Interfaccia Grafica per la Simulazione con EnergyPlus

Openstudio è un insieme di strumenti atti a supportare tutta la modellazione energetica degli edifici utilizzando come sistema di calcolo il software EnergyPlus, in maniera semplice e intuitiva. All’interno di Openstudio vi sono alcune strutture che aiutano e completano la modellazione dell’edificio per il calcolo dinamico; tra queste ci sono:

 Openstudio SketchUp Plug-in, che, come appena visto, permette

di disegnare il modello in 3D dell’edificio attraverso il programma SketchUp;

 ResultsViewer, che permette di plottare e confrontare i dati in uscita dalla simulazione.

Il programma è complesso e ramificato. Al suo interno è possibile utilizzare diverse opzioni che consentono di modificare il file e personalizzarlo al meglio secondo il proprio caso di studio.

Fig. 19: Openstudio, schermata iniziale

Fig. 18: Logo Software OpenStudio

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Il programma contiene una serie di pagine, quella iniziale è caratterizzata dal sito dell’edificio. Il primo passo è quello di inserire il dato ambientale, il cosiddetto “weather file”. Questo è necessario perché nella valutazione energetica del sistema edificio o edificio-impianto, occorre disporre dei dati orari delle grandezze metereologiche per il sito geografico in esame.

Vediamo qui di seguito come è costruito un “weather file”, da cosa è formato e cosa lo caratterizza. Le grandezze necessarie che formano il “weather file” sono:

 _{La radiazione solare, nelle sue componenti diretta e diffusa sul piano orizzontale;}  La temperatura;

 _{L’umidità relativa;}  _{La velocità dell’aria.}

Perché le valutazioni energetiche siano significative le distribuzioni orarie delle grandezze meteorologiche devono rappresentare le sequenze temporali più probabili. Per ottenere ciò occorre costruire un anno tipo utilizzando serie statistiche di dati climatici su base possibilmente ventennale. La costruzione di sequenze orarie di dati climatici più probabili, e quindi dell’anno tipo, per vari siti in Italia è stata affrontata nel Progetto Finalizzato Energetica nel 1979 dall’IFA (Istituto di Fisica dell’Atmosfera del CNR) nel seguente modo. Dai dati provenienti dalle stazioni del Servizio Meteorologico dell’Aeronautica Militare (68 stazioni sparse in modo piuttosto omogeneo sul territorio nazionale), raccolti in maniera praticamente continua nel periodo 1951-1970, sono state calcolate, per ogni stazione, il valore medio e la varianza della temperatura dell’aria per ogni mese dell’anno sull’intera popolazione. La stessa operazione è stata poi ripetuta per ogni singolo mese di ogni singolo anno. È stato quindi selezionato quale mese tipo fosse più rappresentativo, ovvero quello con valore medio e varianza della temperatura dell’aria più prossimi ai valori calcolati per quel mese sull’intera popolazione. L’anno tipo è stato infine costruito come composizione dei mesi tipo.

Generato così l’anno tipo, che è costituito da una sequenza di mesi reali (cioè effettivamente verificatisi) provenienti da anni diversi, sono state estratte dall’insieme dei dati e aggiunti alla temperatura dell’aria (dati orari ottenuti per interpolazione dai dati orari) le altre grandezze meteorologiche:

 La velocità del vento a 10 metri dal suolo (data dalla media aritmetica calcolata nei 10 minuti centrati intorno all’ora sinottica a cui il valore si riferisce);

 L’umidità relativa dell’aria al suolo;

 Il numero di ore e di decimi di ora di sole verificatesi nell’intera giornata.

A tali dati, disponibili per ognuna delle 68 stazioni è stata aggiunta l’irradiazione solare totale giornaliera sul piano orizzontale (dato rilevato a partire dal 1958).

Tornando alla descrizione del programma, più in basso invece, nella stessa pagina, dopo aver inserito il “weather file” vengono considerate le caratteristiche climatiche estreme del posto. Queste vengono utilizzate dal programma per calcolare e dimensionare automaticamente alcune caratteristiche dell’impianto rispetto appunto alle condizioni estreme. Sempre nella prima pagina esistono altre due finestre che permettono di impostare un ciclo di vita e di stimare il costo delle future bollette.

