L’obiettivo della tesi è stato quello di realizzare un software in grado di calcolare in maniera corretta il carico termico di strutture in Algeria. L’esigenza nasce dal fatto che questa fase progettuale viene solitamente trascurata da parte dei progettisti che non sempre usano software dedicati per la valutazione dei carichi termici. È stato infatti osservato che è molto comune nella pratica industriale l’utilizzo di Rule of Thumb o lo scale-up di progetti preesistenti. Si presume inoltre che in un paese come l’Algeria, dove il costo dell’energia è particolarmente basso, questo problema sia ancora più comune.
L’esigenza della creazione di un software, chiamato DZLoad, nasce dal fatto che l’azienda partner TCS, presso la quale è stato svolto il tirocinio, aveva a disposizione solo un software (STIMA TFM-10) che utilizza le normative italiane per il calcolo dei fabbisogni termici e inoltre non possiede i dati climatici relativi alle località algerine. È stato quindi sviluppato un software che utilizza le normative locali del paese nordafricano per la corretta valutazione dei carichi termici. In particolare le norme utilizzate sono:
- DTR C.3.2 [14] per quanto riguarda la valutazione dei carichi termici invernali; - DTR C.3.4 [15] per quanto riguarda la valutazione dei carichi termici estivi. Data la notevole mole di input necessaria alle simulazioni, sono state sviluppate due versioni del software:
- Una versione completa, che necessita di input relativi ai materiali costituenti l’involucro edilizio e altre informazioni relativi alla geometria e all’orientamento della struttura;
- Una versione semplificata che necessita solamente delle informazioni relative alla geometria e all’orientamento della struttura.
Per quanto riguarda la versione semplificata i dati relativi alle proprietà termiche dell’edificio sono assegnati di default, in funzione della zona climatica in cui si trova la struttura. I valori sono i minimi normativi definiti nelle due norme utilizzate. I dati relativi alle richieste termiche delle strutture sono stati confrontati con quelli di Energy+, software ampiamente utilizzato in ambito di ricerca, che, utilizzando il metodo dinamico HBM per la valutazione dei carichi al sistema HVAC, è in grado di riprodurre risultati molto simili a quelli reali.
I risultati ottenuti utilizzando la versione completa di DZLoad sono molto promettenti in quanto il grado di sovradimensionamento ottenuto è molto piccolo in tutte le simulazioni, ad eccezione della simulazione effettuata sul datacentre. Il motivo è da attribuire al fatto che DZLoad, durante la stagione invernale, considera le dispersioni delle pareti in contatto con il suolo direttamente proporzionali al perimetro e quindi sovrastima tale componente penalizzando il risultato per strutture di piccole dimensioni.
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Per quanto riguarda i risultati della versione semplificata invece si osservano scostamenti molto più grandi. Il motivo principale è sicuramente dovuto al fatto che i valori assegnati ai coefficienti di scambio termico, essendo i valori minimi normativi, sono molto più alti rispetto a quelli reali. Solo per quanto riguarda la serra si osserva una notevole sottostima dei carichi termici. Ciò è dovuto al fatto che i valori minimi normativi sono forniti per strutture convenzionale, ad es. in muratura. In ogni caso per quanto lo scostamento sia piuttosto grande si può comunque prevedere un utilizzo della versione semplificata di DZLoad come strumento di prima misura per verificare se la progettazione del sistema HVAC è stata fatta in maniera corretta oppure può essere utilizzato per calcolare la massima potenza termica installabile su una struttura situata in Algeria.
Ulteriori sviluppi riguardo al software DZLoad possono essere:
- Sviluppo di un’interfaccia grafica per facilitare e guidare l’inserimenti dei molti dati di input necessari alla simulazione;
- Utilizzare relazioni differenti da quelle presenti nella norma per quanto riguarda le pareti in contatto con il suolo, specialmente per il calcolo invernale; - Allargare la campagna di simulazione e confronto con Energy+ per località
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APPENDICE A
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APPENDICE B
- Classificazione dei comuni algerini in funzione della zona climatica invernale.
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APPENDICE C
INPUT DATI: VERSIONE COMPLETA
I FILE DI INPUT
- Pareti interne
Si riporta in Fig. C.1 il foglio di input relativo alle pareti interne.
Fig C.5 Foglio di input dati relativo alle caratteristiche edilizie delle pareti interne.
