiosi rumori e corrosioni; un manometro per controllare la pressione del liquido e un sistema rompivuoto per favorire la manutenzione svuotando rapidamente l’impianto. Un dispositivo all’apparenza semplice che permette ai distributori di ottimizzare il magazzino, gestendo l’approvvigionamento di un solo prodotto invece di quattro. www.officinerigamonti.it

Tecnologia di filtrazione per impianti di condizionamento

Trox propone un’ampia gamma di filtri per impianti di condizionamento, pensata per le più svariate esigenze applicative e, soprattutto, per garantire un ambiente e un’aria salubri. Due le tipologie proposte, entrambe testate in accordo con le normative europee EN779 o EN1822, a seconda della classe di filtrazione: filtri per polveri grossolane e fini e filtri assoluti. I primi si prestano per la rimozione della contaminazione dell’aria atmosferica negli impianti di ventilazione e condizionamento e nell’ingegneria chimica, mentre i filtri assoluti HEPA e ULPA sono filtri ad alta efficienza, particolarmente indicati per ambienti che richiedono un elevato grado di purezza dell’aria, poiché capaci di rimuovere sostanze in sospensione quali aerosol, polveri tossiche e particolato aero-portato, possibile veicolo di virus e germi.

I filtri assoluti trovano applicazione in settori in cui purezza dell’aria e asetticità sono elementi imprescindibili, come in medicina, biologia, farmacia e laboratori di ricerca. Innovativa la tecnologia di produzione Trox, in cui l’altezza della plissettatura variabile e la spaziatura vengono realizzati in passi millimetrici. I filtri di ricambio possono inoltre essere adattati alle specifiche esigenze tecniche del cliente circa rendimento del filtro, quantità d’aria e perdita di carico, riducendo così il consumo energetico. www.trox.it

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14.02.11 16:03

RISTRUTTURAZIONE IMPIANTISTICA

Pompa di calore geotermica un anno dopo Una vecchia centrale telefonica trasformata in sede di uffici e riqualificata. I risultati raccolti dal sistema di supervisione e gestione BMS

R

isale al 2005 la decisione di Manutencoop,

di Adileno Boeche1, Andrea Fornasiero1, Alex Rigon2, Lorenzo Uguccioni3, Viliam Stefanutti1 e Roberto Zecchin2

Monitoraggio di un edificio ristrutturato

Superfici opache

Superfici opache. Prima e dopo l’intervento Porzione di involucro

Trasmittanza delle pareti verticali Limiti di legge al 2010:

Prima dell’intervento

Dopo l’intervento

Involucro esterno:

Parete isolata a cappotto:

1 W/(m2 K)

0.30 W/(m2 K) Parete ventilata:

0.34 W/(m2 K)

0.27 W/(m2 K)

Trasmittanza delle partizioni orizzontali opache

Copertura zona ex mensa:

Copertura zona ex mensa:

Limiti di legge al 2010:

0.57 W/(m2 K)

0.30 W/(m2 K)

Copertura della zona uffici:

Copertura zona uffici:

0.38 W/(m2 K)

0.23 W/(m2 K)

Vetrate:

Vetri:

6 W/(m2 K)

1.60 W/(m2 K) (vetro selettivo con elevata trasmissione luminosa)

0.30 W/(m2 K) Trasmittanza delle superfici vetrate

TABELLA 1

società operante nel campo del facility management, di realizzare una nuova sede operativa a Mestre, nel comune di Venezia. E di utilizzare, riqualificandolo, un edificio dismesso precedentemente adibito a centrale telefonica: una struttura solida e ben conservata, con volumi, superfici, altezze interpiano adatti allo scopo proposto.

Uno degli obiettivi principali era quello di cercare di contenere al massimo i consumi energetici operando, in fase progettuale, sia sul sistema impiantistico che sull’involucro edilizio. Soltanto in presenza di un involucro energeticamente efficiente è infatti sensato pensare di installare tecnologie impiantistiche avanzate, che comportano notevoli investimenti. Come la pompa di calore accoppiata al terreno e l’attenuazione automatica degli impianti di climatizzazione e di illuminazione, tramite sensori di presenza, nei locali non occupati (tenuto conto che molti utenti sono fuori sede per gran parte della giornata).

Le possibili scelte sono state ponderate e analizzate attraverso l’utilizzo di tecniche di simulazione numerica per l’ottimizzazione delle tecnologie adottate dal punto di vista energetico, illuminotecnico, acustico, del comfort

Limiti di legge al 2010: 1.70 W/(m2 K) per il solo vetro e 2.20 W/(m2 K) per l’intero serramento

Intero serramento: 1.85÷2.20 W/(m2 K)

A. Boeche, A.Fornasiero, A.Rigon, L.Uguccioni, V. Stefanutti, R.Zecchin

La nuova veste (interno)

16

#10

L’ex edificio Telecom

7

termoigrometrico ed, ovviamente, economico. L’edificio, entrato progressivamente in servizio negli ultimi tre anni (una parte degli spazi non è ancora del tutto occupata), è stato dotato di un sistema di acquisizione di dati centralizzato, associato al sistema di controllo BMS, in grado di monitorare costantemente i consumi energetici ed evidenziare eventuali anomalie di funzionamento.

La riqualificazione dell’involucro edilizio L’azione sull’involucro edilizio ha interessato sia la parte opaca, attraverso una consistente coibentazione termica delle murature, sia la parte trasparente, attraverso l’adozione di vetri ad elevata prestazione e di schermature esterne, per ridurre il carico termico estivo dovuto alla radiazione solare.

L’edificio in oggetto è un tipico esempio di costruzione degli anni Settanta e pertanto, prima dell’intervento, risultava scarsamente coibentato. La struttura è in calcestruzzo armato con tamponamento in laterizi, e ha richiesto un intervento globale di isolamento termico su tutta la superficie disperdente. Tale intervento, i cui risultati sono visibili in Tabella 1, è stato effettuato con diverse tecnologie: isolamento “a cappotto”, isolamento a “facciata ventilata”, isolamento mediante controparete interna, secondo le diverse situazioni ed esigenze architettoniche; è stata inoltre effettuata una sostituzione generalizzata dei serramenti, con ampliamento della relativa forometria.

Soluzioni illuminotecniche Particolare attenzione è stata posta anche agli aspetti illuminotecnici, energetici e psicologici legati alla presenza di aperture vetrate. La luce diurna contribuisce in modo importante al comfort, alla produttività e al benessere psicofisico delle persone durante le ore di lavoro; inoltre una adeguata illuminazione naturale consente di ridurre in modo significativo i consumi di energia elettrica per l’illuminazione artificiale. Questo

Schermature integrate nell’involucro

Le lamelle sono orientabili sia in modo automatico in funzione della sollecitazione solare esterna attraverso un sistema di supervisione, sia (e prioritariamente) in modo manuale per ciascun ambiente, al fine di consentire maggiore libertà individuale agli utenti. I serramenti sono dotati di vetrate termoisolanti bassoemissive con proprietà termofisiche adeguate.

Illuminazione naturale all’interno

Comfort termoigrometrico obiettivo non si consegue semplicemente con la realizzazione di grandi aperture finestrate con vetri ad elevato fattore di trasmissione luminosa; è necessario tenere conto anche degli aspetti negativi correlati al fenomeno dell’abbagliamento, ad eccessi nei valori di luminanza, ed all’ingresso di radiazione solare all’interno dell’edificio, con

ovvie conseguenze sui fabbisogni termici e frigoriferi dell’edificio. A tal fine è stata adottata una schermatura perfettamente integrata con l’edificio, coerente con la soluzione scelta per la finitura delle facciate, e costituita da lamelle metalliche orizzontali con le medesime caratteristiche del materiale utilizzato per la facciata stessa.

Restructuring plant with geothermal heat pump, one year after

An existing building, formerly used as a telephone exchange was renovated and converted into offices, headquarters of the Society Manutencoop SpA, operating in building construction and plants operation. The building is served by a winter/summer heating system with radiant ceiling panels, complemented by primary air, headed by a heat pump coupled to the ground, based on invertible function. The building is also equipped with a supervision and management (BMS) system, designed and built with particular reference to the monitoring and control of energy consumption.After more than two years of functioning, the BMS system has collected a set of data and registration, extensive enough to draw some interesting conclusions.

Keywords: BMS system, geothermal heat pump

#10

17

Figura 1 – Soluzione impiantistica

Strategie per la climatizzazione La scelta della soluzione impiantistica è stata guidata dal principio che l’impianto deve essere considerato come un elemento integrato nell’edificio. In quest’ottica la soluzione più adeguata (si veda Figura 1) è apparsa quella di un impianto

a pannelli radianti ed aria primaria, alimentato da una pompa di calore a funzionamento invertibile accoppiata al terreno (pompa di calore “geotermica”).

Per quanto riguarda i terminali di distribuzione si è optato per i pannelli radianti a soffitto che, oltre ad essere adatti all’utilizzo di fluidi

BOX 1

Le soluzioni impiantistiche in dettaglio Pompa di calore

Portate acqua: - lato utenza:14.400 l/h - lato sonde: 30.000 l/h Potenza - 108 kW termici - Tacqua macchina: 40-46°C - Tacqua sonda 7,5-5°C - 120 kW frigoriferi - Tacqua macchina 16-9°C - Tacqua sonde 22-26°C

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#10

Circuito geotermico

N.30 sonde a doppio U in parallelo Profondità 100 m Portata d’acqua 30.000 l/h

UTA

Portate d’aria (primaria): - Mandata: 8.200 m3/h - Ripresa: 7.200 m3/h Con recuperatore di calore a flussi incrociati (efficienza 60%)

termovettori a temperatura moderata, risultano essere particolarmente efficienti in un edificio direzionale, a patto di limitare gli scambi attraverso l’involucro, con particolare riferimento a dispersioni invernali e carico solare estivo, e di provvedere al controllo della ventilazione e dell’umidità relativa estiva con un impianto di trattamento dell’aria.

Si evidenzia che per l’edificio in oggetto è stato previsto fin dall’inizio un utilizzo discontinuo dei singoli spazi adibiti ad ufficio, connesso alla specifica tipologia di attività degli occupanti, spesso fuori sede. La bassa inerzia termica di questo impianto consente di adattare rapidamente le condizioni ambientali al variare dei carichi termici per effetto, ad esempio, della presenza di persone e della loro attività, come per esempio l’uso di computer.

Pompa di calore e centrale di trattamento dell’aria La pompa di calore (Figura2) si avvale di 30 sonde verticali a circuito chiuso. La valutazione del numero effettivo di sonde necessarie, non avendo a disposizione precedenti rilievi stratigrafici del terreno, è stata effettuata in corso d’opera dopo la prima perforazione, sulla base della prova sperimentale di risposta del terreno alla sollecitazione termica (GRT: Ground Response Test). Si evidenzia che, visto l’importante onere economico per la realizzazione delle sonde rispetto a quello dell’investimento totale, tale passaggio è sostanzialmente inevitabile al fine di limitare il numero di sonde senza inficiare le prestazioni attese ed il funzionamento ottimale dell’impianto nel suo complesso.

La circuitazione idronica primaria è realizzata alimentando in sequenza prima il circuito della batteria dell’unità centralizzata di trattamento aria e poi il circuito dei pannelli radianti a soffitto. Con una distribuzione così strutturata, l’alimentazione del circuito della batteria di trattamento dell’aria avviene con acqua alla temperatura di produzione della macchina creando le

Figura 2 – Schema di funzionamento estivo (a sinistra) e invernale (a destrra) della centrale termo frigorifera

La pompa di calore è del tipo a funzionamento invertibile (estate/inverno) mediante commutazione idronica e opera con fluido refrigerante R407C. L’unità è dotata di uno scambiatore supplementare (desurriscaldatore), per il recupero, nel funzionamento come refrigeratore, di parte del calore di condensazione per il post-riscaldamento della centrale di trattamento dell’aria (circa il 20% del totale). Durante le stagioni intermedie, un ulteriore scambiatore sul circuito delle sonde consente al circuito dei pannelli radianti degli ambienti esposti a sud di avere a disposizione una sorgente fredda alla quale attingere qualora l’edificio presentasse contemporaneità di carico termico e frigorifero. La potenza massima richiesta dall’edificio in regime di riscaldamento invernale è pari a circa 100 kW termici, quella massima richiesta in regime di raffrescamento estivo è pari a circa 120 kW frigoriferi.

migliori condizioni per la deumidificazione estiva; l’alimentazione del circuito secondario (del tipo a spillamento) dei pannelli radianti e di

alcuni ventilconvettori “a cassetta” avviene pertanto mediante acqua con temperatura più vicina a quella di esercizio dei terminali.

La circolazione dell’acqua in ogni circuito

secondario avviene mediante elettropompe gemellari ad alta efficienza, a portata variabile mediante regolazione elettronica con inverter a bordo.

L’intero edificio viene ventilato attraverso un’unica centrale di trattamento a portata variabile (con massimo pari a 8.200 m³/h), prefiltro a celle piane con efficienza G4 e filtro a tasche rigide con efficienza F9 e recuperatore di calore statico a flussi incrociati (efficienza 55%). L’umidificazione invernale avviene per nebulizzazione ad alta pressione (circa 70 bar) di acqua, precedentemente demineralizzata per osmosi inversa.

Figura 3 – Pianta (parziale) e sezione dell’edificio: distribuzione di aria primaria agli uffici con le serrande di regolazione dell’aria primaria (indicate con i cerchi tratteggiati)

Terminali di impianto I terminali d’impianto sono pressoché ovunque pannelli radianti a soffitto, costituiti da lastre di gesso rivestito, con retrostante isolamento termico, contenenti serpentine di microtubi all’interno dei quali passa l’acqua calda o refrigerata; la bassa inerzia termica di questo tipo di terminali consente di adattare rapidamente le condizioni ambientali al variare dei carichi termici, per effetto, per esempio, dell’uscita o ingresso di persone, accensione di computer, variazioni di soleggiamento In ogni ambiente, oltre ai pannelli radianti, che provvedono al controllo della temperatura, viene inviata una prefissata portata d’aria di rinnovo trattata nel condizionatore centrale precedentemente menzionato.

Il contributo dell’impianto di ventilazione ai fini della climatizzazione è particolarmente importante durante il periodo estivo: il contenimento dell’umidità negli ambienti elimina la possibilità di fenomeni di condensazione sulla superficie fredda dei pannelli; inoltre l’invio di aria a temperatura inferiore alla temperatura ambiente coadiuva apprezzabilmente i pannelli radianti nell’azione di raffrescamento.

La distribuzione dell’aria in ambiente è del tipo a miscelazione: i terminali sono costituiti, per la zona uffici, da diffusori lineari disposti in modo che le superfici vetrate siano lambite dall’aria di rinnovo immessa, contribuendo a mitigare gli effetti della superficie più disperdente.

La ripresa nella zona uffici viene realizzata attraverso griglie poste in spazi adiacenti ai corridoi (ove sono presenti fotocopiatrici e stampanti, fonti di elevati carichi termici), ai quali l’aria perviene dagli uffici, attraverso particolari griglie di transito insonorizzate, specificamente progettate.

Si evidenzia inoltre che il sensore di presenza persone di ogni ambiente invia un segnale al sistema di regolazione e supervisione (Figura 3 e 4) che, in caso di non occupazione dell’ambiente stesso, non solo riduce la portata d’aria, ma anche modifica il set-point della temperatura, spegne il sistema di illuminazione artificiale e chiude parzialmente le lamelle della schermatura esterna durante la stagione estiva; l’intervento del sistema è opportunamente temporizzato.

Impianto di pompaggio Al fine di limitare i costi di esercizio, tenuto conto delle elevate portate dei circuiti dei pannelli radianti (oltre 30.000 l/h) e del circuito delle sonde geotermiche (16.000 l/h), è stato necessario curare in modo particolare l’impianto di pompaggio.

La selezione delle singole pompe è pertanto stata improntata al massimo risparmio energetico.

La maggiore utenza elettrica (si veda in proposito il box 1) corrisponde alle pompe gemellari dei pannelli radianti, le quali, oltre ad essere ad alta efficienza, funzionano a portata variabile attraverso inverter, in quanto i terminali sono regolati con valvole a due vie.

Nell’impianto sono presenti anche altre pompe (Tabella 2), come la pompa del circuito dello scambiatore delle mezze stagioni o quella del gruppo di pressurizzazione per l’acqua osmotizzata, ma il loro consumo complessivo non risulta rilevante.

20

#10

Figura 4 – Dettaglio del dispositivo di regolazione dell’aria primaria con limitatore di portata

L’immissione dell’aria in ciascun ufficio viene controllata mediante dispositivi di regolazione, uno per ciascun vano, costituiti da un modulo regolatore-limitatore di portata in serie ad un modulo motorizzato a due posizioni, che consente la riduzione della portata d’aria ad un valore minimo quando l’ambiente non è occupato, mediante un comando (opportunamente temporizzato) inviato da un sensore di presenza; è possibile inoltre il comando dei regolatori mediante segnale remoto, da BMS, secondo opportuni criteri.

Nella tabella seguente (Tabella I) sono riportati i dati di progetto relativi a portata e prevalenza per le utenze principali: P1, P2, P3 (elettropompe circuito dei pannelli radianti), P4 e P7 (circuito delle batterie UTA, pre- e post riscaldamento), P5 e P6 (elettropompe circuito primario della pompa di calore e circuito sonde geotermiche).

Portata e prevalenza delle pompe ausiliarie Tabella I – Portata e prevalenza delle pompe ausiliarie del sistema di climatizzazione. del sistema di climatizzazione

Supervisione dei sistemi impiantistici

TABELLA 2

L’edificio è provvisto di un sistema di monitoraggio integrato TBS (Total Building Solution), che permette il controllo e la verifica costante di P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 tutti gli aspetti legati al funzionamento degli imPortata [m³/h] 3.2 20.6 10 10 16 30 5 pianti. La soluzione adottata nell’edificio, basata Prevalenza [kPa] 90 90 100 105 200 185 110 su software Siemens, presenta, con una visione globale e in modo semplice ed esaustivo, tutDati di progetto relativi a portata e prevalenza per le utenze principali: P1, P2, P3 (elettropompe circuito dei pannelli radianti), P4 e P7 (circuito te le informazioni provenienti dai sottosistemi e delle batterie UTA, pre e post riscaldamento), P5 e P6 (elettropompe permette al system manager di coordinare ogni circuito primario della pompa di calore e circuito sonde geotermiche). attività di conduzione e manutenzione, ottimizzando risorse e interventi.

Tutti i sistemi impiantistici principali dell’edificio, a livello di produzione e trasposto dei fluidi Figura 5 – Schema a blocchi delle utenze elettriche (in corsivo sono indicati i consumi non direttamente misurati tramite contatore elettrico) termovettori, sono dotati di sensori di portata e temperatura; e i controlli automatici di ogni ambiente, in connessione con i sensori di presenza, garantiscono la registrazione di dati specifici di temperatura e umidità.

I dati sono raccolti in un unico calcolatore con cadenza temporale pari a 150 secondi ed inseriti all’interno di un file specifico per ogni sensore Figura 5 – Vista interna della centrale con, in primo piano, gli inverter delle pompe. controllato. Ciascun file può essere importato in un foglio di calcolo Excel, dal quale si possono Nell’impianto sono presenti anche altre pompe, come la pompa del circuito dello scambiatore delle mezze stagioni o quella del gruppo di pressurizzazione per l’acqua estrapolare serie temporali ed analizzare dati. osmotizzata, ma il loro consumo complessivo non risulta rilevante.

Risultati del monitoraggio

3.4. Supervisione dei sistemi impiantistici L’edificio è provvisto di un sistema di monitoraggio integrato TBS (Total Building Solution), che permette il controllo e la verifica costante di tutti gli aspetti legati al funzionamento degli impianti.

La soluzione adottata nell’edificio, basata su software Siemens, presenta, con una visione globale e in modo semplice ed esaustivo, tutte le informazioni provenienti dai sottosistemi e permette al system manager di coordinare ogni attività di conduzione e Il valore dei fabbisogni di forza motrice ai piani, pur se non contabilizzato, manutenzione, ottimizzando risorse e interventi. è individuabile per differenza tra il contatore generale di piano e quello relativo all’illuminazione. Per la determinazione dei consumi degli ausiliari della centrale termofrigorifera, si è fatto ricorso ad una analisi delle relative potenze e dei periodi di utilizzo. Tali ausiliari sono sostanzialmente: illuminazione dei locali tecnici, pompaggio del circuito dei pannelli radianti (P1-P3), del circuito della batteria dell’unità di trattamento dell’aria (P4), del circuito primario (P5), del circuito delle sonde geotermiche (P6), del circuito di postriscaldamento estivo (P7), del circuito dello scambiatore per le mezze stagioni (P8), del gruppo di pressurizzazione dell’acqua osmotizzata, del gruppo di osmosi inversa e delle pompe del sistema di pressurizzazione dell’acqua grezza. In particolare, per il calcolo dell’energia elettrica consumata dalle pompe P5 e P6, corrispondenti al maggiore consumo fra gli ausiliari della centrale, si è ricorso al confronto tra l’effettivo assorbimento delle pompe, misurato tramite pinza amperometrica per un periodo di tempo statisticamente significativo, e i dati rilevati delle ore di effettivo funzionamento delle pompe stesse, le quali si attivano contestualmente alla macchina frigorifera (tutti i giorni feriali, dalle ore 07.00 alle ore 19.00). Per quanto attiene al Quadro Generale di Bassa Tensione le utenze servite sono: gruppo di continuità assoluta (UPS), di fatto contabilizzato internamente, ascensore, impianto di irrigazione, cavo scaldante nei pozzetti di testa delle sonde geotermiche, impianto di telecontrollo, sistema antintrusione. Si osservi infine che i consumi dell’autorimessa sono dovuti anche alla presenza di un bollitore per la produzione di acqua calda sanitaria e di una piccola caldaia destinata al controllo della temperatura in un ambiente di modeste dimensioni, contenente apparecchi sensibili alle basse temperature. I consumi specifici elettrici comprendono anche l’autorimessa, mentre quest’ultima non viene inclusa nei consumi termici specifici in quanto non è riscaldata.

Al fine di analizzare l’effettiva efficienza dell’edificio sono stati estratti dal sistema di raccolta e analizzati i dati riferiti ad un intero anno (da 01.05.2009 a 30.04.2010).

Il sistema di regolazione e supervisione è dotato di apparecchiature di contabilizzazione che consentono di misurare l’energia elettrica effettivamente assorbita dalla pompa di calore e dai principali ausiliari (pompe di circolazione, ventilatori dell’ unità di trattamento aria ecc.) nonché l’energia termica e frigorifera scambiata dal circuito primario, dal circuito delle sonde e dal circuito di postriscaldamento. Si veda in proposito lo schema a blocchi riportato in Figura 5, nel quale le grandezze non direttamente contabilizzate, per le quali si è fatto ricorso a calcoli analitici, sono caratterizzate con il carattere corsivo.

Sulla base dei rilievi effettuati è stato possibile verificare che nell’anno 2009 i maggiori consumi energetici sono individuabili nella climatizzazione dell’edificio, pari a circa il 37% del totale (ovvero 63.589 kWh su un totale di 169.944 kWh) e nel funzionamento delle apparecchiature informatiche, con un consumo annuale pari al 30% del totale (51.190 kWh). I rimanenti consumi elettrici sono dovuti ad illuminazione e forza motrice ai piani, in maggiore misura al piano terra, in quanto nel periodo dei rilievi il primo piano è stato occupato progressivamente. Infatti, appena inaugurato l’edificio, nel 2008, l’occupazione corrispondeva a circa tre quarti delle postazioni massime previste, ma in seguito è progressivamente aumentata, e di conseguenza

#10

21

Questo fenomeno di evidenzia soprattutto nei casi in cui la pompa di calore sia utilizzata a regimi parzializzati, e quindi con COP elevati, o in free-cooling per ampi intervalli di tempo, tanto più quando non si adottano sistemi di pompaggio ad alta efficienza e il sistema non risulta essere ben bilanciato.

Figura 6 – Consumi di energia elettrica rilevati per l’edificio (Maggio 2009-Aprile 2010)

Figura 7 – Consumi di energia elettrica rilevati per l’edificio (Maggio 2009 – Aprile 2010).

Tabella II - Consumi elettrici complessivi specifici rilevati nell’intervallo di tempo

Consumi elettrici complessivi specifici rilevati nell’intervallo di tempo analizzato analizzato.

PT FM/ill.

P1 FM/ill.

CTF

Autori-

UPS

TOTALE

messa Fabbisogno annuale complessivo [kWh]

37.108

10.150

TABELLA 3

17,2 4,7 Fabbisogno annuale [kWh/m²] 20-boeche-zecchin specifico 301-278.qxd 30/05/11 16:04 Pagina 312

63.589

7.907

51.190

169.944

29,4

3,7

23,7

78,7

Fabbisogno annuale specifico [kWh/m³]

6,1

1,7

10,5

1,3

8,4

28,0

Incidenza percentuale

22%

6%

37%

5%

30%

100%

312 Le7analisi Impiego di una pompa di calore geotermica ristrutturazione di un edificio esistente: Figura – Ripartizione percentuale deinella consumi energetici annuali per effettuate sull’edificio in oggetto hanno dimostrato che consumi elettrici monitoraggio e risultati del primo anno di funzionamento l’intero edificio sinistra)da e per la centrale (a destra) sono della pompa di (a calore, sola, durante termofrigorifera l’intero arco dell’anno, approssimativamente uguagliati da quelli degli ausiliari di pompaggio e di ventilazione (Figura 8).

In particolare, durante la stagione estiva si verifica che i consumi degli ausiliari di pompaggio sono superiori a quelli della pompa di calore, pur se di poco: infatti i consumi stagionali in raffrescamento corrispondono a 10.500 kWh per la pompa di calore (44% del consumo totale della centrale termofrigorifera) e a 10.771 kWh per gli ausiliari (40% del totale). Per la stagione invernale invece si riscontra un maggiore consumo della pompa di calore (6.075 kWh, ovvero 54 % del totale) rispetto agli ausiliari (4.455 kWh, 40 % del totale), come illustrato in Tabella III e Figura 9.

Figura 8 – Ripartizione percentuale dei consumi energetici annuali per l’intero edificio (a sinistra) e per la centrale termofrigorifera (a destra).

Tabella III - Consumi elettrici stagionali rilevati per utenza per la centrale termo

Consumi elettrici stagionali rilevati per utenza per la centrale termo frigorifera frigorifera

TABELLA 4

Data

Periodo estivo

Periodo invernale

(Maggio-Settembre 2009)

(Novembre 2009 - Aprile 2009)

Vent.

Vent.

Altri Vent.

Vent.

Altri Totale PDC Mandata Ripresa ausiliari Mandata Ripresa ausiliari

Totale

PDC

Fabbisogno annuale [MWh]

23,60

10,50

1,69

0,64

10,77

11,23

6,10

,049

0,21

4,46

Fabbisogno specifico [kWh/m²]

10,9

4,9

0,8

0,3

5,0

5,2

2,8

0,2

0,1

2,1

Fabbisogno specifico [kWh/m³]

3,9

1,7

0,3

0,1

1,8

1,9

1,0

0,1

0,0

0,7

Peso relativo

100%

44%

7%

3%

46%

100%

54%

4%

2%

40%

Figura 8 – Ripartizione percentuale dei consumi di energia elettrica della centrale termo frigorifera (a sinistra periodo estivo, a destra invernale)

Figura 9 – Ripartizione percentuale dei consumi di energia elettrica della centrale termo frigorifera (a sinistra periodo estivo, a destra invernale).

22

Il minore consumo percentuale di energia per l’azionamento della pompa di calore, rispetto al totale rilevato per la centrale termo frigorifera, risulta ovviamente più # significativo nei periodi di minore sollecitazione per l’impianto: nel mese di Giugno il consumo della pompa corrisponde a solo circa il 40% del totale per la climatizzazione

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sono aumentati i consumi energetici per postazioni informatiche, per illuminazione artificiale e per la climatizzazione.

Questa situazione è chiaramente osservabile dall’andamento annuale dei consumi elettrici ai piani e per il gruppo di continuità, in continua crescita nell’intervallo di analisi. Si veda in proposito la Figura 6, che riporta i consumi mensili dell’edificio per le principali utenze analizzate.

Tenuto conto di una superficie complessiva dell’edificio, pari a 2.160 m², corrispondente ad un volume di 6.067 m³ si ottengono i consumi specifici riportati in Tabella 3.

Nelle valutazioni preliminari per l’adozione di una soluzione impiantistica basata su pompa di calore geotermica o ad acqua di falda si tende spesso a considerare solo i consumi della pompa di calore, trascurando quelli degli ausiliari, che di fatto sono rilevanti per i costi di esercizio complessivi, ed in alcuni casi addirittura preponderanti.

Questo fenomeno si evidenzia soprattutto nei casi in cui la pompa di calore sia utilizzata a regimi parzializzati, e quindi con COP elevati, o in free-cooling per ampi intervalli di tempo, tanto più quando non si adottano sistemi di pompaggio ad alta efficienza e il sistema non risulta essere ben bilanciato.

Consumi ausiliari singoli componenti Le analisi effettuate sull’edificio in oggetto hanno dimostrato che consumi elettrici della pompa di calore, da sola, durante l’intero arco dell’anno, sono approssimativamente uguagliati da quelli degli ausiliari di pompaggio e di ventilazione (in Figura 7).

In particolare, durante la stagione estiva si verifica che i consumi degli ausiliari di pompaggio sono superiori a quelli della pompa di calore, pur se di poco: infatti i consumi stagionali in raffrescamento corrispondono a 10.500 kWh per la pompa di calore (44% del consumo totale della centrale termofrigorifera) e a 10.771 kWh per gli ausiliari (40% del totale). Per

la stagione invernale invece si riscontra un maggiore consumo della pompa di calore (6.075 kWh, ovvero 54% del totale) rispetto agli ausiliari (4.455 kWh, 40% del totale), come illustrato in Tabella 4 e Figura 8.

Il minore consumo percentuale di energia per l’azionamento della pompa di calore, rispetto al totale rilevato per la centrale termo frigorifera, risulta ovviamente più significativo nei periodi di minore sollecitazione per l’impianto: nel mese di Giugno il consumo della pompa corrisponde a solo circa il 40% del totale per la climatizzazione (contro una media estiva del 44%) e nel mese di Novembre a circa il 43% del totale (contro una media invernale del 54% con media mensile superiore al 62% in Dicembre). È importate notare che il solo consumo di pompaggio del fluido termovettore corrisponde annualmente al 32% dei consumi complessivi della centrale termofrigorifera.

Ma il valore più significativo ai fini energetici degli impianti corrisponde al consumo della pompa per il circuito delle sonde, per la quale non sono stati adottati gli opportuni accorgimenti (portata variabile e motori ad elevata efficienza) come invece per quelle dei circuiti dei pannelli radianti: infatti il pompaggio del circuito geotermico richiede esattamente il triplo di energia rispetto a una delle pompe dei pannelli radianti.

Dall’analisi dei consumi mensili della centrale termofrigorifera (Figura 9) si osserva che il fabbisogno complessivo per la climatizzazione estiva dell’edificio è circa il doppio rispetto a quello invernale (23.603 kWh estivi contro 11.230 kWh invernali).

Inoltre risulta evidente che, mentre l’andamento dei consumi della pompa di calore segue il ciclo stagionale, il consumo dei sistemi di pompaggio è sostanzialmente costante, e tanto più significativo rispetto ai costi energetici annuali quanto più è ridotto il fabbisogno per la climatizzazione. Questo è imputabile al fatto che le due pompe dei circuiti

Figura 9 – Consumi complessivi e parziali rilevati per la centrale termofrigorifera (05/2009 – 04/2010)

primario interno e geotermico non sono ad alta efficienza.

Risulta quindi evidente che l’efficienza di un sistema di climatizzazione basato su circuito geotermico non può essere valutata facendo riferimento alla sola pompa di calore, ma è necessario considerare anche il funzionamento dei circuiti primari e secondari, ricorrendo a soluzioni tecnologiche avanzate per i sistemi di pompaggio.

Caso di studio A titolo esemplificativo si riportano i grafici

dell’andamento rilevato di COP e EER su base giornaliera (si vedano Figura 10 e 11), calcolati rispettivamente come rapporto tra l’energia fornita per il riscaldamento invernale e il raffrescamento estivo e l’energia elettrica effettivamente assorbita, sia per la sola pompa di calore che per il sistema costituito dalla pompa di calore insieme alla pompa del circuito geotermico Si riscontra, qualora si tenga conto dell’effetto del’impianto di pompaggio, che l’effettiva efficienza del sistema di climatizzazione è inferiore del 20% rispetto a quella della sola pompa di calore.

Figura 10 – EER rilevato durante un periodo della stagione estiva (la curva più alta corrisponde all’efficienza della sola pompa di calore, quella più bassa tiene conto anche del sistema di pompaggio)

Figura 11 – COP rilevato durante un periodo della stagione invernale (la curva più alta corrisponde all’efficienza della sola pompa di calore, quella più bassa tiene conto anche del sistema di pompaggio)

#10

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Figura 12 – Andamento settimanale delle temperature [°C] di mandata e ritorno dalla pompa di calore per il circuito geotermico nel periodo di maggiore sollecitazione (in alto: da Domenica 12 a Sabato 18 luglio 2009; in basso: da Lunedì 14 a Sabato 19 Dicembre 2009)

Figura 13 – Andamento delle temperature esterne medie giornaliere e dei valori giornalieri dei fabbisogni termici e frigoriferi e dei consumi elettrici.

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La situazione riscontrata e qui descritta ha indotto a valutare l’effetto di un intervento per la riduzione delle spese di pompaggio mediante l’adozione del funzionamento a portata variabile delle pompe del circuito primario interno (P5) e del circuito delle sonde (P6), con portata minima fissata sulla base delle specifiche del costruttore della macchina.

