Corso di Laurea in Edilizia
Corso di Certificazione Energetica e Sostenibilità Edilizia
a.a. 2011/2012
Docente: Ph.D. Domentico Tripodi
Assistente: Ing. Nunziata Italiano
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA PER LA DETERMINAZIONE DEL
FABBISOGNO DI ENERGIA
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per il riscaldamento
Q H,nd
SCAMBIO TERMICO TOTALE
QH,ht
TRASMISSIONE
QH,tr
+
Coeff globale di
scambio termico
Htr,adj
= HD+Hg+HU+HA
+
Extra-flusso della
radiazione infrarossa
Fr,k Φ r,mn,k
-
VENTILAZIONE
QH,ve
Coeff globale di
scambio termico
Hve,adj
Fattore di
utilizzazione
ηH,gn
x
APPORTI TERMICI TOTALI
Qgn
INTERNI
Qint
Flusso termico prodotta
dalla sorgente di calore
interna
Φint,mn,k
+
SOLARI
Qsol
Flusso termico prodotta
dalla sorgente solare
Φsol,mn,k
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Inquadramento e analisi dimensionale dell’edificio
C6
C6
C6
C6
Figura 1: Pianta e sezioni appartamento, su cui sono individuate le superfici disperdenti verso gli ambienti non riscaldati e contraddistinte le Chiusure
Verticali Opache e Trasparenti mediante sigla indicativa.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Inquadramento e analisi dimensionale dell’edificio
Dati progettuali:
Località: Reggio Calabria;
Zona climatica: B;
Gradi giorno: 772;
Anno di costruzione: 1990
Superficie utile: Apav= 70 m2
Superficie lorda: Alorda= 82 m2
Altezza netta: Hnetta= 2,70 m
Altezza lorda: Hlorda= 3,00 m
Volume netto: Vnetto= 172,2 m2
Volume lordo: Vlordo= 246 m2
Caratteristiche dell’involucro:
Chiusure verticali opache:
Muratura in mattoni pieni;
Parete in cemento armato;
Cassonetti;
Chiusure verticali trasparenti: Serramenti in legno con doppio vetro del tipo 4-6-4.
Tabella 1: Durata della stagione di riscaldamento in funzione della zona climatica – Prospetto 3 dell’ UNI/TS 11300-1.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
FABBISOGNO DI ENERGIA TERMICA PER RISCALDAMENTO
Si definisce come fabbisogno ideale di energia termica per il riscaldamento QH,nd l’energia richiesta per
mantenere negli ambienti riscaldati la temperatura di progetto (fissata a 20°C), calcolata per ogni zona
dell’edificio e per ogni mese, come:
QH,nd = QH,ht - ηH,gn x Qgn
QH,nd = (QH,tr+ QH,ve) - ηH,gn x (Qint + Qsol)
Dove:
• QH,ht
• Qgn
• QH,tr
• QH,ve
• Qint
• Qsol
• ηH,gn
è lo scambio termico totale nel caso di riscaldamento [kWh];
sono gli apporti termici totali, somma dei contributi al riscaldamento interni e solari [kWh];
è lo scambio termico per trasmissione nel caso di riscaldamento [kWh];
è lo scambio termico per ventilazione nel caso di riscaldamento [kWh];
sono gli apporti termici interni [kWh];
sono gli apporti termici solari [kWh];
è il fattore di utilizzazione degli apporti termici, ovvero la misura di quanto questi incidono sul
resto del fabbisogno.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
CALCOLO DEGLI SCAMBI TERMICI NEL CASO DI RISCALDAMENTO
Per ciascun mese del periodo di riscaldamento, gli scambi termici per il riscaldamento si calcolano:
QH,tr = Htr,adj x (θint,set,H – θe) x t + (Σk Fr,k Φr,mn,k) x t
QH,ve = Hve,adj x (θint,set,H – θe) x t
Dove:
• Htr,adj
• Hve,adj
• θint,set,H
• θe
• Fr,k
• φr,mn,k
•t
è il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione della zona considerata, corretto
per tenere conto della differenza di temperatura interno-esterno [W/K];
è il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione della zona considerata, corretto
per tenere conto della differenza di temperatura interno-esterno [W/K];
è la temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona considerata pari a 20° C
secondo la norma UNI/TS 11300-1;
è la temperatura media mensile dell’ambiente esterno, ricavata dalla norma UNI 10349
Prospetto VI [°C];
è il fattore di forma tra il componente edilizio k-esimo e la volta celeste;
è l’extraflusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste dal componente
edilizio k-esimo, mediato sul tempo;
è la durata del mese considerato.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Scambio termico per trasmissione
La trasmissione di calore da una zona termica avviene: verso l’area esterna, verso il terreno, verso altre zone
climatizzate e non. Il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione si ricava come:
Htr,adj = HD+Hg+HU+HA
Dove:
• HD
• Hg
• HU
• HA
è il coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso l’ambiente esterno [W/K];
è il coefficiente di scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno [W/K];
è il coefficiente di scambio termico per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati
[W/K];
è il coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone (interne o meno
all’edificio) climatizzate a temperatura diversa [W/K].
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
HD - Scambio termico diretto per trasmissione verso l’ambiente esterno
Superfici opache
HD,o = Σk Ac,kUc+pt,k
Dove:
• Ac,k
• Uc+pt,k
è l’area del componente opaco [m2];
è la trasmittanza del componente opaco, maggiorata per la presenza di eventuali ponti termici
[W/m2K].
