- Temperatura interna al locale, rappresentata in blu; - Ventilazione naturale in verde;
- Illuminazione generale, in azzurro;
- Dispositivo solare sotto la voce di “varie” e rappresentato in rosa; - Occupazione, raffigurata in marrone chiaro;
- Apporti solari attraverso le finestre esterne in giallo; - Riscaldamento sensibile di zona in rosso.
In particolare si riporta un grafico relativo all’intero mese esaminato ed un grafico relativo al giorno rappresentativo, scelto per realizzare il programma di funzionamento del dispositivo solare a parete, del mese stesso.
IL RENDIMENTO OMNICOMPRENSIVO
Il rendimento viene definito omnicomprensivo perché non rappresenta solo il rendimento effettivo del dispositivo solare passivo a parete ma tiene di conto anche dei seguenti fattori:
• La radiazione solare incidente sulla parete, che varia in funzione alle condizioni climatiche esterne, si divide in due aliquote, ovvero una riflessa ed una assorbita in funzione delle caratteristiche dell’involucro stesso. Quindi la radiazione solare effettivamente assorbita dalla parete, e di conseguenza utilizzata dal dispositivo, non coincide con quella incidente, ma ne rappresenta una sua frazione.
• La superficie captante del dispositivo solare passivo non occupa l’intera facciata, esposta a Sud, dell’edificio ma ne occupa una porzione definita. Di conseguenza, il rendimento omnicomprensivo tiene di conto anche del rapporto tra la reale superficie captante del dispositivo solare e la superficie dell’intera parete esposta a Sud.
È stato individuato un rendimento omnicomprensivo ottimale relativo ad ogni mese di funzionamento del dispositivo solare passivo in modo da minimizza il carico termico per il riscaldamento evitando che si verifichino eccessivi surriscaldamenti interni. È stato trovato un rendimento per il mese di gennaio, uno per febbraio, uno per marzo, uno per novembre ed infine uno per il mese di dicembre. Questa scelta è dovuta al fatto che la condizione climatica esterna e quindi la radiazione solare varia a seconda del mese considerato, e deve essere sfruttata in modo ottimale al fine di contribuire significativamente a riscaldare il locale interno, senza creare un discomfort dovuto ad eventuali surriscaldamenti.
86
I rendimenti omnicomprensivi ottimali derivano da un procedimento iterativo a “step” in cui è stato gradualmente incrementato il rendimento stesso andando a controllare, ogni volta, i risultati delle simulazioni per stabilire se il rendimento esaminato fosse sufficiente, insufficiente o eccessivo. Per trovare i rendimenti omnicomprensivi ottimali sono state eseguite molte simulazioni. Nello specifico i rendimenti mensili sono stati scelti andando a controllare il profilo della temperatura oraria interna al locale, ottenuto come risultato della simulazione stessa, di ciascun giorno del mese considerato. In particolare è stato individuato, come rendimento omnicomprensivo ottimale, quel valore per cui si è verificato, anche per un solo giorno, una temperatura massima oraria di circa 24°C. Quest’ultima rappresenta il limite in quanto per temperature maggiori si avrebbe un eccessivo surriscaldamento dei locali interni, dato che la normativa impone come limite superiore di comfort una temperatura di 22°C. Rendimenti che comportano temperature superiori a 24°C provocano un surriscaldamento del locale non accettabile; mentre i rendimenti che portano al raggiungimento di una temperatura massima oraria inferiore a 24°C non comportano un contributo significativo alla riduzione dei consumi dovuti al sistema di riscaldamento.
Non sono stai presi in considerazione i mesi di aprile, maggio, giugno, luglio, agosto, settembre e ottobre perché, date le temperature esterne, non si necessita del riscaldamento. Di conseguenza si è considerato che il dispositivo non si attivi in questo periodo dell’anno.
87
MODELLO 1.1 – INVOLUCRO CON BASSO
LIVELLO DI ISOLAMENTO E ASSENZA DEL
DISPOSITIVO SOLARE
Per il modello 1.1, costituito da una abitazione monofamiliare dotata di un involucro avente scarse prestazioni termiche, sono stati trovati i consumi mensili relativi ad un sistema di riscaldamento costituito da una pompa di calore.
Di seguito si riporta il grafico rappresentante i vari andamenti orari relativi all’intero anno:
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GENNAIO
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di gennaio ed un grafico relativo al 4 gennaio.
