Relazione climatizzazione e termofisica dell'edificio

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

Climatizzazione e termofisica degli edifici

Prof. Ing. Livio Mazzarella

Ing. Andrea Alongi

Relazione di Maroni Giorgia

Sommario

• 1. Caratteristiche generali dell’edificio
• 1.1 Dati climatici della località
• 2. Caratteristiche delle zone
• 2.1 Caratteristiche generali
• 2.2 Sistema di ventilazione
• 2.3 Piante e sezioni
• 3. Caratteristiche delle strutture
• 3.1 Superfici opache
• 3.2 Superfici finestrate
• 4. Calcolo prestazioni termiche degli elementi tecnici
• 4.1 Superfici opache
• 4.2 Superfici trasparenti
• 4.3 Basamento
• 5. Ponti termici
• 5.1 Elementi disperdenti dei locali
• 6. Carico termico invernale
• 6.1 Disperdimenti per trasmissione
• 6.2 Disperdimenti per ventilazione
• 6.3 Disperdimenti totali
• 7. Carico termico estivo
• 7.1 Guadagni solari esterni
• 7.2 Guadagni solari interni
• 7.3 Disperdimenti totali
• 8. Calcolo delle dispersioni
• 8.1 Funzionamento continuo
• 8.2 Funzionamento intermittente
• 9. Guadagni termici
• 9.1 Apporti interni gratuiti
• 9.2 Guadagni solari interni
• 9.3 Guadagni solari esterni
• 10. Fabbisogno energetico
• 10.1 Regime di riscaldamento
• 10.2 Regime di raffrescamento
• 11. Le centrali
• 11.1 Centrale termica – Regime di riscaldamento
• 11.1.1 Riscaldamento continuo
• 11.1.2 Riscaldamento intermittente
• 11.1.3 Perdite e consumi elettrici
• 11.1.4 Boiler
• 11.2 Centrale frigorifera – Regime di raffrescamento
• 11.2.1 Raffrescamento continuo
• 11.2.2 Raffrescamento intermittente
• 11.2.3 Perdite e consumi elettrici
• 11.1.4 Chiller
• 12. Fabbisogno di energia primaria
• 12.1 Fabbisogno di energia primaria – Riscaldamento
• 12.1.1 Riscaldamento continuo
• 12.1.2 Riscaldamento intermittente
• 12.2 Fabbisogno di energia primaria - Raffrescamento
• 12.2.1 Raffrescamento continuo
• 12.2.2 Raffrescamento intermittente

1. Caratteristiche generali dell’edificio

L’edificio di nuova costruzione, utilizzato come caso di studio per il calcolo del carico termico invernale ed estivo, per il fabbisogno energetico e la verifica ai limiti di legge, è situato nel comune di Milano. Di seguito sono riportati i dati di progetto relativi 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 della località

Per quanto riguarda la località di Milano, di seguito sono riportati i dati climatici relativi alla zona, riportati nella UNI 10349. Il Comune di Milano si trova nella zona climatica E, ad una latitudine di 45.12° Nord e una longitudine di 9.5° Est.

• Cooling Design data
• Heating Design Data
• Cooling internal design temperature: 26 °C
• Heating internal design temperature: 20 °C
• Cooling internal design humidity: 50%
• Heating internal design humidity: 50%
• Max external temperature: 31.9 °C
• Heating external design temperature: -5 °C
• ΔT 24 h Cooling daily time period
• Degree Days: 2404
• Summer external design humidity: 50%
• Heating period in days: 180

Weather data

Tabella 1 – Dati climatici del Comune di Milano

In cui: sono i valori medi mensili della temperatura media giornaliera dell’aria esterna;

• T ae
• H è l’irradiazione solare giornaliera media mensile diretta sul piano orizzontale
• d - H è l’irradiazione solare giornaliera media mensile diffusa sul piano orizzontale

Per ricavare la distribuzione giornaliera, ovvero i valori orari, della temperatura dell’aria esterna viene utilizzata la seguente formula:

= − () ∙ ∆

Dove: è la temperatura massima giornaliera dell’aria esterna;

• - è il fattore di distribuzione della temperatura;
• () è l’escursione giornaliera dell’aria esterna.

