Apporti termici relativi alle pareti opache

Le pareti opache prese in considerazione dal software DZLoad si distinguono in tre categorie principali:

- Pareti opache esterne; - Pareti opache interne;

- Pareti opache in contatto con ambienti non condizionati.

Analizziamo adesso come il software calcola i carichi termici delle tre categorie partendo dalle pareti opache in contatto con l’ambiente esterno.

- Pareti opache esterne

I guadagni termici relativi alle pareti opache all’ora t sono calcolati dal software DZLoad secondo la seguente relazione:

𝐴𝑃𝑂(𝑡) = 1.2 ∙ 𝐾_𝐸𝑆𝑇∙ 𝐴_𝑃𝑂∙ 𝛥𝑇_𝑒𝑞(𝑡) dove

- APO(t) sono gli apporti termici dovuti alla parete opaca [W];

- KEST è il coefficiente di scambio termico della parete durante la stagione estiva

[W/m2°C];

- APO è l’area della parete opaca [m2];

- ΔTeq è la temperatura equivalente [°C];

Nella relazione appena descritta si nota un fattore 1.2 che moltiplica gli apporti relativi alle pareti opache. Il motivo di questa maggiorazione deriva dal fatto che il software DZLoad, coerentemente con quanto descritto nella norma algerina DTR C.3.4, non prende in considerazione i ponti termici durante il periodo estivo e quindi maggiora del 20% gli apporti termici superficiali della parete opaca presa in considerazione.

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Il coefficiente di scambio termico KEST delle pareti opache durante la stagione estiva

viene determinato utilizzando la seguente relazione 1 𝐾_𝐸𝑆𝑇 = ∑ 𝑅𝑖 𝑛 𝑖=1 + 1 ℎ_𝑖𝑛+ 1 ℎ_𝑜𝑢𝑡 con 𝑅_𝑖 = 𝑒𝑖 𝜆_𝑖 dove:

- KEST è il coefficiente di scambio termico della parete opaca [W/m2°C];

- Ri è la resistenza dell’i-esimo strato che costituisce la parete opaca [m2°C/W];

- ei è lo spessore dell’i-esimo strato che costituisce la parete opaca [m];

- 𝜆𝑖 è la conduttività termica del materiale che costituisce l’i-esimo strato della

parete opaca [W/m°C];

- hin è il coefficiente di scambio termico convettivo interno della parete opaca

[W/m2°C];

- hout è il coefficiente di scambio termico convettivo esterno della parete opaca

[W/m2°C].

Per quanto riguarda la conduttività termica il software sviluppato nella tesi DZLoad utilizza i dati forniti nella normativa algerina DTR C.3.2. Per maggiori dettagli riguardo a tali valori si rimanda all’appendice A.

Nel caso gli strati che costituiscono la parete opaca siano intervallati da un’intercapedine d’aria si utilizzano i seguenti valori per la resistenza dello strato fittizio costituito dal gas, riportati in Tab. 2.15.

Inclinazione Flusso di calore

Spessore dell’intercapedine d’aria [mm]

5-7 8-9 10-11 12-13 14-24 25-50 55- 300

Verticale 0.11 0.12 0.13 0.14 0.14 0.14 0.14

Orizzontale Ascendente 0.11 0.13 0.14 0.15 0.15 0.16 0.16 Orizzontale Discendente 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.18 0.20

Tab 2.15 Valori della resistenza termica dell’intercapedine d’aria in funzione dello spessore dell’intercapedine e dell’inclinazione della parete.

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I coefficienti di scambio convettivo superficiale sono anch’essi tabellati e si riportano i valori in Tab. 2.16.

Tab 2.16 Valori del coefficiente di scambio convettivo superficiale in funzione dell’ambiente circostante e dell’inclinazione della parete opaca.

Come si osserva il calcolo del coefficiente K delle pareti opache in regime invernale ed estivo è sostanzialmente lo stesso a differenza dei valori dei coefficienti di scambio termico convettivo superficiale hi e he che sono leggermente differenti.

