Gestione dell'energia - UNI TS-11300-1 ed Elementi Opachi

7/11/2022 10/11/2022

La lezione inizia citando una tabella che si trova a pag. 36. Al min. 8:00 passa a pag. 41. Al min. 10:30 passa a pag. 59.

UNI/TS 11300-1: elementi opachi dell’involucro

Paolo Tartarini. Alberto Muscio. Università di Modena e Reggio Emilia. Corso di Gestione dell’Energia 1. Modena, anno accademico 2022-2023.

Contenuti

• Classificazione degli edifici, gradi giorno e set point, dati meteo.
• Procedura di calcolo secondo UNI/TS 11300-1.
• Ponti termici.
• Intercapedini e barriere radianti.
• Ventilazione meccanica e recupero di calore.

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Classificazione degli edifici

Elenco categorie d'uso (D.P.R. n. 412/1993, art. 3).

• E.1 (1) Edifici residenziali con occupazione continuativa.
• E.1 (2) Edifici residenziali con occupazione saltuaria.
• E.1 (3) Edifici adibiti ad albergo, pensione ed attività similari.
• E.2 Edifici per uffici e assimilabili.
• E.3 Ospedali, case di cura e cliniche.
• E.4 (1) Edifici adibiti a cinema e teatri, sale per congressi, ecc.
• E.4 (2) Edifici adibiti a mostre, musei e biblioteche, luoghi di culto.
• E.4 (3) Edifici adibiti bar, ristoranti, sale da ballo.
• E.5 Edifici adibiti ad attività commerciali.
• E.6 (1) Edifici adibiti ad attività sportive: piscine e saune.
• E.6 (2) Edifici adibiti ad attività sportive: palestre.
• E.6 (3) Edifici adibiti ad attività sportive: servizi di supporto.
• E.7 Edifici adibiti ad attività scolastiche.
• E.8 Edifici industriali e artigianali (riscaldati per il comfort).

Parti di un edificio appartenenti a categorie diverse vanno considerate separatamente, ciascuna nella categoria che le compete. 3

La definizione di gradi giorno l'abbiamo già vista.

Gradi giorno e zone climatiche

Gradi giorno convenzionali: sono quelli del decreto DPR 2412 del 93, sono basati su anni precedenti.

Gradi giorno: derivano dal calcolo secondo la Norma Tecnica che riporta i dati climatici standard (10349).

Il dato standard non è cautelativo.

  – GG = [ ( )G ] ==> conviene impiegare questa mese i e,mese mese formula per stimare i GG.

Ove   temperatura di progetto (edilizia residenziale, valore invernale 20C) i  temperatura media mensile esterna ( UNI 10349) e,mese G giorni a riscaldamento attivato nel mese in esame mese.

Durata convenzionale del periodo di riscaldamento

(D.P.R. n. 412/1993 e UNI/TS 11300-1)

La durata della stagione di calcolo è determinata in funzione della zona climatica, 4 dipendente dai gradi giorno della località.

Il riscaldamento non può partire prima di una certa data imposta dal governo e questa varia in base alla zona climatica.

Il periodo in cui l'impianto di riscaldamento viene effettivamente attivato è relativamente breve perché, all'inizio e alla fine della stagione invernale, gli apporti gratuiti interni (che ci sono sempre) e gli apporti solari annuali vanno a compensare le dispersioni.

Durata reale del periodo di riscaldamento

Se abbiamo un edificio ben isolato, che disperde poco e quel poco che disperde è uguale a quel che viene prodotto internamente per gli apporti gratuiti, allora non abbiamo bisogno di accendere il riscaldamento.

(UNI/TS 11300-1)

Nel caso di diagnosi energetiche o previsione dei consumi può essere adottata la stagione di riscaldamento reale, cioè il periodo durante il quale le perdite di calore superano la somma degli apporti termici interni e solari:

Q ( ) gn, day     H t Q −   −   e, day i, set, h i, set, h e, day day gn, day H t day.

Ove se il 1° termine è maggiore del 2° termine, allora  temperatura esterna media giornaliera [C] dobbiamo accendere il riscaldamento, perché vuol dire e,day che disperdiamo più di quello che viene prodotto  temperatura interna di regolazione per il riscaldamento [C] i,set,H Q apporti interni e solari medi giornalieri [J oppure kWh] gn,day H coefficiente globale di scambio termico dell'edificio [W/K] t durata del giorno [s oppure h] day.

