La simulazione energetica dell’unità abitativa è stata eseguita attraverso il software commerciale MC11300 (Masterclima) e quello ad accesso libero SEAS 3 (ENEA – Università di Pisa). Il primo risulta conforme alle normative tecniche UNI/TS 11300, come certificato dal Comitato Termotecnica Italiano (CTI), quindi risulterà ideale per valutare la classe energetica dell’edificio ed in seguito il rispetto dei requisiti NZEB. Tuttavia, per ottenere una migliore stima dei fabbisogni energetici oltre che per confrontare i consumi da fatturazioni con quelli derivanti dalla simulazione, risulta necessario avvalersi di strumenti basati su profili orari, come quelli implementati in SEAS, software che infatti è specificamente rivolto alle diagnosi energetiche.
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4.2.1 - Simulazione secondo UNI/TS 11300 (software MC11300)
Modellazione dei componenti trasparenti
La modellazione degli infissi è stata effettuata inserendo, per ogni componente, le seguenti specifiche all’interno del software:
Dimensioni dell’intero serramento, del telaio e dei vetri presenti; Caratteristiche del telaio;
Caratteristiche dei vetri;
Caratteristiche relative alla permeabilità dell’aria; Angoli caratteristici di aggetti o ostruzioni esterne;
Caratteristiche relative alla presenza di schermature mobili;
di seguito si riporta un elenco dei 6 componenti con il valore di trasmittanza termica del vetro Ug e quella globale Uw.
Codice Descrizione Trasmittanza vetro Ug
[W/m2K]
Trasmittanza infisso Uw
[W/m2K]
Fin01 Finestra cucina 5,714 4,866
Fin02 Finestra soggiorno 5,714 4,866
Fin03 Finestra camera 5,714 4,972
Fin04 Finestra bagno 5,714 4,919
Fin05 Finestra camera 5,714 5,104
Pfin01 Porta finestra 5,714 5,103
Tabella 8 – Stato di fatto, valori di trasmittanza termica dei componenti trasparenti (MC 11300).
Modellazione dei componenti opachi
Tramite il software è stato possibile ricavare i valori di trasmittanza e di capacità termica areica dei principali componenti opachi che compongono la zona oggetto di studio. La modellazione del solaio è stata effettuata facendo riferimento ad una stratigrafia tipica per solai in latero- cemento, mentre, per quanto riguarda le pareti perimetrali, dalle ispezioni effettuate si è potuto notare la presenza di due diverse tipologie di parete esterna: quella che affaccia sul balcone risulta avere uno spessore di 25 cm, mentre la rimanente porzione di parete esterna risulta avere uno spessore di 30 cm.
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Si riportano di seguito le stratigrafie delle due tipologie di pareti perimetrali esterne.
Parete esterna spessore 30 cm Descrizione Conduttività [W/mK] Spessore [m] Massa volumica [kg/m3] Capacità termica specifica [J/kgK] Fattore di resistenza al vapore Intonaco calce e cemento 0,900 0,015 1800 840 38 Muratura in mattoni 0,297 0,080 800 840 8 Intercapedine 0,510 0,080 1,3 1000 1 Muratura in mattoni 0,544 0,120 1200 840 8 Intonaco calce e cemento 0,900 0,015 1800 840 38
Tabella 9 – Stato di fatto, stratigrafia della parete perimetrale esterna di spessore 30 cm.
Parete esterna spessore 25 cm Descrizione Conduttività [W/mK] Spessore [m] Massa volumica [kg/m3] Capacità termica specifica [J/kgK] Fattore di resistenza al vapore Intonaco calce e cemento 0,900 0,015 1800 840 38 Muratura in mattoni 0,297 0,080 800 840 8 Intercapedine 0,510 0,040 1,3 1000 1 Muratura in mattoni 0,544 0,120 1200 840 8 Intonaco calce e cemento 0,900 0,015 1800 840 38
Tabella 10 – Stato di fatto, stratigrafia della parete perimetrale esterna di spessore 25 cm.