Nella relazione utilizzata per il calcolo degli apporti relativi alle pareti opache esterne compare la temperatura equivalente Δteq(t). Si tratta di una temperatura esterna corretta

considerando anche l’effetto dell’irraggiamento sulla parete opaca secondo la seguente relazione (a seconda che la parete sia esposta al sole o meno).

- Parete esposta al sole:

𝛥𝑡𝑒𝑞(𝑡) = 𝛥𝑡𝑒𝑠(𝑡) + 𝐶𝛥𝑡𝑒𝑞+

𝛼

0.9∙ (𝛥𝑡𝑒𝑚(𝑡) − 𝛥𝑡𝑒𝑠 (𝑡)) ∙ 𝐼_𝑡,_𝑏 𝐼𝑡,𝑏(40)

- Parete all’ombra 24 ore su 24

𝛥𝑡𝑒𝑞(𝑡) = 𝛥𝑡𝑒𝑠(𝑡) + 𝐶𝛥𝑡𝑒𝑞

dove

- 𝛥𝑡_𝑒𝑞(𝑡) è la temperatura equivalente all’ora t [°C];

- 𝛥𝑡_𝑒𝑠(𝑡) è la differenza equivalente di temperatura all’ora t considerando la parete all’ombra [°C];

- 𝐶_{𝛥𝑡𝑒𝑞}è un fattore correttivo che dipende dallo scarto massimo diurno tra temperatura esterna ed interna (della zona termica in contatto con la parete) e dallo scarto diurno (definito in Tab. 2.8 in funzione della zona climatica estiva in cui è situata la struttura);

- α è il fattore di assorbimento solare e dipende dal colore e dal materiale di rivestimento esterno della parete. Viene definito nel primo file di input nel foglio denominato “PARETI_EXT”;

- 𝛥𝑡𝑒𝑚(𝑡) è la differenza di temperatura equivalente all’ora t considerando la

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- 𝐼_𝑡,_𝑏 è l’irraggiamento totale di base, definito in funzione dell’orientamento della parete, della latitudine e del mese (v. Tab. 2.14) [W/m2_];

- 𝐼_𝑡,_𝑏(40) è l’irraggiamento totale di base di riferimento considerando una latitudine di 40° [W/m2]. Dipende tuttavia dall’orientamento della parete e dal mese in cui si effettua la simulazione.

Per i valori utilizzati nella definizione di Δteq, ovvero 𝛥𝑡𝑒𝑠(𝑡), 𝛥𝑡𝑒𝑚(𝑡)𝑒 𝐶𝛥𝑡𝑒𝑞 , si

rimanda all’Appendice G.

Il valore di Δteq dipende dall’inerzia termica della parete. Per la definizione di tale

valore il software DZLoad utilizza i dati relativi alla densità dei materiali secondo quanto riportato nella norma DTR C.3.2.

Un altro parametro fondamentale per la definizione della differenza di temperatura equivalente è il fattore di assorbimento α che definisce la frazione della radiazione solare assorbita dalla parete in contatto con l’ambiente esterno. Il fattore di assorbimento α dipende dal rivestimento esterno della parete e il software DZLoad utilizza i valori riportati in appendice G.

Il fattore di assorbimento varia molto in funzione del materiale. In particolare i rivestimenti metallici hanno il vantaggio di riflettere quasi completamente la radiazione solare, riducendo di conseguenza gli apporti relativi alle pareti in contatto con l’esterno.

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Si riassume in Fig. 2.13 il processo di calcolo effettuato da DZLoad per il calcolo delle dispersioni durante la stagione estiva per le pareti opache in contatto con l’esterno.

Fig 2.13 Diagramma a blocchi per il calcolo delle dispersioni delle pareti opache durante la stagione estiva

- Pareti opache interne

Le pareti opache interne prese in considerazione dal software DZLoad sono gli elementi edilizi che costituiscono la struttura condizionata per i quali ci sia una differenza di temperatura di almeno 1°C tra un ambiente ed un altro. Ciò significa che una parete che divide due ambienti climatizzati aventi la stessa temperatura di specifica non scambia calore.