Per edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, per
alcune tipologie edilizie, lo scambio termico attraverso i ponti termici può essere determinato
forfetariamente secondo quanto indicato nel Prospetto 4 della norma UNI/TS 11300-1.
Nello specifico per la presenza di ponti termici, si applica una maggiorazione del 5% relativo a “Parete
omogenea in mattoni pieni o in pietra (senza isolante)” .
Tabella 2: Maggiorazioni percentuali relative alla presenza dei ponti termici [%] – Prospetto 4 dell’ UNI/TS 11300-1.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
HD - Scambio termico diretto per trasmissione verso l’ambiente esterno
Superfici opache
HD,o = Σk Ac,kUc+pt,k
ELEMENTI
Ac,k [m2]
Uc+pt,k [W/m2K]
HD,oi [W/K]
Muratura in mattoni pieni s=30cm
Parete Nord - Par 1/N
19,45
1,65
32,09
Parete Est - Par 1/E
21,6
1,65
35,64
Parete Sud- Par 1/S
22
1,65
36,30
Muratura in mattoni pieni s=30cm
104,03
Parete in Cemento Armato
Parete Est - Par 2/E
7,8
2,7
21,06
Parete Sud- Par 2/S
2,4
2,7
6,48
Parete in Cemento Armato
27,54
Cassonetti h=30cm
Parete Nord - Ser 1/N
0,42
6,3
2,65
Parete Nord - Ser 2/N
0,42
6,3
2,65
Parete Est - Ser 3/E
0,21
6,3
1,32
Parete Est - Ser 3/E
0,21
6,3
1,32
Parete Sud - Ser 1/S
0,42
6,3
2,65
Parete Sud - Ser 1/S
0,42
6,3
2,65
Cassonetti h=30cm
13,23
HD,o [W/K]
144,80
Tabella 3: scambio termico diretto per trasmissione verso l’ambiente esterno – pareti opache
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Ponti termici
Nel calcolo del coefficiente di accoppiamento termico L, bisogna tener conto dell’effetto dei ponti termici
che provocano un aumento della perdita di calore dell’edificio. Per ottenere il coefficiente di
accoppiamento termico corretto è necessario aggiungere termini di correzione che coinvolgono la
trasmittanza termica lineica e puntuale, come riportato nell’equazione riportata nell’ UNI EN ISO 14683:
L = Σ Ui Ai +Σ Ψk Ik + Σ Χj
Dove:
• L
• Ui
• Ai
• Ψk
• Ik
• Χj
è il coefficiente di accoppiamento termico;
è la trasmittanza termica dell’i-esimo componente dell’involucro edilizio;
è l’area caratterizzata da una trasmittanza Ui;
è la trasmittanza termica lineica del k-esimo ponte termico lineare;
è la lunghezza lungo la quale si applica Ψk;
è la trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale.
Il Prospetto 2 dell’ UNI EN ISO 14683 fornisce i valori di progetto di Ψ basati su tre sistemi di valutazione
delle dimensioni dell’edificio:
dimensioni interne, misurate tra le superfici interne finite di ogni ambiente in un edificio
-Ψi
(escluso lo spessore delle partizioni interne);
dimensioni interne totali, misurate tra le superfici interne finite di ogni ambiente in un edificio
- Ψoi
(incluso lo spessore delle partizioni interne);
dimensioni esterne, misurate tra le superfici esterne finite degli elementi esterni dell’edificio.
- Ψe
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Ponti termici – uso delle dimensioni esterne
Figura 2: Edificio che mostra la posizione e le tipologie di ponti termici che si
verificano di frequente in un edificio in accordo con lo schema riportato nel
Prospetto 2 dell’UNI EN ISO 14683.
Caso parete/parete:
U=1,57 W/m2K
A= 72,2 m2
Ux A= 73,77 W/K
Ψe= 0,10 W/mK
le= 12 m
Ψex le= 1,2
L (parete/parete) = 73,77 + 1,2= 74,97 W/K
Figura 3: Dettaglio del ponte termico – tipo angolo – con
strato isolante principale nella parte intermedia. Prospetto
2 dell’UNI EN ISO 14683.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
HD - Scambio termico diretto per trasmissione verso l’ambiente esterno
Superfici Trasparenti
HD,f = Σk Aw,p,kUf,k
Dove:
• Aw,p,k
• Uf,k
è l’area del componente trasparente [m2];
è la trasmittanza del componente trasparente [W/m2K]
ELEMENTI
Parete Nord - Ser 1/N
Parete Nord - Ser 2/N
Parete Est - Ser 3/E
Parete Est - Ser 3/E
Parete Sud - Ser 1/S
Parete Sud - Ser 1/S
Finestre e porte finestre
HD,f [W/K]
Aw,p,k [m2]
Uf,k [W/m2K]
HD,fi [W/K]
Finestre e porte finestre
2,94
3,25
9,56
1,68
3,25
5,46
0,84
3,25
2,73
0,84
3,25
2,73
2,94
3,25
9,56
2,94
3,25
9,56
20,48
20,48
Tabella 4: scambio termico diretto per trasmissione verso l’ambiente esterno – pareti trasparenti
Il valore complessivo di HD= 165,28 W/K
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Hg - Scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno
Per gli edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, il
coefficiente di accoppiamento termico in regime stazionario tra gli ambienti interno ed esterno è dato:
Hg = A x Uf x btr,g
Dove:
• A
• Uf
• btr,g
è l’area dell’elemento[m2];
è la trasmittanza termica della parte sospesa del pavimento (tra l’ambiente interno e lo spazio
sottopavimento) [W/m2K];
è dato dal Prospetto 6 della norma UNI/TS 11300-1.
