Modelli di calcolo per la diagnosi energetica degli edifici

La metodologia per la determinazione dell’efficienza energetica di un edificio è basata sulle normative tecniche europee di calcolo, determinate dai dati tecnici dell’edificio, degli impianti, nonché dai dati climatici standardizzati (temperatura, esterna, irraggiamento solare), dall’uso dell’edificio (temperatura della stanza, aerazione, fabbisogno di acqua calda) e dal vettore energetico (gas, olio, ecc.).

I valori delle entità sopra citati non definiscono i consumi effettivi, ma sono dei calcoli di fabbisogno energetico attraverso valori standardizzati che definiscono una valutazione di calcolo.

Questi metodi rendono possibile una valutazione indipendente dalle abitudini degli abitanti dell’edificio.

I modelli di calcolo a regime dinamico presentano numerose potenzialità e possono essere inoltre utilizzati per analisi integrate che tengano conto di più aspetti (i.e. analisi multiobiettivo), come il risparmio energetico, il comfort visivo, il comfort termico, etc. Occorre quindi utilizzare un approccio multi-livello/multi-physics e interdisciplinare: scelta di soluzioni tecnologiche per la produzione, l’accumulo e la distribuzione di energia e la riduzione del fabbisogno; integrazione e ottimizzazione in fase di progettazione, costruzione ed esercizio.

Nel seguito, viene presentata la metodologia e i criteri di applicazione di Energy Plus ad un caso di studio complesso relativo alla simulazione termoenergetica dinamica per il risparmio energetico di Forte Begato, i cui risultati sono stati presentati nel Cap. 7 relativamente ai fabbisogni energetici e gli interventi di riqualificazione. Ed in particolare rispetto all’isolamento termico.

Obiettivi delle simulazioni energetiche con Energy Plus per gli edifici storici

L'obiettivo della simulazione presentata nel capitolo 7, relativa ai Forti, è quello di sviluppare un modello numerico con Energy Plus per la riqualificazione energetica degli edifici storici di tipo militare, al fine di calcolare lo spessore ottimale dell’isolamento termico e condurre un'analisi dei costi per i diversi climi tipici.

Lo scopo della diagnosi energetica è la riduzione dell'utilizzo di energia, attraverso la valutazione dei profili di utilizzo dell'energia.

La diagnosi energetica di edifici storici militari, come sono i Forti, può presentare problemi, come la mancanza di piante o sezioni appropriate, delle conoscenze dei materiali e della stratigrafia delle pareti interne ed esterne.

L'accesso a tale conoscenza, attraverso la ricerca d'archivio riguardante l'edificio originale e le modifiche apportate nel tempo, è necessaria per l'adeguata progettazione degli interventi (De Santoli L., et al., 2014). Successivamente viene effettuata un'analisi per determinare la dipendenza dello spessore dal carico di riscaldamento annuale.

L'obiettivo è quello di esaminare le prestazioni termofisiche delle pareti e di confrontare le diverse configurazioni di isolamento termico. Sono state esaminate due strutture di murature esterne: nessun isolamento e isolamento interno. Tra i criteri di valutazione, il fattore più importante è la quantità di dispersioni termiche.

Il comportamento energetico della struttura del muro è il punto principale da indagare. L'obbiettivo è quello di trovare la migliore struttura di parete e il numero e la posizione degli strati isolanti sulla parete esterna per la modalità di funzionamento di riscaldamento e raffrescamento continui.

Metodologia di simulazione

Il fabbisogno energetico di "Forte Begato", utilizzato come esempio per questo studio, è stato calcolato con il software Energy Plus. Sono state prese in considerazione diverse zone termiche, secondo due diversi parametri: l'orientamento dell'edificio e le destinazioni d’uso previste per le diverse aree.

Considerando l'elevato spessore delle pareti della fortezza, le zone di riscaldamento sono state disegnate a partire dalla metà dello spessore della parete, in modo che il volume complessivo dell'edificio non aumenti, una volta assegnato lo spessore delle pareti.

Al contrario, per il calcolo del flusso termico disperso attraverso le finestre, viene considerata l'effettiva area della finestra. In questo caso, coincide con la superficie della vetrata misurata sulla superficie del perimetro interno dell'edificio.

Inoltre, per quanto riguarda la struttura orizzontale, è stato considerato un metodo semplificato, che considera tutti gli strati come se fossero tutti piani. Questo metodo è stato utilizzato sia per il tetto a due falde che per il solaio a volta.

La resistenza termica complessiva di un componente dell’edificio, contenente una volume d'aria fortemente ventilato, è ottenuta omettendo la resistenza termica dell'intercapedine d'aria e di tutti gli altri strati che separano la cavità d'aria di cui sopra dall'ambiente esterno e includendo una resistenza termica superficiale, in corrispondenza della superficie dell'edificio (uguale alla resistenza termica interna dello stesso componente).

5. METODOLOGIE DI SIMULAZIONE TERMOENERGETICA DEGLI EDIFICI VERSO NZEB

Bibliografia

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L’impianto pilota del centro sportivo universitario PalaCus, il Centro Sportivo dell'Università di Genova, sfrutta pannelli ibridi (termici e fotovoltaici - FV/T (acronimo inglese PV/T)) e il sistema Pompa di Calore Elio-Assistita (Solar Assisted Heat Pump-SAHP) con Pompa di Calore (Heat Pump-HP) acqua-acqua per produrre contemporaneamente energia elettrica e termica.

L’obiettivo di questo impianto pilota è di coprire sino al 70% della domanda di energia termica per ACS (Domestic Hot Water-DHW) e riscaldamento (Space Heating-SH) dell’edificio attraverso l’uso di energia solare.

Per quanto riguarda il consumo di energia elettrica per la pompa di calore, calcolato su base annua, si deve considerare che l’alto consumo durante il periodo invernale è coperto dalla produzione elettrica PV/T specialmente durante l’estate, anche considerando che la pompa di calore non viene utilizzata durante il periodo estivo grazie ad un bypass che viene attivato nell’impianto, escludendo la pompa di calore, perché è sufficiente il solare termico.

Lo sviluppo ed il controllo dell’impianto pilota è il risultato di un modello che riproduce il comportamento dinamico dei pannelli ibridi, validato con test in esterna su un prototipo sviluppato e realizzato modificando un pannello fotovoltaico commerciale [1].

6. CASO DI STUDIO – IMPIANTO PILOTA DEL PALACUS