Una volta creato il modello TFM appena descritto, questo necessita di essere testato, per verificare la sua veridicità nella determinazione dei carichi termici associati all’ambiente.
In teoria sarebbe doverosa anche una verifica relativa alla parte che concerne l’impianto di climatizzazione, che consiste nel calcolo dei consumi e dei risparmi energetici conseguibili; tuttavia, mentre per quel che riguarda il sistema edificio si è in possesso di dati certi su cui confrontare i risultati, per la parte impiantistica non si è trovata una fonte certa di tali informazioni, e quindi la verifica purtroppo non è ancora stata effettuata.
La validazione del modello TFM nella determinazione dei carichi termici è stata eseguita confrontando i risultati ottenuti con quelli riportati proprio sull’articolo scientifico [7], utilizzato per implementare il procedimento di calcolo nella cartella Excel.
Gli autori dell’articolo, dopo aver proposto il metodo per la determinazione del carico termico di un locale in regime estivo, hanno provveduto alla sua verifica in un campo molto esteso di condizioni climatiche, di morfologie ambientali e di tipologie costruttive; i confronti, effettuati con i carichi termici ottenuti mediante un modello
dettagliato di simulazione, sono risultati, agli occhi degli autori, molto soddisfacenti in tutti i casi esaminati.
Sull’articolo, tuttavia, vengono riportati soltanto alcuni esempi di tali confronti, estratti da una casistica molto più ampia; pertanto le verifiche che si sono potute effettuare sul modello TFM si riferiscono soltanto a quei casi i cui risultati vengono riportati sul documento.
Le condizioni climatiche e di progetto per le casistiche considerate sono quelle riportate di seguito:
- Temperatura interna di progetto TA=26°C;
- Temperatura esterna massima giornaliera TE,MAX=35°C;
- Escursione termica giornaliera ∆TE=10°C;
- Radiazione solare riferita al mese di luglio, a 45°N di latitudine, in condizioni dei cielo sereno;
- Contributi istantanei al carico termico nulli (ventilazione, carichi interni, persone e carichi latenti in generale);
- Coefficienti di assorbimento delle strutture a=0,9; - Finestre sempre pienamente soleggiate (fS=1).
Ciò che cambia di caso in caso sono le tipologie costruttive di pareti e finestre e la geometria dell’ambiente considerato.
Prima di analizzare i singoli casi, si riporta una tabella riassuntiva di tutte le strutture utilizzate nel confronto:
Pareti verticali opache esterne (E)
Denom. Materiale s [m] λ [W/m K] ρ [kg/m3] c [J/kg K] Intonaco 0.015 0.77 2000 1080 Isolante 0.035 0.03 100 1080 E1 Intonaco 0.015 0.77 2000 1080 Intonaco leggero 0.020 0.10 200 1080 Mattoni 0.250 0.80 1800 1080 E2 Intonaco 0.015 0.77 2000 1080 Intonaco 0.015 0.77 2000 1080 Mattoni 0.250 0.80 1800 1080 E3 Intonaco 0.015 0.77 2000 1080 Intonaco 0.015 0.77 2000 1080 Isolante 0.035 0.03 100 1080 Forati 0.120 0.40 1000 1080 E4
Intonaco 0.015 0.77 2000 1080 Mattoni 0.250 0.80 1800 1080 Isolante 0.035 0.03 100 1080 E5
Intonaco 0.015 0.77 2000 1080
Pareti verticali opache interne (D) e solai intermedi (S)
Denom. Materiale s [m] λ [W/m K] ρ [kg/m3] c [J/kg K] Intonaco 0.015 0.77 2000 1080 Isolante 0.035 0.03 100 1080 D1 Intonaco 0.015 0.77 2000 1080 Intonaco leggero 0.020 0.10 200 1080 Mattoni 0.120 0.80 1800 1080 D2 Intonaco leggero 0.020 0.10 200 1080 Intonaco 0.015 0.77 2000 1080 Mattoni 0.120 0.80 1800 1080 D3 Intonaco 0.015 0.77 2000 1080 Soletta 0.040 0.95 2000 1080 S1 Intonaco 0.015 0.77 2000 1080 Gettata 0.060 0.95 2000 1080 Pignatte 0.200 0.40 1000 1080 S2 Intonaco 0.015 0.77 2000 1080 Elementi vetrati
Denom. Tipo di finestra U [W/m2 K] C S C C
VS Vetro semplice 5.7 1 0 VD Vetro doppio 3.1 0.82 0
Gli strati che compongono le varie strutture sono sempre elencati procedendo dall’interno verso l’esterno, per le pareti verticali, e dall’alto verso il basso per i solai; nel caso di solaio con funzione di soffitto, quindi, sarà necessario invertire l’ordine degli strati, in modo da avere sempre per primo quello rivolto verso l’interno del locale.
