Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell`involucro

CORSO DI FORMAZIONE PER CERTIFICATORE ENERGETICO
FONDAMENTI SUGLI SCAMBI TERMICI
ATTRAVERSO GLI ELEMENTI DELL'INVOLUCRO EDILIZIO
Ing. Stefano Bergero
Ing. Anna Chiari
Facoltà di Architettura - Università di Genova
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Bibliografia
UNI/TS 11300-1:2008 "Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 1:
Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione
estiva ed invernale"
UNI/TS 11300-2:2008 "Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2:
Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la
climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria"
UNI EN ISO 6946:2008 "Componenti ed elementi per edilizia - Resistenza termica e
trasmittanza termica - Metodo di calcolo"
UNI 10351:1994 "Materiali da costruzione. Conduttività termica e permeabilità al
vapore."
UNI 10355:1994 "Murature e solai. Valori della resistenza termica e metodo di
calcolo."
UNI EN ISO 10077-1:2007 "Prestazione termica di finestre, porte e chiusure
oscuranti - Calcolo della trasmittanza termica - Parte 1: Generalità"
UNI EN ISO 14683:2008 "Ponti termici in edilizia - Coefficiente di trasmissione
termica lineica - Metodi semplificati e valori di riferimento"
UNI EN ISO 13786:2008 "Prestazione termica dei componenti per edilizia –
Caratteristiche termiche dinamiche – Metodi di calcolo"
Pubblicazione di Stefano Bergero e Anna Chiari. Tutti i diritti riservati. Copia depositata a norma di legge.
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INDICI DI PRESTAZIONE ENERGETICA
La legislazione nazionale e regionale indica come parametro in base a cui valutare
la prestazione energetica complessiva di un edificio l'indice di prestazione
energetica globale EPgl:
EPgl = EPi + EPacs + EPe + EPill
EPi = indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale
EPacs = indice di prestazione energetica per la produzione dell'acqua calda sanitaria
EPe = indice di prestazione energetica per la climatizzazione estiva
EPill = indice di prestazione energetica per l'illuminazione artificiale
Nel caso di edifici residenziali della classe E1 (esclusi collegi, conventi, case di pena
e caserme) il parametro EP esprime il fabbisogno annuo di energia primaria, ovvero
il consumo di combustibile, per metro quadrato di superficie utile dell'edificio:
EP =
Qp
Au
[KWh/m2anno]
Qp = fabbisogno annuo di energia primaria [KWh/anno]
Au = superficie utile (netta calpestabile) della zona climatizzata dell'edificio [m2]
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Per tutti gli altri edifici (residenze collettive, terziario, industria) tale parametro
esprime il fabbisogno annuo di energia primaria, ovvero il consumo di combustibile,
per metro cubo di volume lordo dell'edificio:
EP =
Qp
V
[KWh/m3anno]
V = volume lordo della zona climatizzata dell'edificio [m3]
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Classificazione degli edifici in base alla destinazione d'uso secondo il Decreto
Legislativo 26 agosto 1993 N. 412.
Categoria
Tipologia edifici
E.1
Edifici adibiti a residenza e assimilabili
E.1(1) abitazioni adibite a residenza con carattere continuativo, quali abitazioni civili e
rurali, collegi, conventi, case di pena, caserme
E.1(2) abitazioni adibite a residenza con occupazione saltuaria, quali case per vacanze, fine
settimana e simili
E.1(3) edifici adibiti ad albergo, pensione ed attività similari
E.2
Edifici adibiti a uffici e assimilabili
pubblici o privati, indipendenti o contigui a costruzioni adibite anche ad attività
industriali o artigianali, purché siano da tali costruzioni scorporabili agli effetti
dell'isolamento termico
E.3
Edifici adibiti a ospedali, cliniche o case di cura e assimilabili
ivi compresi quelli adibiti a ricovero o cura di minori o anziani nonché le strutture
protette per l'assistenza ed il recupero dei tossico-dipendenti e di altri soggetti
affidati a servizi sociali pubblici
E.4
Edifici adibiti ad attività ricreative, associative o di culto e assimilabili
E.4(1) cinema e teatri, sale di riunione per congressi
E.4(2) mostre, musei e biblioteche, luoghi di culto
E.4(3) bar, ristoranti, sale da ballo
E.5
Edifici adibiti ad attività commerciali e assimilabili
negozi, magazzini di vendita all'ingrosso o al minuto,
supermercati, esposizioni
E.6
Edifici adibiti ad attività sportive
E.6(1) piscine, saune e assimilabili
E.6(2) palestre e assimilabili
E.6(3) servizi di supporto alle attività sportive
E.7
Edifici adibiti ad attività scolastiche a tutti i livelli e assimilabili
E.8
Edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali e assimilabili
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Principali riferimenti legislativi nazionali in materia di certificazione energetica degli
edifici:
Decreti Legislativi N. 192-2005 e N. 311-2006 " Attuazione della direttiva
2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell'edilizia".
Decreto Legislativo N. 115-2008 "Attuazione della direttiva 2006/32/CE relativa
all'efficienza degli usi finali dell'energia e i servizi energetici e abrogazione della
direttiva 93/76/CEE".
Decreto del Presidente della Repubblica N. 59-2009 "Regolamento di
attuazione dell'articolo 4 comma 1 del decreto legislativo N. 192 2005".
Decreto 26 giugno 2009 del Ministero dello Sviluppo economico "Linee guida
nazionali per la certificazione energetica degli edifici".
Principale riferimento legislativo Regione Liguria in materia di certificazione
energetica degli edifici:
Regolamento Regionale N. 1-2009 "Regolamento di attuazione della Legge
Regionale N. 22 2007".
Principale riferimento legislativo Regione Piemonte in materia di certificazione
energetica degli edifici:
Deliberazione Giunta Regionale N. 43-11965 del 4 agosto 2009 "Legge
Regionale 28 maggio 2007, n. 13 - Disposizioni in materia di rendimento energetico
nell'edilizia – Disposizioni attuative in materia di certificazione energetica degli
edifici ai sensi dell'articolo 21, comma 1, lettere d), e) ed f)".
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Allo stato attuale la legislazione sia della Regione Liguria che della Regione
Piemonte prevedono che la classificazione degli edifici nuovi o esistenti, ai fini
della compilazione dell'attestato di certificazione energetica, prenda in
considerazione solo i seguenti ambiti:
climatizzazione invernale,
produzione di acqua calda sanitaria.
ovvero:
EPgl = EPi + EPacs
Il Decreto 26 giugno 2009 "Linee guida nazionali per la certificazione energetica
degli edifici" ha introdotto anche una valutazione qualitativa delle caratteristiche
dell’involucro edilizio volte a contenere il fabbisogno per la climatizzazione
estiva.
Tale aspetto è stato già recepito dalla legislazione della Regione Piemonte, mentre
non è stato ancora introdotto in quella della Regione Liguria.
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CLIMATIZZAZIONE INVERNALE E ESTIVA
La valutazione degli indici di prestazione energetica per la climatizzazione
invernale EPi e estiva EPe deve essere affrontato con riferimento al sistema
edificio-impianto, mediante un'apposita metodologia di calcolo in grado di stimare
analiticamente i fabbisogni di energia primaria.
Per gli edifici residenziali della classe E1 (esclusi collegi, conventi, case di pena e
caserme):
EPi =
Qp,H
Au
EPe =
Qp,C
Au
[KWh/m2anno]
Per tutti gli altri edifici (residenze collettive, terziario, industria):
EPi =
Qp,H
V
EPe =
Qp,C
V
[KWh/m3anno]
Qp,H = fabbisogno di energia primaria per il riscaldamento [KWh/anno]
Qp,C = fabbisogno di energia primaria per il raffrescamento [KWh/anno]
Au = superficie utile della zona climatizzata dell'edificio [m2]
V
= volume lordo della zona climatizzata dell'edificio [m3]
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Il sistema edificio-impianto è costituito da uno o più edifici (involucri edilizi) o da
porzioni di edificio, climatizzati attraverso un unico sistema di generazione.
A titolo di esempio sono riportati alcune tipologie di sistemi edificio-impianto (da
specifica tecnica UNI/TS 11300-1:2008).
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Considerando per semplicità che l'edificio sia costituito da un'unica zona termica,
ovvero che sia possibile stabilire un'unica temperatura interna di progetto per tutti
gli spazi climatizzati, e che sia servito mediante un unico impianto di
climatizzazione (invernale e estiva), la procedura di calcolo per la determinazione
dei fabbisogni di energia primaria per il riscaldamento Qp,H e per il
raffrescamento Qp,C si articola essenzialmente in due fasi.
inverno
estate
QC,nd
TA
QH,nd
TA
Qp,H
Qel,C
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Osservazione
Nell'esempio riportato in figura per la climatizzazione invernale viene utilizzata una
caldaia tradizionale per cui l'energia primaria Qp,H, ovvero il combustibile, viene
consumata direttamente dal sistema di generazione del calore.
Nell'esempio riportato in figura per la climatizzazione estiva viene utilizzata una
pompa di calore elettrica, per cui l'energia primaria Qp,C, ovvero il combustibile, non
viene consumata direttamente dall'impianto, ma serve per la produzione
dell'energia elettrica Qel,C, a sua volta consumata dall'impianto:
Qp,C = Qel,C fp,el
fp,el = fattore di conversione in energia primaria dell'energia elettrica.
Il valore assunto dal fattore di conversione in energia primaria dell'energia
elettrica fp,el tiene conto dell'efficienza media di produzione del parco
termoelettrico nazionale e viene aggiornato periodicamente con apposito
provvedimento dell'Autorità per l'energia elettrica e il gas (AEEG).
La Delibera AEEG N. 9-2010 ha fissato per il 2010: fp,el = 0.187⋅10-3 tep/kWhel.
Essendo, in base al Decreto Legislativo N. 115-2008, 1.01kgep = 11.75 kWhp,
risulta:
fp, el =
kWhp
0.187 ⋅ 11.75
= 2.18
kWhel
1.01
che corrisponde ad un rendimento medio di produzione del parco termoelettrico
nazionale pari al 46%.
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Fase 1
Determinazione dei fabbisogni di energia termica utile dell'involucro edilizio
per il riscaldamento QH,nd e per il raffrescamento QC,nd.
Tali grandezze rappresentano la quantità di calore che deve essere fornita o
sottratta dall'impianto alla zona termica per mantenere la temperatura interna al
valore di progetto per tutta la stagione di riscaldamento o di raffrescamento,
considerando condizioni di temperatura dell’aria uniformi in tutto l’ambiente
climatizzato.
Il metodo di calcolo di QH,nd e QC,nd è basato su un bilancio energetico in regime
stazionario della zona climatizzata.
Il calcolo è effettuato su base mensile, considerando per la valutazione delle
dispersioni e degli apporti termici i valori medi mensili della temperatura esterna e
dell'irradiazione solare.
I fabbisogni di energia termica utile dell'involucro edilizio per il riscaldamento QH,nd
e per il raffrescamento QC,nd si ottengono quindi sommando per tutta la durata delle
stagioni di riscaldamento e di raffrescamento i fabbisogni mensili di energia termica
utile QH,nd,n e QC,nd,m:
N
QH,nd =
∑
M
QH,nd,n
QC,nd =
n =1
∑
QC,nd,m
m =1
N = numero di mesi della stagione di riscaldamento
M = numero di mesi della stagione di raffrescamento
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La durata della stagione di riscaldamento è determinata in funzione della zona
climatica, dipendente dai gradi giorno della località, dal Decreto Legislativo N.
412-1993.
Zona climatica
A
B
C
D
E
F
Gradi Giorno
GG ≤ 600
600 < GG ≤ 900
900 < GG ≤ 1400
1400< GG ≤ 2100
2100 < GG ≤ 3000
GG > 3000
Inizio
1° dicembre
1° dicembre
15 novembre
1° novembre
15 ottobre
5 ottobre
15
31
31
15
15
22
Fine
marzo
marzo
marzo
aprile
aprile
aprile
La durata della stagione di raffrescamento è definita come il periodo durante il
quale è necessario il funzionamento dell'impianto di climatizzazione per mantenere
all'interno dell'edificio una temperatura interna non superiore a quella di progetto.
