FABBISOGNO ENERGETICO - Benvenuti nel Portale Mesos

Progettisti e installatori di impianti a Pompe di Calore
E
Energia e condizionamento ambientale
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di i
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bi t l
II contenuti tecnico‐
contenuti tecnico
scientifici del presente documento rispecchiano l’opinione dell’autore e non necessariamente quella dell’ENEA.
Ing Andrea Simonetti
g
11,12 Luglio 2013, REHAU Cambiago (MI)
1
Programma del Modulo A
Energia e condizionamento ambientale
Energia e condizionamento ambientale
o Direttive Europee , legislazione nazionale e Normativa tecnica sulla determinazione del fabbisogno di energia termica per la climatizzazione determinazione
del fabbisogno di energia termica per la climatizzazione
estiva e invernale
o Il complesso edificio‐impianto: prestazione energetica dell’edificio, sull’edificio e sull’impianto
p
o Condizionamento e benessere ambientale
o Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 2
Direttive Europee e legislazione nazionale
Il quadro normativo: un po’ di storia… (1)
Le prime Leggi sul risparmio energetico emanate in Italia sono: n°373 del 1976 e la Legge n°10 del 1991.
La Legge 10/91 , "Norme in materia di uso razionale dell'energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia“ con i relativi regolamenti attuativi il DPR 412 del 1993 e g
g
il DPR 551 del 1999, è stata per molto tempo a livello europeo uno dei principali punti di riferimento per i suoi contenuti all'avanguardia, come la divisione del territorio in aree geografiche con determinati periodi di esercizio e dati climatici quali le temperature medie mensili, le velocità dei venti e i coefficienti di esposizione. Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 3
Direttive Europee e legislazione nazionale
Il quadro normativo: un po’ di storia… (2)
Tutta la recente normativa sul risparmio energetico parte invece dal 1997, anno in cui fu ratificato il cosiddetto "P
"Protocollo di Kyoto”. In Europa il Protocollo di Kyoto è stato ll di K
”I E
il P
ll di K
è
recepito attraverso il Decreto Comunitario 2002/91/CE, che imponeva l'obbligo ai Paesi membri di sviluppare e adottare una metodologia per il calcolo dei consumi energetici degli
una metodologia per il calcolo dei consumi energetici degli edifici.
A livello nazionale quest
A
livello nazionale quest'ultimo
ultimo decreto è stato recepito decreto è stato recepito
attraverso il D.Lgs 192 del 19 agosto 2005: "Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell'edilizia"
nell
edilizia , successivamente corretto dal D.Lgs 311 del 29 successivamente corretto dal D Lgs 311 del 29
dicembre 2006.
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Direttive Europee e legislazione nazionale
Il quadro normativo: un po’ di storia… (2)
Nel marzo 2008 è stato pubblicato il D.Lgs 115, che aveva fra gli obiettivi quello di sopperire all'assenza dei decreti attuativi al D.Lgs 192, prescrivendo l'obbligo di riferirsi alla Specifica tecnica UNI/TS 11300 Parti 1 e 2 per il calcolo del fabbisogno /
energetico degli edifici e mandando in deroga precedenti Norme UNI.
Il 2 aprile 2009 è stato pubblicato il DPR 59, decreto attuativo del D.Lgs 192 e del D.Lgs 311. Nel mese di giugno dello stesso anno il DPR 59/09 è stato
Nel mese di giugno dello stesso anno il DPR 59/09 è stato completato dalle "Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici".