Riportate le condizioni climatiche, di progetto e le caratteristiche delle strutture considerate, è possibile passare all’analisi dei dieci casi menzionati sull’articolo e confrontati con il modello TFM.
Per ogni simulazione si considera un locale di dimensioni a (larghezza) x
b (lunghezza) x c (altezza), con pareti verticali, esterne ed interne, solai e
riportati i due grafici che rappresentano gli andamenti giornalieri del carico termico complessivo; nel primo grafico sono mostrati i risultati ottenuti dagli autori dell’articolo [7] (linea continua) affiancati a quelli ricavati dal software dettagliato di simulazione menzionato in precedenza (linea tratteggiata), mentre nel secondo è rappresentato l’andamento del carico termico determinato dal modello TFM.
Caso 1
Dimensioni: a=5m, b=4m, c=4m; Strutture utilizzate: E1, D1, S1;
Vetri semplici sul 70% delle pareti interessate.
Carico termico complessivo - CASO 1
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Ora della giornata Q T
[W]
Come si può osservare, in questa prima simulazione il modello TFM risponde decisamente bene, ricalcando con precisione il profilo del carico termico ottenuto dagli autori dell’articolo.
Caso 2
Dimensioni: a=5m, b=4m, c=4m; Strutture utilizzate: E2, D2, S1;
Vetri semplici sul 70% delle pareti interessate.
Questa configurazione è molto simile alla precedente, ad eccezione delle strutture utilizzate, che, pur conferendo valori della trasmittanza media Um e della massa efficace primaria media MP praticamente coincidenti
In questo modo è possibile notare l’effetto che la massa efficace secondaria ha sull’andamento del carico termico, cioè quello di smorzarne i picchi.
Carico termico complessivo - CASO 2
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ora della giornata
Q T
[W]
Caso 3
Dimensioni: a=5m, b=4m, c=3m;
Strutture utilizzate: E3, D1, S1 (soffitto), S2 (pavimento); Vetro semplice sul 70% della parete interessata.
Carico termico complessivo - CASO 3
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ora della giornata
Q T
[W]
Caso 4
Dimensioni: a=5m, b=4m, c=3m; Strutture utilizzate: E4, D3, S2;
Carico termico complessivo - CASO 4 0 500 1000 1500 2000 2500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ora della giornata
Q T
[W]
Questa volta, andando a confrontare i grafici relativi ai casi 3 e 4, è possibile apprezzare l’effetto che hanno la massa effettiva e quella primaria delle strutture sul carico termico, in fondo molto simile a quello causato dalla massa efficace secondaria.
Caso 5
Dimensioni: a=5m, b=4m, c=3m;
Strutture utilizzate: S1 (soffitto), S2 (pavimento); Vetri semplici sul 100% delle pareti verticali.
Carico termico complessivo - CASO 5
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ora della giornata
Q T
[W]
Questo è un caso limite molto particolare, relativo ad un ambiente delimitato da superfici verticali completamente vetrate, e perciò caratterizzato da una trasmittanza media Um molto elevata e da un massa
Caso 6
Dimensioni: a=5m, b=4m, c=3m;
Strutture utilizzate: E1, S1 (soffitto), S2 (pavimento); Assenza di superfici vetrate.