Per determinare i giorni limite del periodo di riscaldamento, nei quali la  temperatura esterna media giornaliera ( ) eguaglia il secondo membro della e,day disequazione, si procede mediante interpolazione lineare, attribuendo al quindicesimo giorno di ciascun mese i valori medi mensili di temperatura. 5

Esiste anche un periodo di raffrescamento estivo. A differenza del periodo di riscaldamento invernale, non c'è nessun periodo nel quale si hanno limiti sull'accensione/spegnimento degli impianti di climatizzazione.

Esiste un periodo di raffrescamento nel quale si consiglia di accendere l'impianto di per compensare gli apporti gratuiti.

Durata reale del periodo di raffrescamento

Condizionamento (UNI/TS 11300-1).

La stagione di raffrescamento reale è il periodo durante il quale la somma degli apporti termici interni e solari supera le perdite di calore ed è quindi necessario il funzionamento dell'impianto di climatizzazione:

Q ( ) gn, day     H t Q −   −   e, day i, set, C i, set, C e, day day gn, day H t day.

Ove l'unica cosa che cambia rispetto alla formula  temperatura esterna media giornaliera [C] precedente è il segno: stavolta si ha < invece di >. e,day  temperatura interna di regolazione per il raffrescamento [C] i,set,C Q apporti interni e solari medi giornalieri [J oppure kWh] quando gli apporti gratuiti superano gn,day ciò che l'involucro riesce a H coefficiente globale di cambio termico dell'edificio [W/K] disperdere, dobbiamo accendere l'impianto di raffrescamento.

Vedi appunti Word Muscio: t durata del giorno [s oppure h] day Durata reale del periodo di raffrescamento (pag. 15).

Per determinare i giorni limite del periodo di e raffrescamento, nei quali la  temperatura esterna media giornaliera ( ) eguaglia il secondo membro della e,day disequazione, si procede mediante interpolazione lineare, attribuendo al quindicesimo giorno di ciascun mese i valori medi mensili di temperatura. 6

La T dei gradi giorno convenzionali che troviamo per il condizionamento è riferita ad una T interna di 20°C, ma potremmo calcolare i gradi giorno per qualunque destinazione d'uso, ma con la formula dei gradi giorno si deve considerare anche l'effettiva T da imporre.

Dal punto di vista estivo, la T di riferimento standard è di 26°C, perché d'estate il livello di vestizione è più basso (ci si veste meno).

Temperatura interna di regolazione (set point)

(UNI/TS 11300-1)

Climatizzazione invernale (riscaldamento).

Per tutte le categorie di edifici ad esclusione delle categorie E.6(1), E.6(2) e E.8, si assume una temperatura interna costante pari a 20C.

Per gli edifici di categoria E.6(1) (piscine e saune) si assume una temperatura interna costante pari a 28C.

Per gli edifici di categoria E.6(2) (palestre) ed E.8 (edifici industriali ed artigianali) si assume una temperatura interna costante pari a 18C.

Climatizzazione estiva (raffrescamento).

Per tutte le categorie di edifici ad esclusione delle categorie E.6(1) e E.6(2) si assume una temperatura interna costante pari a 26C.

Per gli edifici di categoria E.6(1) si assume una temperatura interna costante pari a 28C.

Per gli edifici di categoria E.6(2) si assume una temperatura interna costante pari a 24C. 7

Le T medie mensili le troviamo qui sotto, nella UNI 10349. Questa colonna ci dice per un primo calcolo approssimativo, vanno più che bene. Quanto varia la T in funzione Questa colonna indica la Temperatura medie mensili della quota. provincia di riferimento.

Queste colonne indicano le T media mensile per ogni mese (è la T che possiamo assumere mediamente valida per tutti i giorni del mese). Ha però una fluttuazione che può essere di diversi gradi (Modena [provincia 56], ad esempio, a gennaio, è 0,5°C +- 3/5°C. Sono dati per certificazione, ovvero è riferita da condizioni standard, medie. La diagnosi può, invece, essere riferita a condizioni effettive.

A Modena, i 26°C che dicevamo prima valgono 24,2°C ==> un edificio ben schermato dalla radiazione solare, ben ventilato e con un'adeguata inerzia, non avrebbe bisogno di essere climatizzato per smaltire gli apporti sensibili (al massimo potrebbe averne bisogno per smaltire gli apporti latenti, cioè deumidificare l'aria da rinnovare negli ambienti).

Si prende la T dei due capoluoghi di provincia più vicini mediata con media pesata sulle distanze tra di loro. La T che ne risulta va poi abbassata (se saliamo di quota) 8 di 1°C ogni x metri (per Modena, x vale 200 m, come si vede dai numeri: 1/200).

UNI/TS 11300-1: procedura di calcolo

Calcolo del coefficiente di dispersione per trasmissione negli elementi opachi dell'involucro

Nel calcolo del coefficiente di dispersione per trasmissione, il parametro principale è la trasmittanza termica dei diversi elementi.

