Calcolo delle superfici disperdenti (tool B1)

La superficie disperdente è quella parte del’involucro che divide il volume riscaldato da zone termiche di temperatura diversa (vani scala, scantinati) o dall’esterno; non vengono considerate superfici disperdenti quelle che mettono a contatto diverse zone termiche riscaldate anche se appartenenti a diversi edifici. Ossia sono superfici disperdenti le coperture, i basamenti, le chiusure esterne verticali se non confinano con altre zone termiche riscaldate. Tale semplificazione è in accordo con le ipotesi semplificative introdotte: se le zone termiche a contatto sono riscaldate, per ipotesi, queste hanno la medesima temperatura e perciò non danno origine a fenomeni di trasmissione del calore non influendo nel calcolo del fabbisogno dell’edificio. In prima battuta il perimetro esterno del poligono che rappresenta un edificio isolato può essere considerato coincidente con la superficie disperdente, ma in ambito urbano questo di norma non accade: gli edifici sono addossati l’un all’altro e possiedono diverse altezze perciò la superficie disperdente può essere notevolmente diversa dal semplice perimetro del poligono moltiplicato per l’altezza dell’edificio. Il rapporto tra superficie disperdente e volume riscaldato è uno dei principali indici che riassume il comportamento termico dell’involucro ed è utilizzato per assegnarne la “classe” della Certificazione Energetica: mentre le caratteristiche costruttive ed i materiali utilizzati sono spesso costanti e riconoscibili per periodo di costruzione e zona della città, il rapporto S/V presenta una variabilità superiore che può determinare prestazioni termiche molto differenti anche per edifici con simili caratteristiche costruttive. Per cercare di dare rilievo a questa variabilità della superficie disperdente si è scelto di definire alcune caratteristiche attraverso un approccio tipologico e di calcolarne altre per ogni edificio partendo dal poligono che ne rappresenta il perimetro.

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Dopo aver calcolato le superfici esterne partendo dai perimetri e dall’altezza degli edifici, si useranno i “glazing ratio” ed il perimetro del vano scala, inseriti nell’Archetype, per ottenere la misure delle singole superfici disperdenti per ogni facciata. L’uso del glazing ratio e di un parametro forfettario per la stima della superficie disperdente verso il vano scala, è giustificato oltre che da numerosi casi di studio nazionali e non, anche dallo stesso DOCET che permette questo tipo di input dei dati, pur lasciando la possibilità di un inserimento più dettagliato.

Il tool B1 “Externals Surfaces”

I dati posseduti fino ad ora sono riferiti al poligono che rappresenta l’edificio ossia: area, perimetro, coordinante dei vertici, altezza calcolata in base all’input manuale del n° dei piani. Per quanto riguarda le superfici disperdenti di copertura e di base si utilizzerà semplicemente l’area del poligono mentre per quelle verticali sarà necessario definire innanzitutto se i segmenti che costituiscono il perimetro dell’edificio corrispondono ad una superficie esterna, e quindi disperdente, o interna.

A tal scopo il tool B1 combina i tools16 “Feature to line” con il tool “polygon to line” rendendo possibile confrontare le altezze degli edifici adiacenti e definire se il segmento è esterno oppure no.

DH = n_floora* Avha - n_floorb* Avhb Con:

DH: differenza tra le altezze degli edifici adiacenti, se questa è negativa o nulla non si ha superficie esterna n_floora = numero di piani fuori terra dell’edificio a cui appartiene il segmento

Avha = altezza media dell’interpiano dell’edificio a cui appartiene il segmento n_floorb = numero di piani fuori terra dell’edificio adiacente

Avhb = altezza media dell’interpiano dell’edificio adiacente

A questo punto si avrà uno shape lineare dove per ogni record si può calcolare la superficie esterna come moltiplicazione della lunghezza del segmento con la differenza tra l’altezza dell’edificio a cui esso appartiene e quello adiacente.

exsurface = (DH-* n_comm*Avh)* (lunghezza segmento) con:

exsurface = superficie esterna della facciata DH = differenza tra le altezze degli edifici adiacenti n_comm = numero di piani utilizzati ad altri fini

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I tools sono comunemente contenuti nelle versioni full licence di ArcMap 10 nel toolbox Data management tools/features: “Feature to line”, ricava da ogni segmento del perimetro degli SHP poligonali uno SHP lineare ai quali assegna ad ogni record gli attributi del poligono originale; “polygon to line”, effettua la medesima trasformazione ma perde gli attributi originali inserendo però un identificativo dei poligoni con il quale il segmento confina.