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Gli apporti termici relativi alle pareti opache interne sono definiti secondo la seguente relazione:

𝐴𝑃𝑂𝐼𝑁𝑇 = 𝐾𝐸𝑆𝑇∙ 𝐴𝑃,𝐼𝑁𝑇∙ (𝑇𝑎𝑑𝑗− 𝑇𝑖)

dove

- APOINT sono gli apporti termici dovuti alla parete opaca [W];

- KEST è il coefficiente di scambio termico della parete durante la stagione estiva

[W/m2°C];

- APO è l’area della parete opaca [m2];

- Tadj è la temperatura specificata nel locale adiacente [°C];

- Ti è la temperatura specificata nel locale con cui la parete è in contatto [°C];

Il coefficiente KEST è calcolato secondo quanto già descritto per le pareti opache in

contatto con l’esterno. Si nota inoltre che i carichi termici delle pareti opache interne sono costanti durante le 24 ore.

- Pareti opache in contatto con ambienti non condizionati

Gli apporti termici di pareti opache in contatto con ambienti non condizionati sono calcolati tramite la seguente relazione:

𝐴𝑃𝑂_𝑁𝐶(𝑡) = 𝐾_𝐸𝑆𝑇 ∙ 𝐴_{𝑃,𝑁𝐶}∙ 𝛥𝑇_𝑁𝐶(𝑡) dove

- APONC(t) sono gli apporti termici dovuti alla parete opaca [W];

- KEST è il coefficiente di scambio termico della parete durante la stagione estiva

[W/m2°C];

- AP,NC è l’area della parete opaca [m2];

- 𝛥𝑇𝑁𝐶(𝑡) è la differenza di temperatura tra il locale condiziona e il locale non

condizionato [°C].

Il software DZLoad calcola 𝛥𝑇_𝑁𝐶(𝑡) secondo la seguente relazione: 𝛥𝑇𝑁𝐶(𝑡) = (𝑇𝑆𝑒(𝑡) − 𝐶𝑁𝐶(𝑡)) − 𝑇𝑆𝐵,𝑖

dove

- 𝑇𝑆_𝑒(𝑡) è la temperatura esterna all’ora t [°C];

- 𝐶𝑁𝐶(𝑡) è il coefficiente correttivo all’ora t in funzione della tipologia del locale

non condizionato;

- 𝑇𝑆_𝐵,_𝑖 è la temperatura specificata della zona termica condizionata in contatto con la parete opaca [°C].

Il valore di CNC varia in funzione della tipologia dell’ambiente non condizionato con

cui la parete è in contatto. In particolare si ha CNC=0 nel caso in cui:

- La densità superficiale dell’ambiente non condizionato sia inferiore a 150 kg/m2;

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Negli altri casi invece il software DZLoad calcola CNC a seconda della tipologia

dell’ambiente non condizionato:

- Caso 1: Il locale non condizionato non ha al suo interno apporti termici considerevoli oppure si tratta di un vespaio;

- Caso 2: Il locale non condizionato contiene al suo interno le apparecchiature relative alla climatizzazione della struttura;

- Caso 3: Il locale non condizionato22 è periodicamente utilizzato come sala riunioni, ufficio o aula;

- Caso 4: Il locale non condizionato è periodicamente utilizzato come cucina o si svolgono all’interno attività artigianali.

La tipologia di ambiente non condizionato viene adeguatamente selezionata nel secondo file di input nel foglio denominato “PARET_NC” nella colonna “Caso”. Per i valori di CNC(t) si rimanda all’APPENDICE F.

Come si osserva in tutte le tabelle nel caso in cui nel locale non condizionato siano presenti elementi del sistema HVAC gli apporti termici diventano più significativi in quanto le apparecchiature disperdono molto calore. Viceversa nel caso in cui all’interno del locale non condizionato non si abbiano carichi endogeni particolari la differenza di temperatura equivalente 𝛥𝑇_𝑁𝐶(𝑡) si avvicina alla differenza fra la temperatura esterna e quella interna della zona termica.