5 Simulazione numerica dell’edificio monitorato: i risultati di TRNSYS

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332

parte

qui

nta

5 Simulazione numerica dell’edificio monitorato: i risultati di TRNSYS

5.1 La simulazione numerica con TRNSYS: setup-operativo

Le informazioni raccolte nei precedenti paragrafi si sono rese utili a delineare un valido quadro conoscitivo del comportamento termico dell’edificio monitorato in funzione del benessere termico percepito dalle persone. La simulazione numerica effettuata col software TRNSYS, (TRaNsient SYstem Simulation program), completa questo caso-studio con proposte di ottimizzazione energetica mirate a migliorare il benessere di un’abitazione, ricordiamo, monitorata in evoluzione libera per due settimane (la prima in presenza delle persone, la seconda in loro assenza).

La prima condizione simulata è lo stato di fatto di casa Mancosu: la struttura abitativa è stata inizialmente analizzata senza la presenza della copertura ventilata realmente presente, in modo da studiarne il comportamento termico sia in assenza che in presenza di una copertura dotata del proprio canale di ventilazione.

Gli input necessari alla simulazione di Casa Mancosu sono stati:

- File Meteo, con le informazioni relative alla temperatura aria esterna (°C), all’irraggiamento solare totale (W/m2) e all’umidità relativa dell’aria esterna (%). Questi dati, relativi alla stazione meteo più prossima al comune della residenza, Serramanna - Provincia del Medio Campidano- sono stati acquistati presso l’ARPAS (Dipartimento Specialistico Regionale Idrometeoclimatico della Sardegna). Il programma si interfaccia facilmente con comuni software di calcolo come Microsoft Excel e MATLAB: questo permette di sfruttare funzioni matematiche personalizzate, come nel caso degli elementi aggiuntivi immessi per il calcolo della radiazione solare diretta e diffusa per vari orientamenti delle superfici partendo dalla radiazione su piano orizzontale.

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p arte qu in ta

- Dati geometrici dell’edificio, ricavati direttamente dal progetto di ristrutturazione edilizia di Casa Mancosu riportato anche sul manuale tematico della terra cruda99

- Caratteristiche termofisiche dei materiali edili utilizzati nell’abitazione. Casa Mancosu costituisce il recupero di un edificio in centro storico risalente al 2002: alcuni dati sono stati recuperati dalla relazione sulla Legge 10/’91 richiesta per quegli anni, altri, come per il mattone crudo, sono stati ricavati in parte da letteratura100, (come nel caso del calore specifico), in parte da recenti analisi di Laboratorio101 effettuate su mattoni realizzati recentemente nella zona del Medio Campidano. Altri ancora sono stati evinti dalle schede tecniche dei materiali in commercio come nel caso dell’approssimazione fatta su un massetto alleggerito realizzato in cantiere, con calce e frammenti di sughero, utilizzato sull’estradosso della copertura.

- Calcolo degli apporti interni derivanti dalla presenza delle persone e degli elettrodomestici utilizzati (il frigorifero è il solo elettrodomestico considerato in funzione nel periodo estivo). Nel primo caso si è fatto riferimento alla normativa UNI EN ISO 7730 e in particolare al tasso metabolico per attività sedentaria o di studio, pari a 58 W/m2. Per quanto riguarda gli elettrodomestici invece si è fatto riferimento a delle stime effettuate negli studi ENEA sul benessere sostenibile e i consumi delle famiglie italiane, (opuscolo ENEA“L’etichetta energetica”), secondo il quale il 22% circa dell’energia elettrica totale assorbita in una abitazione è da imputare al frigorifero. Su questa base, ipotizzando un orario di funzionamento continuato, si è introdotto un carico interno di 120 W per tutto il periodo di monitoraggio (sia nel periodo di presenza che di assenza delle persone).

99

2008, ACHENZA M., SANNA U. “Il manuale tematico della terra cruda”, Dei-Tipografia del Genio Civile.

100

come da nota di cui sopra

101

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334

parte

qui

nta

Potenza fornita dagli Apporti interni(calcolo per TRNSYS)

[W] Potenza fornita (Persone, Illuminazione, Apparecchi elettrici)

KJ/h

UNI EN ISO 7730 540

Data Tae PersoneMetab(W/m2) media S pelle(m2) W persone FRIGO (W)