Carico termico complessivo - CASO 6
0 100 200 300 400 500 600 700 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ora della giornata
Q T
[W]
Situazione praticamente opposta alla precedente. La totale assenza di superfici vetrate riduce notevolmente la trasmittanza media del locale, provocando un drastico calo del carico termico, come mostrato da entrambi i grafici sopra.
Caso 7
Dimensioni: a=3m, b=20m, c=3m;
Strutture utilizzate: E1, S1 (soffitto), S2 (pavimento); Vetro semplice sul 100% della parete interessata.
Carico termico complessivo - CASO 7
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ora della giornata
Q T
Anche questa volta ci si trova in una situazione molto particolare: un corridoio di notevole lunghezza, delimitato da tre pareti esterne opache ed una, di testa, completamente vetrata.
Gli autori dell’articolo hanno voluto presentare questa prova a dimostrazione del fatto che, anche in presenza di situazioni morfologiche particolari, il metodo da loro proposto fornisca comunque risultati veritieri. Come si può osservare dal secondo grafico, anche il modello TFM non si fa spiazzare da situazioni del genere.
Caso 8
Dimensioni: a=5m, b=4m, c=3m; Strutture utilizzate: E5, D3, S2;
Vetro semplice sul 30% della parete interessata.
Carico termico complessivo - CASO 8
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ora della giornata
Q T
[W]
Con questa simulazione si è voluto verificare che il metodo fosse in grado di affrontare anche situazioni in cui i carichi termici fossero piuttosto ridotti; infatti, il buon isolamento termico del locale gli conferisce un valore ridotto di trasmittanza media, e conseguentemente carichi di entità modesta.
Caso 9
Dimensioni: a=3m, b=5m, c=3m; Strutture utilizzate: E5, D3, S2;
Carico termico complessivo - CASO 9 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ora della giornata
Q T
[W]
Questo è l’unico caso in cui i risultati ottenuti dal modello non coincidono con quelli riportati sull’articolo. Dopo attente verifiche e ripetuti controlli purtroppo non si è giunti alla causa dell’anomalia. Il sospetto è che vi sia un errore di battitura nei dati riportati sull’articolo scientifico: se, per esempio, le dimensioni del locale fossero le stesse del caso successivo (come ci si potrebbe aspettare al fine di operare un adeguato confronto) i risultati ottenuti col modello TFM sarebbero in accordo con quelli mostrati nel primo grafico.
Caso 10
Dimensioni: a=5m, b=5m, c=3m; Strutture utilizzate: E5, D3, S2;
Vetri doppi sul 70% delle pareti interessate.
Carico termico complessivo - CASO 10
0 500 1000 1500 2000 2500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ora della giornata
Q T
Sebbene anche in questa ultima simulazione i due profili non coincidano perfettamente, ci si può comunque ritenere soddisfatti dell’andamento ottenuto. Le differenze comunque non sono così accentuate come nel caso precedente.
In linea di massima, nonostante la discordanza tra i risultati ottenuti in uno solo dei dieci casi analizzati, si può affermare comunque che il modello TFM sia risultato uno strumento affidabile nella stima dei carichi termici associati ad un locale in regime estivo.
Tutti i confronti che sono stati effettuati e appena descritti, nel modello TFM sono raccolti in un apposito foglio, denominato appunto “Confronti”. Sempre nel medesimo foglio vengono riportati anche i risultati che fornisce il modello avvalendosi delle masse efficaci semplificate, argomento affrontato nel dettaglio proprio nel paragrafo che segue.
Anche tutte le strutture utilizzate in questa sede, illustrate dalle tabelle sopra, sono state raccolte in un foglio a parte del modello, per poter agevolmente simulare tutti i casi analizzati. Una volta effettuati i confronti quest’ultimo foglio, denominato “Strutture”, diventerebbe del tutto inutile ai fini dell’utilizzo del modello, tuttavia si è preferito non eliminarlo per lasciare la possibilità all’utente di simulare facilmente anche altri casi simili, con le stesse condizioni imposte dagli autori dell’articolo.