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Direttive Europee e legislazione nazionale
LEGISLAZIONE EUROPEA
•DIRETTIVA 2010/31/UE
prestazione energetica nell’edilizia
•DIRETTIVA 2009/28/CE
promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili
•DIRETTIVA 2006/32/CE
efficienza degli usi finali dell'energia e i servizi energetici
•DIRETTIVA 2002/91/CE
sull rendimento
di
t energetico
ti nell'edilizia
ll' dili i
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Direttive Europee e legislazione nazionale
LEGISLAZIONE NAZIONALE (1)
•D.Lgs 3 marzo 2011, n. 28
"Attuazione della direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell'uso
dell'energia da fonti rinnovabili…“
•D.M. 26 giugno 2009
“Linee Guida Nazionali per la Certificazione Energetica”
•D.P.Repubblica 2 aprile 2009 , n. 59
“Regolamento di attuazione dell'articolo 4, comma 1, lettere a) e
b) d
b),
dell d
decreto
t llegislativo
i l ti 19 agosto
t 2005
2005, n. 192
192…””
•D.Lgs. 30 maggio 2008, n. 115
"Attuazione della direttiva 2006/32/CE relativa all'efficienza degli
usi finali dell'energia e i servizi energetici …”
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Direttive Europee e legislazione nazionale
LEGISLAZIONE NAZIONALE (2)
•D.Lgs 311 del 29/12/2006
“Disposizioni correttive ed integrative al decreto legislativo 19
agosto 2005, n. 192…”
192…
•Decreto Legislativo 19 agosto 2005, n. 192
"Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento
energetico nell'edilizia“
•Piano di azione nazionale per le energie rinnovabili (direttiva
2009/28/CE)
•Legge 09/01/1991, n.10
"Norme per l'attuazione del Piano energetico nazionale in materia
di uso razionale dell'energia, di risparmio energetico e di sviluppo
delle fonti rinnovabili di energia"
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Direttive Europee e legislazione nazionale
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Direttive Europee e legislazione nazionale
Norme tecniche europee a supporto della Direttiva Norme
tecniche europee a supporto della Direttiva
2002/91/CE
NORMA UNI TS 11300
Prestazioni energetiche degli Edifici Metodi di calcolo
Raccomandazioni CTI 03/3 – Novembre 2003
Allegati nazionali alle norme EN
Norme nazionali UNI di supporto
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Direttive Europee e legislazione nazionale
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Direttive Europee e legislazione nazionale
NORME UNI TS 11300 La Specifica tecnica UNI TS 11300 contiene le istruzioni tecniche per l’applicazione a livello nazionale della direttiva 2002/91/CE e delle norme tecniche europee collegate (ad es la UNI EN ISO 13970/2008).
La Specifica tecnica UNI TS 11300, come in generale tutte le norme tecniche, hanno lo scopo di favorire l’univocità di valori e di metodi per consentire la riproducibilità e confrontabilità dei risultati ed ottemperare alle condizioni richieste dalle normative di legge.
i hi
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La Specifica tecnica UNI TS 11300 ha l’analoga funzione s olta nel passato dalle norme UNI 10379 e UNI 10344 per il svolta nel passato dalle norme UNI 10379
e UNI 10344 per il
Calcolo del fabbisogno energetico degli edifici. Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 13
Direttive Europee e legislazione nazionale
NORME UNI TS 11300 La Specifica tecnica (TS) definisce le modalità per l’applicazione nazionale delle norme (UNI) EN (ISO) per il calcolo dei fabbisogni di energia(incluso il riscaldamento e il raffrescamento) degli edifici La Specifica tecnica è rivolta a tutte le possibili applicazioni previste dalle (UNI) en (ISO):
1. Calcolo di progetto;
2. Valutazione energetica di edifici mediante il calcolo in condizioni standard o in particolari condizioni climatiche e di i i
d d i
i l i
di i i li
i h
d’esercizio.
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Direttive Europee e legislazione nazionale
NORME UNI TS 11300 UNI TS 11300-Parte 1 ((pubblicata a maggio
gg 2008 e attualmente in revisione disponibile errata corrige del 2010)
Determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione
estiva ed invernale.
UNI TS 11300-Parte 2 (pubblicata a maggio 2008 e attualmente in revisione disponibile errata corrige del 2010)
Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la
climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria.
UNI TS 11300-Parte 3 (pubblicata a marzo 2010 e attualmente in revisione)
Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la
climatizzazione estiva.
UNI TS 11300-Parte 4 (pubblicata il 10 maggio 2012)
Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione
invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria
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Direttive Europee e legislazione nazionale
NORME UNI TS 11300 La determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici La
determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici
richiede metodi di calcolo per :
1 IlIl fabbisogno di energia per il riscaldamento ed il 1.
fabbisogno di energia per il riscaldamento ed il
raffrescamento dell’ambiente;
2. Il fabbisogno di energia per acqua calda sanitaria;
3 Il rendimento e il fabbisogno di energia primaria degli 3.
Il rendimento e il fabbisogno di energia primaria degli
impianti di climatizzazione invernale;
4. Il rendimento ed il fabbisogno di energia primaria per la produ ione di acqua calda sanitaria;
produzione di acqua calda sanitaria;
5. Il risparmio di energia primaria ottenibile utilizzando energie rinnovabili ed altri metodi di generazione per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria;
p
q
6. Il rendimento ed il fabbisogno di energia primaria degli impianto di climatizzazione estiva.
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Direttive Europee e legislazione nazionale
NORME UNI TS 11300 Le prestazioni energetiche dell’edificio prevedono la valutazione Le
prestazioni energetiche dell’edificio prevedono la valutazione
di:
Fabbisogno di energia primaria;
Fabbisogno
di energia primaria;
Contributo in energia primaria di ciascun vettore energetico;
Produzione di CO2 globale;
Produzione
Produzione di Co2 di ciascun vettore energetico.