28/07/2010 18.00 27.83 1 58 1.7 98.6 150 28/07/2010 19.00 29.00 2 58 1.7 197.2 150 28/07/2010 20.00 27.44 2 58 1.7 197.2 150 28/07/2010 21.00 25.74 4 58 1.7 394.4 150 28/07/2010 22.00 23.99 1 58 1.7 98.6 150 28/07/2010 23.00 23.09 2 58 1.7 197.2 150 29/07/2010 00.00 22.46 2 46 1.7 156.4 150 29/07/2010 01.00 21.89 2 46 1.7 156.4 150 29/07/2010 02.00 21.45 2 46 1.7 156.4 150 29/07/2010 03.00 20.73 1 46 1.7 78.2 150 29/07/2010 04.00 20.18 1 46 1.7 78.2 150 29/07/2010 05.00 19.77 1 46 1.7 78.2 150 29/07/2010 06.00 19.58 4 46 1.7 312.8 150 29/07/2010 07.00 19.53 4 46 1.7 312.8 150 29/07/2010 08.00 20.94 4 46 1.7 312.8 150 29/07/2010 09.00 26.30 2 58 1.7 197.2 150 29/07/2010 10.00 27.53 2 58 1.7 197.2 150 29/07/2010 11.00 28.64 0 58 1.7 0 150 29/07/2010 12.00 30.66 0 58 1.7 0 150 29/07/2010 13.00 32.06 0 58 1.7 0 150 29/07/2010 14.00 32.26 0 58 1.7 0 150 29/07/2010 15.00 31.64 0 58 1.7 0 150 29/07/2010 16.00 31.05 0 58 1.7 0 150 29/07/2010 17.00 30.76 0 58 1.7 0 150 29/07/2010 18.00 29.98 1 58 1.7 98.6 150 29/07/2010 19.00 28.59 2 58 1.7 197.2 150 29/07/2010 20.00 27.24 2 58 1.7 197.2 150 29/07/2010 21.00 26.02 4 58 1.7 394.4 150 29/07/2010 22.00 24.93 1 58 1.7 98.6 150 29/07/2010 23.00 24.15 2 58 1.7 197.2 150 30/07/2010 00.00 23.47 2 46 1.7 156.4 PP 150 30/07/2010 01.00 23.09 2 46 1.7 156.4 PP 150 30/07/2010 02.00 22.60 2 46 1.7 156.4 PP 150 30/07/2010 03.00 21.98 1 46 1.7 78.2 CAMERA 150 30/07/2010 04.00 21.81 1 46 1.7 78.2 CAMERA 150 30/07/2010 05.00 21.72 1 46 1.7 78.2 CAMERA 150 30/07/2010 06.00 21.47 4 46 1.7 312.8 PP 150 30/07/2010 07.00 21.47 4 46 1.7 312.8 PP 150 30/07/2010 08.00 22.84 4 46 1.7 312.8 PT 150 30/07/2010 09.00 24.41 2 58 1.7 197.2 SOGGIORNO 150 30/07/2010 10.00 28.17 2 58 1.7 197.2 PP 150 30/07/2010 11.00 28.63 0 58 1.7 0 0 150 30/07/2010 12.00 27.22 0 58 1.7 0 0 150 30/07/2010 13.00 28.05 0 58 1.7 0 0 150

