MODELLAZIONE EDIFICIO CON DESGIN BUILDER - Apporti termici solari per la riduzione dei consumi

La modellazione dell’edificio, oggetto del presente lavoro, è stata eseguita mediante il software DesignBuilder. Questo modello è stato utilizzato in tutte le simulazioni eseguite per i casi 1.1, 1.2, 2.1 e 2.2. Di seguito si riporta l’edificio virtuale realizzato:

Figura 32: immagine 3D Nord-Ovest

Figura 34: Pianta

Figura 36: sezione 3D

per le caratteristiche termiche dell’involucro e per la presenza o assenza di un dispositivo solare a parete. Di seguito si riporta uno schema dei casi sviluppati:

Figura 38: schema dei casi esaminati

1. Il modello 1 è stato studiato utilizzando le stratigrafie date da Enea, e quindi considerando un edificio dotato di un involucro avente scarse prestazioni termiche. Di questo modello sono stati sviluppati i seguenti due casi, che si differenziano solo per l’assenza o la presenza di un dispositivo solare passivo a parete.

• Nel caso 1.1 tale edificio è stato dotato di un sistema a pompa di calore, alimentata da elettricità proveniente dalla rete, per il riscaldamento invernale.

• Nel caso 1.2, per il medesimo modello, è stato previsto l’utilizzo di una pompa di calore, alimentata da elettricità proveniente dalla rete, e di un sistema solare passivo a parete per il riscaldamento invernale.

2. Il modello 2 è stato studiato utilizzando le stesse stratigrafie utilizzate nel modello 1, ma disponendo un incremento dello spessore dello strato di isolante al fine di incrementare le prestazioni termiche dell’involucro, pur rispettando i limiti di trasmittanza, imposti dal D.M.

del 26 giugno 2015, previsti per le costruzioni ad uso residenziale per il 2021. Di questo modello sono stati sviluppati i seguenti due casi, che si differenziano solo per l’assenza o la presenza di un dispositivo solare passivo a parete.

• Nel caso 2.1 tale edificio è stato dotato di un sistema a pompa di calore, alimentata da elettricità, per il riscaldamento invernale.

• Nel caso 2.2, per il medesimo modello, è stato previsto l’utilizzo di una pompa di calore, alimentata da elettricità, e di un sistema solare passivo a parete per il riscaldamento invernale.

DATI CLIMATICI

In tutte le simulazioni, eseguite per i casi 1.1, 1.2, 2.1 e 2.2, l’edificio è stato ubicato a Pisa San Giusto, selezionando questa zona come Template (modello) nella scheda “località” (figura 39). Una volta definita la località vengono inseriti in modo automatico, dal programma stesso, tutti gli altri valori considerando i dati meteorologici dell’anno tipo contenuti nel database di EnergyPlus riferiti al template considerato. Per semplicità il terreno circostante è stato considerato piano, senza ostacoli alla radiazione solare diretta.

Caratteristiche geomorfologiche di Pisa San Giusto:

Latitudine (°) 43,68

Longitudine (°) 10,38

Altezza sopra il livello del mare (m) 6 Zona climatica (Legge 10/1991) D

Tabella 10: caratteristiche geomorfologiche di Pisa San Giusto

ATTIVITA’

Nella scheda delle attività è stato definito, per ogni simulazione eseguita, l’assenza della climatizzazione nella zona di ingresso e nel sottotetto.

In questa scheda sono stati realizzati due template distinti denominati:

- “casa” per il modello 1.1 e 2.1 (edifici privi del sistema solare passivo a parete);

- “casa con WT” per il modello 1.2 e 2.2 (edifici dotati del sistema solare passivo a parete). All’interno di questi template vengono definiti i programmi relativi all’occupazione, all’illuminazione, ad eventuali dispositivi, al sistema di riscaldamento e ventilazione naturale.

OCCUPAZIONE

I parametri relativi all’occupazione sono gli stessi per entrambi i template sopra indicati, quindi sono comuni a tutte le simulazioni effettuate. È stato previsto che l’appartamento venga occupato da 3 persone, ovvero una coppia con un bambino, e che nell’arco delle 24 ore, nell’abitazione, sia sempre presente almeno una persona.