Questa soluzione è particolarmente vantaggiosa per il circuito delle sonde, nel quale non vi sono organi di regolazione diretta. Le opzioni esaminate sono state due: la prima prevedeva la sostituzione delle pompe esistenti con altre dotate di motore BLDC (cosiddetti brushless) a velocità variabile, mentre la seconda prevedeva l’installazione di inverter per l’alimentazione a frequenza variabile delle pompe esistenti. Per ragioni di disponibilità sul mercato la soluzione prescelta è la seconda, per la quale, a fronte di un costo di circa 3500 € è stato stimato un tempo di ritorno dell’investimento pari a 4,5 anni.

Per quanto riguarda le temperature di mandata e ritorno del circuito delle sonde geotermiche, si rileva una differenza limitata durante il periodo invernale, e decisamente più accentuata nel periodo estivo. Si vedano in proposito i grafici in figura 12, che riportano l’andamento delle temperature di mandata e ritorno per il circuito geotermico nelle settimane di maggiore sollecitazione dell’impianto, in inverno e in estate.

Si può osservare che la temperatura di uscita della pompa di calore verso le sonde non è mai inferiore a 6-7°C; tale comportamento è stato specificamente cercato in fase progettuale per evitare l’impiego di additivi anticongelanti che, d’altra parte, molte recenti regolamentazioni locali vietano tassativamente.

Infine, in Figura 13 si riporta l’andamento complessivo annuale dei consumi termici e frigoriferi e dei corrispondenti fabbisogni elettrici, nonché delle temperature medie giornaliere dell’acqua nel circuito geotermico in relazione alle temperature esterne.

Le analisi sopra riportate dimostrano come un sistema impiantistico efficiente quale quello in esame, che inizia a diffondersi (pur se non ancora pienamente penetrato nel mercato), se opportunamente dimensionato e accoppiato ad un edificio con buone prestazioni energetiche intrinseche, può portare ad ottimi risultati dal punto dei costi di esercizio.

Inoltre, dopo un anno di utilizzo, il sistema si è dimostrato del tutto affidabile e con costi di manutenzione estremamente ridotti: mentre in sistemi tradizionali a caldaia è necessario intervenire almeno una volta all’anno per il controllo e la pulizia del generatore di calore.

Conclusioni La riqualificazione edilizia e impiantistica illustrata in questo lavoro ha portato alla realizzazione di un edificio ad elevata efficienza energetica, dotato di soluzioni innovative e di strumenti di monitoraggio che permetteranno di valutare nel medio e lungo termine non solo gli effetti delle scelte effettuate, ma anche l’influenza di un elemento difficilmente codificabile ma di grande importanza, qual è il comportamento degli utenti.

L’analisi dei dati operativi registrati durante i primi mesi di funzionamento ha evidenziato l’importanza della dotazione di strumentazione di controllo del funzionamento degli impianti; questo aspetto è fondamentale quando si installano sistemi e componenti ad elevata efficienza energetica o alimentati da fonti rinnovabili di energia, poiché facilmente la regolazione funzionale può “mascherare” non solo malfunzionamenti o guasti, ma anche inefficienze nello sfruttamento delle tecnologie adottate specificamente per la riduzione dei consumi energetici.

La disponibilità di strumentazione di monitoraggio ha consentito di evidenziare l’elevata incidenza dell’energia richiesta dal funzionamento degli ausiliari, pur in presenza di circuiti e dispositivi a portata variabile, alimentati da inverter. La limitazione dell’energia

richiesta dagli ausiliari è un tema di grande attualità, poiché quanto più isolato sarà l’involucro degli edifici e quanto più sarà schermato dall’eccessiva radiazione solare (peraltro secondo le attuali prescrizioni di legge), tanto più diventeranno relativamente importanti, e quindi degni d’interesse, gli assorbimenti energetici degli ausiliari.

L’esame dei risultati del monitoraggio ha offerto lo spunto per indagare, e successivamente sperimentare, l’effetto di un intervento di

BIBLIOGRAFIA

ottimizzazione dell’impianto mediante l’adozione di pompe a portata variabile sul circuito primario interno e sul circuito delle sonde. n 1 Adileno Boeche, Andrea Fornasiero e Viliam Stefanutti – Manens-Tifs S.p.A.; 2 Alex Rigon e Roberto Zecchin – Dipartimento di Fisica Tecnica – Università degli Studi di Padova; 3 Lorenzo Ugoccioni – Manutencoop Soc. Coop.

1. AA. VV., 2008. “Recupero per un progetto sostenibile – Nuova Sede Manutencoop a Mestre”, Italpaghe Toscana, Viareggio.

2. L. De Santi, 2006. “Bilancio energetico di un edificio pilota”, tesi di laurea, Facoltà di Ingegneria, Università degli Studi di Padova, A.A 2005–2006.

3. A. Rigon, 2011. “Valutazione del funzionamento di un impianto di climatizzazione industriale progettato per la massima efficienza energetica”, tesi di laurea, Facoltà di Ingegneria, Università degli Studi di Padova, A.A 2010–2011.

Ventilazione

Dislocamento e strategie di raffrescamento passivo Raffreddamento evaporativo a singolo o doppio stadio e stoccaggio termico possono essere abbinati ai sistemi di ventilazione a dislocamento grazie alle ridotte portate d’aria necessarie di Paul Carew e Bernard Bekker *

VALLEY PERFORMING ARTS CENTER (VPAC). Progettato dallo studio di architettura HGA Architects per ottenere la certificazione Leed Silver, l’edificio della California State University incorpora al suo interno un sistema di ventilazione a dislocamento che utilizza la spinta naturale di aria calda per garantire la ventilazione e il comfort degli occupanti

B

come consulenti nell’ambiente urbanizzato, possiamo affermare che gli ingegneri del settore HVAC (Heating Ventilation and Air Conditioning) spesso, se non sempre, utilizzano nei loro progetti chiare linee guida e metodi di calcolo forniti da organizzazioni da essi riconosciute. A meno che non si tratti di un “progetto vetrina” dotato di risorse sufficienti per indagare adeguatamente altre alternative, è infatti molto improbabile che strategie e sistemi non convenzionali vengano integrati in un progetto. Un esempio? La ventilazione a dislocamento (Displacement Ventilation – DV). asandoci sulla nostra esperienza

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#10

Benché diffuso in Europa da diversi anni, solo recentemente l’American Society for Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers (ASHRAE) ha messo a disposizione le linee guida sulla ventilazione a dislocamento – “System Performance Evaluation and Design Guidelines for Displacement Ventilation” –, che descrivono in dieci passi principali come progettare un sistema DV. Ora, essendo ASHRAE l’associazione per eccellenza del settore HVAC, si spera che gli ingegneri siano più ricettivi sull’utilizzo della ventilazione a dislocamento anche per progetti convenzionali.

L’obiettivo di questo articolo è quello di illustrare, confrontandola con i tradizionali sistemi a miscelazione (MV), l’impatto che la ventilazione a dislocamento può avere sulla capacità di picco, sulle dimensioni e sui livelli di umidità se associata a varie strategie di raffrescamento passivo. È importante sottolineare che l’intenzione non è quella di fornire delle linee guida per la progettazione di queste strategie, ma si vuole semplicemente

ment (kW), Q equipm

HOTTER (kW) and a Qex as th UNOCCUPIE ED fractioons of theCit ZONE PLEA2009 - 26th 2 Conference onn Passive and Low w Energy Architec ture, Quebec

DISLOCAMENTO e MISCELAZIONE a confronto

Se confrontata con i convenzionali sistemi ad aria condizionata che utilizzano i sistemi a miscelazione, la ventilazione a dislocamento introduce aria fresca a bassa velocità, mentre la temperatura dell’aria di alimentazione (Ts) si aggira attorno ai 18°C. Essendo l’aria introdotta leggermente più fredda di quella presente nell’ambiente, essa tenderà a correre lungo il pavimento fino a raggiungere il carico termico (Fig.1), che, a causa della minore densità, indurrà l’aria più calda a salire. Di conseguenza, assisteremo alla stratificazione della temperatura ambiente nell’area occupata dalla camera senza condizioni di comfort, mentre lo spazio più vicino al soffitto avrà una temperatura maggiore.

Utilizzando, invece, un sistema a miscelazione, l’aria fresca – di solito attorno ai 12/14°C – viene introdotta nella stanza ad una velocità più alta, inducendo l’aria dell’ambiente a mescolarsi con essa (Fig.2). In questo modo la temperatura della stanza dovrebbe essere relativamente costante.

Calcolare la portata d’aria di rinnovo Una differenza fondamentale nel calcolare la portata d’aria di alimentazione tra un sistema DV e uno MV è riportata chiaramente nelle linee guida edite da ASHRAE. Supponendo un raffreddamento non latente, con il sistema MV la portata viene calcolata in base al carico ambiente interno con: (1) dove V rappresenta il tasso di alimentazione d’aria (m³/s), Qt è il carico totale dell’ambiente espresso in kW, ρ è la densità dell’aria (kgdryair/m³), Cp è il calore specifico dell’aria (kJ/kgdryair), Th esprime la temperatura dell’aria e Ts è la temperatura dell’aria di alimentazione.

Diversamente, con un sistema DV la portata d’aria si basa sulla parte di carico totale della stanza che è presente nella zona occupata con la seguente ripartizione: (2) dove Qdis rappresenta il carico presente tra la testa e i piedi di un occupante sedentario servito dal sistema, Qoe esprime i carichi degli occupanti, delle luci e delle attrezzature (kW), Ql delinea il carico delle plafoniere (kW), mentre Qex esprime i carichi dell’involucro dove aoe, al, aex rappresentano le frazioni dei carichi che si verificano nella rispettiva zona occupata (0,295, 0,132 e 0,185 in [1]).

Il flusso d’aria di rinnovo risultante viene calcolato come: (3)

dove ΔThf rappresenta la differenza di temperatura tra la testa e i piedi, fissata a 2°C. Temperatura dell’aria esausta Quando si utilizza il sistema DV, la temperatura dell’aria esausta (Te) è generalmente più elevata rispetto a quella presente nei sistemi MV. Nel caso dei sistemi a miscelazione, il valore della Te deve essere vicino alla temperatura ambiente, mentre, per calcolare quello dei sistemi a dislocamento, ASHRAE ha fornito le seguenti formule:

occupiied zone(0.2 resultinng supply ai OCCUPIED D as the loads ZONE Qdisfrom Vh ment (kW), Q equipm HOTTER C pthe (kW) and a TQhfex as UNOCCUPIE ED fractio ons of the thetem ZONE with T Thf as occupi ied zone(0.2 feet annd set at 2°C. resultin ng supply air OCCUPIED D ZONE Qdis air Exhaust Figure 1: Dispplacement ventillation with indiccative temperatuure V

h stTair tempe exhaus gradient relatiive to height

hf C p when using MV. with T de closeThftoas the tem When usiing MV the co ool air - typicaally around 12 to feet annd set DV at 2°gui C. RAE ASHR 14°C - is inttroduced at hiigher velocitiees and at a higgh to calcculate Te for level, ng room air to mix withVentilazione it as shown ina Fig. 2.

Figura 1 –inducin Sistemi a dislocamento. dislocamente Exhaust air There should d be a relatively y consistent te he mperature in th placement ventil lation with indic cative temperatu ure Figure 1: Disp Qt con gradiente di temperatura indicativo rispetto all’altezza exhausst air temper Te Ts gradient room. relatiive to height C pVI when using MV. to the des close When usiing MV the co ool air - typicaally around 12 to where RAE DV guid ASHR 14°C - is inttroduced at hiigher velocitiees and at a higgh toTcalc culate Te for D level, inducinng room air to mix with it as shown in Fig. 2. s Th Thf WELL-MIXE ED There shouldd be a relatively y consistent temperature in thhe Qt AIR Te Ts room. from C V p

where

V C p 1 Ts Th A Thf( f

WELL-MIXE ED AIR

r

whereT Tf is the from Figura 2 – Sistemi a miscelazione. a miscelazione Figure 2: Mixing M ventilatio on with Ventilazione indicaative temperatu ure temperrature at the 1 relaative to height sh hown as constanntrispetto all’altezza condifference gradiente di temperatura indicativo ff is thhe dimensio C p coeff 1 heat trV ansfer Supply air flow ratee calculationssA fundamenttal ( tr ctive heat convec A dove on of the suppply air flow raate difference inn the calculatio m2), booth put forwr between DV V and MV beco omes apparent in the ASHRA AE whereT Tf is the f Figure 2: Mixing M es. Assuming ventilatio on ative temperatu DV guideline no n with latentindica coolin ng, with MVure thhe temperrature at the h (5) difference relaative height sh hown as constan rate is calcul atedtoaccording g to the entirentroom r load withh BACK he dimension f is th KGROUND heat tr ansfer coeffic For the e purpose of da Supply Q airt flow ratee calculationssA fundamenttal V ctive heat tra convec office space in Joh calculatio on of the suppply air flow raate difference 2 C pin(nTthe h Ts ) mmodel ), boothonto put forwa (6) whic between DV V and MV beco omes apparent in …(1) the ASHRA AE

g strategies cooling 3 DV guideline no nr rate latent MVroo thhe where V ises. theAssuming supply air (mcoolin /s), ng, Qt with is total om within this office s rate calculated r ir/m3), room load isaccording the air gdensity dto the entire (kgdryai Cpwith is hthhe loadis (kW), KGROUND T BACK dove T f è la temperatura del pavimento (°C), Th è la temperatura ambiente (°C), specific heaat capacity off air (kJ/kgdryaair), Th is rooom Table 1purpose coolin For the e1:Peak of Q t θfV rappresenta la erature temperatura αr èyil coefficiente di ure trasferimenpeople, 13W/m2for e design tempe (°C)adimensionale, an nd Ts is supply air temperatu

office space in Joh ° C pradiante (Th Tdels )pavimento (W/°C m²) e αcf il coefficiente convettivomodel C.) to (del calore di Occuupants eq onto and whic …(1) scambio termico del pavimento (W/°C m²), per3 Ashrae entrambi con valore cinque.

Over lighting grhead strategies c cooling where V is rthewith supply r erate (m rate /s), Qis total on rooom DV air th flow i t is based thhe However within this office sp 3 Exte ernal loads the air density dm load (kg ), Cp isin thhe load (kW), irs/m portion of the t is total room thatdryai is present thhe dislocamento MISCELAZIONE atnecapacity f llowing air (kJ/kg ), Th[0]: is rooom specific Tota Table 1al loads coolin 1:Peak dryaair occupiedhea zon using theoffol breakd down 2 people, for eq 13W/m design tempeerature (°C) an nd Ts is supplyy air temperatuure Load ds with occup °Q

a Q

a Q

a Q dis oe oe l l ex ex ( C.) Occuupants and equ …(2) ree ventilati Thr Over rhead lighting withQdis as the t load betweeen the head and a the feet off a i based on thhe Howeverr with DV the flow rate is DV sy ystem, Exteernal loadsas w sedentary occcupant being served s by the DV system, Q portion of the t total room m load that iss present in thheoe Totaal loads occupied zonne using the folllowing breakddown [0]:

Qdis aoe Qoe al Ql aex Qex

…(2)

withQdis as the t load betweeen the head and a the feet off a sedentary occcupant being served s by the DV system, Qoe

Loadds with occupie

Thrree ventilatio DV syystem, as w

(4)

Displacement Ventilation and Passive Cooling Strategies

The publication of the ASHRAE “System Performance Evaluation and Design Guidelines for Displacement Ventilation” has contributed to the wider acceptance of displacement ventilation (DV) as a ventilation strategy, by offering clear guidelines from an established organisation. A significant advantage of DV is that it lowers the supply air quantities required for cooling compared to conventional mixing ventilation (MV) at the same supply air temperature. This opens up opportunities for the use of passive (non refrigeration-cycle based) cooling sources, which typically are limited in supply air temperature and based on 100% fresh air supply when compared to conventional refrigeration-cycle based sources. This paper quantifies the impacts of using DV in comparison to MV on the peak capacity, size and humidity levels associated with the following passive cooling sources: evaporative cooling, two stage evaporative cooling, thermal stores and air to ground heat exchangers. A generic office building in Johannesburg, South Africa, is used as a model. The paper il ustrates the extent to which the use of DV expands the ability of passive cooling strategies to serve spaces previously considered as having too high a heat load (when calculated using MV system guidelines). The paper however also recognises that passivecooling strategies are unlikely to be widely implemented until design guidelines exist from organizations similar to ASHRAE. Keywords: passive design strategies, displacement ventilation

dimostrare l’implicazione di esse attraverso un’analisi quantitativa. In questo modo, dimostreremo che un certo numero di strategie di raffrescamento passivo, considerate poco pratiche per le applicazioni di MV, possono potenzialmente essere di beneficio nei progetti di costruzione che utilizzeranno la ventilazione a dislocamento.

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CASO DI STUDIO

Picchi di carico di raffreddamento in 100 m²

TABELLA 1

(7 W/m² per le persone, 13 W/m² per le attrezzature e 10 W/m² per l’illuminazione)

Occupanti e apparecchiature Qoe

2 kW

Illuminazione

Ql

1 kW

Carichi esterni

Qex

4 kW

Carichi totali

Qt (for MV)

7 kW

Carichi con zona occupata

Qdis (for DV) 1.462 kW

PLEA2009 - 26th 2 Conference onn Passive and Low w Energy Architecture, Qu

supplies air at the same high temperatture as the DV D Vht) and the otther at a mucch lower suppply system (MV temperature (MVlt). Using Eq. 1 to 3, thee required suppply m for each of thhese systems caan air flow rate into the room wn in Table 2. now be calcuulated, as show Table 2: Resulting air flow fro om MV (low andd high Ts) and DV D systems with % relative to lo ow (and high teemperature mixinng ventilation (M MVlt and MVht)

Mode Ts (°C) Th/Te (°C) V (m3/s) Vlt % ofMV % ofMV Vht

MV Vlt 14 26 9 0.59 100% 37% %

MVht 22 26 1.61 273% 100%

DV 22 26/31 0.74 125% 46%

From Tabble 2 it is clearr that the air flow rate requireed for DVislesss than half th hat required for MVht, eveen though both ventilation sy ystems have the same suppply Diffusore a dislocamento finto rivestimento airflow V and MVlt are a temperature. Thecon rates for DV CREDIT: Systemair in colonna nella parte superiore M lttypically require a mucch larger coolinng similar, but MV source than DV D in order to obtain the low w Ts. parisonportata in Tab ble 2 highlights The comp Calcolo della d’arias the efficienciies introduced by b using DV in nstead of MV.The rest of thhis dei trewillsistemi di paper e explore howventilazione th hese efficienciies impact on a TABELLA 2

Ai fini di questa analisi viene utilizzato come modello su cui applicare le strategie di raffrescamento passivo abbinate ai diversi sistemi di ventilazione un generico ufficio senza pareti divisorie di 100 m² situato a Johannesburg (Sud Africa).

In tabella 1 sono rappresentati i carichi di picco di questo spazio.

Consideriamo ora tre sistemi di ventilazione: un sistema DV e due sistemi MV, il primo che fornisce aria alla stessa temperatura del sistema DV (MVht), mentre il secondo con una temperatura di mandata molto più bassa (MVlt).

Dalla tabella 2 risulta chiaramente che la portata d’aria necessaria ad un sistema DV è meno della metà rispetto a quella richiesta per MVht, anche se entrambi i sistemi di ventilazione hanno la stessa temperatura di alimentazione.

Invece le portate d’aria per DV e MVlt risultano essere simili, anche se quelle di MVlt generalmente richiedono una sorgente di raffreddamento molto più grande per ottenere un Ts più basso.

La tabella, infine, evidenzia le efficienze introdotte dall’utilizzo del sistema DV rispetto a quello MV. Partendo dai dati riportati in figura 3, vediamo ora come questi sistemi impattano su alcune strategie di raffreddamento passivo applicabili nel clima di Johannesburg.

Figura 3 – Temperature.

Temperature di bulbo secco e umico a Johannesburg

selection off passive coo oling strategies.A number of passive desiggn strategies arre potentially applicable a in thhe Johannesburgg climate baseed on Fig. 3, which w indicatess a wide diurnaal temperaturee range and low wet buulb temperature for much of th he year.This ciity was therefoore he simulations presented in thhis chosen as thee context for th paper. Typical office hourss were assumedd. dry bulb temp

Raffreddamento evaporativo Il raffreddamento evaporativo utilizza il cambiamento di fase dell’acqua contenuta nell’aria per raffreddarla. L’energia proveniente dall’aria e dall’acqua non evaporata viene quindi utilizzata per fornire l’energia

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The mi evaporrative temperrature cooledd a par wet bulb b evaporrative

Ts Tdb

Figuree 4 pr year baased o

e %

Figure 4: Cu evaporaative c line)[0,0]

Altthough suitablle, the represeent the in Fig. 5, ev absoluute an impactts on c

w bulb temp wet

Figure 3:Dry and wet bulb temperatures for f Johannesburrg.

[0,0]

IMPATTO DELLA VENTILAZIONE A DISLOCAMENTO SULLE STRATEGIE DI O DISPLACEMENT VENTILATIO V ON IMPACT OF RAFFRESCAMENTO PASSIVO ON PASSIV VE COOLING G STRATEGIES Applicare o meno strategie di raffrescamento passivo dipende da diversi fattori tra cui: clima, aspettative di comfort connesse con l’attività dello spazio, carico interno e attrezzature presenti. Ciò che non viene quasi mai specificato, però, è che il raffrescamento passivo impatta anche sul comfort. Analizziamo ora l’impatto che comportano le seguenti modalità di raffrescamento passivo: raffreddamento evaporativo – singolo e doppio stadio –, accumulo termico basato sulle temperature notturne dell’aria e scambiatori di calore terra-aria.

Evvapora changee of stream m/volum and noon-eva energyy requi air andd resid relative hum

The applicaability of passsive cooling strategies is a function of climate, c comfo ort expectationns related to thhe activity in thhe space, interrnal loading of o the space annd equipment/deesign implicattions – often relating r back to cost. What thhis paper puts forward is thaat the method of introducing the t cooling into o the space also impacts on thhe suitability. The T impact is quite specific to each passivve cooling strattegies, and will w now be explored e for thhe following sttrategies: evap porative coolinng – single annd two stage, thermal storag ge based on night time air a temperaturess and air to ground heat exchaangers. aeroporto di Stoccarda. Sistema a dislocamento integrato nel bancone check-in

Figure 5:Psy coolingg proce room air a con the dayy, and indicatiing th componnent (1

The incr relative to space. The a relatedd to th flow, the t low

into the spaace, slowing th he build up of vapour of thhe space duringg the day. Fig g. 8 indicatess a significanttly lower inflow w of humidity fo or DV compareed to MV.

Passive and Low w Energy Architecture, Quebec City, Canada, 22-24 Juune 2009

Evvaporative coooling Evaporaative cooling uses ure as the DV D u the h lower suppply changee of phase of o the water contained in an air required suppply stream m/volume to cool down the aiir. Energy from m the air assive and Low wca Energy ture, Quebec City, g Canada, Juuned 2009 se systems an Architec and no on-evaporating water22-24 is used to supply thhe latent energyy required. This results in a teemperature droop in the air andd residual watter, and an inccrease in absolute and Evvaporative coooling Evaporaative cooling uses e as the DV D u the high Ts) and DV D relative humidity of the t air. lower supp plyng changee of phase of o the water contained in an air mperature mixin quired suppply stream m/volume to cool down the aiir. Energy from m the air The minimum temperature achievable through e systems caan and noon-evaporatingg water is usedd to supply thhe latent DV w bulb evaporrative coolingg is expresseed by the wet energy y required.

Thi s results in a te emperature dro op in the 22 temperrature (Twb) off the air. In reallity the air cann only be air andd residual watter, and an inccrease in absolute and 26/31 cooledd a part of the way between the dry bulb (Tdb) and gh Ts) and DV D relative humidity of the t air.

0.74 wet bulb b temperatture and thiss is known as the erature mixinng evaporrative cooling efficiency e (h ), assumed ass 80%.

125% The minimum temperature evaapachievable through 46% DV is expresseed by the w bulb wet evapor Ts rative Tdb cooling evap g(Tdb …(7) d Twb ) 22 temperrature (Twb) off the air. In reallity the air cann only be w rate requireed Tsbulb Figure provides thhe probability through the 26/31 cooled d ea 4part of the way between theofdry (Thout db) and or MV , eve en ht year ba ased on eq.

7 a and on annual c climatic data [4 4].

0.74 wet bulb b temperatture and thiss is known as the e125% same suppply evaporrative cooling efficiency e (hevaap), assumed ass 80%. and MV a are lt 46% larger coolinng Ts Tdb evap (Td Twb ) …(7) 2-stagedb Ts. evaporative e rate requireed RISCALDAMENTO e DEUMIDIFICAZIONE. di hout raffreddamento Figure thhe probability of TSistema the cooling s through % e 4 provides evaporativo per riscaldamento e umidificazione dell’aria MVht, eveen single year baased on eq. 7 and a on annual climatic c data stag [44].ge the efficienciies evaporativ ve same suppply The rest of thhis cooling nd MV are a es impactlt on a arger coolinng 2-stage Ts .A number of s. evaporative e Figure 4: Cumulative distributed freqquency of Ts forr 2-stage pplicable in thhe cooling % st evapora ative cooling ( (1 line) and evaporative e coo oling (2nd hich indicatess a single stag ge e efficienciies line)[0,0] evaporativ ve low wet buulb he rest of thhis cooling y was therefoore Altthough evaporrative cooling might be clim matically impact on a resented in thhis suitabl le, the comfo ort expectation ns and room loading Ts A number of represe ent the actualdistributed l limitations to thhis strategy.

A2-stage shown Figure freq quency of cumulativa Ts forrAs plicable in thhe Figura4: 4 –Cumulative Frequenza cumulativa.

Frequenza st nd evapora ative cooling ( (1 line) and e evaporative coo oling (2stadio in Fig. 5, evaporative e cooling resulevaporativo lts in an increa se in the ch indicatess a distribuita di Ts per il raffreddamento a doppio line)[0, 0] ute and relativ ve humidity absolu of the space , which (1ª linea) e per il raffreddamento evaporativo singolo (2ª linea) w wet buulb impactts on comfort. was therefoore Altthough evaporrative cooling might be clim matically esented in thhis suitablle, the comfoort expectationns and room loading represeent the actual limitations l to thhis strategy. As A shown et bulb temp in Fig. 5, evaporativee cooling resullts in an increase in the absoluute and relativve humidity of the space, which r Johannesburrg. impactts on comfort.

bulb temp

ENTILATIO ON ES Johannesburrg. strategies is a s related to thhe the space annd elating back to NTILATIO ON the method of impacts on thhe rategies is a o each passivve related to thhe plored for thhe he space annd g – single annd ating back to

Figure chartsshowin thepsicrometrici evaaporative Figura 55:Psychrometr – Diagrammiric psicrometrici.

Ing(left) diagrammi cooling g process withil 1processo as the outdoor r, 2 the supplya and 3 the mostrano, a sinistra, di raffreddamento evaporativo: room a conditions air wè riferito with increasing a mentre absolute humidi ty during 1 significa all’aperto, 2 all’offerta, il numero the dayy, and (right) thhe 2-stage evapporative coolingg process 3 segnala le condizioni dell’aria ambiente all’aumentare dell’umidità assoluta durante schema indicati ing the sensib ble(1a iltogiorno.

1b) Nello as well as diadiabatic adestra, invece,nent viene compon (1bmostrato to 2) il doppio raffreddamento evaporativo Figure 5:Psychrometrric chartsshowinng(left) the evaaporative cooling g process with in 1 as the outdoor 2 the supplya and 3 theis Th e increase humidity in r,thhe space over r time room a air conditions w with increasing a absolute humidi ty during relative to the amoount of vapourr being addedd to the thespace. dayy, and porative coolinggisprocess The (right) amountthheof o 2-stage vapourevap enter ring a space directly indicatiing the sensibble(1a to 1b) as well as adiabatic a

Figure 6: Fann driven evaporative cooling Figura 6 – Ventilatore.

Ventilatore azionato per il This mea ans that the comfort c and cooling c capaciity raffreddamento evaporativo

(and therefoore also cost)) requirementss of a speciffic project mighht be met thrrough the use of evaporativve cooling utilissing DV, wherre it might havve failed utilisinng Ciò si in un calo MV. Inlatente other richiesta. words, using g traduce evaporative c dellawith DV cooling D temperatura dell’aria e dell’acqua residua e in un w MV mean ns that a higheer room load caan rather than with dell’umidità assoluta relativa be met aumento (moree cooling for th he sameehumid ditydell’aincrease), or ria.

La temperatura minima raggiungibile attraalternatively a lower increaase in humidityy can be realiseed verso ilroom raffreddamento evaporativo è espressa load. for the same dalla temperatura di bulbo umido (Twb) dell’a-

Two-stag evapo cooolingTwo-stag ge ria. Inge realtà, l’aria nonrative può essere che raffredevaporative cooling add ds tra ail bulbo sensib ble (Tpre-coolin ng data in parte, compresa secco db) t the cooling to process, p umido.which h lowers w component e la temperatura di bulbo Questa è nota the wet bulb temper before applying dir rect evaporativve comerature efficienza del raffreddamento evaporaticooling,voas(ηsh hown in Figs.

5 and 7: evap), assunta come l’80%.

T1bdb T1addb sens (T1addb (7) T1awb )

…(8)

from whichAnche se il raffreddamento evaporativo può

essere climaticamente adatto, le aspettative di

TS Tcomfort (T1bdbdi T1bwbrappresentano ) 1bdb eevap gli spazi carico i…(9) limitiisattuali ditoquesta strategia.

Come mostrato wherehsens t taken be 90% % and hevap 80% % [0]

in figura 5, il raffreddamento evaportativo porta

Thisa un sen nsible pre-coo oling e compone ent is typicallly innalzamento assoluto relativo dell’umidiprovided byy di water that is i ha cooled thouughanche evaporativve tà, che, conseguenza, ripercussioni cooling,sulusin ng residual waater from the evaporative e paart. comfort.

Other strateg gies can del alsotempo, bee used for sensdiible pre-coolinng, Nel corso l’aumento umidie.g. passing airspazio through an n air-to-ground exchangger tà nello è relativo alla quantità ddi heat vapore ing an evapora ative cooling co omponent. before apply che, entrando in uno spazio, è direttamente correlata al flusso dell’aria di alimentazione. Di con-

Theseguenza, resullt impacts inètwo til flusso ways; i delivered is att a più basso d’aria,air minore è la lower temper rature to the sp pace and/or the ere is an increa ase quantità assoluta di vapore introdotto nello spain duration i the year thaat evaporative cooling in can be b zio, che rallenta l’accumulo di vapore. La figura 8 ° used (Fig. 4) based on a ma aximum Ts of 2 22 C. indica chiaramente un afflusso significativamente più basso di umidità per il sistema DV rispetto

This influuences the sizee of the room load that can be b a quello MV. served by thiis strategy and d the comfort conditions c of thhe significa che i requisiti di comfort e di caoccupants Ciò ass less humidity is being addedd to the space as pacità di raffreddamento (e quindi anche di coindicated in Fig. F 9. sto) richiesti da un progetto specifico, qualora il sistema a miscelazione dovesse fallire, potrebbero essere soddisfatti anche attraverso l’utilizzo di raffreddamento evaporativo abbinato ad un sistema DV. In altre parole, usando il raffreddamento evaporativo con DV, potrebbe essere raggiunto un carico superiore o, in alternativa, potremmo ottenere un aumento inferiore dell’umidità.

#10

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s meaans that the comfort c and cooling c capaciity herefo ore ture, also cost) ) , requirements s of gy Architec Quebec City Canada, 22-24 Juune 2009 a speciffic mighht be met thrrough the use of evaporativve utilissing DV, wherre it might havve failed utilisinng other words, using g evaporative cooling c with DV D w MV mean ns that a higheer room load caan han with (moree cooling for th he same humiddity increase), or ively a lower increaase in humidityy can be realiseed same room load.

o-stagge evaporative cooolingTwo-stagge tive cooling add ds a sensibble pre-coolinng t the cooling process, p whichh lowers the wet w nent to emperrature before applying dirrect evaporativve , as shhown in Figs. 5 and 7:

T1addb sens (T1addb T1awb )

…(8)

hich

Figure 7: Diagram indicating i 2-staage evaporativee cooling ment equipm

Figura8:8 –Air DVflow e MVrate a confronto. diagramma rappresenta Figure es(V) and Ilhumid dity inflow (g) ovverlaa day portata d’aria (V) e l’afflusso di umidità (g) in un singolo giorno for singgle(Evap) and 2-stage (2S) evvaporative cooli ing for a 2 (Evap) e il raffreddamento evaporativo a doppio stadio (2S) space with w a peak totaal cooling load of 70W/m indiccated the per uno spazio con un carico totale di picco di raffreddamento differen nce between DV V and MV. di 70 W/m², che indica la differenza tra sistemi DV e MV

Diu urnal range and thermaal store Night time T1bdb evap (T1bdb T1bwb ) …(9) ventilaation and exposed thermal m del raffreddamento mass is a relativvelyevaportativo well (8) (Fig.4), basata su un T

massima s knownn passive coolinng strategy. It uses u low nightt time air di t to be 90% % and hevap 80% % [0] sensis taken 22°C. Questo, ovviamente, influencui Figure 7: Diagram i doppio stadio. indicating 2-staageIl evaporativee cooling da temper Figura 7 – A ratures to flushh the structure of the building g of heat le dimensioni del carico della ment diagramma indica il raffreddamento equipm built up u during the previous p day. The Tzerà same princciple can (9) s sennsible pre-coo oling compone ent is typical lly stanza che servirà in questa strate evaporativo a doppio stadio be use ed in the introd duction of a re emote thermal store in d byy water that is i cooled thouugh evaporativve dove ηsens è al 90% e ηevap all’80%. gia e le condizioni di comfort dethe for rm of apre-raffreddamento packedd bed, as dei show wngliin Fig 9.che Thbeneficeranno is bed is di , usinng residual waater from the evaporative e paart. Questo occupanti sensibile cooled down at night by flushing wun minore outside airdithrough trateggies can also bee used for sensible pre-coolinng, componenti tasso umidità, come èdtipicamente fornitot dall’acqua re- with Raffreddamento evaporativo mecha anical ventilatio on.

