Distribuzione oraria del fabbisogno

Il fabbisogno di riscaldamento dell’edificio è drasticamente influenzato, oltre che dalle caratteristiche di isolamento dello stesso, dall’andamento delle temperature medie orarie esterne della località climatica nella quale è situato.

La definizione del profilo di distribuzione della temperatura media esterna, durante tutto l’arco dell’anno, è stato infatti il primo obiettivo che ci siamo posti di ottenere. Prendendo i dati climatici delle città considerate, ed utilizzando il software ‘Trnsys 16’

(TRaNsient SYstem Simulation program) come strumento di simulazione dinamica,

siamo riusciti ad estrapolare, ora per ora, la distribuzione delle temperature esterne per singola zona.

Figura 17 - Stampa andamento temperature esterne per località climatica

Il semplice modello di Figura 17, sviluppato per l’ottenimento delle temperature, è composto da due applicativi: il “Type15-2” (File Meteo), componente dedito alla lettura di dati meteo forniti come input mediante file, operante l’interpolazione degli stessi al fine di renderli disponibili per calcoli successivi (TRNSYS 16 Documentation)_{, ed il} “Type65b” (Stampa temperature esterne), che permette la stampa su file, in formato testo, dei dati in uscita dal precedente (TRNSYS 16 Documentation)_.

Pagina | 52 20, si è reso agevole poter fare alcune considerazioni in merito alla similarità delle curve, ma anche sottolinearne le differenze.

Figura 18 - Andamento delle temperature esterne per Milano

La città di Milano, rappresentativa della zona climatica E, presenta, in piena stagione invernale, delle temperature che facilmente raggiungono gli 0°C, ed in alcune ore vanno ben al di sotto di tale soglia. La scelta della pompa di calore che dovrà servire l’edificio qui collocato, dovrà tenere rilevante conto di tale vincolo, al fine di non incorrere nell’impossibilità di funzionamento per condizioni al di fuori da quelle di progetto di macchina.

Per ovviare a questo problema è importante stabilire la temperatura di progetto esterna: valore limite di temperatura in coincidenza del quale si garantisca il corretto funzionamento d’impianto. Questo parametro è di grande rilievo quando si ha a che fare con le pompe di calore: per la località di Milano, abbiamo deciso di prenderlo pari a - 5°C (UNI 5364, 1976)_{, avendo però l’accortezza di verificare che la VCHP, da catalogo,} possa effettivamente lavorare ben al di sotto di tale limite, garantendo così all’edificio il soddisfacimento dei carichi di riscaldamento e di ACS anche nei periodi più rigidi (si fissa in almeno -10°C il limite inferiore di funzionamento della macchina, alla massima temperatura operativa).

Contrariamente, invece, per le GAHP non si ha una forte problematica nella scelta del valor minimo di temperatura d’esercizio: il sistema di generazione a combustione, a

-10,00 -7,00 -4,00 -1,00 2,00 5,00 8,00 11,00 14,00 17,00 20,00 23,00 26,00 29,00 32,00 35,00 T [° C]

Analisi comparativa

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bordo macchina, permette una continuità di lavoro anche a temperature esterne particolarmente ridotte, garantendo sempre la temperatura di mandata prevista (pur ammettendo un maggiore consumo di combustibile).

Figura 19 - Andamento della temperatura esterna per Roma

La città di Roma, rappresentativa della zona climatica D, risente, in piena stagione invernale, di temperature medie esterne meno rigide della precedente, Figura 19: vengono raggiunti facilmente i 5°C, ma raramente si scende al di sotto gli 0°C; abbiamo quindi scelto di prendere tale valore come temperatura limite di progetto esterna (UNI 5364, 1976)_.

Analogamente a quanto detto per la zona climatica E, anche in questo caso la scelta della pompa di calore a compressione di vapore è bene che abbia come temperatura limite di funzionamento, alla massima operativa di mandata, un valore almeno inferiore agli 0°C, prendendo quindi - 5°C, garantendo così di poter sempre funzionare e sopperire ai fabbisogni dell’edificio.

Per la GAHP valgono le medesime considerazioni fatte per la zona E, sostenute ancor più dalla minore rigidità delle temperature.

-4,00 -1,00 2,00 5,00 8,00 11,00 14,00 17,00 20,00 23,00 26,00 29,00 32,00 35,00 T [° C]

Pagina | 54 Figura 20 - Andamento della temperatura esterna per Brindisi

Passando, infine, alla città di Brindisi, rappresentativa della zona climatica C, le temperature medie esterne, come previsto, si presentano ancora meno rigide che nel caso precedente, ed è evidente, Figura 20, come si possa rilevare una temperatura esterna, in piena stagione invernale, superiore anche ai 6 - 7°C, mentre come altrettanto difficilmente si scenda al di sotto degli 1 - 2°C.