di Co2 di ciascun vettore energetico
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Direttive Europee e legislazione nazionale
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Direttive Europee e legislazione nazionale
NORME UNI TS 11300
DEFINIZIONE DEI CONFINI DELL’EDIFICIO
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Direttive Europee e legislazione nazionale
NORME UNI TS 11300
La Specifica tecnica UNI TS 11300 (nella parte 4) prevede La
Specifica tecnica UNI TS 11300 (nella parte 4) prevede
l’utilizzo di energie rinnovabili e di metodi alternativi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria:
di acqua calda sanitaria:
Utilizzo di energie rinnovabili
Solare Termico
Combustione di biomasse
Fotovoltaico
Fotovoltaico
Altri metodi di generazione
Pompe di calore Teleriscaldamento
Cogenerazione
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Direttive Europee e legislazione nazionale
NORME UNI TS 11300
Priorità per la scelta del sistema di generazione Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 21
Direttive Europee e legislazione nazionale
CERTIFICAZIONE ENERGETICA (1)
La direttiva 2002/91/CE (Energy Performance Building Directive), recepita in Italia con il DLgs 192/2005, ha i seguenti obiettivi:
seguenti obiettivi:
1. Diminuire i consumi energetici comunitari;
2. ottenere un risparmio di energia primaria;
3. ridurre le emissioni di CO2 ;
4. introdurre nuovi standard progettuali.
Nell'Attestato di Certificazione Energetica devono essere riportati “dati di riferimento che consentano ai consumatori di valutare e raffrontare il rendimento energetico dell’edificio” e “raccomandazioni per il miglioramento del rendimento energetico in termini di costi‐benefici”.
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Direttive Europee e legislazione nazionale
CERTIFICAZIONE ENERGETICA (2)
La certificazione energetica degli edifici
g
g
è una procedura di valutazione prevista dalle direttive europee 2002/91/CE e 2006/32/CE.
La norma UNI/TS 11300 definisce la metodologia di calcolo univoca a livello nazionale per la determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici.
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Direttive Europee e legislazione nazionale
CERTIFICAZIONE ENERGETICA (3)
La certificazione energetica attesta la prestazione o rendimento energetico di un edificio, cioè il fabbisogno annuo rilevato o stimato di energia necessaria per soddisfare i servizi di climatizzazione invernale ed estiva, riscaldamento dell'acqua per uso domestico, ventilazione e illuminazione secondo utilizzi standard, dipendente dalle caratteristiche di localizzazione, posizione, isolamento termico e dotazione impiantistica dell'edificio stesso.
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Direttive Europee e legislazione nazionale
CERTIFICAZIONE ENERGETICA (4)
La certificazione energetica degli edifici è necessaria:
1. nel caso di nuova costruzione di edifici;
2. nel caso di ristrutturazione edilizia agli edifici;
3 nel caso di compravendita di un intero immobile o 3.
nel caso di compravendita di un intero immobile o
di singole unità immobiliari;
4. nel caso di locazione di un intero immobile o di singole unità immobiliari.
singole unità immobiliari.
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Il complesso edificio‐impianto
Il “complesso edificio‐impianto” è una locuzione che non rappresenta una affermazione di moda.
In realtà si afferma che due entità apparentemente tra loro ben distinte , l’edificio e l’impianto, sono un organismo unico e non semplicemente una somma.
li
t
Un edificio abitabile non è privo di un impianto (anzi di un complesso di impianti) così come non esiste un Impianto per tutti gli
complesso di impianti) così come non esiste un Impianto per tutti gli edifici.
Norddeutsche Landesbank (Hannover ‐ Germania)
Pixel Builiding ‐ Melbourne
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Il complesso edificio‐impianto
La progettazione di un edificio senza la considerazione sulla tipologia di impianto di climatizzazione più congruente ha come risultato la realizzazione di edifici energeticamente poco efficienti.