Di seguito sono riportati i valori del fattore di distribuzione della temperatura e le temperature dell’aria esterna giornaliera calcolati.

Tabella 2 – Distribuzione oraria delle temperature dell’aria esterna

È possibile riportare anche il valore relativo all’irradianza solare massima estiva (massimo in luglio), ricavato dall’interpolazione dei valori della normativa Uni 10349.

Tabella 3 – Irradianza solare massima estiva per latitudine di 45,12° LN

2. Caratteristiche delle zone

L’edificio caso di studio è suddiviso in due zone termiche con le caratteristiche generali e del sistema di ventilazione citate in seguito. Inoltre, sono riportate piante e sezioni utili per i calcoli delle superfici delle varie soluzioni tecniche.

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: a2p = 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 - 8 n. di ore di attenuazione tra le ore 16,00 e le 8,00 n ag = 2 n. di ore di attenuazione tra le ore 8,00 e le 16,00 n dg
• Temperatura di attenuazione: θsym; a = 16 °C

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: a2p = 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 - 8 n. di ore di attenuazione tra le ore 16,00 e le 8,00 n ag = 2 n. di ore di attenuazione tra le ore 8,00 e le 16,00 n dg
• Temperatura di attenuazione: θsym; a = 28 °C

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: a2p = 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 - 14 n. di ore di attenuazione tra le ore 16,00 e le 8,00 n ag = 0 n. di ore di attenuazione tra le ore 8,00 e le 16,00 n dg
• Temperatura di attenuazione: θsym; a = 16 °C

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: a2p = 15 W/m² di superficie calpestabile
• Tipo di terminali di erogazione: unità ventil-convettore di sistema multisplit
• Tipo di regolazione: on-off
• Esercizio impianto: 24h su 24 continuo

2.2 Sistema di ventilazione

Zona 1 – Abitazione

Dati relativi ai ricambi d’aria effettivi:

• Ventilazione naturale
• Edificio 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: φ = 50 m³/h persona
• Indice di affollamento dei locali: i = 10 persone/100 m²
• Periodo d’occupazione giornaliero dei locali: t = 10 h

2.3 Piante e sezioni

3. Caratteristiche delle strutture

3.1 Superfici opache

Nel seguente paragrafo vengono riportati i dati di progetto riguardanti i componenti opachi. Per ogni stratigrafia sono stati utilizzati i valori di conduttività termica riportati nella UNI 10351, mentre per i valori della resistenza termica di murature e solai fanno riferimento alla UNI 10355.

I coefficienti di scambio termico superficiale interno ed esterno sono stati assunti pari a:

• h est = 25 W/m²K
• h int = 7,7 W/m²K

Per ogni componente delle strutture opache sono stati riportati in tabella i valori di:

• Massa volumica del materiale ρ: kg/m³;
• Conducibilità termica del materiale λ: W/mK;
• Spessore dello strato s: cm;
• Resistenza termica R: m²K/W;
• Calore specifico c: J/kgK;
• Capacità termica Ca: J/m²K;
• Massa areica Ma: kg/m²;

S01 Parete perimetrale

Superficial heat transfer coefficient internal

h int = 0,130

Superficial heat transfer coefficient external

h ext = 0,04

Totale Physical 308.160 383

S02 Solaio

Superficial heat transfer coefficient internal

h int = 0,130

Superficial heat transfer coefficient external

h ext = 0,04

Totale Physical 256.404 298

S03 Porta esterna abitazione

Superficial heat transfer coefficient internal

h int = 0,130

Superficial heat transfer coefficient external

h ext = 0,04

Totale Physical 25.470 10

S04 Parete interna

Superficial heat transfer coefficient internal

h int = 0,130

Superficial heat transfer coefficient external

h ext = 0,04

Totale Physical 308.160 383

S05 Portone garage

Superficial heat transfer coefficient internal

h int = 0,130

Superficial heat transfer coefficient external

h ext = 0,04

Total Physical 3.600 7

S06 Parete divisoria garage