Figura 41: programma “occupazione unità abitativa”

È stato definito un programma annuale relativo ai giorni lavorativi della settimana ed uno relativo al fine settimana, di seguito riportati:

Come si vede dall’immagine sopra riportata, è stato previsto che tutti i membri della famiglia siano presenti nell’abitazione dalle ore 12 alle ore 15 e dalle ore 18 alle 8 del mattino seguente; mentre per le restanti ore i valori relativi all’occupazione si dimezzano.

Figura 43: programma “fine settimana”

Come si vede dall’immagine sopra riportata, è stato previsto che, nel fine settimana, tutti i membri della famiglia siano presenti nell’abitazione dalle ore 12 alle ore 15 e dalle ore 18 alle 10 del mattino seguente; mentre per le restanti ore i valori relativi all’occupazione si dimezzano.

I parametri relativi all’illuminazione sono gli stessi sia per il template “casa” che per il template “casa con WT”, quindi sono comuni a tutte le simulazioni effettuate.

Figura 44: illuminazione generale all’interno della scheda delle attività

Di seguito si riporta il programma con cui viene gestita l’illuminazione dall’abitazione:

È stato definito il seguente programma orario valido per tutti i giorni dell’intero anno:

Figura 46: programma orario per l’illuminazione

Come si vede dall’immagine sopra riportata, non viene mai preso in esame il caso in cui tutte le luci dell’abitazione siano accese in contemporanea ma si ammette un funzionamento del 70% dalle ore 7:00 alle ore 8:00 e dalle ore 18:00 alle ore 23:00, mentre dalle ore 15:00 alle ore 18:00 è stato previsto un funzionamento del 50%. Nelle restanti ore si ipotizza che le luci vengano mantenute spente all’interno dell’abitazione. Questo programma viene impostato anche nella scheda appositamente dedicata all’illuminazione, sotto riportata, nella quale viene precisato che si dispone di una illuminazione di tipo sospesa avente una potenza di 2,5 W/mq.

Il dispositivo solare passivo a parete è stato introdotto solo nelle simulazioni eseguite sui modelli 1.2 e 2.2.

Per sistemi solari integrati a parete si intende tutta una famiglia di dispositivi, sui quali non fornisco molti dettagli perché fuori dall’obiettivo della mia tesi, che comunque consentono di trasferire una frazione di energia solare incidente sull’involucro esterno dell’edificio verso l’interno, potenziando gli apporti gratuiti.

Tale dispositivo è stato simulato come se fosse un sistema, interno al locale, alimentato a gas. Questa scelta è stata condotta sulla base del fatto che, essendo presente all’interno dell’abitazione solo dispositivi alimentati da corrente elettrica, il consumo fittizio del sistema a gas è facilmente individuabile. Questo permette di ottenere i reali consumi dell’edificio, dovuti all’utilizzo di corrente elettrica proveniente dalla rete, escludendo il consumo fittizio del dispositivo a gas; precisando che il termine “fittizio” viene utilizzato perchè il dispositivo solare a parete, in realtà, fornisce un apporto gratuito all’abitazione. Tutto questo è dovuto al fatto che DesignBuilder non ha implementato, al suo interno, un sistema che permetta di simulare il dispositivo solare passivo a parete preso in esame. Nella scheda delle attività, all’interno del template “casa con WT”, il dispositivo solare è stato simulato sotto il nome di “varie”, ovvero come se fosse un generico dispositivo interno al locale riscaldato.

Figura 48: scheda attività, dispositivo simulato come “varie”

Dalla figura 48 si può osservare che i coefficienti relativi alla frazione dispersa, latente e radiante sono nulli in quanto l’immissione di calore, dovuta al dispositivo, è interamente convettiva. Inoltre è stato posto pari a 0 anche il tasso di generazione di CO2 poiché, come spiegato in precedenza, il

Il dispositivo è stato fatto funzionare mediante un programma, appositamente creato, basato sui valori della radiazione solare incidente su di una superficie verticale esposta a sud e situata a Pisa San Giusto.

Per fare questo è stata presa in esame la radiazione solare oraria associata ad ogni giorno dell’anno dal primo di novembre al 31 marzo. Data la complessità del programma, è stato scelto un giorno rappresentativo per i mesi di gennaio, febbraio, marzo, novembre e dicembre. È stata utilizzata la radiazione solare oraria associata al giorno rappresentativo per creare la parte di programma relativa al mese a cui appartiene il giorno rappresentativo stesso.