Figura 58: andamento orario relativo al mese di gennaio
89
solo mese di gennaio. Grazie alla separazione di tali consumi è possibile individuare il consumo di energia elettrica dovuto al solo sistema di riscaldamento, modellato come una pompa di calore.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 660,56
Illuminazione 62,6
Energia ausiliaria 91,19
Tabella 23: consumi separati del mese di gennaio in kWh
FEBBRAIO
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di febbraio ed un grafico relativo al 14 febbraio.
90
Figura 61: andamento orario relativo al giorno 14 febbraio (giorno rappresentativo)
Di seguito vengono tabellati i singoli consumi di energia elettrica, proveniente dalla rete, relativi al solo mese di febbraio. Grazie alla separazione di tali consumi è possibile individuare il consumo di energia elettrica dovuto al solo sistema di riscaldamento, modellato come una pompa di calore.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 529,61
Illuminazione 56,54
Energia ausiliaria 82,47
91
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di marzo ed un grafico relativo al 12 marzo.
Figura 62: andamento orario relativo al mese di marzo
92
Di seguito vengono tabellati i singoli consumi di energia elettrica proveniente dalla rete, relativi al solo mese di marzo. Grazie alla separazione di tali consumi è possibile individuare il consumo di energia elettrica dovuto al solo sistema di riscaldamento, modellato come una pompa di calore.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 329,18
Illuminazione 62,6
Energia ausiliaria 91,47
Tabella 25: consumi separati del mese di marzo in kWh
NOVEMBRE
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di novembre ed un grafico relativo al 4 novembre.
93
Figura 65: andamento orario relativo al giorno 4 novembre (giorno rappresentativo)
Di seguito vengono tabellati i singoli consumi di energia elettrica, proveniente dalla rete, relativi al solo mese di novembre. Grazie alla separazione di tali consumi è possibile individuare il consumo di energia elettrica dovuto al solo sistema di riscaldamento, modellato come una pompa di calore.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 301,26
Illuminazione 60,58
Energia ausiliaria 88,43
94
DICEMBRE
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di dicembre ed un grafico relativo al 14 dicembre.
Figura 66: andamento orario relativo al mese di dicembre
95 solo mese di dicembre.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 614,76
Illuminazione 62,6
Energia ausiliaria 91,33
Tabella 27: consumi separati del mese di dicembre in kWh
MODELLO 1.2 – INVOLUCRO CON BASSO
LIVELLO DI ISOLAMENTO E PRESENZA DEL
DISPOSITIVO SOLARE
Per questo modello sono stati trovati, mediante le simulazioni, i rendimenti omnicomprensivi mensili ottimali che il dispositivo solare dovrebbe avere se fosse installato su di una parete, esposta a Sud, di una abitazione monofamiliare dotata di un involucro dalle scarse prestazioni termiche. Inoltre, sono stati trovati i consumi mensili relativi ad un sistema di riscaldamento costituito da una pompa di calore e da un dispositivo solare a parete funzionante con il suo rendimento ottimale.
GENNAIO
Di seguito si riportano i dati utilizzati, nel programma DesignBuilder, per simulare il dispositivo solare:
DATI VALORI UNITA'
Radiazione solare massima 387,8569 W/m²
Rendimento η 0,4 /
Superficie parete esposta a SUD 26,1 m²
Potenza dispositivo solare 4049,226 W
Superficie utile climatizzata 94,47 m²
Power density 42,86256 W/m²
96
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di gennaio ed un grafico relativo al 4 gennaio.
Figura 68: andamento orario relativo al mese di gennaio
97 solo mese di gennaio.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 376,98
Illuminazione 62,6
Energia ausiliaria 91,19
Tabella 29: consumi separati del mese di gennaio in kWh
FEBBRAIO
Di seguito si riportano i dati utilizzati, nel programma DesignBuilder, per simulare il dispositivo solare:
DATI VALORI UNITA'
Radiazione solare massima 387,8569 W/m²
Rendimento η 0,22 /
Superficie parete esposta a SUD 26,1 m²
Potenza dispositivo solare 2227,074 W
Superficie utile climatizzata 94,47 m²
Power density 23,57441 W/m²
Tabella 30: dati inseriti all’interno del programma Design Builder per simulare il dispositivo solare
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di febbraio ed un grafico relativo al 14 febbraio, giorno rappresentativo utilizzato per scrivere il programma di funzionamento del dispositivo solare.