Tabella 5: Fattore di correzione btr,g – Prospetto 6 della norma UNI/TS 11300-1
Nel caso specifico lo scambio termico verso il terreno è Hg= 0 W/K.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
HU - Scambio termico stazionario per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati
Il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione HU, tra il volume climatizzato e gli ambienti
esterni attraverso gli ambienti non climatizzati è dato:
HU = Hiu x btr,x
Dove:
• Hiu
• btr,x
è il coefficiente globale di scambio termico tra l’ambiente climatizzato e l’ambiente non
climatizzato;
per edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o comumque di informazioni più
precise, i valori del fattore btr,x si possono assumere dal Prospetto 5 della norma UNI/TS
11300-1.
Hiu = Aiu x Us,iu
Dove:
• Aiu
• Us,iu
è l’area del componente edilizio sull’ambiente non climatizzato [m2];
è la trasmittanza termica del componente edilizio sull’ambiente non climatizzato [W/m2K].
ELEMENTI
Aiu [m2] Us,iu [W/m2K] Hiu [W/K]
Muratura in mattoni pieni s=30cm
Parete Ovest - Par 1/O
9,15
1,57
14,37
Muratura in mattoni pieni s=30cm
Parete in Cemento Armato
Parete Ovest - Par 2/O
12
2,58
30,96
Parete in Cemento Armato
Portone esterno
Portone esterno Ovest- Port/O
2,1
1,195
2,51
Portone esterno
Hu [W/K]
19,13
btr,x
HU [W/K]
0,4
5,75
5,75
0,4
12,38
12,38
0,4
1,00
1,00
Tabella 6: Scambio termico stazionario per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
HA - Scambio termico per trasmissione verso altre zone climatizzate (interne o meno all’edificio) a
temperatura diversa
Il coefficiente nel caso in oggetto risulta nullo in quanto non sono presenti nell’edificio e nelle adiacenti zone
termiche climatizzate a temperatura diversa.
Per cui il valore di HA= 0 W/K.
La Tabella 4 mostra i coefficienti di scambio termico per trasmissione, determinati secondo le norme UNI/TS
11300-1.
Htr,adj [W/K]
184,4
HD [W/K]
165,27
Hg [W/K] HU [W/K] HA [W/K]
/
19,13
/
Tabella 7: coefficienti di scambio termico per trasmissione
Confronto con il metodo semplificato:
Ht= 177,51 W/K
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Scambio termico per ventilazione
La normativa prevede dei ricambi d’aria dipendenti dall’occupazione dei locali e dalla loro destinazione
d’uso in maniera tale da garantire un’adeguata qualità dell’aria. Il coefficiente globale di scambio termico
per ventilazione si ricava come:
Hve,adj= ρaca x (Σk bve,k qve,k,mn)
Dove:
• ρaca
• qve,k,mn
• bve,k
è la capacità termica volumica dell’aria, pari a 1200 [J/m3K];
è la portata mediata sul tempo del flusso d’aria k-esimo [m3/h];
è il fattore di correzione della temperatura per il flusso d’aria k-esimo, pari a 1. bve,k≠1 se la
temperatura di mandata non è uguale alla temperatura dell’ambiente esterno, come nel caso
di pre-riscaldamento, pre-raffrescamento o di recupero termico dell’aria di ventilazione.
La portata mediata sul tempo di flusso d’aria k-esimo, qve,k,mn , espressa in [m3/h], si ricava come:
qve,k,mn= fve,t,k x qve,k
Dove:
• fve,t,k
• qve,k
è la frazione di tempo in cui si verifica il flusso d’aria k-esimo, nel caso di studio, per una
situazione permanente è pari a 1;
è la portata sul tempo del flusso d’aria k-esimo [m3/h];
Nel caso di aerazione o ventilazione naturale:
- per gli edifici residenziali si assume un tasso di ricambio d'aria pari a 0,3 vol/h;.
qve,k= n x Vnetto
Vnetto = 70% Vlordo
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Scambio termico per ventilazione
La portata sul tempo del flusso d’aria k-esimo [m3/h];
VOLUME LORDO [m3]
VOLUME NETTO
n [vol/h]
[m3]
246
172,2
0,3
qve,k= 0,3 x Vnetto = 51,66 m3/h
Tabella 8: Tabella dei volumi
La portata mediata sul tempo di flusso d’aria k-esimo, qve,k,mn , espressa in [m3/h], si ricava come:
qve,k,mn= fve,t,k x qve,k = 1 x 51,66 = 51,66 m3/h
Il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione si ricava come:
Hve,adj= ρaca x (Σk bve,k qve,k,mn) =1200 J/m3K x 1 X 51,66 m3/h = 61992
Conversione 1 J = 1/(3600) Wh
Hve,adj= 17,22 W/K
Confronto con il metodo semplificato:
HV= 17,56 W/K
J/Kh
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Extra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste
L’extra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste è definito secondo UNITS/11300-1
come:
Σk Fr,k Фr,mn,k
Il fattore di forma tra un componente edilizio e la volta celeste vale:
Fr,k= Fsh,ob, dif (1+cos S)/2
Dove:
• Fsh,ob, dif
•S
è il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo alla sola radiazione diffusa, pari a 1 in
assenza di ombreggiature da elementi esterni;
è l’angolo di inclinazione del componente sull’orizzonte.
S=0° per coperture orizzontali, S=90° per pareti verticali.
