SOFTWARE DI CALCOLO RELATIVO ALLA PARTE TERZA

DELLE UNI TS 11300

Tutta la procedura di calcolo descritta nel precedente capitolo è stata

implementata in un algoritmo informatico che permette di valutare, per un

generico edificio, i tre parametri fondamentali caratterizzanti i consumi energetici

derivanti dall’uso dell’impianto di condizionamento estivo:

1) il fabbisogno di energia primaria per il raffrescamento Q,CP espresso in

[kWh] ;

2) il rendimento globale medio stagionale ηglo ;

3) l’indice di prestazione termica dell’edificio per il raffrescamento

EPe,invol, espresso in [kWh/m2 anno]

L’algoritmo è stato sviluppato interamente in ambiente Excel, con in più, in

qualche caso, l’utilizzo di macro e script in linguaggio visualbasic (presenti

al’interno dello stesso software Excel sotto la voce “Sviluppo”) relativamente a

qualche opzione particolare di calcolo.

I fogli principali, in cui vi è prevista l’immissione e la consultazione dei dati più

rilevanti del programma, sono i seguenti:

Dati edificio-impianto;

Zone edificio;

Canali Aria;

Risultati;

Gli altri fogli di calcolo sono

Dati e tabelle normative;

Dati meteo;

Calcoli generali;

Maggio;

Giugno;

Luglio ;

Agosto;

Settembre;

Ottobre;

I primi tre fogli rappresentano un insieme di database e procedure di calcolo

quindi non c’è la necessità ne di utilizzarli per immettere dati, ne tanto meno di

consultarli, pertanto non vanno assolutamente modificati onde evitare

malfunzionamenti del programma.

I fogli relativi ai mesi costituiscono un pò il “cuore” del calcolo dell’algoritmo

che è stato implementato, hanno all’interno tutta la struttura di calcolo relativa alle

zone in cui viene suddiviso il generico edificio ed i cui risultati dipendono, per

l’appunto, dal mese considerato: qui è possibile consultare singolarmente, per

ogni zona , per ogni parete associata e per ogni componente di quest’ultima (sia

vetrato che opaco) risultati specifici come:

L’apporto solare;

Il coefficiente di scambio termico per trasmissione H,tr ;

Il coefficiente di scambio termico per ventilazione H,ve ;

ed inoltre modificare i coefficienti di ombreggiatura relativi ad ogni parete; i quali

hanno tutti, preliminarmente come valore di “default”, quello unitario

(corrispondente a nessuna ombreggiatura) che poi potrà essere cambiato.

I risultati principali invece vengono riportati tutti nel foglio “Risultati” che verrà

descritto nel paragrafo 6.4

6.1 IMMISSIONE DATI E TIPOLOGIE DI CASELLE

Prima di procedere nella descrizione è importante definire le due tipologie di

immissione dati che il programma richiede e che quindi sono valide per tutti i

fogli di calcolo:

I valori di immissione sono di due tipi:

dati numerici da immettere tramite tastiera;

dati da selezionare mediante menù a tendina;

I campi dei valori da immettere esclusivamente mediante tastiera sono

contrassegnati dalla casella con sfondo grigio con il testo in rosso come in figura 1

Figura 1

La selezione dei menù a tendina è contrassegnata dalla casella con sfondo giallo e

può essere di due tipi:

1) elenco semplice di casella Excel: basta selezionare la casella con il tasto

destro del mouse e far spuntare così la freccetta del menù con la quale

iniziare la selezione (figura 2 e 3)

Figura 2

Figura 3

2) elenco derivante da un modulo con codice visual basic : in tal caso sulla

casella è già presente la freccetta di selezione del menù a discesa

Figura 4

Oltre ai valori di immissione, le altre caselle possono riguardare le etichette dei

dati da immettere o da consultare e le relative unità di misura: in figura 5 è

rappresentata un esempio con le tipologie di caselle maggiormente frequenti:

Figura 6.5

6.2 FOGLIO “DATI EDICIO-IMPIANTO”

L’elenco relativo ai fogli di calcolo visti nel primo paragrafo costituisce di fatto

anche la sequenza cronologica dei passi da effettuare per utilizzare correttamente

il programma. Il primo passo è, come del resto logico aspettarsi, quello di definire

quali sono i dati più importanti che caratterizzano sia l’edificio, nel suo

complesso, che l’impianto di climatizzazione estiva installato nello stesso.

Le informazioni primarie dell’edificio sono racchiuse nel “box” “Dati generali

edifico” Il box è diviso in 4 parti: due riguardano l’edificio nel suo complesso

mentre le altre due sono relative ai dati del pavimento e del soffitto.

L’impostazione dell’algoritmo prevede infatti che ogni zona dell’edificio sia

caratterizzata da 4 pareti in quanto il soffitto e il pavimento vengono considerati

globalmente ai fini del calcolo dello scambio termico.

6.2.1 Dati generali dell’edificio

Il primo blocco di informazioni riporta le seguenti voci:

Categoria di edificio: in cui si fa riferimento all’ utilizzo dell’edificio

quindi è possibile selezionare un abitazione, ospedale, piscine, palestre,

ect. È in base a questa scelta che viene ricavata in automatico la

temperatura di progetto prevista per la climatizzazione e di conseguenza

anche l’apporto globale interno;

Provincia edificio: si sceglie co un menù a tendina la provincia, mediante

la quale il programma carica automaticamente tutti i dati meteo del sito

dell’edificio: temperatura esterna, entalpia dell’aria, ect..