Le modalità di calcolo del fabbisogno di energia termica utile dell'involucro edilizio
per il riscaldamento e il raffrescamento sono riportate nella specifica tecnica
UNI/TS 11300-1:2008 "Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 1:
Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione
estiva e invernale".
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Osservazione
Per valutare la prestazione energetica del solo involucro edilizio si introducono gli
indici di prestazione energetica dell'involucro per il riscaldamento EPi,inv e per
il raffrescamento EPe,inv, definiti come segue.
Edifici residenziali della classe E1 (esclusi collegi, conventi, case di pena e
caserme):
EPi,inv =
QH,nd
Au
EPe,inv =
QC,nd
Au
[KWh/m2anno]
Per tutti gli altri edifici (residenze collettive, terziario, industria):
EPi,inv =
QH,nd
V
EPe,inv =
QC,nd
V
[KWh/m3anno]
QH,nd = fabbisogno di energia termica utile dell'involucro edilizio per il
riscaldamento [KWh/anno]
QC,nd = fabbisogno di energia termica utile dell'involucro edilizio per il
raffrescamento [KWh/anno]
Au
= superficie utile della zona climatizzata dell'edificio [m2]
V
= volume lordo della zona climatizzata dell'edificio [m3]
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Fase 2
Determinazione del rendimento globale medio stagionale dell'impianto di
riscaldamento ηg,H e dell'impianto di raffrescamento ηg,C.
Tale grandezza rappresenta il rapporto tra il fabbisogno di energia termica utile
dell'involucro edilizio e il fabbisogno di energia primaria.
Il rendimento globale medio stagionale dell'impianto di riscaldamento risulta:
Q
ηg,H = H,nd
Qp,H
Il rendimento globale medio stagionale dell'impianto di raffrescamento risulta:
Q
ηg,C = C,nd
Qp,C
Il rendimento globale medio stagionale ηg tiene conto del fatto che non tutta
l'energia primaria consumata è utile per il riscaldamento o per il raffrescamento
della zona termica a causa delle perdite energetiche associate alla generazione, alla
distribuzione, alla regolazione e all'emissione del calore (o del freddo).
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Le modalità di calcolo del rendimento globale medio stagionale dell'impianto di
riscaldamento sono riportate nella specifica tecnica UNI/TS 11300-2:2008
"Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2: Determinazione del fabbisogno di
energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la
produzione di acqua calda sanitaria".
Le modalità di calcolo del rendimento globale medio stagionale dell'impianto di
raffrescamento sono riportate nella specifica tecnica UNI/TS 11300-3 "Prestazioni
energetiche degli edifici - Parte 3: Determinazione del fabbisogno di energia
primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva".
ηrg
TA
QH,nd ηe
ηg,H = ηe ηrg ηd ηgn
ηd
ηgn
Qp,H
ηe = rendimento
ηrg = rendimento
ηd = rendimento
ηgn = rendimento
di
di
di
di
emissione
regolazione
distribuzione
generazione
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Il rendimento globale medio stagionale dell'impianto di riscaldamento ηg,H
può essere determinato in prima approssimazione (cfr. Decreto 26 giugno 2009
"Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici") mediante la
seguente relazione:
ηg,H = ηe ηrg ηd ηgn
ηe = rendimento di emissione
tiene conto del fatto che i terminali di erogazione dell'impianto non
garantiscono la perfetta uniformità della temperatura all'interno della zona
riscaldata;
ηrg = rendimento di regolazione
tiene conto del fatto che il sistema di regolazione dell'impianto non garantisce
la perfetta stazionarietà della temperatura all'interno della zona riscaldata;
ηd = rendimento di distribuzione
tiene conto del fatto che il sistema di distribuzione del fluido termovettore
presenta perdite di energia termica non direttamente cedute alla zona
riscaldata;
ηgn = rendimento di generazione
tiene conto delle perdite di energia della caldaia, ovvero del fatto che non
tutta l'energia primaria consumata viene ceduta al fluido termovettore.
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Una volta noti i fabbisogni di energia termica utile dell'involucro edilizio QH,nd e QC,nd
e i rendimenti globali medi stagionali di impianto ηg,H e ηg,C, i fabbisogni di energia
primaria risultano:
Qp,H =
QH,nd
ηg,H
Qp , C =
QC,nd
ηg,C
N.B. Dal fabbisogno di energia primaria si può ricavare il consumo di combustibile.
Il fabbisogno di energia primaria Qp è infatti l'energia fornita dal combustibile,
riferita al potere calorifico inferiore.
Il potere calorifico superiore (Hs) di un combustibile è la quantità di calore
che si rende disponibile per effetto della combustione completa della massa
unitaria del combustibile, a pressione costante, quando i prodotti della
combustione siano riportati alla temperatura iniziale del combustibile e del
comburente.
Tipicamente, nelle combustioni normali i prodotti della combustione sono
rilasciati a temperatura più alta di quella di riferimento del combustibile. Così,
una parte del calore teoricamente disponibile si disperde per il riscaldamento
dei fumi e, soprattutto, per la vaporizzazione dell'acqua prodotta dalla
combustione.
Convenzionalmente si definisce potere calorifico inferiore (Hi) il potere
calorifico superiore diminuito del calore di condensazione del vapore d'acqua
durante la combustione.
Questo è il valore a cui si fa usualmente riferimento quando si parla di potere
calorifico di un combustibile e di rendimento di una macchina termica.
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La norma UNI/TS 11300-2:2008 "Prestazioni energetiche degli edifici Parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti
per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria"
stabilisce i poteri calorifici di riferimento di alcuni combustibili:
Hi
[kWh/Nm³]
Gas G20
9.94
Propano
28.988
Butano
36.779
Hi
[kWh/kg]
Gasolio
11.87
p = 760 mmHg, T = 0 °C
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ACQUA CALDA SANITARIA
L'indice di prestazione energetica per la produzione dell'acqua calda
sanitaria EPacs è definito come segue.
Edifici residenziali della classe E1 (esclusi collegi, conventi, case di pena e
caserme):
EPacs =
Qp, W
Au
[KWh/m2anno]
Per tutti gli altri edifici (residenze collettive, terziario, industria):
EPacs =
Qp, W
V
[KWh/m3anno]
Qp,W = fabbisogno di energia primaria per la produzione di acqua calda sanitaria
[KWh/anno]
Au
= superficie utile della zona climatizzata dell'edificio [m2]
V
= volume lordo della zona climatizzata dell'edificio [m3]
Le modalità di calcolo del fabbisogno di energia primaria per la produzione di acqua
calda sanitaria sono riportate nella specifica tecnica UNI/TS 11300-2:2008
"Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2: Determinazione del fabbisogno di
energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la
produzione di acqua calda sanitaria".
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DETERMINAZIONE DEI FABBISOGNI DI ENERGIA TERMICA UTILE
PER IL RISCALDAMENTO E PER IL RAFFRESCAMENTO
I fabbisogni di energia termica utile dell'involucro edilizio per il riscaldamento
QH,nd e per il raffrescamento QC,nd vengono determinati seguendo la specifica
tecnica UNI/TS 11300-1:2008 "Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 1:
Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione
estiva e invernale".
In data 22 luglio 2010 è stato pubblicato l'ERRATA CORRIGE N° 1 della norma.
La specifica tecnica UNI/TS 11300-1:2008 definisce le modalità per l'applicazione
nazionale della norma europea UNI EN ISO 13790:2008 "Prestazione termica
degli edifici - Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il
raffrescamento", con riferimento al metodo mensile per il calcolo del fabbisogni di
energia termica utile per il riscaldamento e il raffrescamento.
Tale metodo di calcolo può essere utilizzato per differenti scopi:
• calcolo di progetto, ad esempio per confrontare le prestazioni energetiche di
differenti alternative progettuali per un edificio in fase di progetto;
• calcolo in condizioni standard, ad esempio confrontare le prestazioni energetiche
di edifici esistenti;
• calcolo in particolari condizioni climatiche o d'esercizio, ad esempio per poter
valutare i consumi effettivi di energia primaria di un edificio.
La trattazione seguente riguarda l'applicazione della norma UNI/TS 113001:2008 esclusivamente nei casi di calcolo di progetto e di calcolo in condizioni
standard.
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Il fabbisogno di energia termica utile per il riscaldamento QH,nd si calcola
mediante la seguente relazione:
QH,nd = QH,ht − ηH,gnQgn
QH,ht = calore scambiato attraverso l'involucro edilizio
Qgn = calore derivante dagli apporti termici attraverso l'involucro edilizio
ηH,gn = fattore di utilizzazione degli apporti termici
QH,ht
TA
QH,nd
Qgn
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Il calore scambiato QH,ht risulta:
QH,ht = QH,ve + QH,tr
QH,ve = calore scambiato per ventilazione
QH,tr = calore scambiato per trasmissione
QH,ve
QH,tr
Il calore derivante dagli apporti termici Qgn
risulta:
Qgn = Qint + Qsol
Qint = calore derivante dagli apporti interni
Qsol = calore derivante dagli apporti solari
Qsol
Qint
Il fattore di utilizzazione degli apporti termici
ηH,gn è un numero adimensionale compreso tra 0 e 1,
funzione dell'inerzia termica dell'edificio e del
rapporto Qgn/QH,ht.
Tale parametro tiene conto del fatto che non tutto il calore derivante dagli apporti
termici è utilizzato per il riscaldamento della zona termica.
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Il fabbisogno di energia termica utile per il raffrescamento QC,nd si calcola
mediante la seguente relazione:
QC,nd = Qgn − ηC,lsQC,ht
QC,ht = calore scambiato attraverso l'involucro edilizio
Qgn = calore derivante dagli apporti termici attraverso l'involucro edilizio
ηC,ls = fattore di utilizzazione delle dispersioni termiche
QC,ht
QC,nd
Qgn
TA
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Il calore scambiato QC,ht risulta:
QC,ht = QC, ve + QC, tr
QC,ve = calore scambiato per ventilazione
QC,tr = calore scambiato per trasmissione
Il calore derivante dagli apporti termici Qgn risulta:
Qgn = Qint + Qsol
Qint = calore derivante dagli apporti interni
Qsol = calore derivante dagli apporti solari
Il fattore di utilizzazione delle dispersioni termiche ηC,ls è un numero
adimensionale compreso tra 0 e 1, funzione dell'inerzia termica dell'edificio e del
rapporto Qgn/QC,ht.
Tale parametro tiene conto del fatto che non tutto il calore disperso attraverso
l'involucro edilizio è utilizzato per il raffrescamento della zona termica.
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Osservazione
Il calore scambiato attraverso l'involucro edilizio per ventilazione e trasmissione
QH,ht è uscente dalla zona termica, in quanto durante la stagione di riscaldamento
la temperatura interna di regolazione (per quasi tutte le categorie di edifici pari a
20 °C) è maggiore della temperatura media mensile dell'aria esterna.
Il calore scambiato attraverso l'involucro edilizio per ventilazione e trasmissione
QC,ht può essere uscente o entrante nella zona termica, in quanto durante la
stagione di raffrescamento la temperatura interna di regolazione (per quasi tutte le
categorie di edifici pari a 26 °C) può essere maggiore o minore della temperatura
media mensile dell'aria esterna.
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1 - Calore scambiato per ventilazione
I calori scambiati per ventilazione QH,ve e QC,ve possono essere espressi
mediante le seguenti relazioni:
riscaldamento
QH,ve = Hve (Tint,set,H − Te ) t
(*)
raffrescamento
QC,ve = Hve (Tint,set,C − Te ) t
(*)
Hve = coefficiente di scambio termico per ventilazione [W/K]
Tint,set,H = temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona termica
[°C]
Tint,set,C = temperatura interna di regolazione per il raffrescamento della zona termica
[°C]
Te = temperatura media dell'aria esterna del mese o della frazione di mese
considerati [°C]
t = durata del mese o della frazione di mese considerati [s]
N.B. Nelle (*) se si esprime il tempo t in [s] si ottiene il calore Q in [J].