L’edificio, oggi anche per esigenze normative, deve essere il risultato L’
difi i
i
h
i
i d
il i l
di una combinazione di predisposizioni attive (gli impianti di climatizzazione, elettrici ecc) e passive (le coibentazioni termiche, l’esposizione l’uso di materiali ecocompatibili) che ne determinano l’esposizione, l’uso di materiali ecocompatibili)
che ne determinano
prestazioni e consumi energetici.
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Il complesso edificio‐impianto
Le prestazioni dell’involucro devono garantire il comfort termico e igrometrico (il benessere ambientale) degli spazi interni, riscaldati o raffrescati grazie all’efficienza dell’impianto termico.
Inoltre, l’impianto di climatizzazione deve essere dimensionato in maniera tale da massimizzare i requisiti prestazionali ambientali e t
tecnologici che la qualità costruttiva dell’involucro edilizio può fornire a l i i h l
lità
t tti d ll’i l
dili i
òf i
fronte del minimo consumo energetico.
La massima efficienza energetica dell
La
massima efficienza energetica dell’involucro
involucro edilizio, unitamente alla edilizio unitamente alla
minima installazione impiantistica, ha come conseguenza diretta il confort termoigrometrico interno all’involucro ed il contenimento dei consumi energetici dell’involucro
consumi energetici dell
involucro stesso. stesso
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 28
Il complesso edificio‐impianto
EFFICIENZA ENERGETICA - (1)
Cosa si intende per efficienza energetica
Efficienza :
è la capacità di un processo ad impiegare le
minori risorse possibili per ottenere un risultato voluto
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 29
Il complesso edificio‐impianto
EFFICIENZA ENERGETICA - (2)
Ad esempio:
Se volessimo ricoprire un piano con poligoni regolari
(il “processo” di pavimentazione) minimizzando le
linee di contatto (la “risorsa” ad esempio lo stucco
per le fughe ) è possibile farlo solo con tre figure
geometriche: il quadrato, il triangolo e l’esagono.
Tra queste figure quella che rende il processo più
efficiente è l’esagono che ha un rapporto
Area/Perimetro minore degli altri due e quindi la
minore
i
superficie
fi i laterale
l t l di contatto.
t tt
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Il complesso edificio‐impianto
EFFICIENZA ENERGETICA - (3)
Un esempio in Natura…
Il Favo realizzato dalle api è una soluzione
efficiente perché la forma esagonale, tra quelle
possibili a ricoprire un piano senza lasciare spazi,
rappresenta la soluzione migliore:
avrà la massima capacità
p
di contenere il miele,,
quindi lo stesso VOLUME (proporzionale all'area
di base),e la minore richiesta di cera per la
costruzione, quindi MINIMA SUPERFICIE
LATERALE ( proporzionale al perimetro).
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Il complesso edificio‐impianto
EFFICIENZA ENERGETICA - (4)
L’efficienza energetica
g
è la capacità
p
di un
processo ad impiegare le minori risorse
energetiche possibili per ottenere un risultato
voluto ad esempio la climatizzazione di un
ambiente.
Nella Climatizzazione degli ambienti aumentare
l’efficienza energetica significa mantenere gli
standards qualitativi diminuendo l’energia
impiegata per ottenerli.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 32
Condizionamento e benessere ambientale
CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI - (1)
La Climatizzazione degli ambienti è il processo che ha l
lo scopo di realizzare un clima accettabile a chi vi di
li
li
tt bil
hi i
soggiorna. IlIl Clima di un ambiente può essere definito da almeno Clima di un ambiente può essere definito da almeno
tre parametri alla base degli standards qualitativi:
1) la Temperatura;
1)
la Temperatura;
2) l’Umidità relativa;
3) la Ventilazione e il ricambio dell’aria
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Il complesso edificio‐impianto
EFFICIENZA ENERGETICA - (5)
L’efficienza energetica di un processo può anche essere definita come:
dove W è la quantità di lavoro utile eseguito dal processo (in joule), ed E è la quantità di energia (in joule) assorbita dal processo.
j
)
p
Per la legge di conservazione dell’energia, l'efficienza energetica in un sistema chiuso non può mai superare il 100%.
Per diminuire la risorsa in ingresso (Ein) è necessario diminuire le perdite (loss).
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Condizionamento e benessere ambientale
CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI - (2)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 35
Condizionamento e benessere ambientale
CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI - (3)
Digramma del Benessere ASHRAE
Un esempio di diagramma utile per Un
esempio di diagramma utile per
stabilire le condizioni di benessere termoigrometrico. Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 36
Condizionamento e benessere ambientale
CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI - (4)
L’ambiente in cui si soggiorna è un volume delimitato gg
da un involucro, l’edificio, che lo separa dall’ambiente esterno.