Frk
0,5
Fsh,ob,diff
1
S
90
Tabella 9: Fattore di forma tra componente edilizio e volta celeste
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Extra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste
L’extra flusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste del componente edilizio kesimo, mediato sul tempo, è dato:
Ф r,mn,k = Rse x Uc,k x Ac,k x hr x Δθer
Dove:
• Rse
• Uc,k
• Ac,k
• hr
è la resistenza termica superficiale esterna del componente, pari a 0,04 [m2K/W],
determinata secondo la UNI EN 6946;
è la trasmittanza termica del componente, [W/m2K];
è la superficie di scambio del componente edilizio k-esimo [m2];
è il coefficiente di scambio termico esterno per irraggiamento [W/m2K];
hr = 5 ε
dove ε rappresenta l’emissività per irraggiamento termico di una superficie esterna;
Per ε = 0,9
Per ε = 0,837
• Δθer
hr = 4,5 W/m2K
hr =4,185 W/m2K
per materiali da costruzioni;
per i vetri;
è la differenza tra la temperatura dell’aria esterna e la temperatura apparente del cielo [K],
pari a 11 K secondo la norma UNI/TS 11300-1.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Extra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste
L’extra flusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste è:
ELEMENTO Rse [m2K/W]
Par 1/N
0,04
MURATURA IN
Par 1/E
0,04
MATTONI PIENI
Par 1/S
0,04
Par 2/E
0,04
PARETE IN C. A.
Par 2/S
0,04
Ser 1/N
0,04
Ser 2/N
0,04
Ser 3/E
0,04
CASSONETTI
Ser 3/E
0,04
Ser 1/S
0,04
Ser 1/S
0,04
Ser 1/N
0,04
Ser 2/N
0,04
Ser 3/E
0,04
TELAIO
SERRAMENTI
Ser 3/E
0,04
Ser 1/S
0,04
Ser 1/S
0,04
Ser 1/N
0,04
Ser 2/N
0,04
VETRI
Ser 3/E
0,04
SERRAMENTI
Ser 3/E
0,04
Ser 1/S
0,04
Ser 1/S
0,04
Uc,k [W/m2K]
1,65
1,65
1,65
2,71
2,71
6,3
6,3
6,3
6,3
6,3
6,3
2,1
2,1
2,1
2,1
2,1
2,1
3,25
3,25
3,25
3,25
3,25
3,25
TOTALE
Ac,k [m2]
19,45
21,6
22
7,8
2,4
0,42
0,42
0,21
0,21
0,42
0,42
0,6
0,34
0,17
0,17
0,6
0,6
2,34
1,34
0,67
0,67
2,34
2,34
hr [W/m2K]
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,185
4,185
4,185
4,185
4,185
4,185
Δθer [K]
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
Tabella 10: Extra flusso termico per radiazioni infrarossa verso la volta celeste
φr,mn,k [W]
63,54
70,57
71,87
41,85
12,88
5,24
5,24
2,62
2,62
5,24
5,24
2,49
1,41
0,71
0,71
2,49
2,49
14,00
8,02
4,01
4,01
14,00
14,00
Frk*φr,mn,k [W]
31,77
35,28
35,94
20,93
6,44
2,62
2,62
1,31
1,31
2,62
2,62
1,25
0,71
0,35
0,35
1,25
1,25
7,00
4,01
2,00
2,00
7,00
7,00
177,64
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Calcolo degli scambi termici nel caso di riscaldamento
In Tabella 11 sono riportati i valori degli scambi per trasmissione e ventilazione e i valori di temperatura
media esterna, per i mesi del periodo termico.
GEN
FEB
MAR
DIC
Htr,adj [W/K]
184,41
184,41
184,41
184,41
Hve,adj [W/K]
17,22
17,22
17,22
17,22
ΣkFr,k Ф r,mn,k
177,64
177,64
177,64
177,64
θe [°C]
20
11,1
20
11,5
20
12,8
20
12,7
t [h]
744
672
744
744
Qh,tr [kWh]
1353,25
1172,72
1120,01
1133,73
Qh,ve [kWh]
114,02
98,36
92,24
93,53
QH,ht [kWh]
1467,28
1271,08
1212,26
1227,26
θint,set,H [°C]
Tabella 11: Scambi termici per trasmissione e ventilazione, temperatura media esterna.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
CALCOLO DEGLI APPORTI TERMICI
Gli apporti di calore sono distinguibili fra interni, dipendenti dal metabolismo degli occupanti, dal calore
dovuto alle apparecchiature elettriche presenti e all’illuminazione, e solari, derivanti dall’irraggiamento
medio della località interessata, dall’orientamento della superficie, dagli ombreggiamenti, dalle
caratteristiche di assorbimento delle superfici ecc.
Per ogni zona dell’edificio e per ogni mese, gli apporti termici si calcolano con le seguenti formule:
Qint = {Σk Φint,mn,k} x t + {Σl (1 – btr,l) Φint,mn,u,l } x t [kWh]
Qsol = {Σk Φsol,mn,k} x t + {Σl (1 – btr,l) Φsol,mn,u,l } x t [kWh]
Dove:
• btr,l
• Φint,mn,k
• Φint,mn,u,l
• Φsol,mn,k
• Φsol,mn,u,l
è il fattore di riduzione per l’ambiente non climatizzato avente la sorgente di calore interna lesima oppure il flusso termico l-esimo di origine solare;
è il flusso termico prodotto dalla k-esima sorgente di calore interna, mediato sul tempo [W];
è il flusso termico prodotto dalla l-esima sorgente di calore interna nell’ambiente non
climatizzato adiacente u, mediato sul tempo [W];
è il flusso termico k-esimo di origine solare, mediato sul tempo [W];
è il flusso termico l-esimo di origine solare nell’ambiente non climatizzato adiacente u,
mediato sul tempo [W].