Temperatura di progetto: è quella prevista in base alla categoria dell’

edificio

Superficie calpestabile netta edificio: è la superficie totale netta del

pavimento: da questo valore dipendono molteplici fattori e calcoli che

vedremo più avanti

Apporto globale interno: è il prodotto dell’apporto unitario relativo alla

tipologia di edificio e la superficie netta del pavimento

Il secondo blocco comprende:

Numero piani edificio

Intonaci involucro edilizio: se sono di gesso o malta

Consistenza pareti esterne: è un dato relativo alla densità media del

materiale costituente le pareti esterne, questo dato serve per definire la

capacità termica dell’edificio;

Isolamento pareti: indica se e dove è presente uno strato di isolamento

relativo sempre alle pareti esterne

Con questo secondo blocco di informazioni il programma valuta la capacità

termica areica dell’edificio e successivamente calcola la capacità termica vera e

propria, semplicemente moltiplicando la prima per la superficie netta dell’edificio.

Dati pavimento

Il terzo blocco riguarda i dati del pavimento:

Superficie pavimento: é la superficie netta calpestabile già vista in

precedenza, il programma incolla il dato già immesso.

Perimetro pavimento: qui si inserisce il perimetro espresso in metri

Conduttività termica del terreno: è un dato consultabile, viene valutato

in base alla tipologia di terreno selezionata

Spessore pareti esterne: il dato è da immettere in metri,serve al

programma per valutare il volume netto dell’edificio

Tipo di terreno: si seleziona il tipo di terreno tra

Argilla/limo,sabbia/ghiaia, oppure roccia omogenea.

Tipo di pavimento: si seleziona il tipo di pavimento tra cinque diversi

tipi, in accordo a quanto visto nel precedente capitolo:

1) Controterra uniformemente isolato o senza isolamento

2) Controterra con isolamento perimetrale orizzontale interno

3) Controterra con isolamento perimetrale verticale o esterno

4) Su intercapedine

5) Piano interrato

Una volta selezionato bisogna procedere con l’immissione dei dati specifici per la

tipologia di pavimento cliccando sul bottone a destra “INPUT DATI

PAVIMENTO”. In base al tipo di pavimento selezionato verranno richiesti dati

specifici, tramite l’apertura di una piccola finestra di dialogo, al fine di avviare la

procedura di calcolo del coefficiente di trasmissione Hg descritta nel precedente

capitolo.

Per la tipologia 1) viene richiesta solo la resistenza termica dello strato di isolante.

Sarà sufficiente inserire il dato all’interno della casella di testo con l’unità di

misura richiesta (m2 K/W) e successivamente immettere il valore cliccando sul

tasto in basso “Carica dato” come in figura 6 .

Se nel pavimento non c’è isolante immettere semplicemente zero.

Figura 6

Per la tipologia 2) si aprirà la finestra seguente (figura 7):

Figura 7

Figura 8

Vengono richiesti la resistenza termica dell’isolamento perimetrale, lo spessore

dell’isolamento, indicato con “dn” in figura 6.8, e la larghezza dello strato

d’isolante espressa sempre in metri ed indicata con “D” in figura 8. Per la

tipologia 3) avremo la finestra in figura 9: ciò che cambia è soltanto

l’orientamento dello strato d’isolante come illustrato in figura 10. Lo spessore

“dn” e la profondità “D” dello strato d’isolante sono schematizzate in figura 10

Figura 9

Figura 10

Per il tipo 4) vengono richieste le informazioni seguenti:

Figura 1

Figura 12

La resistenza termica sul fondo dell’intercapedine è quella indicata con Rg

secondo lo schema di figura 12

Il rapporto tra il totale delle superfici di ventilazione e il perimetro del

pavimento è richiesto al fine di valutare una sorta di trasmittanza termica

equivalente relativa allo scambio termico di ventilazione all’interno

dell’intercapedine.(Ux nel capitolo precedente) Se non sono previste

aperture di ventilazione immettere zero.

Le pareti al di fuori del livello del terreno, di cui bisogna inserire il valore

di trasmittanza, sono quelle con altezza “h” indicata in figura 12

Infine la trasmittanza della parte sospesa del pavimento fa riferimento alla

parete orizzontale che divide l’ambiente interno dallo spazio

sottopavimento, la cui resistenza termica è indicata con Rf con riferimento

sempre alla figura 12.

Per la tipologia 5), con piano interrato, abbiamo la schermata di figura

13.

Con riferimento allo schema di figura 14 l’altezza da immettere è “Z”,la

tramittanza tra ambiente interno e piano interrato è la stessa che si

considera nello schema di figura 12 relativo alla tipologia 4): ci sarà una

parete, in questo caso tra primo piano e piano interrato, cui farà

riferimento la trasmittanza da inserire.

Per il resto i dati da immettere sono uguali a quelli del caso precedente , in

più viene richiesto solo il volume del piano interrato.

Figura 6.13

Figura 14

Materiale di pavimento: si può scegliere tra legno, piastrelle o materiale

tessile; il dato, anche se è stato inserito in questo “box” per attinenza con

la struttura del pavimento, fa parte di quell’insieme di parametri in base al

quale il programma valuta la capacità areica dell’edificio.