Di seguito si riporta un elenco dei componenti opachi con i valori di trasmittanza e di capacità termica areica (lato interno).
Codice Descrizione Trasmittanza U
[W/m2K]
Capacità termica areica Ci
[kJ/m2K]
Sol01 Solaio in laterocemento 1,920 75,143
Mur01 Muro esterno balcone 1,180 52,211
Mur02 Muro esterno 1,176 52,208
Mur03 Muro vano scala 1,064 50,794
38 Modellazione dei ponti termici
I ponti termici modellati risultano essere quello tra parete e solaio, quello dovuto alla presenza del balcone e quello tra le pareti e gli infissi. Si riportano di seguito le tipologie di tali ponti termici, con i relativi valori di trasmittanza lineica.
Ponte termico parete-solaio (Pt01)
Trasmittanza termica lineica [W/mK] 0,923
Descrizione
Ponte termico formato dalla giunzione di una parete esterna non isolata con un solaio, la cui trave non è isolata. Tabella 12 – Stato di fatto, caratteristiche ponte termico parete-solaio.
Ponte termico balcone (Pt02)
Trasmittanza termica lineica [W/mK] 0,870
Descrizione
Ponte termico formato dalla giunzione di due pareti uguali non isolate, in presenza di balcone non isolato. Tabella 13 - Stato di fatto, caratteristiche ponte termico balcone.
Ponte termico parete-infissi (Pt03)
Trasmittanza termica lineica [W/mK] -0,189
Descrizione
Ponte termico formato dal contatto tra e parete non isolata, in mezzeria.
Tabella 14 - Stato di fatto, caratteristiche ponte termico parete-infissi.
I valori di trasmittanza lineica sono stati ricavati dal software tramite i dati forniti dall’abaco CENED dei ponti termici.
39 Modellazione della ventilazione naturale
L’unità abitativa oggetto del caso studio non risulta dotato di un impianto di ventilazione meccanica. il ricambio d’aria viene quindi effettuato direttamente dagli utenti mediante l’apertura delle finestre. In particolare, per il calcolo della portata di ventilazione media giornaliera media mensile si fa riferimento ai paragrafi 12.1 e 12.2 della norma UNI/TS 11300- 1, dai quali si ha, per gli edifici residenziali (categoria E.1):
Dove è la portata minima di progetto di aria esterna espressa in m3/s, è il volume netto
della zona termica considerata espressa in m3 e è il tasso di ricambio d’aria espresso in h-1 ; per le abitazioni civili il tasso di ricambio d’aria di progetto è pari a 0,5 h-1
. La portata media giornaliera media mensile è data da:
Dove è un fattore di correzione che rappresenta la frazione di tempo in cui si attua il flusso d'aria k-esimo e che tiene conto dell'effettivo profilo di utilizzo e delle infiltrazioni che si hanno quando non si opera l’areazione. Per le abitazioni civili si assume il valore di 0,6. Per le modalità di calcolo dello scambio di energia termica per ventilazione si rimanda al paragrafo 5.2 della norma UNI/TS 11300-1.
Modellazione degli ombreggiamenti e delle ostruzioni esterne
La modellazione degli ombreggiamenti è stata effettuata calcolando gli angoli caratteristici di aggetti orizzontali, verticali e di ostruzioni esterne per ogni componente opaco e trasparente costituente l’involucro della zona termica in esame. I componenti soggetti ad ombreggiamento dovuto ad aggetti orizzontali e verticali sono quelli in prossimità del balcone del piano soprastante, che risulta sporgere per circa 1,5 m ed avere una lunghezza di circa 3 m. le ostruzioni esterne invece sono causate dalla presenza dei palazzi adiacenti che si trovano, come già detto, ad una distanza di circa 9 m dalle facciate Nord-Est e Sud-Ovest e distanti circa 18 m dalla facciata Sud-Est.
A titolo esemplificativo si riportano di seguito le schede di un componente opaco e di uno trasparente, all’interno delle quali è possibile notare che è stato effettuato l’inserimento degli angoli caratteristici di aggetti e di ostruzione esterna una volta calcolati.