Per trovare il giorno rappresentativo di ogni mese è stata tracciata, per ogni giorno, una curva su di un piano cartesiano avente come ascissa le ore e come ordinata il valore della radiazione solare incidente su di una superficie verticale esposta a sud ed espressa in W/m2_{. Ottenendo in tal modo un}

grafico relativo al mese di gennaio, uno al mese di febbraio, uno per il mese di marzo, uno per novembre ed infine uno per dicembre. Per ogni grafico, e quindi per ogni mese, è stata scelta la curva intermedia come giorno rappresentativo del mese stesso.

Di seguito vengono riportati i grafici relativi ad ogni mese:

Grafico 1: radiazione solare oraria per ogni giorno del mese di gennaio 0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

GENNAIO

1 GENNAIO 2 GENNAIO 3 GENNAIO 4 GENNAIO 5 GENNAIO 6 GENNAIO 7 GENNAIO 8 GENNAIO 9 GENNAIO 10 GENNAIO 11 GEENNAIO 12 GENNAIO 13 GENNAIO 14 GENNAIO 15 GENNAIO 16 GENNAIO 17 GENNAIO 18 GENNAIO 19 GENNAIO 20 GENNAIO 21 GENNAIO 22 GENNAIO 23 GENNAIO 24 GENNAIO 25 GENNAIO 26 GENNAIO 27 GENNAIO 28 GENNAIO 29 GENNAIO 30 GENNAIO 31 GENNAIO

Grafico 2: radiazione solare oraria per ogni giorno del mese di febbraio

Grafico 3: radiazione solare oraria per ogni giorno del mese di marzo 0 100 200 300 400 500 600 700 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

FEBBRAIO

1 FEBBRAIO 2 FEBBRAIO 3 FEBBRAIO 4 FEBBRAIO 5 FEBBRAIO 6 FEBBRAIO 7 FEBBRAIO 8 FEBBRAIO 9 FEBBRAIO 10 FEBBRAIO 11 FEBBRAIO 12 FEBBRAIO 13 FEBBRAIO 14 FEBBRAIO 15 FEBBRAIO 16 FEBBRAIO 17 FEBBRAIO 18 FEBBRAIO 19 FEBBRAIO 20 FEBBRAIO 21 FEBBRAIO 22 FEBBRAIO 23 FEBBRAIO 24 FEBBRAIO 25 FEBBRAIO 26 FEBBRAIO 27 FEBBRAIO 28 FEBBRAIO 29 FEBBRAIO

0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

MARZO

1 MARZO 2 MARZO 3 MARZO 4 MARZO 5 MARZO 6 MARZO 7 MARZO 8 MARZO 9 MARZO 10 MARZO 11 MARZO 12 MARZO 13 MARZO 14 MARZO 15 MARZO 16 MARZO 17 MARZO 18 MARZO 19 MARZO 20 MARZO 21 MARZO 22 MARZO 23 MARZO 24 MARZO 25 MARZO 26 MARZO 27 MARZO 28 MARZO 29 MARZO 30 MARZO 31 MARZO

Grafico 4: radiazione solare oraria per ogni giorno del mese di novembre

Grafico 5: radiazione solare oraria per ogni giorno del mese di dicembre 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

NOVEMBRE

1 NOVEMBRE 2 NOVEMBRE 3 NOVEMBRE 4 NOVEMBRE 5 NOVEMBRE 6 NOVEMBRE 7 NOVEMBRE 8 NOVEMBRE 9 NOVEMBRE 10 NOVEMBRE 11 NOVEMBRE 12 NOVEMBRE 13 NOVEMBRE 14 NOVEMBRE 15 NOVEMBRE 16 NOVEMBRE 17 NOVEMBRE 18 NOVEMBRE 19 NOVEMBRE 20 NOVEMBRE 21 NOVEMBRE 22 NOVEMBRE 23 NOVEMBRE 24 NOVEMBRE 25 NOVEMBRE 26 NOVEMBRE 27 NOVEMBRE 28 NOVEMBRE 29 NOVEMBRE 30 NOVEMBRE

