Relazione Climatizzazione e termofisica

Scuola di architettura urbanistica ingegneria delle costruzioni di laurea magistrale in ingegneria dei sistemi edilizi

Corso climatizzazione e termofisica degli edifici A.A 2020/21.

Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio.

Docente: Prof. Ing. Livio Mazzarella.

Collaboratore: Ing. Andrea Alongi.

Sommario

1. Caratteristiche generali dell’edificio .......................................................................... 3

1.1 Dati climatici.................................................................................................................................... 3

2. Caratteristiche delle zone ................................................................................................... 5

2.1 Caratteristiche generali .................................................................................................................. 5

2.2 Sistema di ventilazione .................................................................................................................. 6

2.3 Piante e sezioni ................................................................................................................................ 6

3. Caratteristiche delle strutture ....................................................................................... 7

3.1 Superfici opache .............................................................................................................................. 7

3.2 Superfici finestrate .......................................................................................................................... 9

4. Calcolo prestazioni termiche degli elementi tecnici....................................... 10

4.1 Superfici opache ............................................................................................................................ 10

4.2 Superfici trasparenti ..................................................................................................................... 13

4.3 Basamento ...................................................................................................................................... 18

5. Ponti termici ................................................................................................................................... 21

5.1 Elementi disperdenti dei locali ................................................................................................... 25

6. Carico termico invernale ..................................................................................................... 34

6.1 Disperdimenti per trasmissione ................................................................................................. 34

6.2 Disperdimenti per ventilazione .................................................................................................. 37

6.3 Disperdimenti totali ..................................................................................................................... 38

7. Carico termico estivo .............................................................................................................. 40

7.1 Guadagni solari esterni ................................................................................................................ 40

7.2 Guadagni solari interni ................................................................................................................ 47

7.3 Disperdimenti totali ..................................................................................................................... 54

8. Calcolo delle dispersioni ..................................................................................................... 58

8.1 Funzionamento continuo ............................................................................................................. 59

8.2 Funzionamento intermittente ..................................................................................................... 61

9. Guadagni termici ........................................................................................................................ 65

9.1 Apporti interni gratuiti ................................................................................................................ 65

9.2 Guadagni solari interni ................................................................................................................ 66

9.3 Guadagni solari esterni ................................................................................................................ 70

10. Fabbisogno energetico ........................................................................................................ 73

10.1 Regime di riscaldamento ............................................................................................................. 73

10.2 Regime di raffrescamento ............................................................................................................ 78

11. Le centrali ................................................................................................................................... 82 1

11.1 Centrale termica – Regime di riscaldamento ............................................................................ 82

11.1.1 Riscaldamento continuo ...................................................................................................... 83

11.1.2 Riscaldamento intermittente ............................................................................................... 85

11.1.3 Perdite e consumi elettrici ................................................................................................... 86

11.1.4 Boiler ....................................................................................................................................... 86

11.2 Centrale frigorifera – Regime di raffrescamento ...................................................................... 91

11.2.1 Raffrescamento continuo ..................................................................................................... 92

11.2.2 Raffrescamento intermittente .............................................................................................. 92

11.2.3 Perdite e consumi elettrici ................................................................................................... 93

11.2.4 Chiller ..................................................................................................................................... 93

12. Fabbisogno di energia primaria ..................................................................................... 96

12.1 Fabbisogno di energia primaria – Riscaldamento.................................................................... 96

12.1.1 Riscaldamento continuo ...................................................................................................... 96

12.1.2 Riscaldamento intermittente ............................................................................................... 97

12.2 Fabbisogno di energia primaria – Raffrescamento .................................................................. 98

12.2.1 Riscaldamento continuo ...................................................................................................... 98

12.2.2 Riscaldamento intermittente ............................................................................................... 99 2

1. Caratteristiche generali dell’edificio

Nel presente elaborato viene descritta la procedura di calcolo del carico termico invernale ed estivo, del fabbisogno energetico e la verifica ai limiti di legge di un edificio situato nel Comune di Torino.

