Con l’approvazione della legge Europea “FIT For 55” finalizzata alla riduzione di almeno il 55% di immissioni di gas serra entro il 2030 e il raggiungimento della neutralità climatica entro il 2050, il Parlamento Europeo ha approvato una serie di direttive finalizzate alla riduzione dei consumi energetici che riguardano non solo il settore industriale e dell’automotive ma anche quello degli edifici. Con questo obiettivo, il 14 marzo 2023, il Parlamento Europeo ha approvato la direttiva EPBD IV (Energy Performance of Buildings Directive), che presenta numerose disposizioni, tra cui anche una nuova metodologia per il calcolo della prestazione energetica integrata degli edifici e delle unità immobiliari, come riportato nell’allegato 1 della Direttiva stessa:
Il fabbisogno e il consumo di energia per il riscaldamento, il raffrescamento di ambienti, la produzione di acqua calda sanitaria per uso domestico, la ventilazione, l’illuminazione integrata e altri sistemi tecnici per l’edilizia, sono calcolati facendo uso di intervalli di calcolo del tempo orari o suborari, in modo da tenere conto delle condizioni variabili che incidono sensibilmente sul funzionamento e sulle prestazioni dell’impianto, come pure sulle condizioni interne, e da ottimizzare il livello di costi, il benessere, la qualità dell’ambiente interno e il comfort, come definiti dagli Stati membri a livello nazionale o regionale. Il calcolo include una stima della capacità di risposta termica dell'edificio e della sua capacità di offrire flessibilità alla rete energetica.
Attualmente la serie di normative tecniche previste dalla direttiva EPBD per la valutazione delle prestazioni energetiche dell’edificio è la UNI EN ISO 52000. Di questo pacchetto di normative, la UNI 52016, è quella che prescrive il calcolo che permette la stima dei fabbisogni energetici per riscaldamento e raffrescamento e delle temperature interne degli ambienti che compongono le zone termiche di un edificio attraverso una analisi dinamica oraria.
Con i prossimi articoli verranno analizzate le principali differenze tra il metodo semi-stazionario medio mensile previsto dalle UNI TS 11300 e il metodo dinamico secondo UNI EN ISO 52016, si tratterà dei dati di input per lo svolgimento del calcolo fino ad arrivare a vedere nel dettaglio come il metodo stima i fabbisogni di riscaldamento o raffrescamento dell’edificio.
Per il momento è necessario sapere che il metodo prescrive una suddivisione delle strutture opache in nodi, per ciascuno dei quali è prevista un’equazione di bilancio energetico. La risoluzione del sistema composto dalle equazioni dei nodi e da una equazione di bilancio energetico globale di zona permette di ottenere i valori di temperatura dei nodi e quindi la temperatura dell’aria interna nell’ora considerata.
Ripetendo questa procedura per l’ora successiva, utilizzando i risultati come condizioni iniziali, è possibile analizzare dinamicamente come i vari carichi interagiscono con i componenti dell’edificio generando i fabbisogni di riscaldamento e raffrescamento necessari a mantenere le condizioni interne di progetto.
Per un’analisi di questo tipo, è essenziale disporre per ogni ora dell’anno dei dati climatici della località del sito dell’edificio. Sono necessari dunque valori orari di Temperatura Esterna, Irraggiamento, Vento, e Umidità Relativa ma queste non sono le uniche condizioni da considerare, oltre a queste sollecitazioni esterne si aggiungono quelle interne come i carichi endogeni, la ventilazione, il comportamento dei terminali di impianto di condizionamento, la loro tipologia e la loro regolazione.
Mentre i dati climatici sono ricavabili da archivi di dati presenti in letteratura (in particolare MC11300 utilizza il database di dati climatici provinciali forniti dal CTI), i carichi endogeni e di ventilazione dipendono dalla tipologia e dall’uso dell’edificio e pertanto devono essere definiti dall’utente in fase di analisi. Potendo entrare nel dettaglio orario è possibile definire i profili di temperatura interna desiderata dei carichi interni e dei carichi ventilazione.
Di seguito vengono mostrate le principali differenze tra il metodo semi-stazionario e il metodo dinamico:
Temperatura Interna
Metodo Semi-stazionario secondo UNI TS 11300
Valore di temperatura Interna costante tutto il mese che dipende dalla categoria di destinazione d’uso dell’edificio.
Metodo Dinamico secondo UNI 52016-1
Il metodo permette di definire la temperatura interna oraria desiderata. Possibile, ad esempio, simulare gli effetti di una attenuazione di temperatura o una condizione comfort/economy come se si disponesse di un cronotermostato interno per ogni ambiente dell’edificio.
Carichi Trasmissione Opachi
Metodo Semi-stazionario secondo UNI TS 11300
I valori di trasmissione termica dei componenti opachi dipendono principalmente dagli effetti medio mensile del coefficiente globale di scambio termico moltiplicato per la differenza di temperatura tra l’esterno e l’ambiente interno, a cui si sommano i contributi della radiazione incidente sulla superficie della parete opaca e della radiazione infrarossa verso la volta celeste. Non vengono considerati gli effetti diretti delle inerzie termiche delle strutture.
