Energy Plus

EnergyPlus è un software basato sui programmi BLAST (Building Loads Analysis and System Thermodynamics) e DOE-2, sviluppati negli Anni 80 per poter eseguire stime e simulazioni sui carichi energetici degli edifici, tramite il metodo HBM (v. paragrafo 1.4.1). La natura open source del software, realizzato dal Dipartimento Energetico degli Stati Uniti, ha permesso di superare di gran lunga le capacità degli altri programmi di riferimento e l’ha reso uno dei più affidabili strumenti di simulazione presenti nel settore.

Un’alternativa affidabile a EnergyPlus è TRNSYS, che però è un software a pagamento.

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EnergyPlus consente, attraverso la simulazione dinamica, la stima dei carichi energetici di una determinata struttura edilizia (residenziale, commerciale o industriale) e permette di condurre un’analisi integrata del rendimento energetico dell’edificio in esame e degli impianti che ne fanno parte.

Proprio per l’elevato grado d’analisi che il software consente in fase di progetto, i destinatari principali di tale software sono ingegneri e architetti che attraverso questo strumento di lavoro hanno potuto e possono ottimizzare le prestazioni energetiche dell’edificio o dei singoli impianti che lo compongono.

Gli elementi che caratterizzano il software EnergyPlus sono:

- la possibilità di considerare una soluzione integrata e simultanea del sistema edificio (involucro esterno) e dell’impianto;

- utilizzo di intervalli di simulazione inferiori ad un’ora;

- soluzioni basate sul bilancio termico (Heat Balance Method) ottenute sfruttando il calcolo in regime transitorio;

- possibilità di studio del benessere termo-igrometrico degli occupanti dell’edificio, calcolo e verifica igrometrica tramite il modello EMPD (Effective Moisture Penetration Depth Model);

- calcoli avanzati sulla radiazione entrante dalle finestre (possibilità di analisi strato per strato, variazione degli ombreggiamenti…);

- stima, calcolo e controllo delle emissioni inquinanti; - possibilità di collegamento e iterazione con altri software; - controlli sull’illuminazione interna;

Il punto di partenza, per l’analisi, è la struttura edilizia della quale devono essere fornite le caratteristiche strutturali, costruttive e impiantistiche. La simulazione dinamica al software permette di calcolare i fabbisogni energetici della struttura in termini di:

- Carichi termici di riscaldamento e raffrescamento necessari per mantenere le temperature limite impostate

- Carichi termici per la produzione di acqua calda - Carichi energetici per la ventilazione

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In Fig. 1.26 è possibile osservare che Energy Plus è architettato secondo una struttura modulare che permette interazioni con interfacce di altri programmi e con l’interfaccia utente per quanto riguarda la descrizione dell’edificio e la visualizzazione dei risultati.

Figura 1.26 Energy Plus: interazione con altri software

I vari moduli sono coordinati e richiamati, durante la simulazione di un edificio, da una subroutine principale definita Manage Simulation che controlla i seguenti percorsi di simulazione: ambiente, ora, giorno, timestep sub orario.

EnergyPlus non è un programma con interfaccia “user friendly”, infatti legge come input e fornisce come output unicamente file di testo. Per questo motivo per avere una fruizione più pratica del motore di calcolo sono state messe a punto moltissime interfacce grafiche. Nel presente studio è stato scelto di utilizzare come interfaccia il software OpenStudio.

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- Openstudio

Openstudio è una delle molte interfacce grafiche di Energy+ che permette di modificare il file di input IDF, ovvero il file di input di Energy+, in maniera più semplice, dal momento che il file IDF si presenta come un file di testo. Prevede un plug-in di SketchUp, programma ampiamente utilizzato nella modellazione 3D, come si osserva in Fig. 1.27.

Fig.1.27 Interfaccia grafica di OpenStudio

Dopo aver modellato la geometria dell’edificio in SketchUp, è possibile tramite OpenStudio creare e modellare diverse zone termiche e impostarne i parametri principali legati ai materiali costruttivi utilizzati e alla tipologia di utilizzo.

L’uso di OpenStudio facilita la creazione della geometria dell’edificio in quanto EnergyPlus, privo di un’interfaccia grafica per la creazione di un modello 3D, richiede l’inserimento manuale delle coordinate di tutti i vertici. Tramite l’interfaccia grafica anche l’inserimento di altri parametri risulta di più facile inserimento, come si osserva nella Fig. 1.28.

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L’interfaccia grafica di SketchUp permette inoltre di disegnare eventuali elementi ombreggianti in maniera molto semplice e intuitiva.

Dal momento che il programma utilizza il metodo HBM i risultati che si ottengono sono estremamente affidabili. I principali problemi relativi a Energy+ risiedono nei tempi di calcolo che sono indubbiamente maggiori rispetto ad altri programmi di simulazione semi-stazionaria (ad esempio STIMA 10-TFM) e nell’elevato numero di input necessari alla simulazione.

Inoltre per quanto il metodo di valutazione dei carichi termici utilizzato da Energy+ (HBM) sia senza dubbio scientificamente rigoroso, non prende in considerazione le normative locali e quindi è meno adatto alla progettazione vera e propria di impianti HVAC, normata in molti paesi inclusa l’Algeria.

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CAPITOLO II

La necessità di sviluppare un software per il calcolo delle strutture in Algeria deriva dal fatto che l’azienda partner TCS, presso la quale è stato svolto il tirocinio, dovendo realizzare alcuni progetti relativi al condizionamento di strutture nel paese nordafricano si è ritrovata ad utilizzare software inadatti a tale scopo. TCS infatti ha utilizzato finora il software STIMA che basandosi sulla normativa italiana per il calcolo dei carichi termici e non avendo i dati climatici relativi alle località algerine nel proprio database mal si presta al calcolo energetico delle strutture. Per questa esigenza è nato quindi il progetto relativo allo sviluppo di un software che utilizzasse la normativa algerina per il calcolo dei fabbisogni termici e successivo sviluppo dell’impianti HVAC. L’utilizzo della norma inoltre costituisce un valore aggiunto in quanto rende la progettazione degli impianti HVAC più consistente da un punto di vista legislativo.

Nel capitolo seguente verrà illustrata la versione completa (2.1) del software sviluppato DZLoad e la versione semplificata (2.2) illustrando la procedura di calcolo per i componenti edilizi che costituiscono la struttura.