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p arte qu in ta 30/07/2010 14.00 28.31 0 58 1.7 0 0 150 30/07/2010 15.00 27.56 0 58 1.7 0 0 150 30/07/2010 16.00 27.28 0 58 1.7 0 0 150 30/07/2010 17.00 27.22 0 58 1.7 0 0 150 30/07/2010 18.00 26.07 1 58 1.7 98.6 PT 150 30/07/2010 19.00 24.86 2 58 1.7 197.2 PT 150 30/07/2010 20.00 23.91 2 58 1.7 197.2 SOGGIORNO 150 30/07/2010 21.00 22.68 4 58 1.7 394.4 SOGGIORNO 150 30/07/2010 22.00 22.41 1 58 1.7 98.6 CAMERA 150 30/07/2010 23.00 22.01 2 58 1.7 197.2 PP 150 31/07/2010 00.00 21.33 2 46 1.7 156.4 150 31/07/2010 01.00 20.68 2 46 1.7 156.4 150 31/07/2010 02.00 20.03 2 46 1.7 156.4 150 31/07/2010 03.00 19.61 1 46 1.7 78.2 150 31/07/2010 04.00 19.51 1 46 1.7 78.2 150 31/07/2010 05.00 19.24 1 46 1.7 78.2 150 31/07/2010 06.00 18.88 4 46 1.7 312.8 150 31/07/2010 07.00 19.04 4 46 1.7 312.8 150 31/07/2010 08.00 20.11 4 46 1.7 312.8 150 31/07/2010 09.00 27.26 2 58 1.7 197.2 150 31/07/2010 10.00 26.82 2 58 1.7 197.2 150 31/07/2010 11.00 27.56 0 58 1.7 0 150 31/07/2010 12.00 30.86 0 58 1.7 0 150 31/07/2010 13.00 31.81 0 58 1.7 0 150 31/07/2010 14.00 31.86 0 58 1.7 0 150 31/07/2010 15.00 31.49 0 58 1.7 0 150 31/07/2010 16.00 31.20 0 58 1.7 0 150 31/07/2010 17.00 30.75 0 58 1.7 0 150 31/07/2010 18.00 29.53 1 58 1.7 98.6 150 31/07/2010 19.00 28.18 2 58 1.7 197.2 150 31/07/2010 20.00 26.56 2 58 1.7 197.2 150 31/07/2010 21.00 25.20 4 58 1.7 394.4 150 31/07/2010 22.00 24.02 1 58 1.7 98.6 150 31/07/2010 23.00 22.86 2 58 1.7 197.2 150 01/08/2010 00.00 22.50 2 46 1.7 156.4 150 01/08/2010 01.00 21.74 2 46 1.7 156.4 150 01/08/2010 02.00 21.58 2 46 1.7 156.4 150 01/08/2010 03.00 20.99 1 46 1.7 78.2 150 01/08/2010 04.00 19.69 1 46 1.7 78.2 150 01/08/2010 05.00 19.31 1 46 1.7 78.2 150 01/08/2010 06.00 18.87 4 46 1.7 312.8 150 01/08/2010 07.00 17.72 4 46 1.7 312.8 150 01/08/2010 08.00 19.02 4 58 1.7 394.4 150 01/08/2010 09.00 27.61 2 58 1.7 197.2 150 01/08/2010 10.00 29.88 2 58 1.7 197.2 150 01/08/2010 11.00 30.22 0 58 1.7 0 150 01/08/2010 12.00 32.36 0 58 1.7 0 150 01/08/2010 13.00 33.59 0 58 1.7 0 150 01/08/2010 14.00 33.17 0 58 1.7 0 150 01/08/2010 15.00 32.80 0 58 1.7 0 150

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parte qui nta 01/08/2010 16.00 31.49 0 58 1.7 0 150 01/08/2010 17.00 30.54 0 58 1.7 0 150 01/08/2010 18.00 29.22 1 58 1.7 98.6 150 01/08/2010 19.00 28.03 2 58 1.7 197.2 150 01/08/2010 20.00 26.80 2 58 1.7 197.2 150 01/08/2010 21.00 25.71 4 58 1.7 394.4 150 01/08/2010 22.00 24.87 1 58 1.7 98.6 150 01/08/2010 23.00 24.09 2 58 1.7 197.2 150 02/08/2010 00.00 23.02 2 46 1.7 156.4 150 02/08/2010 01.00 22.41 2 46 1.7 156.4 150 02/08/2010 02.00 21.60 2 46 1.7 156.4 150 02/08/2010 03.00 20.77 1 46 1.7 78.2 150 02/08/2010 04.00 20.25 1 46 1.7 78.2 150 02/08/2010 05.00 19.87 1 46 1.7 78.2 150 02/08/2010 06.00 19.94 4 46 1.7 312.8 150 02/08/2010 07.00 19.81 4 46 1.7 312.8 150 02/08/2010 08.00 20.74 4 58 1.7 394.4 150 02/08/2010 09.00 30.32 2 58 1.7 197.2 150 02/08/2010 10.00 29.62 2 58 1.7 197.2 150 02/08/2010 11.00 29.85 0 58 1.7 0 150 02/08/2010 12.00 31.65 0 58 1.7 0 150 02/08/2010 13.00 32.49 0 58 1.7 0 150 02/08/2010 14.00 32.58 0 58 1.7 0 150 02/08/2010 15.00 32.21 0 58 1.7 0 150 02/08/2010 16.00 31.78 0 58 1.7 0 150 02/08/2010 17.00 31.17 0 58 1.7 0 150 02/08/2010 18.00 30.22 1 58 1.7 98.6 150 02/08/2010 19.00 28.90 2 58 1.7 197.2 150 02/08/2010 20.00 27.37 2 58 1.7 197.2 150 02/08/2010 21.00 26.07 4 58 1.7 394.4 150 02/08/2010 22.00 24.94 1 58 1.7 98.6 150 02/08/2010 23.00 24.39 2 58 1.7 197.2 150 03/08/2010 00.00 24.09 2 46 1.7 156.4 150 03/08/2010 01.00 23.11 2 46 1.7 156.4 150 03/08/2010 02.00 22.73 2 46 1.7 156.4 150 03/08/2010 03.00 22.29 1 46 1.7 78.2 150 03/08/2010 04.00 21.00 1 46 1.7 78.2 150 03/08/2010 05.00 20.73 1 46 1.7 78.2 150 03/08/2010 06.00 20.78 4 46 1.7 312.8 150 03/08/2010 07.00 20.83 4 46 1.7 312.8 150 03/08/2010 08.00 21.81 4 58 1.7 394.4 150 03/08/2010 09.00 28.70 2 58 1.7 197.2 150 03/08/2010 10.00 28.93 2 58 1.7 197.2 150 03/08/2010 11.00 29.95 0 58 1.7 0 150 03/08/2010 12.00 30.87 0 58 1.7 0 150 FRIGO (W) 30.5 1 calcolo della potenza fornita dagli apporti interni

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337

p arte qu in ta

- Calcolo delle dispersioni per infiltrazione dell’aria esterna attraverso i serramenti.