Dati soffitto

L’ultimo insieme di valori che fanno capo ai dati generali dell’edificio sono i dati

relativi al soffitto. Avremo:

Superficie del soffitto: è relativa alla parete interna che separa l’ambiente

interno dalla struttura del tetto

Trasmittanza termica del soffitto: è riferita alla somma di tutti gli strati

che costituiscono la struttura del tetto

Resistenza termica superficiale strato esterno: fa riferimento

esclusivamente alla copertura esterna

Angolo di inclinazione rispetto all’orizzonte: l’inclinazione del tetto

espressa in gradi serve per calcolare il flusso di radiazione termica ri-

emesso dalla superficie esterna del tetto in direzione della volta celeste

Colorazione tetto: si può scegliere tra colorazioni chiare scure e medie.

Come l’angolo di inclinazione anche questo è un dato relativo al calcolo

dell’emissione della radiazione termica verso l’esterno

Periodo ed ore giornaliere di utilizzo impianto

La durata della stagione di climatizzazione estiva è determinata dalla norma UNI

TS 11300-1, tramite l’espressione descritta nel Volume 4.

Tuttavia, al fine di rendere più personalizzabile la procedura di calcolo, è stato

deciso di far decidere all’utente quale sia il suo effettivo periodo di utilizzo

dell’impianto.

Con il programma è quindi possibile scegliere autonomamente data e mese

d’inizio e fine periodo di raffrescamento stagionale: il periodo massimo che si può

considerare nel calcolo va dal 1 Maggio ad 31 Ottobre

Il periodo è selezionabile tramite un piccolo box ,in alto a destra accanto ai dati

generali dell’edificio, dove sono presenti quattro caselle di selezione

rispettivamente per il giorno ed il mese delle date d’inizio e fine periodo (figura

15).

Figura 15

Dati generali impianto

I dati generali d’impianto comprendono:

Informazioni sui terminali di erogazione;

Dati sulla rete di distribuzione;

Dati su eventuali recuperatori di calore;

Dati relativi alla macchina frigorifera;

Dati relativi all’impianto di ventilazione meccanica;

Terminali di erogazione

Nel blocco riguardante i terminali è possibile scegliere il numero e la tipologia dei

terminali: ogni casella corrisponde ad una o più tipologie di terminali accanto alla

quale è sufficiente immettere il numero totale di quelli presenti nell’impianto

(figura 16)

Figura 16

Sempre all’interno dello stesso blocco, più in basso, è possibile selezionare il

sistema di controllo dei terminali che può essere:

con regolazione centralizzata;

controllo di zona;

controllo per singolo ambiente;

e la tipologia di regolazione dell’impianto:

Regolazione on-off;

Regolazione con banda modulante (1°C);

regolazione con banda modulante (2 °C);

Figura 17

Sulla destra, (figura 17) si può osservare il valore del rendimento di regolazione

che viene fuori da queste ultime due selezioni effettuate in merito ai terminali

d’erogazione. Tale dato sarà poi utilizzato dal programma per il calcolo dei

fabbisogni d’energia elettrica per gli ausiliari d’impianto .

Accanto al blocco d’informazioni appena descritto, sulla destra, (figura 18) viene

richiesto d’inserire ( se presenti) le potenze assorbite dai ventilatori in dotazione ai

terminali di erogazione utilizzati: per cui si hanno tre caselle d’inserimento relativi

alle tipologie di terminali che sono dotati di ventilatori:

ventilconvettori, sistemi split e travi fredde o armadi autonomi.

Figura 18

Rete di distribuzione

In questo box (figura 18) si sceglie inizialmente il tipo di fluido termovettore

utilizzato (Aria o Aria e Acqua) con in più la localizzazione dei canali aria: infatti

la normativa prevede, in caso d’impianto a tutt’aria, che le perdite vengano

considerate nell’algoritmo soltanto se i canali sono posti in ambiente non

climatizzato o all’esterno dell’edificio. In basso con la scritta in rosso sarà

specificato, in base alla selezioni effettuate nelle due caselle, se le perdite di

distribuzione verranno inglobate o meno nel calcolo.

Ancora più in basso troviamo i dati relativi alla rete Acqua: qui devono essere

selezionati i piani dell’edificio che sono serviti dalla rete con accanto la tipologia

di rete adottata dall’impianto, che ai fini del calcolo normativo, può essere di tre

tipi differenti:

rete ad anello nel pian terreno con montanti verticali;

rete a distribuzione orizzontale di piano;

Figura 19

In base a queste due selezioni il programma valuta il rendimento di distribuzione

dell’impianto visibile con la scritta rossa sulla destra.

Ancora in basso vi sono poi i dati relativi al serbatoio di accumulo.

Per indicarne la presenza basta spuntare la relativa casella e successivamente

selezionare il volume di accumulo con il menù a discesa presente subito sotto:

è possibile selezionare tra 50 e 10.000 litri. In base a ciò il programma calcola il

flusso orario di potenza persa espresso in kW e lo riporta sulla destra.

Infine in basso, (figura 19), troviamo due caselle di inserimento:

una per indicare la potenza globale richiesta dalle pompe dell’acqua, ed una

relativa a quella globale necessaria al funzionamento dei ventilatori per l’impianto

di ventilazione meccanica, entrambe espresse in kW.