L’ambiente interno scambia con quello esterno flussi di energia e di materia.
Le attività svolte e la presenza di persone nell’ambiente interno producono un accumulo di energia.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 37
Condizionamento e benessere ambientale
CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI - (5)
Scambio termico
Lo scambio termico è il processo mediante il quale si ha un flusso di energia termica (calore) fra un corpo più caldo ed uno più freddo
più caldo ed uno più freddo.
Lo scambio termico può avvenire in tre modi:
•conduzione;
•convezione;
•irraggiamento.
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Condizionamento e benessere ambientale
CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI - (6)
Produzione interna di energia (1)
Per persone a riposo, sedute o in piedi si può assumere:
• calore sensibile: 50 Kcal/h persona
• calore latente: 70 Kcal/h persona
p
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 39
Condizionamento e benessere ambientale
CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI - ((6))
Produzione interna di energia (2)
Produzione interna di energia (2)
Per i carichi elettrici interni, si possono assumere seguenti valori:
Luci: 10 ÷ 12 W/m2
Computer, fotocopiatrici, macchine ufficio: 20 ÷ 30 W/m2
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Condizionamento e benessere ambientale
CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI - (7)
Diagramma psicrometrico Il diagramma psicrometrico è utilizzato per rappresentare le trasformazioni a cui è sottoposta l’aria umida negli impianti di condizionamento.
Sul diagramma psicrometrico si possono rappresentare le trasformazioni sia nelle condizioni invernali che in quelle estive. l h
ll
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Condizionamento e benessere ambientale
CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI - (8)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 42
Condizionamento e benessere ambientale
CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI - (9)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 43
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (1)
FLUSSO TERMICO
Se due ambienti sono a differente temperatura si stabilisce un passaggio di calore, attraverso l’elemento divisorio di separazione, nella direzione che va dall’ambiente a temperatura più alta a quello a temperatura più bassa. Il FLUSSO TERMICO q è definito come la quantità di calore che attraversa una superficie, l’elemento divisorio, nell’unità di tempo ed è espresso in W/ 2
W/m2. Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 44
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (2)
Conduzione (1)
La Conduzione è un flusso di energia termica (calore) attraverso un corpo ed è causata dalla differenza di temperatura tra i due corpi.
Il flusso di energia per Conduzione avviene sempre nella direzione che va da un corpo a temperatura più alta ad un altro a temperatura più bassa
alta ad un altro a temperatura più bassa
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 45
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (3)
Conduzione (2)
Il Flusso d’energia che si trasmette per conduzione può essere espresso con la formula:
Qt= ∑ Ki*S*∆ti (W)
Dove
K rappresenta la conduttanza termica del singolo strato di materiale (W/mq °C)
strato di materiale (W/mq C)
S la superficie (mq)
∆ti la differenza di temperatura tra uno strato di materiale e l’altro
materiale e l
altro ((°C)
C)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 46
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (4)
Conduzione (3)
La conduttanza K dipende dallo spessore e dalla La
conduttanza K dipende dallo spessore e dalla
conducibilità del materiale.
K= λ/s (W/mq °C)
K= λ/s (W/mq C) Maggiore è lo spessore s (espresso in metri) e minore è il flusso termico che attraversa il materiale.
minore è il flusso termico
che attraversa il materiale
Maggiore è la conducibilità λ (espresso in W/m°C) e maggiore è il flusso termico che attraversa il materiale
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 47
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (5)
Conduzione (4)
( )
La conduttanza K è l’inverso della resistenza termica R R = 1/K = s/λ (mq °C/W)
Una parete si comporta in modo analogo ad un circuito elettrico:
gli strati componenti una parete si comportano come resistenze in serie al Flusso di energia termica come rappresentato nella figura.
La resistenza termica globale di una parete è quindi pari alla somma delle resistenze dei vari strati i ll
d ll
it
d i
i t ti
componenti la parete:
Rt = ∑ R
= ∑ Ri =∑ 1/K
=∑ 1/Ki
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 48
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (6)
Conduzione (5)
( )
Il coefficiente globale di trasmissione termico globale U è l’inverso della resistenza termica globale Rt:
U= 1/ Rt
Diminuire il coefficiente globale U significa aumentare la resistenza termica della parete.
Se l’ambiente climatizzato è a temperatura maggiore di quello esterno diminuire U significa ridurre il fl
flusso di energia termica dispersa
di
i t
i di
all’esterno ovvero ll’ t
aumenta l’efficienza energetica.