La conversione da [J] a [kWh] risulta: 1 kWh = 3.6⋅106 J.
I secondi in un mese risultano: t = 3600⋅24⋅N, essendo N il numero di giorni
del mese compresi nella stagione di riscaldamento o di raffrescamento.
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Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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I valori medi mensili della temperatura media giornaliera dell'aria esterna
Te si ricavano per le diverse località dalla norma UNI 10349:1994 "Riscaldamento
e Raffrescamento degli edifici – Dati climatici".
Si riporta a titolo di esempio un estratto del prospetto VI di tale norma.
Nel caso di frazioni di mese i valori della temperatura media dell'aria esterna si
ricavano per interpolazione con riferimento al giorno centrale di ciascuna frazione di
mese, attribuendo al quindicesimo giorno di ciascun mese i valori medi mensili
riportati nella UNI 10349:1994.
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Dicembre
20 °C
Genova 9.3 °C
Torino 2.0 °C
QH,ve
Agrigento 12.2 °C
Luglio
26 °C
Genova 24.5 °C
Torino 23.3 °C
QH,ve
Agrigento 26.9 °C
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Esempio
Valutare le temperature medie dell'aria esterna a Genova ai fini del calcolo del
fabbisogno di energia termica utile per il riscaldamento.
Essendo Genova in zona climatica D, la durata della stagione di riscaldamento è dal
1° novembre al 15 aprile.
Per i mesi compresi interamente nella stagione di riscaldamento si assumono
direttamente i valori medi mensili riportati nella norma UNI 10349:1994:
novembre
Te = 12.9 °C
dicembre
Te = 9.3 °C
gennaio
Te = 7.9 °C
febbraio
Te = 8.9 °C
marzo
Te = 11.6 °C
Per il mese di aprile si procede come segue:
• giorno centrale della frazione di mese a cui attribuire la temperatura media da
valutare: 8 aprile;
• temperatura del 15 marzo (da UNI 10349:1994): T = 11.6 °C;
• temperatura del 15 aprile (da UNI 10349:1994): T = 14.7 °C;
• numero giorni dal 15 marzo al 15 aprile: 31;
• numero giorni dal 15 marzo all'8 aprile: 24;
• temperatura media della frazione del mese di aprile:
Te = 11.6 +
14.7 − 11.6
⋅ 24 = 14.0 °C
31
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Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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Per le diverse categorie di edifici, classificate in base al Decreto Legislativo 26
agosto 1993 n. 412, si assumono i valori costanti di temperatura di
regolazione interna Tint,set,H e Tint,set,C riportati in tabella.
Categoria
E.1
E.2
E.3
E.4
E.5
E.6
E.7
E.8
Tipologia edifici
Edifici adibiti a residenza e assimilabili
E.1(1) abitazioni adibite a residenza con carattere continuativo, quali abitazioni civili e
rurali, collegi, conventi, case di pena, caserme
E.1(2) abitazioni adibite a residenza con occupazione saltuaria, quali case per vacanze,
fine settimana e simili
E.1(3) edifici adibiti ad albergo, pensione ed attività similari
Edifici adibiti a uffici e assimilabili
pubblici o privati, indipendenti o contigui a costruzioni adibite anche ad attività
industriali o artigianali, purché siano da tali costruzioni scorporabili agli effetti
dell'isolamento termico
Edifici adibiti a ospedali, cliniche o case di cura e assimilabili
ivi compresi quelli adibiti a ricovero o cura di minori o anziani nonché le strutture
protette per l'assistenza ed il recupero dei tossico-dipendenti e di altri soggetti
affidati a servizi sociali pubblici
Edifici adibiti ad attività ricreative, associative o di culto e assimilabili
E.4(1) cinema e teatri, sale di riunione per congressi
E.4(2) mostre, musei e biblioteche, luoghi di culto
E.4(3) bar, ristoranti, sale da ballo
Edifici adibiti ad attività commerciali e assimilabili
negozi, magazzini di vendita all'ingrosso o al minuto,
supermercati, esposizioni
Edifici adibiti ad attività sportive
E.6(1) piscine, saune e assimilabili
E.6(2) palestre e assimilabili
E.6(3) servizi di supporto alle attività sportive
Edifici adibiti ad attività scolastiche a tutti i livelli e assimilabili
Edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali e assimilabili
Tint,set,H
[°C]
20
Tint,set,C
[°C]
26
20
26
20
26
20
26
20
26
28
18
20
20
18
28
24
26
26
26
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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1.1 - Coefficiente di scambio termico per ventilazione
Il coefficiente di scambio termico per ventilazione Hve si ricava come:
Hve = ρacaqve
ρa = 1.2 kg/m3, densità dell'aria
ca = 1000 J/kgK, calore specifico a pressione costante dell'aria
qve = portata volumetrica d'aria di rinnovo [m3/s]
In genere la portata d'aria di rinnovo qve viene posta pari ad una frazione del
volume utile dello spazio climatizzato:
qve =
nVu
3600
n = numero dei ricambi orari d'aria [h-1]
Vu = volume netto della zona termica [m3]
Risulta quindi:
Hve =
ρacanVu 1.2 ⋅ 1000
nVu = 0.33 nVu
=
3600
3600
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
La portata d'aria di rinnovo qve viene determinata come segue.
• Nel caso di aerazione o di ventilazione naturale:
- per gli edifici residenziali (categoria E.1) e per gli edifici adibiti ad attività
industriali ed artigianali (categoria E.8) si assume un tasso di ricambio d'aria
n = 0.3 h-1
- per tutti gli altri edifici si assumono le portate d'aria di progetto riportate nella
norma UNI 10339:1995 "Impianti aeraulici a fini di benessere. Generalità,
classificazione e requisiti. Regole per la richiesta d'offerta, l'offerta, l'ordine e
la fornitura", calcolate assumendo un valore dell'indice di affollamento pari al
60% di quello riportato nella suddetta norma.
In assenza di informazioni, al fine di determinare la portata di ventilazione, il
volume netto Vu della zona termica climatizzata può essere ottenuto
moltiplicando il volume lordo per un fattore funzione della tipologia edilizia, il cui
valore è riportato in tabella.
Categoria di edificio
Tipo di costruzione
E.1, E.2, E.3, E.7
Pareti di spessore maggiore di 45 cm Pareti di spessore fino di 45 cm
0.6
0.7
E.4, E.5, E.6, E.8
Con partizioni interne
Senza partizioni interne
0.8
0.9
_____________________________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________________________
• Nel caso di ventilazione meccanica a semplice flusso (solo aspirazione) la portata
d'aria di rinnovo è fissata pari a:
qve = k qve,des
qve,des = portata d'aria di progetto [m3/s]
k = coefficiente di contemporaneità di utilizzo delle bocchette aspiranti
In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise
si può assumere:
k = 1 per sistemi a portata fissa
k = 0.6 per sistemi a portata variabile
• Nel caso di ventilazione meccanica a doppio flusso (mandata e aspirazione) la
portata d'aria di rinnovo è fissata pari a:
qve = k qve,des (1 −ηve )
qve,des = portata d'aria di progetto [m3/s]
ηve = efficienza termica dell'eventuale recuperatore di calore
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Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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Le portate volumetriche di aria esterna e di estrazione da adottare per le diverse
tipologie edilizie in fase di progetto si ricavano dal Prospetto III della norma UNI
10339:1995, di cui si riporta un estratto a titolo di esempio.
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
Nel caso in cui sia dato Qop, si ha:
qve,des =
Qop a
1000
Qop = portata di aria esterna o di estrazione per persona [lt/s persona]
a
= affollamento [persone]
Nel caso in cui sia dato Qos, si ha:
qve,des =
Qos Au
1000
Qos = portata di aria esterna o di estrazione per unità di superficie [lt/sm2]
Au = superficie netta calpestabile [m2]
Le portate Qop e Qos di cui al Prospetto III devono essere corrette in funzione
dell'altitudine, moltiplicando il relativo valore per il coefficiente correttivo ricavato
dalla seguente tabella.
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
L'affollamento a, ovvero il numero di persone considerate contemporaneamente
presenti nel locale ai fini progettuali, risulta:
a = as Au
as = indice di affollamento [persone/m2]
Au = superficie netta calpestabile [m2]
I valori dell'indice di affollamento as sono riportati per le diverse tipologie edilizie
nel prospetto VIII della norma UNI 10339:1995, di cui si riporta un estratto a
titolo di esempio.
N.B. Nel caso di aerazione e di ventilazione naturale la portata d'aria di rinnovo qve
si assume pari alla portata d'aria di progetto qve,des, calcolata assumendo
valori dell'indice di affollamento as pari al 60% di quelli sopra riportati.
_____________________________________________________________________________________________________
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2 - Calore scambiato per trasmissione
Il calore scambiato per trasmissione Qtr risulta:
Q tr = QD + Q g + QU + Q A + Qr
QD = calore scambiato direttamente con l'esterno
Qg = calore scambiato con il terreno
QU = calore scambiato con ambienti non climatizzati
QA = calore scambiato con altre zone termiche climatizzate a temperatura diversa
Qr = calore scambiato con la volta celeste
_____________________________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________________________
volta celeste
Dicembre
Genova -1.7 °C
Torino -9.0 °C
Agrigento 1.2 °C
?? °C
QU
Qr
Genova 9.3 °C
Torino 2.0 °C
QD
20 °C
Qg
Agrigento 12.2 °C
QA
18 °C
QA
24 °C
?? °C
volta
Luglio
Genova 13.5 °C
Torino 12.3 °C
Agrigento 15.9 °C
?? °C
QU
Qr
Genova 24.5 °C
Torino 23.3 °C
Agrigento 26.9 °C
QD
26 °C
Qg
?? °C
_____________________________________________________________________________________________________
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I calori scambiati per trasmissione QH,tr e QC,tr possono essere espressi
mediante le seguenti relazioni:
riscaldamento
QH,tr = Htr (Tint,set,H − Te ) t + Qr
raffrescamento
QC, tr = Htr (Tint,set,C − Te ) t + Qr
Htr = coefficiente di scambio termico per trasmissione [W/K]
Tint,set,H = temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona termica
[°C]
Tint,set,C = temperatura interna di regolazione per il raffrescamento della zona termica
[°C]
Te = temperatura media dell'aria esterna del mese o della frazione di mese
considerati [°C]
t = durata del mese o della frazione di mese considerati [s]
Il coefficiente di scambio termico per trasmissione Htr risulta:
Htr = HD + Hg + HU + HA
HD = coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso l'ambiente
esterno
Hg = coefficiente di
HU = coefficiente di
climatizzati
HA = coefficiente di
climatizzate a
scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno
scambio termico per trasmissione verso gli ambienti non
scambio termico per trasmissione verso altre zone termiche
temperatura diversa
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
2.1 - Coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso
l'ambiente esterno
Per il calcolo del coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso
l'ambiente esterno HD, la norma UNI EN ISO 13789:2008 "Prestazione termica
degli edifici - Coefficienti di trasferimento del calore per trasmissione e ventilazione
- Metodo di calcolo" fornisce la seguente relazione:
HD =
∑
i
AiUi +
∑
L k Ψk +
k
∑
Χj
j
Ui = trasmittanza termica dell'i-esimo componente (opaco o trasparente)
dell'involucro edilizio confinante con l'esterno [W/m2K]
Ai = area caratterizzata dalla trasmittanza Ui [m2]
Ψk = trasmittanza termica lineica (o lineare) del k-esimo ponte termico lineare
confinante con l'esterno [W/mK]
Lk = lunghezza lungo cui si applica la trasmittanza Ψk [m]
Χj = trasmittanza termica puntuale del j-esimo ponte termico puntuale confinante
con l'esterno [W/K] (termine trascurabile)
_____________________________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________________________
Osservazione
Il flusso termico scambiato tra un ambiente a temperatura Ti e l'esterno a
temperatura Te si calcola adottando l'ipotesi di monodimensionalità, a partire dalla
trasmittanza degli elementi dell'involucro edilizio:
⎛
ϕmon = ⎜
⎝
∑
i
⎞
AiUi ⎟ (Ti − Te )
⎠
Al flusso termico monodimensionale si aggiunge il contributo del flusso termico
scambiato attraverso i ponti termici (lineari e puntuali) per tener conto del fatto
che, a causa di discontinuità di tipo strutturale o geometrico, in alcune zone
dell'involucro edilizio l'ipotesi di monodimensionalità non è verificata:
⎛
ϕpt = ⎜⎜
⎝
∑
L k Ψk +
k
∑
⎞
Χ j ⎟⎟ (Ti − Te )
j
⎠
Tale contributo può risultare significativo in quanto in corrispondenza dei ponti
termici spesso si hanno discontinuità nell'isolamento termico.