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Figura 19 - Screenshot MC11300: inserimento angoli di aggetti e ostruzioni per componente opaco.
41 Modellazione dell’involucro edilizio
Una volta definiti i singoli componenti opachi e trasparenti, nella tabella Trasmissione della scheda Fabbricato del software MC11300, è possibile modellare le pareti che compongono l’involucro edilizio, definendo per ognuna la stratigrafia, la superficie, l’orientamento, gli angoli caratteristici di aggetti o ostruzioni esterne, la presenza di ponti termici e la presenza di componenti finestrati con i propri angoli caratteristici di aggetti e/o ostruzioni.
Figura 21 - Screenshot MC11300: inserimento dati caratteristici dell'involucro edilizio.
Avendo ritenuto trascurabili le capacità termiche dei divisori interni e delle pareti adiacenti ad altri ambienti climatizzati, questi non sono stati considerati nel calcolo, in quanto confinanti con ambienti riscaldati.
Modellazione degli impianti esistenti (riscaldamento, ACS)
I servizi di riscaldamento invernale e produzione di ACS sono garantiti, come già detto, da una caldaia murale a gas, installata esternamente.
I terminali di emissione sono radiatori installati su parete esterna non isolata e forniscono una potenza termica complessiva di 5,3 kW. Per il calcolo del rendimento di emissione si fa riferimento al paragrafo 6.2 della norma UNI/TS 11300-2 dal quale, considerando un carico termico medio annuo17 di 6,3 W/m3 ed una riduzione di 0,04 a causa dell’installazione dei terminali su parete esterna non isolata, si ottiene un valore di 0,93.
17 UNI/TS 11300-2, prospetto 17: “il carico termico medio annuo espresso in W/m3 è ottenuto dividendo
il fabbisogno di energia termica utile espresso in Wh, calcolato secondo la UNI/TS 11300-1, per il tempo convenzionale di esercizio dei terminali di emissione, espresso in ore, e per il volume lordo riscaldato del locale o della zona espresso in metri cubi”. Il tempo convenzionale di esercizio dei terminali di emissione è pari alle ore presenti nel periodo di riscaldamento considerato.
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Per il rendimento di regolazione, dal prospetto 20 del paragrafo 6.3 della norma UNI/TS 11300- 2, considerando che si ha una regolazione solo di zona con caratteristica On-off, si ottiene un valore di 0,93.
Per il rendimento di distribuzione si fa riferimento al paragrafo 6.4.3 della norma UNI/TS 11300-2 dal quale, considerando che si sta modellando un impianto autonomo a piano intermedio e che il fattore di correzione C del rendimento tabulato risulta 0,92, si ottiene un valore di 0,9908.
Il generatore, classificato come a camera stagna tipo C per impianti autonomi classificati (3 stelle), risulta avere una potenza nominale a pieno carico di 23,8 kW con un rendimento termico utile a pieno carico del 92,2% mentre, la potenza elettrica richiesta dagli ausiliari a pieno carico è pari a 125 W. Il rendimento di generazione viene calcolato facendo riferimento al prospetto 26 della norma UNI/TS 11300-2, considerando un rapporto tra potenza installata e potenza di progetto pari a 4 e che la temperatura media di caldaia risulta maggiore di 65 °C in condizioni di progetto. Si ottiene quindi un valore pari a 0,83.
Per quanto riguarda la produzione di acqua sanitaria i rendimenti da stabilire sono quello di erogazione e quello di distribuzione. Il rendimento di erogazione viene assunto pari a 1 per le valutazioni energetiche standard (A2), come specificato nel paragrafo 7.2 della norma UNI/TS 11300-2, mentre, per il rendimento di distribuzione, si fa riferimento al paragrafo 7.3, considerando che il sistema in esame risulta installato dopo l’entrata in vigore della Legge 373/76 con una rete di distribuzione corrente totalmente in ambiente climatizzato.