During the ir is then day outside ai indicato in figura 9. sidua raffreddata con raffreddamento evaporatia doppio sing air through an nstadio air-to-groundd heat exchangger through h cools the aiir before this vo. Maintrodu questa uced non è l’unica strategia perbed,which pre-rafIl raffreddamento evaporativo a doppio staative cooling coomponent. applying an evapora freddare.

Ad esempio, è possibile far passare l’aria dio aggiunge, rispetto a quello a singolo stadio, diurno introduuction into thhe space. Thee Range packed bed e can be unoucted scambiatore di calore aria-terraaevariiety un sensibile dei compo-att a attraverso accumulo termico constru by incorp porating of thermal l storage resullt impacts in two t pre-raffreddamento ways; air is i delivered in seguito applicare un componente del raffrednenti per il processo di raffreddamento, abbasLa ventilazione notturna materials, including ceramic ballss and tiles, roocks and e la emperrature to the sp pace and/or theere is an increaase damento evaporativo. Due i possibili impatti: l’asando la temperatura di bulbo umido prima di possibly phase changge materials. massa termica esposta costituition in i theapplicare year tha at evaporative cooling can b ria viene be immessa ad una temperatura inferiore direttamente il raffreddamento evascono una strategia relativamente ° ig.Figure 4) based on a ma aximum Ts of 2 22 C. flow rate es(V) and humid dity inflow (g) ov ver a day 8: Air rispetto a quella presente nell’ambiente e/o vi è porativo (come mostrato in Fig. 5 e 7): ben nota di raffreddamento pasThe climatic lim mitation of thee packed bed thermal for singgle(Evap) and 2-stage (2S) evvaporative cooliing for a un aumento della durata per l’utilizzo annuale sivo radiativo che utilizza le basse 2 space w athe with peak tota load of 70W/m days thatdell’aria thhe notturna night per s influ uences size e alofcooling the room b the store strategy is thhe number off temperature be load that indic cancated differennce between DV V and MV. raturedadrops toCREDIT: d ondell’edificio a Ts a usable tempperature. temper by thiis strategy and d thecon comfort c conditions of thhe svuotare laBased struttura Impianto diffusore a dislocamento mimetizzato pannelli Elica ° of 22 C C, and a mini imum tempera ture difference e of 3°C il nts ass Diu less humidity beingtherma added d tostore the space dal calore accumulato durante urnal rangeis and al Night astime en the store material and giorno. the Lo supply air, the stesso principio può esd in F ation Fig. 9. and exposed thermal mass ventila m is a relativvely well betwee knownn passive coolinng strategy. It uses u low nightt time air temperratures to flushh the structure of the buildingg of heat built up u during the previous p day. The T same princciple can be useed in the introdduction of a reemote thermal store in the forrm of a packedd bed, as show wn in Fig 9. This bed is cooledd down at nightt by flushing with w outside air through mechaanical ventilatioon. During the day outside aiir is then introduuced through this bed,whichh cools the aiir before introduuction into thhe space. Thee packed bed can be construucted by incorpporating a variiety of thermall storage materials, including ceramic ballss and tiles, roocks and possibly phase changge materials.

The climatic lim mitation of thee packed bed thermal store strategy is thhe number off days that thhe night temperrature drops to a usable tempperature. Basedd on a Ts of 22°C, C and a miniimum temperature differencee of 3°C betweeen the store material and the supply air, the

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#10

sere utilizzato per l’introduzione di uno stoccaggio termico sotto forma di plenum di raffrescamento contenente del materiale con elevata capacità termica, come mostrato nella figura 9. Attraverso la ventilazione meccanica, questo plenum viene raffreddato durante la notte con un abbondante flusso d’aria esterna, mentre durante il giorno esso raffredda l’aria esterna prima di introdurla nell’ambiente. Unica limitazione di questo metodo è il numero di giorni in cui la temperatura notturna scende sotto una temperatura utilizzabile. Basata su una Ts di 22°C e una minima differenza di temperatura di 3°C tra lo stoccaggio e l’aria di alimentazione, la figura 10 mostra la durata di applicazione di questa strategia. È noto che la temperatura ambiente tra mezzanotte e le

t 10. It is cleear that the ambient a tempeerature betweeen M ht. to a beed of 58m3 for MV ° of bed thethermal sttrategy is furthher influenced by b 24h00 and 05h00 0 is lowerr than 19 C foor 98.5% ofThe th hefeasiibility Figure 9: Packed l store DV ratheer thanis MV t therefore the cost and size Usi of ing packe ed bed, which a function of signn year. reducees theoffrequired size ofl the paccked bed m the thermal material, thhe therm the storage capacity ting on mbetweeencosts more o impact the heat transfer t both material the and storag ge impp efficiency of theair, spaand ace the that theflow sttore takes up. This medium and the e air rate through the belast ed. impaa uthors’ the mon factor e the al. au [0] noteesexperien that nce, ideally y acomm packed beed thaa Hollmuller et strrategy thee highure cost off should causee athe 180° phasee unfeasib shift inble, the due dailytotemperatu the in spaace Anaadditional l benefit profile, as shhown Fig available.

11 1. For such 1 180° phase shift, derivv low wer air raate is reducction3 in they suggestt athepacked beedflow volume ofthe f fan poo for roughly1m 3 ore energy consumption. every 100m /htherefo air flow raate. They furthher note that thhe amplitude change mission) of thhethaatphase-shifte edme Figure D (transm DVIEW indicate es indica duration Figura10: 10 – Applicazione.

DVIEW la durata the night tim Air r to ground h heat exchange ersAir lated todella th hermal storage material that isto grouu outputcooling isdirel strateggy isthe applicable Johannesburg g. applicabilità strategia diinraffrescamento o two distincttly different str of la nottengers nel climaconsist di Johannesburg used: duranteexchan Figura 9 – Stoccaggio. Plenum di Figure 9: Pac ked bed thermall store The firrst one, seasonnal ground souurce cooling (F FF raffreddamento con stoccaggio The feasiibility of the sttrategy is furthher influenced by b utilisess thedifferencee between thee ambient tem m di energia termica the cost and size of packeed bed, which is a function of and thhe ground tem mperature at deepths typicallyy the storage capacity off the thermall material, thhe m.Fig. catesbetwe howeenthethe amplitude o 3the of heat14indic transfer t storagge of s efficiencythan cinque del mattino nella zona prethethesoil d the beed.and decreases, variati medium and theon air,inand e air temperature flow rate through sa come riferimento è inferiore ai increases.The the note depth secondbestrateg phase, 19°C per il 98,5% dell’anno. e al.as [0] et es that ideallyy a packed ed g Hollmuller storage g. 13), e lowerure night therma La fattibilità della strategia è should cause e a al 180° phasee(Fig shift in theuses dailythe temperatu poi ulteriormente influenzata dal rature w such way similar ophase the shi thermal profile, astemper shhown in Figin11 1.a For a 180° 1 to ft, costo e dalla dimensione del ple3 strateg described in the ofprevio ous section, w they suggest t agypacked beed volume f for roughly1m num, che svolge la funzione di 3 Figureevery 11: Thhe input outp tputraate. temperature es of b th bed 100m /hand flow Theythe furth hera packed note that he y eairmedium ing ground d immediately stoccare materiale con buone caFigura 11 –storage Sfasamento di 180°.

Lobei schema thermalamplitude store leover illus trating the effec ct of 180 hange mission) of thhea phase-shifte ed mostra temperature di(transm ingresso e di thectime, pipping.

Compare duscita to seasonal g degrreesource ground pacità termiche, l’efficienza del all’interno del plenum di raffreddamento quando Figure 10: D trasferito tra DVIEW indicate es duration thaat the night tim me shift in phase.

Based on [0]. calore il supporto di to for the daily th hermal material output isthe rellated is e pipping t storage thermal storage e canthat be locate viene applicato uno sfasamento di 180° cooling strateg gy is applicable Johannesburgg. immagazzinamento e la in portaused: to the surface, and the piping runns are typicalllF ta dell’aria. Hollmuller et al. fanno for a cost-efffective materia t transmissioon er. al like gravel the togethe notare che idealmente un plenum of the by a is arround 50%. Ussing the volum meThe feasi ibility of the furthher influenced binput amplitude dovrebbe causare ognisttrategy giorno isScambiatori – uso stagionale della sorgente di raffreddadi calore terra-aria sizze of a(Fig.12) 180° phhasela differenza shift packe uno sfasamento 180° nel mento a terra – utilizza di ed Lo scambiatore diairflow calore aria-terra èionship, una mo- the the cost and size ofdipacke edprofilo bed, which is a function ofrelati c di temperatura, come mostrato in temperatura tra l’aria ambiente ed il suolo a prodalità di raffrescamento passiva composta da capacity of f the thermal l material, th he the storage figura 11. Per questo motivo, sugfondità solitamente superiori a 3 metri. In figura due strategie nettamente differenti. La prima o the of heatdel transfer tplenum betweeen the storagge efficiencygeriscono un volume medium and and100 theem³/h airdiflow rate through the beed. di circathe 1 m³air, per ogni DIFFUSORI A PAVIMENTO. Sul pavimento della biblioteca centrale di Amsterdam portata d’aria.

Hanno rilevato e al. [0] noteesinolthat ideally a installati packeddeibe ed a pavimento per la ventilazione a dislocamento Hollmuller et sonoystati diffusori tre che la variazione di ampiezza should cause e a 180° phasee shift in the daily temperatuure (trasmissione) dell’uscita è legata tput temperaturees of a packed bed b profile, asal materiale shhowndiinaccumulo Fig 11 1.

For such a 180° 1 phase shiFigure ft, 11: Thhe input and outp termico 3 thermal store over time, illustrating the effec ct of a 180 degrree they suggest t a utilizzato packed beed f che viene (Figura 11). volume of roughly1m for shift in phase.

Based on [0]. efficiente every 100mPer3/hunairmateriale flow ra ate. They furthher note that thhe come la ghiaia si stima uno sfasaamplitudemento change (transm mission) of thhe phase-shifte ed a cost-efffective materiaal like gravel the for t transmissioon di circa il 50%. Utilizzando to the th hermal output isil rapporto rellatedvolume-flusso a is arround 50%. Ussing the volum med’aria, le storage material thatofisthe input amplitude used: dimensioni del plenum per un siairflow relatiionship, the sizze of a 180° phhase shift packeed stema DV si aggirano approssimativamente attorno ai 27 m³, mentre per un sistema MVht sono di 58 m³. Possiamo quindi concludere che, utilizzando il sistema DV, la dimensione del plenum si riduce notevolmente; di conseguenza, diminuisce lo spazio e si riducono i costi dei materiali. Un ulteriore vantaggio, infine, deriva dalla bassa portata d’aria che, oltre a ridurre del ventilatore, limitatemperature il Figure 11:la potenza Thhe input and outp tput es consumo di energia. thermal store over time, illustrating the effecct

shift in phase. Based on [0].

Figure 12: Seasonal grround source coooling

of a packed bed b of a 180 degrree

for a cost-efffective materiaal like gravel the t transmissioon of the input amplitude a is arround 50%. Ussing the volum me-

Figure 13: Daily grounnd source coolingg. #10

31

The climatic appplicability of thhe daily groundd

3 nd 15.The perccentage of office demonstratedd in Figs. 14 an every 100m air flow raate. dThey furthher ground thhe cooling, the /h pipping.

Compare to seasonal gnote that source 2-ss night amplitude tim me hours that this t strategy is applicable in i Johannesbuurg mission) ofstorage thhe ephase-shifte ed ed nearer thechange pipping (transm for daily t thermal can be locate evaporr depends on a variety of factors, incluuding the deptth, to the th hermal output is to rellated is ly closer the surface, and the storage piping material runns are that typicall convenn used: a the air floow diameter andd length of thee exchanger, and togetheer.

Figure 12: Seasonal grround source coooling coolingg rate. Fig. 15 illustrates how w the percentaage applicabiliity enced by b °

by DV V nction of u to 100% at a a Ts of 22 C, C of this strategy can be up MV m rial, thhe o the length of o the exchangger, in this caase depending on storagge to com m shown for ann air velocity of 5m/s and a deepth of 3m.

PLEA2009 - 26th 2 Conference onn Passive and Low w Energy Architecture, Quebec City, Canada, 22-24 Juune 2009 h the beed. cked beed Thee mperatuure with thh midity isprovidd Evaaporative coolling – significcantly less hum ase shift,previous seection on thermal stores. The climattic 3 applicability nal ground so ource cooling being i introduced into o the space due e to the lower a flow. air of the season is f y1m for Figure 11: Th he input and outp tput temperature es of a packed b bed d in Figs. 14 an nd 15.The perccentage of office e that thermal thhedemonstrated Airr store over time, illustrating the effecct of a 180 degrree 2-sstage evaporaative cooling–– intrinsically 2-stagereducee hours that t this strategy i s applicable i in Johannesbu urg se-shifte ed shift in phase. Based on [0]. evaporrative coolingg introduces less humiditty than uding the deptth, al that isdepends on a variety of factors, inclu Figure 13: Daily grounnd source coolingg. convenntional evaporrative coolingg due to the sensible The of like thee gravel exchanger, a theon and air floow andd length for diameter a cost-efffective materiaal t transmissio the Figura 13 – 2ª Strategia.

Figure 12: Seasonal gr round source coo oling Figura 12 – 1ª Strategia.

Uso stagionale cooling g component.

This advantagge is further am mplifiedassistee rate.

Fig.amplitude how w50%. the Us percenta age applicabili ity of the input a 15 illustrates is arround sing the volum meConservazione termica giornaliera ° della sorgente di raffreddamento a terra Th e climatic app plicability of th he daily ground d source

by DV V in the lower supply s air flow w required com mpared torequiree cansizzebeofup ua 180° to 100% a apacke at Ts ed of 22 C, C of this strategythe airflow relatiionship, phhase shift g MV strategy is the similar to that tapplicable described d more in the cooling Figure 14: A Annual air tem mperature and expected groun nd m making strat tegy e to proj ects dueestimaa o the length of o the exchangger, in this caase depending on temperature a at 3m, based on [0] [ to com mfort levels. shown for ann air velocity of 5m/s and a deepth of 3m.

acked bed b 80 degrree Figure 13: Daily grounnd source coolingg.

and caa (with e Theermal storagee – the storage volume is reduced, r coolingg with thhe main impacct being the reeduction in thee cost ofwould providding the space for f the store.

C HVAC coolingg Airr to ground heeat exchangerss – the pipe length l is enginee reduceed dramaticallyy. assist The publication of the ASH HRAE Guideliines hasstrategg

nsmissioon volum mening with connfidence the fllow rate The climatic appplicability of thhe daily groundd source assisteed in determin ft packeed require ed for DV:si ignificantly ower previously 15: Peercentage of offfice hours (6h lo to o 18h) than that Tout of similar to and t expected that describeddgroun inndFigure the Figurecooling 14: gAnnual A strategy air istem mperature E Figura 15ated –is Applicabilità.

La percentuale diad, estima usingmaxim MV V calculations. .applicabilità However, thhe sizingREFE Figura 14 – Aumento profondità. Temperatura ity the exchanger r below mum T of the loa for air veloc s temperature a at 3m, based on [0] [ 1.

Che della sorgente stagionale a terra, ad annuale dell’aria e del suolo a 3 metri and caalculations of di t raffreddamento the various coolingst of 5 m/s, pipe diameter of 0.38 8m, and depthpas offssive 3m.

Based on [0] [trategiesEvaluatt una Ts di 22°C, può raggiungere addirittura il 100%.

(with exception e of evaporative e annd 2 stage evaaporativeVentilaa cooling still depend on non-stan methhods Using theeg)methodology ydsdescribed byndardised Mihalakakou et that2. Svv would typically no ot be conside ered by conv ventional displace al. [0] to esttimate the leng gth of exchanger required for f 14 viene mostrato come, con l’auC engineers.

E Establishing g guidelines for HVAC passive 3. Grapp ed Johannesb burg office, with w the sam me STRATIFICAZIONE. Caratteristica molto imporatante della the simulate mentare della profondità, l’amcoolingg,aswhich are15, en assumptions in Fig. ,ndorsed results by in org theeganisations following:that Dt HVACNationaa DV ventilazione a dislocamento è la formazione di strati orizzontali piezza delle variazioni stagionali engine eers refer innf confidencee .g. ASHRAE E, d’aria: quella più fresca si troverà nella zona occupata dalle persone, 80mto of pipes, com mpared to MV Vht wouldEnginee requires rouughly nella temperatura del suolo dimimentre quella più calda tenderà a salire verso il soffitto assist greatly with gaining g furtherr penetration of these4. Intee requiring rouughly 170m. weathe nuisce. Invece, la seconda strategia strateggies beyond envvironmentally extreme projeccts. http://w w – conservazione termica giornalieThe abovve estimation illustrates that t, as DV lowe ers data3.c ra (Fig.13) – utilizza le basse tempethe volume air a flow rate reequired, it signiificantly reducces 5. IWA A rature notturne.

Figure 15: Peercentage of offfice hours (6h too 18h) that Tout of ERENCES REFE the pipe len ngths required d and therefor re increases th he from P Poiché l’applicabilità climatica the exchangerr is below maxim mum Ts of the loaad, for air velocity 1.

Che n, Q. and Glic ksman, L. (200 03) System Perf formance annd financial feeasibility of strategia thhe strategy.

A Africa di quest’ultima è molto si-An of 5 m/s, pipe diameter of 0.38 8m, and depth off 3m. Based on [0] [ technical tion and De esign Guidelin nes for Disp placement Evaluat 6. Holll additional beenefit is a relatiive reduction i fan precedenin power annd mile a quanto descritto Ventilaation. ASHRAE storagee therefore eneergy consumptiion. temente sull’accumulo termico, Using thee methodology y described by Mihalakakou et 2. Svvensson, A.G.L L. (1989). Nordic N experiennces ofphase-ss non ci soffermeremo a descriverdisplacement ventilatioon systems. ASH HRAE Trans. 95((2). al. [0] to esttimate the leng gth of exchanger required for f 7. Kusuu la; analizzeremo invece l’applicaph produced usin ng DView Versio on 1.09 develop ped by the 3.

Grap the simulateed Johannesb burg office, with w the sam me thermall della sorgente stagionale di IONS CONCLUSI Nationa al Renewable bilità Energy Labboratory and Mistayaof Stann assumptions as in Fig. 15,, results in thee following: DV D raffreddamento afile terra air nell’ufficio DV significa lowers th he required suppply flow to Engineantly IWEC weather ering Inc. using 8. Miha mpared to MV Vht requires rouughly 80m off pipes, com preso in considerazione.

L’utilizzo Inte ernational Weat Energy Calculations serve 4. a room m heat load, when wther for compare edy to MV at thhe(IWEC)pipes c requiring rouughly 170m. o menofile di questa strategia dipenweather r reduction data im sourced same Ts. Thhis mpacts the feaasibility of usinng fromEnergyy de ovviamente energyplus/cfm/ da diversi fattori, /weather_ http://w www.eere.energy y.gov/buildings/e n projects in a various ways: nd The abovve estimation illustrates thatt, as DV loweerspassive cooliing strategies in the volume air a flow rate reequired, it signiificantly reducces the pipe lenngths required d and thereforre increases thhe technical annd financial feeasibility of thhe strategy. An A additional beenefit is a relatiive reduction in i fan power annd therefore eneergy consumptiion.

CONCLUSIIONS DV 32 significaantly #10 lowers thhe required suppply air flow to serve a room m heat load, when w compareed to MV at thhe same Ts. Thhis reduction im mpacts the feaasibility of usinng

tra22 cui profondità, data3.cfm, last visited on May 20008diametro e lunghezza dello scambiatore porta- ct manual 5. IWA AC Two stage evvaporative cooli ing unitse produc ta d’aria. from PROTEK P CC, Box B 1943, Halfw way House 16885, South Utilizzando la metodologia deAfrica scritta da Mihalakakou et al. per andd thermal 6. Holllmuller et al.(2006) - A new ventilation stimare lacooling lunghezza scam- thermal storagee technique forrpassive g of dello buildings: per l’ufficio phase-sshifting, PLEA, Geneva, Gbiatore necessaria 6-8 Sepptember 2006 di Johannesburg, mantenendo le ature and 7. Kusuuda, I. and Acheenbach, P. (19655), Earth temper thermall diffusivity at seelected stations in i USA, Nationaal Bureau of Stanndards, Building Research Div., Washington W D.C C. 8. Mihalakakou, G. et al, Parametric prediction of thhe buried pipes cooling c potentiall for passive coooling applicatioons, Solar

stesse ipotesi come in figura 15, risulta quanto segue: il sistema DV richiede circa 80 metri di tubi, mentre il sistema MVht ne richiede circa 170 metri. Questa stima dimostra che il sistema DV, diminuendo il flusso d’aria richiesto, riduce notevolmente anche la lunghezza dei tubi. Di conseguenza aumenta la fattibilità tecnica e finanziaria della strategia. Inoltre, riducendo l’alimentazione del ventilatore, diminuisce il consumo di energia.

CONCLUSIONI In conclusione possiamo affermare che, a Ts costante, se confrontiamo il sistema DV con MV, il sistema a dislocamento abbassa notevolmente il flusso d’aria di alimentazione necessario a servire un carico termico ambientale. Questa riduzione impatta in vari modi di utilizzare le tre strategie di raffreddamento passivo presentate.

1. Raffreddamento evaporativo: il flusso d’aria inferiore permette di introdurre nello spazio molta meno umidità.

2. Raffreddamento evaporativo a doppio stadio: rispetto ai normali sistemi di raffreddamento evaporativo, a causa della componente di raffreddamento sensibile, introduce nello spazio ancora meno umidità. Questo vantaggio è ulteriormente amplificato dal flusso di alimentazione più basso richiesto da un sistema DV rispetto a un sistema MV. 3. Accumulo termico: riducendo il volume di stoccaggio, diminuisce anche il costo dei materiali.

Inoltre, grazie alla bassa portata d’aria, anche il consumo di energia viene limitato.

4. Scambiatori di calore terra-aria: viene ridotta drasticamente la lunghezza del tubo.

La pubblicazione del “System Performance Evaluation and Design Guidelines for Displacement Ventilation” di ASHRAE ha quindi sicuramente contribuito a determinare la portata d’aria richiesta per i sistemi DV, che è risultata essere significativamente inferiore a quanto precedentemente stimato dai calcoli MV. Tuttavia, il dimensionamento e i calcoli delle diverse strategie di raffreddamento passivo (ad eccezione del

raffreddamento evaporativo a singolo e doppio stadio) dipendono ancora dai metodi non standardizzati, solitamente non considerati dagli ingegneri HVAC. Stabilire linee guida per il raffreddamento passivo approvate da organizzazioni riconosciute e stimate dagli ingegneri HVAC sarebbe dunque di grande aiuto per la diffusione di queste strategie anche in altri ambiti. n * Paul Carew e Bernard Bekker, PJCarew Consulting, Cape Town, South Africa

BIBLIOGRAFIA

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Abbinamento di dislocatori a pavimento e a colonna CREDIT: Elica

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CASESTUDY Macchine ad alta efficienza per gli uffici Confronto tra diversi impianti per la climatizzazione di un edificio direzionale e vantaggi ambientali secondo il protocollo LEED di Alessio Zagolin1, Michele De Carli1, Leonardo Prendin2 e Alessandro Teti2

I

l settore del terziario,

dato che è responsabile di circa il 13% delle emissioni globali di CO2 a livello nazionale ed europeo, è sicuramente un settore importante dove valutare possibili risparmi energetici.

Dall’emanazione del D.Lgs. 192/05 – “Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell’edilizia” –, in Italia l’attenzione si è concentrata prevalentemente sulla climatizzazione invernale, in particolare nel settore residenziale. Negli edifici del terziario, però, i consumi prevalenti riguardano l’energia elettrica [2 e 4], mentre nei nuovi edifici maggiormente isolati il fabbisogno energetico per la climatizzazione è prevalentemente dovuto al raffrescamento estivo [3]. Per questo motivo, in questa tipologia di edifici l’attenzione deve essere posta sull’involucro edilizio; in particolare sui componenti trasparenti, sulla ventilazione, sui terminali di impianto e sui sistemi di produzione di caldo e freddo.

Il lavoro che segue illustra i possibili risparmi conseguibili con l’utilizzo di un sistema di ventilazione particolarmente efficiente, terminali di impianto a bassa differenza di temperatura e sistemi dedicati per la produzione di caldo e freddo. Inoltre, assecondando le recenti tendenze che vedono sempre più spesso valutati i protocolli di certificazione di sostenibilità ambientale, è stata effettuata un’analisi sui possibili vantaggi delle soluzioni proposte relativamente alla certificazione secondo il protocollo Leed.

34

#10

14_zagoli_de carli_prendin 225-196.qxd 30/05/11 15:56 Pagina 227

Confronto tra diversi impianti per la climatizzazione di un edificio per uffici

Figura 1 – Pianta piano terra e primo piano Riportiamo ora l’analisi di un tipico edificio adibito ad uso uffici in diverse zone climatiche. Il software utilizzato per la simulazione energetica oraria dell’edificio è TRNSYS [7], mentre la parte impiantistica è stata gestita mediante opportuni algoritmi implementati su fogli di calcolo Excel.

Descrizione dell’edificio L’edificio analizzato è uno stabile di dieci piani predisposto ad uso uffici, con superficie lorda di 4800 m² e un volume di circa

CARATTERISTICHE DELL’EDIFICIO

• 10 piani • 21.600 m³ lordi • 4.500 m² netti • 300 postazioni • Facciate vetrate ad est ed ovest • Trasmittanza pareti

- opache: 0,3 W/(m²K)

- vetrate: 2,3 W/(m²K)

227

Figura 2 – Pianta dal 2º al 9º piano

20.000 m³, così suddiviso (Fig.1 e 2): piano terra e ipotizzato pari a 7 Wm¯2, che durante la notte si primo piano con atrio comune e varie sale riunioattenua a 2 Wm¯2. La ventilazione è attiva dalle ni e altri 8 piani con uffici. L’edificio di riferimenore 7 alle 20 con temperatura di mandata pari a to per i calcoli secondo protocollo Leed preve18°C nel caso di impianti ad aria primaria. de una trasmittanza delle pareti opache di 0,43 Wm¯1K¯1 e 2,3 Wm¯1K¯1 per le superfici vetrate non Zone climatiche schermate, mentre l’edificio reale ha trasmittanPer valutare i consumi dei diversi sistemi HVAC za di 0,3 Wm¯1K¯1 per le pareti opache, superfici previsti in climi diversi sia come temperatura che vetrate con trasmittanza pari a 2,3 Wm¯1K¯1 e il come umidità sono state considerate sei città: fattore solare è pari al 30%. Le condizioni opera• Venezia, clima caldo e umido mitigato dal mare; tive utilizzate per le simulazioni sono evidenzia• Roma, clima mediterraneo con estate molto te nella Tabella 1. L’occupazione dell’edificio è di calda; circa 30 persone per piano con orari lavorativi, il • Parigi, clima oceanico – continentale; Pianta dal secondo fino al nono.umido con estanumero dei PC è pari a quello delle persone pre-Figura • 2 -Barcellona, climapiano mediterraneo senti e il carico elettrico di illuminazione è stato ti aride; Le condizioni operative utilizzate per le simulazioni sono evidenziate nella tabella

CONDIZIONI OPERATIVE • Funzionamento UTA: 07-20 - Mandata: 18°C • Carico illuminazione: - Giornaliero: 7 W/m² - Notturno: 2 W/m² • Presenze: dalle 8 alle 18

Comparison between different systems for air conditioning in an office building

1. L’occupazione dell’edificio è di circa 30 persone per piano con orari lavorativi, il numero dei PC è pari a quello delle persone presenti e, il carico elettrico di illuminazione, è stato ipotizzato pari a 7 W m-2, che durante la notte si attenua a 2 W m-2.

La ventilazione è attiva dalle ore 7 alle 20 con temperatura di mandata pari a 18°C nel caso di impianti ad aria primaria.

Temperature di set-point Tabella 1 – Temperature di set-point interne invernali ed estive interne invernali ed estive

TABELLA 1

Y

CASO DI STUDIO

Ore 00-06 06-08 08-13 13-20 20-24

2.2 Zone climatiche

Lun-Ven 16°C/35°C 19°C/27°C 21°C/25°C 21°C/25°C 16°C/35°C

Sab 16°C/35°C 19°C/27°C 21°C/25°C 16°C/35°C 16°C/35°C

Dom 16°C/35°C 16°C/35°C 16°C/35°C 16°C/35°C 16°C/35°C

Centrale di trattamento aria

Sono state considerate 6 città per valutare i consumi dei diversi sistemi HVAC previsti in climi diversi sia come temperatura che come umidità: The service industry is an important sector where assessing potential energy savings: improved quality of the indoor envi• Venezia, clima caldo e umido mitigato dal mare; ronment and the opportunity to produce energy at different thermal levels require a design specific for the HVAC systems • Roma, clima mediterraneo con estate molto calda; for these applications. The report deals with the energy analysis of a building for commercial use, based on•dynamic simuParigi, clima oceanico – continentale; lations (using TRNSYS made), to determine the energy requirements for heating and cooling. The considered climates are • Barcellona, clima mediterraneo umido con estati aride; related to six European cities all different for climate types. It also analyzes the possible solutions for the centrals of heating • Londra, clima mitigato tutto l’anno dalla corrente del Golfo; and cooling energy production and processing of fresh air by means of rotary enthalpy recovery, estimating related clima continentale influenzato dalle Alpi.

• losses Monaco,

to terminals and to distribution networks. Through specific softwares dedicated to the calculation of energy performance, we calculated the total energy needs required by the various solutions, analyzed in order to assess consumption in terms of primary energy. Based on the simulations carried out, it was highlighted as a high efficient, reversible heat pumps allow energy savings compared to the solutions commonly used in considered climates. Finally, an analysis was conducted to assess the possible credits under the italian Leed Protocol, which is desirable to obtain with respect to the proposed plant.

Keywords: air conditioning, leed, HVAC system, TRNSYS

#10

35

Fabbisogni mensili- Roma e annuali dell’edificio: Venezia FABBISOGNI MENSILI E ANNUALI DELL’EDIFICIO: VENEZIA-ROMA dell’edificio: Venezia Roma Riscaldamento: Confronto tra diversi impianti per la climatizzazione di un edificio per uffici

228

70 60

Figura 3 – VENEZIA. dell’edificio compresa a Venezia A titolo di Fabbisogni esempio si riportano i fabbisogni mensili ventilazione nelle città di Venezia e Roma

50

70

per l’edificio reale; si noti che la contemporaneità dei carichi è legata quasi esclusivamente al post-riscaldamento dell’aria (fig. 3MWh e 4). caldo Nella Tabella 2 si riportano i fabbisogni netti dell’edificio reale nelle diverse zone climatiche.

MWh freddo Riscaldamento

• Londra, clima mitigato tutto l’anno dalla corrente del Golfo; • Monaco, clima continentale influenzato dalle Alpi.

A titolo di esempio si riportano i fabbisogni mensili nelle città di Venezia e Roma per l’edificio reale. Si noti che la contemporaneità dei carichi è legata quasi esclusivamente al post-riscaldamento dell’aria (fig. 3 e 4). Nella Tabella 2 si riportano i fabbisogni netti dell’edificio reale nelle diverse zone climatiche.

3 Confronto tra diversi impianti per8climatizzare kWh/m Riscaldamento:

40

60

30

8 3 Confronto tra diversi impianti per climatizzare 8 kWh/m kWh/m3 Fabbisogni mensili e annuali

50

20

40

MWh caldo

Raffrescamento: 3 Fabbisogni mensili e annuali 11 kWh/m dell’edificio: Venezia -Raffrescamento: Roma 3 11 kWh/m dell’edificio: Venezia Roma Riscaldamento: Tipologie impiantistiche Riscaldamento: 3 3 4.5 kWh/m Riscaldamento: 8 kWh/m Riscaldamento: 3 4,5 4.5 3 kWh/m 8 kWh/m Raffrescamento: Raffrescamento: 3 3 12.6 kWh/m Raffrescamento: 11 kWh/m 12,6 Raffrescamento: 3 12.6 kWh/m 3 onardo Prendin, Alessandro Teti, Andrea Albertin – Blue Box Group 11 kWh/m ssio Zagolin, Michele De Carli – Università di Padova Riscaldamento: 30

IC

N

D

O V

TT

T

O

SE

O

G

AG

IC

D

O V

N

O

TT

T

SE

O

AG

LU

G

IU

G

V

D IC

O

N O

TT

T

SE

LU G AG O

G

IU

M AG

R

AP

AR

M

FE B

EN

G

MWh caldo

Figura 3 - Fabbisogni dell'edificio compresa ventilazione a Venezia.