Le successive tre pagine del programma corrispondono rispettivamente a “Schedules”, “Costructions” e “Loads”. Nella prima vi è la possibilità di poter modificare le situazioni di carichi interni durante la giornata, ed impostare questo per qualsiasi giorno dell’anno. I carichi interni variano dalle temperature

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interne degli ambienti, alle persone che ci sono all’interno o all’equipaggiamento elettrico. Questo lo si può fare per ogni ambiente dell’edificio.

La seconda pagina, ovvero “Costructions” permette di inserire e modificare tutte le varie costruzioni dell’immobile con la possibilità di inserire costruzioni o materiali contenuti nella libreria del programma. In più è possibile inserire la struttura delle tipologie di superfici e di infissi propri dell’edificio, creandone di nuovi, rendendo così il progetto il più reale possibile.

Infine nell’ultima di queste tre pagine si possono dare le definizioni dei vari carichi interni. Questi comprendono le categorie di:

 _{Persone, definendone una quantità o un’unità su m}2;  _{Luci ed equipaggiamento elettrico;}

 _{Gas e Acqua.}

Anche queste definizioni si possono applicare liberamente ad ogni singola stanza.

Successiva alle tre pagine sopra descritte vi è quella denominata “Space type” in cui vi è una tabella dove per tutti gli spazi viene fatto un riassunto delle caratteristiche e dei carichi interni precedentemente inseriti.

Simile alla pagina “Space type” è la successiva, denominata “Facility” in cui si fa un riassunto della tipologia di costruzione e dei vari livelli dell’immobile.

Le pagine seguenti sono probabilmente le più importanti del programma ai fini del modello; esse sono “Spaces”, “Thermal zones” e “HVAC systems”.

È in “Spaces” che tutte le strutture e le caratteristiche dei carichi interni possono essere applicati alle varie stanze e ai vari spazi dell’edificio che si sta progettando. È possibile inserire i carichi interni, le superfici, gli infissi e, se ce ne sono, anche le partizioni interne (murature interne nella stanza) e le ombreggiature (provocate da altri edifici o dalla vegetazione). In altre parole è in questa pagina che si crea la struttura dell’edificio.

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Fig. 20: Esempio Schermata “Spaces” in Openstudio

In “Thermal zones” invece è possibile vedere tutte le zone termiche create, quindi tutte le divisioni che sono state create nel proprio modello. Per ogni zona termica inoltre è possibile impostare la temperatura di setpoint desiderata sia per la stagione invernale che per la stagione estiva.

Infine nella terza pagina è possibile inserire il sistema di HVAC. Nello specifico si possono inserire numerose tipologie di impianti, le principali sono:

 _{Sistemi di riscaldamento e di raffrescamento ad aria;}  Sistemi di riscaldamento e raffrescamento ad acqua;  _{Sistemi per l’acqua calda sanitaria;}

 _{Sistemi per la refrigerazione;}

Per ogni sistema poi è possibile inserire nel circuito i vari elementi che lo rappresentano; dalle caldaie, alle pompe di calore; dalle turbine ai sensori di temperatura. Il tutto poi collegato ad ogni zona termica a cui il sistema si riferisce.

Successiva a questa pagina si trovano le pagine “Output variables” e “Simulation settings” che rispettivamente consentono di decidere a proprio piacimento le variabili di uscita della simulazione, e le caratteristiche di essa.

Infine le ultime due pagine sono “Run simulation” in cui si dà il via alla simulazione del modello creato e in cui si possono vedere eventuali errori o avvisi; e infine “Results summary” in cui, una volta che la simulazione è andata a buon fine, è possibile vedere i risultati ottenuti. Essi si dividono nelle varie categorie e sono visualizzate tramite tabelle numeriche, grafici a colonne e diagrammi.

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CAPITOLO 7 – CASO DI STUDIO: DIAGNOSI ENERGETICA