0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

DICEMBRE

1 DICEMBRE 2 DICEMBRE 3 DICEMBRE 4 DICEMBRE 5 DICEMBRE 6 DICEMBRE 7 DICEMBRE 8 DICEMBRE 9 DICEMBRE 10 DICEMBRE 11 DICEMBRE 12 DICEMBRE 13 DICEMBRE 14 DICEMBRE 15 DICEMBRE 16 DICEMBRE 17 DICEMBRE 18 DICEMBRE 19 DICEMBRE 20 DICEMBRE 21 DICEMBRE 22 DICEMBRE 23 DICEMBRE 24 DICEMBRE 25 DICEMBRE 26 DICEMBRE 27 DICEMBRE 28 DICEMBRE 29 DICEMBRE 30 DICEMBRE 31 DICEMBRE

73 grafico sovrastante, di ogni mese:

MESE GIORNO RAPPRESENTATIVO

GENNAIO 4 GENNAIO

FEBBRAIO 14 FEBBRAIO

MARZO 12 MARZO

NOVEMBRE 4 NOVEMBRE

DICEMBRE 14 DICEMBRE

Tabella 11: giorni rappresentativi

Infine si riportano i valori orari della radiazione solare dei giorni scelti:

Tabella 12: radiazione solare oraria dei giorni rappresentativi

W/m² W/m² W/m² W/m² W/m² 01/04 01:00 0 02/14 01:00 0 03/12 01:00 0 11/04 01:00 0 12/14 01:00 0 01/04 02:00 0 02/14 02:00 0 03/12 02:00 0 11/04 02:00 0 12/14 02:00 0 01/04 03:00 0 02/14 03:00 0 03/12 03:00 0 11/04 03:00 0 12/14 03:00 0 01/04 04:00 0 02/14 04:00 0 03/12 04:00 0 11/04 04:00 0 12/14 04:00 0 01/04 05:00 0 02/14 05:00 0 03/12 05:00 0 11/04 05:00 0 12/14 05:00 0 01/04 06:00 0 02/14 06:00 0 03/12 06:00 0 11/04 06:00 0 12/14 06:00 0 01/04 07:00 0 02/14 07:00 0 03/12 07:00 7,860 11/04 07:00 0 12/14 07:00 0 01/04 08:00 6,759 02/14 08:00 19,906 03/12 08:00 48,187 11/04 08:00 29,160 12/14 08:00 6,767 01/04 09:00 50,786 02/14 09:00 84,165 03/12 09:00 115,529 11/04 09:00 87,974 12/14 09:00 50,712 01/04 10:00 119,160 02/14 10:00 178,644 03/12 10:00 191,699 11/04 10:00 156,636 12/14 10:00 119,499 01/04 11:00 180,825 02/14 11:00 271,736 03/12 11:00 286,617 11/04 11:00 212,367 12/14 11:00 174,855 01/04 12:00 222,519 02/14 12:00 345,823 03/12 12:00 343,713 11/04 12:00 243,376 12/14 12:00 209,942 01/04 13:00 232,063 02/14 13:00 387,857 03/12 13:00 360,077 11/04 13:00 240,654 12/14 13:00 213,084 01/04 14:00 205,571 02/14 14:00 331,672 03/12 14:00 330,713 11/04 14:00 204,123 12/14 14:00 183,287 01/04 15:00 152,213 02/14 15:00 258,884 03/12 15:00 261,052 11/04 15:00 145,817 12/14 15:00 131,280 01/04 16:00 85,691 02/14 16:00 164,125 03/12 16:00 169,892 11/04 16:00 74,765 12/14 16:00 61,070 01/04 17:00 19,133 02/14 17:00 72,511 03/12 17:00 94,589 11/04 17:00 22,201 12/14 17:00 9,045 01/04 18:00 0 02/14 18:00 11,154 03/12 18:00 34,250 11/04 18:00 0 12/14 18:00 0 01/04 19:00 0 02/14 19:00 0 03/12 19:00 0 11/04 19:00 0 12/14 19:00 0 01/04 20:00 0 02/14 20:00 0 03/12 20:00 0 11/04 20:00 0 12/14 20:00 0 01/04 21:00 0 02/14 21:00 0 03/12 21:00 0 11/04 21:00 0 12/14 21:00 0 01/04 22:00 0 02/14 22:00 0 03/12 22:00 0 11/04 22:00 0 12/14 22:00 0 01/04 23:00 0 02/14 23:00 0 03/12 23:00 0 11/04 23:00 0 12/14 23:00 0 01/04 24:00 0 02/14 24:00 0 03/12 24:00 0 11/04 24:00 0 12/14 24:00 0 4 NOVEMBRE DATA/ORA 14 DICEMBRE DATA/ORA DATA/ORA

4 GENNAIO 14 FEBRAIO 12 MARZO

Paragonando i valori delle radiazioni solari orarie, sopra riportate, associate a tutti e 5 i giorni rappresentativi è stato individuato il valore massimo che è pari a 387,8569 W/m2_{e si verifica il 14}

febbraio alle ore 13:00.