MWh caldo

Riscaldamento

MWh freddo MWh freddo

MWh caldo MWh caldo MWh kWh/m3 freddo MWh freddo

70 60 40 30

Raffrescamento MWh caldo

D DI IC C

SESE T T OO TT TT N NO O V V

G GI IU U LU LU GG AGAG OO

APAP R R M MA AG G

50

MWh freddo

kWh/m3

D IC

D DI IC C V

N O

TT

O

T

SE

LU G AG O

G

IU

M AG

AP

AR

M

G

FE B

EN

0

R

G GI IU U LULU GG AGAG OO

FEFE B B M MA AR R APAP RR M MA AG G 10

SESE T T OO TT TT N NO O V V

20

G GE EN N

F EF E B B M M A AR R

G GE EN N

70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0

Fabbisogni energetici nelle diverse zone freddo analizzate per Tabella 2 – Fabbisogni energetici nelle diverse zoneMWh climatiche l’edificio reale analizzate per l’edificio reale climatiche 8

8.4

3.1

D

IC

11.3 O V

4.7 T

O

G

11

TT

N

O

AG

SE IU

12.6

MWh caldo Londra Monaco MWh freddo 8.4 12.9

IC

4.5

O V

Barcellona

TT

Parigi

T

Venezia

O

G

Roma

M AG

0

FE B M AR

10

Fabbisogno riscaldamento [kWht/(m3 a)] Fabbisogno raffrescamento [kWhf/(m3 a)]

M AG

AP 2 ENTABELLA R

FE B M AR

20

LU

30

0

R

40

10

IU

50

G

60

D

N

O

SE

AG

LU

G

AP

G

nardo Prendin, Alessandro Teti, Andrea Albertin – Blue Box Group ssio Zagolin, Michele De Carli – Università di Padova

2.4

#10

6

12.6 Raffrescamento: kWh/m3 12.6 kWh/m3 3

Leonardo Prendin, Alessandro Teti, Andrea Albertin – Blue Box Group Alessio Zagolin, Michele De Carli – Università di Padova

36

Per verificare i diversi consumi e trovare la migliore soluzione dal punto di vista impiantistico sono state scelte diverse macchine e terminali di impianto applicate sia all’edificio di base del protocollo Leed che a quello reale. In particolare, sono state ipotizzate le seguenti tre soluzioni impiantistiche.

La prima soluzione (Fig.5) consiste in un chiller reversibile che alimenta ventilconvettori ed UTA, più una caldaia integrativa (attiva sotto -3°C per questioni sia energetiche che economiche). La seconda (Fig.6) è un chiller reversibile che alimenta travi fredde ed UTA, a cui vanno ad aggiungersi una caldaia integrativa (attiva sotto -3°C) e il recupero di calore dal chiller per il post riscaldamento estivo.

Infine, come terza soluzione (Fig.7) è stato scelto un chiller reversibile che alimenta le travi fredde e un altro che gestisce l’UTA sfruttando quindi set-point diversi. Anche quest’ultima è dotata di caldaia integrativa (attiva sotto -3°C) e recupero di calore dal chiller per il post riscaldamento estivo.

Oltre a essere state confrontate macchine standard e ad alta efficienza, per ogni soluzione è stata scelta una caldaia a condensazione in grado di soddisfare tutto il carico termico, ventilconvettori alimentati con acqua a 40-45°C e 14-19°C e travi fredde con acqua a 30-35°C e 14-17°C. L’UTA invece tratta l’aria primaria che serve esclusivamente per il rinnovo e il controllo dell’umidità, effettuato immettendo aria a 18°C con umidità idonea a soddisfare il carico latente. Inoltre, dovendo gestire

3 4.5 kWh/m Riscaldamento: 3 4.5 kWh/m Raffrescamento:

Leonardo Prendin, Alessandro Teti, Andrea Albertin – Blue Box Group Figura 4 - Fabbisogni dell'edificio compresa ventilazione a Roma.

70 caldo Alessio Zagolin, Michele De Carli – Università di MWh Padova

20

EN

kWh/m3

0

30

G

MWh caldo

Figura 4 – ROMA. Fabbisogni dell’edificio compresa ventilazione a Roma

60

40

M AG

10

Raffrescamento MWh freddo

R

20

FE B M AR

30

G

0

LU

IU 40

AP

R M AG

50

EN

AP

10

70

50

MWh freddo

60

20

FE B M AR

G

EN

0

70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0

70

G

10

6

SCHEMI DI IMPIANTO – LE TRE SOUZIONI Figura 5 – SOLUZIONE 1. Schema impiantistico

Figura 6 – SOLUZIONE 2. Schema impiantistico

Confronto tra diversi impianti per climatizzare

Unità selezionate: soluzione 1 e 2 UNITà SELEZIONATE con un gruppo frigo reversibile Soluzione 1 e 2 con un gruppo frigo reversibile

Soluzione1 14/19 [°C]

Soluzione 2

7/12 [°C]

7/12 [°C]

40/45 [°C]

14/17 [°C]

30/35 [°C]

Leonardo Prendin, Alessandro Teti, Andrea Albertin – Blue Box Group Alessio Zagolin, Michele De Carli – Università di Padova

Confronto tra diversi impianti per climatizzare 9

Figura 7 – SOLUZIONE 3. Schema impiantistico

Unità selezionate: soluzione 3 con UNITà SELEZIONATE due gruppi frigo reversibili Soluzione 3 con due gruppi frigo reversibili 14/17 [°C]

Confronto tra diversi impianti per climatizzare

Sbrinamento invernale • Temperatura < 7 °C

30/35 [°C]

7/12 [°C] 30/35 [°C]

L’acqua è prodotta alla temperatura cui è richiesta

• Penalizzazione del COP

Leonardo Prendin, Alessandro Teti, Andrea Albertin – Blue Box Group Alessio Zagolin, Michele De Carli – Università di Padova

• Correlazione sperimantale del COP

11

con temperatura ed umidità esterna Penality factor 0.025 0

0-0.025 -0.025-0

-0.025

-0.05--0.025

-0.05

-0.075--0.05

-0.075

-0.1--0.075

-0.1 -0.125 -0.15 -0.175 7 6 5 4 -0.2 3 2 1 0 -1 -2 60 50 -3 -4 80 70 external air temperature [°C] R.H. [%] 99 -5 90

-0.125--0.1 -0.15--0.125 -0.175--0.15 -0.2--0.175

Valutazione dei cicli di sbrinamento

È stato sviluppato un metodo di calcolo per valutare accuratamente la penalizzazione della pompa di calore durante il funzionamento invernale. Infatti, la pompa di calore ha necessità di effettuare cicli di sbrinamento (invertendo il ciclo con l’iniezione di vapore) per rimuovere la brina accumulata sullo scambiatore di calore alettato (evaporatore).

Dopo aver messo a punto tramite combinazione di calcoli termodinamici e misure sperimentali tale penalizzazione di sbrinamento, il modello sviluppato è stato confrontato con i risultati dati da [5]. In riferimento a questi valori è stato trovato in generale un buon accordo, da cui risulta che, se paragonato ai sistemi standard, il sistema proposto ha un sistema di sbrinamento brevettato che comporta minori perdite di energia.

Leonardo Prendin, Alessandro Teti, Andrea Albertin – Blue Box Group Alessio Zagolin, Michele De Carli – Università di Padova

13

#10

37

TABELLA 3

Consumi annui per tipologia a Venezia

ST 73.2 50.3 Soluzione Tabella 4 –2Consumi per tipologia a41.7 Roma AE annui57.2

30.8 7.8 30.8 7.8 ST annui 73.3 30.8 7.8 Tabella 4 – Consumi per tipologiaPompa a51.7 Roma Chiller di Ausiliari Caldaia Soluzione 3 ROMA AE 43.1 40.6 30.8 7.8 [MWh calore [MWh [MWhe] [MWh Pompa di e] Ausiliari Caldaiat] Chillere] ROMA ST 84.5 23.7 43.5 29.4 ] calore [MWhe] [MWhe] [MWh [MWhe] t Soluzione 1 AE 66.0 19.2 43.5 29.4 ST 84.5 23.7 43.5 29.4 Soluzione ST 30.3 4.7 Tabella 4 – 21Consumi per tipologia a 19.7 Roma AE annui84.5 66.0 19.2 43.5 29.4 Soluzione AE 66.0 16.0 30.3 4.7 ST 84.5 19.7 di 30.3 4.7 Chiller Pompa Ausiliari Caldaia Soluzione 2 ST 84.6 20.2 30.3 4.7 ROMA 66.0 ] 16.0 30.3 ] 4.7 ] Soluzione 3 AE [MWh calore [MWh ] [MWh [MWh e e e t AE 50.3 15.4 30.3 4.7 ST 84.6 20.2 30.3 4.7 ST 84.5 23.7 43.5 29.4 Soluzione 3 Soluzione 1 AE 50.3 15.4 30.3 4.7 AE 66.0 19.2 43.5 29.4 ST 84.5 19.7 30.3 4.7 Soluzione Tabella 5 –2Consumo climatiche analizzate AE di energia 66.0 primaria nelle 16.0 diverse zone 30.3 4.7 3 per l’edificio reale ausiliari p/(m anno)] ST comprensiva 84.6 degli 20.2 [kWh 30.3 4.7 Tabella 5 – Consumo di energia primaria nelle diverse zone climatiche analizzate Soluzione 3 3 AE comprensiva 50.3 Venezia 15.4 30.3 Londra 4.7 per l’edificio reale degli ausiliari [kWhBarcellona p/(m anno)] Roma Parigi Monaco ST 20.7 23.6 18.8 18.2 16.9 23.9 Roma Venezia Parigi Barcellona Londra Monaco Soluzione 1 AE 18.2 20.7 16.8 16.1 15.2 21.7 ST 20.7 23.6 18.8 18.2 16.9 23.9 Soluzione 1Consumo ST 16.4 18.7 15.5 16 climatiche 13.5 19.6 Tabella 5 – di energia primaria nelle diverse zone analizzate AE 18.2 20.7 16.8 16.1 15.2 21.7 Soluzione 2 3 AE 14.1 16 ausiliari 13.7 17.6 per l’edificio reale degli [kWhp/(m p14 STcomprensiva 16.4 18.7 15.5 16anno)] 12.1 13.5 19.6 Soluzione 2 ST 16.5 18.9 15.7 16.1 13.7 19.8 AE Roma 14.1 16 13.7 14 12.1 17.6 Soluzione 3 Venezia Parigi Barcellona Londra Monaco AE 12.2 14.4 12.9 12.3 11.7 17.3 ST 16.5 18.9 15.7 16.1 13.7 19.8 ST 20.7 23.6 18.8 18.2 16.9 23.9 Soluzione 3 Soluzione 1 AE 12.2 14.4 12.9 12.3 11.7 17.3 AE 18.2 20.7 16.8 16.1 15.2 21.7

Consumi annui per tipologia a Roma

TABELLA 4

la deumidificazione estiva, l’unità trattamento aria lavora d’estate con acqua refrigerata a 7-12°C, mentre per il post riscaldamento estivo ed il riscaldamento invernale con acqua 30-35°C. Infine è bene sottolineare che l’UTA dell’edificio reale è dotata di recuperatore entalpico igroscopico di tipo rotativo ad alta efficienza sensibile, mentre nell’edificio base per l’analisi Leed l’UTA possiede un recuperatore di calore statico al 50% di efficienza.

Per caratterizzare l’impianto sono stati considerati i seguenti rendimenti di funzionamento [1]: • rendimento di emissione = 94%; • rendimento distribuzione = 99%; • perdite orarie per serbatoio inerziale caldo e freddo = 0,5 kWh. Infine, sono stati adottati i seguenti coefficienti di conversione in energia primaria: • ηfoss = 100% per la valutazione di energia termica derivante da combustibile gassoso in energia primaria; • ηel = 42% per la conversione di energia elettrica in energia primaria.

termini di energia specifica di condizionamento l’edificio Si nota Nella tabella primaria 5 si riportano i risultati complessivi perper tutte le cittàreale. analizzate in come il maggior risparmio abbia in calde con miti; 232 Confronto tra diversisiimpianti per lacittà climatizzazione di uninverni edificio per ufficiad esempio, a termini di energia primaria specifica di condizionamento per l’edificio reale. Si nota Monaco, città molto fredda d’inverno e poco o Londra, molto piùa come il maggior risparmio si abbia in città calda calde d’estate, con inverni miti; città ad esempio, mite, il risparmio energetico conseguibile è più basso e il ritorno economico Monaco, città molto fredda d’inverno e poco calda d’estate, o Londra, città molto più dell’investimento (a parità di impianto) si presenterà piùbasso lungo. e il ritorno economico mite, il risparmio energetico conseguibile è più Nella tabella 5 si riportano i risultati complessivi per tutte le città analizzate in dell’investimento (a parità di impianto) si presenterà più lungo. termini di energia primaria specifica di condizionamento per l’edificio reale. Si nota come il maggior risparmio si abbia in città calde con inverni miti; ad esempio, a Tabella 3città – Consumi annuid’inverno per tipologia a Venezia Monaco, molto fredda e poco calda d’estate, o Londra, città molto più Tabella – Consumienergetico annui per conseguibile tipologiaPompa a Venezia mite, il 3risparmio è dipiù basso e il ritorno Caldaia economico Ausiliari Chiller VENEZIA (a parità di impianto) si presenterà più lungo. dell’investimento ] calore [MWh ] [MWh ] [MWh [MWh e Pompa di e Ausiliari Caldaiat] Chillere VENEZIA ST 73.2 60.6 46.4 39.0 ] calore [MWhe] [MWhe] [MWh [MWhe] t Soluzione 1 AE 57.3 50.2 46.4 39.0 ST 73.2 60.6 46.4 39.0 Soluzione ST annui57.3 73.2 50.3 30.8 7.8 Tabella 3 – 12Consumi per tipologia a 50.2 Venezia AE 46.4 39.0 Soluzione AE 57.2 41.7 30.8 7.8 ST 73.2 50.3 di 30.8 7.8 Pompa Ausiliari Caldaia Chiller Soluzione 2 ST 73.3 51.7 30.8 7.8 VENEZIA 57.2 41.7 30.8 7.8 Soluzione 3 AE calore40.6 [MWhe] [MWh [MWh [MWh e] e] t] AE 43.1 30.8 7.8 ST 73.3 51.7 30.8 7.8 ST 73.2 60.6 46.4 39.0 Soluzione 3 Soluzione 1 AE 43.1 40.6 30.8 7.8 AE 57.3 50.2 46.4 39.0

Consumo di energia primaria nelle diverse zone climatiche analizzate per l’edificio reale comprensiva degli ausiliari [kWh /(m³anno)]

RISULTATI TABELLA 5

Considerando l’edificio reale e l’impatto complessivo, i risultati energetici ST 16.4 18.7 15.5 16 riguardano i possibili risparmi in termini Soluzione 2 AE 14.1 16 13.7 14 di consumo energetico. A titolo di esemST 16.5 18.9 15.7 16.1 Soluzione 3 pio, dai risultati riportati nelle tabelle 3 e AE 12.2 14.4 12.9 12.3 4 per le città di Venezia e Roma si possono vedere i consumi elettrici e termici suddivisi nel caso standard (ST) o alta efficienza (AE) relativamente alle tre soConfronto traPerdiversi impianti per climatizzare luzioni impiantistiche. caso standard si intende una pompa di calore reversibile con COP = 3,7 (acqua 35°C-30°C, temperatura dell’aria esterna 7°C) ed EER = 2,7 (acqua 7°C-12°C, temperatura dell’aCosti annui VENEZIA ROMA ria esterna 35°C), mentre per macchina Costo fisso Soluzione ST € 39'322 € 37'260 ad • altaCosto efficienza si intende una pompa fisso energia elettrica: energia elettrica 1 AE € 33'514 € 31'565 di calore reversibile con COP = 5 (acqua 0.16 €/kWh Soluzione ST € 33'018 € 31'683 35°C-30°C, temperatura dell’aria esterna AE € 27'437 € 26'055 2 • Costo fisso gas: 0.07 €/kWh 7°C) ed EER = 4 (acqua 7°C-12°C, tempera€/kWh Soluzione ST € 32'850 € 31'283 tura dell’aria esterna 35°C). Si nota come il € 25'550 € 23'827 AE 3 consumo degli ausiliari perRisparmio produrre calannuale do e freddo incida in modo rilevante, an€ 16'000 Risparmio annuale 14'000 che€quando l’efficienza delle macchine è € 12'000 • Pay Back: € 10'000 Nella tabella 5 si riportano inveelevata.

Venezia € 16'000 € 8'000 Roma ce i risultati complessivi per tutte le città € 6'000 € 14'000 < 4 anni € 4'000 € 12'000 analizzate in termini di energia primaria € 2'000 €0 € 10'000 specifica diSol.condizionamento perSol.l’edifi1 ST Sol. 1 AE Sol. 2 ST 2 AE Sol. 3 ST Sol. 3 AE € 8'000 cio reale. Si può notare come il maggior € 6'000 Leonardo Prendin, Alessandro Teti, Andrea Albertin – Blue Box Group risparmio si Michele abbiaDe in Carli città– Università calde con inverAlessio Zagolin, di Padova € 4'000 € 2'000 ni miti. Ad esempio, a Monaco, città mol15 €0 to fredda d’inverno e poco calda d’estate, Sol. 1 ST Sol. 1 AE Sol. 2 ST Sol. 2 AE Sol. 3 ST o Londra, città molto più mite, il risparmio

13.5 12.1 13.7 11.7

19.6 17.6 19.8 17.3

Confronto tra diversi impianti per climatizzare

Risparmio rispetto alla soluzio standard con ventilconvetto RISPARMIO RISPETTO ALLA SOLUZIONE Risparmio rispetto alla soluzione STANDARD CON VENTILCONVETTORI

standard con ventilconvettori

• Costo fisso energia elettrica: 0.16 €/kWh • Costo fisso gas: 0.070,16 €/kWh

38

#10

Costi annui Soluzione ST 1 AE Costo fisso gas Soluzione ST AE 2 €/kWh Soluzione ST AE 3

0,07

Leonardo Prendin, Alessandro Teti, Andrea Albertin – Blue Box Group Alessio Zagolin, Michele De Carli – Università di Padova

VENEZ € 39'32 € 33'51 € 33'01 € 27'43 € 32'85 € 25'55

Pay Back

<4 anni

Venezia Roma

Sol. 3 AE

• Pay <4

energetico conseguibile è più basso e il ritorno economico dell’investimento – a parità di impianto – si presenterà più lungo.

Valutazione dei risultati Un’analisi economica preliminare semplificata, basata solo sul costo delle macchine, dimostra come macchine ad alta efficienza portino ad un recupero economico della spesa aggiuntiva in tempi sempre ragionevoli (nell’ordine dei 2-4 anni) e come, una soluzione con due pompe di calore reversibili, oltre a dare il miglior risultato in termini di risparmio energetico, in certi casi porti ad un risparmio sull’acquisto delle macchine. Bisogna verificare l’incidenza del costo dell’impianto nel suo complesso. Nonostante tale analisi sia tuttora in corso e non sia stato possibile includerla nel presente lavoro, il risultato preliminare basato sul costo delle pompe di calore appare interessante.

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La sicurezza porta tranquillità.

ANALISI SECONDO PROTOCOLLO LEED Secondo quanto richiesto dal protocollo Leed, per valutare l’efficienza di una soluzione impiantistica a servizio di un edificio bisogna confrontare il consumo complessivo dell’edificio (energia per climatizzazione, ausiliari, illuminazione, altri consumi elettrici) nelle condizioni di progetto e confrontare la soluzione ipotizzata rispetto a un edificio di riferimento [6]. Per calcolare i crediti ottenibili si confrontano le varie soluzioni con quella di base, con valori minimi di trasmittanza termica, un impianto a tutta aria con portata variabile e macchine per la climatizzazione che rispettano determinati requisiti minimi.

A tal fine è stato considerato un edificio base di riferimento avente la stessa geometria di quello reale con caratteristiche di involucro che rispettino i requisiti minimi di legge. I

La nuova generazione di attuatori Belimo SF con ritorno a molla è basata sulla funzionalità ed il design dei leggendari attuatori AF, ormai comprovati in milioni di applicazioni in tutto il mondo. Con la loro motorizzazione efficace ed una coppia aumentata del 30 % proteggono le unità ora meglio che mai. Inoltre è possibile implementare fino a 4 contatti ausiliari utilizzando uno switch addizionale. Oltre che per serrande, i nuovi attuatori con ritorno a molla da 20 Nm possono essere utilizzati per applicazioni su valvole di regolazione a sfera o valvole a farfalla.

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Un’analisi economica preliminare semplificata, basata solo sul costo delle macchine, dimostra come macchine ad alta efficienza portino ad un recupero economico della spesa aggiuntiva in tempi sempre ragionevoli (nell’ordine dei 2-4 anni) e come, una soluzione con due pompe di calore reversibili, oltre a dare il miglior risultato in termini di risparmio energetico, in certi casi porti ad un risparmio sull’acquisto delle macchine. Bisogna verificare l’incidenza del costo dell’impianto nel suo complesso. analisi èper tuttora in corso e non è statoriduca possibile includerla nel primaria presente per lavoro. la quota di energia concrediti aTale disposizione il consumo energetico Tuttavia preliminare basato suldizionamento costo delle e pompe di calore appare ventilazione fino al 25% cirdell’edificio sono il19,risultato mentre, complessivameninteressante.

ca rispetto al totale a Venezia e quasi al 20% te, il massimo punteggio ottenibile per le nuoa Roma. ve costruzioni è 110 e la classificazione Leed, nel I risultati hanno mostrato la possibilità di modello4.italiano, prevede la classe Base (40-49 ANALISI SECONDO PROTOCOLLO LEED acquisire fino a 7 crediti punti), Argento (50-59 punti), Oro (60-79 punti) e Secondo quanto richiesto dal protocollo LEED, un perpunteggio valutare l’efficienza di solauna mente grazie alla confrontare scelta impiantistica di terPlatino (80-110 punti). soluzione impiantistica a servizio di un edificio, bisogna il consumo complessivo dell’edificio (energia per climatizzazione, ausiliari, illuminazione, altri minali di impianto e macchine per la climaconsumi elettrici) nelle condizioni di progetto e confrontare la soluzione ipotizzata tizzazione più efficienti.

Valutazione dei risultati rispetto a un edificio di riferimento [6]. Per calcolare i crediti ottenibili si confrontano le In tabella 6 sono riassunti i consumi di enervarie soluzioni con quella di base, con valori minimi di trasmittanza termica, un gia primaria specifica totale dell’edificio e i punti impianto a tutta aria con portata variabile CONCLUSIONI e macchine per la climatizzazione che Leed acquisibili, secondo le indicazioni del GBC primaria consumata rispettano determinati requisiti minimi. A tal fineL’energia è stato considerato un edificiodall’edifibase di riferimento avente la stessa geometria di quello reale con caratteristiche dileinvolucro che Italia, per il credito “ottimizzazione delle prestacio risulta analoga per tutte sei città conrispettino i requisiti minimi di legge. I crediti a disposizione per il consumo energetico zioni energetiche” per un edificio di nuova cosiderate. Le soluzioni analizzate dimostradell’edificio sono 19, mentre complessivamente il massimo punteggio ottenibile per le struzione, considerando come riferimento l’edino però maggior risparmio clima più nuove costruzioni è 110 e la classificazione, nelun modello italiano, nel prevede la ficio base.

Si noti, nelle figure 8 e 9, come passare caldo, con inverni più miti, che consentono classificazione in Base (40-49 punti), Argento (50-59 punti), Oro (60-79 punti), Platino (80-110 dall’edificio basepunti). alla soluzione più efficiente, una maggiore efficienza di funzionamento In tabella 6 sono riassunti i consumi di energia primaria specifica totale goli_de carli_prendin 225-196.qxd 234 secondo le indicazioni del GBC Italia, per il dell’edificio30/05/11 e i punti15:56 Leed Pagina acquisibili, credito “ottimizzazione delle prestazioni energetiche” per un edificio di nuova goli_de carli_prendin 225-196.qxd 15:56 come Pagina 234 costruzione,30/05/11 considerando riferimento l’edificio base. Si noti nelle figure 8 e 9 come passare dall’edificio base alla soluzione più efficiente, riduca la quota di energia primaria per condizionamento e ventilazione fino al 25% circa rispetto al totale a Venezia e quasi al 20% a Roma.

ANALISI SECONDO PROTOCOLLO LEED ITALIA

della pompa di calore. D’altro canto i climi più miti presentano un’estate più calda e quindi carichi di raffrescamento mediamente più rilevanti. Tutto questo determina, con macchine ad alta efficienza, una maggior risparmio di energia.

Questo lavoro è il primo passo di un progetto il cui scopo è analizzare le possibilità per migliorare l’efficienza energetica nel terziario. Ulteriori sviluppi considereranno il costo complessivo dell’impianto, diverse strategie di regolazione, in particolare basate sulla temperatura variabile nell’impianto e l’utilizzo del free cooling. n 1 Alessio Zagolin e Michele De Carli – Università di Padova, Padova 2 Leonardo Prendin e Alessandro Teti – BlueBox Group S.r.l., Cantarana (VE)

Confronto tra diversi impianti per la climatizzazione di un edificio per uffici

234

Tabella 6 – Consumi totali di energia primaria specificaspecifica Consumi totali di energia primaria Confronto tra diversi impianti per la climatizzazione di un edificio per uffici

234

[kWhP m-3 anno-1]

Roma

Venezia

Roma

Venezia Roma Punteggio Leed Nelle figure 8 edi9 base è diagrammata consumi di energia primaria Soluzione 76.7 la suddivisione 76.5 EPdei risparmiata [crediti] complessiva dell’edificio nelle varie ipotesi rispettivamente per Venezia e Roma. Si nota 69.3 la sia 67.9 11% 0 primaria 0 figure 8 e19agli èST diagrammata suddivisione dei consumi di energia come Nelle la parte relativa altri consumi piuttosto10% rilevante e incida maggiormente Soluzione AE 65.3 64.0 15% 16% 2 3 complessiva nelledivarie ipotesiefficienza. rispettivamente e Roma.

Si nota con soluzionidell’edificio impiantistiche maggiore Al fineper di Venezia ridurre tali consumi una ST 66.5 65.7 13% 14% 1 2 come la parte relativa2 agli dal altriricorso consumi sia piuttosto e incida maggiormentee possibilità èSoluzione rappresentata a sistemi BMS rilevante di gestione dell’illuminazione AE di maggiore 62.6 61.8 18%fine di 19% 4 4 con soluzioni impiantistiche efficienza.

Al ridurre tali consumi una delle schermature [9]. Tale analisi non è stata svolta in questa sede.

ST 66.3 65.3 14% 15% 2 2 possibilità èSoluzione rappresentata dal ricorso a sistemi BMS di gestione dell’illuminazione e 3 AE 59.5 58.3 22% 24% 6 7

TABELLA 6

Venezia

delle schermature [9]. Tale analisi non è stata svolta in questa sede.

100% Figura 8 – Ripartizione dell’energia primaria a Venezia 90% 80% 100% 70% 90% 60% 80% 50% 70% 40% 60% 30% 50% 20% 40% 10% 30% 0% 20% 10% Edificio base Soluzione 1 Soluzione 2 Soluzione 3 0% Edificio base Soluzione 1 Soluzione 2 Soluzione Figura 8 - Ripartizione dell'energia primaria a Venezia.3

Altri usi Ausiliari Altri usi Freddo Ausiliari Caldo Freddo Caldo

Figura 9 – Ripartizione dell’energia primaria Roma Figura 8 - Ripartizione dell'energia primaria aaVenezia.

100% 90% 80% 100% 70% 90% 60% 80% 50% 70% 40% 60% 30% 50% 20% 40% 10% 30% 0% 20% 10% 0%

Altri usi Ausiliari Altri usi Freddo Ausiliari Caldo Freddo Caldo

Edificio base

Soluzione 1

Soluzione 2

Soluzione 3

Suddivisione dei consumi di energia primaria complessiva dell’edificio nelle Edificio base9 - Ripartizione Soluzione 1dell'energia Soluzione 2 Soluzione 3 Figura primaria a Roma. varie ipotesi rispettivamente per Venezia e Roma.

Si nota come la parte relativa agli altri consumi sia piuttosto rilevante e incida maggiormente con soluzioni 9 - Ripartizione dell'energia primaria a Roma. impiantistiche diFigura maggiore efficienza. Al fine di ridurre tali consumi è pensabile ricorrere a sistemi BMS di gestione dell’illuminazione e delle schermature [9] CONCLUSIONI

Nel presente lavoro è stata svolta un’analisi su un edificio per uffici e in particolare CONCLUSIONI sui consumi complessivi, partendo dai fabbisogni energetici netti per diverse zone 40 Nel presente # lavoro èalla stata simulazione svolta un’analisi su un edificio e in particolare climatiche ricorrendo dinamica con per il uffici codice TRNSYS. sui consumi complessivi, partendo dai fabbisogni energetici netti per diverse zone Successivamente è stata svolta un’analisi sugli impianti mediante opportuni algoritmi di climatiche ricorrendo alla simulazione dinamica con il codice TRNSYS. calcolo implementati in excel, basati sulle prestazione delle macchine in diverse

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BIBLIOGRAFIA

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5, pp. 22-27 ISSN: 0373-7772. 200

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Manutenzione e Ambiente

Problematiche di gestione e manutenzione del sistema edificio-impianto

L’incertezza dei costi relativi agli aspetti gestionali e manutentivi crea rischi e insicurezze che spaventano gli investitori. Ma nuovi metodi si affacciano all’orizzonte: la Life Cycle Cost (LCC) e le Certificazioni Ambientali LEED di Sergio La Mura*

L

’edificio viene pensato, progettato, costruito, venduto e finalmente utilizzato. Ma è proprio quando si pensa che sia tutto finito che si presenta la necessità di gestione e manutenzione, pratiche vissute tuttora in modo “problematico” e considerate come una disgrazia da scongiurare. Questo perché la manutenzione genera tempi morti, una mancata fruibilità del bene e sicuramente costi aggiuntivi, ancor più problematici se non inizialmente previsti.

La manutenzione dei sistemi semplici è spesso intesa come “riparativa” o “a rottura”, con costi difficilmente quantificabili e con disguidi che

rendono il quotidiano piuttosto sgradevole (fermi, attese, perdite di tempo, costi più alti per il “pronto intervento”). I sistemi più complessi, impongono, invece, manutenzioni programmate, spesso lunghe ed onerose.

Sarebbe necessario un cambiamento di prospettiva che contempli la manutenzione e la gestione professionale come un abitudine nella vita del Committente e/o dell’Utente, per garantire il risultato atteso, sia nel breve, sia ancor più

Manutenzione e Gestione. Le definizioni tratte dalla normativa

Per manutenzione si intende la “combinazione di tutte le azioni tecniche, specialistiche ed amministrative, incluse le azioni di supervisione, volte a mantenere o a riportare un’opera o un impianto nella condizione di svolgere la funzione prevista. Insieme di operazioni che nel loro svolgimento richiedono interventi di smontaggio degli apparati”. La gestione “rappresenta l’insieme delle attività di conduzione e manutenzione, svolte al fine di conseguire l’attività dell’impianto nel modo migliore e al minor costo”.

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#10

nel lungo periodo.

Le fasi manutentive sono essenziali e, se si fanno bene i conti, anche “economicamente convenienti per gli utenti” per garantire impianti efficienti, energeticamente ed ambientalmente eco-sostenibili e con una garanzia di tenuta del valore residuo del bene.

Edificio e impianto: due concetti che rappresentano parti di un corpo unico. A differenza della maggiorparte dei progettisti, gli impiantisti, a buona ragione, generalmente parlano di “sistema edificio-impianto”, perché effettivamente non può esistere un edificio senza impianto e viceversa. La sezione impiantistica varia nella sua quantità, nella sua complessità e ovviamente nel suo valore economico in funzione dell’edificio. Si passa da edifici con una scarsa impiantistica, come magazzini non riscaldati e illuminati naturalmente, ad altri in cui questa è prevalente, come alcuni uffici, ospedali e industrie produttive in cui gli impianti sono talmente importanti da far sembrare l’edificio un semplice involucro di un sofisticato congegno interno.

I problemi dell’impiantistica “nascosta” Non va oltremodo trascurato il fatto che spesso gli impianti hanno tuttora l’impiantistica interamente connessa e/o assorbita nell’edilizia, sotto traccia. Si pensi alle comuni abitazioni riscaldate nelle quali, per cambiare una tubazione di un bagno rotta, dal valore molto limitato, bisogna spesso demolire buona parte del locale spendendo cifre superiori di un paio di ordini di grandezza a quello della tubazione.

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Il “sistema edificio-impianto”

Un impiantistica “nascosta” crea spesso due problemi: • è difficilmente verificabile, anche per impianti nuovi, se è costruita bene e con buona qualità; arduamente rintracciabile: spesso si ignora o si sa solo approssimativamente dove sono posizionate le linee; • gli impianti sono inaccessibili e impossibili da manutenere globalmente e per intervenire bisogna eseguire molti lavori aggiuntivi.

Impianti complessi, come quelli degli ospedali, rappresentano al giorno d’oggi valori economicamente simili (o superiori) a quelli della parte edilizia, al punto da indurre spesso, più all’estero che in Italia, ad effettuare demolizioni complete degli edifici e degli impianti piuttosto che onerosi, lunghi e spesso non efficaci rifacimenti o ripristini dell’edificio esistente e funzionante.

L’edificio e l’impianto andrebbero, invece,

PROBLEMS IN MANAGEMENT AND MAINTENANCE OF THE BUILDING-PLANT SYSTEM

The maintenance and the correct management are obligatory passages that must have effected for having systems building-plant of good quality in the time. All of this is opportune and convenient.

The term “problematic” is often associated to the “management maintenance”, but for an approach still often incorrect, due to operators badly prepared and to buyers not fully convinced of the necessity to consider the management and the maintenance, that must be foreseen (with the relative costs) as phases of the trial.

Scarce financial availability asks for limited costs, but also the certainty of the investment, the certainty of the value of a good. The uncertainty of the costs related to the managerial aspects and of maintenance, creates risks and insecurities, things that are diametrically opposite to the applications of the investors; new methods lean out in support the Life Cycle Cost (LCC) and the Environmental Certifications.

This study is set therefore these objectives: to remember the opportunity to correctly manage all the buildings / plants systems, with indicators simple or complex like the LCC and the LEED certifications.

