3. INSTALLAZIONE, TEST E VALUTAZIONI DI FATTIBILITÀ DISPOSITIVI PER IL CONTROLLO DELLA RADIAZIONE SOLARE E
3.3 V ALUTAZIONE DELLA FATTIBILITÀ DI UN SISTEMA DI CONTROLLO DELLA RADIAZIONE SOLARE CON AUTOMAZIONE DELLE TAPPARELLE
Un’ulteriore analisi è stata effettuata al fine di mettere in relazione guadagni solari, comfort visivo e consumi dovuti alla illuminazione artificiale.
Per fare ciò è stato selezionato un giorno di luglio (24/07/2018) in cui è stata misurata una radiazione solare particolarmente alta.
Per il suddetto giorno sono state effettuate diverse simulazioni illuminotecniche, una per ogni ora della giornata compresa nella schedule di un giorno tipo (9:00-17:00) e una simulazione della luce naturale per valutare le ore in cui la finestra presente nell’ambiente caso studio riceve radiazione solare diretta. Come mostrato dagli screenshot delle analisi delle ombre effettuate con il software Sketchup, la finestra riceve radiazione diretta soltanto nelle prime ore della giornata (es. 06:00-07:00). Queste ore non sono state considerate come ore di occupazione. Si è però pensato di considerare l’oscuramento della finestra nelle prime ore di utilizzo dell’ufficio (09:00-11:00).
Figura 80 - Screenshot delle analisi delle ombre sulla finestra effettuate con il software Sketchup
In queste ore le simulazioni illuminotecniche sono state effettuate modellando i sistemi di ombreggiamento chiusi ed in particolare settando la trasparenza del vetro pari a 0.25. La presente analisi ha avuto come fine quello di calcolare i consumi di illuminazione artificiale in caso di uso di tapparelle utilizzate per diminuire il carico termico. Supponendo di chiudere il suddetto sistema nelle ore in cui la radiazione solare diretta rischierebbe di fare aumentare il carico, si sono calcolati i valori di illuminamento sul piano e la percentuale in cui le luci artificiali andrebbero dimmerate al fine di garantire 500 lx.
Figura 81Griglia di valori sul piano di lavoro (a sinistra), isolinee calcolate sul pavimento (al centro) e planimetria con le lampade e la percentuale di dimmeraggio riferite alle 16:00 del pomeriggio.
La tabella seguente mostra le potenze e i consumi calcolati seguendo la metodologia spiegata.
Tabella 12 Potenze e consumi del sistema
Ora Potenza 891Wh rispetto al caso di assenza di controllo delle tapparelle.
Al fine di stimare gli effetti di tale operazione sui consumi elettrici per la climatizzazione, sono state svolte delle simulazioni specifiche tramite il software TRNSYS.
I risultati mostrano che, all’incremento dei consumi per l’illuminazione corrisponde comunque una riduzione dei guadagni solari pari a 796 Wh (corrispondente al 27,1 % del totale), ma una riduzione dei consumi di energia elettrica per la climatizzazione di soli 10 Wh, pari a circa 0,4% del consumo totale.
Si può quindi affermare che complessivamente tale operazione non comporta un risparmio di energia essendo l’incremento del consumo di energia elettrica maggiore del risparmio ottenuto dal minore utilizzo dell’impianto di climatizzazione.
Anche estendendo l’analisi a tutto il mese di luglio, i risultati ottenuti restano confermati. A fronte di una diminuzione dei guadagni solari del 25,9%, si ottiene infatti un risparmio percentuale sul consumo di energia elettrica per la climatizzazione soltanto dello 0,5%.
Nel caso specifico ciò è dovuto probabilmente alle dimensioni ridotte dell’elemento finestrato e alla conseguente bassa incidenza dei guadagni solari sul totale del carico di raffreddamento.
3.4 Conclusioni
Si sono analizzate delle condizioni di illuminazione del laboratorio caso studio del presente report. In particolare, sono stati effettuati degli studi sulle condizioni di comfort visivo, sui consumi stimati riferiti all’impianto di illuminazione e sulle reali performance che ha avuto il sistema di controllo di illuminazione nel periodo di campagna di misure. Le prime analisi sono state effettuate utilizzando un modello di simulazione realizzato con il software Daysim. Questo ha permesso di valutare le condizioni di luce naturale e di fare una stima sull’utilizzo di sistemi di ombreggiamento automatizzati. Lo studio ha messo in evidenza, vista l’esposizione dell’ambiente, che per gran parte del periodo di utilizzo le tapparelle dovrebbero rimanere aperte al fine di raggiungere i livelli di illuminamento minimi suggeriti dalla normativa. Di conseguenza, anche grazie al calcolo dello Useful Daylight Illuminance, è stato possibile stimare che all’interno dell’ambiente non si hanno possibili problemi di abbagliamento. La seguente affermazione è stata confermata dalle misure di illuminamento effettuate in campo. Inoltre, contemplando l’eccezione di
eventuali particolari esigenze dell’utente (es. videoproiezioni) per cui potrebbe essere necessario oscurare le aperture, al fine di non causare disagio psicologico, potrebbe non essere conveniente installare sistemi automatizzati.
Le reali performance del sistema di controllo di illuminazione installato sono state studiate utilizzando un set di indici presentato dagli autori in letteratura. Questi tengono conto degli eccessi o delle mancanze di illuminamento nel tempo, utilizzando come valore di riferimento l'illuminamento sul piano di lavoro che il sistema di illuminazione dovrebbe garantire e il rispettivo consumo energetico. Gli indici sono stati calcolati per diversi giorni, applicando diverse strategie di controllo e diversi setpoint. Infine sono stati messi in relazione tra loro. Da queste analisi è risultato che ad elevati valori di OAR (frequenza ridotta di eccessi di illuminazione) corrispondono bassi valori di ERI. I valori calcolati di OAR hanno dimostrato che il sistema di controllo non ha sempre funzionato idealmente. Al contrario il calcolo degli indici UAR hanno testimoniato che, ad eccezione di pochissimi casi, il sistema non ha dato problemi di “sotto-illuminamento”.
La relazione tra ALD e il consumo elettrico indica una certa proporzionalità, ma non perfetta poiché il sistema di controllo non sempre lavora come previsto nei casi ideali (ovvero con UAR e OAR uguali a 1). È risultato anche che i maggiori valori di ALD corrispondono alla minore possibilità di avere problemi di abbagliamento e quindi alti valori di OAR.
Tali risultati, più che evidenziare un malfunzionamento del sistema in osservazione, confermano quanto evidenziato in precedenti ricerche: i sistemi di controllo dell’illluminazione riescono molto di rado ad effettuare una regolazione ideale del flusso luminoso a causa della complessità intrinseca nelle relazioni fra le grandezze luminose interne ed esterne. Ciò non di meno la loro efficacia in termini di riduzione dei consumi non è mai trascurabile.