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Flusso termico prodotto da sorgenti interne di calore
Per gli edifici di categoria E.1 (1) e E.1 (2) (abitazioni), aventi superficie utile di pavimento Af minore o uguale
a 170 m2, il valore globale degli apporti interni, espresso in W, è ricavato come:
Φint,mn,k = 5,294 x Af – 0,01557 x Af2 = 294,95
• Af
è la superficie utile calpestabile climatizzata pari a 70 m2
GEN
FEB
MAR
DIC
t [h]
294,29
744
294,29
672
294,29
744
294,29
744
Qint [kWh]
218,95
197,76
218,95
218,95
Φint,mn,k
TOTALE
854,61
Tabella 12: Apporti termici interni, in funzione del periodo di riscaldamento.
Confronto con il metodo semplificato:
Qi= 813,12 kWh
[W]
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Flusso termico di origine solare
Il flusso termico k-esimo di origine solare, Φsol,k espresso in [MJ] si calcola con la seguente formula:
Φsol,k = Fsh,ob,k x Asol,kx Isol,k
Dove:
• Fsh,ob,k
[MJ]
è il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per l’area di captazione
solare effettiva della superficie k-esima:
Fsh,ob,k = Fhor x Fov x Ffin
dove:
Fhor
Fov
Ffin
• Asol,k
• Isol,k
è il fattore di ombreggiamento relativo ad ostruzioni esterne;
è il fattore di ombreggiamento relativo ad aggetti orizzontali;
è il fattore di ombreggiamento relativo ad aggetti verticali;
è l’area di captazione solare effettiva della superficie k-esima, con dato orientamento e angolo
d’inclinazione sul piano orizzontale, nella zona o ambiente considerato [m2];
è l’irradianza solare media mensile, sulla superficie k-esima, con dato orientamento e angolo
di inclinazione sul piano orizzontale [W/m2].
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Fattore di riduzione per ombreggiatura
Il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per l’area di captazione solare
effettiva della superficie k-esima:
Fsh,ob,k = Fhor x Fov x Ffin
I valori dei fattori di ombreggiatura dipendono dalla latitudine, dall'orientamento dell'elemento
ombreggiato, dal clima, dal periodo considerato e dalle caratteristiche geometriche degli elementi
ombreggianti. Tali caratteristiche sono descritte da un parametro angolare, come evidenziato nelle figure
6 e 7. I tre fattori di ombreggiatura sono calcolati mediante interpolazione lineare dei dati tabellati nell’
Appendice D della norma UNI/TS 11300-1.
Figura 4:
Angolo dell’orizzonte
un’ostruzione esterna UNI/TS 11300-1.
ombreggiato
da
Figura 5: Aggetto orizzontale a) e verticale b) UNI/TS 11300-1.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Fattore di riduzione per ombreggiatura
Il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per l’area di captazione solare
effettiva della superficie k-esima:
Fsh,ob,k = Fhor x Fov x Ffin
Orientamento N
Fhor α=0°
Fov α=42°
GEN
FEB
MAR
DIC
GEN
FEB
MAR
DIC
1
0,74
Orientamento E
Fhor α=30°
Fov α=0°
1
0,74
1
0,74
1
0,74
0,45
1
0,46
1
0,52
1
0,44
1
Ffin α=25°
0,9
0,9
0,9
0,9
Ffin α=0°
1
1
1
1
Fsh,ob,k
0,67
0,67
0,67
0,67
Fsh,ob,k
0,45
0,46
0,52
0,44
Orientamento S
Fhor α=0°
Fov α=42°
GEN
FEB
MAR
DIC
1
0,8
1
0,76
1
0,66
Ffin α=60°
0,79
0,77
Fsh,ob,k
0,63
0,59
GEN
FEB
MAR
DIC
1
0,81
Orientamento S
Fhor α=0°
Fov α=60°
1
0,68
1
0,64
1
0,5
1
0,7
0,78
0,8
Ffin α=40°
0,88
0,84
0,83
0,89
0,51
0,65
Fsh,ob,k
0,60
0,54
0,42
0,62
Tabella 13: Fattori di riduzione per ombreggiatura in funzione dell’orientamento e del periodo di riscaldamento.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Area di captazione solare effettiva di un componente vetrato
Gli apporti solari che giungono all’interno attraverso una vetratura dipendono, oltre dal tipo di vetro, anche
dalla struttura del componente e dall’efficacia di eventuali schermature (es. tende, tapparelle). La norma
richiede il calcolo di una superficie equivalente chiamata area di captazione solare effettiva Asol, calcolata
come:
Asol,= Fsh,gl ggl (1-FF) Aw,p
Dove:
• Fsh,gl
• ggl
[m2]
è il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all’utilizzo di schermature mobili (es.
tende). Per facilitare i calcoli si assume tale fattore pari a 1;
è la trasmittanza di energia solare totale della finestra quando la schermatura solare non è
utilizzata, definita dall’ UNI/TS 11300-1;
ggl = Fw x ggl,n
dove:
Fw
ggl,n
• FF
• Aw,p
è il fattore di esposizione, pari a 0,9;
è la trasmittanza di energia solare totale per incidenza normale, definita dal
Prospetto 13 dell’ UNI/TS 11330-1;
è la frazione di area relativa al telaio, rapporto tra l’area proiettata del telaio e l’aria proiettata
totale del componente finestrato, secondo la norma UNI/TS 11300-1, il valore (1- FF) è pari a
0,8;
è l’area proiettata totale del componente vetrato (area del vano finestra).