ϕpt
ϕmon
_____________________________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________________________
Il flusso termico ϕD scambiato per trasmissione direttamente verso l'ambiente
esterno risulta:
⎛
ϕD = ϕmon + ϕpt = ⎜⎜
⎝
∑
i
AiUi +
∑
L k Ψk +
k
∑
⎞
Χ j ⎟⎟(Ti − Te )
j
⎠
Il calore QD scambiato per trasmissione direttamente verso l'ambiente esterno
risulta quindi:
⎛
QD = ⎜⎜
⎝
∑
i
A iUi +
∑
L k Ψk +
k
∑
⎞
Χ j ⎟⎟(Ti − Te )t
j
⎠
Ne segue che:
HD =
∑
i
AiUi +
∑
L k Ψk +
k
∑
Χj
j
_____________________________________________________________________________________________________
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Per il calcolo della trasmittanza termica dei componenti opachi dell'involucro
edilizio si fa riferimento alle seguenti norme.
• Per le proprietà termofisiche dei materiali:
UNI 10351:1994 "Materiali da costruzione. Conduttività termica e permeabilità
al vapore"
UNI EN 1745:2005 "Muratura e prodotti per muratura - Metodi per determinare
i valori termici di progetto"
• Per le resistenze termiche di murature e solai:
UNI 10355:1994 "Murature e solai. Valori della resistenza termica e metodo di
calcolo"
UNI EN 1745:2005 "Muratura e prodotti per muratura - Metodi per determinare
i valori termici di progetto"
• Per le resistenze liminari e per le resistenze delle intercapedini d'aria:
UNI EN ISO 6946:2008 "Componenti ed elementi per edilizia - Resistenza
termica e trasmittanza termica - Metodo di calcolo"
In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, nel
caso di edifici esistenti possono essere utilizzati i dati riportati nelle Appendici A e
B della UNI/TS 11300-1:2008.
_____________________________________________________________________________________________________
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Per il calcolo della trasmittanza termica dei componenti trasparenti dell'involucro
edilizio si fa riferimento alle seguenti norme.
• Per porte e finestre:
UNI EN ISO 10077-1:2007 "Prestazione termica di finestre, porte e chiusure
oscuranti – Calcolo della trasmittanza termica – Parte 1: Generalità"
In alternativa si assume il valore dichiarato dal fabbricante.
• Per le facciate continue trasparenti:
UNI EN 13947:2007 "Prestazione termica delle facciate continue - Calcolo della
trasmittanza termica"
In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise,
possono essere utilizzati i dati riportati nell'Appendice C della UNI/TS 113001:2008.
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Per il calcolo della trasmittanza termica lineica dei ponti termici si fa riferimento
alla seguente norma.
• UNI EN ISO 14683:2008 "Ponti termici in edilizia - Coefficiente di trasmissione
termica lineica - Metodi semplificati e valori di riferimento"
In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, nel
caso di edifici esistenti, per alcune tipologie edilizie lo scambio termico attraverso i
ponti termici può essere valutato forfetariamente applicando le maggiorazioni
percentuali riportate in tabella.
Struttura
Parete con isolamento dall'esterno (a cappotto) senza aggetti/balconi e
ponti termici corretti
Parete con isolamento dall'esterno (a cappotto) con aggetti/balconi
Parete omogenea in mattoni pieni o in pietra (senza isolante)
Parete a cassa vuota con mattoni forati (senza isolante)
Parete a cassa vuota con isolamento nell'intercapedine (ponte termico
corretto)
Parete a cassa vuota con isolamento nell'intercapedine (ponte termico
non corretto)
Pannello prefabbricato in calcestruzzo con pannello isolante all'interno
Maggiorazione
[%]
5
15
5
10
10
20
30
Tali maggiorazioni si applicano alle dispersioni termiche attraverso la parete opaca
e tengono conto anche dei ponti termici relativi ai serramenti.
_____________________________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________________________
2.2 - Coefficiente di scambio termico stazionario per trasmissione verso il
terreno
Per il calcolo del coefficiente di scambio termico stazionario verso il terreno Hg si
fa riferimento alla seguente norma.
• UNI EN ISO 13370:2008 "Prestazione termica degli edifici - Trasferimento di
calore attraverso il terreno - Metodi di calcolo"
In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, nel
caso di edifici esistenti il coefficiente di scambio termico stazionario verso il terreno
può essere calcolato mediante la seguente relazione:
Hg = AUfb tr,g
= area del pavimento [m2]
= trasmittanza termica della parte sospesa del pavimento (tra l'ambiente
interno e lo spazio sottopavimento) [W/m2K]
btr,g = fattore di correzione della temperatura riportato in tabella
A
Uf
Il fattore di correzione della temperatura btr,g può essere ricavato dalla
seguente tabella.
Ambiente confinante
Pavimento controterra
Parete controterra
Pavimento su vespaio areato
btr,g
0.45
0.45
0.80
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Osservazione
Essendo il coefficiente di scambio termico stazionario verso il terreno Hg riferito alla
differenza di temperatura tra l'ambiente interno e l'esterno:
Qg = Hg(Tint,set − Te ) t = AUfb tr,g(Tint,set − Te ) t
il fattore di correzione btr,g tiene conto del fatto che la temperatura del terreno è
differente rispetto alla temperatura esterna.
Il flusso termico ϕg tra un ambiente climatizzato a temperatura Ti e il terreno a
temperatura Tg può essere infatti calcolato mediante la seguente relazione:
ϕg = AUf (Ti − Tg )
Moltiplicando e dividendo per Ti-Te, si ottiene:
ϕU = AUf
ove:
b tr,g =
Ti − Tg
Ti − Te
(Ti − Te ) = AUfb tr,g (Tint,set − Te )
Ti − Tg
Ti − Te
Un elevato valore di btr,g indica che la temperatura del terreno è prossima alla
temperatura esterna.
Un basso valore di btr,g indica che la temperatura del terreno è prossima alla
temperatura interna.
_____________________________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________________________
2.3 - Coefficiente di scambio termico per trasmissione verso gli ambienti
non climatizzati
Per il calcolo del coefficiente di scambio termico per trasmissione verso gli
ambienti non climatizzati HU, la norma UNI EN ISO 13789:2008 "Prestazione
termica degli edifici - Coefficienti di trasferimento del calore per trasmissione e
ventilazione - Metodo di calcolo" fornisce la seguente relazione:
HU = Hiubtr,u
ove il fattore di correzione della temperatura btr,u è dato:
btr,u =
Hue
Hiu + Hue
Hiu = coefficiente di scambio termico tra l'ambiente climatizzato e l'ambiente non
climatizzato [W/K]
Hue = coefficiente di scambio termico tra l'ambiente non climatizzato e l'ambiente
esterno [W/K]
_____________________________________________________________________________________________________
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I coefficienti Hiu e Hue comprendono sia lo scambio termico per trasmissione che
quello per ventilazione:
Hiu = HD,iu + Hve,iu
Hue = HD,ue + Hve,ue
HD,iu = coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione tra l'ambiente
climatizzato e l'ambiente non climatizzato [W/K]
Hve,iu = coefficiente di scambio termico per ventilazione tra l'ambiente climatizzato
e l'ambiente non climatizzato [W/K]
HD,ue = coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione tra l'ambiente non
climatizzato e l'ambiente esterno [W/K]
Hve,ue = coefficiente di scambio termico per ventilazione tra l'ambiente non
climatizzato e l'ambiente esterno [W/K]
Per la valutazione dei coefficienti di scambio termico diretto per trasmissione
HD,iu e HD,ue si veda il paragrafo 2.1.
_____________________________________________________________________________________________________
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Per la valutazione dei coefficienti di scambio termico per ventilazione Hve,iu e
Hve,ue si utilizzano le seguenti relazioni:
Hve,iu = ρacaqve,iu
Hve,ue = ρacaqve,ue
ρa
= 1.2 kg/m3, densità dell'aria
ca
= 1000 J/kgK, calore specifico a pressione costante dell'aria
qve,iu = portata volumetrica d'aria di rinnovo tra l'ambiente climatizzato e l'ambiente
non climatizzato [m3/s]
qve,ue = portata volumetrica d'aria di rinnovo tra l'ambiente non climatizzato e
l'esterno [m3/s]
Al fine di non sottostimare il coefficiente HU, la portata volumetrica d'aria di
rinnovo tra l'ambiente climatizzato e l'ambiente non climatizzato qve,iu può essere
assunta nulla:
qve,iu = 0
_____________________________________________________________________________________________________
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La portata volumetrica d'aria di rinnovo tra l'ambiente non climatizzato e l'esterno
qve,ue viene espressa mediante la seguente relazione:
qve,ue = nue Vu / 3600
nue = numero di ricambi orari d'aria tra l'ambiente non climatizzato e l'esterno [h-1]
Vu = volume netto dell'ambiente non climatizzato [m3]
Il numero di ricambi orari d'aria tra l'ambiente non climatizzato e l'esterno nue
può essere ricavato dalla seguente tabella.
Ambiente non climatizzato
nue [h-1]
assenza di porte o finestre, giunture tra i componenti ben sigillate, assenza di
aperture di ventilazione
0.1
giunture tra i componenti ben sigillate, assenza di aperture di ventilazione
0.5
giunture tra i componenti ben sigillate, presenza di piccole di aperture di
ventilazione
1
assenza di tenuta all'aria a causa della presenza di alcune giunture localizzate
aperte o di aperture permanenti di ventilazione
3
assenza di tenuta all'aria a causa della presenza numerose giunture localizzate
aperte o di grandi o numerose aperture permanenti di ventilazione
10
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, nel
caso di edifici esistenti il fattore di correzione della temperatura btr,u può essere
ricavato dalla seguente tabella.
Ambiente confinante
btr,u
Ambiente
- con una parete esterna
- senza serramenti esterni e con almeno due pareti esterne
- con serramenti esterni e con almeno due pareti esterne (per esempio autorimesse)
- con tre pareti esterne (per esempio vani scala esterni)
Piano interrato o seminterrato
- senza finestre o serramenti esterni
- con finestre o serramenti esterni
Sottotetto
- tasso di ventilazione del sottotetto elevato (per esempio tetti ricoperti con tegole o
altri materiali di copertura discontinua) senza rivestimento con feltro o assito
- altro tetto non isolato
- tetto isolato
Aree interne di circolazione
(senza muri esterni e con tasso di ricambio d'aria minore di 0.5 h-1)
Aree interne di circolazione liberamente ventilate
(rapporto tra l'area delle aperture e volume dell'ambiente maggiore di 0.005 m2/m3)
0.4
0.5
0.6
0.8
0.5
0.8
1.0
0.9
0.7
0.0
1.0
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
Osservazione
Essendo il coefficiente di scambio termico per trasmissione verso gli ambienti non
climatizzati HU riferito alla differenza di temperatura tra l'ambiente interno e
l'esterno:
QU = HU(Tint,set − Te ) t = Hiub tr,u (Tint,set − Te ) t
il fattore di correzione btr,u tiene conto del fatto che la temperatura degli ambienti
non climatizzati è differente rispetto alla temperatura esterna.
Il flusso termico ϕU tra un ambiente climatizzato a temperatura Ti e un ambiente
non climatizzato a temperatura Tu può essere infatti calcolato mediante la seguente
Te
relazione:
ϕU = Hiu (Ti − Tu )
(*)
Tu
Ipotizzando che l'ambiente non
climatizzato scambi calore
esclusivamente con l'ambiente
climatizzato e con l'esterno a
temperatura Te, si ha:
ϕU = Hue (Tu − Te )
ϕU = Hue (Tu − Te )
ϕU = Hiu(Ti − Tu )
Ti
(**)
N.B.