98
Figura 70: andamento orario relativo al mese di febbraio
99 solo mese di febbraio.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 296,09
Illuminazione 56,54
Energia ausiliaria 82,47
Tabella 31: consumi separati del mese di febbraio in kWh
MARZO
Di seguito si riportano i dati utilizzati, nel programma DesignBuilder, per simulare il dispositivo solare:
DATI VALORE UNITA'
Radiazione solare massima 387,857 W/m²
Rendimento η 0,15 /
Superficie parete esposta a SUD 26,1 m²
Potenza dispositivo solare 1518,46 W
Superficie utile climatizzata 94,47 m²
Power density 16,0735 W/m²
Tabella 32: dati inseriti all’interno del programma Design Builder per simulare il dispositivo solare
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di marzo ed un grafico relativo al 12 marzo, giorno rappresentativo utilizzato per scrivere il programma di funzionamento del dispositivo solare.
100
Figura 72: andamento orario relativo al mese di marzo
101 solo mese di marzo.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 186,29
Illuminazione 62,6
Energia ausiliaria 91,47
Tabella 33: consumi separati del mese di marzo in kWh
NOVEMBRE
Di seguito si riportano i dati utilizzati, nel programma DesignBuilder, per simulare il dispositivo solare:
DATI VALORI UNITA'
Radiazione solare massima 387,8569 W/m²
Rendimento η 0,25 /
Superficie parete esposta a SUD 26,1 m²
Potenza dispositivo solare 2530,766 W
Superficie utile climatizzata 94,47 m²
Power density 26,7891 W/m²
Tabella 34: dati inseriti all’interno del programma Design Builder per simulare il dispositivo solare
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di novembre ed un grafico relativo al 4 novembre, giorno rappresentativo utilizzato per scrivere il programma di funzionamento del dispositivo solare.
102
Figura 74: andamento orario relativo al mese di novembre
103 solo mese di novembre.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 144,86
Illuminazione 60,58
Energia ausiliaria 88,43
Tabella 35: consumi separati del mese di novembre in kWh
DICEMBRE
Di seguito si riportano i dati utilizzati, nel programma DesignBuilder, per simulare il dispositivo solare:
DATI VALORI UNITA'
Radiazione solare massima 387,8569 W/m²
Rendimento η 0,38 /
Superficie parete esposta a SUD 26,1 m²
Potenza dispositivo solare 3846,765 W
Superficie utile climatizzata 94,47 m²
Power density 40,71943 W/m²
Tabella 36: dati inseriti all’interno del programma Design Builder per simulare il dispositivo solare
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di dicembre ed un grafico relativo al 14 dicembre, giorno rappresentativo utilizzato per scrivere il programma di funzionamento del dispositivo solare.
104
Figura 76: andamento orario relativo al mese di dicembre
105 solo mese di dicembre.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 373,38
Illuminazione 62,6
Energia ausiliaria 91,33
106
MODELLO 2.1 – INVOLUCRO CON ALTO LIVELLO
DI ISOLAMENTO E ASSENZA DEL DISPOSITIVO
SOLARE
Per il modello 2.1, costituito da una abitazione monofamiliare dotata di un involucro avente elevate prestazioni termiche, sono stati trovati i consumi mensili relativi ad un sistema di riscaldamento costituito da una pompa di calore, come illustrato in precedenza.
Di seguito si riporta il grafico rappresentante i vari andamenti orari relativi all’intero anno:
107
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di gennaio ed un grafico relativo al 4 gennaio.
Figura 79: andamento orario relativo al mese di gennaio
108
Di seguito vengono tabellati i singoli consumi di energia elettrica, proveniente dalla rete, relativi al solo mese di gennaio. Grazie alla separazione di tali consumi è possibile individuare il consumo di energia elettrica dovuto al solo sistema di riscaldamento, modellato come una pompa di calore.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 421,45
Illuminazione 60,24
Energia ausiliaria 87,75
Tabella 38: consumi separati del mese di gennaio in kWh
FEBBRAIO
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di febbraio ed un grafico relativo al 14 febbraio.