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Area di captazione solare effettiva di un componente vetrato
ggl = Fw x ggl,n
Fw = 0,9
Tabella 14: Trasmittanza di energia solare totale g gl,n di alcuni tipi di vetro – Prospetto 13 dell’ UNI/TS 11300-1.
Asol,= Fsh,gl ggl (1-FF) Aw,p
[m2]
Elemento
Fsh,gl
ggl
1-Ff
Aw,p [m2]
Asol [m2]
Ser 1/N
Ser 2/N
Ser 3/E
1
1
1
1
1
1
0,675
0,675
0,675
0,675
0,675
0,675
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
2,94
1,68
0,84
1,59
0,91
0,45
0,84
2,94
2,94
0,45
1,59
1,59
Ser 3/E
Ser 1/S
Ser 1/S
Tabella 15: Area di captazione solare effettiva di un componente vetrato.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Area di captazione solare effettiva di una parete opaca
L’area di captazione solare effettiva della parete opaca dell’involucro edilizio Asol dipende dal colore del
componente:
Asol,= asol,c Rse Uc Ac
Dove:
• asol,c
• Rse
• Uc
• Ac
[m2]
è il fattore di assorbimento solare del componente opaco, pari a 0,6 per superfici di colore
medio secondo la norma UNI/TS 11300-1;
è la resistenza termica superficiale esterna del componente opaco, pari a 0,04 [m2K/W],
determinato secondo la UNI/TS 11300-1;
è la trasmittanza termica del componente opaco [W/m2K];
è l’area proiettata del componente opaco.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Area di captazione solare effettiva di una parete opaca
ELEMENTI
Ac [m2] Uc [W/m2K] Asol [m2]
Muratura in mattoni pieni s=30cm
Parete Nord - Par 1/N
19,45
1,57
0,73
Parete Est - Par 1/E
21,6
1,57
0,81
Parete Sud- Par 1/S
22
1,57
0,83
Muratura in mattoni pieni s=30cm
2,38
Parete in Cemento Armato
Parete Est - Par 2/E
7,8
2,58
0,48
Parete Sud- Par 2/S
2,4
2,58
0,15
Parete in Cemento Armato
0,63
Cassonetti h=30cm
Parete Nord - Ser 1/N
0,42
6
0,06
Parete Nord - Ser 2/N
0,42
6
0,06
Parete Est - Ser 3/E
0,21
6
0,03
Parete Est - Ser 3/E
0,21
6
0,03
Parete Sud - Ser 1/S
0,42
6
0,06
Parete Sud - Ser 1/S
0,42
6
0,06
Cassonetti h=30cm
0,30
Tabella 16: Area di captazione solare effettiva della componente opaca.
N
E
S
GEN
2,4
5,7
11,4
Isol,k [MJ/m2]
FEB
MAR
3,2
4,3
8,4
10,1
14
12,4
DIC
2,2
5,2
10,7
Tabella 17: Irradianza solare media mensile, sulla superficie k-esima, con dato orientamento..
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
Flusso termico di origine solare
Φsol,mn,k [MJ]
N
N
E
E
S
S
TOT
GEN
2,54
2,18
1,16
1,16
11,44
10,83
29,31
FEB
3,38
2,90
1,75
1,75
13,01
11,95
34,75
MAR
4,55
3,90
2,38
2,38
10,13
8,17
31,52
DIC
2,33
2,00
1,04
1,04
11,01
10,58
27,99
Φsol,mn,k [MJ]
N
E
S
TOT
GEN
2,05
7,74
12,52
22,31
FEB
2,73
11,40
15,38
29,51
DIC
1,88
7,06
11,75
20,69
Tabella 19: Flusso termico di origine solare delle superfici opache.
Tabella 18: Flusso termico di origine solare delle superfici vetrate.
GEN
FEB
MAR
DIC
gg
51,62
31
64,26
28
62,52
31
48,68
31
Qsol[kWh]
444,50
499,81
538,36
419,18
Φsol,mn,k [MJ]
MAR
3,67
13,71
13,62
31,00
TOTALE
1901,85
Tabella 20: Calcolo degli apporti termici solari in funzione del periodo di riscaldamento.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
FATTORE DI UTILIZZAZZIONE DEGLI APPORTI TERMICI
Il fattore di utilizzazione degli apporti termici per il calcolo del fabbisogno di riscaldamento si calcola
secondo la norma UNI/TS 11300-1 come:
ηH,gn = (1-γHaH) / (1-γHaH+1)
Dove:
τ
se γH>0 e γH≠1
γH= Qgn /QH,ht
aH= aH,0 +τ / τH,0
è la costante di tempo termica della zona termica [h];
τ= (Cm/3600) / (Htr,adj + Hve,adj)
Cm
è la capacità termica interna determinata in funzione delle caratteristiche costruttive dei
componenti edilizi;
Cm=155 [kJ/(m2 × K)] x Af [J/K]
Calcolo eseguito secondo il Prospetto 16 della norma UNI/TS 11300-1, considerando una classe di esercizio
media.
Af
è la superficie calpestabile climatizzata, pari a 70 m2.