Tale ipotesi equivale a trascurare gli scambi termici dell'ambiente non climatizzato
con il terreno, con altri ambienti non climatizzati, con altre zone termiche
climatizzate a temperatura diversa, nonché eventuali apporti interni e solari.
La presenza di eventuali apporti interni e solari nell'ambiente non climatizzato verrà
considerata in seguito come calore guadagnato.
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Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
Confrontando la (*) e la (**), si ottiene la temperatura di equilibrio che si stabilisce
nell'ambiente non climatizzato:
H T + Hue Te
Tu = iu i
(***)
Hiu + Hue
Esprimendo il flusso ϕU in funzione della differenza di temperatura Ti-Te, si ha:
ϕU = HU(Ti − Te )
(****)
Dalla (****), utilizzando la (*) e la (***) si ottiene:
HU =
ϕU
T − Tu
= Hiu
= Hiu i
Ti − Te
Ti − Te
Ti −
Hiu Ti + Hue Te
Hiu + Hue
Hue
= Hiu
Ti − Te
Hiu + Hue
Ne segue che il fattore di correzione btr,u vale:
btr,u =
Hue
T − Tu
= i
Hiu + Hue
Ti − Te
Si osservano i seguenti casi limite:
btr,u = 0, HU = 0
se Hue = 0, Tu = Ti
il coefficiente di scambio termico verso
l'ambiente non climatizzato risulta nullo quando è nullo il coefficiente di scambio
termico tra l'ambiente non climatizzato e l'esterno, ovvero quando l'ambiente non
climatizzato risulta alla stessa temperatura dell'ambiente climatizzato.
btr,u = 1, HU = Hiu se Hue = ∞, Tu = Te
il coefficiente di scambio termico verso
l'ambiente non climatizzato risulta pari al coefficiente di scambio termico tra
l'ambiente climatizzato e l'ambiente non climatizzato quando è infinito il coefficiente
di scambio termico tra l'ambiente non climatizzato e l'esterno, ovvero quando
l'ambiente non climatizzato è alla stessa temperatura dell'esterno.
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
2.4 - Coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone
termiche climatizzate a temperatura diversa
Per il calcolo del coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre
zone termiche climatizzate a temperatura diversa HA, la norma UNI EN ISO
13789:2008 "Prestazione termica degli edifici - Coefficienti di trasferimento del
calore per trasmissione e ventilazione - Metodo di calcolo" fornisce la seguente
relazione:
HA = Hiab tr,a
ove il fattore di correzione della temperatura btr,a è dato:
b tr,a =
Tint,set − Ta
Tint,set − Te
Hia = coefficiente di scambio termico tra l'ambiente climatizzato e la zona termica
climatizzata a temperatura diversa [W/K]
Ta = temperatura della zona termica climatizzata a temperatura diversa [°C]
N.B. Il coefficiente HA può essere positivo o negativo a seconda che sia Ta < Tint,set
o viceversa.
Nel caso in cui la zona termica confini con appartamenti che non sono normalmente
abitati (ad es. case vacanze), la temperatura Ta da assumere all'interno di tali
ambienti può essere determinata in base all'Appendice Nazionale della norma
UNI EN 12831:2008 "Impianti di riscaldamento negli edifici - Metodo di calcolo
del carico termico di progetto".
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
Il coefficiente Hia comprende sia lo scambio termico per trasmissione che quello
per ventilazione:
Hia = HD,ia + Hve,ia
HD,ia = coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione tra l'ambiente
climatizzato e la zona termica climatizzata a temperatura diversa [W/K]
Hve,ia = coefficiente di scambio termico per ventilazione tra l'ambiente climatizzato e
la zona termica climatizzata a temperatura diversa [W/K]
Per la valutazione del coefficiente di scambio termico diretto per
trasmissione HD,ia si veda il paragrafo 2.1.
Per la valutazione del coefficiente di scambio termico per ventilazione Hve,ia si
utilizza la seguente relazione:
Hve,ia = ρacaqve,ia
ρa
= 1.2 kg/m3, densità dell'aria
= 1000 J/kgK, calore specifico a pressione costante dell'aria
ca
qv,ia = portata volumetrica d'aria di rinnovo tra l'ambiente climatizzato e l'ambiente
climatizzato a differente temperatura [m3/s]
La norma UNI EN ISO 13790:2008 afferma che nella maggior parte dei casi la
portata volumetrica d'aria di rinnovo tra l'ambiente climatizzato e l'ambiente
climatizzato a differente temperatura qve,ia può essere considerata nulla:
qve,ia = 0
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_____________________________________________________________________________________________________
Osservazione
Essendo il coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone
termiche climatizzate a temperatura diversa HA riferito alla differenza di
temperatura tra l'ambiente interno e l'esterno:
Q A = HA (Tint,set − Te ) t = Hiab tr,a(Tint,set − Te ) t
il fattore di correzione btr,a tiene conto del fatto che la temperatura della zona
termica climatizzata a temperatura diversa è differente rispetto alla temperatura
esterna.
Il flusso termico ϕA tra un ambiente climatizzato a temperatura Ti e un ambiente
climatizzato a temperatura Ta può essere infatti calcolato mediante la seguente
relazione:
ϕA = Hia(Ti − Ta )
(*)
Esprimendo il flusso ϕA in funzione della
differenza di temperatura Ti-Te, si ha:
ϕA = HA (Ti − Te )
(**)
Dalla (*) e dalla (**) si ottiene:
T − Ta
ϕA
HA =
= Hia i
Ti − Te
Ti − Te
Ne segue che il fattore di correzione btr,a
vale:
b tr,u =
Ti
Ta
ϕ A = Hia (Ti − Ta )
Ti − Ta
Ti − Te
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2.5 - Calore disperso verso la volta celeste
Il calore disperso verso la volta celeste Qr vale:
⎧
⎫
⎪
⎪
Qr = ⎨
Fr,k ϕr,k ⎬ t
⎪⎩ k
⎪⎭
∑
Fr,k = fattore di forma tra il componente edilizio k-esimo e la volta celeste
ϕr,k = extra flusso termico dovuto alla radiazione termica verso la volta celeste dal
componente edilizio k-esimo [W]
t
= durata del mese o della frazione di mese considerati [s]
Per il calcolo dei termini Fr e ϕr si fa riferimento alla norma UNI EN ISO
13790:2008.
Il fattore di forma Fr può essere valutato mediante la seguente relazione:
Fr = Fsh,ob,dif (1 + cos S) / 2
Fsh,ob,dif = fattore di riduzione per ombreggiatura relativo alla sola radiazione
diffusa, pari a 1 in assenza di ombreggiature da elementi esterni
S = angolo di inclinazione del componente sull'orizzonte
In particolare si ha:
Fr = 1
per superfici orizzontali non ombreggiate
Fr = 0.5 per superfici verticali non ombreggiate
_____________________________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________________________
S=0
Fr = 1
S
S = 90°
Fr = 0.5
0 < S < 90°
0.5 < Fr < 1
S
S
Fr < 1
S=0
S = 90°
Fr < 0.5
_____________________________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________________________
L'extra flusso termico ϕr può essere valutato mediante la seguente relazione:
ϕr = R seUc A chr ∆Ter
Rse = resistenza termica superficiale esterna del componente, da UNI EN ISO
6946:2008 [m2K/W]
Uc = trasmittanza termica del componente, da UNI EN ISO 6946:2008 [W/m2K]
Ac = area proiettata del componente [m2]
hr = coefficiente di irraggiamento tra la superficie esterna del componente e la
volta celeste [W/m2K]
∆Ter = Te-Tvc = differenza tra la temperatura dell'aria esterna Te e la temperatura
apparente della volta celeste Tvc, assunta pari a 11 °C
Il coefficiente di irraggiamento hr tiene conto dello scambio termico tra la
superficie esterna del componente e la volta celeste e può essere valutato mediante
la seguente relazione:
hr = 4εσTm3
σ = costante di Stefan-Boltzmann, σ = 5.67⋅10-8 W/m2K4
ε = emissività della superficie esterna del componente
Tm = (Tse+Tvc)/2 = temperatura media della superficie esterna del componente Tse
e della volta celeste Tvc [K]
In prima approssimazione si può porre:
hr = 5ε
Il valore tipico di ε per i materiali da costruzione è 0.9, per i vetri senza deposito
superficiale è 0.837.
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_____________________________________________________________________________________________________
3 - Calore derivante dagli apporti termici interni
Il calore derivante dagli apporti interni Qint può essere determinato mediante la
seguente relazione:
⎧
⎫
⎧
⎫
⎪
⎪
⎪
⎪
Qint = ⎨
ϕint,k ⎬ t + (1 − btr,u ) ⎨
ϕint,u, j ⎬ t
⎪⎩ k
⎪⎭
⎪⎩ j
⎪⎭
∑
∑
ϕint,k = flusso termico derivante dall'apporto interno k-esimo nell'ambiente
climatizzato[W]
ϕint,u,j = flusso termico derivante dall'apporto interno j-esimo nell'ambiente
adiacente non climatizzato [W]
btr,u = fattore di correzione della temperatura relativo all'ambiente adiacente non
climatizzato
t = durata del mese o della frazione di mese considerati [s]
In assenza di informazioni che ne dimostrino la rilevanza, è lecito trascurare
l'effetto degli apporti termici prodotti all'interno degli ambienti adiacenti non
riscaldati: ϕint,u = 0.
Inoltre nel caso di valutazione di progetto o di valutazione standard il calore
derivante dagli apporti termici interni può essere valutato semplicemente in
funzione della destinazione d'uso del locale, senza tenere conto degli apporti
prodotti dalle singole sorgenti presenti all'interno dell'ambiente.
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_____________________________________________________________________________________________________
Il flusso termico ϕint risulta:
ϕint = ϕ'int Au
ϕ'int = flusso termico per unità di superficie derivante dagli apporti interni [W/m2]
Au = area netta della superficie del pavimento della zona termica riscaldata [m2]
Vengono forniti i valori medi (riportati in tabella) del flusso termico per unità di
superficie ϕ'int derivante dagli apporti interni per le diverse categorie di edifici in
funzione della destinazione d'uso.
In assenza di informazioni, al fine di determinare gli apporti termici interni, l'area
netta della zona termica riscaldata Au può essere ottenuta moltiplicando l'area
lorda per un fattore fn ricavabile dalla seguente espressione:
fn = 0.9761 − 0.3055 dm
dm = spessore medio delle pareti esterne
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Categoria
E.1
E.2
E.3
E.4
E.5
E.6
E.7
E.8
(*)
Tipologia edifici
Edifici adibiti a residenza e assimilabili
E.1(1) abitazioni adibite a residenza con carattere continuativo, quali abitazioni civili e
rurali, collegi, conventi, case di pena, caserme
E.1(2) abitazioni adibite a residenza con occupazione saltuaria, quali case per vacanze,
fine settimana e simili
E.1(3) edifici adibiti ad albergo, pensione ed attività similari
Edifici adibiti a uffici e assimilabili
pubblici o privati, indipendenti o contigui a costruzioni adibite anche ad attività
industriali o artigianali, purché siano da tali costruzioni scorporabili agli effetti
dell'isolamento termico
Edifici adibiti a ospedali, cliniche o case di cura e assimilabili
ivi compresi quelli adibiti a ricovero o cura di minori o anziani nonché le strutture
protette per l'assistenza ed il recupero dei tossico-dipendenti e di altri soggetti
affidati a servizi sociali pubblici
Edifici adibiti ad attività ricreative, associative o di culto e assimilabili
E.4(1) cinema e teatri, sale di riunione per congressi
E.4(2) mostre, musei e biblioteche, luoghi di culto
E.4(3) bar, ristoranti, sale da ballo
Edifici adibiti ad attività commerciali e assimilabili
negozi, magazzini di vendita all'ingrosso o al minuto,
supermercati, esposizioni
Edifici adibiti ad attività sportive
E.6(1) piscine, saune e assimilabili
E.6(2) palestre e assimilabili
E.6(3) servizi di supporto alle attività sportive
Edifici adibiti ad attività scolastiche a tutti i livelli e assimilabili
Edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali e assimilabili
ϕ'int
[W/m2]
(*)
(*)
6
6
8
8
8
10
8
10
5
4
4
6
Per gli edifici di categoria E.1 (1) e E.1 (2) (abitazioni) aventi Au ≤ 170 m2, il
flusso termico complessivo derivante dagli apporti interni è ricavato come:
ϕint = 5.294 Au − 0.01557 Au2
Nel caso in cui Au > 170 m2, si pone ϕint = 450 W.
