Generazione dei templates

Per cercare di ottenere risultati il quanto più possibile rispecchianti la situazione reale, sono stati opportunamente definiti nel software di simulazione i templates delle attività che includono: la definizione delle zone termiche, degli apporti interni, del periodo di riscaldamento e di raffrescamento con le relative temperature si set-point, e della ventilazione meccanica, così come illustrato in dettaglio nel seguito.

I Templates delle attività definiscono l’utilizzo delle zone in cui è stato suddiviso l’edificio. I dati che devono essere inseriti riguardano l’occupazione, l'uso delle attrezzature, le temperature interne di progettazione, i livelli d'illuminazione e di ventilazione. I Templates delle attività realizzati per il cubo 46C sono tre:

 Zone semi esterne non condizionate,

 Zone ufficio,

Capitolo 4 Prestazioni energetiche della copertura a verde

180 Fig. 4.50. Zonizzazione termica del terzo e quarto piano

Dalle due piante si nota che le zone esposte ad est, evidenziante in pianta dal colore grigio, sono zone esterne non condizionate, difatti essendo zone di collegamento tra i vari piani (vi sono scale, ascensori, disimpegni e servizi igienici) non prevedono alcun impianto di riscaldamento o raffreddamento.

Per il settaggio degli apporti interni i valori utilizzati sono stati estratti dalla norma UNI TS 11300-1 relativa alla determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva ed invernale. Tale norma riporta due differenti metodologie di calcolo degli apporti interni: una globale, generalmente impiegata in fase di progetto per la certificazione energetica dell’edificio, una dettagliata, maggiormente adatta alla definizione dell’audit energetico e della verifica dei consumi reali di un edificio già esistente. Il caso studio attinge ai valori dettagliati dei profili temporali degli apporti termici degli occupanti e delle apparecchiature. Per edifici adibiti ad uffici è stato utilizzato il prospetto 10 della norma UNI TS 11300-1 di seguito riportata [14]:

Zona 10

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181 Fig. 4.51. Profili temporali degli apporti termici dagli occupanti e dalle apparecchiature per edifici

adibiti ad uffici.

Quindi :

 Per il Template “Zona Ufficio” si ha un apporto interno raggruppato di massimo 20 W/m2

;

 Per il Template “Zona di passaggio” si ha un apporto raggruppato di massimo 8 W/m2

.

Relativamente al raffrescamento e al riscaldamento si definiscono le temperature di set-point e set-back rispettivamente a 26 °C e 35 °C nel primo caso, 20 °C e 5 °C nel secondo.

È stata inoltre definita una Schedule di funzionamento sia per l’impianto di raffrescamento che di riscaldamento. La Schedule, infatti, rappresenta i profili di funzionamento dei sistemi di climatizzazione per fase orarie quotidiane, giorni della settimana, mesi e anno; tali indicazioni dipendono dalla città di appartenenza dell’edificio in esame, e in particolare della fascia climatica in cui tale città ricade. Il valore di aria minima di rinnovo inserito è stato ricavato dalla normativa UNI 10339 [15] e viene determinato come prodotto tra l’aria minima di rinnovo, per uso ufficio, pari a 11 l/s per persona e l’indice di affollamento pari a 0,06 persona/mq. Il valore definitivo inserito nel codice risulta, pertanto 0,66 l/s m².

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182 Fig. 4.52. Portata dell’aria esterna in edifici adibiti ad uso civile, UNI 10339.

4.2.3 Simulazione energetica della copertura a verde

Eseguita la modellazione geometrica dell’edificio, la definizione delle proprietà dei materiali, degli impianti di riscaldamento e raffrescamento, della destinazione d’uso e dei dati climatici del sito in cui il cubo universitario è collocato, si è proceduto con la simulazione dinamica attraverso l’ausilio del codice Energy Plus, attraverso cui è stato possibile risalire all’entità dei consumi energetici degli impianti, considerati a regime discontinuo, ossia con funzionamento esclusivo nelle ore e nei giorni lavorativi. La durata di funzionamento degli impianti di climatizzazione, è determinata in funzione della zona climatica di appartenenza. Essendo il cubo universitario situato a Rende, e rientrante di conseguenza nella zona climatica D, viene ritenuta stagione di riscaldamento, come dettato dalla norma UNI TS 11300 [14], il periodo intercorrente tra il 1° Novembre e il 15 Aprile; quella di raffrescamento comprende, in maniera semplificata, i rimanenti mesi dell’anno.

Le analisi verificanti le prestazioni termiche della copertura a verde sono state effettuate ponendo a confronto i consumi energetici dell’edificio (di cui si sono presi in considerazione solamente i due livelli sottostanti alla copertura) con diverse ipotesi di realizzazione della tipologia di copertura:

1 Copertura interamente costituita da solaio tradizionale in c.a.p. (Caso di riferimento); 2 Copertura interamente costituita dalla stratigrafia “Settore 1”;

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183 4 Copertura interamente costituita dalla stratigrafia “Settore 3”;

5 Copertura con presenza contemporanea di 4 differenti settori, data dalla combinazione delle tipologie precedentemente elencate, così come si presenta in realtà il sito sperimentale.