Metodo Dinamico secondo UNI 52016-1
Il metodo dinamico suddivide le strutture opache in nodi per ciascuno dei quali viene attribuito un valore di capacità termica e di conduttanza. L’elemento viene analizzato dinamicamente con il metodo RC (Resistivo-Capacitivo) che permette di ricavare per ogni nodo un valore di temperatura. La temperatura dei nodi dipende dalla differenza di temperatura interna ed esterna, dalla radiazione incidente sulla superficie esterna e della radiazione infrarossa verso la volta celeste. Grazie al metodo RC è possibile valutare anche gli effetti dell’inerzia termica del materiale generando un carico attenuato e sfasato nel tempo proprio come avviene in un edificio reale.
Carichi Irraggiamento
Metodo Semi-stazionario secondo UNI TS 11300
Il metodo semi-stazionario ipotizza un’irradianza del sole sempre presente tutto l’anno e pari ad un valore medio mensile. Il contributo viene corretto ed attenuato dalle caratteristiche del componente trasparente. Eventuali riduzioni, dovute dalla presenza di aggetti ed ostruzioni, vengono calcolate mediante fattori di ombreggiatura tabellati ottenuti per interpolazione lineare.
Metodo Dinamico secondo UNI 52016-1
Il metodo permette di sottoporre al componente trasparente un valore di irraggiamento per ogni ora dell’anno simulando anche gli effetti di interruzione di irradianza durante le ore notturne e ottenendo una risposta dinamica dell’edificio più dettagliata. Per ogni ora dell’anno è possibile calcolare la posizione del sole e ottenere la proiezione d’ombra di un eventuale aggetto od ostruzione sul componente trasparente. Questo sistema ci fornisce un fattore d’ombreggiamento orario molto preciso.
Carichi Interni
Metodo Semi-stazionario secondo UNI TS 11300
I carichi interni vengono calcolati con formule semplificate in funzione della superficie utile di pavimento dell’edificio e in base a dati medi tabellati sempre dipendenti dalla superficie del pavimento e dal tipo di ambiente. Si tratta di valori costanti per ogni mese dell’anno.
Metodo Dinamico secondo UNI 52016-1
Il metodo permette di definire uno o più carichi interni orari che possono essere attivati/disattivati in qualsiasi momento. Possibile, ad esempio, aggiungere dei carichi legati all’occupazione dei locali o simulare il funzionamento di alcuni elettrodomestici presenti, ecc.
Carichi Ventilazione
Metodo Semi-stazionario secondo UNI TS 11300
I carichi termici di ventilazione dipendono dalla portata aria media mensile calcolata secondo UNI 10339 e dalla differenza di temperatura tra la temperatura di immissione e la temperatura dell’aria interna. Tutti i valori che contribuiscono al calcolo del carico di ventilazione sono medio mensili quindi anche il carico di ventilazione sarà approssimato e costante per tutto il mese dell’anno.
Metodo Dinamico secondo UNI 52016-1
Il metodo permette di definire uno o più profili di ventilazione e permette di attribuire per ogni ora dell’anno il valore della portata d’ aria e dell’efficienza di un eventuale sistema VMC. Essendo noti i valori di temperatura interna ed esterna, i carichi di ventilazione dipendono da fattori che cambiano dinamicamente ora per ora, rendendo l’analisi dei carichi molto dettagliata.
Carichi Riscaldamento/Raffrescamento
Metodo Semi-stazionario secondo UNI TS 11300
Tutti i carichi calcolati dell’edificio vengono tra loro sommati per generare i fabbisogni mensili di riscaldamento e raffrescamento. Le UNI TS 11300 nelle loro parti contengono la procedura per il calcolo dell’energia che l’impianto di condizionamento deve fornire per soddisfare tali carichi. Il sistema tiene in considerazione anche le inefficienze legate alla presenza dei sistemi di emissione, distribuzione, regolazione e generazione e permette di stimare anche le quote di calore provenienti dagli impianti che possono essere recuperate.
Metodo Dinamico secondo UNI 52016-1
Il metodo dinamico calcola i carichi di riscaldamento/raffrescamento necessari a mantenere i valori di temperatura interna oraria di progetto. Per l’analisi devono comunque essere definiti i valori della potenza massima dei terminali di impianto per verificare se la potenza di questi è sufficiente a soddisfare i fabbisogni. Nel caso i terminali siano sottodimensionati, il metodo andrà a ricalcolare la temperatura interna che a seconda della stagione, sarà inferiore o superiore a quella di progetto. Nel metodo dinamico non è necessario definire un periodo di riscaldamento o di raffrescamento perché sarà il calcolo a stabilire le ore in cui è necessario riscaldare o raffrescare gli ambienti. Al momento la UNI 52016-1 prevede solo il calcolo dei fabbisogni dell’edificio e non prende in considerazione l’analisi dell’impianto e non è quindi in grado di stimare eventuali apporti gratuiti provenienti dal recupero di calore dell’impianto.
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