Sulla destra l’ultimo dato del box, è relativo alla selezione del fattore utilizzo delle

pompe acqua: viene chiesto di selezionare se le pompe sono del tipo a velocità

variabile o fissa.(figura 19)

Figura 20

Recuperatori di calore

In questo blocco d’informazioni vengono semplicemente richiesti ( se presenti

nell’impianto) l’energia termica, espressa in kW, recuperata da scambiatori

appositi con relativa efficienza (ηve) e quella eventualmente recuperata da

climatizzatori con recupero di calore.

È doveroso ricordare, come per altro è stato già detto nel precedente capitolo, che

il dato relativo a quest’ultima voce è da prendere in considerazione soltanto se il

calore recuperato è destinato ad alimentare le batterie di post-riscaldamento

dell’aria.

Figura 21

Dati tecnici della macchina frigorifera

Qui vengono immessi i dati della macchina frigorifera utilizzata

nell’impianto(figura 22).

Sono quindi richiesti:

la potenza nominale espressa in kW ;

i quattro valori del coefficiente di prestazione corrispondenti

rispettivamente ai fattori di carico del 100%,75%,50%,25%, utili per il

calcolo del coefficiente di prestazione medio;

il tipo di unità: Aria-Acqua o Acqua-Acqua oppure Aria-Aria o Acqua-

Aria;

la tipologia di condensatore della macchina: se del tipo a torre evaporativa,

ad acqua di falda oppure ad aria

Sulla base della scelta relativa a questa casella di selezione, a destra una etichetta

riporta cosa bisogna inserire all’interno della casella d’immissione sottostante:

Se il condensatore è del tipo evaporativo si richiede l’inserimento del valore

dell’energia elettrica assorbita dal ventilatore e dalla pompa di circolazione

dell’acqua.

Con condensatore ad acqua di falda viene richiesta solo l’assorbimento elettrico

della pompa

Per il condensatore ad aria ovviamente solo quella relativa al funzionamento del

ventilatore

Figura 22

Dati di ventilazione

Nell’ultimo blocco d’informazioni di questo foglio devono essere inserite le

informazioni sulla ventilazione (figura .23):

la prima informazione riguarda il tipo di ventilazione,tramite una casella di

selezione si sceglie se la ventilazione è naturale o meccanica, indirettamente si

precisa quindi se è presente o meno l’impianto di ventilazione meccanica.

Se l’impianto esiste allora occorre specificare, mediante un'altra casella di

selezione posta a destra, se l’impianto è del tipo a semplice flusso (aria solo in

mandata) oppure a doppio flusso (mandata e ritorno)

In caso di semplice flusso viene richiesto altresì, nella casella di selezione in

basso, di specificare se la ventilazione è fissa oppure igro-regolabile: questa

informazione permette al programma di valutare un coefficiente relativo alle

bocchette di immissione aria utile per il calcolo dei fabbisogni di trattamento

dell’aria.

Figura 23

FOGLIO “ZONE EDIFICIO”

Una volta inserite le informazioni generali sull’edificio e i dati principali

dell’impianto installato si passa a considerare le zone dell’edificio.

La zona di un edificio è definita come l'insieme dei locali che presentano carichi

termici variabili nel tempo con legge simile.

L’algoritmo del programma può considerare nel calcolo fino a cinquanta zone

differenti l’una dall’altra. Per ogni zona sono state considerate fino ad un massimo

di quattro pareti esterne; a sua volta ogni parete esterna è composta da 4 elementi

vetrati (finestre e non) e da altrettanti componenti opachi (porte, infissi per

finestre, serrande ect..)

É inoltre possibile considerare la presenza di una tipologia di ponte termico per

ogni parete (figura 24)

Figura 24: Struttura di calcolo per le zone dell’edificio

Si descrive adesso il foglio nel dettaglio:

EDIFICIO

Zona 1

Parete 1

4 elementi vetrati

4 elementi opachi

1 tipologia di ponte termico

Parete 2 Parete 3 Parete 4

Zona 2 ...Zona

50

Con riferimento alla figura 25, la prima riga di una zona è formata da due caselle

di immissione dati:

una relativo al volume lordo in m3 (che viene trasformato dal programma in

volume netto) e l’altra nella quale si inserisce il valore della portata di

ventilazione meccanica in Kg/s. Quest’ultima ovviamente è da compilare solo in

caso di ventilazione meccanica.

Figura 24

Sono inoltre presenti tre bottoni che servono per spostarsi agevolmente tra una

zona e l’altra all’interno del foglio: “Zona successiva”, “Zona precedente” e

“Torna su”, che permette di tornare alla prima zona del foglio.

Con riferimento alla figura 25 si osserva la seconda riga della zona; da qui si

cominciano ad immettere le informazioni relative alla prima parete:

Nella prima cella in rosso vi è specificata la zona di riferimento e subito dopo in

basso la parete di riferimento. Questa informazione viene sempre specificata per

ogni parete al fine di evitare errori di compilazione del foglio.

Successivamente troviamo due celle di immissione dati dove vengono richiesti la

superficie della parete e la trasmittanza termica; accanto vi è una cella di selezione

dove si specifica la colorazione della parete (chiaro,medio o scuro)

Figura 25

Sulla destra gli ultimi dati della riga fanno riferimento alla resistenza termica

superficiale esterna della parete e l’angolo di inclinazione orizzontale della parete.

