Relazione Fabbisogno Energetico

Scuola di architettura urbanistica ingegneria delle costruzioni

Corso di laurea magistrale in Ingegneria dei Sistemi Edilizi

A.A. 2021/22

Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio

Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio

Sommario

• 1 Premessa...................................................................................................................................... 3
• 1.1 Descrizione dell’edificio............................................................................................................ 3
• 1.2 Dati climatici della località........................................................................................................4
• 1.3 Caratteristiche delle zone........................................................................................................ 5
• 1.3.1 Zona 1 – Abitazione.......................................................................................... 5
• 1.3.2 Zona 2 – Laboratorio artigianale......................................................................6
• 1.4 Sistema di ventilazione............................................................................................................ 7
• 1.4.1 Zona 1 – Abitazione.......................................................................................... 7
• 1.4.2 Zona 2 – Laboratorio artigianale......................................................................7
• 2 Caratteristiche delle strutture......................................................................................................7
• 2.1 Superfici opache...................................................................................................................... 7
• 2.1.1 Dati geometrici e prestazionali.........................................................................7
• 2.1.2 Calcolo delle prestazioni termiche..................................................................10
• 2.2 Superfici finestrate................................................................................................................. 11
• 2.2.1 Dati geometrici e prestazionali.......................................................................11
• 2.2.2 Calcolo delle prestazioni termiche..................................................................12
• 2.3 Solaio controterra................................................................................................................... 15
• 2.4 Ponti termici........................................................................................................................... 18
• 2.4.1 TB1 - Angolo tra due muri uguali [ASP.010]....................................................18
• 2.4.2 TB2 – Connessione tra muri esterni ed interni [PIN.003]................................19
• 2.4.3 TB3 – Angolo tra pavimento e muro [SOL.003]..............................................20
• 2.4.4 TB4 – Connessione tra finestra e muro [SER.005]..........................................21
• 2.4.5 TB5 – Connessione tra portone garage e muro [SER.005]..............................22
• 2.4.6 TB6 – Connessione tra porta esterna e muro [SER.005].................................23
• 2.5 Elementi disperdenti.............................................................................................................. 23
• 2.5.1 Zona 1 – Abitazione........................................................................................ 24
• 2.5.2 Zona 2 – Laboratorio artigianale....................................................................24
• 2.5.3 Zona 3 – Garage............................................................................................. 25
• 3 Carico termico invernale............................................................................................................ 26
• 3.1 Disperdimenti per trasmissione..............................................................................................26
• 3.2 Disperdimenti per ventilazione...............................................................................................27
• 3.3 Disperdimenti totali................................................................................................................ 28
• 4 Carico termico estivo................................................................................................................. 29
• 4.1 Guadagni solari esterni.......................................................................................................... 29
• 4.2 Guadagni solari interni........................................................................................................... 32
• 4.3 Carichi interni......................................................................................................................... 35

1Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio

• 4.4 Disperdimenti totali................................................................................................................ 36
• 5 Fabbisogno energetico.............................................................................................................. 37
• 5.1 Dispersioni............................................................................................................................. 37
• 5.1.1 Funzionamento in continuo............................................................................ 38
• 5.1.2 Funzionamento intermittente.........................................................................39
• 5.2 Guadagni termici.................................................................................................................... 41
• 5.2.1 Apporti interni gratuiti.................................................................................... 41
• 5.2.2 Guadagni solari.............................................................................................. 42
• 5.2.3 Calcolo dei guadagni termici..........................................................................47
• 5.3 Calcolo del fabbisogno energetico.........................................................................................47
• 5.3.1 Zona 1 – Abitazione........................................................................................ 47
• 5.3.2 Zona 2 – Laboratorio artigianale....................................................................51
• 6 Centrali........................................................................................................................................ 55
• 6.1 Centrale termica.................................................................................................................... 55
• 6.1.1 Funzionamento in continuo............................................................................ 56
• 6.1.2 Funzionamento intermittente.........................................................................57
• 6.1.3 Calcolo delle perdite....................................................................................... 58
• 6.2 Centrale frigorifera................................................................................................................. 58
• 6.2.1 Funzionamento in continuo............................................................................ 58
• 6.2.2 Funzionamento intermittente.........................................................................59
• 6.2.3 Calcolo delle perdite....................................................................................... 60
• 6.3 Boiler..................................................................................................................................... 60
• 6.3.1 Funzionamento in continuo............................................................................ 62
• 6.3.2 Funzionamento intermittente.........................................................................63
• 6.3.3 Perdite di calore e consumi elettrici...............................................................63
• 6.4 Chiller.................................................................................................................................... 64
• 7 Fabbisogno di energia primaria................................................................................................66
• 7.1 Funzionamento in continuo....................................................................................................66
• 7.2 Funzionamento intermittente..................................................................................................68

2Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio

1 Premessa

Nella seguente relazione è descritta la procedura di calcolo del carico termico invernale ed estivo, del fabbisogno energetico e della verifica ai limiti di legge relativamente ad un edificio pluripiano di nuova costruzione situato nel comune di Milano.

Per quanto riguarda le caratteristiche di progetto, si farà riferimento ai seguenti dati:

• 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 Descrizione dell’edificio

L’edificio in esame si compone di due piani fuori terra, identificati e organizzati come segue:

• Zona 1 – Abitazione: il piano primo è completamente adibito ad abitazione. Esso ha superficie pari a 80,64 m² e presenta aperture su tutti e quattro i lati. Al di sopra di questa zona è posto un altro ambiente climatizzato, la cui temperatura interna è assunta uguale a quella della zona in analisi. Vi si accede tramite scala esterna non oggetto di analisi.
• Zona 2 – Laboratorio artigianale: questa zona occupa circa la metà del piano terra. Ad esso si accede tramite porta esterna posta sul lato sud. Presenta aperture verso l’esterno su 3 dei 4 lati.
• Zona 3 – Garage: i garage occupano l’altra metà del piano terra. Essi sono considerati zona non climatizzata (UNC) e vi si accede tramite i portoni posti sul lato est.

Le altezze dei locali sono considerate tutte pari a 2,70 m, mentre lo spessore di tutti i solai è considerato pari a 0,30 m.

Il solaio inferiore del piano terra poggia direttamente sul terreno (sabbia o ghiaia).

3Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio

1.2 Dati climatici della località

Si riportano di seguito i dati climatici relativi alla città di Milano, riportati nella UNI 10349.

Si assumono come coordinate di riferimento 45,20° di latitudine Nord e 9,15° di longitudine Est. La zona climatica di riferimento è la E, e i gradi giorno sono 2404.

Per quanto riguarda i dati di progetto:

Sono inoltre forniti i valori relativi a:

• , valori medi mensili della temperatura media giornaliera dell’aria esterna; ae
• Hd, irradiazione solare giornaliera media mensile diretta sul piano orizzontale;
• Hb, irradiazione solare giornaliera media mensile diffusa sul piano orizzontale.

4Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio

È inoltre possibile determinare i valori medi di temperatura dell’aria esterna giornalieri in funzione del fattore di distribuzione della temperatura F(t):

Infine, si riportano i valori relativi all’irradianza solare massima estiva, ricavati tramite interpolazione:

1.3 Caratteristiche delle zone

Si riportano di seguito le caratteristiche relative alle due zone termiche individuate.

1.3.1 Zona 1 – Abitazione

1.3.1.1 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: a = 4 W/m² di superficie calpestabile; p
• 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.

5Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio

1.3.1.2 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: a = 4 W/m² di superficie calpestabile; p
• Tipo di terminali di erogazione: unità ventilconvettore 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.

1.3.2 Zona 2 – Laboratorio artigianale

1.3.2.1 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: a = 2 W/m² di superficie calpestabile; p
• 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 = 0;
  • temperatura di attenuazione = 16 °C.

6Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio

1.3.2.2 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: a = 15 W/m² di superficie calpestabile; p
• Tipo di terminali di erogazione: unità ventilconvettore di sistema multisplit;
• Tipo di regolazione: on-off;
• Esercizio impianto continuo: 24h su 24.

1.4 Sistema di ventilazione

1.4.1 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.

1.4.2 Zona 2 – Laboratorio artigianale

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

•  3 Portata d’aria richiesta nel periodo d’occupazione: = 50 m³/(h persona);
• Indice di affollamento dei locali: i = 10 persone/100 m²; a
• Periodo d’occupazione giornaliero dei locali: t = 10 h. oc

2 Caratteristiche delle strutture

2.1 Superfici opache

2.1.1 Dati geometrici e prestazionali

Si riportano di seguito i dati di progetto per quanto riguarda le prestazioni termiche delle superfici opache dell’edificio.

In particolare, per ogni materiale si definisce:

• [kg/m³ La massa volumica ];
•  La conducibilità termica [W/mK];

7Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio

• Lo spessore dello strato s [cm];
• [m² La resistenza termica R = s/ K/W];
• Il calore specifico c [J/kgK];
•  2 La capacità termica Ca = sc [J/m K];
•  2 La massa areica Ma = s [kg/m ];
• La trasmittanza termica U [W/m² K];
• La conduttanza termica C [w/m² K].

Per quanto riguarda i coefficienti di scambio termico superficiale, si assumeranno invece i valori di 2 2h = 25 W/m K per quanto riguarda lo scambio termico verso l’esterno, e h = 7,7 W/m K per e i quanto riguarda quello verso l’interno.

8Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio

Quindi:

9Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio

2.1.2 Calcolo delle prestazioni termiche

In funzione delle stratigrafie riportate sopra, si sono calcolate le prestazioni termiche relative alle superfici opache.

Per quanto riguarda i riferimenti normativi, si sono considerati i valori di conduttività termica forniti dalla norma UNI 10351, mentre per quanto riguarda la resistenza termica di murature e solaio si è fatto riferimento alla norma UNI 10355.

In particolare, le grandezze definite sono la conduttanza termica C, definita come l’inverso della somma delle sole resistenze relative ai singoli strati, e la trasmittanza termica U, calcolata considerando anche le resistenze superficiali interna ed esterna (1/h).

Al fine di determinare la capacità termica Ca effettiva si è fatto riferimento al metodo del Quadripolo Armonico, che sfrutta l’analogia con i circuiti elettrici e un’impostazione matriciale per determinare tali valori.

In particolare, per ogni elemento tecnico si sono individuati due valori di capacità termica: un valore Ca , a cui far riferimento per elementi che separano due ambienti interni, ed uno Ca , a cui i-i i-e invece far riferimento per elementi di separazione tra un ambiente interno e l’esterno.

Quindi:

10Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio

2.2 Superfici finestrate

2.2.1 Dati geometrici e prestazionali

Per quanto riguarda le superfici finestrate, si riportano di seguito le seguenti caratteristiche geometriche, valide per tutte le finestre dell’edificio:

11Relazione di calcolo del fabbisogno energetico di un edificio

I serramenti sono realizzati in legno morbido, hanno spessore di 8 cm e conducibilità termica pari a 0,13 W/mK.

Il sistema vetro è composto da tre lastre di vetro, di cui quella centrale ha entrambe le superfici pari basso-emissive, con emissività a 0,05. Ogni lastra ha spessore 4 mm, mentre le intercapedini misurano 12 mm.

Le tapparelle sono in legno, con una bassa permeabilità dell’aria. Si considera un tempo giornaliero in cui rimangono alzate pari a t’’ = 12 h/giorno.

Le tende sono bianche e poste all’interno. Il coefficiente di trasmissione ottico ad esse associato è pari a 0,7.

2.2.2 Calcolo delle prestazioni termiche

2.2.2.1 Telaio

Considerato uno spessore del telaio di 80 mm, è possibile determinare la trasmittanza termica media U del telaio avvalendosi di quanto riportato al punto D.3 della norma UNI EN ISO 10077-f1:2007.  In particolare, considera