Keywords: management maintenance, LLC, LEED, PLANTS

manutenuti al meglio, proprio perché la vita utile attesa delle due parti è differente: spesso la parte edile ha una vita attesa dal doppio fino forse a dieci volte quella degli impianti e talvolta per intervenire su quella di vita inferiore si deteriora anche quella più longeva.

I problemi attuali e quelli di sempre La manutenzione inizia dopo che l’impianto è stato progettato, realizzato ed avviato. Spesso viene affidata ad operatori esterni che, caratterizzati da una diversa professionalità e abituati generalmente ad intervenire solo in caso di guasto, tendono facilmente a criticare i precedenti operatori e a commentare negativamente l’impianto. Definendolo mal progettato, mal costruito, mal (o non) collaudato.

Le due categorie di operatori Sono molti gli operatori che fanno manutenzione ma molti meno quelli che si occupano della gestione.

Gli operatori possono essere più o meno professionali, ma generalmente si dividono in due categorie: quelli di grande esperienza, specie sugli impianti ripetitivi, e quelli che si affidano completamente alle nuove tecnologie di supervisione elettronica.

I primi sono spesso molto appassionati, conoscono l’impianto, lavorandovi da anni, a memoria, ne sentono i rumori, avvertono con le mani vibrazioni o variazioni di temperatura. Insomma, fanno le cose perché “si è sempre fatto così” ed è difficile ottenere da loro un report preciso, sopratutto informatizzato, di ciò che fanno e dei risultati dell’analisi chimica che conducono a volte quotidianamente. Ma nelle loro mani gli impianti funzionano ed è difficilissimo sostituire questi uomini che vivono in sinergia con l’impianto.

#10

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Manutentore, una categoria professionale “improvvisata”

Attualmente in Italia non esistono specifiche scuole di formazione, se si escludono i corsi ad-hoc per la gestione degli impianti elettrici, e non esiste l’obbligo di qualifica per l’esercizio della professione del manutentore. Il nostro paese è l’unico in Europa a non aver recepito il Regolamento CE 303/2008 in cui si stabilisce l’obbligo, scaduto il 4 luglio scorso, di formazione certificata per installare e manutenere gli impianti di condizionamento. In Italia vigono esclusivamente le disposizioni promulgate dal Ministero della Salute (Conferenza Permanente Stato-Regioni, 2006) dove sono richieste formazioni apposite per Manutentori di categoria A e B. In questo senso, AiCARR si sta facendo parte diligente programmando questi corsi di formazione, ritenendo che questo sia un elemento distintivo per gli operatori per dimostrare la professionalità conseguita.

I secondi sono, invece, spesso più giovani, dotati di una serie di apparecchiature elettroniche molto sofisticate, non scrivono ma digitano, si affidano completamente ai numeri che registrano e che vedono sui monitor. Hanno sovente un abbigliamento più da tecnico che da operatore, e altrettanto frequentemente siedono dietro una scrivania, e a un monitor.

La speranza è chiaramente che si possa arrivare a concepire una figura completa che lavori sul campo e che contemporaneamente riesca

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#10

ad interpretare correttamente i dati che le vengono proposti.

Le novità all’orizzonte Gli investitori sono alla ricerca di economicità, risparmio energetico e rispetto ambientale, spesso insito nel primo concetto. Ma anche e sopratutto di certezza finanziaria, in riferimento all’investimento iniziale e al valore, attuale e futuro, del bene. La paura più frequente è legata agli imprevisti connessi ai costi gestionali e manutentivi, ordinari o straordinari.

Al fine di arginare questi rischi e incertezze, possono essere presi in considerazione due strumenti: • la LCC (Life Cicle Cost) o in Italiano ACV (Analisi del Ciclo di Vita); • le certificazioni energetiche ambientali dell’intero sistema edificio-impianto sulla base di protocolli internazionali quali LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) o HQE (Haute Qualitè Enviromental).

Analisi del ciclo di vita Il metodo del “Life Cycle Cost” (L.C.C.) consente la comparazione tra alternative di investimento attraverso il confronto, in termini attualizzati, dei costi associabili a ciascun progetto relativi al periodo di tempo considerato. Si tratta di un approccio analitico in cui l’attenzione viene focalizzata su tutti quei costi caratteristici della soluzione impiantistica che incidono sul bilancio aziendale non solo in fase di messa in opera, ma considerando il lungo periodo, fino alla riqualifica o dismissione. Il risultato

conseguito è che tra le diverse alternative sarà realizzata quella tipologia di investimento che consente un maggior contenimento dei costi alla fine del periodo di tempo stabilito.

Le analisi effettuabili Data la flessibilità di questo metodo è possibile condurre una vasta gamma di analisi come ad esempio: • scegliere tra più alternative, applicabili allo stesso sistema, quella economicamente più vantaggiosa, come selezionare per un dato edificio il sistema di riscaldamento o per un processo industriale un componente più efficiente; • accettare o rifiutare un determinato progetto,

ad esempio decidendo di installare o meno un cogeneratore o un pannello solare; • specificare il valore ottimale di un progetto che generi il maggior ritorno economico, come ad esempio il valore ottimale di resistenza termica di una facciata; • scegliere un certo tipo di filtrazione dell’aria valutando non solo il costo iniziale dell’elemento filtrante, ma i costi energetico e gestionali a parità di prestazioni.

Dopo aver stabilito un intervallo temporale su cui condurre l’analisi e la durata di vita utile degli impianti considerati, la caratterizzazione dei costi è effettuata mediante un’analisi tecnico-economica.

Norma UNI EN 15643-2

Sostenibilità delle costruzioni – Valutazione degli edifici – Parte 2: Quadro di riferimento per la valutazione della prestazione ambientale (UNI 15643-2, 2011) Impatti ed aspetti specifici legati alla gestione del sistema Versione in lingua italiana della norma europea EN 15643-2 2011 fornisce i principi In questo gruppo vengono organizzate tutte le informazioni legate alla gestione e i requisiti specifici per la valutazione della prestazione ambientale di un intero del sistema durante la sua vita utile. A partire dalla fase in cui vengono terminate edificio, di parte di esso o dei sistemi che lo compongono, tenuto conto delle cale operazioni di installazione e l’impianto viene messo in opera, gli aspetti speciratteristiche tecniche e funzionali. fici legati all’utilizzo dell’energia vengono suddivisi in: Il quadro di riferimento si applica a tutti i tipi di edifici ed è pertinente alla valuta• dati relativi ad impianti di riscaldamento, condizionamento, ventilazione, prozione della prestazione ambientale sia dei nuovi edifici durante il loro intero ciclo duzione di acqua calda e illuminazione; di vita, che degli edifici esistenti durante la loro vita utile e la dismissione.

• dati relativi a sistemi integrati ausiliari.

Per garantire una corretta e sistematica valutazione dei risultati, le informazioLa Figura 2 illustra il quadro riassuntivo che permette di correlare i moduli delle ni relative alle prestazioni del sistema in esame devono essere organizzate e coinformazioni raccolte con i moduli dei costi durante il ciclo di vita del sistema. In municate secondo lo schema rappresentato in Figura 1, in cui si evidenziano due accordo con la normativa, vengono considerate le seguenti voci: gruppi principali: • Rif. A1-3 Product Stage: i costi dei componenti che andranno a costituire il siste• impatti ed aspetti specifici sulla scelta del sito e dei materiali che costituiscono ma in esame; il sistema; • Rif. A4 Construction Process: i costi relativi al trasporto e alla movimentazione • impatti ed aspetti specifici legati alla gestione del sistema. degli impianti durante la fase di messa in opera; Impatti ed aspetti specifici sulla scelta del sito e dei materiali che costi• Rif. A5 Construction Process: il costo relativo alle operazioni di montaggio ed intuiscono il sistema stallazione del sistema; All’interno di questo gruppo devono essere organizzate tutte le informazioni che • Rif. B6 Use Stage: in relazione ai diversi regimi di utilizzo vengono valutati i costi riguardano le seguenti fasi del progetto (Figura 1): energetici di funzionamento degli impianti; • Rif. 1) fasi di progettazione e di sviluppo del sistema che precedono il processo • Rif. B2 – B5 Use Stage: i costi di mano d’opera e di componentistica sia per opedi costruzione; razioni necessarie al buon funzionamento degli impianti sia per piccole ripara• Rif. 2) fasi del processo di costruzione comprensive di trasporto e movimentazioni che rientrano nella manutenzione ordinaria e straordinaria; zione delle merci; • Rif. C1 – C4 End of life Stage: i costi di riqualifica e smaltimento dei componenti • Rif. 3.1 e 3.2) fasi di utilizzo del sistema dopo l’installazione includendo la gestione; non più utilizzabili quando la vita utile dell’impianto è inferiore al tempo consi• Rif. 4) fasi del sistema riferite ad operazioni di fine vita utile. derato per l’analisi.

FIGURA 1 – Quadro riassuntivo dei moduli delle informazioni.

Da (UNI 15643-2, 2011)

FIGURA 2 – Quadro riassuntivo dei moduli dei costi.

Da (UNI 15643-2, 2011)

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UN CASO DI STUDIO: L’ANALISI DEI COSTI DEL METODO L.C.C.

Il caso studiato con il metodo L.C.C. presenta la scelta tra due tipologie di impianti di stessa taglia per il riscaldamento e raffrescamento di un’unità abitativa appartenente al modello edilizio di “Social Housing”.

La scelta base è stata la realizzazione di un impianto di climatizzazione per tutto l’anno (riscaldamento invernale e condizionamento estivo) a livello centralizzato con Aria primaria in ragione di 0,5 volumi/ora e con terminali individuali nell’appartamento, con contabilizzazione individuale. Sono state messe a confronto

due tipologie afferenti i terminali: la prima ipotesi impiantistica considerata riguarda l’utilizzo di un impianto fan-coil canalizzato, mentre la seconda è rappresentata dall’installazione di pannelli radianti a pavimento.

Il confronto tra i due sistemi viene quindi condotto solo sulle parti “differenziali” dei due sistemi, mentre per le parti presenti in entrambi gli impianti non è stata estesa l’analisi, non risultando influente. L’arco temporale oggetto dell’analisi L.C.C. è di 25 anni.

I risultati dell’indagine Prendendo come riferimento l’indice economico VAN (valore del denaro attualizzato netto) o NPV, che somma i flussi di cassa scontati al loro valore attuale nell’intervallo di tempo stabilito, la tabella dimostra che, per ottenere un’analisi corretta dei costi, non è sufficiente considerare esclusivamente l’investimento iniziale. Durante il periodo dell’analisi intervengono, infatti voci di costo che pesano molto sulla scelta finale.

In particolare, la voce di costo che ha influito maggiormente è quella relativa alle riqualificazioni, qualora sia scelto un materiale inizialmente più economico, con una vita utile minore del tempo di analisi.

Le certificazioni energetiche ambientali: LEED Il processo di monitoraggio dei consumi globali nel ciclo di vita di un edificio è un aspetto che ricopre negli ultimi anni una notevole importanza, tale da essere affrontato in molte certificazioni ambientali esistenti al mondo, ottenendo delle apposite certificazioni ad hoc.

Il raggiungimento degli obbiettivi nei diversi ambiti d’interesse (Energia ed Atmosfera, Gestione delle acque e Qualità Ambientale Interna) aiuta ed indirizza ad una corretta gestione e alla realizzazione di servizi, con vantaggi temporali che mirano non solo al risparmio energetico, ma ad una maggiore qualità globale per il fruitore dell’edificio.

Definire il concetto di “edificio sostenibile” Questo fornisce ai proprietari ed ai gestori degli edifici gli strumenti di cui hanno bisogno per

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avere un impatto immediato e misurabile sulle prestazioni dei loro edifici.

L’obbiettivo è infatti definire il concetto di edificio sostenibile, grazie ad un insieme di indicatori e di tecniche costruttive, e fornire al mercato un marchio di garanzia e di qualità, stabilendo così uno standard comune di misura delle prestazioni ambientali.

I vantaggi delle certificazioni Recenti studi hanno dimostrato che la messa in atto di operazioni di miglioramento potrebbe far risparmiare il 20% dell’energia utilizzata da edifici esistenti, riducendo i costi di capitale, i costi di manutenzione, ottimizzando l’efficienza dei sistemi nell’edificio esistente ed estendendo la durata dei materiale da costruzione.

La certificazione LEED Uno dei programmi di certificazione per terze parti è nato nel 1993 negli Stati Uniti dall’associazione no–profit U.S. Green Building Council (USGBC), ed è divenuto base di riferimento internazionale per la progettazione, la costruzione e la gestione di edifici sostenibili ad alte prestazioni. Il Sistema di valutazione “Leadership in Energy and Environmental Design” (LEED) incoraggia ed accelera l’adozione internazionale di edilizia sostenibile e il suo sviluppo attraverso la creazione e l’implementazione di strumenti e criteri

Cos’è LEED?

di valutazione compresi ed accettati universalmente.

I benefici Un progetto realizzato con criteri di sostenibilità ambientale può minimizzare o eliminare del tutto gli impatti ambientali negativi, attraverso una scelta consapevole che passa per pratiche progettuali e di esercizio migliorative rispetto a quelle comunemente in uso, con il risultato che quel progetto è in grado di posizionarsi nella fascia più alta del mercato edilizio. Inoltre, come ulteriore beneficio, un progetto sostenibile consente di ridurre i costi operativi, aumentare il valore dell’immobile nel mercato e la produttività degli utenti finali, riducendo nel contempo le potenziali responsabilità conseguenti ai problemi relativi alla scarsa qualità dell’aria interna agli edifici.

L’introduzione di misure di efficienza energetica in edifici commerciali può ridurre sensibilmente i costi annui di esercizio e il riutilizzo o il riciclo dei materiali consente di minimizzare l’impatto sulle risorse naturali per la costruzione di nuovi edifici.

LEED è un processo di certificazione volontario che integra i concetti e le richieste affrontati dalle principali normative in materia di risparmio energetico, gestione degli impianti e manutenzione di essi, come la certificazione energetica e le classi energetiche richieste obbligatoriamente. La credibilità e affidabilità del processo di certificazione è dimostrata dall’attenzione sulle tematiche di gestione degli edifici anche perché è comprovato che una riqualificazione edilizia contribuisce ad un risparmio energetico recuperando almeno i costi iniziali per la certificazione.

LEED considera diversi sistemi di rating (certificazioni ad hoc) a seconda della destinazione d’uso dell’edificio da certificare o a seconda del tipo di caratteristiche che si vogliono garantire nell’edificio; un esempio è LEED New Construction per edifici di nuova costruzione o su cui si eseguono interventi sostanziali di ristrutturazione.

LEED in Italia

Nel 2009 in Italia è stato recepito il protocollo di certificazione LEED in merito alla fase di costruzione o ristrutturazione in un edificio grazie ad un lavoro dei soci di GBC Italia per l’adattamento dello standard LEED al contesto italiano: LEED 2009 Italia Nuove Costruzioni e Ristrutturazioni.

In merito alla fase di Gestione e Manutenzione di un edificio è stato creato da US GBC il sistema di rating LEED 2009 Existing Building Operations & Maintenance U.S. per edifici esistenti di generica destinazione d’uso (Figura 3).

Operare secondo questo sistema di rating permette di dotare l’immobile di basi tali da poter intraprendere in futuro un processo di certificazione sia LEED 2009 Italia Nuove Costruzioni e Ristrutturazioni che LEED 2009 Existing Building Operaions & Maintenance U.S, ottenendo benefici di natura ambientale ed economica.

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I vantaggi del Commissioning

L’attuazione della fase di commissioning e l’esecuzione corretta permettono di • prevenire i problemi delle apparecchiature con una riduzione dei costi per manutenzione; • ottenere risparmi energetici ed idrici tali da ridurre gli impatti ambientali connessi; • riduzione dei consumi di risorse ottenendo in questo modo una maggiore qualità ambientale interna.

Fase di monitoraggio attraverso building automation LEED Operations & Maintenance è una certificazione che per la macroarea d’interesse richiede un monitoraggio delle prestazioni energetiche ed un profilo dei consumi, individuando l’utilizzo di energia ed i diversi modelli.

L’organizzazione temporale dei dati di

I punteggi

Sicuramente una modalità di gestione dell’intero immobile, secondo i criteri qui esposti permette di • avere sotto controllo tutte le sezioni dell’edificio-impianto, ora in maniera unitaria, con un obbligo di regia unica e con una verifica periodica non discrezionale, ma secondo un punteggio prestabilito; • essere soggetti anche in questo settore, spesso non regolamentato, da controlli da parte di enti terzi; • garantire gli utenti e, in caso di edifici in locazione, la proprietà sulla bontà della gestione e soprattutto sulla tenuta del valore del bene.

consumo energetico e il controllo delle prestazioni vengono affiancati da un iter di manutenzione preventiva, come la messa in servizio e manutenzione di sistemi di building automation. L’utilizzo del sistema di building automation (BAS) permette il monitoraggio ed il controllo di importanti sistemi di riscaldamento, raffrescamento, ventilazione e illuminazione, regolando i

Un’altra peculiarità di LEED è la struttura stessa della Certificazione, in quanto il protocollo contiene una serie di prerequisiti obbligatori, rispetto ai quali è necessario conseguire una valutazione positiva; in caso contrario non si accede alle successive fasi di valutazione. Tale aspetto obbliga un livello di attenzione di base da osservare in ogni caso, proponendo un approccio trasversale basato sulla sostenibilità, attribuendo punteggi alla performance ambientale su sette macroaree per un totale di 110 punti cosi da determinare il livello di prestazione del progetto. Le Macroaree sono: • Sostenibilità del Sito (8 crediti): (punt. Max 26) • Gestione delle Acque (1 Prerequisito – 1 Credito): (punt. Max 14) • Energia ed Atmosfera (3 Prerequisiti, 6 Crediti): (punt. Max 35) • Materiali e Risorse (2 Prerequisito, 9 Crediti): (punt. Max 10) • Qualità ambientale Interna (3 Prerequisiti, 3 Crediti): (punt. Max 15) • Innovazione nella Progettazione (3 Crediti): (punt. Max 6) • Priorità Regionale (1 Credito): (punt. Max 4) La certificazione attesta la prestazione raggiunta dall’edificio in termini di sostenibilità ambientale e si articola in quattro livelli: Base, Argento, Oro, Platino.

consumi ed individuando i dati utili per attuare le modifiche.

La fase di Commissioning richiesta coinvolge e sviluppa un programma di funzionamento dell’edificio che identifica le esigenze di gestione, conduce test per determinare se l’immobile ed i suoi sistemi operativi fondamentali siano conformi col piano ed individua le modifiche. Quindi un edificio, se realizzato con un controllo globale, certificato LEED e gestito secondo le indicazioni LEED O&M, manterrà il suo valore nel tempo a costi definiti e con la soddisfazione dell’utente.

Conclusioni Crediamo che problemi nella gestione e manutenzione ce ne potranno sempre essere, ma ci teniamo a ribadire che: • con la professionalità e quindi con operatori strutturati, formati e certificati; • con edifici costruiti in un’ottica che guarda ai costi globali dell’intero ciclo di vita; • con procedure di controllo globali dalla progettazione alla realizzazione realizzate da terzi e con una documentazione disponibile; • con una gestione verificata su tutte le tematiche energeticoambientali e sugli altri aspetti concernenti l’edificio; si possono meglio garantire finalmente gli utenti finali e gli investitori per ottenere edifici di prima qualità, non solo ora, ma anche nel tempo. n * Sergio La Mura, Direttore Tecnico e Ricerca & Innovazione Siram SpA. Milano

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Think green significa adottare una filosofia che mira a realizzare edifici sostenibili a basso impatto ambientale.

Scegliere un partner come SagiCofim consente di avere a disposizione una gamma completa di soluzioni che, oltre ad assicurare elevate prestazioni in termini di benessere e risparmio energetico, permettono di rispondere in modo ottimale alle esigenze di integrazione con lâ&#x20AC;&#x2122;interior design.

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INVOLUCRO TRASPARENTE

Oltre il concetto di isolamento termico Evoluzione della facciata trasparente, dalle Double Skin Façade alle facciate altamente integrate di Marco Perino e Valentina Serra *

L

e moderne facciate sono il risultato di un’evoluzione tecnologica sviluppatasi lentamente nel corso dei millenni, ma che nell’ultimo secolo ha subito una brusca accelerazione. La funzione basilare tradizionalmente assegnata all’involucro edilizio è stata quella di creare uno spazio confinato e proteggere l’ambiente interno – condizionato – dalle intemperie e dalle sollecitazioni di un ambiente esterno ostile. Questa necessità fondamentale di realizzare uno scudo protettivo rappresenta un concetto antichissimo: per millenni all’involucro edilizio ed ai suoi componenti (pareti, facciate, coperture, finestrature, porte, …) è stato assegnato il compito primario di creare un effetto “barriera” che permettesse

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di disaccoppiare quanto più possibile le condizioni climatiche esterne da quelle interne, esaltando la capacità di separazione e le proprietà di isolamento e “impermeabilizzazione” in senso lato dei componenti. Conseguentemente, nella storia dei paesi industrializzati, l’involucro edilizio è sempre stato realizzato mediante massicce pareti opache punteggiate da poche e piccole aperture trasparenti: la presenza di una struttura muraria ad elevata inerzia termica consentiva un efficace effetto di accumulo di calore e la resistenza termica, pur se non ottimale, era almeno adeguata alla qualità ambientale richiesta all’epoca. Nei secoli questa architettura tradizionale si è evoluta per materiali e tecniche costruttive,

ma è rimasta sostanzialmente fedele ai propri canoni progettuali senza alcuna radicale innovazione sino alla soglia del XX secolo.

Facciate trasparenti ma poco efficienti È con il Modernismo che cambia profondamente l’atteggiamento verso la forma e la tecnologia dell’involucro edilizio. Grazie a questa innovazione culturale ed al miglioramento dei processi costruttivi, si scelgono nuovi materiali (acciaio, calcestruzzo, vetro,

gli effetti indesiderati causati dalle ampie superfici vetrate sono state così realizzate le cosiddette Double Skin Façade (DSF)1, in cui una seconda pelle trasparente è aggiunta davanti alla facciata vera e propria. Con questo accorgimento si realizza un’intercapedine d’aria (ventilata o meno) al cui interno è possibile installare delle schermature solari, che risultano così protette dalle intemperie esterne, pur esercitando un’efficace controllo dei flussi di origine solare.

Mediante un’opportuna gestione della ventilazione dell’intercapedine, è possibile dotare la facciata di una certa “dinamicità” ed “adattabilità” 365 giorni l’anno. Realizzando un buffer di aria relativamente calda nel periodo invernale si riducono le dispersioni e sitransparent incrementa la tempeTechnological evolution of the building envelope: beyond the conc ratura superficiale interna della facciata, mentre 1 in– estate Integration: ventilated façade conc ventilando l’intercapedine si “raffreddano” le superfici vetrate e le schermature, limitan§ OVF Cavity Ventilation strategies: do i carichi termici entranti in ambiente e le pro§ Winter Thermal Buffer, Natural Ventilation - Supply A blematiche di discomfort. § Mid Season Supply Air: Natural ventilation or Mech

§ Summer Outdoor air curtain: Natural Ventilation or M …) che permettono di “smaterializzare” le superfici dell’involucro edilizio, separando le funzioni di resistenza meccanica dalle altre funzioni (termica, protettiva, ….).

Le facciate tradizionali – solide, compatte, massive – possono ora essere “forate” ed alleggerite con superfici trasparenti, la cui estensione va sempre più aumentando.

Grazie a queste caratteristiche innovative ed all’introduzione della tecnologia curtain-wall, l’impiego di facciate completamente trasparenti diventa molto popolare sin dai primi anni ’50. Tuttavia, durante questa fase i progettisti tendono a fermarsi agli aspetti formali della nuova architettura, senza interessarsi alle implicazioni energetiche e di comfort termoigrometrico

MV-NV

interno, né alle realtà climatiche locali. Di conNV seguenza, gli edifici così realizzati tendono a mostrare prestazioni pessime in termini di consumi energetici per la climatizzazione e condiTB SA zioniTechnological di qualità ambientale Le building ampieenvelope: suevolution of theinterna. transparent beyond the concept of thermal insulation perfici vetrate, frequentemente lastre singole di 1vetro – Integration: ventilated façade concept. chiaro senza alcuna schermatura solare, hanno dato infatti origine a dispersionistrategies: inaccet§ OVF Cavity Ventilation tabilmente alte nelle stagioni di riscaldamento e § Winter Thermal Buffer, Natural Ventilation - Supply Air a carichi solari abnormi nel periodo estivo. Per § Mid Season Supply Air:tali Natural ventilation or Mechanical Ventilation mitigare (ma non certo risolvere) problema§ Summer Outdoor curtain: Natural tiche la soluzione spesso air adottata è stata quel- Ventilation or Mechanical Ventilation la di installare sistemi di climatizzazione sovraMarco Perino - DENER, Politecnico di Torino dimensionati, che tuttavia non permetteno di MV-NV NV risolvere adeguatamente gli aspetti di comfort termoigrometrico.

TB

Arriva la Double Skin Façade

SA

Solo di recente il concetto di involucro trasparente si è evoluto, con una maggiore attenzione all’efficienza dell’edificio: per contrastare

Technological evolution of Marco the transparent building - DENER, Politecnico di Torino envelope: beyond the concept ofPerino thermal insulation

The building envelope has always been considered a key element to guarantee indoor comfort and energy efficiency. A key role is played by glazing or, more in general, by the transparent components. In this paper the technological evolution of the transparent building envelope is described, focusing on the different approaches which have characterized its development. In the past the main aim was the improvement of its thermal properties, nowadays the envelope has to perform like a skin showing an active behaviour in order to fulfill different requirements under different boundary conditions.

This turning point needs new solution and new concept where the integration between building envelope and building services become very strict and unavoidable. In the paper some development trends are described and some examples are analyzed.

Inverno: Thermal Buffer, Natural Ventilation - Supply Air Mezza stagione: Supply Air, Natural Ventilation o Mechanical Ventilation utdoor air curtain, Estate: O Natural Ventilation o Mechanical Ventilation

Keywords: building envelope, thermal insulation, doube skin façade, climate façade

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DSF, una tecnologia da implementare. che direzione?

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Divenuta molto popolare negli anni ’90, dove era spesso accoppiata a soluzioni architettoniche high-tech, la tecnologia DSF non ha da subito dato i risultati sperati: un po’ le scarse conoscenze tecnologiche, un po’ l’inadeguatezza dei metodi progettuali adottati e l’insufficiente integrazione delle facciate con il sistema di controllo climatico hanno portato a inconvenienti spesso maggiori dei benefici ottenuti. Alla luce di queste considerazioni è lecito domandarsi se occorra un’ulteriore evoluzione del concetto di involucro trasparente, e, se si, quale deve essere la direzione verso cui andare.

INVOLUCRO, DA PASSIVO AD ATTIVO

L’innovazione dell’involucro trasparente: oltre il concetto di isolamento

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g [-]

Uglass [W/(m2K)]

Alla luce di queste considerazione è lecito domandarsi se occorr voluzione del concetto di involucro trasparente, e, se si, quale deve e verso cui andare.

La chiave tradizionale di interpretazione ed implementazione del e tenuta al vapore dei componenti di involuSempre maggiore Flussi termici dispersi, lucro cro, edilizio è stata – percome vistoil trend – quella ma si è rivelata inadeguata rispondere isolamento termico dagli annidi’70enfatizzare la alla complessità di esigenze Quanto che vengonopiù postesi realizzava La chiave tradizionale di interpretazione ed Come si può osservare in Figura interno no do/barriera/protezione. un ambiente oggi e che si porranno in un futuro ormai prossiimplementazione del concetto di involucro edi2, negli ultimi 40 anni sono numelato esterno tanto migliori mo. Indubbiamente un buon livello di isolamenlizio è stata – come visto – quella di enfatizzare la dall’ambiente rosi ierano benefici considerate ottenuti passando le prestazio to termico – promosso e imposto da molti funzione di scudo/ barriera/protezione. Quanto da vetrature di scarse prestaziote. Questa filosofia progettuale e anni di ricerca ha portato ad incrementare s in diversi Paesi attraverso incentivi e normative più si realizzava un ambiente interno non conni alle tecnologie oggi disponibili prietà di isolamento termico, tenuta all’aria e tenuta al vapore dei com – ha consentito di migliorare in modo sostanzianesso e isolato dall’ambiente esterno tanto misul mercato; ma il trend si muove si è rivelato per rispondere alla ecomplessità di esig le l’efficienza energeticainadeguato degli edifici, riducendo gliori erano considerate le prestazioni del cro, com- ma verso la “saturazione” gli ulteriori i consumi riscaldamento…ma ponente. Questa filosofia progettuale poste e di miglioramenti oggi e energetici che si diporranno in uncosafuturo ormai dell’isolamento prossimo.teraccadrà agli edifici di domani spingendo semricerca ha portato ad incrementare sempre più (costosi e difficili da ottenere) Indubbiamente un buon livello dimico isolamento termico (promosso plicemente questa politica di sviluppo al limite? le proprietà di isolamento termico, tenuta all’aria saranno in grado di apportare solo ti anni in diversi Paesi attraverso incentivi, norme, leggi) ha consentit modo sostanziale l’efficienza energetica degli edifici e di ridurre i c per ciò che concerne il riscaldamento…ma cosa accadrà agli edifici di d semplicemente questa politica di sviluppo al limite?

Componenti vetrati, i valori di trasmittanza nel tempo Se si esamina l’andamento tendenziale dei valori della trasmittanz carico termico iniziano ad assumere una maggior ridei flussi energetici dispersi per trasmissione che atSe si esamina l’andamento tendenziale dei valori imposti dallecomplessivo legislazioni/normative vigenti nelle varie epoche levanza in termini di spesa energetica per il controltualmente incidono sul bilancio dell’edella trasmittanza dei componenti vetrati, impostivetrati, lo climatico negli edifici. dificio. Per contro, altre problematiche e voci di dalle legislazioni/normative vigenti nelle varie epodament che, si scopre un andamento simile a quello rappre7 1 rappres sentato in Figura 1. Da un lato la trasmittanza delle vetrature (limiti massimi di legge) è diminuita nel 1. Da u 0.9 6 tempo con un andamento pressoché esponenziale, tanza d 0.8 mentre il valore della trasmittanza solare, g, è sceso miti ma con un andamento lineare (passando da un valore di 5 0.7 circa 0,80 per i vetri singoli ad un valore di circa 0,70 diminu y = -0.003x + 0.797 R² = 0.987 per un vetro camera basso emissivo). Come si può os0.6 4 un and servare, il valore richiesto dalle normative oggi vi0.5 esponen genti per Uglass è circa un terzo di quello imposto 3 meno di quaranta anni fa ed i prodotti commerciali 0.4 valore che si collocano al top dello stato dell’arte presentasolare, 0.3 no valori di Uglass pari a circa 1,0 W/m²K nel caso di 2 vetro camera (doppio vetro) basso emissivo e riemy = 5.84e andame 0.2 R² = 0.97 pimento ad Argon e pari a circa 0,5 W/m²K nel caso di 1 (passan vetri a doppia camera (triplo vetro) condue superfici 0.1 di circa basso emissive e riempimento ad Argon (ovvero cir0 0 ca 1/12 dei valori tipici nei primi anni settanta). singoli 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Le prestazioni in termini di isolamento termico, pur circa 0 Anni se ancora migliorabili, hanno dunque raggiunto livelli molto buoni, specie in considerazione dell’entità Figura 1 – Andamento della U ,lim e di negli anni . camera Zona climatica E (0 = primi anni settanta) Figura 1 - Andamento della Uglass,lim e di g negli anni – C zona climatica E (0 = primi anni settanta) servare 52 #10 sto dall vigenti per Uglass è circa un terzo di quello imposto meno di quaranta an -0.03x

glass

g

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UNIQUA TOWER. A Vienna la torre ellittica realizzata dallo studio Neumann&Partners è avvolta in una facciata a doppia pelle

DA ELEMENTO DISPERDENTE A ELEMENTO CAPTANTE.

L’innovazione dell’involucro trasparente: oltre concetto isolamentosemplice termico e statico Le facciate passano dailessere undiinvolucro

ad un sistema complesso ed attivo (Eurac, a Bolzano)

La Figura 3 mostra il flusso di radiazione solare specifico trasmesso attraverso all’unità di superficieper in pianta, Apianta, si solare scopre incidente che questi di ultimi componenti trasparenti diisolamento involucro, calcolato una radiazione 280 L’innovazione dell’involucro trasparente: oltre il concetto di termico 65 2 sono di gran lunga predominanti nel bilancio di energia complesvantaggi marginali. I flussi termici dispersi sono passati da circa 75 W/m (valore rappresentativo dell’irradianza totale incidente su una superficie verticale W/m² (per Avetratura/ Apianta = 1/2) negli anni ’70 ai circa 6,5 W/m² rivolta a sud, valor medio fra sivo le 8dell’edificio. e le 19, per una località posta ad una latitudine di 44° ottenibili oggi con i prodotti commerciali più prestanti; il risparmio N nel periodo estivo, secondo UNI 10349). Come si può notare il flusso di radiazione corrispondente è stato di circa 69 W/m². Ma se oggi immaginassimo Confronto tra ed i flussi solare trasmesso (attraverso vetrature chiare in assenza di schermature) si colloca atdell’edificio. Per contro altre problematiche e voci di carico termico iniziano ad assume2 2 di ridurre ulteriormente di 1/12 la trasmittanza delle vetrature, il riSi fa osservare come rapporto flussi dispersi vetrature per un rapporto A /A = 1/2frae ifra i 25 – 30dalle W/m per un torno ai 100 -110 W/m vetratura re una maggior rilevanza in termini di spesa energetica per il controllo climatico negliilpianta sparmio sarebbe solo di circa 6 W/m² (si fa osservare, fra l’altro, come (Figura 2) ed i flussi solari trasmessi (Figura 3) sia oggi attorno a 1:5 /A = 1/8 (essendo i valori minimi riferiti al caso di vetro camera rapporto A vetratura pianta edifici. la riduzione di Uglass ad un valore teorico 0,042 W/m²K appare oggi (e possa salire a 1: 1 0 se si considerano le radiazioni solari incidenti di emissivo),sicon variazioni modeste nell’arco degli anni.

