Tabella 3.4: MPE e classi di precisione per contacalorie secondo la UNI EN 1434-1:2016
Sensore di flusso Coppia di sensori di temperatura Calcolatore
MPE εf [%] εt[%] εc [%] Classe 1 (1 + 0, 01m˙p ˙ m) (0, 5 + 3 ∆Tmin ∆T ) (0, 5 + ∆Tmin ∆T ) Classe 2 (2 + 0, 02m˙p ˙ m) (0, 5 + 3 ∆Tmin ∆T ) (0, 5 + ∆Tmin ∆T ) Classe 3 (3 + 0, 05m˙p ˙ m) (0, 5 + 3 ∆Tmin ∆T ) (0, 5 + ∆Tmin ∆T ) 0 20 40 60 80 100 120
21-ott-17 20-nov-17 20-dic-17 19-gen-18 18-feb-18 20-mar-18 19-apr-18
C on su m o [ kWh ]
Figura 3.3: Monitoraggio dei consumi giornalieri del sistema radiante
La raccolta dati è avvenuta in maniera diretta, cioè tramite lettura del contatore per avere un’informazione più accurata rispetto a quella che si avrebbe con una logica indiretta, vale a dire la ricostruzione dei consumi attraverso le bollette energetiche nel periodo oggetto di analisi. Ogni giorno il contatore di ogni appartamento è stato visionato e il valore preso come parametro di riferimento è la somma delle tre letture. Il dato raccolto corrisponde all’energia scambiata in ambiente nell’intera giornata non si dispone cioè di dati orari o sub-orari.
3.3
Calibrazione del modello di edificio
Durante la prima fase del processo di calibrazione, oggetto del lavoro di tesi svolto da Ballabio [10], è stato analizzato il periodo 01/10 - 28/10. Scopo del lavoro è stato quello di calibrare il modello dell’involucro edilizio e, in questo senso, il mese di Ottobre risulta ideale poiché l’impianto di riscaldamento non è attivo e la radiazione solare non è molto elevata, eliminando l’influenza dell’impianto e riducendo la dipendenza delle condizioni interne dai sistemi di oscuramento. La calibrazione del modello di involucro è stata quindi effettuata in evoluzione libera e pertanto la calibrazione ha riguardato la minimizzazione dello scarto quadratico medio della temperatura interna media degli appartamenti. Il periodo di calibrazione scelto è rappresentato dalle ultime tre settimane del mese mentre la prima settimana è stata esclusa poiché avrebbe potuto risentire delle condizioni iniziali impostate nel modello.
L’edificio è stato discretizzato in due zone termiche: una per i tre appartamenti e una per il vano scala. Il motivo è chiaro sulla base delle considerazioni svolte nel paragrafo 3.2.2: descrivere accuratamente i 3 appartamenti o addirittura le singole
Figura 3.4: modello 3D del complesso residenziale [10]
stanze sarebbe risultato inutile, visto che la temperatura di cui si dispone è una media dei tre appartamenti e il consumo rilevato si riferisce all’intero piano.
I pacchetti stratigrafici sono stati inseriti come da progetto, i valori di trasmittanza termica rispettano perciò quelli evidenziati nel paragrafo 3.1. I dati relativi all’involucro trasparente non sono però risultati esaustivi; valori standard provenienti dalla norma UNI/TS 11300-1:2014 [16] sono stati utilizzati per la resistenza aggiuntiva del sistema di oscuramento e del telaio. Il fattore solare g è stato calcolato attraverso il programma WINDOW [10].
I piani sopra e sottostanti quello in esame non sono stati modellati esplicitamente; le condizioni al contorno impostate all’estradosso del solaio inferiore e superiore sono le temperature risultanti dal monitoraggio dei rispettivi piani e i coefficienti di scambio termico sono stati impostati seguendo la norma UNI 6946:2017, pari a 0,17 (m2K)/W per la soletta inferiore e 0,10 (m2K)/W per la soletta superiore [10, 48]. Per le superfici interne alla zona, il calcolo dei coefficienti di scambio avviene in modalità dettagliata ad ogni passo temporale da parte del software TRNSYS.
Per tenere conto degli elementi ombreggianti sono stati modellati esplicitamente gli edifici adiacenti, aggetti orizzontali e la vegetazione (figura 3.4).
L’impianto di VMC immette aria alle stesse condizioni termoigrometriche di quella esterna, con una portata costante pari a 0,5 vol/h.
I guadagni interni sono stati descritti tramite profili temporali i cui valori di potenza sono rispettosi della norma UNI 11300-1:2014 [16]. Essa propone dei valori di potenza differenti a seconda che si tratti di zona giorno e zona notte e, nel caso in esame, non essendo a conoscenza della distribuzione degli ambienti interna, queste due zone sono state assunte di superficie uguale e pari al 50% di quella totale. I profili utilizzati sono sfasati un’ora in anticipo rispetto ai valori proposti dalla norma [10].