Il programma di funzionamento del dispositivo solare passivo a parete è stato scritto utilizzando le percentuali con cui ogni singolo valore orario della radiazione solare tende al valore massimo appena individuato, ovvero pari a 387,8569 W/m2_{. Di seguito si riportano, evidenziati in verde, i}

valori utilizzati per scrivere il programma di funzionamento del sistema solare passivo a parete:

Tabella 13: percentuali con cui è stato scritto il programma di funzionamento del dispositivo solare

DATA/ORA W/m² % DATA/ORA W/m² % DATA/ORA W/m² % DATA/ORA W/m² % DATA/ORA W/m² %

01/04 01:00 0 0 02/14 01:00 0 0 03/12 01:00 0 0 11/04 01:00 0 0 12/14 01:00 0 0 01/04 02:00 0 0 02/14 02:00 0 0 03/12 02:00 0 0 11/04 02:00 0 0 12/14 02:00 0 0 01/04 03:00 0 0 02/14 03:00 0 0 03/12 03:00 0 0 11/04 03:00 0 0 12/14 03:00 0 0 01/04 04:00 0 0 02/14 04:00 0 0 03/12 04:00 0 0 11/04 04:00 0 0 12/14 04:00 0 0 01/04 05:00 0 0 02/14 05:00 0 0 03/12 05:00 0 0 11/04 05:00 0 0 12/14 05:00 0 0 01/04 06:00 0 0 02/14 06:00 0 0 03/12 06:00 0 0 11/04 06:00 0 0 12/14 06:00 0 0 01/04 07:00 0 0 02/14 07:00 0 0 03/12 07:00 7,860 0,0203 11/04 07:00 0 0 12/14 07:00 0 0 01/04 08:00 6,759 0,0174 02/14 08:00 19,906 0,0513 03/12 08:00 48,187 0,1242 11/04 08:00 29,160 0,0752 12/14 08:00 6,767 0,0174 01/04 09:00 50,786 0,1309 02/14 09:00 84,165 0,2170 03/12 09:00 115,529 0,2979 11/04 09:00 87,974 0,2268 12/14 09:00 50,712 0,1307 01/04 10:00 119,160 0,3072 02/14 10:00 178,644 0,4606 03/12 10:00 191,699 0,4943 11/04 10:00 156,636 0,4039 12/14 10:00 119,499 0,3081 01/04 11:00 180,825 0,4662 02/14 11:00 271,736 0,7006 03/12 11:00 286,617 0,7390 11/04 11:00 212,367 0,5475 12/14 11:00 174,855 0,4508 01/04 12:00 222,519 0,5737 02/14 12:00 345,823 0,8916 03/12 12:00 343,713 0,8862 11/04 12:00 243,376 0,6275 12/14 12:00 209,942 0,5413 01/04 13:00 232,063 0,5983 02/14 13:00 387,857 1,0000 03/12 13:00 360,077 0,9284 11/04 13:00 240,654 0,6205 12/14 13:00 213,084 0,5494 01/04 14:00 205,571 0,5300 02/14 14:00 331,672 0,8551 03/12 14:00 330,713 0,8527 11/04 14:00 204,123 0,5263 12/14 14:00 183,287 0,4726 01/04 15:00 152,213 0,3924 02/14 15:00 258,884 0,6675 03/12 15:00 261,052 0,6731 11/04 15:00 145,817 0,3760 12/14 15:00 131,280 0,3385 01/04 16:00 85,691 0,2209 02/14 16:00 164,125 0,4232 03/12 16:00 169,892 0,4380 11/04 16:00 74,765 0,1928 12/14 16:00 61,070 0,1575 01/04 17:00 19,133 0,0493 02/14 17:00 72,511 0,1870 03/12 17:00 94,589 0,2439 11/04 17:00 22,201 0,0572 12/14 17:00 9,045 0,0233 01/04 18:00 0 0 02/14 18:00 11,154 0,0288 03/12 18:00 34,250 0,0883 11/04 18:00 0 0 12/14 18:00 0 0 01/04 19:00 0 0 02/14 19:00 0 0 03/12 19:00 0 0 11/04 19:00 0 0 12/14 19:00 0 0 01/04 20:00 0 0 02/14 20:00 0 0 03/12 20:00 0 0 11/04 20:00 0 0 12/14 20:00 0 0 01/04 21:00 0 0 02/14 21:00 0 0 03/12 21:00 0 0 11/04 21:00 0 0 12/14 21:00 0 0 01/04 22:00 0 0 02/14 22:00 0 0 03/12 22:00 0 0 11/04 22:00 0 0 12/14 22:00 0 0 01/04 23:00 0 0 02/14 23:00 0 0 03/12 23:00 0 0 11/04 23:00 0 0 12/14 23:00 0 0 01/04 24:00 0 0 02/14 24:00 0 0 03/12 24:00 0 0 11/04 24:00 0 0 12/14 24:00 0 0