Per rendere quantitative questebasso considerazioni è valutato il flusso termico disperdi làmetro delle possibilità perpianta un prodotto commerciaanziché ili valore giornaliero).

Situazione analoga ri- i Sidovuto fa osservare come il picco rapporto fra flussi medio dispersi dalle vetrature (Figura 2)sied soalper quadro ditecnologiche superficie in alle dispersioni termiche attraverso le le).

Analoghe considerazioni valgono per un rapporto Avetratura/ trova operando un confronto fra i flussi termici dispersi attraverso flussi solariQ/A trasmessi (Figura 3) sia oggi attorno a 1:5 (e possa salire a 1:10 se si consicomponenti trasparenti dell’involucro edilizio, pianta. Il calcolo è stato sviluppato dederano le risultano radiazioni solari piccodi anziché Apianta = 1/8, per cuispecifico i risparmi energetici specifici essere base incidenti dei valoridi limite legge il valor medio giornaliero). Situaterminando il flusso in funzione della Uglass (sulla zione analoga si ridi circa 17 W/m² nel passaggio dagli anni ’70 ad oggi e di circa 1,5 W/ e del top prestazionale dei prodotti commerciali oggi disponibili).

120.0 trova operando un differenza di temperatura interm² per l’evoluzione futuribile prima èdescritta.

Il flusso specifico disperso stato calcolato per una confronto fracon imodo, flussi no/esterno in 25 °C (rappresentativa, grosso delle condizioni di progetto per Se poi fissata si confrontano questi flussi termici dispersi i carichi termici dispersi attra100.0 molte località poste in zonatrasmessi climatica E). L’analisi è statariferiti condotta parametrizzando le curtermici solari globalmente attraverso le vetrature, verso vetrature, ve in base al rapporto fra la superficie vetratalee la superficie in pianta, Avetrata/Apianta. Tale I = 280 W/m Q/Apianta, ed i flussi rapporto è stato fatto 80.0 80.0 ] entalpici connessi al variare fra il valore m ° T = 25 °C / W [ carico termico sensi- 70.0 minimo di legge, 60.0 A bile per laAglass/Apianta ventilaziopari ad 1/8, ed il va/ = 0.125 60.0 Q lore massimo di 1/2. ne.

Aglass/Apianta = 0.250 40.0 Aglass/Apianta = 0.500 Le usuali stra- 50.0 ]2 La Figura 2 riporta i m / risultati ottenuti. tegie di innovazione [W 20.0 Aglass/Apianta = 0.125 40.0 at Come si può osper il miglioramento an Aglass/Apianta = 0.250 i p Aglass/Apianta = 0.500 dell’efficienza dei 30.0 A/Q servare, negli ultimi 0.0 40 anni si sono ottecomponenti traspa0.82 0.8 0.78 0.76 0.74 0.72 0.7 0.68 g [-] nuti notevoli benefici renti non rappresen- 20.0 da vetratutano dunque più una 10.0 Figurapassando 3 - Andamento deldiflusso solare globalmente trasmesso attraverso le Figura 3 –scarse Flusso radiazione solare trasmesso.

Il re di prestaleva efficace dal punvetrature per unità di superficie in pianta in funzione di g – grafico mostra il flusso di radiazione solare specifico zioni alle tecnologie to di vista energetico 0.0 Itot = 280 W/m2trasparenti di involucro, trasmesso attraverso componenti 7 6 5 4 3 2 1 0 oggi disponibili sul ed economico. Le calcolato per una radiazione solare incidente di 280 W/m² Uglass [W/(m2K)] mercato, ma il trend linee di sviluppo basate su tecnologie tradizionali hanno permesso e totale permettono in parte (valore rappresentativo dell’irradianza incidente su di Figura Dispersioni termiche. flusso disperso si superficie muove verso la rivolta Figura 22-–Andamento del flusso termicoIldisperso attraverso vetrature per una verticale a sud, valor medio fra le 8Infatti, e ridurrespecifico in modole efficace i consumi energetici, ma solo ad oggi e nel breve periodo.

25 °C giunti adleun di superficie in pianta in funzione di visto, Uglass - ∆ è statounità calcolato per una differenza di temperatura “saturazione” e ulteriori gli 19,punto per una località posta ad una latitudine di 44° Nprestazionel in cui gli possibili miglioramenti siTè=ormai come interno/esterno fissata in 25°C (rappresentativa, grosso periodo estivo, secondocostosi UNI 10349).

Si può notare come il ulteriori miglioranali saranno marginali e comparativamente piuttosto (per cui ne diminuirà la convemodo, delle condizioni di progetto molte località flusso di radiazione solare trasmesso (attraverso vetrature menti dell’isolamento termico (costosiper e difficili da ottenere) saranno in grado di apportare economica). E’ stato dimostrato come, anche spingendo al limite l’applicazione delle poste zona climatica E). IL’analisi ènienza statadispersi condotta chiare ed in 2assenza di schermature) si colloca attorno ai (per Avetrasolo più in vantaggi marginali. flussi termici sono passati da circa 75 W/m l’efficienza energetica sinora esplorate, si può ottenere al massimo un miglioraparametrizzando le curve in base al strategie rapportoper fra 2 la 100-110 W/m² per un rapporto Avetratura/Apianta = 1/2 6.5 W/m ottenibili oggi con i prodotti commerciali tura/Apianta = 1/2 ) negli anni ’70 ai circa mento delle prestazioni energetiche del 50% (Torcellini et al., 2007) . superficie vetrata e la superficie in pianta, Avetrata/ i 25-30 W/m² per un rapporto Avetratura/Apianta = 2 . Maeè fra se oggi immaginassipiùApianta. prestanti; il risparmio èPer stato di circaquesti 69 W/m superare limiti necessario rivoluzionare l’approccio problema e far eTale rapporto ècorrispondente stato fatto variare fra il valore 1/8 (essendo i valori minimi riferiti al caso al di vetro camera di 1/12 trasmittanza delle vetrature, il risparmio sarebbe solo di mominimo di ridurre ulteriormente di2legge, pari ad 1/8, ed illa valore massimo di 1/2 volvere il concetto. basso emissivo), con variazioni modeste nell’arco degli anni la riduzione di Uglass adper un cui valore 0.042 sono un qualcosa che è per definicirca 6 W/m (si fa osservare, fra l’altro, come L’asserto tradizionale “leteorico costruzioni” tecnologiche per un prodotto commerciale).

W/m2K appare oggi al di là delle possibilità zione fisso, immutabile, che non cambia di posizione, caratteristiche, proprietà, funzioni /Aad = 1/8,fortemente per cui i risparmi Analoghe considerazioni valgono per un rapporto Avetratura pianta 53 # e comportamento inizia essere limitativo e insoddisfacente.

2 nel passaggio dagli anni ’70 ad oggi e di energetici specifici risultano essere di circa 17 W/m Ovvero, l’approccio “one-size-fits-all” sinora utilizzato non funziona più così bene, prima descritta. circa 1.5 W/m2 per l’evoluzione futuribile specie oggi in un era in cui la sostenibilità energetica spinge sia i progettisti che gli utentot

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interfaccia con l’ambiente esterno e può, dunque, ospitare agevolmente tecnologie per lo sfruttamento delle energie rinnovabili (non-carbon) e/o energie di basso pregio (a bassa exergia). La strada per l’innovazione che oggi appare più promettente consiste nel non considerare più il componente di involucro come una barriera, ma come una membrana “vivente”, dinamica, responsiva, adattabile alle diverse necessità e capace di integrare e svolgere funzioni diverse. Il componente trasparente e l’involucro edilizio saranno utilizzati per “filtrare, accumulare e/o modificare i flussi di massa ed energia, gestendo i parametri ambientali esterni per soddisfare le esigenze interne”.

Figura 4 – Funzioni richieste all’involucro edilizio del futuro. L’evoluzione nel concetto e nelle funzioni dell’involucro determinano un passaggio dal concetto di involucro/barriera/scudo al concetto di “pelle”

le vetrature/pianta, ed i flussi entalpici connessi al carico termico sensibile per la ventilazione. Le usuali strategie di innovazione per il miglioramento dell’efficienza dei componenti trasparenti non rappresentano dunque più una leva efficace dal punto di vista energetico ed economico. È stato dimostrato come, anche spingendo al limite l’applicazione delle strategie per l’efficienza energetica sinora esplorate, si può ottenere al massimo un miglioramento delle prestazioni energetiche del 50% (Torcellini et al., 2007).

L’evoluzione: l’involucro come membrana “vivente” Per superare questi limiti è necessario rivoluzionare l’approccio al problema e far evolvere il concetto: l’asserto tradizionale per cui “le costruzioni” sono qualcosa che è per definizione fisso, immutabile, che non cambia di posizione, caratteristiche, proprietà, funzioni e comportamento inizia ad essere fortemente limitativo e insoddisfacente. L’involucro edilizio, più che come un “componente”, una struttura dell’edificio, dovrà essere considerato come un luogo, una collocazione spaziale, che offre un’enorme

Le key words che dovranno guidare lo sviluppo futuro dell’involucro trasparente • Responsività • Intercambiabilità • Adattabilità • Comportamento dinamico (active response) • Integrazione / interattività • Accoppiamento con tecnologie RES • Armonizzazione (tuning) con l’ambiente esterno

Involucro, linee guida per il futuro In questa visione occorre considerare l’involucro come una risorsa e una locazione spaziale dove inserire ed integrare diverse funzioni e sottosistemi impiantistici. Per poter soddisfare le esigenze poste da questi nuovi concetti, la ricerca e lo sviluppo dovranno focalizzarsi su: 1. Ottimizzazione e miglioramento prestazionale di soluzioni tecnologiche esistenti 2. Sviluppo di nuove tecnologie e uso di materiali innovativi 3. Ideazione e sviluppo di nuovi concetti e sistemi in cui il sistema edificio-impianti sono strettamente integrati fra loro

Esempi di nuove tecnologie e nuovi materiali Smart windows Nell’ambito delle finestrature che utilizzano materiali innovativi si collocano le cosiddette “Smart Windows”. Si tratta essenzialmente di sistemi basati su vetri a “colore”, o più in generale, a “proprietà”, variabili. In particolare, i primi sfruttano le tecnologie cromogeniche per modificare le caratteristiche ottiche in risposta a stimoli esterni di varia natura. In tale ambito si possono citare le vetrature elettrocromiche (EC), che rispondono ad un voltaggio o ad un carico elettrico, le termocromiche (TC), che rispondono alla temperatura, e le fotocromiche (FC), che rispondono ai raggi UV.

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Materiali a comportamento attivo e passivo Fondamentalmente questi prodotti si distinguono in due grandi categorie: da un lato i materiali a comportamento passivo, che lavorano senza l’utilizzo di una fonte di energia esterna, come i materiali fotocromici e termocromici; dall’altro, quelli a comportamento attivo, i cui processi vengono regolati dall’esterno ed attivati elettricamente, come i materiali elettrocromici. Questi materiali vengono EFFETTI SUI CONSUMI ENERGETICI. In figura sono schematizzati gli effetti sui consumi energetici per l’illuminazione e la climatizzazione derivanti dall’uso dei sistemi foto-elettro e termo cromici

normalmente prodotti sotto forma di sottili film o depositi da inserire all’interno di vetrocamera o di pannelli stratificati in vetro o in materiale plastico: va sempre impedito, infatti, il contatto con l’atmosfera che porterebbe ad un degrado dei depositi cromogenici.

Gli elettrocromici I materiali elettrocromici, sono quelli dalle prestazioni più promettenti per le applicazioni edilizie: si tratta della soluzione al momento più matura, già presente con alcuni prodotti sul mercato. Se sottoposti ad una differenza di potenziale elettrico (tipicamente fra 1 e 5 V), tali materiali modificano il fattore di trasmissione luminosa tra il 70% ed il 3%, mentre la trasmissione nel campo dell’infrarosso può variare tra il 50% ed il 10% circa. Il processo elettrocromico può essere innescato e regolato a piacere a seconda delle esigenze. Gli aspetti negativi (per altro comuni a tutte le tecnologie cromogeniche) sono il costo, tuttora molto elevato, e la necessità di un’accurata posa in opera e di una costante manutenzione.

VETRATE CROMOGENICHE termocromici modificano le proprietà ottiche se sottoposti a variazioni di temperatura; anche in questo caso si tratta di cambiamenti temporanei e reversibili. Impiegati in edilizia a partire dal 1974, i termocromici non hanno visto un uso massiccio a causa dell’elevato costo e della durabilità dubbia, pur se la ricerca in argomento è attiva. Costi elevati e disomogeneità del processo cromogenico sono due fattori limitanti ad un’ampia diffusione dei prodotti oggi disponibili (pur se alcune multinazionali del vetro stanno destinando grandi investimenti economici nella produzione in larga serie di tali vetri).

PCM da incorporare nelle vetrature Un’alternativa (o complemento) per il controllo dei carichi solari trasmessi, più recente rispetto

I foto e i termocromici I materiali fotocromici, invece, possiedono la capacità di variare il proprio colore e la propria trasparenza in seguito all’assorbimento di radiazione elettromagnetica; una variazione che dura esclusivamente il tempo in cui è attiva la radiazione incidente. Al momento sono utilizzati per lo più nel campo delle lenti per occhiali. In maniera simile, i vetri

ai sistemi cromogenici ed ancora a livello praticamente sperimentale, è quella di incorporare nelle vetrature dei materiali a cambiamento di fase (PCM). Questi, durante il processo di fusione/solidificazione riescono ad immagazzinare ingenti quantità di energia a temperatura pressoché costante: l’energia così accumulata può poi essere ceduta in ambiente anche a distanza di ore. L’impiego di vetrature con PCM integrati consente di incrementare considerevolmente l’inerzia termica delle vetrature (un elemento sempre critico relativamente alle superfici trasparenti) e di gestire efficacemente i flussi solari entranti. Ricerche recenti hanno mostrato (Goia et al., 2010) come questa tecnologia permetta di migliorare, per molte condizioni operative, il comfort termoigrometrico interno (riduzione dell’effetto superficie calda/ fredda) e le prestazioni energetiche della superficie vetrata, come schematicamente evidenziato in Figura 6.

Modulo multifunzionale innovativo

PCM. Esempio di vetrature con materiali a cambiamento di fase (PCM) incorporati.

Edificio in Svizzera con sistema GlassX

Figura 6 – Effetti da PCM. Flussi termici totali attraverso un vetro camera tradizionale ed una vetratura con PCM

Infine, altre soluzioni sono state testate all’interno di un nuovo modulo di facciata, chiamato ActResS-Active, Responsive e Solar System (progettato nel corso del progetto PRIN 2007 e in corso di ulteriore sviluppo ed ottimizzazione nei progetti Polight SMARTGLASS e SI2). In questo modulo multifunzionale innovativo, il sottomodulo trasparente è dotato di triplo vetro con coating basso emissivo e con riempimento ad Argon. La specchiatura superiore (avente funzione di daylighting, ma senza la necessità di visione – traslucida, ma non trasparente), inoltre, presenta l’intercapedine esterna riempita con aerogel (al fine di spingere al limite l’isolamento termico, aerogel = 0,009-0,012 W/(m K)). La specchiatura inferiore, con funzioni di daylighting e visione esterna (trasparenza), ospita invece una schermatura solare ad alta prestazione (Pellini ScreenLine®) con rivestimento basso emissivo (posizionata nell’intercapedine più esterna). Questa tecnologia permette un efficace controllo della trasmissione solare e luminosa, consentendo di mantenere ragionevolmente bassa la temperatura superficiale interna della vetratura.

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Esempi di componenti adattativi ed integrati con i sistemi impiantistici La più importante e promettente evoluzione tecnologica rispetto alle tecnologie DSF è rappresentata dalle cosiddette Advanced Integrated Façade, AIF (Perino, 2010). Si tratta di soluzioni in cui l’integrazione edificioimpianto è molto spinta e consente di migliorare in modo sensibile gli aspetti di dinamicità ed adattabilità dell’involucro edilizio, che diviene così in grado di cambiare con continuità e flessibilità le sue caratteristiche/ funzioni e di adeguarsi alle mutevoli condizioni al contorno ed alle richieste degli occupanti. Con tali concetti la suddivisione fra componenti opache e trasparenti e fra involucro ed impianto tende a perdere la connotazione tradizionale ed il confine di passaggio fra un sottosistema e l’altro è debole e sfumato.

Ogni layer della facciata ha uno scopo I “componenti di involucro” cambiano e si trasformano in moduli di facciata multifunzionali e componenti “attivi/adattativi”. Il “polivalent wall”, proposto da Mike Davies nel 1981, può considerarsi l’antesignano di queste soluzioni. In questa tecnologia, ad ogni layer della parete è associata una funzione ed uno scopo diverso ed adattabile: isolamento termico, protezione solare, gestione dei flussi di calore, gestione dei flussi di

L’analisi della performance delle facciate, in termini di efficienza energetica e comfort termico, è stata effettuata considerando i seguenti parametri termofisici e prestazionali: • efficienza di preriscaldamento (Di Maio e van Passen, 2001); • efficienza di isolamento dinamico (Corgnati et al., 2007); • flussi termici “totale” e “long-wave” attraverso la facciata; • flussi termici “long-wave”2 e “totali” ed energie giornaliere normalizzate (dalle 08:00 alle 20:00) attraverso la facciata (Serra et al., 2007); • temperature e temperature normalizzate superficiali del vetro interno.

PRIMI ESEMPI DI DSF IN SPAGNA. Per questa facciata la vetrata interna è a doppia camera: un passaggio largo 90 cm separa la facciata esterna da quella interna massa (aria e vapor d’acqua), sfruttamento dell’energia solare, ….

Nel seguito verrà fornita una panoramica sulle tecnologie di questo tipo che sono state oggetto di studio da parte del gruppo TEBE del Politecnico di Torino. Le tipologie di facciata (Annex 44 – IEA) ad oggi sperimentate sono: Double Skin Façade, Climate Façade, “Highly Integrated” Façade, Hybrid Ventilated Double Skin Façade.

Facciate A Doppia Pelle La Double Skin Façade, testata con il sistema TWINS del Dipartimento di Energetica del Politecnico di Torino, è dotata di aperture di ventilazione regolabili per la mandata (alla base) e l’estrazione (sulla sommità) dell’aria nella cavità ventilata. È necessario sottolineare che, nonostante la facciata DSF testata adottasse una

Figura 7 – Double Skin Façade. (a) flussi termici “long-wave” nelle condizioni invernali; (b) flussi termici “totali” in condizioni estive; (c) temperature superficiali del vetro interno in condizioni invernali; (d) profilo delle temperature con schermature diverse in condizioni estive

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struttura tipica delle soluzioni “tradizionali”, il suo progetto ed i materiali utilizzati rappresentavano lo stato dell’arte della tecnologia (per esempio vetro basso emissivo, roller screen ad alte prestazioni …).

Nella stagione di riscaldamento il concept della DSF è basato sullo sfruttamento dell’energia solare attraverso un buffer termico: l’aria contenuta nello spazio tra i layers vetrati viene riscaldata dalla radiazione solare che incide sulla schermatura posta all’interno della cavità. In questo modo la facciata funziona come una sorta di collettore solare ad aria, aumentando la temperatura dell’aria nella cavità. Le misure condotte hanno mostrato come attraverso questa tecnologia sia possibile ottenere un flusso termico “long-wave” entrante in ambiente di gran lunga più alto rispetto al caso di un componente vetrato tradizionale (facciata singola con vetrocamera). Al contrario, se la facciata è ventilata naturalmente, il profilo del flusso

termico “long-wave” è molto simile a quello della facciata di riferimento (come schematizzato in Figura 7a). Le dispersioni termiche notturne più basse sono spiegate dalla presenza del vetro camera basso-emissivo ad alte prestazioni nella DSF (la facciata di riferimento ha un vetro camera convenzionale) e dalla presenza di un’ulteriore intercapedine di aria. Se viene adottata la configurazione thermal buffer (assenza di ventilazione dell’intercapedine), la temperatura superficiale del vetro interno è più elevata rispetto ad una vetratura convenzionale, con valori di picco di 3°C più alti rispetto alla facciata di riferimento (Figura 7c). Questo ha un effetto positivo sul comfort termico degli occupanti, riducendo il rischio di asimmetria di temperatura radiante (effetto parete fredda). In estate e nella mezza stagione, quando viene attivata la ventilazione per effetto camino nella cavità ventilata, entrambi i flussi termici, totale e long-wave, sono ridotti se confrontati con il componente vetrato di riferimento (Figura 7b). Le temperature dell’aria e delle schermature solari nella cavità della DSF possono, tuttavia, raggiungere valori critici (Figura 7d) durante le ore centrali del giorno (rispettivamente più di 40 e 50°C) ed è necessario adottare strategie apposite per evitare il rischio di surriscaldamento (per esempio vetri basso-emissivi, aumento della ventilazione naturale).

Freni all’implementazione della DSF Una DSF è una “semplice” tecnologia di involucro adattativa, che mostra ancora una debole integrazione dell’impianto HVAC. Le principali criticità dell’adozione e dell’implementazione di questa tecnologia sono dovute al fatto che le prestazioni termiche vengono ottimizzate solo se si adottano materiali e sottosistemi ad alte prestazioni (vetro e schermature solari ad alte prestazioni).

Un’alternativa per evitare i surriscaldamenti estivi del componente, è di agire sull’effetto camino ed

FACCIATA INTEGRATA CON IL SISTEMA IMPIANTISTICO. Nella Climate façade la ventilazione è meccanica e la facciata funge da terminale di estrazione per l’impianto di ventilazione

aumentare la portata di ventilazione nell’intercapedine. Tale provvedimento presenta però una limitazione nel caso in cui la portata di ventilazione dell’intercapedine sia la medesima per la ventilazione dei locali. In questi casi (per esempio “exhaust” or “supply façade”) l’entità dell’aria necessaria (e raccomandata da norma) per il controllo dell’IAQ pone dei limiti al valore massimo della portata che può essere inviata in intercapedine (valore che è spesso insufficiente per un adeguato raffrescamento della facciata).

Climate Façade La tipologia Climate Façade (4) è stata analizzata durante due diverse campagne sperimentali, una in campo (Corgnati et al., 2007) e la seconda con il sistema TWINS (Serra et al., 2010). Questo tipo di facciata viene ad operare come un elemento vero e proprio del sistema HVAC (Figura 8). L’aria in uscita dalle stanze passa nella cavità della facciata, ventilata meccanicamente. Anche in questo caso lo sfruttamento della radiazione solare è ottenuto grazie all’interazione della radiazione stessa con le schermature solari e con l’aria che fluisce nella cavità. Tuttavia, grazie all’integrazione con l’impianto HVAC, in queste tecnologie è possibile realizzare una maggior flessibilità della ventilazione, gestendone, potenzialmente, entità e percorsi. È quindi possibile, attraverso la scelta della strategia di ventilazione più idonea, adattare il comportamento del componente alle richieste ambientali (heating/cooling) ed alle condizioni al contorno disponibili.

Figura 8 – Climate Façade, strategia di funzionamento. (a) estate e mezza stagione; (b) inverno con ventilazione

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Stagione invernale In inverno si può realizzare un buffer caldo tra l’ambiente interno ed esterno (no ventilazione), oppure si può attivare la ventilazione e sfruttare il flusso termico assorbito dalla schermatura come una sorta di “recuperatore di calore” per preriscaldare l’aria esterna di ventilazione. In inverno e nei giorni soleggiati, la presenza del buffer caldo permette di sfruttare adeguatamente gli apporti gratuiti. I flussi termici “long-wave” sono sempre entranti e il flusso d’aria e gli apporti termici “long-wave” sono inversamente proporzionali: l’aumento della portata dell’aria porta ad una riduzione del flusso termico entrante (come mostrato in Figura 9a); occorre pertanto trovare il giusto compromesso fra isolamento termico e possibilità di utilizzo della facciata come “collettore solare ad aria”. In relazione a questo aspetto si osserva che l’efficienza di preriscaldamento (Figura 10b) risulta per circa il 50% del tempo negativa, ovvero la facciata raffresca il flusso d’aria nella cavità, invece che riscaldarlo: in tali condizioni un opportuno sistema di controllo deve provvedere a fermare la ventilazione.

Una schermatura solare con un valore di assorbimento della radiazione solare alto (una veneziana in alluminio invece che un roller screen riflettente in alluminio) garantisce valori di efficienza di preriscaldamento più elevati, così come portate d’aria più basse.

La presenza del buffer caldo, inoltre, influenza positivamente la temperatura del vetro interno, che risulta sempre più alta rispetto a quella di una vetratura tradizionale. Come per i flussi termici, una portata d’aria più alta peggiora la performance della facciata rispetto alla temperatura superficiale del vetro interno (Serra et al., 2010).

Stagione estiva In condizioni estive la Climate Façade viene utilizzata per abbattere la radiazione solare entrante e diminuire i carichi solari. Tale funzione è svolta anche dai componenti vetrati tradizionali (vetrature + schermatura); tuttavia questi ultimi, a causa dell’incremento (molto alto) delle temperature delle schermature solari, sono causa di problematiche relative al comfort termico e le prestazioni energetiche non sono soddisfacenti.

Nel caso delle Climate Façade, invece, la presenza della cavità ventilata consente di raffreddare efficacemente le schermature e le vetrature, evitando gli inconvenienti prima citati (Figura 6).

L’abilità della Climate Façade di rimuovere parte della radiazione solare entrante è “misurabile” mediante l’efficienza di isolamento dinamico: come si può osservare (Figura 10a), ε aumenta all’aumentare della portata dell’aria. Passando da una portata di 28 m³/h ad una di 84 m³/h, la riduzione del flusso termico entrante passa da 37% a 58% per almeno il 50% del tempo. In estate,

inversamente a ciò che accade in inverno, l’adozione di schermature solari riflettenti (Roller screen in PVC riflettente in sostituzione della veneziana in alluminio) influisce positivamente sui fenomeni fluidodinamici che avvengono nella cavità, migliorando la performance della facciata. Con le stesse condizioni a contorno, il flusso termico entrante attraverso la Climate Façade è, a seconda della configurazione adottata, pari al 37-46% di quello entrante attraverso un componente vetrato tradizionale. Un possibile problema legato a questa tipologia di facciata è ancora il rischio di surriscaldamento della cavità, che può portare a valori elevati della temperatura superficiale interna del vetro (sino a 39°C in condizioni di picco). Si osserva, però, come il componente innovativo risulti comunque migliore di quello della facciata singola (Figura 9b), con riduzioni delle temperature superficiali dal 2 al 10%.

Figura 9 – Climate Façade 2. (a) flussi termici “long wave” in condizioni invernali, configurazione con le veneziane, a diverse portate d’aria; (b) temperature del vetro interno normalizzate in estate, configurazione a 56 m³/h con diversi tipi di schermature solari

Figura 10 – Climate Façade 3. (a) efficienza di isolamento dinamico in estate con at diverse portate dell’aria; (b) efficienza di preriscaldamento in inverno a diverse portate e con diversi tipi di schermature solari

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Facciate “altamente integrate” Una facciata con un’integrazione maggiore nel sistema edificio-impianto è stata oggetto di un monitoraggio in campo (Zanghirella et al., 2010).

Lo sfruttamento della radiazione solare è simile a quello delle Climate Façade: la cavità ventilata crea un buffer caldo in inverno e consente di rimuovere parte del calore in eccesso in estate. In questo caso la facciata non agisce però come un collettore solare ad aria “semplice”. Come rappresentato in Figura 11, l’aria di ventilazione estratta dai locali (exhaust) viene preventivamente mandata ad un recuperatore di calore aria-aria per preriscaldare (in inverno) o pre-raffrescare (in estate) l’aria di rinnovo. Successivamente, questa portata è distribuita alla base della facciata ventilata (che si sviluppa su due interpiani).

Funzionamento In inverno (Figura 12b) l’aria, dopo aver attraverso l’intera cavità della facciata, è estratta nella parte superiore ed espulsa all’esterno. In estate e nella mezza stagione (Figura 12a), un secondo scambiatore di calore (aria-acqua di pozzo) può essere attivato pre-raffrescando l’aria prima di immetterla nella cavità. Tale scambiatore utilizza acqua di pozzo con temperatura di mandata pari a circa 14°C. Lo scambiatore è attivato quando la temperatura dell’aria di estrazione della facciata supera un certo valore, in base alla stagione in cui ci si trova. In un ulteriore sviluppo del concetto, l’aria di estrazione dalla facciata, nel periodo estivo, potrebbe essere ancora inviata ad uno scambiatore di calore per recuperare l’ulteriore entalpia accumulata (ad esempio utilizzando un recuperatore di calore a pompa di calore aria-aria per effettuare i post-riscaldamenti nell’impianto HVAC).

Figura 11 – Strategia di funzionamento per facciata altamente integrata. (a) estate e mezza stagione; (b) inverno

Risultati del monitoraggio La facciata innovativa ha dimostrato nel corso delle ricerche condotte (monitoraggio in continuo per più di due anni) di offrire in ogni stagione performance energetiche ed ambientali di gran lunga superiori ai componenti vetrati tradizionali (in parallelo è stato monitorato un vetro camera semplice basso emissivo avente medesima esposizione).

L’integrazione tra la facciata ed il sistema di raffrescamento dell’aria ad acqua di pozzo permette di abbassare la temperature della cavità ventilata, evitando i rischi di surriscaldamento evidenziati con la Climate Façade e con le DSF. Nelle mezze stagioni, l’effetto di pre-raffrescamento è utile per abbassare gli apporti termici solari pomeridiani (spesso eccessivi). Tuttavia, occorre scegliere con cautela le strategie di controllo poichè se il pre-raffrescamento ad acqua di pozzo viene attivato eccessivamente presto, durante la mattina, può portare ad un

aumento delle dispersioni termiche (Figura 12a).

Un set-point di 25°C (vicino alla temperatura di set-point dell’ambiente interno) si è dimostrato essere il miglior compromesso. In estate, il preraffrescamento consente di diminuire la temperatura dell’aria nella cavità di circa 5°C; ciò porta ad una riduzione dei flussi “long-wave” e totali di circa il 19 e il 6%, rispettivamente. Per quanto riguarda il comfort termico, l’alta performance dei componenti consente di avere temperature superficiali del vetro interno sempre maggiori di 16°C in inverno e minori di 30°C in estate, anche quando il sistema di pre-raffrescamento non è attivato. L’effetto dell’attivazione dell’acqua di pozzo è quello di ridurre le temperature del vetro interno (fino a 1,5°C in estate e 2,5°C nella mezza stagione) e di migliorare ulteriormente la performance della facciata (Figura 12b).

Questa tecnologia ha quindi la potenzialità

Figura 12 – Facciata altamente integrata, mezza stagione. (a) flussi termici “long-wave”, temperatura di mandata e di estrazione; (b) temperatura della superficie del vetro interna

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RINGRAZIAMENTI

Figura 13 – Prototipo di HFV. Particolare della lamella con moduli FV. I ventilatori sono alimentati direttamente da pannelli FV adagiati sulla lamella mobile posta in corrispondenza della sezione di uscita superiore della cavità ventilata

per essere allo stesso tempo energeticamente molto efficiente e fornire buone performance in termini di comfort. Per un suo corretto funzionamento è però essenziale sia garantire una appropriata integrazione funzionale fra involucro ed impianto, sia assicurare la presenza di strategie di controllo opportunamente studiate e gestite.

FACCIATE CHE UTILIZZANO FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE Trattata nell’articolo “Hybrid Ventilated Façade come esempio di integrazione” nel fascicolo 2 di Aicarr Journal, la Facciata a Doppia Pelle con Ventilazione Ibrida (HV-DSF) testata mediante il sistema sperimentale TWINS introduce un nuovo concetto di involucro. In questo caso, esso viene considerato alla stregua di un’interfaccia sui cui collocare tecnologie per lo sfruttamento delle fonti rinnovabili e gestire flussi di massa ed energia. Come per una DSF

BIBLIOGRAFIA

Figura 14 – Sistema sperimentale TWINS. A sinistra la Test Cell con HFV, a destra la Test Cell con facciata di riferimento

“tradizionale”, la HV-DSF opera con una strategia estiva “Outdoor Air Curtain” per ridurre i carichi di raffrescamento. Due pannelli solari integrati nella facciata alimentano 6 micro ventilatori che permettono di aumentare la portata di ventilazione nella cavità all’aumentare della radiazione solare incidente.

Di poco più complessa di una DSF convenzionale, la HV-DSF permette però una maggiore integrazione con il sistema edificio-impianto ed una più alta flessibilità, risultando quindi più efficiente. L’adozione dei pannelli fotovoltaici integrati consente, infine, di alimentare direttamente i ventilatori e di inviare il surplus di produzione di energia elettrica alla rete (facendo così diventare il componente “produttore” di energia oltre che un “utilizzatore”).

Conclusioni Per raggiungere i traguardi di efficienza energetica posti dalle recenti disposizioni Europee e per fronteggiare gli obiettivi a medio termine (nZEB = nearly Zero Energy Buildings) occorre che il concetto di involucro edilizio trasparente,

• Corgnati, S.P., Perino, M., Serra, V. 2007, Experimental assessment of the performance of an Active Transparent Façade during actual operating conditions, Solar Energy, vol. 81, no. 8: p. 993-1013.

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• Zanghirella F., Serra V., Perino M., Sossai C. 2010, Active transparent façade integrated with a well water cooling system: an experimental analysis. In Proceedings of CLIMA 2010 Conference. Antalya, Turkey.