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Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (7)
Conduzione (6) … Ad esempio, sul lastrico solare di un fabbricato esistente un intervento Ad esempio sul lastrico solare di un fabbricato esistente un intervento
creativo di incremento dell’efficienza energetica è costruire un “Tetto Verde”
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 50
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (8)
Conduzione (7) …. Un esempio meno creativo ma efficace per incrementare l’efficienza energetica è la costruzione di un isolamento esterno e/o interno i
di
i l
/ i
del tipo a cappotto.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 51
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (9)
Conduzione (8) … Altro esempio meno creativo ma altamente efficace è la sostituzione degli infissi.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 52
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (10)
Convezione (1)
La Convezione è un flusso di energia termica
(calore) e di materia che avviene tra la superficie di
un corpo solido e un fluido (liquido o gassoso).
gassoso)
La Convezione può essere naturale o forzata.
La Convezione è naturale quando un fluido (acqua,
(acqua
aria, ecc.) è a temperatura non uniforme ed a causa
della differenza di temperatura si generano
movimenti delle particelle del fluido che,
miscelandosi, stabiliscono un flusso di energia
termica termico dalle particelle più calde a quelle
più fredde.
p
La Convezione è forzata quando il movimento delle
particelle del fluido è imposto da cause meccaniche
quali una pompa o un ventilatore.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 53
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (11)
Convezione (2)
Ad esempio, il radiatore riscalda una stanza per
convezione
i
naturale:
t l
l’aria calda a contatto con il radiatore viene spinta a
salire verso l’alto, mentre l’aria più fredda ne viene
attirata.
attirata
Poichè l’aria calda tende a salire e l’aria fredda a
scendere si ottiene la massima efficacia di
scendere,
funzionamento da radiatori ad alta temperatura
(70‐ 80 °C).
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 54
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (12)
Convezione (3)
Altro esempio di riscaldamento per convezione
naturale è il pavimento radiante.
Osservazione:
il moto
t convettivo
tti per instaurarsi
i t
i ha
h bisogno
bi
di una
differenza di temperatura tra l’elemento radiante (il
radiatore o il pavimento) e la temperatura media
dell ambiente.
dell’ambiente
Al diminuire della differenza di temperatura, la
superficie di scambio deve aumentare.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 55
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (13)
Convezione (4)
( )
Altro fenomeno che avviene per convezione
naturale sono le infiltrazioni d’aria esterna.
La valutazione della quantità d’aria che entra per
infiltrazione non è facile, tuttavia vi sono metodi di
valutazioni indicati nelle norme tecniche (ad
esempio UNI TS 11300).
Le infiltrazioni
fl
d’
d’aria
esterna comunque possono
considerarsi come ricambi d’aria e la norma tecnica
considera che debbano considerarsi almeno 0.3
V l i Ambiente
Volumi
A bi t per ora da
d considerarsi
id
i nell
fabbisogno termico dell’edifico.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 56
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (14)
Irraggiamento (1)
L'Irraggiamento è un flusso di energia termica
(calore e luce) che avviene attraverso onde
elettromagnetiche tra due corpi a temperature
diverse.
L'irraggiamento a temperatura ambiente, situato
nell'infrarosso di lunghezze d'onda superiori a 5 μm,
risulta proporzionale all'emissività dei corpi.
L’emissività di un corpo dipende da fattori quali
la temperatura, l'angolo di emissione, la lunghezza
d'onda
d
onda e la finitura superficiale.
superficiale
Bassi valori dell’emissività corrispondono a bassi
valori dello scambio termico per irraggiamento.
irraggiamento
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 57
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (15)
Irraggiamento (2)
Irraggiamento (2)
Lo scambio per irraggiamento che avviene tra corpi con temperature differenti è proporzionale alla
con temperature differenti è proporzionale alla differenza delle temperature elevate alla quarta potenza:
q=A*F*(T14‐T24) (KW)
dove:
A = Superficie del corpo (mq)
F = Fattore di forma (dipende dalla geometria e dalle remissività)
T = Temperatura dei corpi (K)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 58
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (16)
I
Irraggiamento (4)
i
t (4)
Il flusso di energia per irraggiamento può essere considerevole nelle ore centrali della giornata per
considerevole nelle ore centrali della giornata per superfici orientate a Sud.
IlIl valore dell
valore dell’irraggiamento
irraggiamento (I) può variare da un (I) può variare da un
minimo di 300 W/mq a Dicembre a circa 850 W/mq a Luglio.