Grafico 6: l’andamento delle percentuali con cui è stato scritto il programma di funzionamento del dispositivo solare

Le % di radiazione solare del 4 gennaio sono state utilizzate per scrivere la parte di programma relativa all’intero mese di gennaio, mentre le % di radiazione del 14 febbraio sono state utilizzate per scrivere la parte di programma inerente al mese di febbraio, così come le % del 12 marzo sono state utilizzate per scrivere la porzione di programma valida per il mese di marzo. Per i mesi di aprile, maggio, giugno, luglio, agosto, settembre e ottobre si è considerato che il dispositivo resti sempre spento, in quanto il suo funzionamento porterebbe solo ad un disconfort interno con maggiore richiesta di condizionamento e quindi maggiori consumi. Le % di radiazione solare del 4 novembre sono state impiegate per scrivere la parte di programma relativa al mese di novembre e le % del 14 dicembre sono state utilizzate nella parte di programma riguardante il mese di dicembre.

0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 1,2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

4 GENNAIO 14 FEBBRAIO 12 MARZO 4 NOVEMBRE 14 DICEMBRE

Si riporta il programma, di funzionamento del dispositivo solare a parete, scritto su DesignBuilder:

Figura 49: parte del programma valida per il mese di gennaio

Figura 50: parte del programma valida per il mese di febbraio

Figura 51: parte del programma valida per il mese di marzo

Figura 53: parte del programma valida per il mese di novembre

Figura 54: parte del programma valida per il mese di dicembre

Questo programma è costituito da fattori moltiplicativi, che variano da 0 a 1, da utilizzare con il parametro a cui è stato applicato il programma stesso, ovvero alla potenza del dispositivo denominata “power density”, espressa in W/m2_{, di figura 48.}

La potenza assoluta del dispositivo, denominata “absolute zone power” su DesignBuilder, è espressa in W ed è data dal prodotto tra la radiazione solare massima, pari a 387,8569 W/m2_{, il rendimento}

omnicomprensivo del dispositivo solare a parete, illustrato al relativo paragrafo, e la superficie della parete esposta a sud depurata dall’area occupata dalla superfice finestrata, pari a 26,1 m2_.

Successivamente è stato diviso il valore della potenza assoluta del dispositivo per i metri quadrati della superficie interna al locale riscaldato in modo da ottenere la “power density” espressa in W/m2_.

La superficie della parete esposta a sud in cui è stata ipotizzata l’installazione del dispositivo solare deriva dal seguente calcolo:

(Altezza libera di interpiano x Lato maggiore della parete esposta a Sud) – Area vetrata Dove: l’altezza libera di interpiano è assunta pari a 2,70 m, mentre il lato della parete esposta a Sud è pari a 11 m e l’area vetrata è pari al prodotto tra l’area della singola finestra di 1,80 m2_{per il numero}

di finestre presenti sulla parete considerata, dove, nel caso in esame, vi sono installati 2 elementi vetrati.