Questi due dati sono quasi di default ,nel senso che, l’inclinazione della parete è

(tranne in casi di architettura particolari) sempre di 90 gradi e per ciò che riguarda

la resistenza superficiale, la dove non si conoscesse esattamente dato, la normativa

suggerisce di inserire il valore 0,04 (m2 /K W).

Nella figura successiva (figura 26) si osserva il blocco d’informazioni relativo ai

componenti vetrati della parete.

Per ogni componente è richiesto l’inserimento dei dati che riguardano:

la superficie;

la schermatura: si può scegliere tra veneziane bianche, tende bianche,

tende colorate e tessuti rivestiti di alluminio;

la vetratura: é possibile scegliere diverse tipologie di vetro come vetro

singolo, doppio o triplo vetro con o senza rivestimento basso-emissivo

Figura 26

L’ultima casella a destra (“Num. Comp.tipo”) è un contatore di componente: se ad

esempio, uno, due o più componenti vetrati che si trovano sulla stessa parete sono

tra loro uguali, allora sarà sufficiente aumentare di uno, due , tre..e così via, il

valore del contatore; senza così aver bisogno di andare a compilare l’altra riga di

componente sottostante.

Analogamente ai componenti vetrati ci sarà un blocco sottostante che è riferito ai

componenti opachi (figura 27)

Figura 27

I dati per i componenti opachi sono gli stessi di quelli vetrati con una

informazione in meno relativa alla vetratura che chiaramente è assente.

L’ultima informazione della parete è quella relativa al ponte termico:

Facendo riferimento alla figura sottostante (figura 28) si nota che le uniche

informazioni richieste sono relative:

alla tipologia di ponte termico: tramite una casella di selezione con menù a

discesa è possibile indicare giunti tra parete esterna e soffitto, tra parete e

pavimento, spigoli di pareti compenetranti, giunti degli infissi ect..

la superficie interessata dal ponte termico

queste due informazioni permettono al programma di calcolare il coefficiente di

scambio termico, espresso in W/K, del ponte termico.

Figura 28

La descrizione del foglio si conclude qui perché da qui in poi le informazioni

richieste saranno sempre le stesse seguendo lo schema di calcolo visto in figura 24

FOGLIO “CANALI ARIA”

Il foglio in questione va compilato soltanto se l’impianto dell’edificio è dotato di

ventilazione meccanica: in caso contrario i dati immessi non vengono considerati

nel calcolo.

L’algoritmo del programma considera fino ad un massimo di venti tipi di canali

diversi per dimensioni, caratteristiche geometriche e tipo di materiale con cui

sono costituiti.

Il foglio è strutturato in un unico blocco d’informazioni in cui ogni riga è relativa

ad un singolo canale (figura 29)

Figura 29

Le informazioni da immettere per ogni riga sono le seguenti:

il valore del diametro equivalente interno De;

il valore del diametro equivalente esterno Dint;

la conducibilità termica del materiale isolante ;

la sezione;

l’adduttanza del materiale isolante

la classe di tenuta del canale ;

la differenza di pressione tra l’aria in mandata all’interno del canale e la

pressione atmosferica all’interno dell’edificio.

Queste informazioni servono al programma per calcolare i fabbisogni di

trattamento dell’aria e per calcolare la portata di perdita QP relativa a ciascun

canale.

Inoltre, come per il caso dei componenti vetrati e opachi relativi al foglio “Zone

Edificio”, anche qui è previsto un contatore che specifica al programma la

presenza di uno o più canali aventi le medesime caratteristiche.

All’interno del foglio, posizionata in alto rispetto al blocco dei canali, vi è un'altra

casella d’immissione relativa alla temperatura dell’aria in mandata (figura 30)

Figura 30

Foglio “RISULTATI”

In questo foglio di calcolo vengono sintetizzati i risultati più importanti ottenuti

dal calcolo: In un primo blocco d’informazioni (figura 31), in alto sulla sinistra,

vengono mostrati i tre dati più importanti:

Il fabbisogno d’energia primaria per raffrescamento relativa all’edificio:

QCP;

Il valore del rendimento globale medio stagionale estivo ηglo ;

L’indice di prestazione relativo al fabbisogno d’energia primaria

Epe,invol;

Figura 31

Fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione estiva Q,CP [KWH] 743,071

Indice di prestazione termica per il raffrescamento EPe,invol [Kwh/m2 anno] 30,723

Rendimento globale medio stagionale ηglo 0,860

Fattore di conversione Tep/Kwh Fp,el [TEP/KWH EL] 0,187

Risultati globali

L’ultima casella in basso è relativa all’immissione del fattore di conversione

Tep/Kwh: l’autorità per l’energia elettrica e del gas ha stabilito che il suo valore

attuale è 0,187 ; pertanto di default è stato già inserito.

Qual’ora dovesse essere cambiato si può immettere un nuovo valore.

Sulla destra della tabella è presente anche l’ indicatore visivo previsto dalla

classificazione delle linee guida sulla certificazione energetica degli edifici (figura

32) che riporta, tramite una lancetta nera su una scala graduata, il valore dell’

Epe,invol calcolato dal programma. La lancetta fissa, di colore giallo, indica una

prestazione di circa 25 Kwh/ m2 anno: indici più bassi sono relativi ad edifici con

ottime prestazioni di efficienza energetica: in questo modo è possibile avere un

confronto e rendersi quanto, l’edificio considerato, possa o meno ritenersi

energeticamente efficiente, relativamente alla sola stagione di climatizzazione

estiva.