_____________________________________________________________________________________________________
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4 - Calore derivante dagli apporti termici solari
Il calore derivante dagli apporti solari Qs può essere determinato mediante la
seguente relazione:
⎧
⎫
⎫
⎧
⎪
⎪
⎪
⎪
Qsol = ⎨
ϕsol,u, j ⎬ t
ϕsol,k ⎬ t + (1 − btr,u ) ⎨
⎪⎭
⎪⎩ j
⎪⎭
⎪⎩ k
∑
∑
ϕsol,k = flusso termico di origine solare attraverso il componente edilizio k-esimo
nell'ambiente climatizzato [W]
ϕsol,u,j = flusso termico di origine solare attraverso il componente edilizio j-esimo
nell'ambiente adiacente non climatizzato [W]
btr,u = fattore di correzione della temperatura relativo all'ambiente adiacente non
climatizzato
t = durata del mese o della frazione di mese considerati [s]
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Il flusso termico di origine solare ϕsol attraverso un componente edilizio si
calcola come:
ϕsol = Fsh,ob A solIsol
Fsh,ob =
fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad ostacoli esterni per
l'area di captazione solare effettiva del componente edilizio
Asol = area di captazione solare effettiva del componente edilizio con dato
orientamento e angolo di inclinazione sul piano orizzontale [m2]
Isol = irradiazione solare media del mese o della frazione di mese considerati sul
componente edilizio con dato orientamento e angolo di inclinazione sul piano
orizzontale in assenza di ombreggiatura [W/m2]
Nel calcolo del fabbisogno di energia termica utile per il riscaldamento e il
raffrescamento occorre tenere conto degli apporti termici dovuti alla radiazione
solare incidente sia sui componenti trasparenti sia sui componenti opachi
dell'involucro edilizio.
I valori dell'irradiazione solare media mensile Isol si ricavano per le diverse
località dalla norma UNI 10349:1994 "Riscaldamento e Raffrescamento degli
edifici – Dati climatici".
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Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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Si riporta a titolo di esempio un estratto del prospetto IX di tale norma, ove sono
riportati i valori dell'irradiazione solare giornaliera media mensile su superficie
verticale esposta a Sud per le seguenti località: Agrigento (N° 1), Genova (N° 35),
Milano (N° 49), Napoli (N° 54), Torino (N° 89).
Nel caso di frazioni di mese i valori dell'irradiazione solare media si ricavano per
interpolazione con riferimento al giorno centrale di ciascuna frazione di mese,
attribuendo i valori medi mensili riportati nella UNI 10349:1994 al quindicesimo
giorno di ciascun mese.
N.B. Nella tabella è riportata l'irradiazione solare giornaliera media mensile
espressa in [MJ/m2]. Per ricavare l'irradiazione solare media mensile Isol
espressa in [W/m2] si opera come segue, ad esempio per il mese di gennaio a
Genova:
9.7 ⋅ 106
Isol =
= 112.3 W / m2
86400
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_____________________________________________________________________________________________________
Il fattore di riduzione per ombreggiatura Fsh,ob è definito come:
I
Fsh,ob = sol,sh
Isol
Isol,sh = irradiazione solare media mensile sul componente edilizio con dato
orientamento e angolo di inclinazione sul piano orizzontale in presenza di
permanente ombreggiatura [W/m2]
Isol = irradiazione solare media mensile sul componente edilizio con dato
orientamento e angolo di inclinazione sul piano orizzontale in assenza di
ombreggiatura [W/m2]
Isol,sh = Fsh,ob Isol
Isol
componente
edilizio
componente
edilizio
assenza di
ombreggiatura
Fsh,ob = 1
presenza di
ombreggiatura
Fsh,ob ≠ 1
_____________________________________________________________________________________________________
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Il fattore di riduzione per ombreggiatura Fsh,ob è un parametro adimensionale con
valore compreso tra 0 e 1 che tiene conto dell'effetto di ombreggiatura permanente
sul componente edilizio considerato risultante da differenti ostacoli:
- altri edifici (già presenti o previsti dal piano di costruzione),
- topografia (alture, alberi,...),
- schermi fissi,
- altri elementi dello stesso edificio,
- posizione rispetto alla superficie esterna della parete su cui l'elemento è montato.
Esso può essere determinato come prodotto di tre fattori adimensionali compresi
tra 0 e 1:
Fsh, ob = Fhor Fov Ffin
Fhor = fattore di ombreggiatura parziale dovuto ad ostruzioni esterne
Fov = fattore di ombreggiatura parziale dovuto ad aggetti orizzontali
Ffin = fattore di ombreggiatura parziale dovuto ad aggetti verticali
_____________________________________________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________________________________________
Isol,sh = Fhor Isol
componente
edilizio
ostruzione
esterna
Isol,sh = Fov Isol
componente
edilizio
Fhor < 1
Fov = Ffin = 1
aggetto
orizzontale
Fov < 1
Fhor = Ffin = 1
aggetto
verticale
Ffin < 1
Fhor = Fov = 1
Isol,sh = Ffin Isol
componente
edilizio
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
I valori dei fattori di ombreggiatura parziale Fhor, Fov, Ffin si ricavano per
interpolazione lineare dalle tabelle riportate nell'Appendice D della specifica
tecnica UNI/TS 11300-1:2008 in funzione dei seguenti parametri:
-
latitudine,
esposizione,
mese considerato,
caratteristiche geometriche degli elementi ombreggianti.
Per tener conto delle caratteristiche geometriche degli elementi ombreggianti si
introduce il parametro angolare α, funzione del tipo di schermatura.
Angolo dell'orizzonte ombreggiato da
ostruzione esterna
Aggetto verticale
(sezione orizzontale)
Aggetto orizzontale
(sezione verticale)
α
α
α
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
A titolo di esempio sono riportati i valori dei fattori Fhor, Fov, Ffin relativi al mese di
gennaio (Appendice D della specifica tecnica UNI/TS 11300-1:2008).
α
α
α
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
4.1 – Componenti vetrati
L'area di captazione solare effettiva di un componente vetrato dell'involucro
Asol può essere calcolata con la seguente formula:
A sol = Fsh, glggl (1 − FF )A w
Fsh,gl = fattore di riduzione degli apporti solari relativo all'utilizzo di schermature
mobili
ggl = trasmittanza di energia solare totale della parte trasparente del componente
FF
= fattore telaio
Aw = area del componente finestrato (area del vano finestra) [m2]
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
La trasmittanza di energia solare totale di una superficie trasparente ggl è il
rapporto tra la radiazione solare che attraversa la superficie e la radiazione solare
incidente sulla stessa.
Si tratta di un parametro adimensionale con valore
compreso tra 0 e 1 che può essere ricavato
mediante la seguente relazione:
Isol,sh = Fsh,ob Isol
ggl = ggl,nFw
ggl,n = trasmittanza di energia solare totale per
incidenza normale
Fw = fattore di esposizione (assunto pari a 0.9)
Fsh,ob Isol ggl
La trasmittanza di energia solare totale per
incidenza normale ggl,n è una caratteristica
intrinseca di ogni elemento vetrato e viene fornita
generalmente dal costruttore. Essa può essere
determinata in base alla norma UNI EN 410:2000 "Vetro per edilizia Determinazione delle caratteristiche luminose e solari delle vetrate".
In assenza di dati
documentati si può fare
riferimento al seguente
prospetto.
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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74
_____________________________________________________________________________________________________
Osservazione
Al fine di comprendere il significato fisico della trasmittanza di energia solare totale
ggl, si considera la superficie trasparente rappresentata in figura, su cui incide il
flusso termico di origine solare ϕ.
La radiazione incidente ϕ viene in parte
riflessa verso l'ambiente esterno ϕρ, in parte
assorbita ϕα e in parte trasmessa
direttamente verso l'ambiente interno ϕτ:
ϕ
ϕτ
ϕ = ϕρ + ϕα + ϕ τ
ϕρ
La radiazione assorbita ϕα è scambiata per
convezione e irraggiamento in parte verso
l'interno ϕα,i e in parte verso l'esterno ϕα,e:
ϕτ,tot
ϕα
ϕ α = ϕ α ,i + ϕ α , e
ϕα,i
La radiazione solare che attraversa la
superficie trasparente ϕτ,tot è la somma della
radiazione trasmessa direttamente ϕτ e della
parte di radiazione assorbita scambiata con l'ambiente interno ϕα,i:
ϕα,e
ϕ τ, tot = ϕ τ + ϕα,i
La trasmittanza di energia solare totale della superficie trasparente ggl è il rapporto
tra la radiazione solare che complessivamente attraversa la superficie ϕτ,tot e la
radiazione solare incidente sulla stessa ϕ:
ϕ
ggl = τ, tot
ϕ
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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75
_____________________________________________________________________________________________________
Il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all'utilizzo di schermature
mobili Fsh,gl è il rapporto tra la radiazione solare entrante nell'ambiente in presenza
di tendaggi e la radiazione solare entrante in assenza di tendaggi.
Si tratta di un parametro adimensionale con valore
compreso tra 0 e 1 che può essere ricavato
mediante la seguente relazione:
Fsh,gl =
ggl
(1 − fsh,with )ggl + fsh,withggl+ sh
ggl
= (1 − fsh,with ) + fsh,with
= trasmittanza di energia solare totale
della finestra, quando la
schermatura solare non è utilizzata
ggl+ sh
ggl
Isol,sh = Fsh,ob Isol
Fsh,ob Isol ggl Fsh,gl
ggl+sh = trasmittanza di energia solare totale
della finestra, quando la
schermatura solare è utilizzata
fsh,with = frazione di tempo in cui la
schermatura solare è utilizzata
Per ciascun mese e per ciascuna esposizione il valore del parametro fsh,with può
essere ricavato come rapporto tra la somma dei valori orari di irradiazione maggiori
di 300 W/m2 e la somma di tutti i valori orari di irradiazione del mese considerato.
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
S. Bergero, A. Chiari
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_____________________________________________________________________________________________________
Nel caso di calcolo di progetto o in condizioni standard il valore del parametro
fsh,with si ricava in funzione del mese e dell'orientamento della finestra dalla
seguente tabella.
Per orientamenti non considerati in tabella si procede per interpolazione lineare.
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
S. Bergero, A. Chiari
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_____________________________________________________________________________________________________
Nella seguente tabella sono riportati per diversi tipi di tende i valori del rapporto
ggl+sh/ggl tra la trasmittanza di energia solare totale della finestra in caso di utilizzo
della schermatura mobile e la trasmittanza di energia solare totale della finestra in
caso di non utilizzo della schermatura mobile.
Tale rapporto dipende dai fattori di assorbimento e di trasmissione della tenda.
Ai fini del calcolo del fabbisogno di energia termica per il riscaldamento e il
raffrescamento, si prende in considerazione solo l'effetto delle schermature mobili
permanenti, cioè integrate nell'involucro edilizio e non liberamente montabili e
smontabili dall'utente.
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
Il fattore telaio FF di una finestra è definito come:
FF =
Af
Aw
Aw = Ag + Af
Ag = area della vetrata
Af = area del telaio
Aw = area della finestra
In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise si
può assumere un valore convenzionale del fattore telaio pari a 0.2.