CONTROLLO AMBIENTALE

Il controllo ambientale, contenuto nel template delle attività, permette di impostare il set-point di temperatura del riscaldamento pari a 20°C, prevedendo un funzionamento continuo (programma ON 24/7) del sistema di riscaldamento stesso. Inoltre è stato fissato un set-point di 20°C anche per la ventilazione naturale, per la quale è stato previsto un programma di funzionamento continuo (ON 24/7). I parametri relativi al controllo ambientale sono gli stessi sia per il template “casa” che per il template “casa con WT”, quindi sono comuni a tutte le simulazioni effettuate.

Non è stata utilizzata la ventilazione meccanica ed il sistema di raffrescamento estivo, dato che risultano superflui ai fini della tesi.

HVAC

In questa scheda viene scelto un sistema di riscaldamento a pompa di calore che immette, nell’ambiente interno, aria ad una temperatura massima di 25°C. La pompa di calore ha un COP di 2,5 ed è alimentata dall’elettricità proveniente dalla rete. Tale sistema ha una temperatura di set- point pari a 20°C ed un progrmma di funzionamento continuo (ON 24/7), già definiti nella scheda delle attività, sotto alla voce “controllo ambientale”.

Inoltre per la ventilazione naturale, in questa scheda, viene precisato un ricambio di aria esterna pari a 0,5 vol/h, mentre si mantiene il programma contiuo (ON 24/7) e la temperatura di set-point pari a 20°C già stabiliti nella scheda delle attività. Questa scelta è stata condotta sul fatto che dati scientifici dimostrano, che per ambienti occupati, valori inferiori a 0,5 vol/h non assicurano una idonea qualità dell’aria interna in ambito residenziale. Il valore del ricambio orario, perciò, è stato fissato pari a 0,5 vol/h, costante nelle 24 ore. Infine è stata considerata una energia ausiliaria per il funzionamento delle pompe di 11,5 W/mq funzionante con lo stesso programma relativo all’occupazione dell’unità abitativa, illustrato in precedenza.

I parametri relativi alla scheda “HVAC” sono comuni a tutte le simulazioni effettuate.

COSTRUZIONE

Nella scheda “costruzione” vengono assegnate le varie stratigrafie a ciascun elemento che costituisce l’edificio.

Si riportano di seguito le varie stratigrafie utilizzate nella modellazione, indicando con: - s lo spessore, espresso in metri;

- λ la conduttività indicativa di riferimento, espressa in W/mK; - R la resistenza termica, espressa in m2_K/W;

- U la trasmittanza termica, espressa in W/m2_K.

STRATIGRAFIE DATE DA ENEA

Le seguenti stratigrafie sono date da Enea per la zona climatica D e vengono utilizzate nei modelli 1.1 e 1.2, ovvero nei modelli in cui viene considerato un involucro dalle scarse prestazioni termiche.

Parete esterna – Zona D s λ R U

Strato liminare interno 0,130

0,290 Intonaco di gesso e sabbia 0,015 0,800

Muratura in laterizio 0,280 0,680 Polistirene espanso, estruso senza pelle 0,096 0,034 Intonaco di calce e sabbia 0,015 0,800

Strato liminare esterno 0,040

Spessore totale della parete 0,406

Tabella 14: stratigrafia parete esterna

Parete verso locale non climatizzato – Zona D

s λ R U

Strato liminare interno 0,130

0,483 Intonaco di gesso e sabbia 0,010 0,800

Muratura in laterizio 0,200 0,500 Polistirene espanso, estruso senza pelle 0,047 0,034 Intonaco di cartongesso 0,010 0,570

Strato liminare esterno 0,130

Spessore totale della parete 0,267

Soffitto – Zona D s λ R U

Strato liminare interno 0,100

0,372 Massetto ripartitore in calcestruzzo con rete 0,050 1,490

Polistirene espanso, estruso senza pelle 0,070 0,034 Calcestruzzo in genere 0,040 0,470

Blocco da solaio 0,180 0,600

Intonaco di gesso e sabbia 0,010 0,800

Strato liminare interno 0,100

Spessore totale della parete 0,350

Tabella 16: stratigrafia soffitto

Pavimento – Zona D s λ R U

Strato liminare interno 0,170

0,363

Piastrelle 0,010 1,300

Calcestruzzo in genere 0,060 0,220 Polistirene estruso sintetico in lastre 0,069 0,040

Blocco da solaio 0,260 0,667

Intonaco di calce e gesso 0,020 0,700

Strato liminare esterno 0,170

Spessore totale della parete 0,419

Tabella 17: stratigrafia pavimento

La copertura è un tetto a due falde con pendenza del 30%, quest’ultima è stata scelta in funzione alla zona climatica D che rientra nei climi mediamente piovosi, ed è costituito da una struttura e tavolato in legno isolata avente una trasmittanza termica di 0,8 W/m2_K.