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Le ricerche illustrate in questo articolo sono state supportate finanziariamente dai seguenti progetti/contratti di ricerca: MIUR “PRIN 2007 – RES2”, Polo di Innovazione “Polight” – Regione Piemonte 2009 progetti “SMARTGLASS” e “SI2”, Contratto di ricerca Somec Marine & Architectural Envelopes s.r.l. Gli autori ringraziano l’arch. Francesco Goia e l’ing. Fabio Zanghirella per la collaborazione.

sino ad oggi comunemente condiviso, cambi radicalmente. È necessario che l’innovazione tecnologica guardi al di là dell’idea secondo cui la prestazione energetica del componente coincide semplicemente con le sue capacità di resistenza termica, iniziando ad esplorare ed implementare con maggior convinzione nuovi materiali e nuove tecnologie capaci di modificarsi ed adattarsi alle diverse condizioni poste dalla variabilità stagionale, meteorologica e di requisiti ambientali. Nonostante il concetto di involucro dinamico e attivo sia conosciuto da tempo, e gli esempi di sistemi oggi disponibili mostrino delle promettenti potenzialità, si evidenziano anche delle criticità. Infatti, se da un lato questi elementi innovativi rappresentano il futuro e la chiave di passaggio necessaria per realizzare una edilizia ZEB (Zero Energy Building), ad oggi non sono ancora diffusamente impiegati a causa della scarsa conoscenza delle loro reali prestazioni in campo, della mancanza di metodi di progetto adeguati e da una scarsa conoscenza circa le strategie di controllo ed integrazione.

Molto deve ancora essere fatto a livello di ricerca applicata e di divulgazione tecnicoscientifica per preparare progettisti, produttori e mercato a questa realtà. n * Marco Perino e Valentina Serra, Dipartimento di Energetica, Politecnico di Torino

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INTERVISTE Stefano Boeri

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ESPERIENZA DELLE AZIENDE

Ventilatori elettronici, quanto costano e quanto convengono I ventilatori elettronici rappresentano attualmente una soluzione tecnologica di grande valenza, poiché consentono significativi risparmi energetici, coniugando anche una grande flessibilità di utilizzo di Stefano Filippini*

P

che oltre la metà dell’energia prodotta nel mondo venga utilizzata dai motori elettrici impiegati in diverse applicazioni, si comprende come l’aumento del loro rendimento possa portare a una notevole riduzione dei consumi energetici e quindi delle emissioni di CO2.

Un buon metodo per risparmiare energia è l’adozione di motori elettrici caratterizzati da minori perdite, come nel caso dei motori elettronicamente commutati, meglio noti come EC. Si tratta di motori che, grazie al sistema di regolazione elettronico integrato di cui sono dotati, assicurano il funzionamento ottimale di ventilatori, pompe e compressori in ogni momento e consentono, al tempo stesso, un notevole risparmio energetico. Introdotti negli anni ’80 e oggi realizzati con potenze anche di soli 3 kW, i motori elettronicamente commutati hanno un’efficienza superiore al 90% sull’intero campo di regolazione. oiché si stima

62

#10

Per questo motivo, oggi vengono sempre più spesso applicati a ventilatori a velocità variabile per ottenere scambiatori di calore ventilati e con una migliore efficienza, ossia in grado di scambiare al meglio il calore con un minimo apporto energetico per la ventilazione. Data la loro importanza, soprattutto per quanto riguarda la riduzione dei consumi energetici degli impianti frigoriferi, in questo articolo analizzeremo il principio di funzionamento della tecnologia EC e la sua applicazione sui condensatori e sugli evaporatori. Inoltre, valuteremo i vantaggi conseguenti e le possibilità di gestire e pilotare al meglio questi ventilatori.

Motori elettrici classificati

Come altri dispositivi che consumano energia elettrica, anche gli apparecchi meccanici destinati alla ventilazione vengono classificati in base alle loro prestazioni energetiche. Per unificare le classi di efficienza energetica a livello mondiale, la Commissione Elettronica Internazionale (IEC) ha sviluppato la normativa IEC 60034-30:2008 applicabile a motori con potenze da 0,75 a 375 kW, introducendo le classi di efficienza IE1 (Rendimento standard), IE2 (Rendimento elevato) e IE3 (Rendimento Premium), dove la sigla IE significa International Efficiency. Scopo della normativa è quello di eliminare le differenze esistenti tra le regolamentazioni in essere nei vari Paesi proponendo uno standard comune. Un ulteriore passo avanti verso l’armonizzazione delle preesistenti norme locali è costituito anche dall’introduzione della normativa IEC 60034-2-1:2007 che stabilisce gli standard per la misura del rendimento dei motori elettrici.

Per quanto riguarda in quadro europeo, attualmente è in vigore la Direttiva Erp 2009/125/CE, anche nota come Direttiva Ecodesign, che al suo interno ingloba la precedente Direttiva Eup (2005/32/CE), che definisce un quadro normativo al quale i produttori di dispositivi che consumano energia dovranno attenersi.

Applicata nell’ambito dei motori elettrici, la Direttiva Erp impone le seguenti scadenze: 1. dal 16 giugno 2011: i motori devono essere conformi alla classe di efficienza IE2; 2. dal 1º gennaio 2015: i motori con una potenza nominale di 7,5-375 kW dovranno essere conformi alla classe di efficienza IE3 o IE2 provvisti di azionamento a velocità variabile; 3. dal 1º gennaio 2017: i motori con una potenza nominale di 0,75-375 kW dovranno essere conformi alla classe di efficienza IE3 o IE2 provvisti di azionamento a velocità variabile.

Wh/m2

A+ A B C

XY XY XY XY XYZ XYZ

200

kWh/a

A D E F

6200

3900

kWh/a

kWh/a

2200

A differenza dei tradizionali motori asincroni, nei motori EC il rotore non ha nessun avvolgimento, ma contiene un magnete permanente che, unito alla corrente nell’avvolgimento statorico, genera una coppia sul rotore senza dissipare energia. Come diretta conseguenza, l’efficienza del motore elettronico risulta maggiore. Il principio del motore elettronico è basato su un funzionamento sincrono eccitato dal magnete permanente. L’ampiezza e la posizione del flusso magnetico nel motore cambiano in modo sincrono alla rotazione dell’induttore. A differenza del motore asincrono, la velocità del rotore del motore elettronico non si adatta automaticamente alla frequenza impostata dello statore. Anzi, affinché il motore raggiunga una coppia media alta, lo statore deve essere posizionato adeguatamente rispetto al rotore. Il funzionamento di un motore elettronico richiede perciò che ci sia nel motore una elettronica integrata, l’elettronica di commutazione. Perciò possiamo raggiungere qualsiasi numero di giri nel motore elettronico e il massimo grado di efficienza. Come i motori asincroni anche i motori elettronici possono essere realizzati con diversi numeri di avvolgimenti. A un primo esame, se non consideriamo la regolazione, il motore elettronico può sembrare più costoso di un motore asincrono.

In realtà analizzando a fondo la situazione raggiungeremo un risultato completamente diverso. L’elettronica di un ventilatore elettronico assolve anche al compito che tipicamente nel caso di un motore tradizionale è svolto da un regolatore di frequenza (inverter) che ne modula la velocità. A parità di rendimento del motore l’elettronica di commutazione può essere più piccola, poiché ha una migliore efficienza e non c’è dissipazione di potenza nell’induttore

Ventilatore con motore elettronico completo

2

100 m

kWh/a

42

200 m3/h @ 150 Pa

dBA

Tecnologia EC, principi generali

G

Etichetta energetica. Bozza dell’etichetta energetica che potrebbe essere applicata sulle unità di ventilazione domestica con ventilatori sotto i 125 W 27

grazie al magnete permanente. Quindi il risultato è una regolazione più piccola e meno costosa in confronto ad un convertitore di frequenza. Nello stesso tempo l’elettronica di commutazione permette la regolazione di velocità del motore variando la tensione attraverso la modulazione della larghezza di impulso.

Figura 1 – Spaccato di un motore elettronico a rotore esterno. In evidenza la scheda elettronica che gestisce il motore e in colore blu il rotore a magneti permanenti Figura 2 –CONFRONTO TRA LE EFFICIENZE di varie tipologie di motori

Spaccato “meccanico” di un motore elettronico

#10

63

confronto su condensatori

ESPERIENZA DELLE AZIENDE

Riportiamo un esempio di caso concreto nel quale è stato confrontato un condensatore LU-VE con 8 ventilatori (potenza smaltita in condizioni nominali DT = 15 K di 576 kW) in tre possibili configurazioni: una semplice regolazione basata sul sistema ON/OFF, cioè lo spegnimento in sequenza dei ventilatori, la stessa macchina dotata di regolatore elettronico RUS basato sul principio del trasformatore e infine la soluzione con motori elettronici, cablata al quadro di controllo ESB. La soluzione con ventilatori EC pur scontando un costo di investimento superiore consente grandi risparmi economici e si presenta come decisamente vincente in un’attenta valutazione economica.

Figura 5 – COSTI DI INVESTIMENTO e DI ESERCIZIO. Confronto tra i costi di investimento e i costi di esercizio di un condensatore dotato di ventilatori tradizionali controllati da diversi tipi di regolatori e quelli di una macchina con ventilatori EC

I vantaggi della tecnologia EC applicata ai condensatori Se applicato a un condensatore, il ventilatore elettronico consente di ridurre l’assorbimento energetico sia alla massima velocità che, a maggior ragione, a velocità parziali (Fig.4) e garantisce al ridurre della velocità un comportamento acustico ottimale, senza la generazione di alcun disturbo elettromagnetico (Fig.3). Inoltre, ha già incluso un sistema che consente di variare a piacimento il numero dei giri di rotazione, in base a un segnale esterno da applicare, ed è autoprotetto, ossia si sgancia da solo in caso di avaria, senza richiedere l’installazione di un quadro elettrico di comando completo di contattori.

L’impiego dei ventilatori elettronici sui condensatori e raffreddatori di liquido si presenta inoltre anche economicamente interessante, in particolar modo se si confrontano macchine con motori tradizionali dotate di sistema di regolazione elettronica e quadro elettrico di comando.

Comandare i ventilatori elettronici Poiché, ad oggi, risulta essere l’applicazione più diffusa, ci occuperemo solamente dei ventilatori elettronici abbinati ai condensatori, anche se la maggior parte dei concetti che andremo ad esprimere sono validi pure nel caso degli evaporatori. In base al risultato che si desidera, i ventilatori elettronici possono venire comandati

con metodologie più o meno raffinate. In Figura 6 è riportata la parte di collegamento di un generico ventilatore elettronico: a sinistra la morsettiera con la gestione dei segnali di input e output, in centro la morsettiera col contatto di allarme, a destra quella per il

Figura 3 – RUMOROSITÀ. Confronto tra la variazione della rumorosità di un ventilatore tradizionale controllato da diversi tipi di regolatori e quella di un ventilatore EC

I vantaggi della tecnologia EC applicata agli evaporatori Una situazione analoga si presenta nel caso di utilizzo dei ventilatori elettronici negli evaporatori, anche se ci sono alcune importanti differenze. Riferendoci agli evaporatori con ventilatore aspirante (la configurazione decisamente più diffusa sul mercato) è infatti bene precisare che la potenza riportata nei cataloghi è la cosiddetta potenza lorda, cioè la potenza scambiata dalla batteria. In realtà il vero calore asportato dalla cella è la potenza netta, cioè: potenza netta (effettiva) = potenza lorda – potenza assorbita dai ventilatori In poche parole la potenza assorbita dai ventilatori, necessaria per attivare lo scambio termico, si trasforma in calore che dovrà essere asportato dalla cella.

64

#10

Figura 4 – ASSORBIMENTO ELETTRICO. Confronto tra la variazione dell’assorbimento elettrico di un ventilatore tradizionale controllato da diversi tipi di regolatori e quella di un ventilatore EC

collegamento dei cavi di alimentazione elettrica. Nonostante la disposizione dei comandi possa variare da un ventilatore all’altro, resta comunque valido il concetto di fondo e cioè che per azionare un ventilatore elettronico è necessario (oltre all’alimentazione) fornire un segnale che indichi al motore come operare, ovvero a quale velocità di rotazione posizionarsi, tra un valore minimo (in pratica quanto serve a vincere gli attriti interni) e uno massimo, dato dalla potenza del motore installato.

All’interno di questo campo di velocità, grazie all’elettronica di controllo integrata, il ventilatore può assumere tutti i numeri di giri. Va inoltre segnalato che questi motori presentano un campo di alimentazione elettrica applicabile particolarmente ampio ovvero:

confronto su evaporatori

Confronto tra tre evaporatori aventi pari potenza lorda, ma con una ventilazione profondamente differente.

Il risultato mostra chiaramente come il modello F30HC dotato di ventilatore elettronico consenta un grande risparmio e garantisca un pay back di soli 17 mesi.

Modello Listino

F27HC 92 E 7

F30HC 631 E 7

€ 1.254,00

€ 1.308,00

Differenza listino

€ 1.653,00

€ 54,00 4,3%

€ 399,00 26,4%

0,34 kW

0,225 kW

0,141 kW

T cella

-25 °C

-25 °C

-25 °C

T evap

-34 °C

-33,9 °C

-33,9 °C

Potenza evaporatore

4,94 kW

4,94 kW

4,94 kW

Pot ass compressore

3,87 kW

3,87 kW

3,87 kW

Potenza assorbita dai ventilatori

Ore/giorno

16

16

16

Giorni/anno

365

365

365

Costo energia

0,12 €/kWh

0,12 €/kWh

0,12 €/kWh

Pot ass ventilatore Energia assorbita/anno Costo energia/anno

0,340 kW 1985,6 kWh/anno 238,3 €

versioni monofase —> 200-277 V - 3 PH

- 50/60 Hz

Tempo funzion. compressore

Importante: all’interno di questo campo pur variando tensione e frequenza, a pari segnale in ingresso, la velocità di rotazione del motore resta invariata.

Tre le modalità per fornire il suddetto segnale: in via analogica tramite segnale 0-10 VDC oppure (per alcuni motori) 4-20 mA, in via digitale tramite sistema BUS, oppure collegando direttamente al motore un sensore di pressione (o temperatura). Ovviamente, tutte queste vie presentano vantaggi e svantaggi. Nel caso del segnale analogico, ad oggi la via più diffusa, la gran parte dei controllori esistenti sul mercato (sia controllori del completo impianto frigorifero

Costo energia/anno

Energia assorbita/anno

0,141 kW

1267,0 kWh/anno

780,3 kWh/anno

-36,2%

Risparmio energetico Potenza frigorifera netta

0,225 kW 152,0 €

Risparmio energetico

versioni trifase —> 380-480 V - 3 PH

- 50/60 Hz

F30HC 631 E 7 EC fans

86,23 € 4,60 kW

93,6 € -60,7% 144,64 €

4,77 kW

4,85 kW

16 ore/giorno

15,4 ore/giorno

15,2 ore/giorno

22600,8 kWh/anno

21793,0 kWh/anno

21415,9 kWh/anno

2712,1 €

2615,2 €

2569,9 €

Risparmio energetico

-3,6%

-5,2%

Risparmio energetico

96,93 €

142,19 €

23060,05 kWh

22196,18 kWh

2767,2 €

2663,5 €

Risparmio energetico

183,2 €

286,8 €

Risparmio energetico

-6,2%

-3,7%

TOT energia assorbita

24586,40 kWh

Costo energia assorbita

2950,368 €

Pay back

che dedicati al solo condensatore o dry cooler) possono generare e inviare al motore un segnale che ne modula la velocità in funzione della temperatura di condensazione dell’impianto, del carico e delle esigenze generali del medesimo. Per quanto riguarda invece il segnale digitale, la via più innovativa, esso consente di aggiungere alle

4 mesi

17 mesi

funzioni già soddisfatte dall’analogico anche la possibilità di leggere tutti i parametri di funzionamento del motore stesso. Infine, qualora la scelta dovesse ricadere sul sensore, questo richiede un collegamento con un computer ausiliario per settare il motore master (operazione da ripetere per ogni modifica), che poi invierà ai

Figura 6 – VENTILATORE EC. Schema di collegamento di un ventilatore EC

#10

65

ESPERIENZA DELLE AZIENDE

restanti motori (operanti in modalità slave) un segnale di comando 0-10 VDC. Inoltre in caso di avaria del motore master anche tutti gli altri vanno in blocco.

Parametri visualizzabili Se gestiti tramite BUS, i ventilatori elettronici consentono di visualizzare una serie di importanti parametri di funzionamento. I più significativi sono: lo stato di funzionamento, la velocità di rotazione, gli assorbimenti, le temperature di lavoro, gli allarmi, le ore di funzionamento e la velocità massima. Soprattutto quest’ultimo dato riveste una notevole importanza. Infatti è possibile impostare su un ventilatore elettronico una velocità massima di funzionamento inferiore a quella che può raggiungere il ventilatore stesso.

Tale opzione può risultare importante per raggiungere il settaggio desiderato dall’utente corrispondente alla condizione di selezione.

Esistono diversi modi per impostare la massima velocità, ciascuno con vantaggi e svantaggi; vediamoli nel dettaglio: • impostazione tramite settaggio in fabbrica

un’interessante potenzialità; infatti potrebbe capitare che per ragioni non sempre prevedibili l’impianto di refrigerazione si trovi a dover lavorare per un breve periodo in una condizione di carico straordinariamente elevato (ex estate calda, merce fornita dall’esterno a condizioni di temperatura più elevata, impianto di condizionamento del supermercato fuori servizio,…). In tali circostanze il segnale di ingresso potrebbe raggiungere i 10 VDC,

direttamente sul motore: è il caso tipico dei condensatori forniti senza cablaggio. Questa operazione settata in cantiere ha lo svantaggio di essere complessa e richiede un computer da collegare al ventilatore; • impostazione tramite regolatore (WMC) montato sull’apparecchio: è un’opzione più semplice e più facilmente modificabile dall’utente in loco; • impostazione tramite segnale (ex 0-10 VDC) fornito dall’utente. In questo caso il motore non viene settato, ma è il segnale di ingresso (ex limitato a 8 VDC) che ne limita la velocità massima. Tale possibilità nasconde

sviluppo prodotti lu-ve

l’affidabilità. Quando la condensazione scende sotto il suddetto segnale di soglia il regolatore si disattiva ridando il controllo al segnale esterno.

Un’altra evoluzione del quadro ESB è rappresentata da ESPB/ESBT, i quali contengono un regolatore (ESBP per condensatori, ESBT per raffreddatori di liquido) collegato a un sensore. Questo consente di realizzare una macchina stand alone, nella quale il regolatore può pilotare in autonomia i ventilatori elettronici modulandone la velocità in base ad un set point impostato dall’utente.

Un’ulteriore evoluzione del caso appena menzionato è rappresentata dalla soluzione ESB + WMC2 (con PID). In questo caso il regolatore (WMC2) è un componente esterno e separato dal quadro ESB. Il regolatore WMC2 ha una serie di funzioni più raffinate e in particolare contiene la logica di regolazione PID che consente di mantenere con grande precisione il set point impostato.

La nuova generazione di regolatori WMC2 sono capaci di pilotare i ventilatori elettronici attraverso un sistema MODBUS. Ciò permette una regolazione precisa dei ventilatori e un grande risparmio energetico d’impianto grazie alla logica PID abbinata al raggiungimento della minima temperatura di condensazione d’impianto. Infine, grazie alla gestione MODBUS, rende visibili all’utente in tempo reale tutti i dati di lavoro dei ventilatori.

Per le modalità con segnale analogico e digitale, LU-VE ha sviluppato alcune soluzioni per venire incontro alle varie esigenze del mercato. La prima consiste in un condensatore fornito senza alcun cablaggio, mentre le seconda prevede un condensatore completamente cablato a un quadro elettrico ESB. Come mostrato dalle Figura 8 e 9, tale quadro prevede un interruttore generale e delle terne di fusibili per proteggere i cavi di potenza. Inoltre, risulta essere completamente cablata anche la parte di gestione, mentre sono collegati a un morsetto comune sia il segnale sia il contatto di allarme dei ventilatori.

In tal modo l’installatore trova un prodotto che in cantiere richiederà un lavoro elettrico molto semplificato. I ventilatori vengono pilotati da un segnale 0-10 VDC fornito dal cliente.

Come terza soluzione, l’azienda propone l’evoluzione del sistema ESB che, a differenza di quello appena descritto, contiene un regolatore che consente di operare anche in caso di emergenza per assenza di segnale in ingresso. Più nel dettaglio, in caso di guasto al segnale 0-10 VDC, i ventilatori sarebbero fermi. Una volta raggiunta una pressione di condensazione di guardia, il modello ESB plus, grazie al suo regolatore di emergenza, interviene facendo partire i ventilatori, indipendentemente dal segnale 0-10 VDC, rappresentando così una sicurezza aggiuntiva e permettendo all’impianto di incrementare

Figura 8 e 9 – SCHEMA di un quadro elettrico ESB

WMC2. Regolatore per ventilatori EC

QS1

LINE 3~400 V (+30 -20%) 50/60 Hz In = 111 A

FU1

FU2

FU3

FU4

FU5

FU6

FU7

FU8

0+10 Vdc

66

#10

ALLARME / ALARM MAX 250 V 1A AC1

V8

W8 W8

XP1

U8

V8

EC FAN 19-20-21

XP1

PE

U8

W7

PE

V7

W7

XP1

U7

V7

EC FAN 16-17-

XP1

PE

U7

W6

PE

V6

W6

XP1

U6

V6

EC FAN 13-14-15

XP1

PE

U6

W5

PE

V5

W5

XP1

U5

V5

EC FAN 10-11-12

XP1

PE

U5

W4

PE

V4

W4

XP1

U4

V4

XP1

PE

U4

W3

PE

V3

W3

XP1

U3

V3

EC FAN 7-8-9

XP1

PE

U3

W2

PE

V2

W2

XP1

U2

V2

EC FAN 4-5-6

XP1

PE

U2

W1 W1

PE

V1 V1

XP1

U1 U1

EC FAN 1-2-3

XP1

PE PE

5 XA1

3 4

5 3

1 1

2 2 XA1

PE

EC FAN 22-23-24

peut donc connaître la valeur E queSdoit le signal P Aavoir ÑO L d'entrée pour obtenir le POTENCIA ABSORBIDA résultat souhaité.

CORRESPONDENCIA ENTRE RPM, CAUDAL, SONORO Y Los gráficos inferiores relacionan el nº de vueltas del NIVEL ventilador ( &rpm max.)

POTENCIA E S P en AÑ O Ldel caudal max.) Qa/Qanom, con el caudalABSORBIDA de aire ( dimensionado fucnión el nivel sonoro LWA y la potencia bsorbida Wass. Con estos gráficos es posiLos gráficos inferiores relacionan nº de vueltas del ventilador ( &rpm max.)

CORRESPONDENCIA ENTREelRPM, CAUDAL, NIVEL SONORO Y ble, conociendo Qa/Qanom,LWA ó Wass, obtener el nº de vueltas corresponcon el caudalABSORBIDA de aire ( dimensionado en fucnión del caudal max.) Qa/Qanom, POTENCIA diente. Del Diagr. 1, de pag. 5, se puede obtener el valor que debe indicar la el nivel sonoro LWA y la potencia bsorbida Wass. Con estos gráficos es posientrada parainferiores obtener elrelacionan efecto deseado.

Los gráficos nº de vueltas ventilador ( &rpm max.) ble, conociendo Qa/Qanom,LWA óel Wass, obtenerdel el nº de vueltas corresponcon el caudal de aire ( dimensionado en fucnión caudal max.)

Qa/Qanom, sonora) è purtroppo sfruttando così appieno tutta diente.

Del Diagr.

1,riferiti de pag. a5, 1 se ventilatore. puede obtenerdelelNon valor que debe indicar la el nivel sonoro LWA y el la efecto potencia bsorbida Wass. Con estos gráficos es posientrada para obtener deseado. ricavabile con unó Wass, semplice la pola potenzialità dei ventilatori in- ble, conociendo Qa/Qanom,LWA obtener diagramma el nº de vueltas correspondiente. Del Diagr. 1, de pag. 5, se puede obtener el valor que debe indicar la Ø 800 termica del condensatore, perché questa stallati sul condensatore. Certo entradatenza para obtener el efecto deseado.

50

60

70

90

100

% RPM 80

90

100

30

40

50

60

70

80

90

100

RPM

100%

60 4090% 30 50

80%

40

50

60

30

60% 1750

8.5 V 80

90

10%

100

% RPM 40

50

60

70

80

90

100

% RPM

40

70% 2000

70

40

50

60

70

80

90

100

% RPM

50% 1500 2000 1250 1750 40% 1000 1500 30% 2000 750 1250 20% 1750 500 1000 1500 10% 250 750 1250 5000 1000 30 250 750 0 500 30 250 0

30

401

2 503 4 605

6 707

8 809 10 90

100

% RPM

40

Signal 060-10 Vdc 50 70

80

90

100

% RPM 40

50

60

70 % RPM

80

90

0,61 0,2 0,4 0,8 0 0,6 0,2 30

100

6 6

40

50

.

60

70

80

90

100

80

90

100

80

90

100

% RPM

0,40 30

0 90 30 85 80 75 90 70 85 65 80 60 75 90 55 70 85 65 50 80 45 60 75 40 55 70 50 65 30 45 60 40 55 30 50 45 40 2500 30 2250 2000 2500 1750 2250 1500 2000 1250 1750 2500 1000 1500 2250 750 1250 2000 500 1000 1750 250 7500 1500 500 1250 30 250 1000 7500

LWA [dBA] LWA [dBA] LWA [dBA]

Grafico 1 – VELOCITÀ.

Variazione della % RPM 80 velocità di rotazione di un ventilatore 90 EC8070(espressa in percentuale sui giri 60 massimi) rispetto al segnale di ingresso 90 70 50 80 60 40 70 50 30

,

(

0,8 0,4

0,2

% RPM

0 90

80

Qa/Qa,nom.

Qa/Qa,nom.

Qa/Qa,nom.

Qa/Qa, nom.

Qa/Qa, Qa/Qa, nom. nom.

40

0 0,4

,

)

di un condensatoreØcon un ventilatore 900 EC (diametro 900mm con max. velocità Ø 900 di rotazione 1000 rpm) in funzione 1 della percentuale di giri (rispetto al 0,8 1 Ø 900 massimo) cui si trova a operare.

0,6

Wass [W]Wass [W] Wass [W]

È possibile valutare le prestazioni dei ventilatori elettronici in funzione del segnale d’ingresso in base ai grafici 1 e 2 qui riportati, che si presentano decisamente intuitivi. In funzione del segnale d’ingresso 0-10 VDC si ricava una percentuale dei giri di lavoro riferita al massimo esprimibile dal ventilatore; di questa percentuale si può ricavare la portata d’aria, l’assorbimento elettrico e la rumorosità (potenza

0,2 0,6 30

30 40 50 60 70 * Stefano 0,2 Filippini, Lu-Ve spa

LWA [dBA] LWA [dBA] LWA [dBA]

Condizioni di lavoro

(%. . . ) Qa/Qa.nom, . .

Wass. , Qa/Qa,nom., LWA (% . ) Qa/Qa.nom, , . Diagr. . 1 . .5 .Wass, ) ( ,. . . .

Wass. , Qa/Qa,nom., LWA Diagr. 1 (% .5 Wass, . . ) ( . ) Qa/Qa.nom, .

2 Wass.

– ANDAMENTO, della portata .Grafico .

Qa/Qa,nom., LWA Diagr.

1 .5 Wass, . d’aria, della rumorosità e dell’assorbimento . .

dipende in modo significativo Ø 800 dal tipo di scam1 biatore e dal suo abbinamento con ventilatore.

0,8 Ø 800 Accettando un’incertezza abbastanza elevata, di 1 0,6 circa il0,8 20%, si può tuttavia ritenere che la varia0,4 1 0,2 zione 0,6 della potenza sia pari alla radice quadra0,4 0,80 ta della variazione della portata d’aria. n

Wass [W]Wass [W] Wass [W]

il rumore supererebbe la soglia massima prevista, ma verosimilmente ciò avverrebbe nelle ore centrali della giornata e per un breve periodo, quindi, di norma, un rumore sopportabile. Di contro si potrebbe così affrontare un’emergenza dell’impianto come in altro modo non sarebbe possibile.

Effektes notwendigen Wert des Eingangssignals.

500 30 250 0 30

40

50

60

70 % RPM

40

50

60

70 % RPM

40

50

60

70

80

90

100

80

90

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Normativa

UNI/TS 11300 parte 4 A che punto siamo?

Una prima descrizione della struttura della specifica tecnica per il calcolo delle energie rinnovabili impiegate negli edifici a cura di Luca A. Piterà, Segretario Tecnico AiCARR

F

della situazione sulla UNI/TS 11300, parte quarta, inerente l’utilizzo delle energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria. E’ la parte conclusiva del pacchetto di specifiche tecniche UNI/TS 11300, di ausilio alle verifiche di legge del sistema edificio-impianto, che potrebbe essere pubblicata da UNI per fine anno o primi mesi dell’anno prossimo.

68

acciamo qui il punto

#10

Revisioni in corso Si ricorda che attualmente il pacchetto delle UNI/TS 11300 è in profonda revisione. Sono prossime alla fase di inchiesta pubblica le parti 1 e 2, riguardanti rispettivamente la determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva ed invernale (parte 1) e la determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda

sanitaria (parte 2). E’ invece appena cominciata la revisione della parte terza inerente la determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva.

Ambito di applicazione La bozza della UNI/TS 11300 parte quarta (di seguito detta

semplicemente TS) si applicherà a tutti i sottosistemi di generazione che forniranno energia termica utile da energie rinnovabili o con metodi di generazione diversi dalla combustione a fiamma di combustibili fossili (in quanto già trattati nella parte 2), siano essi di nuova progettazione, ristrutturati o esistenti. Più precisamente, si applicherà a sistemi: • per la sola climatizzazione invernale - misti o combinati per la climatizzazione invernale e la produzione di acqua calda sanitaria; • per sola produzione di acqua calda sanitaria; • per la quota di energia termica richiesta dai sistemi di climatizzazione estiva (post-riscaldamento e energia termica utile fornita alle macchine frigorifere ad assorbimento).

Per quanto riguarda la produzione di energia termica utile da sorgenti energetiche rinnovabili la TS considererà: 1. La radiazione solare diretta (solare termico); 2. La combustione di biomasse1; 3. Le sorgenti, aerotermiche2, idrotermiche3 e geotermiche4 sfruttate da sistemi impiantistici in pompa di calore, per la sola quota considerata rinnovabile.

Per quanto concerne la produzione di energia elettrica verrà considerata solo la radiazione solare diretta (solare fotovoltaico).

Nel caso di sistemi di generazione con processi diversi dalla combustione a fiamma si considereranno: • sistemi che convertono l’energia chimica di combustibili fossili per produzione combinata di energia elettrica ed energia termica (cogenerazione); • sistemi che riqualificano energia termica a bassa temperatura in energia termica a più elevata temperatura mediante cicli termodinamici alimentati da energia elettrica, da combustibili fossili o da energia termica (pompe di calore);

• sistemi che impiegano energia termica utile derivante da generazione remota (teleriscaldamento).

Si precisa che nel caso di sistemi di teleriscaldamento la specifica tecnica non considererà i sistemi di generazione remota, ma solo l’energia termica consegnata all’impianto e l’energia primaria equivalente.

La parte quarta potrà essere impiegata anche al fine di valutare il rispetto di regolamenti espressi in termini di obiettivi energetici dalla legislazione nazionale (ad esempio, quanto previsto dal D.lgs 28 del 20115), di confrontare le prestazioni energetiche di varie alternative impiantistiche, di indicare un livello convenzionale di prestazione energetica in termini di consumo di energia primaria degli edifici esistenti e di energie rinnovabili o altri metodi di generazione, di valutare il risparmio di energia conseguibile con interventi sugli impianti e di prevedere le esigenze future di risorse energetiche su scala nazionale, calcolando i fabbisogni di energia primaria di edifici rappresentativi del parco edilizio.

Confini del sistema edificio-impianto Prima di entrare nel dettaglio della bozza della TS si ritiene opportuno per maggiore chiarezza, definire, come la stessa intende i confini del sistema edificio-impianto ( figura 1).

All’interno di tale confine (15 rettangolo blu), le perdite dei sottosistemi sono considerate nel calcolo del sistema. Nel caso in cui venga fornita al sistema edificio-impianto energia prodotta con impianti tecnologici esterni al confine dell’edificio, le perdite di produzione e di distribuzione, sino al confine dell’edificio stesso, debbono essere considerate nel fattore di conversione in energia primaria dell’energia fornita.

Viene considerata energia fornita dall’esterno, senza processi di trasformazione all’interno dell’edificio, l’energia elettrica da rete (5) e l’energia termica utile fornita da rete (9) di teleriscaldamento per le quali devono essere dichiarati gli specifici fattori di conversione.

Viene considerata produzione di energia la trasformazione di energia realizzata con gli impianti tecnologici dell’edificio.

note

1 Per biomassa si intende la frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali), dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l’acqua-coltura, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani (da Direttiva 2009/28/CE) 2 Per fonte di energia aerotermica si intende l’energia accumulata nell’aria ambiente sotto forma di calore. (da Direttiva 2009/28/CE) 3 Per fonte di energia idrotermica si intende l’energia immagazzinata nelle acque superficiali sotto forma di calore. (da Direttiva 2009/28/CE) 4 Per fonte di energia geotermica si intende l’energia immagazzinata sotto forma di calore nel sottosuolo. (da Direttiva 2009/28/CE) 5 Si ricorda che la bozza delle TS è stata inviata prima dell’entrata in vigore del D.Lgs 28

#10

69

Normativa Attraverso il confine dell’edificio (15) possono transitare, come mostrato dalla figura 1, a seconda dei casi: • energia fornita dall’esterno con combustibili fossili (4) per subire processi di trasformazione mediante gli impianti tecnologici compresi nel confine energetico dell’edificio; • energia termica utile prodotta all’esterno con vettori energetici diversi fornita all’edificio da rete di teleriscaldamento (9); • energia elettrica fornita da rete (5); • energia termica utile (10) o energia elettrica autoprodotta all’interno dell’edificio (12 e 13) ed esportata all’esterno (energia termica a utenze esterne al confine edificio ed energia elettrica immessa in rete).