Il foglio di input relativo alle caratteristiche ed alla stratigrafia delle pareti interne è organizzato in maniera seguente:
- La prima colonna (A) è relativa alla identificazione ed indicizzazione dello strato che costituisce la parete interna;
- La seconda colonna (B) è relativa alla identificazione ed indicizzazione della parete;
- La terza colonna (C) identifica l’appartenenza alla parete dello strato descritto; - La quarta colonna (D) definisce lo spessore dello strato che costituisce la
parete;
- La quinta colonna (E) definisce il materiale che costituisce lo strato. Ad ogni numero è associato un materiale avente determinate caratteristiche fisiche e termiche (V. appendice A).
- La sesta colonna (F)identifica l’inclinazione della parete che può essere verticale (1), orizzontale con flusso di calore dall’alto verso il basso (2), orizzontale con flusso di calore ascendente (3);
- La settima colonna (G)indica se lo strato considerato può essere definito isolante da un punto di vista termico (1=sì);
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- Pareti in contatto con ambienti non condizionati
Si riporta in Fig. C.2 il foglio di input relativo alle pareti in contatto con ambienti non condizionati.
Fig C.2 Foglio di input dati relativo alle caratteristiche edilizie delle pareti in contatto con ambienti non condizionati.
Il foglio di input relativo alle caratteristiche ed alla stratigrafia delle pareti in contatto con ambienti non condizionati è organizzato in maniera seguente:
- La prima colonna (A) è relativa alla identificazione ed indicizzazione dello strato che costituisce la parete;
- La seconda colonna (B) è relativa alla identificazione ed indicizzazione della parete;
- La terza colonna (C) identifica l’appartenenza alla parete dello strato descritto; - La quarta colonna (D) definisce lo spessore dello strato che costituisce la
parete;
- La quinta colonna (E) definisce il materiale che costituisce lo strato. Ad ogni numero è associato un materiale avente determinate caratteristiche fisiche e termiche (V. appendice A).
- La sesta colonna (F)indica se lo strato considerato può essere definito isolante da un punto di vista termico (1=sì);
- La settima colonna (G)identifica l’inclinazione della parete che può essere verticale (1), orizzontale con flusso di calore dall’alto verso il basso (2), orizzontale con flusso di calore ascendente (3).
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- Pavimenti
Si riporta in Fig. C.3 il foglio di input relativo ai pavimenti.
Fig C.3 Foglio di input dati relativo alle caratteristiche edilizie dei pavimenti.
Il foglio di input relativo alle caratteristiche ed alla stratigrafia dei pavimenti è organizzato in maniera seguente:
- La prima colonna (A) è relativa alla identificazione ed indicizzazione dello strato che costituisce il pavimento;
- La seconda colonna (B) è relativa alla identificazione ed indicizzazione del pavimento;
- La terza colonna (C) identifica l’appartenenza al pavimento dello strato descritto;
- La quarta colonna (D) definisce lo spessore dello strato che costituisce il pavimento;
- La quinta colonna (E) definisce il materiale che costituisce lo strato. Ad ogni numero è associato un materiale avente determinate caratteristiche fisiche e termiche (V. appendice A).
- La sesta colonna (F) indica se lo strato considerato può essere definito isolante da un punto di vista termico (1=sì);
- La settima colonna (G) definisce l’altezza rispetto al suolo del pavimento descritto.
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- Pareti generiche in contatto con il suolo
Si riporta in Fig. C.4 il foglio di input relativo alle pareti in contatto con il suolo.
Fig C.4 Foglio di input dati relativo alle caratteristiche edilizie delle pareti in contatto con il suolo.
Il foglio di input relativo alle caratteristiche ed alla stratigrafia delle pareti in contatto con il suolo è organizzato in maniera seguente:
- La prima colonna (A) è relativa alla identificazione ed indicizzazione dello strato che costituisce la parete;
- La seconda colonna (B) è relativa alla identificazione ed indicizzazione della parete;
- La terza colonna (C) identifica l’appartenenza alla parete dello strato descritto; - La quarta colonna (D) definisce lo spessore dello strato che costituisce la
parete;
- La quinta colonna (E) definisce il materiale che costituisce lo strato. Ad ogni numero è associato un materiale avente determinate caratteristiche fisiche e termiche (V. appendice A).
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- Finestre
Si riporta in Fig. C.5 il foglio di input relativo finestre.
Fig C.5 Foglio di input dati relativo alle caratteristiche edilizie delle finestre.