Partiamo dagli elementi opachi (le prossime 9 slide sono cose già viste, passa quindi ora direttamente a slide 19). 9

Procedura di calcolo

La procedura di calcolo comprende i seguenti passi:

• 1) Definizione dei confini degli ambienti climatizzati e non climatizzati dell’insieme dell’edificio;
• 2) Definizione dei confini delle diverse zone di calcolo, se richiesta;
• 3) Definizione delle condizioni interne di calcolo e dei dati di ingresso relativi al clima esterno;
• 4) Calcolo, per ogni mese e per ogni zona dell’edificio, dei fabbisogni ideali di energia termica per riscaldamento (Q ) e raffrescamento (Q ); H,nd C,nd
• 5) Calcolo della stagione di riscaldamento e di raffrescamento;
• 6) Per i mesi estremi della stagione di riscaldamento e di raffrescamento, eventuale ricalcolo dei fabbisogni di energia sulle frazioni di mese comprese rispettivamente nelle stagioni di riscaldamento e di raffrescamento;
• 7) Eventuale calcolo, per ogni mese o frazione di mese e per ogni zona dell’edificio, dei fabbisogni di energia termica per umidificazione (Q ) e H,hum,nd per deumidificazione (Q ); C,dhum,nd
• 8) Aggregazione dei risultati relativi ai diversi mesi e alle diverse zone servite dagli stessi impianti).

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Fabbisogno di energia termica utile per il riscaldamento

UNI/TS 11300-1:2014.

  Q Q Q Q Q Q Q  = – ( + ) – ( + ) H,nd H,ht H,gn gn H,tr H,ve H,gn int sol,w.

Ove Q energia termica totale scambiata nel periodo di calcolo, somma degli scambi H,ht termici per trasmissione e per ventilazione Q Q Q= + H,ht H,tr H,ve.

Q apporti termici gratuiti totali, somma degli apporti interni e solari gn Q Q Q= + gn int sol,w.

 fattore di utilizzazione degli apporti gratuiti, dipendente dall’inerzia termica H,gn dell’edificio e dal rapporto tra apporti gratuiti e dispersioni.

Il calcolo si effettua mese per mese e poi si sommano i risultati per tutti i mesi del periodo di riscaldamento.

È anche possibile effettuare un calcolo in regime dinamico secondo UNI EN ISO 52016-1:2018 e norme tecniche collegate. 11

Scambi termici per trasmissione e ventilazione

UNI/TS 11300-1:2014.

  Q Q Q Q Q Q Q  = – ( + ) – ( + ) H,nd H,ht H,gn gn H,tr H,ve H,gn int sol,w.

Gli scambi termici tra esterno e interno per trasmissione e ventilazione nel mese considerato si valutano [in kWh], comprendendo anche le dispersioni verso la volta celeste e gli apporti solari attraverso le componenti opache:

 Q Q Q H T T F t Q   = + = [ ( – ) + ( )] /1000 – H,ht H,tr H,ve i,set,H e k r,k r,mn,k sol,op.

Ove H coefficiente di dispersione per trasmissione e ventilazione [W/K], somma dei H H coefficienti di scambio termico per trasmissione e per ventilazione: tr ve H = H + H tr ve.

T temperatura interna di regolazione nel periodo invernale [20C] i,set,H. T temperatura esterna media mensile [C] e. F fattore di forma tra il componente edilizio k-esimo e la volta celeste r,k.

 extra flusso termico dovuto alla radiazione IR verso la volta celeste dal r,mn,k componente edilizio k-esimo, mediato sul tempo [W]. t durata del periodo di calcolo considerato [h]. Q apporti solari attraverso le componenti opache dell’involucro edilizio [kW] 12 sol,op.

Extra flusso verso la volta celeste

UNI/TS 11300-1:2014.

 Q Q Q H T T F t Q   = + = [ ( – ) + ( )] /1000 – H,ht H,tr H,ve i,set,H e k r,k r,mn,k sol,op.

L’extra flusso verso la volta celeste si calcola mediante la relazione:

 R U A h T    = r,mn,k se,k k k r,k er.

Dove R resistenza superficiale esterna del componente edilizio k-esimo [m² K/W] se,k. A superficie di scambio del componente edilizio k-esimo [m²] k. U trasmittanza termica del componente edilizio k-esimo [W/(m² K)] k. h coefficiente di scambio termico per irraggiamento [W/(m² K)] r,k.

  h T T T T= [ ( +273) – ( +273) ] / ( – ) 4 4 r,k k e sky e sky.

 emissività termica superficiale esterna k.  Costante di Stefan-Boltzmann [5.6710 W/(m² K⁴)] -8.