Per effettuare il calcolo delle dispersioni per infiltrazione si deve preventivamente stimare il tasso di ricambio d’aria attraverso gli infissi. Normalmente tale calcolo viene effettuato secondo le normative UNI 7979 e UNI EN 12207 che si basano sulla classe di permeabilità caratteristica di ogni serramento riportata nella scheda tecnica. In questo caso, poiché gli infissi appartenenti all’edificio sono realizzati artigianalmente, si è scelto di calcolare il tasso di infiltrazione tramite un metodo semplificato che si basa sulle dimensioni della battuta del giunto apribile e sulla differenza di pressione tra l’ambiente interno e quello esterno.

La formula utilizzata e la tabella di riferimento sono qui riportate: Infiltrazione complessiva

Q [m3/h]=L*A*(pe-pi )^2/3

Q= infiltrazione complessiva d’aria o portata d’aria esterna (m3/h) L= lunghezza totale delle battute di porte e finestre (m)

a= coefficiente d’infiltrazione (tab.2, nella quale si suppone che il giunto tra il telaio e la muratura sia eseguita a regola d’arte) ossia portata volumica d’aria infiltrata per metro di battuta e per una differenza di pressione di 1 Pa (m3/hm Pa0,66)

pe= pressione esistente sulla facciata esposta al vento (Pa) pi=pressione esistente sulla facciata protetta dal vento (Pa)

q0= a*(pe-pi)0,66= portata volumica d’aria infiltrata per metro di battuta (m3/hm) Eq. n°49

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338

parte

qui

nta

La differenza di pressione Dp=(pe-pi) è funzione della pressione dinamica del vento sulle facciate esposte e dell’angolo d’incidenza del vento sulle facciate.

La differenza (pe-pi ) è stata scelta dai valori standard riportati nella tabella sottostante per un’ abitazione in situazione mediamente schermata rispetto al vento e per una zona mediamente

ventosa.

Per calcolare poi il tasso di ricambio orario per infiltrazione si effettua semplicemente la divisione per il volume netto di aria della zona (Vn [m3]).

N=Q/Vn [1/h]

Formula Infiltrazione Q= l*a*(pe-pi)^0.66 l= lunghezza della battuta a=coefficiente di qualità dell'infisso

pe-pi=delta di pressione tra interno ed esterno

Lunghezza Battuta Soggiorno 12.6

Camera 3 PT 22.2 PP 14.4 Calcolo Infiltrazioni Soggiorno 38.8337 m3/h Volume = (29.8m2*2.7m) 80.46 0.482646 V/h Camera 9.24612 m3/h Volume = (14.7m2*2.8m) 41.16 0.224638 V/h

Piano Terra 68.42129 m3/h Volume = (59.17m2*2.7m) 159.759

0.428278 V/h

Piano Primo 44.38138 Volume = (72.19m2*2.7m) 202.132

0.219566

30.5 2 Calcolo delle infiltrazioni

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p arte qu in ta

L’utilizzo di TRNSYS nel caso-studio di questo edificio realizzato in adobe, è mirato alla comparazione con i dati sperimentali derivati dal monitoraggio effettuato nei mesi estivi, al fine di verificare con buona approssimazione le proposte di ottimizzazione energetica che verranno di seguito proposte. Riferendosi dunque ai dati sperimentali, l’edificio descritto su TRNSYS è stato suddiviso in 4 zone termiche:

- Il soggiorno monitorato al piano terra - Il piano terra (escluso il soggiorno) - La camera letto monitorata al piano primo - Il piano primo (escluso la camera da letto)

Tale suddivisione ci consente di poter leggere meglio i dati simulati in particolar modo quelli relativi ai locali monitorati.