Figura 32

Per una maggiore chiarezza, sulla destra del grafico, è presente anche una

tabellina (tabella 1) che qualifica gli edifici dal punto di vista dell’efficienza

energetica in base al corrispettivo valore dell’indice di prestazione energetica

Epe,invol

Tabella 1

Il secondo blocco d’informazioni, in basso, riassume in una tabella tutti i valori

più significativi dei calcoli effettuati mese per mese dal programma. Vengono

quindi mostrati i seguenti dati per ogni mese:

Fabbisogno ideale energia termica raffrescamento [kWh]

Apporti interni [kWh];

Apporti solari [kWh];

Calore perso per trasmissione relativo a tutte le zone [kWh];

Calore perso per trasmissione attraverso il pavimento [kWh];

Calore totale perso per trasmissione [kWh];

Calore perso per ventilazione [kWh];

Apporto solare del soffitto [kWh];

Calore perso per trasmissione dal soffitto [kWh];

Perdite di regolazione [kWh];

Perdite di distribuzione [kWh];

Perdite di massa canali aria [kWh];

Perdite tubazioni acqua [kWh];

Perdite di accumulo [kWh];

Fabbisogno energia termica per trattamenti aria [kWh];

Fabbisogno energia elettrica per ausiliari d'impianto [kWh];

Fattore di carico medio mensile della macchina frigorifera [kWh];

Coefficiente di prestazione medio mensile [kWh];

Fabbisogno effettivo di energia primaria per il raffrescamento [kWh];

6.5 CASO STUDIO

Al fine di avere un riscontro pratico con l’effettivo utilizzo della norma è stato

scelto di esaminare un edificio vero e proprio applicando il programma appena

descritto ed esaminando successivamente i risultati.

L’edificio in questione è un abitazione, suddivisa su due piani, caratterizzata da

due aspetti principali:

Il primo è relativo alla particolare forma architettonica della struttura dell’edificio,

che garantisce apporti solari notevoli nella stagione invernale e molto modesti

nella stagione estiva.

Ciò è stato realizzato grazie ad un opportuno posizionamento e ad una accurata

inclinazione del tetto dell’edificio (figure 33 e 34).

Figura 33

Il secondo aspetto riguarda il materiale costituente le pareti di tutto l’involucro

esterno, compresi il tetto e il soffitto, costituiti in gran parte da legno massiccio

avente ottime capacità termo-isolanti.

Figura 34: Inclinazione dei raggi solari durante la stagione estiva

Figura 35: Inclinazione dei raggi solari durante la stagione invernale

Dati di progetto dell’edificio

I dati generali di progetto dell’abitazione sono riportati in tabella 2.

L’abitazione è divisa in cinque zone su due piani (figure 36 e 37):

al piano terra vi sono:

la zona Soggiorno-Pranzo

la zona Cucina

la zona Bagno

Al primo piano vi sono:

la zona Letto

la zona Cabina

Tabella 2

Figura 36: pianta del piano terra

Località: Enna

categoria di edificio: E.1(1) Abitazione adibita a residenza con carattere continuativo

Piani edificio: 2

Totale volume lordo ambienti: 281 [m3]

Superficie totale pareti esterne: 127,35 [m²]

Superficie utile dell'edificio: 52,6 [m²]

Spessore medio pareti: 0,45 [m]

Temperatura interna di progetto 26◦C

Ore di raffrescamento giornaliero 8 [h]

Tipo di pavimento: Solaio sopraelevato isolato in sughero e finitura in parquet di bamboo

Trasmittanza termica 0,282 [W/m² K]

Resistenza termica totale 3,546 [m²/K W]

Supericie totale pavimento: 134,2 [m²]

Struttura: tavolato in legno di spessore 4 cm e pannello in sughero di 12 cm

trasmittanza termica: 0,09 [W/m² K]

reistenza termica totale 0,1 [m²/K W]

Resistenza termica dello strato esterno: 0,1 [m²/K W]

Angolo inclinazione tetto rispetto all'orizzonte: 16 gradi

Struttura:Parete ventilata in 3 strati di abete, peso 15,5 kg/mq,spessore 6,2 cm,

pannello di sughero 12 cm

Trasmittanza termica 0,219 [W/m² K]

resistenza termica totale 4,56 [m²/K W]

Struttura:Superfici vetrate con vetro camera 5-12-5 ,superfici trattate, em 0.2

v,(U=2,00), telaio (s = 16%) in alluminio con taglio termico da 20 mm

Trasmittanza termica 1,4 [W/m² K]

reistenza termica totale 0,714 [m²/K W]

Dati componenti trasparenti

Dati soffitto

Dati involucro esterno

Dati pavimento

Dati principali

Figura 37: Pianta del primo piano

Di seguito si riportano i dati relativi ad ogni zona dell’abitazione:

Tabella 2

Tabella 3

Lunghezza (m) 5,89 larghezza (m) 4,1 Altezza (m) 2,7

Volume netto (m3) 65,2

esposizione U (W/m2 K) Lunghezza (m) Alt/larg (m) A (m

2)

parete esterna 1 N 0,22 5,89 2,7 15,903

parete esterna 2 W 0,22 4,1 2,7 11,07

comp vetrato 1 W 1,4 4,1 2,7 11,07

parete esterna 3 E 0,22 4,1 2,7 11,07

comp vetrato 2 E 1,4 4,1 2,6 10,66

parete esterna 4 S 0,22 2,8 2,7 7,56

ponte termico 1 / 0,4 1 5,89 5,89

ponte termico 2 / 0,3 1 2,7 2,7

ponte termico 3 / 0,14 1 13,4 13,4

Zona Soggiorno-Pranzo

Dati pareti

Lunghezza (m) 3,8 larghezza (m) 2,46 Altezza (m) 2,7

Volume netto (m3) 25,2

es U (W/m2 K) Lunghezza (m) Alt/larg (m) A (m

2)

parete esterna 1 W 0,22 5,89 2,7 15,903

parete esterna 2 S 0,22 4,1 2,7 11,07

comp vetrato 1 S 1,4 4,1 2,7 11,07

ponte termico 1 / 0,4 2,46 1 2,46

ponte termico 2 / 0,3 1 2,7 2,7

ponte termico 3 / 0,14 1 5,2 5,2

Zona Cucina

Dati pareti

Tabella 4

Tabella 5

Tabella 6

Le tipologie di ponte termico tipo “1” ,”2 “e “3” presenti all’interno delle tabelle

fanno riferimento ai seguenti dati:

Lunghezza (m) 5,89 larghezza (m) 4,1 Altezza (m) 2,7

Volume netto (m3) 65,2

esposizione U (W/m2 K) Lunghezza (m) Alt/larg (m) A (m

2)

parete esterna 1 E 0,22 5,89 2,7 15,903

parete esterna 2 N 0,22 4,1 2,7 11,07

parete esterna 3 S 1,4 4,1 2,7 11,07

ponte termico 1 / 0,4 1,7 2,2 3,74

ponte termico 2 / 0,3 1 2,7 2,7

Bagno

Dati pareti

Lunghezza (m) 2,5 larghezza (m) 4,26 Altezza (m) 2,7

Volume netto (m3) 28,8

esposizione U (W/m2 K) Lunghezza (m) Alt/larg (m) A (m

2)

parete esterna 1 N 0,22 4,26 2,7 11,502

comp vetrato 1 N 1,4 2,1 2,4 5,04

parete esterna 2 E 0,22 1,5 2,7 4,05

parete esterna 3 S 0,22 5,36 2,7 14,472

parete esterna 4 W 0,22 3,7 2,7 9,99

ponte termico 1 / 0,4 1 4,26 4,26

ponte termico 2 / 0,3 1 2,7 2,7

ponte termico 3 / 0,14 1 9 9

Letto

Dati pareti

Lunghezza (m) 2,5 larghezza (m) 1,1 Altezza (m) 2,7

Volume netto (m3) 7,4

esposizione U (W/m2 K) Lunghezza (m) Alt/larg (m) A (m

2)

parete esterna 1 E 0,22 1,1 2,7 2,97

parete esterna 2 N 0,22 2,5 2,7 6,75

Cabina

Dati pareti

Tipo 1

Doppio ponte termico verticale

dovuto allo spigolo pareti esterne

con pilastri ; non isolato;

spessore 35 cm

Tipo 2

Ponte termico orizzontale dovuto

al giunto tra parete esterna

( U = 0,6 W/m2 K )

e pavimento o soffitto verso

l'esterno (cordolo non isolato)

Tipo 3

Ponte termico dovuto al giunto tra

parete esterna ( U = 0,6 W/m2

K ) e infisso posto all'interno; l'isolamento non

copre lo stipite.

Tabella 7

Immissione dei dati e risultati

Sulla base di questi dati iniziali è stato inizialmente compilato il box “Dati

generali edificio” presente all’interno del primo foglio di calcolo ”Dati Edificio-

impianto” e successivamente si sono immessi i dati relativi alle zone

dell’abitazione nel foglio “Zone edificio” .

Tra i dati appena visti mancano quelli relativi all’impianto di climatizzazione:

perché appunto ancora non era stato previsto, per cui, in questa prima fase non è

stata definita la potenza dell’impianto, anche perché si è voluto preliminarmente

calcolare il fabbisogno di energia termica ideale per il raffrescamento

dell’edificio.

In ogni caso la scelta più indicata per un abitazione di questo tipo è rappresentata

da un insieme di sistemi Aria-Aria tipo multi split: quindi con un paio di unità di

tipo ad espansione diretta interne, ed una sola unità esterna comprendente l’unità

moto-condensante (compressore e condensatore); pertanto sin dall’inizio è stato

chiaro che non sarebbe stato presente un impianto di distribuzione dell’aria e

quindi la ventilazione sarebbe stata di tipo naturale.

Inseriti tutti i dati ,all’interno del foglio “Risultati” sono stati visualizzati i primi

risultati relativi al comportamento dell’edificio in merito alla stagione estiva

(tabella 8): in grassetto sono indicati i valori dei fabbisogni ideali di energia

termica riferiti ad ogni mese con in più quello del totale.

Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Totale

Q C,ND

[kWh] 553,749 806,873 993,989 822,312 489,265 66,310 3732,498

Q INT

[kWh] 13,045 12,624 13,045 13,045 12,624 12,624 77,006

QSOL

[kWh] 894,358 962,905 995,002 901,068 666,627 360,248 4780,208

QC,TR ZONE

[kWh] 328,646 156,190 64,567 85,106 176,067 329,403 1139,980

Q C,TR

PAVIMENTO

[kWh]

0,007 -0,016 -0,040 -0,046 -0,031 -0,009 -0,134

QC,TR

TOTALE

[kWh]

328,749 156,267 64,623 85,156 176,128 329,487 1140,410

Q C,VENT

[KWH] 26,342 12,401 4,984 6,645 14,009 26,410 90,791

Q SOL .

SOFFITTO

[kWh]

8,134 8,760 9,052 8,198 6,065 3,277 43,486

Q C,TR

SOFFITTO.

[kWh]

0,096 0,092 0,096 0,096 0,092 0,092 0,564

Tabella 8

Da una prima analisi alla tabella di dati si evince come, durante il mese di

Ottobre, ci sia un deciso calo del fabbisogno di energia termica, dovuto non tanto

al valore della temperatura esterna, (simile tra l’latro al mese di Maggio: 14,9◦C

contro i 14,9◦C di Ottobre) quanto più tosto al valore dell’irradianza media

mensile (media tra quella diretta e diffusa, pari a 10,7 MJ/m² contro i 19,8 MJ/m²

del secondo mese con l’irradianza più bassa, cioè Settembre), decisamente più

bassa rispetto agli altri mesi. Questo fattore comporta una diminuzione notevole

degli apporti solari da cui ne deriva un minor fabbisogno di energia termica

necessario al raffrescamento.

Si nota inoltre come il valore del calore perso per trasmissione riferito al

pavimento e al soffitto dell’edificio sia rappresentato da valori in assoluto molto

modesti e non confrontabili con quelli riferiti all’involucro delle pareti esterne,

segno di un discreto isolamento termico.

Per calcolare la potenza dell’impianto è stato considerato il mese con il più alto

valore del fabbisogno termico ideale: cioè Luglio.

Dividendo questo valore per il prodotto le ore totali di funzionamento per il mese

considerato, è stata definita la potenza, espressa in kW, necessaria al

raffrescamento dell’edificio, che risulta essere di 4 kW.

In virtù del fatto che è bene considerare un surplus di potenza rispetto al valore

esatto del carico termico da soddisfare, in maniera tale da avere a disposizione un

certo margine nei casi più critici, ed in considerazione delle perdite di regolazione

e di emissione ( le uniche da considerare adottando sistemi split) che ancora non

sono state prese in considerazione dal programma, è stata maggiorata la potenza

frigorifera totale che è stata considerata nel calcolo: adesso pari a 6 kW.

La quale può pensarsi suddivisa per tre terminali in questo modo :

nella zona “soggiorno-pranzo” una unità da 9000 BTU/h pari a 2,637 kW

nella zona letto ed in cucina una unità da 6000 BTU/h ciascuna, pari a

1,76 kW ed in totale quindi a 3,52 kW

Così facendo nel programma è stato imposto:

il sistema di controllo dei terminali come “Controllo singolo ambiente”

la tipologia di regolazione dei terminali come “on-off ”

il rendimento di regolazione e di emissione assumono in questo modo lo stesso

valore: pari a 0,94

Per quel che riguarda i valori del coefficiente di effetto utile al variare del carico è

stata considerata la seguente curva ,tipica di questi sistemi e per queste potenze:

Figura 37: Variazione del coefficiente di effetto utile della macchina frigorifera in relazione al fattore di

carico

Come si vede la curva è stata suddivisa in due tratti: ciò è stato fatto al fine di

poter definire due funzioni differenti per meglio rappresentare l’intera curva,

migliorando così la precisione dell’interpolazione dei valori del coefficiente di

effetto utile al variare del fattore carico mensile. I quattro valori del coefficiente di

effetto utile richiesti dal programma sono dunque i seguenti:

E.E.R.( FK 100%)= 3

E.E.R.( FK 75%)= 2,5

E.E.R.( FK 50%)= 2

E.E.R.( FK 25%)= 1

Dopo l’inserimento di questi dati è stato possibile visualizzare i risultati finali

relativi al fabbisogno di energia primaria ed al rendimento globale del sistema

edificio-impianto, tema centrale della parte terza delle UNI/TS 11300:

Fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione estiva Q,CP [KWH] 4807,326

Indice di prestazione termica per il raffrescamento EPe,invol [Kwh/m2 anno] 91,394

Rendimento globale medio stagionale ηglo 0,776

Fattore di conversione Tep/Kwh Fp,el [TEP/KWH EL] 0,187

Risultati globali

Come ci si poteva aspettare l’indice di prestazione relativo all’energia primaria,

ottenuto dal rapporto tra il fabbisogno di energia primaria QCP e la superficie

calpestabile netta dell’edificio (pari a 52,6 m2), è superiore rispetto a quello

derivante dalla sola energia termica: 91,4 kWh/m2 anno contro 71 Kwh/m

2 anno.

Infatti anche se l’energia elettrica richiesta per il funzionamento della macchina

frigorifera viene calcolata suddividendo il carico termico per il valore dell’ E.E.R.

corrispondente (valore generalmente ben superiore ad uno), per il calcolo

dell’energia primaria si deve poi moltiplicare a quest’ultimo il fattore di

conversione da TEP a KWh, pari a 0,187 10-3

.

Questo fattore dipende a sua volta dal rendimento termico medio delle centrali

termoelettriche italiane: pari ad oggi al 46%.