Dalla normativa UNI TS 11300-I, per la climatizzazione estiva, per tutti gli edifici si assume una temperatura interna costante di 26°C, ad esclusione della palestra per cui il valore si ferma a 24 °C. Per il calcolo delle dispersioni estive non si può fare riferimento a condizioni stazionarie, a seguito dell’estrema variabilità dei flussi termici legati alla radiazione solare.
Dopo un’attenta analisi delle condizioni di carico termico cui potrebbe essere soggetta la struttura in relazione all’orientamento dei locali, alla maggiore o minore vicinanza di edifici circostanti, alle caratteristiche di trasmissività delle superfici finestrate ed all’orientamento delle stesse, si prende in esame come giorno tipo il 21 di luglio come la condizione di carico più gravosa legata alla contemporaneità di differenti contributi, quali anche quelli meteorologici (statistiche fatte in diversi decenni) (Aermec).
I carichi termici estivi sono stati calcolati utilizzando il metodo Carrier (Aermec-Bettanini, 1991b), di seguito presentato. Tramite il supporto del software MATLAB si ricavano i valori del carico termico su base oraria per il giorno sopra indicato per ciascun edificio. Nel caso della progettazione degli impianti di condizionamento estivo è necessario fare riferimento non a temperature esterne di progetto, definite per località, ma alle condizioni più gravose. Le condizioni di progetto per l’aria esterna sono definite in funzione della temperatura massima e dell’escursione termica giornaliera, tabellate da normativa per alcune località italiane (per Trieste valgono rispettivamente 33°C e 7°C). Il valore della temperatura dell’aria esterna oraria utilizzata nei files di calcolo, deriva dall’assunzione della relazione di questo tipo:
𝑇𝑒= 𝑇𝑒,𝑚𝑎𝑥− 𝑝 ∙ ∆𝑇𝑒
dove il parametro p dell’escursione giornaliera è riportata in tabelle, sui testi specifici (Bettanini, 1991b), in funzione delle ore del giorno.
La stima dei carichi ambiente prevede un’attenta valutazione di tutte le componenti che contribuiscono alla definizione dei carichi sensibili e latenti (Aermec).
Il calcolo del flusso di calore per trasmissione attraverso le superfici vetrate si effettua in maniera analoga a quanto si fa per il calcolo delle dispersioni invernali. La formula utilizzata è la stessa:
𝑄𝑣 = (𝑈𝑣) ∙ 𝑆𝑃∙ 𝑛 ∙ (𝑇𝑒− 𝑇𝑖)
Il calcolo del flusso di calore per trasmissione attraverso le superfici opache richiede un’attenta analisi dei contributi legati all’effetto congiunto della differenza di temperatura tra aria esterna ed aria interna e della radiazione solare. Per trattare i fenomeni di trasmissione del calore attraverso i vari elementi di involucro il metodo Carrier utilizza un approccio semplice, quello denominato “differenze di temperatura equivalente” ∆Teq. L’espressione del contributo al carico termico è infatti
𝑄𝑝= (𝑈𝑃) ∙ 𝑆𝑃∙∆Teq
del tutto analoga a quella del regime permanente, con l’unica differenza di utilizzare per ciascuna delle pareti disperdenti non l’effettiva differenza di temperatura a cui istantaneamente sono soggette, ma una opportuna differenza equivalente. Questa tiene conto anche dell’irraggiamento solare esterno e quindi dell’eventuale attenuazione e ritardo che subisce l’onda di flusso termico trasmesso attraverso le pareti. Quindi è funzione dell’apporto solare variabile ciclicamente durante la giornata, dell’escursione termica giornaliera dell’aria esterna e delle caratteristiche inerziali delle strutture di delimitazione del volume condizionato riferite al peso per m2 di superficie.