30.5 3 Angolo Nord-Ovest / Nord-Est di Casa Mancosu: “limone” (su parete Nord-Ovest) per la rilevazione della temperatura esterna -Tae-. (posizione che ha reso l’andamento della Tae in loco, affetta da un errore di

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340

parte

qui

nta

Meteriali Casa Mancosu

Copertura superficie (Camera+P.Primo)= 146.04m2 Us(W/m2K)=0.78

Materiali densità conducibilità spessore calore specifico r (Kg/m3) l(W/mK) s (m) cs (KJ/KgK)

Tavolato Abete 540 0.13 0.03 1.3

freno a vapore non influente

Massetto alleggerito calce-sughero 1.4 0.11 0.1 1.3

guaina traspirante non influente

listellatura

canale di ventilazione 0.04

tavolato

manto tegole

Solaio intermedio superficie= 29.8m2

Tavolato Abete 540 0.13 0.03 1.3

isolante acustico non influente 0.005

Massetto alleggerito calce-sughero 1.4 0.11 0.1 1.3

Cemento Autolivellante 2000 5.04 0.01 0.88

Parquet Rovere 600 0.612 0.01 1.3

Solaio controterra superficie= 106.72m2 (soggiorno+PT) Us(W/m2K)=2.08

Pavimentazione cotto 1700 0.7 0.02 0.84

Massetto -malta bastarda- 1800 0.9 0.05 0.91

Vespaio aerato non influente 0.4

Muratura esterna superficie tot= 316.41 m2 Us(W/m2K)=1.19

Adobe 1842 0.663 0.4 1

Intonaco esterno calce 1400 0.7 0.025 0.85

Intonaco interno argilla 1600 0.73 0.025 0.85

30.5 4 Descrizione materiali edili presenti nelle stratigrafie dell’edificio monitorato

5.2 La simulazione numerica con TRNSYS: Caso Estivo

Le prime simulazioni (1° e 2° caso), costituiscono i primi tentativi della rappresentazione in regime dinamico del comportamento termico dell’edificio in adobe: per questo motivo sono presenti varie approssimazioni, come la rappresentazione dell’edificio con una copertura tradizionale a doppia falda senza la presenza del condotto ventilato, con una prima stima della temperatura del terreno prossima alla media annua della temperatura esterna, senza la presenza di ombreggiamenti e

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di ricambi d’aria. Si noterà nei processi di simulazione il “peso” che questi input hanno nella stesura dei risultati simulati, tramite la comparazione con i dati misurati durante il monitoraggio.

L’intervallo di simulazione è stato fissato secondo la durata del periodo di monitoraggio: dalle ore 18:00 del 28 Luglio 2010 alle ore 16:00 del 10 Agosto 2010. L’intervallo di tempo della simulazione in cui si ha la presenza delle persone ha la durata di 139 ore, dalle 18:00 del 28 luglio alle 12:00 del 3 agosto, mentre la simulazione dell’edificio disabitato ha una durata di 177 ore, dalle 12:00 del 3 agosto alle 16:00 del 10 agosto.

1°caso simulato: l’edificio è abitato e studiato nel suo stato di fatto ma privato della presenza della camera di ventilazione nella copertura. La temperatura del terreno introdotta, a contatto con il solaio contro terra di cui si sono considerati gli strati sino al vespaio ventilato (massetto alleggerito e pavimentazione), è di 16°C corrispondente alla temperatura media annua dell’aria esterna presente nelle località considerate. Non sono presenti ombreggiamenti e ricambi d’aria.

La Tai (temperatura dell’aria interna) del locale di soggiorno è inferiore rispetto alla Tai della stanza da letto come avviene secondo la lettura del monitoraggio. La differenza tra i dati sperimentali e i dati simulati corrisponde ad un DT di circa 1,8°C nel caso del soggiorno: dall’andamento della Tai rispetto alla Tae notiamo l’innalzamento repentino della temperatura interna al locale di circa 2°C la mattina sempre nello stesso orario. Ciò testimonia con buona probabilità l’apertura degli infissi al mattino per il ricambio d’aria. Questo si accorda perfettamente al fatto che invece nella simulazione su TRNSYS il ricambio aria per ventilazione (cioè per l’apertura discontinua degli infissi) non è stata simulata per mancanza di dati precisi. Inoltre, osservando l’andamento di Tai della stanza letto simulata e monitorata si nota un DT di 1°C più alto secondo gli output di TRNSYS. Vedremo in seguito cosa accade in presenza del canale di ventilazione presente in copertura.

2°caso simulato : l’edificio è disabitato e studiato nel suo stato di fatto ma privato della presenza della camera di ventilazione nella copertura. La temperatura del terreno introdotta è di 16°C. Non sono presenti ombreggiamenti e ricambi d’aria.