Vengono in seguito riportati i dati di progetto da considerare relativamente all’ambiente interno:

• Temperatura di progetto interna invernale: 20°C
• Umidità relativa interna di progetto invernale: 50%
• Temperatura di progetto interna estiva: 26°C
• Umidità relativa interna di progetto estiva 50%

1.1 Dati climatici

Vengono ora riportati i dati climatici relativi al Comune di Torino, riportati nella UNI 10349. La città si trova nella zona climatica E, con Latitudine 45,10° Nord e Longitudine 7,72° Est.

Cooling design data:

Heating Design Data: 26 20 Cooling internal design temperat. °C Heating internal design temperat. °C 0,5 0,5 Cooling internal design humidity. - Heating internal design humidity - 30,5 -8 Max external temperature °C Heating external design temperat. °C 11 1 ext (daily temp. swing) °C ∆T Winter external design humidity - 24 26 17 Cooling daily time period h Degree Days 0,5 182 Summer external design humidity - Heating period in days Weather data.

Tae Hd Hb Month °C MJ/m² MJ/m² January 0,4 2,5 2,5 February 3,2 3,5 4,3 March 8,2 5 7,2 April 12,7 6,6 10,4 Maggio 16,7 7,9 11,7 Giugno 21,1 8,3 13,2 Luglio 23,3 7,6 15,9 Agosto 22,6 7 11,5 Settembre 18,8 5,6 7,9 October 12,6 4 5,3 November 6,8 2,7 2,8 December 2,0 2,1 2,6 3.

Dove:

• θae Valori medi mensili della temperatura media giornaliera dell'aria esterna;
• Hd Irradiazione solare giornaliera media mensile diretta su piano orizzontale;
• Hb Irradiazione solare giornaliera media mensile diffusa su piano orizzontale.

La distribuzione giornaliera (valori orari) della temperatura dell'aria esterna risultano essere:

Dove:

• θmax è la temperatura massima giornaliera dell'aria esterna;
• F(t) è il fattore di distribuzione della temperatura;
• Δθmax è l'escursione giornaliera dell'aria esterna.

Vengono quindi riportati i valori del fattore di distribuzione della temperatura e le temperature dell’aria esterna giornaliera.

Hour 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11.

F(t) 0,87 0,92 0,96 0,99 1 0,98 0,93 0,84 0,71 0,56 0,39.

Tae(t) °C 20,9 20,4 19,9 19,6 19,5 19,7 20,3 21,3 22,7 24,3 26,2.

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24.

0,23 0,11 0,03 0 0,03 0,1 0,21 0,34 0,47 0,58 0,68 0,76 0,82.

28,0 29,3 30,2 30,5 30,2 29,4 28,2 26,8 25,3 24,1 23,0 22,1 21,5.

Per completezza viene riportato anche il valore relativo all’irradianza solare massima estiva, ricavato dall’interpolazione dei valori della normativa.

South East West North Horizontal.

Max transmitted radiation at 287 442 442 38 572 current kcal/hm² latitude through reference glass 334 514 514 44 665 W/m² 50.° LN.

Max transmitted radiation at 237 443 443 39 601 current kcal/hm² latitude through reference glass 276 515 515 45 699 W/m² 45.° LN.

Max transmitted radiation at 187 444 444 40 631 current kcal/hm² latitude through reference glass 217 516 516 47 734 W/m² 40° LN.

Max transmitted radiation at 238 443 443 39 600 current kcal/hm² latitude through reference glass 277 515 515 45 698 W/m² 45,10.

Reference latitude max transmitted 187 444 444 40 631 kcal/hm² radiation through reference glass 217 516 516 47 734 W/m² 40° LN.

1,27 1,00 1,00 0,97 0,95 X/Xref [τ G ]/[τ G (40°,July)] MAX MAX vs eff vs 4.