51 I ∆Teq. sono ricavabili tramite tabelle specifiche (Bettanini, 1991b) che fanno riferimento a muri di colore scuro, temperatura esterna massima di 34 °C ed escursione giornaliera di 11 °C, temperatura interna costante di 26°C e radiazione solare a cielo sereno, nel mese di luglio e a 40° di latitudine Nord e sono forniti alle varie ore del giorno in funzione della massa frontale e dell’esposizione della parete, rispettivamente per pareti verticali e per superficie di copertura. Procedure di correzione dei ∆Teq sono fornite per condizioni diverse da quelle specificate in tabella. Per le superfici vetrate, trasparenti e di massa trascurabile ∆Teq coincide ovviamente con l’effettiva differenza di temperatura tra aria esterna ed interna all’istante considerato.
La stessa relazione è utilizzata per i tetti, per i quali cambia la tabella di riferimento delle differenze di temperatura equivalente.
Tra i carichi sensibili da considerare, è presente quello dovuto alla radiazione solare attraverso vetri, pareti e tetti. Per quanto riguarda gli effetti dei flussi di radiazione solare che gli ambienti ricevono nel loro interno, il metodo Carrier parte da un dato facilmente calcolabile quale il flusso massimo di radiazione solare e applicandovi, ora per ora, degli opportuni coefficienti di riduzione detti fattori di accumulo, fb (Bettanini, 1991b).
𝑄𝑏= 𝑞𝑓,𝑚𝑎𝑥∙ 𝑓𝑏
Qf,max rappresenta la radiazione massima trasmessa dalla finestra considerata e si ricava dalla formula 𝑞𝑓,𝑚𝑎𝑥= 𝐼𝑓,𝑚𝑎𝑥∙ 𝐶𝑐∙ 𝑓ℎ∙ 𝑆𝑓∙ 𝑓𝑓
L’intensità massima, If,max della radiazione solare mensile si trova tabellata in funzione della latitudine per i diversi mesi dell’anno e per le differenti esposizioni con riferimento a vetro semplice e telaio in legno. I valori sono stati ottenuti consultando testi specialistici del settore e sono basati sulle seguenti ipotesi: assenza di foschia, altitudine pari al livello del mare, temperatura di rugiada dell’aria esterna pari a 19,5 °C a livello del mare. Se le condizioni contingenti si discostano da tali ipotesi occorrerà correggere i dati tabellati con fattori correttivi.
Anche gli altri coefficienti sono reperibili in specifiche tabelle e rappresentano : CC (nel caso in esame pari a 0,9 ) fattore di schermatura della finestra considerata, fh (nel caso in esame pari a 1 )frazione soleggiata media giornaliera, Sf superficie della finestra e ff un coefficiente funzione del tipo di telaio, pari ad 1 per telai di legno e 1,17 per telai metallici. I coefficienti fb, come già detto, sono i cosiddetti fattori di accumulo che tengono conto delle modalità di cessione dell’energia radiante assorbita dalle strutture. Questi ultimi sono riportati in tabelle, sui testi specifici (Bettanini, 1991b) , in relazione a superfici finestrate con o senza schermi interni e/o esterni, in relazioni alle differenti esposizioni, alla tipologia delle strutture (medie, leggere e pesanti cioè massa media dell’ambiente) oltre che all’ora solare di riferimento. Le pareti degli edifici sotto analisi presentano una massa frontale di circa 220 𝑘𝑔
𝑚2 e una massa media delle strutture di circa 490 𝑘𝑔
𝑚2.
Pur se non espressamente detto i calcoli sono svolti su base oraria nell’arco di un giorno e sono ripetuti per ciascuna parete, orientate a Nord, a Est, a Sud e a Ovest, variando opportuni fattori e coefficienti, come indicato nelle relative tabelle.