La Tai del locale di soggiorno è inferiore rispetto alla Tai della zona notte come nel caso precedente. L’effetto dell’elevata inerzia termica in questo grafico è particolarmente accentuata: progredendo verso la metà di agosto la Tae diminuisce leggermente e la Tai continua a mantenersi

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costante e con un andamento oscillatorio la cui ampiezza è ancora più ridotta per l’assenza dei fattori di disturbo derivanti dall’utilizzo dell’abitazione. La differenza tra i dati sperimentali e i dati simulati corrisponde ad un DT di compreso tra i 2°C e i 2,5°C per il locale di soggiorno. Nella camera da letto invece tra i due andamenti vi è una maggiore corrispondenza essendovi un DT di 1°C o inferiore ad 1°C.

3°caso simulato: rappresenta un approfondimento relativo al valore di sfasamento della muratura in esame e dell’influenza che la trasmissione per conduzione e per irraggiamento hanno sul ritardo del passaggio dell’onda termica. In una situazione realistica, come si vede dai dati di monitoraggio, lo sfasamento varia al variare dell’esposizione solare: dai dati sperimentali leggiamo un ritardo di 7 ore circa sul versante sud-ovest e circa 1h sul versante di sud-est. Mentre dal calcolo eseguito secondo le formule di Mackey e Wright102, nonché dalla simulazione del “soggiorno” in condizioni ideali, ovvero di un ambiente totalmente privo di superfici trasparenti e in assenza di irraggiamento, lo sfasamento corrisponde a circa 17h. L’esperimento è condotto sul periodo dell’edificio disabitato nelle seguenti condizioni:

- in assenza di irraggiamento e in assenza di superfici trasparenti (andamento della Tai è costante e quasi lineare)

- in assenza di irraggiamento e in presenza delle superfici trasparenti (andamento della Tai è costante e con un’evidente oscillazione data dall’influenza della trasmissione per conduzione attraverso gli infissi)

- in presenza di irraggiamento e in assenza delle superfici trasparenti (andamento della Tai costante, con un moto oscillatorio molto attenuato per effetto dello smorzamento delle superfici opache)

- con la presenza sia dell’irraggiamento che delle superfici trasparenti (andamento della Tai costante fortemente oscillante per la presenza di entrambi gli effetti di scambio termico osservati)

4°caso simulato: stato di fatto dell’edificio abitato con la propria copertura ventilata dotata di una canale di ventilazione di 4cm d’altezza e privo di coibentazione termica. La temperatura del terreno introdotta è stata corretta con la media della temperatura esterna del periodo di

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monitoraggio103, pari a 24°C. E’ condotta una prova utilizzando anche la media tra i due valori medi (16°C media annua e 24°C media del periodo estivo), corrispondente a 20°C, valore ancora non idoneo al raggiungimento dell’andamento delle temperature misurate: si denota così l’importanza di questo valore che può nettamente modificare il salto termico tra la simulazione e la sperimentazione. Sono stati introdotti i sistemi di ombreggiamento interni presenti nell’abitazione (gli scuri) e i ricambi d’aria naturale secondo le modalità di utilizzo dell’abitazione da parte dei proprietari, intervistati in prima battuta durante il sopralluogo per il posizionamento della strumentazione di monitoraggio, sulle proprie abitudini quotidiane. Sono stati perciò dapprima ipotizzate le attività:

- Locale Soggiorno: ombreggiamenti sul fronte sud-est dalla tarda mattina al primo pomeriggio e un prolungato ricambio d’aria (4h), nelle prime ore della mattinata. (La zona termica del Piano Terra segue gli stessi ritmi)

- Locale Camera: ombreggiamenti sul fronte sud-ovest dalla tarda mattina al tardo pomeriggio e un ricambio d’aria (2h) nelle prime ore del mattino. (La zona termica del Piano Primo segue gli stessi ritmi).

di seguito corrette secondo gli utilizzi dell’utenza descritte dall’intervista.

I profili di temperatura ottenuti dalle simulazioni sono molto prossimi alla realtà dei dati misurati, grazie agli accorgimenti introdotti rispetto alle prime simulazioni. L’andamento di temperatura del soggiorno risulta quasi corrispondente all’andamento della temperatura monitorata, soprattutto durante le ore diurne: in questa zona termica quasi tutte le variabili in gioco sono conosciute, (componenti geometriche, costruttive, utilizzo edificio). L’andamento della temperatura della zona notte è altrettanto vicina ai dati sperimentali ad eccezione dei picchi di temperatura diurna: questo può essere dovuto sia ad approssimazioni relative alle portate d’aria, nel canale di ventilazione, sia ad approssimazioni relative alle caratteristiche costruttive della stessa copertura. E’ il caso del massetto alleggerito, calce-.sughero, realizzato in corso d’opera e dunque artigianalmente: i valori termofisici sono ipotizzati secondo le schede tecniche dei materiali presenti in commercio.