2. Caratteristiche delle zone

2.1 Caratteristiche generali

Zona 1 – Abitazione.

Regime invernale.

• Temperatura interna per il calcolo del fabbisogno energetico di riscaldamento: 20 °C
• Categoria: E.1(1) Edifici adibiti a residenza a carattere continuativo
• Apporti gratuiti interni: ap = 4 W/m2 di superficie calpestabile
• Tipo di terminali di erogazione: ventilconvettori
• Tipo di regolazione: regolazione di zona con regolatore on/off a differenziale senza controllo della temperatura dell'acqua in uscita dalla caldaia, con ottimizzatore
• Esercizio impianto intermittente con: - n. di ore di attenuazione tra le ore 16,00 e le 8,00 nag - 8 - n. di ore di attenuazione tra le ore 8,00 e le 16,00 ndg = 2 - temperatura di attenuazione = 16 °C ϑa

Regime estivo:

• Temperatura interna per il calcolo del fabbisogno energetico di raffrescamento: 26 °C
• Categoria: E.1(1) Edifici adibiti a residenza a carattere continuativo
• Apporti gratuiti interni: ap = 4 W/m2 di superficie calpestabile
• Tipo di terminali di erogazione: unità ventil-convettore di sistema multisplit
• Tipo di regolazione: on-off
• Esercizio impianto intermittente con - n. di ore di attenuazione tra le ore 16,00 e le 8,00 nag – 8 - n. di ore di attenuazione tra le ore 8,00 e le 16,00 ndg = 2 - temperatura di attenuazione = 28 °C ϑa

Zona 2 – Laboratorio artigianale.

Regime invernale.

• Temperatura interna per il calcolo del fabbisogno energetico di riscaldamento: 18 °C
• Categoria: E.8 Edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali
• Apporti gratuiti interni: ap = 2 W/m2 di superficie calpestabile
• Tipo di terminali di erogazione: ventilconvettori
• Tipo di regolazione: regolazione di zona con regolatore on/off a differenziale senza controllo della temperatura dell'acqua in uscita dalla caldaia, con ottimizzatore
• Esercizio impianto intermittente con: - n. di ore di attenuazione tra le ore 16,00 e le 8,00 nag - 14 - n. di ore di attenuazione tra le ore 8,00 e le 16,00 ndg = 10 - temperatura di attenuazione = 16 °C ϑa

Regime estivo:

• Temperatura interna per il calcolo del fabbisogno energetico di raffrescamento: 26 °C
• Categoria: E.1(1) Edifici adibiti a residenza a carattere continuativo
• Apporti gratuiti interni: ap = 15 W/m2 di superficie calpestabile
• Tipo di terminali di erogazione: unità ventil-convettore di sistema multisplit
• Tipo di regolazione: on-off
• Esercizio impianto continuo: 24h su 24 con 5

2.2 Sistema di ventilazione

Zona 1 – Abitazione.

Dati relativi ai ricambi d’aria effettivi:

• Ventilazione naturale
• Edificio non schermato rispetto al clima esterno
• Media permeabilità all'aria dei serramenti

Zona 2 – Laboratorio artigianale.

Dati relativi al calcolo dei ricambi d’aria imposti dal sistema di ventilazione meccanica:

• Portata d’aria richiesta nel periodo d’occupazione: = 50 m3/(h persona)
• ϕIndice di affollamento dei locali ia = 10 persone/100 m2
• Periodo d’occupazione giornaliero dei locali: toc = 10 h

2.3 Piante e sezioni

Vengono ora illustrate piante e sezioni dell’edificio in analisi: 6

3. Caratteristiche delle strutture

3.1 Superfici opache

In questo paragrafo vengono riportati i dati di progetto riguardanti le strutture opache. Sono stati utilizzati i valori della conduttività termica riportati nella UNI 10321, e i valori della resistenza termica di murature e solaio della UNI 10355.