Osservazione
Il flusso termico di origine solare ϕsol
attraverso un componente vetrato risulta
quindi:
Isol,sh Ag = Fsh,ob Isol Ag
ϕsol = Fsh,obIsolgglFsh,glA g
Volendo esprimere tale quantità
nella forma
ϕsol = Fsh,ob Isol Asol =
= Fsh,ob Isol ggl Fsh,gl Ag
ϕsol = Fsh,ob A solIsol
essendo
A g = A w − A f = A w − FF A w = (1 − FF )A w
ne segue che l'area di captazione effettiva
Asol di un componente vetrato sia:
A sol = Fsh, glggl (1 − FF )A w
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
S. Bergero, A. Chiari
79
_____________________________________________________________________________________________________
4.2 – Componenti opachi
L'area di captazione solare effettiva di un componente opaco dell'involucro
Asol può essere calcolata con la seguente formula:
A sol = α sol,cR seUc A c
αsol,c = fattore di assorbimento alla radiazione solare del componente opaco
Rse = resistenza termica superficiale esterna del componente opaco da UNI EN
ISO 6946:2008 [m2K/W]
Uc = trasmittanza termica del componente opaco da UNI EN ISO 6946:2008
[W/m2K]
Ac = area del componente opaco [m2]
In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise il
fattore di assorbimento alla radiazione solare di un componente opaco αsol,c può
essere assunto in base al seguente prospetto.
colore della superficie esterna αsol,c
chiaro
0.3
medio
0.6
scuro
0.9
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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80
_____________________________________________________________________________________________________
5 - Fattore di utilizzazione degli apporti interni
Si riporta quanto previsto dalla specifica tecnica UNI/TS 11300-1:2008 in merito
al calcolo del fattore di utilizzazione degli apporti interni nel caso di riscaldamento e
di raffrescamento.
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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81
_____________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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82
_____________________________________________________________________________________________________
Il calcolo della capacità termica dei componenti della struttura edilizia deve
essere effettuato secondo la norma UNI EN ISO 13786:2008 "Prestazione
termica dei componenti per edilizia – Caratteristiche termiche dinamiche – Metodi di
calcolo".
Limitatamente agli edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o
comunque di informazioni più precise sulla reale costituzione delle strutture edilizie,
la capacità termica interna della zona termica può essere stimata in modo
semplificato in base Prospetto 16 della UNI/TS 11300-1:2008 di cui si riporta
un estratto a titolo di esempio.
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
S. Bergero, A. Chiari
83
_____________________________________________________________________________________________________
6 - Durata della stagione di raffrescamento
La durata della stagione di raffrescamento è definita come il periodo durante il
quale è necessario il funzionamento dell'impianto di climatizzazione per mantenere
all'interno dell'edificio una temperatura interna non superiore a quella di progetto.
QC,ht,day
QC,day
Qgn,day
TA
I giorni della stagione di raffrescamento sono quindi quelli per cui risulta:
Qgn,day > QC,ht,day
Qgn,day = calore giornaliero derivante degli apporti interni e solari [J]
QC,ht,day = calore giornaliero scambiato attraverso l'involucro edilizio per ventilazione
e trasmissione [J]
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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84
_____________________________________________________________________________________________________
Essendo
QC,ht,day = (Hve + Htr )(Tint,set,C − Te,day )t day
ne segue che
Te,day > Tint,set,C −
Qgn,day
(Hve + Htr )t day
Hve = coefficiente di scambio termico per ventilazione [W/K]
Htr = coefficiente di scambio termico per trasmissione [W/K]
Tint,set,C = temperatura interna di regolazione per il raffrescamento [°C]
Te,day = temperatura media giornaliera dell'aria esterna [°C]
tday = durata del giorno [s]
Le temperature medie giornaliere Te,day si ottengono per interpolazione lineare a
partire dalle temperature medie mensili, fornite dalla norma UNI 10349:1994
"Riscaldamento e Raffrescamento degli edifici – Dati climatici".
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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85
_____________________________________________________________________________________________________
QH,nd = QH,ht − ηH,gnQgn
Qgn = Qint + Qsol
QH,ht = QH, ve + QH,tr
QH,ve = Hve (Tint,set,H − Te ) t
QH,tr = QD + Qg + QU + QA + Qr =
= Htr (Tint,set,H − Te ) t + Qr
Hve = 0.33 nVu
⎧
⎪
Qr = ⎨
⎪⎩
∑
Htr = HD + Hg + HU + HA
HD =
∑
i
AiUi +
∑
lk Ψk
k
Hg = AUfb tr ,g
HU = Hiub tr,u
UNI/TS 11300-1
Prospetto 6
btr,u =
Hue
Hiu + Hue
k
⎫
⎪
Fr,k ϕr,k ⎬ t
⎪⎭
HA = Hiab tr,a
b tr,a =
Tint,set − Ta
Tint,set − Te
UNI/TS 11300-1
Prospetto 5
Hiu = HD,iu + Hve,iu
Hue = HD,ue + Hve,ue
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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86
_____________________________________________________________________________________________________
QH,nd = QH,ht − ηH,gnQgn
Qgn = Qint + Qsol
QH,ht = QH,ve + QH,tr
⎧
⎪
Qint = ⎨
⎪⎩
∑
k
⎧
⎫
⎪
⎪
ϕint,k ⎬ t + (1 − btr,u ) ⎨
⎪⎩
⎪⎭
∑
j
⎫
⎪
ϕint,u, j ⎬ t
⎪⎭
⎧
⎪
Qsol = ⎨
⎪⎩
∑
ϕint = ϕ'int Au
UNI/TS 11300-1
Prospetto 8
k
⎧
⎫
⎪
⎪
ϕsol,k ⎬ t + (1 − btr,u ) ⎨
⎪⎩
⎪⎭
∑
j
⎫
⎪
ϕsol,u, j ⎬ t
⎪⎭
ϕsol = Fsh,ob A solIsol
UNI 10349
Fsh, ob = Fhor Fov Ffin
UNI/TS 11300-1
Appendice D
Fsh,gl = (1 − fsh,with ) + fsh,with
UNI/TS 11300-1
Prospetto 15
componenti vetrati
componenti opachi
A sol = Fsh,glggl (1 − FF )A w
A sol = α sol,cR seUc A c
g gl = ggl,nFw
ggl + sh
FF =
ggl
UNI/TS 11300-1
Prospetto 14
UNI/TS 11300-1
Prospetto 13
= 0.9
Af
Aw
UNI/TS 11300-1
Paragrafo 14.2
= 0.2
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
S. Bergero, A. Chiari
87
_____________________________________________________________________________________________________
ESEMPIO
Si considera l'edificio di classe E1 (edificio adibito a residenza e assimilabili)
rappresentato in figura, sito a TORINO (2617 GG, zona climatica E, 183 giorni di
riscaldamento dal 15 ottobre al 15 aprile).
20°
1.5
1.5
1.5
7.5
1.5
1.8
1.8
3.5
1.8
1.8
2.8
12
8
Al fine di redigere l'attestato di certificazione energetica, si valuti il fabbisogno di
energia termica per il riscaldamento QH,nd relativo al mese di dicembre (31 giorni).
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
Si assumono le seguenti ipotesi semplificative:
• trascurabile il contributo dei ponti termici relativo alle superfici orizzontali;
• trascurabili le resistenze termiche addizionali dovute alle chiusure oscuranti;
• trascurabile l'energia termica dispersa per radiazione dal tetto verso la volta
celeste;
• assenza di ombreggiamento dovuta ad ostruzioni esterne;
• trascurabili gli apporti interni nel sottotetto.
Sono noti i seguenti dati climatici.
Temperatura interna di regolazione per il riscaldamento: Tint,set,H = 20 °C
Temperatura esterna media mensile a Torino per il mese di dicembre: Te = 2 °C
Irradiazione solare media mensile a Torino per il mese di dicembre:
Isol
[W/m2]
Orizzontale (O)
54.4
Nord (N)
17.4
Sud (S)
111.1
Est (E)
46.3
Ovest (W)
46.3
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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_____________________________________________________________________________________________________
L'edificio è costituito da un unico appartamento riscaldato e presenta il pavimento
su vespaio areato. Il sottotetto non è riscaldato.
Sono noti i seguenti dati.
- Volume lordo riscaldato
V = 8⋅12⋅3.5 = 336.0 m3
- Superficie netta utile calpestabile
- Fattore di utilizzazione degli apporti termici
Au = 80 m2
ηH,gn = 0.92
Elementi confinanti con l'esterno
• Pareti verticali in muratura di mattoni pieni intonacati
sulle due facce di spessore 40 cm
• Finestre e porta costituite da vetrata doppia normale
e telaio in legno
Elementi confinanti con il terreno
• Solaio isolato su vespaio areato
U = 1.4 W/m2K
U = 2.9 W/m2K
U = 0.3 W/m2K
Elementi confinanti con ambiente non riscaldato
• Solaio del sottotetto isolato
U = 0.3 W/m2K
Elementi tra ambiente non riscaldato ed esterno
U = 2.1 W/m2K
Per tenere conto del contributo dei ponti termici si applica una maggiorazione
percentuale al flusso termico scambiato per trasmissione attraverso il perimetro
opaco verticale della zona termica riscaldata.
Si assume una colorazione del tetto scura e delle pareti verticali media.
• Tetto a falda in laterizio non isolato
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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90
_____________________________________________________________________________________________________
CALORE SCAMBIATO ATTRAVERSO L'INVOLUCRO
QH,nd = QH,ht − ηH,gnQgn
Qgn = Qint + Qsol
QH,ht = QH,ve + QH, tr
QH,ve = Hve(Tint,set,H − Te ) t
QH,tr = QD + Qg + QU + QA + Qr =
= Htr (Tint,set,H − Te ) t + Qr
Hve = 0.33 nVu
⎧
⎪
Qr = ⎨
⎪⎩
∑
Htr = HD + Hg + HU + HA
HD =
∑
AiUi + Hponti termici
k
⎫
⎪
Fr,k ϕr,k ⎬ t
⎪⎭
HU = Hiub tr,u
Hg = AUf b tr, g
i
UNI/TS 11300-1
Prospetto 6
UNI/TS 11300-1
Prospetto 5
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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91
_____________________________________________________________________________________________________
1 - Calore scambiato per ventilazione
QH,ve = Hve (Tint,set,H − Te ) t
Hve = 0.33 nVu
Numero dei ricambi orari d'aria per edifici residenziali n = 0.3 h-1
Fattore correttivo per il calcolo del volume netto
Categoria di edificio
Tipo di costruzione
E.1, E.2, E.3, E.7
Pareti di spessore maggiore di 45 cm Pareti di spessore fino di 45 cm
0.6
0.7
E.4, E.5, E.6, E.8
Con partizioni interne
Senza partizioni interne
0.8
0.9
Volume netto riscaldato
Vu = 336 ⋅ 0.7 = 235.2 m3
Hve = 0.33 ⋅ 0.3 ⋅ 235.2 = 23.28 W/K
QH,ve = 23.28 ⋅ (20 − 2) ⋅
31 ⋅ 24
= 311.77 KWh
1000
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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92
_____________________________________________________________________________________________________
2 - Calore scambiato per trasmissione
QH,tr = Htr (Tint,set,H − Te ) t + Qr
In assenza di scambi termici verso ambienti adiacenti riscaldati a differente
temperatura, il coefficiente di scambio termico per trasmissione risulta:
Htr = HD + Hg + HU
Scambio termico verso l'esterno
HD =
∑
UiAi + Hponti termici
i
Elemento edilizio
U
finestre
porta finestra
pareti verticali esterne
2.9
2.9
1.4
A
UA
[m2]
[W/K]
10.8
21.0
108.2
31.32
60.90
151.48
calcolo superfici
[W/m2K]
1.8 ⋅ 1.5 ⋅ 4
2.8 ⋅ 7.5
8 ⋅ 3.5 ⋅ 2 + 12 ⋅ 3.5 ⋅ 2 − 10.8 − 21
Totale
.