E’ stata svolta un’analisi di sensitività a diversi parametri raggruppabili nelle seguenti categorie:
1. capacità termica interna alla zona; 2. specifiche dell’involucro;
3.3. Calibrazione del modello di edificio 4. ventilazione naturale;
5. guadagni interni.
Di questi parametri i primi due dipendono dall’edificio mentre gli ultimi tre sono correlati con il comportamento dell’occupante. Dall’analisi è scaturito che le modifiche legate alle proprietà termofisiche dell’involucro non influiscono in maniera significativa sul profilo di temperatura e le relative simulazioni sono state quindi accantonate. Per quanto riguarda la capacità termica interna alla zona, non ha grande impatto sullo scarto quadratico medio della temperatura ma modifica l’ampiezza e la fase delle oscillazioni rendendole più vicine a quelle osservate, pertanto si è ritenuto opportuno considerarla. Questo parametro è stato implementato con una o più delle seguenti tecniche [10]: 1) modellazione diretta delle partizioni interne Spart; 2) incremento della capacità del nodo d’aria; 3) modellazione esplicita di strati capacitivi aggiuntivi con le proprietà dei materiali presenti nell’appartamento.
Considerando adesso gli ultimi tre parametri questi sono quelli che maggiormente hanno influito sulle condizioni interne. La conclusione è quindi stata che il compor- tamento dell’occupante, oltre ad essere il parametro caratterizzato dalla maggiore incertezza, è quello che maggiormente influenza i risultati indirizzandoli nella giusta direzione per la calibrazione.
Il parametro relativo alle schermature solari è legato all’azionamento o meno della schermatura stessa. Questo è stato considerato secondo un approccio deterministico legato alla quantità di radiazione solare incidente sulla superficie vetrata. In particolare sono stati analizzati diversi casi: 1) gli oscuranti non sono mai in funzione; 2) gli oscuranti entrano in funzione al superamento di una soglia di 200 W/m2 sul piano della finestra; 3) gli oscuranti entrano in funzione al superamento di una soglia di 300 W/m2 sul piano della finestra. Per quanto riguarda la ventilazione naturale questa si traduce nell’apertura delle finestre. Nel modello l’apertura è stata correlata al valore di temperatura esterna considerando due soglie, la prima a 16°C e la seconda a 18°C. I guadagni interni sono stati sia diminuiti in termini di potenza sia sfasati nel tempo. I risultati della prima fase di calibrazione sono quattro modelli calibrati le cui caratteristiche posso essere lette nella tabella 3.5. Questi modelli possono essere considerati calibrati in quanto lo scarto quadratico medio risulta pari o inferiore all’incertezza del sensore di temperatura utilizzato in fase di monitoraggio, a fronte di un valore iniziale ottenuto con il modello di edificio di partenza di 1,77°C [10].
Come anticipato nel Capitolo 1, questa tesi è parte di un processo di calibrazione multistadio, che prevede la calibrazione del solo modello di edificio e quindi la ca- librazione del modello edificio-impianto di emissione. Pertanto si rende necessario implementare nei modelli calibrati in evoluzione libera la descrizione dell’impianto e della sua logica di controllo. I modelli da cui si è scelto di partire sono denominati SIM 19-12-16 e SIM 58-14-11, scelti perché caratterizzati da combinazioni di parametri sufficientemente diverse.
Tabella 3.5: Caratteristiche dei modelli calibrati durante il periodo in evoluzione libera [10]
Codice Descrizione RMSE [◦C]
Sim 19-12-11 Capacità termica al nodo (5v) e Spart= 258,5 m
2
Ventilazione se Test> 18°C ACH=2 vol/h 0,50
Carichi ridotti del 25% rispetto a norma UNI TS 11300-1 Sim 58-14-11 Capacità termica al nodo (3v) e Spart= 1034 m
2
Ventilazione se Test> 16°C ACH=2 vol/h 0,42
Carichi ridotti del 25% rispetto a norma UNI TS 11300-1 Sim 19-12-16 Capacità termica al nodo (5v) e Spart= 258,5 m
2
Ventilazione se Test> 18°C ACH=2 vol/h 0,44
Chiusura al superamento dei 300W/m2
Sim 19-12-22 Capacità termica al nodo (5v) e Spart= 258,5 m
2
Ventilazione se Text> 18°C ACH=2 vol/h 0,44
Chiusura al superamento dei 200W/m2
20 21 22 23 24 25 26 27 15/10/2017 16/10/2017 17/10/2017 18/10/2017 19/10/2017 20/10/2017 21/10/2017 22/10/2017 Te m p erat u ra [° C]
T mis Tsim 00 Tsim 58-14-11 Tsim 19-12-11
Figura 3.5: Risultati dei modelli calibrati in evoluzione libera per la seconda settimana di Ottobre 2017