La temperatura di progetto esterna può essere posta, in questo caso, pari a 0°C (UNI 5364, 1976)_{, ed essere coincidente alla temperatura limite di funzionamento prevista per la} VCHP, perché difficilmente verrà raggiunta.

Oltre alle temperature, un ulteriore parametro che permette la differenziazione di una zona climatica dall’altra, è la durata del periodo di riscaldamento (UNI ts 11300 - parte 1, 2008)_.

Per zone climatiche particolarmente rigide, caratterizzate da basse temperature medie esterne, la durata massima del periodo di funzionamento dell’impianto di riscaldamento è notevolmente più estesa che per altre, così da controbilanciare le dissipazioni di potenza verso l’esterno e mantenere le condizioni di progetto previste negli ambienti interi all’edificio.

È riportata in Tabella 11, la suddivisione delle durate dei periodi di riscaldamento per differente zona climatica (UNI ts 11300 - parte 1, 2008)_.

-1,50 1,50 4,50 7,50 10,50 13,50 16,50 19,50 22,50 25,50 28,50 31,50 34,50 37,50 T [° C]

Analisi comparativa

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Zona Climatica Inizio Fine Durata Risc (giorni) A 1° Dicembre 15 Marzo 105 B 1° Dicembre 31 Marzo 121 C 15 Novembre 31 Marzo 136 D 1° Novembre 15 Aprile 166 E 15 Ottobre 15 Aprile 182 F 5 Ottobre 22 Aprile 194 Tabella 11 - Durate periodi di riscaldamento per zona climatica

Dai dati ottenuti siamo passati alla valutazione del fabbisogno lordo globale di riscaldamento richiesto dall’edificio su scala annuale, ottenuto moltiplicando il valore scelto come riferimento della classe energetica considerata, EPH_classe, per la superficie netta dell’edificio (o della porzione di edificio considerata).

𝑄𝑆𝐻𝑡𝑜𝑡= 𝐸𝑃𝐻_𝑐𝑙𝑎𝑠𝑠𝑒∗ 𝑆 [𝑘𝑊ℎ 𝑎𝑛𝑛𝑜⁄ ]

La distribuzione del carico di riscaldamento su scala oraria è stata valutata con la definizione delle temperature di progetto d’impianto, questo perché abbiamo scelto di distribuire tale fabbisogno al fine di poter sviluppare delle logiche di gestione di macchina che ci permettessero di soddisfarlo istante per istante. Le temperature di progetto d’impianto sono: l’interna all’ambiente da riscaldare, la limite esterna e la temperatura di bilanciamento, T_balance, che rappresenta il valore di temperatura esterna in coincidenza della quale la pompa di calore si trova nella condizione di non dover più riscaldare l’edificio (perché contribuiscono al raggiungimento della T di comfort anche i carichi interni all’ambiente e la radiazione solare), Tabella 12.

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bilanciamento è il PLR, o “Par Load Ratio”, definito come rapporto tra due differenze di temperatura: a numeratore, la T_balance e la temperatura esterna oraria, mentre a denominatore, la T_balance e la temperatura limite di progetto esterna.

𝑃𝐿𝑅_(𝑖)= 𝑇𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒− 𝑇𝑎𝑚𝑏_𝑒𝑠𝑡(𝑖) 𝑇_{𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒}− 𝑇_{𝑝𝑟𝑜𝑔_𝑒𝑠𝑡}

Il PLR valuta, quando maggiore di zero, l’entità di fabbisogno di riscaldamento ambiente: assume valore unitario quando la temperatura esterna è pari a quella di progetto (es: - 5°C per zona climatica E), si mantiene minore di uno se la temperatura esterna risulta maggiore del valore di progetto, mentre tende a zero quando la temperatura esterna tende a 16°C, ovvero alla temperatura di bilanciamento. Teoricamente il PLR potrebbe assumere anche valore negativo, richiamando, di conseguenza, l’esigenza di raffrescamento dell’edificio, ma, nel nostro caso, non avendo considerato la possibilità di produzione contemporanea di potenza termica e frigorifera, perché esigerebbe una complicazione modellistica notevole, viene posto convenzionalmente pari a zero quando si presenta come tale.

La stima del carico orario lordo di riscaldamento, 𝑄𝑆𝐻(𝑖), l’abbiamo valutata ripartendo

il totale sui PLR orari, divenendo quindi:

𝑄𝑆𝐻(𝑖) =

𝑄_{𝑆𝐻_𝑡𝑜𝑡} ∑8760𝑃𝐿𝑅_(𝑖)

𝑖=0

[𝑘𝑊ℎ]