Le coperture appena definite sono state ipotizzate esclusivamente sulla porzione di tetto corrispondente agli ambienti riscaldati, ad esclusione di quella parte occupata dalla lamiera zincata. In relazione a tutta la superficie della copertura, pari a 414,2 m², la lamiera zincata ne rappresenta un 17,7%, la porzione di tetto corrispondente alla zona non riscaldata è pari al 13,0% , mentre la porzione di copertura su cui sono state disposte le differenti stratigrafie da analizzare corrisponde al 69,3%.

Copertura tradizionale.

Tale tipo di copertura presenta un valore di trasmittanza globale pari a 0,59 W/m2K. Vengono di seguito riportati i risultati delle simulazioni, espressi in termini di fabbisogni mensili per il riscaldamento e per il raffrescamento. I valori sono normalizzati rispetto all’area utile degli ambienti riscaldati ; pertanto sono espressi in Wh/m2. Le simulazioni si pongono come riferimento nella valutazione dell’effetto benefico dovuto all’installazione di una copertura vegetata su di un edificio esistente. La differenza tra i risultati delle simulazioni ottenuti nelle ipotesi di installazione delle diverse tipologie di copertura a verde e nell’ipotesi di solaio tradizionale permette di quantificare i risparmi energetici conseguibili, in termini di fabbisogno di energia termica dell’edificio, o meglio degli ultimi due piani (che risentono maggiormente degli effetti del tetto verde).

Tab. 4.3 Fabbisogni termici mensili dell’edificio con copertura tradizionale Riscaldamento [Wh/m2] Raffrescamento [Wh/m2] Gennaio 5191 0 Febbraio 3480 0 Marzo 1178 0 Aprile 282 0 Maggio 0 -3243 Giugno 0 -6731 Luglio 0 -9078 Agosto 0 -8528 Settembre 0 -5024

Capitolo 4 Prestazioni energetiche della copertura a verde 184 Ottobre 0 -897 Novembre 690 0 Dicembre 3736 0 Totale 14558 -33501

Fig. 4.53. Fabbisogni mensili dell’edificio nel caso di riferimento

Copertura “Settore 1”

Tale tipo di copertura presenta un valore di trasmittanza globale pari a 0,34 W/m2K. Di seguito si riportano i fabbisogni di energia termica per il riscaldamento e per il raffrescamento nell’ipotesi che la copertura del cubo 46C sia completamente ricoperta da un tetto verde con stratigrafia pari a quella del Settore 1.

Tab. 3.3 Fabbisogni termici mensili dell’edificio con copertura Settore 1 Riscaldamento [Wh/m2] Raffrescamento [Wh/m2] Gennaio 4416 0 Febbraio 2970 0 Marzo 978 0 Aprile 199 0 Maggio 0 -3166 Giugno 0 -6109 -10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 Wh/m 2 Riscaldamento Raffrescamento

Capitolo 4 Prestazioni energetiche della copertura a verde 185 Luglio 0 -8147 Agosto 0 -7719 Settembre 0 -4671 Ottobre 0 -1007 Novembre 459 0 Dicembre 3071 0 Totale 12092 -30819

Fig. 4.54. Fabbisogni mensili dell’edificio con copertura Settore 1

Copertura “Settore 2”

Tale tipo di copertura avente un valore di trasmittanza globale pari a 0,34 W/m2K equivalente a quella del settore 1. Dalle simulazioni si ottengono risultati identici al caso precedente.

Copertura “Settore 3”

Tale tipo di copertura avente un valore di trasmittanza globale pari a 0,26 W/m2K. Di seguito si riportano i fabbisogni di energia termica per il riscaldamento e per il raffrescamento nell’ipotesi che la copertura del cubo 46C sia completamente ricoperta da un tetto verde con stratigrafia pari a quella del Settore 3.

-10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 W h/ m 2 Riscaldamento Raffrescamento

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186 Tab. 4.4 Fabbisogni termici mensili dell’edificio con copertura Settore 3

Riscaldamento [Wh/m2] Raffrescamento [Wh/m2] Gennaio 4190 0 Febbraio 2697 0 Marzo _{806 0} Aprile 121 0 Maggio 0 -3668 Giugno _{0 -6400} Luglio 0 -8166 Agosto 0 -7878 Settembre 0 -5100 Ottobre 0 -1255 Novembre _{338 0} Dicembre 2785 0 Totale 10938 -32467

Fig. 4.55. Fabbisogni mensili dell’edificio con copertura Settore 3

Copertura con presenza contemporanea dei 4 settori

Tale simulazione è stata condotta ipotizzando che la porzione di tetto sovrastante gli ambienti riscaldati, sia costituita dalla presenza contemporanea dei quattro settori, come già precedentemente descritti, e rappresenta la situazione reale. Di seguito si riportano i

-10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 W h/ m 2 Riscaldamento Raffrescamento

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187 fabbisogni di energia termica per il riscaldamento e per il raffrescamento ottenuti tramite la simulazione dinamica.