109
Figura 82: andamento orario relativo al giorno 14 febbraio (giorno rappresentativo)
Di seguito vengono tabellati i singoli consumi di energia elettrica, proveniente dalla rete, relativi al solo mese di febbraio. Grazie alla separazione di tali consumi è possibile individuare il consumo di energia elettrica dovuto al solo sistema di riscaldamento, modellato come una pompa di calore.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 324,66
Illuminazione 54,41
Energia ausiliaria 79,36
110
MARZO
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di marzo ed un grafico relativo al 12 marzo.
Figura 83: andamento orario relativo al mese di marzo
111
solo mese di marzo. Grazie alla separazione di tali consumi è possibile individuare il consumo di energia elettrica dovuto al solo sistema di riscaldamento, modellato come una pompa di calore.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 189,9
Illuminazione 60,24
Energia ausiliaria 88,02
Tabella 40: consumi separati del mese di marzo in kWh
NOVEMBRE
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di novembre ed un grafico relativo al 4 novembre.
112
Figura 86: andamento orario relativo al giorno 4 novembre (giorno rappresentativo)
Di seguito vengono tabellati i singoli consumi di energia elettrica, proveniente dalla rete, relativi al solo mese di novembre. Grazie alla separazione di tali consumi è possibile individuare il consumo di energia elettrica dovuto al solo sistema di riscaldamento, modellato come una pompa di calore.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 164,39
Illuminazione 58,3
Energia ausiliaria 85,09
113
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di dicembre ed un grafico relativo al 14 dicembre.
Figura 87: andamento orario relativo al mese di dicembre
114
Di seguito vengono tabellati i singoli consumi di energia elettrica, proveniente dalla rete, relativi al solo mese di dicembre.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 382,43
Illuminazione 60,24
Energia ausiliaria 87,89
Tabella 42: consumi separati del mese di dicembre in kWh
MODELLO 2.2 – INVOLUCRO CON ALTO LIVELLO
DI ISOLAMENTO E PRESENZA DEL DISPOSITIVO
SOLARE
Per questo modello sono stati trovati, mediante le simulazioni, i rendimenti omnicomprensivi mensili ottimali che il dispositivo solare passivo dovrebbe avere se fosse installato su di una parete, esposta a Sud, di una abitazione monofamiliare dotata di un involucro dalle elevate prestazioni termiche. Inoltre, sono stati trovati i consumi mensili relativi ad un sistema di riscaldamento costituito da una pompa di calore e da un dispositivo solare a parete funzionante con il suo rendimento ottimale.
GENNAIO
Di seguito si riportano i dati utilizzati, nel programma Design Builder, per simulare il dispositivo:
DATI VALORI UNITA'
Radiazione solare massima 387,8569 W/m²
Rendimento η 0,28 /
Superficie parete esposta a SUD 26,1 m²
Potenza dispositivo solare 2834,458 W
Superficie utile climatizzata 90,91 m²
Power density 31,17873 W/m²
115 gennaio.
Figura 89: andamento orario relativo al mese di gennaio
116
Di seguito vengono tabellati i singoli consumi di energia elettrica, proveniente dalla rete, relativi al solo mese di gennaio.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 245,74
Illuminazione 60,24
Energia ausiliaria 87,75
Tabella 44: consumi separati del mese di gennaio in kWh
FEBBRAIO
Di seguito si riportano i dati utilizzati, nel programma Design Builder, per simulare il dispositivo solare:
DATI VALORI UNITA'
Radiazione solare massima 387,8569 W/m²
Rendimento η 0,15 /
Superficie parete esposta a SUD 26,1 m²
Potenza dispositivo solare 1518,46 W
Superficie utile climatizzata 90,91 m²
Power density 16,70289 W/m²
Tabella 45: dati inseriti all’interno del programma Design Builder per simulare il dispositivo solare
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese febbraio ed un grafico relativo al 14 febbraio, giorno rappresentativo utilizzato per scrivere il programma di funzionamento del dispositivo solare.
117
Figura 91: andamento orario relativo al mese di febbraio
118
Di seguito vengono tabellati i singoli consumi di energia elettrica, proveniente dalla rete, relativi al solo mese di febbraio.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 184,64
Illuminazione 54,41
Energia ausiliaria 79,36
Tabella 46: consumi separati del mese di febbraio in kWh
MARZO
Di seguito si riportano i dati utilizzati, nel programma Design Builder, per simulare il dispositivo solare:
DATI VALORI UNITA'
Radiazione solare massima 387,8569 W/m²
Rendimento η 0,1 /
Superficie parete esposta a SUD 26,1 m²
Potenza dispositivo solare 1012,307 W
Superficie utile climatizzata 90,91 m²
Power density 11,13526 W/m²
Tabella 47: dati inseriti all’interno del programma Design Builder per simulare il dispositivo solare
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese marzo ed un grafico relativo al 12 marzo, giorno rappresentativo utilizzato per scrivere il programma di funzionamento del dispositivo solare.