Secondo la norma UNI/TS 11300-1 per il calcolo mensile aH,0= 1 e τH,0= 15h
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Fabbisogno di energia termica per riscaldamento
FATTORE DI UTILIZZAZZIONE DEGLI APPORTI TERMICI
γh
0,45
0,55
0,62
0,52
Qgn [kWh]
663,45
697,57
757,31
638,13
Qh,ht [kWh]
1467,27
1271,08
1212,25
1227,25
Cm [J/K]
10850000,00
Af [m2]
70
155
Tabella 22: Calcolo della capacità termica interna della zona termica.
Tabella 21: Calcolo di γh.
τ [h]
14,95
Cm [J/K]
10850000,00
Htr,adj [W/K]
184,41
Hve,adj [W/K]
17,22
aH
2,00
aH,0
1
Tabella 23: Calcolo della costante di tempo termica della zona termica.
GENNAIO
FEBBRAIO
MARZO
DICEMBRE
TOTALE
Qh,nd [kWh]
885,95
687,36
601,94
685,74
2860,99
Qh,ht [kWh]
1467,27
1271,08
1212,25
1227,25
5177,85
τ [h]
14,95
Tabella 24: Calcolo di aH.
ηh,gn
0,88
0,84
0,81
0,85
Qgn [kWh]
663,45
697,57
757,31
638,13
2756,46
Tabella 25: Calcolo del fattore di utilizzazione degli apporti termici e del fabbisogno di energia termica per il riscaldamento.
Confronto con il metodo semplificato:
Qh,nd = 2804,09 kWh
τH,0 [h]
15
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Rendimento medio stagionale dell’impianto di riscaldamento
ηg
Fabbisogno di energia
termica per il riscaldamento
QH,nd
Fabbisogno globale di energia
primaria per il riscaldamento
Qp,H
/
Fabbisogno di generazione
Qg,IN
Perdite totali di emissione
Ql,e
+
Fabbisogno di energia
termica per il riscaldamento
QH,nd
+
Perdite totali di regolazione
Ql,c
+
Perdite totali di distribuzione
Ql,d
+
Perdite totali di generazione
Ql,gn
+
Fabbisogno di energia
elettrica per ausiliari degli
impianti di riscaldamento
Qaux,p
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Rendimento medio stagionale dell’impianto di riscaldamento
RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE DELL’IMPIANTO DI RISCALDAMENTO
Il rendimento medio stagionale dell’impianto termio è il rapporto tra il fabbisogno di energia termica per il
riscaldamento invernale e l’energia sviluppata dalle fonti energetiche. La norma D.M. 26/06/2009 “Linee
guida nazionali per la certificazione degli edifici” prevede che a partire dalle prestazioni dell’involucro
edilizio si calcoli mediante la norma UNI/TS 11300-2 la prestazione del sistema edilizio-impianti in relazione
allo specifico impianto termico installato.
La prestazione energetica dell’edificio è misurata tramite il rendimento medio stagionale dell’impianto di
riscaldamento:
ηg = QH,nd/Qp,H
Dove:
• QH,nd
• Qp,H
è il fabbisogno di energia termica utile per riscaldamento;
è il fabbisogno globale di energia primaria per riscaldamento, da determinare [kWh].
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Rendimento medio stagionale dell’impianto di riscaldamento
Fabbisogno globale di energia primaria
Il fabbisogno globale di energia primaria è dato:
Qp,H = Qgn,IN + Qaux,p
Dove:
• Qgn,IN
• Qaux,p
è il fabbisogno di generazione [kWh];
è il fabbisogno di energia elettrica per ausiliari degli impianti di riscaldamento [kWh].
Il fabbisogno di generazione è definito secondo la seguente relazione:
Qgn,IN = QH,nd +Ql,e+Ql,c +Ql,d +Ql,gn
Dove:
• Ql,e
• Ql,c
• Ql,d
• Ql,gn
sono le perdite totali di emissione [kWh];
sono le perdite totali di regolazione [kWh];
sono le perdite totali di distribuzione [kWh];
sono le perdite totali di generazione [kWh].
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Rendimento medio stagionale dell’impianto di riscaldamento
Sottosistema di emissione
I sistemi di emissione dell’energia termica sviluppata dal generatore possono essere diversi, ognuno con un
rendimento diverso a seconda della tipologia.
Il contributo delle perdite di emissione Ql,e è calcolato sulla base del rendimento di emissione ηe:
Ql,e = QH,nd x (1- ηe)/ηe
Dove:
• ηe
è il rendimento di emissione.
Nel caso in questione, con altezze inferiori a 4 m, il rendimento può essere ricavato per via tabellare, secondo
il Prospetto 17 della norma UNI/TS 11300-2, di cui si riporta un estratto in Tabella.
Tabella 26: Rendimenti di emissione in locali di altezza minore di 4 m– Prospetto 17 dell’ UNI/TS 11300-2.
Per sopperrire alle perdite di emissione, il sistema deve soddisfare un fabbisogno di emissione totale:
Qe,IN = QH,nd+Ql,e
Qh,nd [kWh]
ηe
Ql,e [kWh]
Qe,IN [kWh]
2861
0,95
150,58
3011,58
Tabella 27: Rendimento e fabbisogno di emissione
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Rendimento medio stagionale dell’impianto di riscaldamento
Sottosistema di regolazione
Il rendimento di regolazione è un parametro che esprime la deviazione tra la quantità di energia richiesta in
condizioni reali rispetto a quelle ideali.