Il foglio di input relativo alle caratteristiche delle finestre è organizzato in maniera seguente: - La prima colonna (A) è relativa al tipo di finestra;
- La seconda colonna (B) definisce il coefficiente di scambio termico;
- La terza colonna (C) definisce la tipologia dell’infisso utilizzato (1=legno 2=metallo); - La quarta colonna (D) definisce il fattore solare della finestra, ovvero la percentuale di
radiazione solare trasmessa dalla parete vetrosa. Se il coefficiente è pari a 0 il serramento riflette completamente la radiazione solare mentre se è pari a 1 la radiazione solare è integralmente trasmessa dalla parete vetrosa;
- La quinta colonna (E) definisce se l’eventuale mensola esterna della finestra è orizzontale (1) o verticale (2). Tale valore serve a calcolare l’eventuale ombra proiettata sulla parete vetrosa;
- La sesta colonna (F) definisce la lunghezza della mensola esterna;
- Nella settima colonna (G) viene indicata la presenza di un’eventuale presenza di elementi protettivi interni alla finestra per la schermatura solare (1=sì 0=no)
- L’ottava colonna (H) descrive la tipologia di serramento secondo la norma DTR C.3.2 riguardo le infiltrazioni invernali (v. Par. 2.1.2.5)
- La nona colonna (I) definisce lo spessore dell’eventuale intercapedine di aria presente all’interno della finestra;
- La decima colonna (J) definisce l’orientamento della finestra (1=orizzontale 2=verticale);
- Nell’undicesima colonna (K) si indica la presenza di eventuali tende (1=sì 2=no); - Nella dodicesima colonna (L) si indica la presenza di eventuali tende di tipo mantovano
(1=sì 2=no);
- Nella tredicesima colonna (M) si indica l’eventuale presenza di elementi protettivi (1sì 2=no);
- La quattordicesima colonna (N) definisce lo spessore dell’eventuale elemento protettivo;
- La quindicesima colonna (O) definisce il materiale che costituisce l’eventuale elemento protettivo interno. Ad ogni numero è associato un materiale avente determinate caratteristiche fisiche e termiche (V. appendice A).
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- La sedicesima colonna (P) descrive la tipologia di serramento secondo la norma DTR C.3.4 riguardo le infiltrazioni estive;
- La diciassettesima colonna (Q) descrive la tipologia di ambiente circostante alla struttura secondo quanto stabilito nella norma DTR C.3.4 (v. Par. 2.1.2.5). Tale valore influisce sulle infiltrazioni di aria esterna in regime invernale.
- Porte
Si riporta in Fig. C.6 il foglio di input relativo alle porte.
Fig C.6 Foglio di input dati relativo alle caratteristiche edilizie delle porte.
Il foglio di input relativo alle caratteristiche delle porte è organizzato in maniera seguente:
- La prima colonna (A) è relativa al tipo di porta;
- La seconda colonna (B) definisce il materiale della porta (1=legno 2=metallo);
- La terza colonna (C) descrive la tipologia di porta secondo la norma DTR C.3.4 riguardo le infiltrazioni estive;
- La quarta colonna (D) indica l’ambiente a contatto con la porta (1=esterno 2=ambiente non condizionato);
- La quinta colonna (E) definisce la frazione di vetro che costituisce la porta.
- La sesta colonna (F) descrive la tipologia di porta secondo la norma DTR C.3.2 riguardo le infiltrazioni invernali (v. Par. 2.1.2.5);
- La sesta colonna (G) descrive la tipologia di ambiente circostante alla struttura secondo quanto stabilito nella norma DTR C.3.4. Tale valore influisce sulle infiltrazioni di aria esterna in regime invernale.
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- Profili di occupazione delle zone termiche
Si riporta in Fig. C.7 il foglio di input relativo ai profili di occupazione.
Fig C.7 Foglio di input dati relativo ai profili di occupazione.
Il file di input relativo ai profili di occupazione descrive la percentuale di occupazione di una certa tipologia di zona termica. La prima colonna (A) indica il tipo di profilo mentre gli altri valori tabellati indicano l’occupazione percentuale della zona termica nell’arco delle 24 ore. Nel caso in cui il valore sia zero la zona termica è inoccupata mentre nel caso in cui il valore sia 1 significa che la zona è totalmente occupata e il numero di persone presenti è pari a quello definito nel secondo file di input.
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II FILE DI INPUT
Si descrive adesso il secondo file di input che descrive la geometria e la tipologia di utilizzo della struttura. Anche in questo caso il file di input è organizzato su più fogli ciascuno dei quali descrive una tipologia di input similari.