Allo stesso modo nel fabbisogno invernale si calcola la quota per ventilazione. La relazione utilizzata è la seguente, dove i valori, in base al numero np di persone presenti e alla specifica categoria degli edifici,
della portata d’aria necessaria Qop (espressa in 10-3 m3/s per persona) e dell’indice di affollamento ns derivano dalla normativa UNI 10339:
𝑄𝑣𝑒𝑛 = 𝜌 ∙ (𝐶𝑝) ∙ 𝑛𝑝∙ 𝑄𝑜𝑝∙ 𝑛𝑠∙ (𝑇𝑖− 𝑇𝑒)
Ciascuno dei contributi varia in maniera periodica nell’arco delle 24 ore e raggiunge il proprio massimo in una determinata ora. Dalla somma algebrica di tutti i contributi è possibile ricavare ed individuare l’ora in cui si presenta il massimo. La scelta della potenzialità dell’impianto sarà quindi determinata dal valore appena descritto.
Si riportano di seguito gli andamenti orari del giorno tipo scelto per il calcolo per ciascun edificio del campus; i carichi rappresentati risultano al netto dei possibili carichi interni (Fig. 3.8-3.13).
52 Figura 3.9-3.14 Andamento giornaliero del carico estivo di ciascun edificio
RESIDENZIALE: in figura il carico termico si riferisce ad un solo edificio residenziale, tre piani, dato che è identico per gli altri
53 MENSA
AULE: il carico termico in figura si riferisce ad un solo edificio
Fig
54 BAR: il carico termico in figura si riferisce ad un solo edificio
PALESTRA
Successivamente per ogni ora di ciascun mese del periodo estivo, è calcolata la relativa temperatura sole-aria tramite la formula già descritta nel paragrafo precedente di fabbisogno invernale. Come si è potuto verificare non è detto che il carico massimo ottenuto corrisponda alla temperatura esterna massima di 33°C. Per questo motivo si calcola la temperatura massima ottenibile tra le temperature sole- aria ottenute nei diversi mesi estivi. A questa sarà associato il carico massimo calcolato per ciascun edificio.
Con il supporto del software MATLAB, sul piano che riporta sull’asse delle ascisse le temperature e sull’asse delle ordinate i fabbisogni termici, si traccia la retta passante per due punti noti:
C. (26,0), fabbisogno nullo per la temperatura esterna uguale a quella interna di progetto, D. (Tmax*, QTOT,max), corrispondente al carico massimo appena descritto.
55 Si ripete lo stesso procedimento descritto nel paragrafo del carico invernale. In particolare QTOT, specifico per ogni edificio e per ciascun mese del periodo di climatizzazione, corrisponde alla somma dei flussi di calore per dispersioni attraverso l’involucro e per ventilazione, calcolati dalle formule sopra descritte, mentre Tmax* è la massima temperatura sole-aria calcolata. Per rendere più comprensibile la procedura si riporta un esempio grafico di quanto esposto, prendendo come esempio il caso del residenziale relativo al periodo estivo. Inserendo, come input relativo all’asse delle ascisse, i valori per ogni ora della T* nell’equazione lineare della retta si ricavano le richieste di climatizzazione su base oraria di ciascun edificio.
Figura 3.15 Firma energetica periodo estivo (caso residenziale)
Per avere del carico estivo su base oraria, si utilizza il metodo di firma energetica, utilizzando come input i valori per ciascun mese della 𝑇∗. Per rappresentare più fedelmente quello che succede
nell’edificio secondo le attività svolte al suo interno, si aggiungono al fabbisogno estivo i contributi di calore sensibile e latente, generati all’interno dell’ambiente, da parte di :
Persone Illuminazione
Apparecchiature/macchine presenti in ambiente
moltiplicati preventivamente per un rendimento dinamico pari a 0,8 (fattore di utilizzazione degli apporti gratuiti per il periodo di raffrescamento). Per il calcolo dei carichi interni sono utilizzate le stesse formule e gli stessi procedimenti descritti ed utilizzati nel caso del fabbisogno invernale. Tra gli 8760 valori trovati, quello di interesse progettuale è il valore massimo.