Make everything as simple as possible,
but not simpler!
  A.Einstein

Il fattore di utilizzazione degli apporti gratuiti caratterizza l’abilità dell’edificio a utilizzare gli apporti solari ed interni in modo che questo porti ad una riduzione della richiesta di calore da parte del sistema di riscaldamento. Il fattore di utilizzazione degli apporti gratuiti è funzione del rapporto apporti/perdite e di un parametro numerico che dipende a sua volta dall’inerzia termica (costante di tempo) dell’edificio.

La costante di tempo in modalità riscaldamento, τH, (ovviamente per la climatizzazione vale una procedura similare) caratterizza l’inerzia termica dello spazio riscaldato durante tutto il periodo di riscaldamento. Viene calcolata con la formula:

clip_image002

dove:

τ è la costante di tempo, in ore
Cm è la capacità termica interna dell’edificio o della zona, in J/K
Htr,adj e Hve,adj rappresentano i coefficienti di perdita per trasmissione e ventilazione, in W/K
3600 viene utilizzato per convertire la capacità termica da MJ in Wh


Calcolo della capacità termica interna

Al paragrafo 15.2 della UNI/TS 11300-1 è stabilito: La capacità termica interna dell’edificio deve essere determinata preliminarmente per calcolare la costante di tempo dell’edificio ed i fattori di utilizzazione.

Per edifici esistenti oppure dove non sia possibile risalire alla reale composizione delle strutture edilizie, per determinare la capacità termica, è previsto l’utilizzo di dati tabellari (UNI/TS 11300-1 Prospetto 16 – Capacità termica per unità di superficie di involucro).

Quando si conosce la composizione delle strutture edili, il calcolo della capacità termica deve essere effettuato secondo quanto indicato nella UNI EN ISO 13786.


Superfici da considerare nel calcolo

Qualunque sia il metodo utilizzato per determinare la capacità termica areica, il primo compito è quello di quantificare le superfici da considerare nel calcolo. La ISO 13786 si occupa della singola struttura: non spiega quali e quante strutture utilizzare. L’unico documento, peraltro solo ufficioso, che si preoccupa di dare una spiegazione è l’allegato tecnico della Regione Lombardia che cita:

I componenti dell'involucro edilizio che concorrono a definire la capacita termica complessiva sono i seguenti:

  • per la zona priva di elementi interni di separazione: gli elementi di involucro che delimitano la zona;
  • per la zona costituita da più unita mantenute alla stessa temperatura ma separate tra di loro da un involucro edilizio (partizioni verticali interne, solai): gli elementi di involucro interni orizzontali e verticali ed elementi che delimitano la zona da quelle adiacenti o dall'esterno.
    In quest'ultimo caso, data la loro scarsa incidenza, le pareti verticali interne di separazione possono non essere considerate nel calcolo.
    I solai devono essere invece considerati sia come elementi di soffitto per il piano inferiore ed elementi di pavimento per il piano superiore.


Capacità termica interna dell’edificio

Il valore della capacità termica di edificio, Cm, deve essere dunque calcolato sommando le capacità termiche di tutti gli elementi in contatto termico diretto con l’aria interna:

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dove:

κj è la capacità termica areica del componente, in J/(m² K)
Aj è l’area dell’elemento, in m²


Capacità termica areica di una struttura

Il calcolo della capacità termica di una struttura composta da più strati è un algoritmo piuttosto complesso che prevede il ricorso a funzioni di trasferimento. Il metodo di calcolo più semplice è quello disponibile nell’appendice A della ISO 13786 secondo cui, la capacità termica areica di una struttura viene calcolata con la formula:

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dove:

ρi è la densità del materiale, in kg/m³
di è lo spessore, in m
ci è la capacità termica specifica del materiale, in J/(kg K)

La somma viene eseguita per tutti gli strati componenti la struttura, partendo dall’interfaccia interna fino a quando si raggiunge il valore minimo fra i seguenti:

a) metà dello spessore totale della struttura
b) lo spessore di materiali fino al raggiungimento del primo strato di isolante, senza considerare l’intonaco
c) lo spessore massimo di 0,1 m

La densità e capacità termica del materiale sono dati disponibili nelle schede tecniche dei produttori oppure, alternativamente, nella ISO 6946.


Fogli di calcolo

Sono disponibili diversi software che dispongono del calcolo della capacità termica areica  (ad esempio MC 11300).
Vale la pena ricordare alcuni fogli di calcolo (MS Excel) sviluppati da enti pubblici, accessibili gratuitamente (e senza registrazioni) in queste pagine:

Comune di Torino (Scheda n. 2 “Inerzia termica dell’involucro edilizio”)
http://www.comune.torino.it/ediliziaprivata/energia/

CENED (Utilità di supporto per certificatori – Calcolo puntuale della capacità termica)
http://www.cened.it/utilita?pid=56140008


Note sull’utilizzo del software MC Impianti 11300

I dati di capacità termica dell’edificio devono essere inseriti nella sezione apposita.

La superficie di ciascun componente (muro, solaio, etc) deve essere inserita dal progettista. Ricordiamo nuovamente che tutte le superfici interne concorrono alla capacità termica interna e quindi questa non può essere correlata ad altri elementi progettuali come, ad esempio, le superfici disperdenti. Si tratta di capacità termica interna e pertanto le dimensioni devono essere conformi.

Il software MC Impianto gestisce il calcolo della capacità termica areica; nella stesura del trasferimento da MC Impianto è stato però deciso di non eseguire il travaso perché l’origine del dato non può essere considerata sicura: troppi dati non obbligatori legati al materiale che possono condurre ad un risultato inaffidabile inoltre, in MC Impianto, non è obbligatorio l’inserimento di tutte le superfici che concorrono al calcolo della capacità termica interna di edificio.


Bibliografia

  • UNI/TS 11300-1:2008 Determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva ed invernale
  • EN ISO 13786:2008 Prestazione termica dei componenti per edilizia – Caratteristiche termiche dinamiche
  • Regione Lombardia: Allegato tecnico al Decreto n. 5796 dell’11 giugno 2009
  • SBEM: Simplified Building Energy Model – Technical Manual 2/10/2009

MC 11300 CE


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