103

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5°caso simulato: stato di fatto dell’edificio disabitato con la propria copertura ventilata dotata di una canale di ventilazione di 4cm d’altezza e privo di coibentazione termica. La temperatura del terreno introdotta è stata corretta con la media della temperatura esterna del periodo dell’edificio disabitato, pari a 24°C. Sono stati eliminati i ricambi d’aria per ventilazione naturale e l’ombreggiamento è stato attivato per 24 ore, in tutti i giorni simulando l’edificio chiuso e privo dei suoi abitanti. Confrontando le due simulazioni si evince come l’utilizzo di una copertura con queste caratteristiche influisca in maniera quasi irrisoria sulla diminuzione della temperatura interna del soggiorno, di appena 0,5°C circa. Dai risultati sul calcolo del benessere termico si è potuto tuttavia leggere, dai grafici ottenuti, come il soggiorno non abbia bisogno di migliorare le proprie condizioni abitative. Nella stanza da letto al piano primo notiamo, al contrario del soggiorno al piano terra, come la presenza del canale di ventilazione incida sulla diminuzione della temperatura di circa 1,5°C: dai dati sperimentali siamo già consapevoli che questo contributo non è ancora sufficiente a garantire il comfort termico. In queste condizioni, osservando i grafici è possibile che qualche variabile non sia conosciuta: dal confronto tra il caso 4 e 5 si ritiene opportuno testare la parametrizzazione necessaria all’ottimizzazione energetica sul periodo dell’edificio abitato, essendoci maggior corrispondenza tra i dati simulati e i dati monitorati.

6°caso simulato: proposta di ottimizzazione energetica dell’elemento di copertura (le I tentativi sono effettuati con lo studio parametrico del valore di:

- h (altezza dell’intercapedine ventilato): da 4 a 6cm

- a (emissività): immissione di una superficie riflettente a=0.2

- isolamento materassino lana 10 cm

Avendo riscontrato maggior attitudine dei dati sperimentali con i dati di simulazione numerica nel periodo relativo all’edificio abitato, gli interventi migliorativi sono effettuati su questo periodo. Dalle prove eseguite si nota come l’inserimento dell’isolante sia l’elemento che apporta maggior beneficio, mentre l’influenza di una superficie riflettente in assenza di coibentazione non è sufficiente a raggiungere le prestazioni della resistenza migliorata dalla lana.

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5.3 La simulazione numerica con TRNSYS: la copertura ventilata

Il modello matematico utilizzato per lo studio degli effetti derivanti dalla presenza del canale di ventilazione in copertura, è pubblicato sulla tesi di dottorato dell’ Ing. Nadotti104. Ne riassumiamo brevemente la teoria di base e i principi di funzionamento.

30.5 5 Tavole Progettuali dello Studio di Progettazione Ortu e Pillola*, Direttore Lavori del Progetto di Recupero di Casa Mancosu

La copertura esaminata è dotata di un sistema di microventilazione105 sottotegola: il canale di ventilazione è dotato di un ingresso, riparato da una rete parapasseri, in corrispondenza dell’altezza del canale di gronda e di un’uscita costituita da bocchette di aerazione disposte in corrispondenza del livello del colmo e inglobate nella malta, tra le tegole, ogni 20 cm. In corrispondenza dell’intradosso del canale di ventilazione, nel caso studio di Casa Mancosu, la massa è costituita dal tavolato in abete e dal massetto di calce alleggerito con sughero, realizzato in cantiere: è assente un vero e proprio strato di coibentazione termica come nel caso della tavola sopra riportata, appartenente ad

104_{2007, NADOTTI S. “Involucri ventilati: le coperture” Tesi di Dottorato di Ricerca in Scienze e Tecniche delle}

Costruzioni Civili. Università di Pisa –Scuola di Dottorato in Ingegneria “Leonardo da Vinci”

105

Normative sulle coperture : UNI 8178/’80, UNI 8627/’84, UNI 9460/’89, UNI 10372/’94, UNI 11018/’03 Pianta coperture Casa Mancosu*

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un progetto, dello Studio Tecnico Ortu-Pillola106, più recente. Il canale ventilato ha una sezione rettangolare di 4cm di altezza, (per questo parliamo di microventilazione) e una lunghezza, lungo la direzione del moto d’aria, di 284cm. Nel software TRNSYS, dove con un applicativo è stato introdotto il modello107 di tetto ventilato con il motore di MATLAB, l’informazione relativa alla larghezza del canale corrisponde alla lunghezza totale dei colmi presenti nell’edificio. La copertura a due falde è orientata con un versante a sud-ovest e con un versante a sud-est: l’inclinazione della falda è di 24°. Su TRNSYS la copertura è schematizzata, disponendo le stesse caratteristiche su tutta la sua estensione (sezione del canale; inclinazione), come due uniche falde distinte soltanto dalla loro esposizione.