In particolare i dati di ogni foglio descrivono le caratteristiche geometriche e di utilizzo di: - Zone termiche climatizzate (VOLUMI)
- Pareti esterne (PARETI_EXT);
- Pareti in contatto con ambienti non condizionati (PARETI_NC); - Pareti interne (PARETI_INT);
- Pavimenti (PAVIMENTI); - Pareti vetrose (FINESTRE); - Porte (PORTE);
- Ponti termici in contatto con l’esterno (PONTI_EXT); - Pareti in contatto con il suolo (VOLTE);
- Ponti termici in contatto con ambienti non condizionati (PONTI_NC) - Dati geografici, climatici ed ulteriori opzioni di simulazione (CLIMA);
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- Zone termiche climatizzate
Si riporta in Fig. C.8 il foglio di input relativo alle zone termiche climatizzate.
Fig C.8 Foglio di input dati relativo alle zone termiche.
Il foglio di input relativo alle zone termiche considerate per la climatizzazione, invernale ed estiva, è organizzato in maniera seguente:
- La prima colonna (A) identifica la zona termica;
- La seconda colonna (B) definisce il volume della zona termica;
- La terza colonna (C) stabilisce i ricambi d’aria necessari per la zona termica; - Nella quarta colonna (D) si fissa l’umidità relativa desiderata della zona termica; - Nella quinta colonna (E) si fissa la temperatura interna estiva desiderata della zona
termica;
- Nella sesta colonna (F) si fissa la temperatura interna invernale desiderata della zona termica;
- Nella settima colonna (G) si definisce l’area della zona termica;
- Nell’ottava colonna (H) si stabilisce il numero massimo di persone presenti all’interno della zona termica. Questo dato sarà utilizzato insieme ai profili di occupazione (SCHEDULE) per stabilire l’effettiva occupazione della zona termica nell’arco delle ventiquattro ore;
- Nella nona colonna (I) si definisce l’eventuale potenza dispersa in calore dalle apparecchiature presenti all’interno della zona termica;
- Nella decima colonna (J) si definisce l’eventuale presenza aggiuntiva di oggetti molto ingombranti per valutare l’inerzia termica della zona termica considerata. Nel caso in cui non siano presenti masse voluminose ed ingombranti il valore è pari a 0;
- Nell’undicesima colonna (K) si definisce la tipologia di utilizzo della zona termica (teatro, auditorium, palestra, etc.) e per ogni categoria viene assegnata un’attività metabolica delle persone presenti e un livello di illuminazione differente. Per maggiori dettagli si rimanda al Par. 2.1.3.5;
- Nella dodicesima colonna (L) si sceglie il profilo di occupazione orario definito nel primo file di input
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- Pareti esterne
Si riporta in Fig. C.9 il foglio di input relativo pareti esterne.
Fig C.9 Foglio di input dati relativo alla geometria e all’orientamento delle pareti esterne.
Il foglio di input relativo alle pareti in contatto con l’ambiente esterno è organizzato in maniera seguente:
- Nella prima colonna (A) si identifica la parete;
- Nella seconda colonna (B) si definisce il tipo di parete, descritto nel primo file di input relativo alle stratigrafie;
- Nella terza colonna (C) si definisce l’area della parete;
- Nella quarta colonna (D) si definisce l’orientamento della parete (N=nord, S=sud W=ovest E=est H=orizzontale);
- Nella quinta parete (E) si definisce la zona termica con cui la parete è in contatto.
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- Pareti in contatto con ambienti non condizionati
Si riporta in Fig. C.10 il foglio di input relativo alle pareti in contatto con ambienti non condizionati.
Fig C.10 Foglio di input dati relativo alla geometria delle pareti in contatto con ambienti non condizionati.
Il foglio di input relativo alle pareti in contatto con ambienti non condizionati è organizzato in maniera seguente:
- Nella prima colonna (A) si identifica la parete;
- Nella seconda colonna (B) si definisce il tipo di parete, descritto nel primo file di input relativo alle stratigrafie;
- Nella terza colonna (C) si definisce l’area della parete;
- Nella quarta colonna (D) si definisce l’orientamento della parete si definisce la densità superficiale del pavimento dell’ambiente non condizionato adiacente. Tale valore serve a valutare l’inerzia termica dell’ambiente non condizionato adiacente;
- Nella quinta colonna (E) si stabilisce se l’ambiente non condizionato è fortemente ventilato (1=sì 0=no);
- Nella sesta colonna (F) si definisce la tipologia dell’ambiente non condizionato secondo quanto stabilito nella norma DTR C.3. (v. Appendice F);
- Nella settima colonna (G) si definisce il parametro Tau secondo quanto stabilito nella norma DTR C.3.2 (v. Appendice F);
- Nell’ottava colonna (H) si stabilisce la zona termica con cui la parete è in contatto.
- Pareti interne
Si riporta in Fig. C.11 il foglio di input relativo alle pareti interne in contatto con ambienti a differente temperatura.