Le perdite totali di regolazione Ql,c si calcolano come:
Ql,c = Qe,IN x (1- ηc)/ηc
Dove:
• ηc
è il rendimento di regolazione, calcolato secondo il Prospetto 20 della UNI/TS 11300-2.
Nell’appartamento in questione presenta una regolazione “solo zona con regolatore” di tipo on-off,
corrispondente ad un rendimento di regolazione di 0,93, ricavato secondo il Prospetto 20 della norma
UNI/TS 11300-2.
Il fabbisogno di regolazione e è costituito dal fabbisogno di emissione sommato alle perdite di regolazione:
Qc,IN = Qe,IN +Ql,c
Qe,IN [kWh]
ηc
Ql,c [kWh]
Qc,IN [kWh]
3011,58
0,93
226,68
3238
Tabella 28: Rendimento e fabbisogno di regolazione
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Rendimento medio stagionale dell’impianto di riscaldamento
Sottosistema di distribuzione
Le perdite di regolazione Ql,d vengono calcolate sulla base del rendimento di distribuzione ηd applicato al
fabbisogno di regolazione Qc,IN secondo la formula:
Dove:
• ηd
Ql,d = Qc,IN x (1- ηd)/ηd
è il rendimento di distribuzione, calcolato secondo il Prospetto 21 della UNI/TS 11300-2,che
riporta diverse tipologie di distribuzione.
Tabella 29: Rendimento di distribuzione – Prospetto 21 dell’ UNI/TS 11300-2.
Il fabbisogno di distribuzione è costituito dal fabbisogno di regolazione sommato alle perdite di distribuzione:
Qd,IN = Qc,IN +Ql,d
Qc,IN [kWh]
ηd
Ql,d [kWh]
Qd,IN [kWh]
3238
0,98
66,08
3304
Tabella 30: Rendimento e fabbisogno di distribuzione
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Rendimento medio stagionale dell’impianto di riscaldamento
Sottosistema di generazione
Le perdite di generazione tengono conto delle caratteristiche del generatore e delle sue modalità di utilizzo,
si calcolano con la seguente formula:
Ql,gn = Qd,IN x (1- ηgn)/ηgn
Dove:
• ηgn
è il rendimento di generazione distribuzione, calcolato secondo il Prospetti 23 della UNI/TS
11300-2.
Tabella 31: Rendimento di generazione – Prospetto 23 dell’ UNI/TS 11300-2.
Il fabbisogno di generazione è costituito dal fabbisogno di distribuzione sommato alle perdite di generazione:
Qgn,IN = Qd,IN +Ql,gn
Qd,IN [kWh]
ηgn
Ql,gn [kWh]
Q gn,IN [kWh]
3304
0,69
1485
4789
Tabella 32: Rendimento e fabbisogno di generazione
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Rendimento medio stagionale dell’impianto di riscaldamento
Fabbisogno degli ausiliari
Il fabbisogno di energia elettrica di un impianto di riscaldamento QH,aux [(kWh)el] è determinato:
QH,aux = Waux,t x tgn
Dove:
• Waux,t
• tgn
è il valore della potenza totale degli ausiliari, espresso in [W];
è il tempo di funzionamento del generatore, espresso in [h].
Il valore della potenza totale degli ausiliari è definita:
Waux,t = Waux,pn +Wgn,PO,pr
Dove:
• Wgn,PO,pr
• Waux,pn
è il valore della potenza della pompa primaria, espresso in [W];
è il valore della potenza degli ausiliari del generatore a bordo della caldaia, espresso in [W].
In assenza di valori dichiarati dal fabbricante, la potenza degli ausiliari del generatore a bordo della caldaia
può ricavarsi come:
Waux,pn= G + H x ΦPnn
Dove:
• G, H, n
• ΦPn
sono i parametri ricavabili dall’Appendice B dell’ UNI/TS 11300-2;
è la potenza termica utile nominal del generatore, espressa in [W], secondo dati di targa.
PROCEDURA DI CALCOLO ANALITICA
Rendimento medio stagionale dell’impianto di riscaldamento
Fabbisogno degli ausiliari
G
H
n
ΦPn [W]
Waux,Pn [W]
40
0,148
1
18,8
42,78
Tabella 33: Calcolo della potenza degli ausiliari del generatore a bordo della caldaia
Waux,Pn [W]
Wgn,PO,pr [W]
Waux,t [W]
42,78
180
222,78
Tabella 34: Calcolo della potenza totale degli ausiliari
Qd,IN [kWh]
tgn [h]
Φ gn,avg [kW]
3304
2904
1,14
Φ gn,avg [kW]
1,14
Tabella 37: Calcolo del fabbisogno totale di energia elettrica
Waux,t [W]
tgn [h]
FC u
QH,aux [kWh]el
222,78
2904
0,06
39,15
ηp,el
Qaux,p [kWh]
39,15
0,46
85,11
Qgn,IN [kWh]
Qaux,p [kWh]
Qp,H [kWh]
4789
85,11
4874,11
Confronto con il metodo semplificato:
ηg =0,60
ΦPn [W]
18,8
FC u
0,06
Tabella 36: Calcolo del Fattore di carico medio del
generatore FC
QH,aux [kWh]el
Tabella 40: Calcolo del rendimento medio stagionale.
Tabella 35: Calcolo della potenza media richiesta
Tabella 38: Calcolo del fabbisogno di energia elettrica per ausiliari
degli impianti di riscaldamento
Tabella 39: Calcolo del fabbisogno totale di
energia primaria
QH,nd [kWh]
Qp,H [kWh]
ηg
2860,99
4874,11
0,59