La radiazione solare incidente sui collettori solari non è considerata nel bilancio energetico dell’edificio, ma si considerano solo l’energia termica utile fornita dal sistema solare termico e l’energia ausiliaria spesa per convogliarla dai collettori all’edificio.

Metodo di generazione La procedura di calcolo sviluppata all’interno della TS riguarda i sistemi che utilizzano energia termica fornita sia con unico metodo di generazione diverso dalla combustione a fiamma, sia con diversi metodi di generazione e/o vettori energetici.

Nel caso di sistemi polivalenti il fabbisogno di energia termica utile (Qd,in) richiesto dall’edificio nel periodo di calcolo considerato può essere coperto da due o più generatori di diverse tipologie e/o con diversi vettori energetici.

A titolo di esempio, lo schema della figura 2 rappresenta un sistema polivalente e plurienergetico. L’energia termica utile prodotta dai vari sottosistemi di

Indicatori determinati dalla specifica tecnica Definiti i confini di calcolo la TS prevede la determinazione e la valutazione dei seguenti indicatori: • Fabbisogno di energia primaria; • Contributo in energia primaria di ciascun vettore energetico; • Produzione di gas ad effetto serra ad esempio produzione di CO2 globale e per singolo vettore energetico.

Con riferimento allo schema della figura 1 si tenga conto anche di quanto segue: • il generatore (3) può essere a combustione a fiamma o uno dei generatori compresi nella presente specifica (pompa di calore, unità di cogenerazione, generatore a fiamma alimentato da biomasse); • eventuali dispositivi ausiliari della generazione (11) possono essere unità ad assorbimento, torri evaporative; • l’energia termica utile da rete (9) può essere sostitutiva di quella prodotta nell’edificio (3) e può essere immessa direttamente nel sottosistema di distribuzione; • l’energia termica utile esportata (10) può provenire da accumulo o direttamente dal generatore (3).

Figura1 – Schema dei confini del sistema edificio-impianto

1 Utenza 2 Accumulo 3 Generatore 4 Combustibile 5 Energia elettrica 6 Energia degli ausiliari 7 Collettori solari termici 8 Pannelli fotovoltaici 9 Energia termica utile da rete 10 Energia termica utile asportata 11 Dispositivi ausiliari della generazione 12 Energia elettrica da cogenerazione 13 Energia elettrica da fotovoltaico 14 Rete elettrica 15 Confine del sistema

70

#10

generazione viene riversata in un punto di connessione tra distribuzione e generazione (serbatoio di accumulo o collettore di distribuzione, a seconda di quanto previsto nel progetto).

I fabbisogni di energia termica utile e le perdite d’impianto, escluse le perdite di generazione, verranno calcolati in riferimento a quanto evidenziato in Fig. 2 come di seguito specificato: • Con A si intendono i fabbisogni di energia termica utile per riscaldamento calcolati secondo la UNI/TS 11300 parte 1 • Con B si intendono i fabbisogni di acqua calda sanitaria calcolati secondo la UNI/TS 11300parte 2; • Con C si intendono le perdite d’impianto sino alla distribuzione o all’accumulo inclusi, calcolate secondo la UNI/TS 11300 parte 2 per il riscaldamento;

Figura 2 – Schema esemplificativo di sistema polivalente e pluri-energetico

• Con D si intendono le perdite d’impianto sino alla distribuzione o all’accumulo inclusi, secondo la UNI/TS 11300 parte 2 per i sistemi acqua calda sanitaria.

Nella procedura di calcolo su base mensile adottata dalla TS si determina per ciascun mese

TABELLA 1

Sequenza di priorità per la produzione di energia termica per riscaldamento e ACS Priorità (a) Sottosistema di generazione

Produzione di energia

1

Solare termico

Termica

2

Cogenerazione

Elettrica e termica cogenerativa (b)

3

Combustione di biomasse

Termica

4

Pompe di calore

Termica o Frigorifera

5

Generatori di calore a combustibili fossili

Termica

(a) Qualora il sistema preveda l’utilizzo di energia termica utile da rete (teleriscaldamento) e di energia solare, a quest’ultima viene assegnata priorità 1. (b) Vengono considerati solo i sistemi cogenerativi ad inseguimento termico.

il fabbisogno di energia termica utile globale (Qgn,out), che deve essere fornito dalla generazione. Le perdite recuperabili si calcolano come specificato nella UNI/TS 11300. In assenza di indicazioni specifiche, le perdite recuperate, da dedurre, si ottengono applicando alle perdite recuperabili un fattore convenzionale pari a 0,8 secondo quanto previsto nel metodo semplificato della UNI EN 15603.

Nel caso di sistemi multipli costituiti da soli generatori con combustione a fiamma alimentati da combustibili fossili, nella UNI/TS 11300-2:2008 si indicano due modalità di ripartizione del carico: • uniforme (senza priorità); • con regolazione di cascata e ripartizione del carico con priorità.

Ai fini dei calcoli energetici l’intervento dei generatori è determinato dalla potenza richiesta dall’utenza o dalla temperatura limite di funzionamento dei generatori stessi.

Nel caso di sistemi che comprendono produzione di energia termica utile da energie rinnovabili e da altri sottosistemi di generazione (pompe di calore, cogenerazione, combustione a fiamma con vettori energetici non rinnovabili), la ripartizione del carico tra i generatori deve essere effettuata secondo un ordine di priorità, definito nel progetto, in modo da ottimizzare il fabbisogno di energia primaria, tenendo conto dei vettori energetici, dei rendimenti e delle caratteristiche dei singoli generatori.

In mancanza di condizioni specificate nel progetto, la TS fornisce, ai fini del calcolo, la sequenza (Tabella 1) con cui valutare le priorità per la produzione di energia termica utile per riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria.

#10

71

Normativa Nell’intervallo di calcolo considerato, l’intervento del generatore con priorità successiva a quello considerato può essere determinato da: (1) Fattore di carico del generatore i FC gn,i maggiore di 1 (2) Temperatura controllante θ c,cut-off minore di θ c,cut-off,min o maggiore di θ c,cut-off,max Nel caso (1) di fattore di carico FC gn,i> 1 il funzionamento del generatore successivo i + 1 può essere : • contemporaneo a quello del generatore i, in tal caso si ha che la quantità di energia in ingresso al sistema di distribuzione è pari a quella in uscita da esso più quella in in uscita dal sistema di generazione i+1, il tutto calcolato su base mensile: • alternato; in questo caso il generatore i viene disattivato e tutto il carico deve essere coperto dal generatore i +1.

Nei sistemi a multi generatore la temperatura θ c,cut-off è un parametro indipendente che può essere fissato su base progettuale o operativa come specificato nel metodo di calcolo dei singoli sottosistemi di generazione trattati all’interno della TS. La temperatura θ c,cut,off può essere relativa alla sorgente fredda θ c,cutoff,min) o al pozzo caldo (θ c,cut-off,max).

Nel caso di sistemi utilizzanti pompe di calore, tale temperatura può essere quella limite inferiore della sorgente fredda al di sotto della quale si ritiene conveniente disattivare il generatore, oppure quella massima di mandata alla quale viene disattivata la pompa di calore.

Procedura di calcolo La TS definisce inoltre al suo interno una procedura di calcolo i cui step vengono elencati secondo uno schema generale applicabile ai vari sottosistemi di generazione, tenendo conto delle specificità indicate per il calcolo dei singoli sottosistemi.

La sequenza di calcolo si riferisce solo a sottosistemi che generano energia termica utile.

Nel caso di unità cogenerative la TS considera tali unità come generatori termici che producono energia elettrica in funzione del carico termico (regolazione: modalità carico termico a seguire).

Le perdite termiche del sottosistema e le perdite recuperate sono applicate alla generazione termica.

Nel caso di un generatore che fornisce energia ad un secondo generatore per subire un processo di trasformazione (per esempio unità cogenerativa che alimenta un gruppo frigorifero ad assorbimento con energia termica utile) si differenzia l’energia termica utile fornita al gruppo ad assorbimento da quella fornita alle utenze termiche dell’edificio. L’energia prodotta dal secondo generatore, le perdite e l’energia immessa non sono considerate nel bilancio termico, ma fornite solo a titolo informativo.

Il rendimento di un sottosistema i di generazione è in generale dato dalla seguente formulazione:

72

#10

( Q gn,out,i + f p,el x Q gn,el,out,i ) η i = —————————————— ( f p,i x Q gn,in,i + f p,el x Q el.aux.i )

dove: Q gn,out,i è l’energia termica utile prodotta o cogenerata al netto delle perdite recuperate; Q gn,el,out,i è l’energia elettrica cogenerata o autoprodotta; Q gn,in,i è l’energia immessa con il vettore energetico (input); Q el,aux,i è l’energia elettrica dei dispositivi ausiliari; è il fattore di conversione dell’energia. f

Fabbisogno di energia primaria dell’edificio Per determinare il fabbisogno di energia primaria dell’edificio, definito dalla TS come Q p,v viene utilizzata la seguente espressione generale:

∑

∑

∑

Q p = Q C,del,i x f p,C,i – Q H,exp x f p,H,exp + Q C,bio,del,i x f p,C,bio,i + Q sol x f p,sol + Q el,del,i x f p,el – Q el,exp,i x f p,el + Q H,tel x f p,H,tel

∑

∑

dove: Q C,del è l’energia fornita da combustibili fossili [kWh]; Q H,exp è l’energia termica esportata [kWh]; f p,C,i è il fattore di conversione dei singoli combustibili fossili utilizzati; Q el,del è l’energia elettrica fornita all’edificio (delivered) [kWh]; Q el,exp è l’energia elettrica esportata dall’edificio[kWh]; f p,el è il fattore di conversione dell’energia elettrica in primaria; f p,H,exp è il fattore di conversione dell’energia termica utile prodotta nell’edificio ed esportata; Q C,bio,del,i è l’energia fornita da biomasse combustibili (solide, liquide, gassose [kWh]; Q H,tel è l’energia termica utile fornita da rete [kWh]; f p,H,tel è il fattore di conversione dell’energia termica utile fornita da rete.

La determinazione del fabbisogno di energia primaria per climatizzazione e acqua calda sanitaria degli edifici, secondo la TS dovrà tener conto di quanto segue.

• Per sistemi fotovoltaici. Ai fini della determinazione del fabbisogno di energia

Si rimanda per maggiori informazioni alla consultazione del sito AiCARR (www.aicarr.org).

All’interno della sezione normativa e legislativa è possibile trovare l’elenco delle norme aggiornate e la possibilità di scaricare i pdf della legislazione in tematica di efficienza energetica a livello comunitario, nazionale e regionale

primaria (valutazioni A1 -design rating- e A2 -asset rating- e certificazione energetica) la quota di energia elettrica da solare fotovoltaico non può essere maggiore della somma del fabbisogno di energia elettrica, di pompe di calore per climatizzazione e per produzione di acqua calda sanitaria, degli ausiliari degli impianti di produzione di energia dell’edificio e di illuminazione dell’edificio nel caso di destinazioni non residenziali.

• Per sistemi di micro e piccola cogenerazione. L’energia elettrica prodotta con unità cogenerative può essere utilizzata all’interno dell’edificio per ausiliari e/o produzione di energia termica (pompe di calore elettriche).

L’esportazione di tale energia è ammessa solo verso la rete elettrica con compensazione sul posto.

La quota mensile di energia termica utile da micro o piccola cogenerazione considerata nel calcolo (immessa nel sistema o esportata) non può superare quella corrispondente a

produzione elettrica con dissipazione nulla di energia termica cogenerata.

Ai fini della conversione di energia elettrica in energia primaria si considera lo stesso fattore per energia elettrica fornita da rete ed energia elettrica autoprodotta, mentre come fattore di conversione dell’energia termica utile autoprodotta ed esportata si considera: f p,H,exp = 1 ∕ η p,g dove η p,g è il rendimento globale di generazione e di distribuzione sino al punto di consegna dell’energia termica utile (per esempio nel caso di una centrale termica che alimenti sia l’edificio oggetto di valutazione che altre utenze).

I fabbisogni di energia primaria devono essere valutati separatamente per ciascun vettore energetico e fattore di conversione (Tabella 2) Per quanto concerne l’analisi ambientale la TS valuta l’impatto in termini di

#10

73

Normativa Vettori energetici e fattori di conversione considerati per determinare il fabbisogno di energia primaria Classificazione dei vettori energetici

Vettore energetico

Combustibili fossili

Gas naturale GPL Gasolio Olio combustibile

Fattore fp 1 Valore dichiarato dall’Autorità per l’energia (a)

Energia elettrica da rete Energia elettrica autoprodotta Energia elettrica Energia Solare (Termico e fotovoltaico)

TABELLA 2

Energie rinnovabili o assimilabili a rinnovabili

Biomasse (solide, liquide, gassose) quando gli impianti soddisfino le condizioni di assimilabilità ad impianti alimentati da energie rinnovabili del DPR 59/09 (b)

Valore dichiarato dall’Autorità per l’energia a) per le PdC a gas è pari a 1

Energia termica utile fornita da reti di teleriscaldamento

Valore dichiarato dal fornitore

Energia termica utile esportata

f p,H,exp = 1 ∕ η p,g

a) Alla data di elaborazione della bozza della TS il valore dichiarato dall’AEEG è 2,174. b) Nel caso di sostanze liquide o gassose composte di una quota di biomassa e da una quota di combustibile fossile si deve assumere un fattore proporzionale al contributo energetico del combustibile di origine fossile (per esempio: miscele di biodiesel e gasolio oppure miscele di biogas e gas naturale). c) Il decreto del 26 gennaio 2010 relativo alla concessione di detrazioni per il credito d’imposta stabilite dalla legge finanziaria 2007 e successive prevede un fattore pari a 0,3.

In funzione delle scelte del MiSE inerenti la reversione del DPR 59 del 2009 che dovrebbe contenere questa tabella, il GdL sta considerando la possibilità di eliminarla per due ragioni: non entrare in conflitto con il decreto in caso i valori del decreto fossero diversi e non creare un ulteriore transitorio, tra la pubblicazione della norma e l'entrata in vigore del decreto.

Valori di emissione per vettore energetico Vettore energetico

TABELLA 3

0 (c)

Energia a bassa entalpia prelevata dall’ambiente in pompe di calore

Nei prossimi numeri dell’AiCARR Journal verranno descritte nel dettaglio le procedure di calcolo per la determinazione del contributo dei singoli sistemi di generazione contemplati dalla TS, alimentati da fonti rinnovabili o no, tenendo conto delle ultime modifiche apportate alla bozza della stessa TS fatte dal GdL sulla base dei commenti pervenuti durante la fase di inchiesta pubblica.

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0

Fattore di emissione kem [kg CO2 /kWh]

Gas naturale

0,1998

GPL

0,2254

Gasolio

0,2642

Olio combustibile

0,2704

Biomasse Energia elettrica Energia termica da teleriscaldamento

#10

0 0,4332 Valore dichiarato da fornitore

produzione di CO2 sia per singolo vettore energetico, utilizzando i rispettivi fattori di emissione di seguito riportati ed espressi in kg di CO2/kWh, sia in termini di produzione globale di CO2 per l’intero edificio.

Quest’ultima analisi viene eseguita tenendo conto dell’energia fornita con i vari vettori energetici.

Se l’edificio esporta energia elettrica, nel calcolo di produzione di CO2 si tiene conto della riduzione di emissioni andando a sottrarre dalla produzione globale la produzione esportata.

Importante ricordare che la riduzione di emissioni non è applicabile, nell’ambito delle valutazioni A.1 e A.2 per la TS, nel caso in cui l’energia esportata sia prodotta da impianto fotovoltaico. n

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AiCARR informa Antincendio negli ospedali: gli esperti ne parlano al Seminario Sanità il 18 novembre

L’ambiente ospedaliero, sempre più tecnologico e complesso, è sede di fattori di rischio, determinati dalla molteplicità di apparecchiature e servizi e dalla presenza di numerose persone che usufruiscono con modalità differenti della struttura.

La possibilità di incendi rappresenta concretamente uno di questi rischi e la sua prevenzione costituisce un’esigenza primaria per l’ospedale.

Questo tema, particolarmente delicato come tutti gli aspetti che riguardano il settore della sanità, è al centro del Seminario “Controllo, Gestione e Sicurezza Antincendio negli Ospedali”, che si terrà il prossimo 18 novembre a Rozzano (Mi), presso l’Istituto Clinico Humanitas.

L’evento, organizzato dal Comitato Tecnico Sanità AiCARR, con la collaborazione del Comitato Tecnico Sicurezza e Prevenzione Incendi, evidenzierà in prima istanza gli aspetti normativi/legislativi, inquadrando l’argomento della prevenzione antincendio, e tratterà quindi il tema del complesso ospedaliero, quale patrimonio ai fini della salute pubblica.

Le esperienze portate da autorità del Comando dei Vigili del Fuoco, importanti progettisti e direttori lavori evidenzieranno i vincoli e le soluzioni applicative progettate e realizzate, il tutto in funzione delle esigenze sanitarie e delle richieste e problematiche trasmesse dagli uffici tecnici ospedalieri.

Particolare attenzione verrà riservata alla riqualificazione impiantistica, con l’obiettivo di individuare possibili soluzioni compatibili con l’ottimizzazione delle risorse.

L’evento è indirizzato a ingegneri, architetti, medici igienisti e tecnici ospedalieri interessati alle problematiche impiantistiche nello specifico contesto ospedaliero.

a cura di Lucia Kern

AiCARR vi invita alla presentazione della norma UNI 11425

A conclusione del Seminario Sanità: Milano, Istituto Clinico Humanitas - 18 novembre 2011, ore 17,00 circa AiCARR, attraverso il Sottocomitato 5 del CTI, ha attivamente collaborato alla redazione della norma UNI 11425 “Impianto di ventilazione e condizionamento a contaminazione controllata (VCCC) per il blocco operatorio. Progettazione, installazione, messa in marcia, qualifica, gestione e manutenzione”, pubblicata lo scorso settembre. Questa norma, frutto di un accurato lavoro di dibattito e confronto fra esperti di settore, si applica tanto alle nuove realizzazioni quanto alle ristrutturazioni edilizie e impiantistiche dei blocchi operatori e fornisce i requisiti per verificare le condizioni d’uso di quelli esistenti.

Un’occasione unica per conoscere più approfonditamente la UNI 11425 è offerta dalla presentazione che si terrà a conclusione del Seminario Sanità, dalle ore 17,00 alle 18,30 circa. Interverranno Cesare Taddia, past President AiCARR e coordinatore del Gruppo di Lavoro CTI, e Luca A. Piterà, Segretario tecnico dell’Associazione.

L’evento è gratuito ed è aperto a tutti. I partecipanti avranno la possibilità di acquistare in loco la norma a un prezzo veramente interessante, prenotandola sul sito AiCARR entro il 7 novembre.

Novembre in aula: il calendario dei prossimi corsi della Scuola AiCARR di Milano

Gli appuntamenti con l’aggiornamento professionale offerti dalla Scuola AiCARR proseguono a Milano in novembre con i corsi su Analisi economiche e studi di fattibilità (quattro giornate), Certificazione e diagnosi energetica (cinque giornate) e con il corso Progettazione di sistemi radianti.

Pubblicata la bozza del verbale dell’Assemblea generale dei Soci 2011

È stata pubblicata sul sito AiCARR, nell’area riservata ai Soci (Area Soci/Assemblee generali), la bozza del verbale dell’Assemblea generale ordinaria dei Soci AiCARR, tenutasi a Padova il 16 giugno scorso; la bozza è corredata dai relativi documenti discussi. Il verbale verrà approvato definitivamente nel corso della prossima Assemblea.

Le date 9 novembre Analisi economiche: fondamenti (AN00) 10 novembre Analisi economiche nel confronto di sistemi edificio/impianto (AN01) 15 novembre Progettazione di sistemi radianti (PR15) 16 novembre Analisi economiche per sistemi a fonti rinnovabili (AN02) 17 novembre Studi di fattibilità economico-impiantistica (AN03) 21 novembre D. Lgs. 192 e successive modifiche + DM n. 115 (EE01) 22 novembre Le UNI TS 11300 parte 1ª e 2ª (EE02) 23 novembre Le UNI TS 11300 parte 3ª e 4ª (EE03) 29 novembre La certificazione energetica secondo le leggi nazionali: esercitazione (EE04) 30 novembre Diagnosi energetica (EE05) Ricordiamo che ciascuna giornata di lezione costituisce un’unità didattica autonoma e può essere frequentata anche singolarmente.

Informazioni e iscrizioni sul sito La Scuola AICARR è Operatore accreditato – Servizi per la Formazione e l’Orientamento al Lavoro presso Regione Lombardia.

È in uscita la prima Guida AiCARR

Si intitola “Criteri di misurazione delle reti aerauliche” il volume in uscita che inaugura la serie di Guide AiCARR, strumenti operativi a supporto dell’attività professionale dei Soci.

Le Guide sono prodotte dalla Commissione Comitati Tecnici, organo consultivo permanente di AiCARR che ha come scopo l’aggiornamento, l’approfondimento e la divulgazione delle tematiche nei settori di interesse dell’Associazione. La Commissone svolge il proprio compito gestendo e controllando l’attività di 10 Comitati Tecnici, fra i quali il Comitato Tecnico Sistemi Impiantistici (CTSI), che ha il compito di trattare le tematiche relative agli aspetti prestazionali, progettuali, costruttivi e manutentivi afferenti sia alle tipologie impiantistiche, sia alle apparecchiature e/o ai materiali con cui possono essere realizzati gli impianti tecnici.

Il CTSI ha redatto questa Guida, istituendo un apposito Gruppo di Lavoro diretto e coordinato dall’ing. Gennaro Loperfido.

La Guida affronta le problematiche relative alla misurazione delle reti di distribuzione dei fluidi termovettori, che sono componenti importanti degli impianti di climatizzazione.

Generalmente, la misurazione degli elementi caratteristici di queste reti viene effettuata seguendo metodologie che differiscono a seconda del materiale impiegato e che non sono univoche né condivise. I risultati di tali misurazioni, basati su criteri diversi, non consentono confronti e possono dar luogo a contestazioni e contenziosi tra le parti.

Per le reti aerauliche la Norma UNI EN 14239 fornisce un metodo per calcolare un valore convenzionale dell’area superficiale delle condotte, il cui risultato non è però rappresentativo della realtà costruttiva.

Proprio con l’intenzione di colmare tale lacuna, questa Guida propone una nuova metodologia applicabile all’insieme delle condotte aerauliche, che permette di effettuarne la misurazione in maniera univoca e indipendente dal materiale impiegato, anche in fase di progettazione preliminare disponendo solo di un dimensionamento unifilare.

Questa Guida è indirizzata a tutti coloro che hanno parte nella realizzazione delle reti aerauliche: committenti, progettisti, produttori, direttori dei lavori, collaudatori, contabili dei lavori.

I nostri corsi in formazione finanziata: 66 milioni di euro da Fondimpresa

Fondimpresa ha pubblicato l’Avviso 5/2011 con il quale mette a disposizione 66 milioni di euro per la formazione dei lavoratori delle aziende iscritte al Fondo. L’Avviso è di carattere “generalista”, quindi finanzia Piani formativi condivisi che riguardano una o più aree tematiche, quali innovazione tecnologica, sviluppo organizzativo, competenze tecnico-professionali, gestionali e di processo, ambiente e sicurezza, riqualificazione. È dunque possibile per le Aziende interessate studiare insieme ad AiCARR interventi mirati di formazione da inserire nel Piano e richiederne il finanziamento, la cui attribuzione verrà decisa dal Fondo sulla base di una graduatoria di valutazione di tutti i Piani presentati.

Destinatari dei Piani formativi sono i lavoratori dipendenti delle imprese aderenti al Fondo, inclusi quelli interessati da procedimenti di cassa integrazione e contratti di solidarietà.

L’Avviso prevede due scadenze: per ognuna sono a disposizione 33 milioni di euro, ripartiti tra ambiti territoriali (Regioni e Province autonome), un ambito settoriale, di reti e di filiere produttive, e un ambito dei Piani a iniziativa aziendale.

La prima scadenza per la presentazione del piano è dal 1° dicembre 2011 fino alle ore 13.00 del 20 gennaio 2012.

Alle Aziende che necessitano di consulenza per la progettazione del Piano ricordiamo che l’intervento del consulente è coperto dal finanziamento.

Tutte le informazioni sull’Avviso 05/2011 e il testo integrale sono pubblicati sul sito di Fondimpresa (www.fondimpresa.it).

Informazioni di carattere generale sulla formazione finanziata e sui fondi interprofessionali sono pubblicati sul nostro sito, nella sezione Scuola. Per notizie più approfondite in merito agli adempimenti burocratici e successivamente alla elaborazione del piano formativo, non esitate a contattare la Segreteria AiCARR.

Michele Vio su Radio 24

Michele Vio, nel ruolo di Presidente di AiCARR, è intervenuto lo scorso 4 ottobre a Mr. Kilowatt, la trasmissione di informazione quotidiana di Radio 24 dedicata all’efficienza energetica e alle fonti alternative.

Con un linguaggio chiaro e comprensibile anche per il grande pubblico, Vio ha dialogato con il giornalista scientifico Maurizio Melis sul tema della pompa di calore. Dopo la presentazione dell’Associazione, il Presidente AiCARR ha preso la parola illustrando la diffusione, le applicazioni, le tipologie, le sorgenti, le criticità e le possibili soluzioni relative agli impianti a pompa di calore.

Nel corso dell’intervista, Vio ha anche ribadito il problema della complessità e frammentarietà territoriale della legislazione italiana sulle acque che ostacola una più incisiva diffusione di questa tecnologia, particolarmente adatta al nostro clima e in grado di contribuire al miglioramento dell’efficienza energetica del Paese e al risparmio degli utenti.

Sul nostro sito, nella sezione News, il link per ascoltare l’intervista.

Le informazioni e i moduli per le iscrizioni a tutti gli eventi AICARR sono pubblicati sul sito www.aicarr.org

AiCARR informa I vincitori del Premio Tesi di Laurea AiCARR 2011

Progettare sistemi radianti?

AiCARR vi dà gli strumenti

Sono stati premiati nel corso del 48º Convegno Internazionale AiCARR, tenutosi a Baveno in settembre, i quattro vincitori del Premio indetto dall’Associazione per studenti laureandi che hanno discusso la loro tesi di laurea, ritenuta di particolare interesse, fra la sessione estiva 2010 e la sessione estiva 2011.

I vincitori sono: Ezio Benvenuto Università degli Studi di Udine – Ingegneria Civile Relatore: prof. ing. Onorio Saro Titolo tesi: Climatizzazione estiva di ambienti industriali mediante il raffrescamento evaporativo Fabio Favoino Politecnico di Torino – Ingegneria Edile Relatori: prof. ing. Marco Perino e prof. ing. Niccolò Aste Titolo tesi: Zero Energy Building: Evaluation of Actress Innovative Facade through Dynamic Energy Simulation Stefano Poppi Università degli Studi di Padova – Ingegneria Meccanica Relatore: ing. Claudio Zilio Titolo tesi: Development of Commercial Refrigeration Systems Mirko Terruso Università degli Studi di Palermo – Ingegneria Relatori: prof. ing. Giuseppe Panno e ing. Pietro Finocchiaro Titolo tesi: Analisi delle prestazioni di uno scambiatore di calore aria-aria per applicazioni di raffrescamento evaporativo indiretto

In occasione della recentissima uscita del volume della Collana Tecnica AiCARR “Climatizzazione con sistemi radianti. Guida alla progettazione” di Michele Vio, la Scuola AiCARR propone a Milano, il 15 novembre prossimo, la giornata di corso “Progettazione di sistemi radianti” condotta dall’autore come momento di formazione e confronto su tali sistemi.

I sistemi radianti rappresentano una delle principali novità nel mondo della climatizzazione: sono stati riscoperti nell’ultimo decennio, grazie anche a ottime realizzazioni, e sono ora divenuti particolarmente attraenti, anche per l’utente finale. Una novità molto recente è rappresentata dal loro uso nella climatizzazione estiva, come lo è anche l’utilizzo di sistemi a soffitto o a parete.

Conoscere approfonditamente i sistemi radianti e saperli progettare a regola d’arte è quindi essenziale per il professionista, che deve essere anche in grado di scegliere e applicare la tecnologia più efficiente ed efficace in relazione al contesto.

La giornata di corso prenderà in considerazione i parametri che influenzano le prestazioni dei sistemi radianti, con particolare attenzione al funzionamento estivo. Sarà analizzato lo scambio termico tra sistemi radianti e persone e tra sistemi radianti e superfici, con la descrizione dei parametri che influenzano il comfort termico. Si parlerà di pregi e difetti dei vari sistemi esistenti e dei possibili risparmi energetici ed economici. Verrà presa quindi in esame la validità dell’utilizzo di sistemi radianti in relazione ai diversi ambiti di applicazione, dal residenziale all’ospedaliero, al commerciale.

Il volume della Collana AiCARR e un software di calcolo per il dimensionamento dei sistemi a soffitto saranno distribuiti in omaggio ai presenti per supportarli anche in seguito nella loro attività “sul campo” .

Corso: “Progettazione di sistemi radianti” (PR15) Scuola AiCARR di Milano, 15 novembre

Città e paesaggio In questo suo nuovo libro, de Santoli esplora le numerose variabili economiche, tecniche e sociologiche di Livio de Santoli che dovranno esser ricomposte in una trasparente intelaiatura contestuale, Editore: Quodlibet 2011 al fine di trasformare Roma in un parco della biosfera, rendendola prima di viLa decentralizzazione dei poteri in materia energetica, i piani realizzabili, finanziabili ed efficienti dallapunto comunità sostenibile post-carbon del mondo.

De Santoli offre qui sta del risparmio e del ritorno d’investimento. Il ruolo delle città nel nostro futuro energetico, nell’orizzonte di una approfonditi dettagli, che saranno riqualificazione urbana che sia rispettosa delle preesistenze culturali e ambientali. quanto propone nel libro utili agli E’ accademici, ai professionisti, comunità imprenditoriale e «Le comunità dell’energia» il prof. Livio de Santoli, ingegnere che ha realizzatoalla l’impianto fotovoltaico più famoso in generale a tutti i cittadini nel loro verso la definizione di una del mondo - la copertura dell’Aula Nervi in Vaticano -, il modello energetico dicammino Roma Capitale e la rete energetica strategia complessiva per l’Italia.

Le comunità dell’energia

Livio de Santoli, ingegnere, è ordinario di Fisica tecnica ambientale della Sapienza Università di Roma. È responsabile dell’energia dello stesso ateneo e collabora con il comune di Roma per gli aspetti energetici della città. Ha partecipato con Jeremy Rifkin alla stesura di un Master Plan per l’Energia a Roma e ha coordinato i lavori per il Sustainable Energy Action Plan (Piano d’Azione per l’Energia Sostenibile) di Roma per il periodo 2011-2020.

Livio de Santoli Le comunità dell’energia Introduzione di Jeremy Rifkin

ISBN

della città universitaria della Sapienza. Nel volume l’autore auspica una decentralizzazione dei poteri in materia di Jeremy Rifkin energetica. Le proposte, però, dietro gli aspetti tecnici, affrontano anche i risvoltiDall’introduzione politici e sociali, come il «web dell’energia», la creazione cioè di una rete di nodi per organizzare territorialmente sia la produzione che la distribuzione e il consumo di elettricità e calore. Una «riforma radicale - sottolinea l’autore - destinata a rovesciare l’attuale modello centralistico-gerarchico in nome di una democratizzazione comunitaria e di un’ampia federalizzazione delle risorse». Per de Santoli, infatti, l’obiettivo è quello di sollecitare una responsabilità collettiva su questi temi e di sviluppare una diffusa consapevolezza scientifica circa le conseguenze di scelte che non possono più essere delegate solo a una separata casta tecnica.

Livio de Santoli Le comunità dell’energia

Volume n. 13 Collana Tecnica AiCARR: “Climatizzazione con sistemi radianti. Guida alla progettazione” di Michele Vio (2011)

978-88-7462-403-4

16,00 euro

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Quodlibet

Le comunità dell’ener

Gli studi progettuali e le realizzazioni de Santoli sono noti: l’«impianto foto più famoso del mondo», ovvero la co dell’Aula Nervi in Vaticano che ha pr l’austera Chiesa cattolica nel modern mondo delle energie rinnovabili; la r energetica della Città universitaria de Sapienza di Roma; il modello energe Roma Capitale ecc. Quello che si pre il suo manifesto energetico. Qui si au una decentralizzazione dei poteri in energetica, che dovrebbero passare d Stato alla società, intesa come grupp cittadini legati al proprio contesto e a propria cultura di appartenenza. Ven proposti piani realizzabili, finanziabili efficienti dal punto di vista del risparm del ritorno d’investimento, esemplific riorganizzazione energetica della Ca presenta il ruolo delle città nel nostro energetico, anche in nome di una riqualificazione urbana che sia rispet delle preesistenze culturali ed ambie sue proposte, però, non mascherano la facciata tecnica, aspirazioni politic sociali: il web dell’energia, la creazion una rete di nodi entro la quale incan produzione, la distribuzione e il cons elettricità e calore, è un’idea sovversi quanto mira a rovesciare l’attuale mo autoritario (centralistico-gerarchico) gestione delle risorse energetiche in una democratizzazione comunitaria un’ampia federalizzazione delle risor consenta anche di dare una declinaz sociale al mercato. L’obiettivo è quel promuovere una nuova responsabilit e la crescita d’una diffusa consapevo scientifica circa le conseguenze di sc non possono più essere delegate sol separata casta tecnica.

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