Osservazione: In Inverno l’Irraggiamento solare è una risorsa mentre in estate è un problema.
p
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 59
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (17)
Irraggiamento (5)
Un rimedio per diminuire il flusso di energia termica per Irraggiamento solare nei periodi estivi è la
per Irraggiamento solare nei periodi estivi è la schermatura esterna.
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Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (18)
Irraggiamento (3)
L’irraggiamento solare di una superficie può essere valutato nel modo seguente:
q=A*η*I (KW) dove:
A = Superficie irraggiata (mq)
η = rendimento di captazione (dipende dalle caratteristiche dei materiali)
I = Energia Irraggiata (dipende dal tempo, da fattori meteo, geometria) (W/mq)
t
t i ) (W/ )
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 61
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (19)
Fabbisogno energetico degli edifici (1)
II flussi di energia e quelli di materia (le infiltrazioni flussi di energia e quelli di materia (le infiltrazioni
e/o la ventilazione) hanno verso negativo quando escono dall’ambiente (dispersioni) e positivo q
quando entrano (rientri).
(
)
I flussi di materia (le infiltrazioni e/o la ventilazione), in generale, sono determinati dalle differenze di pressione tra l’ambiente interno ed esterno.
I flussi di energia, in generale, sono determinati dalle differenze di temperatura.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 62
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (20)
Condizioni di Progetto
g
Gli ambienti climatizzati devono assicurare un clima
accettabile a chi vi soggiorna.
Le norme di Legge e quelle tecniche stabiliscono dei valori
per le temperature, le umidità e la ventilazione utilizzabili
per il dimensionamento degli impianti.
Ad esempio, le condizioni di temperatura all’interno degli
Edifici residenziali sono le seguenti:
1)) inverno 20 °C
° (UNI
(
TS 11300 p.1 – punto 8.1.1);
)
2) estate 26 °C (UNI TS 11300 p.1 – punto 8.1.2).
LLe condizioni
di i i esterne
t
variano,
i
come ovvio,
i per stagione
t i
e
località; ad esempio la norma UNI 10349 riporta per Roma:
1) inverno 0 °C ;
2) estate 32 °C
C.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 63
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (21)
Impianti di climatizzazione
L’energia necessaria a mantenere le condizioni climatiche volute è fornita da una apparecchiatura ( ld i
(caldaia, pompa di calore, ecc.) connessa ad un di l
)
d
impianto di distribuzione (tubazioni, elementi radianti, ventilconvettori ecc) ed alimentata con una fonte energetica convenzionale (gas naturale energia
energetica convenzionale (gas naturale, energia elettrica) e/o eventualmente integrata da una rinnovabile (solare termico, biomassa, fotovoltaico ecc).
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 64
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (22)
L’effetto “Chiesa”…. ovvero l’Inerzia termica …
Molti avranno notato che entrando in un edificio antico come una chiesa o un palazzo rinascimentale si avverte la sensazione di invariabilità delle condizioni termiche.
Ciò è più di una sensazione è l’effetto dell’inerzia termica.
L’Inerzia termica è direttamente proporzionale al
p p
prodotto p
del calore specifico dei materiali con la massa dei materiali costituenti la struttura(capacità termica ) ed inversamente proporzionale alla conducibilità termica (o più in generale alla trasmittanza termica) e alla differenza di temperatura tra interno ed esterno.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 65
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (23)
L’ inerzia termica è la capacità di un materiale o di una struttura di variare più o meno lentamente la propria temperatura come risposta a variazioni di temperatura esterna o ad una sorgente di d
di
calore/raffreddamento interno.
Infatti, l’inerzia termica (densità*calore Infatti
l’inerzia termica (densità*calore
specifico/Conducibilità) dei materiali da costruzione attenua e sfasa nel tempo le variazioni delle temperature e quindi dei flussi di energia termica
temperature e, quindi, dei flussi di energia termica.