Fig C.11 Foglio di input dati relativo alla geometria delle pareti interne in contatto con altri ambienti climatizzati.
Il foglio di input relativo alle pareti interne è organizzato in maniera seguente: - Nella prima colonna (A) si identifica la parete;
- Nella seconda colonna (B) si definisce il tipo di parete, descritto nel primo file di input relativo alle stratigrafie;
- Nella terza colonna (C) si definisce l’area della parete;
- Nella quarta colonna (D) si stabilisce la temperatura del locale adiacente; - Nella quinta parete (E) si definisce la zona termica con cui la parete è in
contatto.
Nel caso in cui i locali adiacenti alla parete interna si trovino alla stessa temperatura non vengono considerati le dispersioni o i guadagni termici legati a tale pareti.
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- Pavimenti
Si riporta in Fig. C.12 il foglio di input relativo ai pavimenti.
Fig C.12 Foglio di input dati relativo alla geometria delle pareti interne in contatto con altri ambienti climatizzati.
Il foglio di input relativo ai pavimenti è organizzato in maniera seguente: - Nella prima colonna (A) si identifica il pavimento;
- Nella seconda colonna (B) si definisce il tipo di pavimento, descritto nel primo file di input relativo alle stratigrafie;
- Nella terza colonna (C) si definisce come è posizionato l’eventuale materiale isolante del pavimento (v. Par 2.2.2.3);
- Nella quarta colonna (D) si definisce la lunghezza dell’eventuale isolante presente;
- Nella quinta parete (E) si definisce il perimetro del pavimento in contatto con l’ambiente esterno;
- Nella sesta colonna (F) si definisce l’area del pavimento entro i 5 metri in contatto con l’ambiente esterno;
- Nella settima colonna (G) si determina la zona termica con cui è in contatto il pavimento.
Sono necessarie sia l’area entro i 5 metri che il perimetro in contatto con l’ambiente esterno poiché per calcolare le richieste termiche invernali la norma DTR C.3.2 si basa sul perimetro esterno mentre le richieste termiche estive sono calcolate utilizzando l’area entro i 5 metri dall’ambiente esterno, secondo la norma DTR C.3.4.
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- Finestre
Si riporta in Fig. C.13 il foglio di input relativo alle finestre.
Fig C.13 Foglio di input dati relativo alla geometria delle finestre.
Il foglio di input relativo alle finestre è organizzato in maniera seguente: - Nella prima colonna (A) si identifica la finestra;
- Nella seconda colonna (B) si definisce il tipo di finestra, descritto nel primo file di input relativo alle caratteristiche delle finestre;
- Nella terza colonna (C) si determina l’orientamento e l’esposizione verso l’ambiente esterno della finestra;
- Nella quarta colonna (D) si definisce la lunghezza orizzontale della finestra; - Nella quinta colonna (E) si definisce la lunghezza verticale della finestra; - Nella sesta colonna (F) si definisce la quota rispetto al terreno della finestra; - Nella settima colonna (G) si determina la zona termica con cui è in contatto la
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- Porte
Si riporta in Fig. C.14 il foglio di input relativo alle porte.
Fig C.14 Foglio di input dati relativo alla geometria delle porte.
Il foglio di input relativo alle porte è organizzato in maniera seguente: - Nella prima colonna (A) si identifica la porta;
- Nella seconda colonna (B) si definisce il tipo di porta, descritto nel primo file di input relativo alle caratteristiche delle porte;
- Nella terza colonna (C) si determina l’orientamento e l’esposizione verso l’ambiente esterno della porta;
- Nella quarta colonna (D) si definisce l’area della porta;
- Nella quinta colonna (E) si definisce la quota rispetto al terreno della porta; - Nella sesta colonna (F) si determina la zona termica con cui è in contatto la
finestra.
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- Ponti termici in contatto con l’ambiente esterno
Si riporta in Fig. C.15 il foglio di input relativo ai ponti termici in contatto con l’ambiente esterno.
Fig C.15 Foglio di input dati relativo alla geometria dei ponti termici in contatto con l’ambiente esterno.
Il foglio di input relativo ai ponti termici in contatto con l’ambiente esterno è organizzato in maniera seguente:
- Nella prima colonna (A) si identifica il ponte termico;
- Nella seconda colonna (B) si definisce il tipo di ponte secondo quanto previsto dalla norma DTR C.3.2;
- Nella terza colonna (C) si identifica la parete coinvolta nel ponte termico; - Nella quarta colonna (D) si identifica l’eventuale seconda parete coinvolta nel
ponte termico a seconda della tipologia del ponte termico stesso;