Si riporta di seguito una sintesi dei valori dei rendimenti per l’impianto di riscaldamento e produzione di ACS:
descrizione Simbolo Valore [%]
Rendimento sottosistema di emissione ηH,e 0,93
Rendimento sottosistema di distribuzione ηH,d 0,9908
Rendimento sottosistema di regolazione ηH,rg 0,93
Rendimento sottosistema di generazione ηH,gn 0,83
Efficienza media stagionale dell’impianto di riscaldamento ηH 0,6685 Efficienza media stagionale dell’impianto di produzione ACS ηW 0,7172
Tabella 15 - Rendimenti tipici dell'impianto di riscaldamento e produzione di ACS
4.2.2 - Diagnosi energetica (software SEAS)
Il software SEAS 3.0 è realizzato nell’ambito dell’Accordo di Collaborazione tra ENEA e il Dipartimento di Ingegneria dell’Energia, dei Sistemi del Territorio e delle Costruzioni (DESTEC) dell’Università di Pisa, in senso all’Accordo di Programma MSE-ENEA sulla Ricerca di Sistema Elettrico, Piano Annuale di Realizzazione 2013. Tale strumento consiste in un modello semi-stazionario mensile e permette di effettuare diagnosi anche con approccio multi zona.
Sezione Dati generali
Nella sezione Dati generali è possibile inserire la destinazione d’uso dell’edificio e tutti i dati relativi al contesto geografico in cui questo è inserito. Non disponendo di dati più precisi, i valori di velocità del vento e dell’irraggiamento globale su piano orizzontale sono stati ottenuti da normativa (UNI 10349:1998) mentre, i valori delle temperature medie esterne sono stati
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ricavati da archivi meteo riportanti i dati rilevati dalla stazione meteo di Pisa – San Giusto relativi al periodo di riscaldamento 2016 – 2017, in modo da ottenere in seguito una maggior precisione nel confronto tra i consumi stimati da audit e quelli da fatturazioni, riferiti proprio al periodo invernale 2016 – 2017.
Si riporta di seguito un dettaglio della scheda adibita all’inserimento dei dati relativi al contesto geografico.
Figura 22 - Screenshot SEAS: inserimento dati relativi al contesto geografico.
La colonna a destra dei valori di temperatura inseriti riporta i valori da normativa. Un rapido confronto porta a notare che questi ultimi siano leggermente inferiori per tutti i mesi invernali rispetto a quelli realmente registrati negli anni 2016 e 2017.
Nella parte destra della schermata è possibile notare dei risultati intermedi che riportano dati biorari dell’andamento della temperatura esterna relativa al giorno medio mensile per ogni mese.
44 Sezione Involucro
Con la sezione Involucro, all’interno della sotto sezione Profili di utilizzo, è possibile definire i dati geometrici dell’involucro edilizio oltre ai profili di gestione e di presenza dell’utenza. La superficie calpestabile dell’area riscaldata ammonta a 50,30 m2
per un volume netto della zona di 135,81 m3.
Tramite un intervista agli occupanti l’abitazione, che ammontano a due individui, è stato possibile ricostruire i profili delle presenze, quelli di accensione dell’impianto di riscaldamento e quelli di apertura di finestre e chiusure oscuranti, per i quali di seguito si riportano i dettagli. Nella scheda Profilo presenze vengono inseriti i dati biorari relativi alla presenza degli occupanti di progetto all’interno della zona soggetta ad audit. Data l’impossibilità di diversificare i profili su base mensile, dopo aver acquisito i dati relativi ad ogni mese, tramite medie pesate si è potuto ottenere un unico profilo giornaliero per i giorni feriali e per quelli festivi. Nella parte inferiore della scheda è inoltre possibile inserire il numero di giorni, per ogni mese, per i quali l’utenza non è presente all’interno della zona.
Nella parte di destra invece si nota la presenza di alcuni dati di output relativi al numero di occupanti medio per ogni mese e quello relativo ai giorni feriali e festivi.
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La scheda Profilo accensione riscaldamento è adibita all’inserimento dei principali dati riguardanti la gestione dell’impianto di riscaldamento da parte degli occupanti la zona, ottenuti a seguito di un intervista all’utenza stessa.