L’inerzia termica è un parametro che , assieme alla conducibilità termica, è utilizzato per valutare conducibilità termica è utilizzato per valutare
l’efficienza energetica di una struttura oggetto o meno di un intervento sull’isolamento termico Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 66
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (24)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 67
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (25)
La Normativa tecnica in vigore (DPR 59 del 2/4/2009) ha introdotto la trasmittanza termica periodica (YIE ) come parametro per valutare il grado di inerzia termica delle strutture. YIE = fa ∙ U (W/m2K)
U Trasmittanza (W/m2K) U
T
itt
(W/ 2K)
fa fattore di attenuazione = q dinamico/q stazionario Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 68
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (26)
La considerazione dell’inerzia termica negli interventi di Efficienza energetica influisce su:
1) di
diminuzione della potenza massima delle macchine i i
d ll
t
i
d ll
hi
per la climatizzazione dovuta all’attenuazione delle fluttuazioni del flusso termico da compensare;
2) aumento del benessere ambientale in quanto l’attenuazione delle variazioni di temperatura delle pareti interne mantiene costanti gli scambi per
pareti interne mantiene costanti gli scambi per irraggiamento tra occupanti e componenti edilizie.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 69
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (27)
L’Inerzia termica dell’edificio e la Potenza termica
La Potenza istantanea in realtà non è proprio così istantanea.
Paradossalmente, se l’inerzia termica di una costruzione fosse grandissima ci potrebbe essere una condizione in cui lo sfasamento è equivalente al periodo dell’onda termica esterna e l’attenuazione tende a zero. In questo caso la temperatura interna rimane costante ( ad esempio come nelle cantine).
d
ll
)
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Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (28)
Il Dimensionamento della Potenza Termica
La Potenza P che deve erogare l’apparecchiatura può essere valutata in modi diversi:
1) P = P medio Potenza uguale al valore medio assunto da P per il periodo di utilizzo 2) P = P max (t
P P
( i) ) Potenza uguale al valore massimo P
l l l
i
istantaneo di P
Nel caso 1) bisogna prevedere un accumulo (serbatoio Nel
caso 1) bisogna prevedere un accumulo (serbatoio
inerziale, boiler ecc) e la Potenza dell’apparecchiatura dipende dal volume dell’accumulo.
Nel caso 2) non c’è bisogno di accumuli ma la Potenza dell’apparecchiatura è sovradimensionata. Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 71
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (29)
Bil i T
Bilancio Termico
i
Il fabbisogno energetico dell’edificio deriva dal bilancio dei flussi di energia e di materia in ingresso
bilancio dei flussi di energia e di materia in ingresso e le quantità prodotte all’interno.
Il fabbisogno energetico dell’edificio
Il fabbisogno energetico dell
edificio se è:
se è:
Negativo: occorre fornire energia (riscaldamento);
Positivo: occorre sottrarre energia
Positivo: occorre sottrarre energia (raffreddamento).
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 72
Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (30)
Metodo di Calcolo del Fabbisogno energetico degli edifici (1) IlIl Bilancio tra flussi positivi, produzione interna e flussi negativi Bilancio tra flussi positivi produzione interna e flussi negativi
definisce la Potenza necessaria a mantenere le condizioni climatiche volute nell’ambiente in ogni istante (t):
P(t)=Qs+Carichi Interni+Qt+Qv (KW)
Il fabbisogno energetico E
g
g
((KWh) è la somma di tutte le potenze )
p
istantanee P(ti) (KW) erogate nell’intervallo di tempo di funzionamento di un impianto di riscaldamento: E = P(t0)* t0+ P(t1)* t1+ P(t2)* t2….+ P(ti)* ti.
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Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (31)
Metodo di Calcolo del Fabbisogno energetico degli edifici (2) Metodo di Calcolo
del Fabbisogno energetico degli edifici (2)
In inverno il fabbisogno energetico di un edificio è dato dalla somma algebrica dei flussi di energia e di quella prodotta
somma algebrica dei flussi di energia e di quella prodotta all’interno.
Il flusso di energia è positivo (guadagno) se entra nell’edificio e g
p
(g
g )
negativo nel verso opposto.
La produzione interna gratuita è connessa alla presenza di persone ed apparecchiature da queste utilizzate ed ha valore positivo (guadagno).
La Potenza istantanea P(t) è la seguente:
P(t)=(Qs+Carichi Interni‐Qt‐Qv) (KW)
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Calcolo del fabbisogno energetico di un edificio
FABBISOGNO ENERGETICO- (32)
Metodo di Calcolo del Fabbisogno energetico degli edifici (3) In Estate, a differenza dell’Inverno, la temperatura all’interno dell’ambiente è inferiore a quella esterna; pertanto, le dispersioni termiche e le infiltrazioni d’aria si sommano ai carichi interni e alla radiazione solare.
La Potenza istantanea P(t) è la seguente:
P(t)=(Qs+Carichi Interni+Qt+Qv) (KW)
La massima Potenza istantanea in Estate potrebbe essere maggiore o uguale a quella invernale.
i
l
ll i
l
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.
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Ing Andrea Simonetti
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