Avh = altezza media dell’interpiano, dell’edificio a cui appartiene il segmento

Per ogni segmento, ossia per ogni facciata, si calcola la superficie finestrata utilizzando l’appropriato glazing ratio e quella muraria esterna come differenza tra tutta la superficie esterna e quella finestrata.

WindSurf = exsurface * main/secondary glazing ratio Wallsurface = exsurface - WindSurf

Con:

WindSurf = superficie finestrata della facciata

WallSurface = superficie opaca esterna, tale valore è riferito alle facciate e non tiene conto della presenza del vano scala che ridurrebbe la superficie disperdente

main glaze ratio = superficie finestrata delle facciate principali, ossia quelle che non hanno edifici confinanti secondary glaze ratio = superficie finestrata delle facciate secondarie, quelle con edifici confinanti

A questo punto i dati di ogni facciata vengono riaggregati secondo l’edificio di appartenenza utilizzando il codice identificativo rimasto negli attributi (nel nostro caso la particella catastale) ottenendo il dato aggregato di superficie finestrata e superficie muraria esterna alla quale verrà poi sottratta una quota di quella del vano scala.

Per calcolare la superficie disperdente verso il vano scala si moltiplica il perimetro del vano scala, fornito nell’archetipo per l’altezza dell’edificio; tale valore è riferito a tutto l’edificio a prescindere all’effettiva posizione del vano scala stesso. Naturalmente, così come suggerisce il software DOCET, si potrebbe implementare anche un parametro di orientamento ma ciò appesantirebbe la fase dell’ingresso manuale dei dati.

Wallint: StairsL*(building_h- n_comm) con:

Wallint = superficie disperdente verso il vano scala

Stairs_L= perimetro medio del vano scala verso la zona riscaldata, fornito per ogni archetipo Building_h = altezza dell’edificio calcolata precedentemente

n_comm= numero di piani utilizzati ad altri fini

Perciò si potranno facilmente ottenere utilizzadno il tool17 “summary statistics” le superfici disperdenti che verranno utilizzate per il calcolo in diverse occasioni. Gli attributi verranno poi aggiunti con un’operazione di join al file poligonale degli edifici.

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Windows = ∑ WindSurf Somma delle superfici finestrate

Exsurf = ∑ exsurface Somma delle superfici esterne o disperdenti Wallex = ∑ Wallsurface - 0,5* Wallint Superficie muraria esterna

Con

Wallint = superficie disperdente verso il vano scala WindSurf = superficie finestrata della facciata

WallSurface = superficie opaca esterna, tale valore è riferito alle facciate e non tiene conto della presenza del vano scala

Nel tool la superficie del vano scala è sottratta a quella esterna con un coefficiente di 0,5 perché si suppone che solo una parte del vano scala abbia diretti contatti con l’esterno. Una migliore definizione di questo parametro potrà essere ottenuta effettuando uno studio delle diposizioni planimetriche più comuni a seconda dell’archetipo che permetta di definire con maggiore articolazione il perimetro del vano scala e le pareti del vano scala che si affacciano all’esterno.

I risultati di questo tool sono due (tab. n°6.8): il primo consiste in un file shp lineare che per ogni segmento individua la superficie esterna e quella finestrata; il secondo consiste in una riaggregazione delle superfici per edificio originario in modo da avere una somma di tulle le diverse superfici disperdenti (muraria, finestrata, verso vano scala) registrata in una tabella. Il file lineare sarà la base per determinare le direzioni azimutali ed il fattore di ostruzione da schermature esterne (tools B2, B3, B4, B5) di ogni facciata, mentre quello poligonale sarà un input per il calcolo delle dispersioni per trasmissione (tool C11).

File lineare: ogni segmento è una facciata dell’edificio File poligonale: ogni poligono rappresenta l’edificio Superficie opaca della facciata Somma delle superfici finestrate

Superficie finestrata della facciata Superficie muraria esterna Superficie esterna o disperdente della facciata Superficie verso il vano scala

Somma delle superfici esterne o disperdenti

Tab. n° 6.8, risultati del tool B1