La temperatura di set point viene solitamente impostata dagli utenti intorno a 19,5 °C quando questi si trovano in casa, anche nelle ore notturne, mentre, quando gli utenti non sono presenti la temperatura viene impostata intorno ai 17,5 °C. Si è scelto quindi di modellare il funzionamento dell’impianto di riscaldamento come in “regime di attenuazione” dove i periodi in cui si effettua l’attenuazione sono quelli in cui l’utenza non è presente all’interno della zona.
Nella parte inferiore della schermata vi è poi la possibilità di inserire i giorni, per ogni mese, per i quali gli impianti termici non vengono utilizzati.
Figura 24 - Screenshot SEAS: definizione del profilo accensione dell’impianto di riscaldamento.
Nelle schede Profilo chiusure oscuranti e Profilo apertura finestre vengono inseriti, per ogni mese, dati biorari relativi ai profili di apertura e chiusura di finestre e chiusure oscuranti. Anche questi dati sono stati raccolti durante l’intervista all’utenza. Nella parte destra della scheda Profilo chiusure oscuranti vengono mostrati i fattori di utilizzo calcolati dal software per ogni mese.
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Figura 25 - Screenshot SEAS: definizione del profilo di apertura delle chiusure oscuranti.
Figura 26 - Screenshot SEAS: definizione del profilo di apertura finestre.
Nella sottosezione Dispersioni per trasmissione è possibile inserire le caratteristiche dei componenti opachi, di quelli trasparenti e dei ponti termici.
Nella scheda Pareti opache vengono inseriti tutti i componenti opachi con le loro caratteristiche. I valori di trasmittanza e di capacità termica areica di questi componenti sono stati ottenuti dalla modellazione tramite il software MC11300, inoltre viene richiesto di inserire gli angoli di orientamento delle superfici oltre a quelli di eventuali aggetti o ostruzioni esterne.
Nella parte di destra della schermata di destra si trovano, per ogni componente, dati di output intermedi che esprimono i valori di energia dispersa per trasmissione e quella acquisita dagli apporti solari mese per mese.
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Figura 27 - Screenshot SEAS: definizione dei componenti opachi.
Nella scheda Superfici vetrate vengono inseriti tutti i componenti trasparenti con le loro caratteristiche. Anche in questo caso i valori di trasmittanza sono ottenuti tramite la modellazione degli stessi componenti sul software MC11300. Vengono richieste poi le caratteristiche del serramento, quelle del cassonetto, la presenza di eventuali tendaggi e gli angoli di aggetti o di ostruzioni esterne.
Nella parte destra della schermata si trovano, per ogni componente, dati di output intermedi riportanti, mese per mese, valori come trasmittanze, fattori di ombreggiatura, fattori per ostruzioni esterne o aggetti verticali e valori di energia delle dispersioni per trasmissione e degli apporti solari.
Figura 28 - Screenshot SEAS: definizione delle superfici vetrate.
Nella scheda Ponti termici strutture opache si inseriscono le lunghezze e le trasmittanze termiche lineiche dei vari ponti termici presenti, ricavate, anche in questo caso, dal software MC11300. Nella parte destra della schermata troviamo dei valori di output intermedi che esprimono, per ogni ponte termico, le dispersioni in termini di energia mese per mese.
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Figura 29 - Screenshot SEAS: definizione dei ponti termici.
La ventilazione è affidata esclusivamente alle infiltrazioni e all’apertura delle finestre. La procedura di calcolo del ricambio d’aria è stata effettuata utilizzando la normativa UNI 10339.
Figura 30 - Screenshot SEAS: definizione del metodo di calcolo per infiltrazioni e ventilazioni.
Nella scheda Fabbisogno acqua calda sanitaria vengono inseriti i volumi medi mensili di ACS consumati. Si considera la temperatura di ingresso dell’acqua in caldaia di 15 °C e quella di uscita di 40 °C, realizzando un ΔT di 25 °C.