119
Figura 93: andamento orario relativo al mese di marzo
120
Di seguito vengono tabellati i singoli consumi di energia elettrica, proveniente dalla rete, relativi al solo mese di marzo.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 88,14
Illuminazione 60,24
Energia ausiliaria 88,02
Tabella 48: consumi separati del mese di marzo in kWh
NOVEMBRE
Di seguito si riportano i dati utilizzati, nel programma Design Builder, per simulare il dispositivo solare:
DATI VALORI UNITA'
Radiazione solare massima 387,8569 W/m²
Rendimento η 0,16 /
Superficie parete SUD 26,1 m²
Potenza dispositivo solare 1619,69 W
Superficie utile climatizzata 90,91 m²
Power density 17,81642 W/m²
Tabella 49: dati inseriti all’interno del programma Design Builder per simulare il dispositivo solare
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di novembre ed un grafico relativo al 4 novembre, giorno rappresentativo utilizzato per scrivere il programma di funzionamento del dispositivo solare.
121
Figura 95: andamento orario relativo al mese di novembre
122
Di seguito vengono tabellati i singoli consumi di energia elettrica, proveniente dalla rete, relativi al solo mese di novembre.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 73,66
Illuminazione 58,3
Energia ausiliaria 85,09
Tabella 50: consumi separati del mese di novembre in kWh
DICEMBRE
Di seguito si riportano i dati utilizzati, nel programma Design Builder, per simulare il dispositivo solare:
DATI VALORI UNITA'
Radiazione solare massima 387,8569 W/m²
Rendimento η 0,28 /
Superficie parete esposta a SUD 26,1 m²
Potenza dispositivo solare 2834,458 W
Superficie utile climatizzata 90,91 m²
Power density 31,17873 W/m²
Tabella 51: dati inseriti all’interno del programma Design Builder per simulare il dispositivo solare
Di seguito si riporta un grafico relativo all’intero mese di dicembre ed un grafico relativo al 14 dicembre, giorno rappresentativo utilizzato per scrivere il programma di funzionamento del dispositivo solare.
123
Figura 97: andamento orario relativo al mese di dicembre
124
Di seguito vengono tabellati i singoli consumi di energia elettrica, proveniente dalla rete, relativi al solo mese di dicembre.
CONSUMI SEPARATI ENERGIA ELETTRICA (kWh)
Riscaldamento 219,99
Illuminazione 60,24
Energia ausiliaria 87,89
125
CONCLUSIONI
Le simulazioni condotte su 4 modelli che differiscono tra di loro solo per le caratteristiche termiche dell’involucro e per la presenza o l’assenza del dispositivo solare passivo a parete hanno permesso:
• Di stabilire il rendimento omnicomprensivo ottimale che un dispositivo solare dovrebbe avere al fine di ridurre il carico termico da riscaldamento senza provocare eccessivi surriscaldamenti;
• Di confrontare i consumi, dovuti ad un sistema di riscaldamento, al variare delle prestazioni termiche dell’involucro;
• Di confrontare i consumi, dovuti ad un sistema di riscaldamento, inserendo o meno un dispositivo solare passivo funzionante con il suo rendimento ottimale.
Nella seguente tabella vengono riassunti i rendimenti omnicomprensivi ottimali associati a ciascun mese di funzionamento del dispositivo solare a parete:
RENDIMENTO OMNICOMPRENSIVO OTTIMALE
MESE CASO 1.2 – scarse prestazioni termiche CASO 2.2 – elevate prestazioni termiche GENNAIO 0,4 0,28 FEBBRAIO 0,22 0,15 MARZO 0,15 0,1 NOVEMBRE 0,25 0,16 DICEMBRE 0,38 0,28
126
Nella seguente tabella vengono riassunti i consumi, espressi in kWh, dovuti all’utilizzo di corrente elettrica per il riscaldamento e relativi ad ogni mese esaminato. Tali consumi, relativi ad ogni mese del periodo di riscaldamento, sono stati sommati tra di loro per ottenere il consumo totale di energia