Tab. 4.5 Fabbisogni termici mensili dell’edificio con copertura 4 Settori Riscaldamento [Wh/m2] Raffrescamento [Wh/m2] Gennaio 4452 0 Febbraio 2955 0 Marzo 944 0 Aprile 178 0 Maggio 0 -3465 Giugno 0 -6551 Luglio 0 -8714 Agosto 0 -8236 Settembre 0 -5023 Ottobre 0 -1075 Novembre 452 0 Dicembre 3086 0 Totale 12066 -33065

Fig. 4.56. Fabbisogni mensili dell’edificio con i 4 Settori

I grafici seguenti mostrano i fabbisogni di energia termica annuali per il riscaldamento e per il raffrescamento per i diversi casi simulati. Si nota chiaramente l’effetto benefico della presenza di una copertura a verde sulla riduzione dei consumi energetici dell’edificio. La vegetazione scherma la radiazione solare prevenendo il surriscaldamento del tetto verde in estate. Il fogliame assorbe la maggior parte della radiazione solare e la utilizza per le sue

-10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 W h/ m 2 Riscaldamento Raffrescamento

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188 funzioni biologiche come evapotraspirazione, fotosintesi, etc. Durante le stagioni fredde l’evapotraspirazione è limitata e l’ombreggiatura non è un fattore cruciale nel bilancio di energia a causa dei bassi valori di irraggiamento solare. Inoltre, in inverno, la presenza di strati aggiuntivi sulla copertura determina un incremento della resistenza termica dell’intera copertura garantendo migliori livelli di isolamento. Sebbene il livello effettivo di isolamento supplementare fornito sia ancora materia di dibattito, dal momento che è strettamente correlato al contenuto variabile d’acqua del substrato, la maggior parte degli esperti ritiene che l’aggiunta di terreno sulla copertura si possa ritenere come un semplice strato aggiuntivo di isolante che nel peggiore dei casi non incrementa le perdite termiche [16].

Fig. 4.57. Fabbisogni di energia termica per i diversi casi simulati

I risultati delle simulazioni dimostrano che, relativamente al periodo invernale, la presenza di un tetto verde garantisce un in ogni caso un risparmio nel consumo di energia per la climatizzazione. In particolare, tra le differenti tipologie di copertura a verde, la più

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

Reference Settore 1 Settore 2 Settore 3 Reale

kWh /m 2a nno Riscaldamento -36000 -34000 -32000 -30000 -28000 -26000 -24000 -22000 -20000

Reference Settore 1 Settore 2 Settore 3 Reale

kWh

/m2

a

nno

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189 performante è risultata quella occupata interamente dal settore 3, con una riduzione del 25%. Esso è caratterizzato, differentemente dagli altri due settori, dalla presenza di uno strato aggiuntivo di isolamento che aumenta la resistenza termica della copertura e permette di conseguire notevoli risparmi energetici.

Fig. 4.58. Riduzioni percentuali dei fabbisogni di energia termica

Contrariamente alle performance invernali, nel periodo estivo la presenza dello strato aggiuntivo di isolante congiuntamente all’assenza dello strato vegetativo determina un valore minore di riduzione dei fabbisogni energetici, pari al 3%. La presenza contemporanea dei quattro settori determina in qualche modo prestazione medie rispetto ai risultati precedenti. Nonostante la riduzione dei consumi invernali equivalga quella ricavata supponendo la presenza del settore 1 o 2, la riduzione dei consumi estivi si riduce all’1%. Ciò è giustificato considerando che con questa configurazione solo una parte della copertura (settore 1 e 2) presenta vegetazione che produce effetti di raffrescamento passivo, mentre il settore 3, come su descritto, nel periodo estivo produce scarse performances [17]. In definitiva sono riassunti nella tabella seguente le riduzioni percentuali dei fabbisogni totali annui nelle quattro ipotesi di configurazione simulate.

Tab. 3.7. Riduzione percentuale dei fabbisogni termici annuali Riduzione Totale [%] Settore 1 11 Settore 2 11 Settore 3 10 Reale 6 17 17 25 17 8 8 3 1 0 5 10 15 20 25 30

Settore 1 Settore 2 Settore 3 Reale

[%]

Riscaldamento Raffrescamento

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Capitolo 4 Prestazioni energetiche della copertura a verde

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Capitolo 4 Prestazioni energetiche della copertura a verde

Capitolo 5 Modellazione termofisica delle coperture a verde

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