Per ottenere una stima di questi volumi, anche grazie alle informazioni ottenute con l’intervista all’utenza, si è cercato di valutare quali fossero i consumi relativi all’uso delle docce e del lavaggio piatti, dato che questi risultano essere i due principali tipi di consumo di ACS presenti. Per le docce si è considerato un consumo di 45 litri/giorno di ACS a 40 °C, mentre per il lavaggio piatti si è considerato un volume pari a 17 litri di acqua a 30 °C per ogni lavaggio, ai quali corrispondono 10,24 litri di ACS a 40 °C.
Tenendo conto dei profili di presenze degli occupanti è stato possibile stimare, mese per mese, il numero di docce e dei lavaggi dei piatti eseguiti, ottenendo i valori riportati di seguito.
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Mese Numero di lavaggi dei piatti Numero docce
Gen. 36 23 Feb. 44 28 Mar. 35 31 Apr. 27 23 Mag. 35 31 Giu. 47 30 Lug. 49 31 Ago. 0 0 Set. 47 30 Ott. 36 31 Nov. 34 30 Dic. 21 18
Tabella 16 - Stima dei lavaggi piatti e docce effettuati per ogni mese.
È stato quindi possibile calcolare i volumi di ACS consumati nei vari mesi dell’anno.
Nella parte destra della schermata sono riportati i valori di energia termica richiesta mensilmente per la produzione dei volumi di ACS inseriti.
Figura 31 - Screenshot SEAS: definizione dei consumi di ACS.
Nella scheda Carichi termici non gratuiti sono stati stimati e inseriti i consumi di energia annui e il fattore di recupero interno del carico termico di un forno e di un piano cottura entrambi alimentati a gas naturale. In particolare per il forno si è considerata una potenza pari a 1 kW e un utilizzo di un ora a settimana, per un totale di 44 kWh/anno di gas consumato (l’utenza risulta presente all’interno della zona per circa 44 settimane all’anno), mentre per il piano cottura, dopo aver stimato una portata media di gas naturale pari a 0,10 Sm3/h e i tempi di utilizzo pari a 20 minuti nel caso del pranzo e 10 minuti nel caso della cena, si sono potuti stimare i valori di energia necessari (considerando un PCI pari a 38,1 MJ/Sm3) che ammontano a circa 110 kWh/anno.
Per i fattori di recupero si ritiene opportuno adottare i valori di 0,9 per il forno a gas e di 0,5 per il piano cottura, in quanto l’energia termica immessa nella zona da quest’ultimo si ritiene possa essere dispersa più facilmente.
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Figura 32 - Screenshot SEAS: definizione dei carichi termici non gratuiti.
Nella scheda Illuminazione sono state inserite le caratteristiche e le ore di accensione giornaliere stimate delle varie lampade presenti, che risultano essere fluorescenti compatte di una potenza di 25 W. Nella parte destra della schermata il software riporta l’energia elettrica consumata mensilmente espressa in kWh.
Figura 33 - Screenshot SEAS: definizione del sistema di illuminazione.
Nella scheda Altri carichi elettrici vengono riportati gli apparecchi presenti all’interno della zona o direttamente il valore di energia mensilmente consumata da essi se noto.
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Figura 34 - Screenshot SEAS: definizione dei carichi elettrici.
Sezione Impianto
All’interno della Sezione impianto si vanno ad inserire i dati caratteristici degli impianti di riscaldamento e di generazione di ACS in modo da poter calcolare i consumi energetici per ogni servizio.
Essendo in presenza di un’unica zona termica i millesimi associati ad ogni servizio saranno pari a 1000, inoltre i carichi elettrici esterni alla zona risultano nulli nonostante sia presente un illuminazione esterna, in quanto gli utenti non ne fanno mai utilizzo.
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Nella sotto sezione Emissione si inserisce la tipologia e la potenza installata dei terminali dell’impianto di riscaldamento. Nella parte destra della schermata è possibile valutare i rendimenti di emissione calcolati mese per mese dal software, oltre che l’energia termica fornita