T T T = – differenza tra temperatura dell'aria esterna e temperatura apparente re e sky del cielo, quest’ultima valutabile [in °C] in funzione della pressione di vapore p esterna nel mese considerato [in Pa]: v,e T p= 18 – 51.6 exp(– /1000) sky v,e 13.

Temperatura apparente del cielo

UNI/TS 11300-1:2014.

T p= 18 – 51.6 exp(– /1000) sky v,e 14.

Extra flusso verso la volta celeste

Gli scambi termici tra esterno e interno si valutano con la formula:

   Q Q Q H H + F t   = + = [ ( + ) ( – ) ( ) ] ht tr ve tr ve i,set e k r,k r,mn,k.

L’extra flusso verso la volta celeste si calcola mediante la relazione:

   R U A h   = r,mn,k se,k k k r,k er.

Il fattore di forma tra componente edilizio e volta celeste si calcola con la formula:

F F S= (1 + cos ) ⁄ 2 r,k sh,ob,dif.

Ove F fattore di riduzione per ombreggiatura relativo alla sola radiazione diffusa, sh,ob,dif pari a 1 in assenza di ombreggiature esterne. S angolo d'inclinazione del componente sull'orizzonte [rad]. (1+cosS)⁄2=1 per S=0 (superficie orizzontale). (1+cosS)⁄2=0.5 per S=/2 (superficie verticale) 15.

Fabbisogno di energia termica utile per raffrescamento

Il fabbisogno di energia termica per raffrescamento, cioè la quantità di calore da sottrarre ad un ambiente climatizzato per mantenervi le condizioni di temperatura desiderate, si calcola, per ogni zona dell'edificio e per ogni mese, come segue:

  Q Q Q Q Q Q Q = – = ( + ) – ( + ) C,nd gn C,ls C,ht int sol C,ls C,tr C,ve.

Dove Q fabbisogno ideale di energia termica per raffrescamento [J/periodo oppure C,nd kWh/periodo].

Q energia termica totale scambiata [J/periodo oppure kWh/periodo], somma C,ht dell’energia termica scambiata per trasmissione e per ventilazione nel periodo (mese) di calcolo: Q Q Q= + C,ht C,tr C,ve.

Q apporti termici gratuiti totali [J/periodo oppure kWh/periodo], somma degli gn apporti interni e solari nel periodo (mese) di calcolo: Q Q Q= + gn int sol.

 fattore di utilizzazione delle dispersioni termiche, dipendente dall’inerzia C,ls termica dell’edificio e dal rapporto tra apporti gratuiti totali e energia termica totale scambiata con l’esterno 16.

Scambio termico per trasmissione

Gli scambi termici tra esterno e interno si valutano con la formula:

   Q Q Q H H + F t   = + = [ ( + ) ( – ) ( ) ] ht tr ve tr ve i,set e k r,k r,mn,k.

H Il coefficiente di scambio termico per trasmissione si valuta con la formula: tr H H + H H H= + + tr D g U A.

Ove H coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso l'ambiente D  esterno UNI EN ISO 13789. H coefficiente di scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno g  UNI EN ISO 13370. H coefficiente di scambio termico per trasmissione attraverso gli ambienti non U climatizzati. H coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone (interne o A meno all'edificio) climatizzate a temperatura diversa 17.

Coefficiente di scambio termico diretto

   H U A Ψ L χ=  +  + D i i k k j ove i k j.

H coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione [W/K] D. U trasmittanza termica (areica) dell’elemento di parete i-esimo [W/(m² K)] i. A area frontale dell’elemento di parete i-esimo [m²] i.

 trasmittanza termica lineica del ponte termico lineare k-esimo [W/(m K)] k. L sviluppo (lunghezza) del ponte termico lineare k-esimo [m] k.  trasmittanza termica puntuale del ponte termico puntiforme j-esimo [W/K] j.

Le trasmittanze termiche (areiche) degli elementi di parete possono essere calcolate mediante:

• UNI EN ISO 6946 per elementi opachi (murature, coperture).
• UNI EN ISO 10077-1 per elementi trasparenti (serramenti).

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Trasmittanza degli elementi opachi

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Vedi appunti Word Muscio: Trasmittanza termica U Trasmittanza degli elementi opachi degli elementi opachi (pareti) (pag. 15) A.

Data una generica parete piana di area composta da un numero qualsiasi di T T strati, che separi due ambienti a temperature diverse (ad es. e e, quindi, i e T T T Q’ = – ), la potenza termica trasmessa dall’ambiente caldo all’ambiente i e freddo attraverso tale pa