Le chiusure verticali trasparenti sono costituite da serramenti in doppio vetro e telaio in legno. Il vetro è un vetro camera basso emissivo avente una trasmittanza di 1,70 W/m2_{K, mentre il telaio in}

legno possiede una trasmittanza di 2,40 W/m2_K.

Le porte sono costituite da due foglie di legno interposte da un piccolo strato di isolante. Questa composizione conferisce alla chiusura verticale opaca una trasmittanza di 1,5 W/m2_K.

STRATIGRAFIE CON ISOLANTE INCREMENTATO

Le seguenti stratigrafie sono identiche a quelle date da Enea per la zona climatica D, ma presentano un incremento dello spessore dello strato di isolante al fine di incrementare le prestazioni termiche dell’involucro, pur rispettando i limiti di trasmittanza, imposti dal D.M. del 26 giugno 2015, previsti per le costruzioni ad uso residenziale per il 2021. Queste stratigrafie vengono utilizzate nei modelli 2.1 e 2.2.

Parete esterna – Zona D s λ R U

Strato liminare interno 0,130

0,154 Intonaco di gesso e sabbia 0,015 0,800

Muratura in laterizio 0,280 0,680 Polistirene espanso, estruso senza pelle 0,2 0,034 Intonaco di calce e sabbia 0,015 0,800

Strato liminare esterno 0,040

Spessore totale della parete 0,51

Tabella 18: stratigrafia parete esterna

Parete verso locale non climatizzato – Zona D

s λ R U

Strato liminare interno 0,130

0,275 Intonaco di gesso e sabbia 0,010 0,800

Muratura in laterizio 0,200 0,500 Polistirene espanso, estruso senza pelle 0,1 0,034 Intonaco di cartongesso 0,010 0,570

Strato liminare esterno 0,130

Spessore totale della parete 0,320

Strato liminare interno 0,100

0,211 Massetto ripartitore in calcestruzzo con rete 0,050 1,490

Polistirene espanso, estruso senza pelle 0,140 0,034 Calcestruzzo in genere 0,040 0,470

Blocco da solaio 0,180 0,600

Intonaco di gesso e sabbia 0,010 0,800

Strato liminare interno 0,100

Spessore totale della parete 0,420

Tabella 20: stratigrafia soffitto

Pavimento – Zona D s λ R U

Strato liminare interno 0,170

0,220

Piastrelle 0,010 1,300

Calcestruzzo in genere 0,060 0,220 Polistirene estruso sintetico in lastre 0,140 0,040

Blocco da solaio 0,260 0,667

Intonaco di calce e gesso 0,020 0,700

Strato liminare esterno 0,170

Spessore totale della parete 0,490

Tabella 21: stratigrafia pavimento

legno possiede una trasmittanza di 1,80 W/m2_K.

Le porte sono costituite da due foglie di legno interposte da un piccolo strato di isolante. Questa composizione conferisce alla chiusura verticale opaca una trasmittanza di 1,5 W/m2_K.

Di seguito si riporta la tabella in cui vengono riassunti i valori limite di trasmittanza imposti dal D.M. del 26/06/2015 relativi alla zona climatica D:

DM 26-06-2015 ZONA D Urif (W/m²K) dal 2015 dal 2019/21 Trasmittanza termica di riferimento delle

STRUTTURE OPACHE VERTICALI verso l'esterno, gli ambienti non riscaldati o contro terra

0,34 0,29

Trasmittanza termica di riferimento delle strutture opache orizzontali o inclinate di COPERTURA verso l'esterno e gli ambienti non riscaldati

0,30 0,26

Trasmittanza termica di riferimento delle strutture opache orizzontali di PAVIMENTO verso l'esterno, gli ambienti non riscaldati o contro terra

0,32 0,29

Trasmittanza termica di riferimento delle chiusure tecniche TRASPARENTI E OPACHE verso

Nel documento Apporti termici solari per la riduzione dei consumi energetici invernali degli edifici: indagine numerica sull'impiego di tubi di calore integrati nell'involucro opaco (pagine 66-93)