W W 7 , 7 25h h= = Sono stati utilizzati i seguenti coefficienti di scambio termico: ; i e 2 2m K m K.

Legenda:

• Kg = massa volumica del materiale o ρ  3m 
• W = conducibilità termica del materiale o λ  mK
• = spessore dello strato [m] o s s  2m KR= resistenza termica = o R  λ W 
• J= calore specifico o c  kgK 
• J ρCa sc== capacità termica o Ca  2m K 
• Kg ρMa s== massa areica o Ma  2m 
• W 1= trasmittanza termica U o U =  21 1 m K∑ R+ +ih hii e
• W 1U == conduttanza termica o C  ∑ 2m KRii

Perimetral wall S01 s R c Ca Ma ρ λ kg/m W/m cm m²K/ J/kg J/m²K kg/m³ K W K ².

Superficial heat transfer coefficient I 0,130.

Intonaco di gesso puro 1200 0,35 1,5 0,043 840 15.120 18.

Blocco in argilla portante riempito lana di 900 0,09 36, 4,056 800 262.80 329 roccia 5 0.

Intonaco in malta di calce e cemento 1800 0,9 2 0,022 840 30.240 36.

Superficial heat transfer coefficient E 0,040 7.

S02 Floor r l s R c Ca Ma kg/m³ W/mK cm m²K/W J/kg K J/m²K kg/m².

I 0,130.

Piastrelle in porcellana 2300 1 1 0,010 1000 23.000 23.

Malta di cemento 2000 1,400 3 0,021 880 52.800 60.

Polistirene espanso sintetizzato 25 0,042 3 0,714 1170 878 1.

Solaio in laterizio 20+2 918 22 0,330 840 169.646 202.

Intonaco di gesso puro 1200 0,35 1 0,330 840 10.080 12.

Superficial heat transfer coefficient E 0,040.

S03 External door s R c Ca Ma ρ λ kg/m³ W/mK cm m²K/W J/kg K J/m²K kg/m².

I Superficial heat transfer coefficient 0,130.

Legno di abete (flusso perp. alle fibre) 450 0,12 1 0,083 2700 12.150 5.

Polistirene espanso sintetizzato 25 0,042 4 0,952 1170 1.170 1.

Legno di abete (flusso perp. alle fibre) 450 0,12 1 0,083 2700 12.150 5.

E Superficial heat transfer coefficient 0,040.

S04 Intenal wall s R c Ca Ma ρ λ kg/m W/m cm m²K/ J/kg J/m²K kg/m³ K W K ².

I Superficial heat transfer coefficient 0,130.

1200 0,35 1,5 0,043 2700 48.600 18 Intonaco di gesso puro.

Blocco portante in argilla con lana di 900 0,09 36, 4,056 1170 384.34 329 roccia 5 5.

Intonaco in malta di calce e cemento 1800 0,9 2 0,022 2700 97.200 36.

E Superficial heat transfer coefficient 0,040.

S05 Car box Door s R c Ca Ma ρ λ kg/m³ W/mK cm m²K/W J/kg K J/m²K kg/m².

I Superficial heat transfer coefficient 0,130.

Acciaio per lamiere 7200 52 0,1 0,043 1170 8.424 7.

E Superficial heat transfer coefficient 0,040 8.

S06 Intenal box wall s R c Ca Ma ρ λ kg/m³ W/mK cm m²K/W J/kg K J/m²K kg/m².

I Superficial heat transfer coefficient 0,130.

Intonaco in malta di calce e cemento 1800 0,9 1 0,011 840 15.120 18.

Laterizi - tabellone per divisori 667 6 0,130 840 33.617 40.

Intonaco in malta di calce e cemento 1800 0,9 1 0,011 840 15.120 18.

E Superficial heat transfer coefficient 0,040.

S10 Basament floor s R c Ca Ma ρ λ kg/m³ W/mK.