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
S. Bergero, A. Chiari
93
_____________________________________________________________________________________________________
Struttura
Parete con isolamento dall'esterno (a cappotto) senza aggetti/balconi e
ponti termici corretti
Parete con isolamento dall'esterno (a cappotto) con aggetti/balconi
Parete omogenea in mattoni pieni o in pietra (senza isolante)
Parete a cassa vuota con mattoni forati (senza isolante)
Parete a cassa vuota con isolamento nell'intercapedine (ponte termico
corretto)
Parete a cassa vuota con isolamento nell'intercapedine (ponte termico
non corretto)
Pannello prefabbricato in calcestruzzo con pannello isolante all'interno
Maggiorazione
[%]
5
15
5
10
10
20
30
Per tenere conto del contributo dei ponti termici si applica una maggiorazione del
5% al flusso termico scambiato per trasmissione attraverso il perimetro opaco
verticale della zona termica riscaldata:
Hpt = 151.48 ⋅ 0.05 = 7.57 W/K
HD = 243.7 + 7.57 = 251.27 W/K
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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94
_____________________________________________________________________________________________________
Scambio termico verso il terreno
Hg = UAbtr,g = 23.04 W K
Fattore di correzione della temperatura btr,g
Ambiente confinante
btr,g
Pavimento controterra
Parete controterra
Pavimento su vespaio areato
0.45
0.45
0.80
U
Elemento edilizio
[W/m2K]
pavimento su vespaio areato
calcolo superfici
0.3
A
[m2]
96.0
12 ⋅ 8
btr,g UAbtr,g
[W/K]
0.8 23.04
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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95
_____________________________________________________________________________________________________
Scambio termico verso ambienti non riscaldati
HU = AUbtr,u = 25.92 W K
Fattore di correzione della temperatura btr,u
Ambiente confinante
btr,u
Ambiente
- con una parete esterna
- senza serramenti esterni e con almeno due pareti esterne
- con serramenti esterni e con almeno due pareti esterne (per esempio autorimesse)
- con tre pareti esterne (per esempio vani scala esterni)
Piano interrato o seminterrato
- senza finestre o serramenti esterni
- con finestre o serramenti esterni
Sottotetto
- tasso di ventilazione del sottotetto elevato (per esempio tetti ricoperti con tegole o
altri materiali di copertura discontinua) senza rivestimento con feltro o assito
- altro tetto non isolato
- tetto isolato
Aree interne di circolazione
(senza muri esterni e con tasso di ricambio d'aria minore di 0.5 h-1)
Aree interne di circolazione liberamente ventilate
(rapporto tra l'area delle aperture e volume dell'ambiente maggiore di 0.005 m2/m3)
Elemento edilizio
solaio sottotetto
U
[W/m2K]
0.3
calcolo superfici
12 ⋅ 8
A
[m2]
96
btr,u
0.4
0.5
0.6
0.8
0.5
0.8
1.0
0.9
0.7
0.0
1.0
UAbtr,u
[W/K]
0.9
25.92
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
S. Bergero, A. Chiari
96
_____________________________________________________________________________________________________
Scambio termico verso la volta celeste
Qr = (Fr,opacaϕr,opaca + Fr,vetrataϕr,vetrata)t
ϕr = R seUAhr ∆Ter
Pareti verticali opache
Fr = 0.5
Rse = 0.04 m2K/W (da UNI EN ISO 6946:2008)
U = 1.4 W/m2K
A = 108.2 m2
hr = 5ε = 5⋅0.9 = 4.5 W/m2K
∆Ter = 11 K
ϕr = 0.04 ⋅ 1.4 ⋅ 108.2 ⋅ 4.5 ⋅ 11 = 299.93 W
Pareti verticali vetrate
Fr = 0.5
Rse = 0.04 m2K/W (da UNI EN ISO 10077-1:2007)
U = 2.9 W/m2K
A = 10.8 + 21 = 31.8 m2
hr = 5ε = 5⋅0.837 = 4.185 W/m2K
∆Ter = 11 K
ϕr = 0.04 ⋅ 2.9 ⋅ 31.8 ⋅ 4.185 ⋅ 11 = 169.81 W
Qr = (0.5 ⋅ 299.93 + 0.5 ⋅ 169.81)
31 ⋅ 24
= 174.74 kWh
1000
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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97
_____________________________________________________________________________________________________
Htr = 251.27 + 23.04 + 25.92 = 300.23 W/K
QH,tr = 300.23 ⋅ (20 − 2) ⋅
31 ⋅ 24
+ 174.74 = 4195.42 KWh
1000
3 - Calore scambiato attraverso l'involucro
QH,ht = QH,ve + QH,tr = 311.77 + 4195.42 = 4507.19 kWh
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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98
_____________________________________________________________________________________________________
CALORE DERIVANTE DAGLI APPORTI TERMICI
QH,nd = QH,ht − ηH,gnQgn
Qgn = Qint + Qsol
QH,ht = QH, ve + QH, tr
Qint
⎧
⎪
=⎨
⎪⎩
∑
k
⎧
⎫
⎪
⎪
ϕint,k ⎬ t + (1 − btr,u ) ⎨
⎪⎭
⎪⎩
∑
j
⎫
⎪
ϕint,u, j ⎬ t
⎪⎭
Qsol
⎧
⎪
=⎨
⎪⎩
∑
ϕint = ϕ'int Au
UNI/TS 11300-1
Prospetto 8
k
⎧
⎫
⎪
⎪
ϕsol,k ⎬ t + (1 − btr,u ) ⎨
⎪⎭
⎪⎩
∑
j
⎫
⎪
ϕsol,u, j ⎬ t
⎪⎭
ϕsol = Fsh,ob A solIsol
Fsh,ob = Fhor Fov Ffin
Fsh,gl = (1 − fsh,with ) + fsh,with
UNI/TS 11300-1
Prospetto 15
=1
ggl + sh
UNI 10349
componenti vetrati
componenti opachi
A sol = Fsh,glggl (1 − FF )A w
A sol = α sol,cR seUc A c
ggl = ggl,nFw
FF =
ggl
UNI/TS 11300-1
Prospetto 13
UNI/TS 11300-1
Prospetto 14
= 0.9
Af
Aw
UNI/TS 11300-1
Paragrafo 14.2
= 0.2
_____________________________________________________________________________________________________
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99
_____________________________________________________________________________________________________
1 - Calore derivante dagli apporti termici interni
In assenza di apporti interni nel sottotetto, si ha:
Qint = ϕint t
Per gli edifici di categoria E.1 (1) e E.1 (2) (abitazioni) aventi Au ≤ 170 m2 il flusso
termico complessivo derivante dagli apporti interni è dato da:
ϕint = 5.294 A u − 0.01557 A u2
ϕint = 5.294 ⋅ 80 − 0.01557 ⋅ 802 = 323 .87 W
Qint = 323.87 ⋅
31 ⋅ 24
= 240.96 kWh
1000
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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100
_____________________________________________________________________________________________________
2 - Calore derivante dagli apporti termici solari
⎧
⎪
Qsol = ⎨
⎪⎩
∑
k
⎧
⎫
⎪
⎪
ϕsol,k ⎬ t + (1 − btr,u ) ⎨
⎪⎭
⎪⎩
∑
j
⎫
⎪
ϕsol,u, j ⎬ t
⎪⎭
In assenza di ombreggiatura da ostruzioni esterne (Fsh,ob = 1), si ha:
ϕsol = (A solIsol )N + (AsolIsol)S + (AsolIsol)E + (A solIsol )w
ϕsol,u = (A solIsol )O
A sol = A sol,opaco + A sol,vetrato
A sol,vetrato = Fsh,glggl(1 − FF )A w
A sol,opaco = α sol,cR seUc A c
_____________________________________________________________________________________________________
Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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101
_____________________________________________________________________________________________________
La trasmittanza di energia solare totale ggl è data da:
ggl = ggl,nFw = 0.9 ggl,n
Trasmittanza di energia solare totale per incidenza normale ggl,n
ggl = 0.9 ⋅ 0.75 = 0.675
_____________________________________________________________________________________________________
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Il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all'utilizzo di schermature mobili
Fsh,gl risulta:
Fsh,gl = (1 − fsh,with ) + fsh,with
ggl+ sh
ggl
Frazione di tempo in cui la schermatura solare è utilizzata fsh,with
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Fondamenti sugli scambi termici attraverso gli elementi dell’involucro edilizio
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Ipotizzando di utilizzare tende bianche interne di medio spessore, il rapporto
ggl+sh/ggl si ricava dalla seguente tabella.
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Area di captazione effettiva componenti vetrati
Fsh,gl = (1 − fsh,with ) + fsh,with
Nord
Sud
ggl+ sh
1
(1 − 0.86) + 0.86 ⋅ 0.8 = 0.83
A sol,vetrato = Fsh,glggl(1 − FF )A w
Aw
[m2]
ggl
[m2]
5.4 1 ⋅ 0.675 ⋅ (1 − 0.2) ⋅ 5.4 = 2.916
21.0 0.83 ⋅ 0.675 ⋅ (1 − 0.2) ⋅ 21 = 9.412
(1 − 0.5) + 0.5 ⋅ 0.8 = 0.9
Ovest (1 − 0.42) + 0.42 ⋅ 0.8 = 0.92
2.7 0.9 ⋅ 0.675 ⋅ (1 − 0.2) ⋅ 2.7 = 1.312
2.7 0.92 ⋅ 0.675 ⋅ (1 − 0.2) ⋅ 2.7 = 1.341
Est
Area di captazione effettiva componenti opachi
αsol,c
Rse [m2K/W]
Uc
Ac
(da UNI EN ISO
6946:2008)
[W/m2K]
calcolo
superfici
[m2]
A sol,opaco = α sol,cR seUc A c
[m2]
0.6 ⋅ 0.04 ⋅ 1.4 ⋅ 90.6 = 3.044
0.6 ⋅ 0.04 ⋅ 1.4 ⋅ 75 = 2.52
25.3 0.6 ⋅ 0.04 ⋅ 1.4 ⋅ 25.3 = 0.85
25.3 0.6 ⋅ 0.04 ⋅ 1.4 ⋅ 25.3 = 0.85
Nord
0.6
0.04
1.4
12 ⋅ 8 − 5.4
90.6
Sud
0.6
0.04
1.4
12 ⋅ 8 − 21
75.0
Est
0.6
0.04
1.4
8 ⋅ 3.5 − 2.7
Ovest
0.6
0.04
1.4
8 ⋅ 3.5 − 2.7
20°
1.5
1.5
1.5
7.5
1.5
1.8
1.8
3.5
1.8
1.8
2.8
12
8
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Apporto solare locale riscaldato
Asol,vetrato Asol,opaco
Nord
Sud
Est
Ovest
Asol
Isol
ϕsol = Asol Isol
[m2]
[m2]
[m2]
[W/m2]
2.916
9.412
1.312
1.341
3.044
2.520
0.850
0.850
5.960
11.932
2.162
2.191
17.4
111.1
46.3
46.3
103.70
1325.65
100.10
101.44
Totale
1630.89
[W]
Per determinare l'entità dell'apporto solare del locale non riscaldato (sottotetto), si
utilizza per semplicità l'irradiazione solare su superficie orizzontale.
Isol,O = 54.4 W/m2
αsol,c = 0.9
Rse = 0.04 m2K/W (da UNI EN ISO 6946:2008)
Uc = 2.1 W/m2K
A c = 12 ⋅ 8 / cos 20° = 108.2 m2
A sol = A sol,opaco = 0.9 ⋅ 0.04 ⋅ 2.1 ⋅ 108.2 = 8.18 m2
ϕsol,u = 8.18 ⋅ 54.4 = 444.99 W
Calore derivante dagli apporti solari
Qsol = 1630.89 ⋅
31 ⋅ 24
31 ⋅ 24
+ (1 − 0.9) ⋅ 444.99 ⋅
= 1246.49 kWh
1000
1000
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3 - Calore derivante dagli apporti termici
Qgn = Qint + Qsol = 240.96 + 1246.49 = 1487.45 kWh
FABBISOGNO DI ENERGIA TERMICA UTILE PER IL RISCALDAMENTO
Il fabbisogno di energia termica utile per il riscaldamento relativo al mese di
dicembre risulta:
QH,nd = QH,ht − ηH,gnQgn = 4507.19 − 0.92 ⋅ 1487.45 = 3138.74 kWh
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