L’aria contenuta nell’intercapedine, tende a salire lungo il canale per surriscaldamento del manto di tegole irraggiato dal sole (effetto camino): l’aria più calda fuoriesce dalle bocchette di aerazione, richiamando aria a temperatura più bassa dall’ingresso, sulla linea di gronda. Questo flusso d’aria, attraverso gli scambi per convezione, permette all’estradosso del solaio di copertura di mantenere temperature più basse, rispetto ad una copertura non ventilata: l’ambiente interno beneficia dunque di un soffitto più fresco, in particolare se è presente uno strato isolante. Come si evince dalle simulazioni con TRNSYS (caso estivo e invernale) e dal calcolo del benessere termico coi i dati di monitoraggio, la presenza di un canale di ventilazione non è sufficiente a garantire un corretto comfort dell’ambiente interno in assenza di un’ opportuna coibentazione.

106_{Studio tecnico che ha seguito i lavori di consolidamento e restauro conservativo di Casa Mancosu}

107

2007, NADOTTI S. “Involucri ventilati: le coperture” Tesi di Dottorato di Ricerca in Scienze e Tecniche delle Costruzioni Civili. Università di Pisa –Scuola di Dottorato in Ingegneria “Leonardo da Vinci”

30.5 6 Funzionamento del canale di ventilazione in copertura (effetto camino) 30.5 7 Pianta Coperture Casa Mancosu

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La microventilazione è una scelta tecnologica adottata soprattutto per favorire la durabilità dei componenti della copertura. La sua adozione permette di non ottemperare all’obbligo di una barriera al vapore: la pioggia battente e gli elevati tassi di umidità invernale, uniti all’ambiente interno riscaldato (maggior pressione di vapore interno rispetto all’aria esterna), sono elementi che trasformano la copertura nell’elemento preferenziale di accumulo di condensa sull’estradosso freddo del solaio di copertura. Inoltre, riferendoci ancora alle condizioni invernali, in fase di posa in opera non è semplice realizzare un telo continuo in ogni punto che serva da barriera al vapore: per evitare qualsiasi tipo di problematica legata alla condensazione del vapore sotto il manto di copertura, (muffe, deterioramento dei materiali) la presenza di un canale di ventilazione è senz’altro una soluzione ottimale108. Non per niente la normativa tedesca, DIN 4108, ammette che in presenza di coperture ventilate (minimo 200mm intercapedine) non si rende necessaria la verifica di Glaser nel sistema di copertura. Per quanto riguarda l’aumento del Fabbisogno energetico invernale saranno illustrati successivamente i risultati delle simulazioni con TRNSYS, effettuati su Casa Mancosu con i dati climatici di Gennaio 2011 acquistati presso l’ARPAS109. Una sperimentazione “al vero” venne eseguita nel 1996 nell’ambito del Progetto Finalizzato Edilizia del CNR, in occasione del quale si realizzò una struttura campione: nell’indagine sul comportamento della struttura con simulazioni in laboratorio, si notò che con un irraggiamento tipico invernale e con temperature del manto inferiori a 15°C, corrispondeva una quasi totale assenza di moto110. Effettivamente in regime invernale l’effetto camino non si innesca ma lo scambio di calore per conduzione, tra il solaio di copertura e l’aria esterna, può incidere sulle dispersioni (si rimanda alle simulazioni sul caso invernale effettuate con TRNSYS).

Lo studio del funzionamento dell’intercapedine ventilata è resa possibile dal modello sotto illustrato, immesso mediante un applicativo di MATLAB sul software di simulazione dinamica

108_{2000, TORRICELLI M.C. “Caldo d’inverno e fresco d’estate”. Costruire in laterizio n°77. Edizioni Andil}

109_{Agenzia Regionale per la Protezione dell'Ambiente della Sardegna (Arpas) Dipartimento Specialistico Regionale}

IdroMeteoClimatico (http://www.sar.sardegna.it/contatti/form.asp)

110

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TRNSYS, modello che comporta una serie di semplificazioni data la complessità della soluzione del sistema non lineare. Di seguito le ipotesi considerate111:

- La portata lungo l’intercapedine ventilato è considerata costante - La sezione è considerata costante e di larghezza unitaria

- Il condotto ventilato è assimilato ad un sistema aperto a due bocche, caratterizzato da una portata G che entra alla temperatura Te dell’aria esterna ed esce alla temperatura T(x) –tendente alla temperatura del manto al tendere della lunghezza dell’intercapedine all’infinito- Sebbene le temperature varino nel tempo, il termine transitorio nel

bilancio di energia è trascurabile.

- La pressione è considerata pari alla pressione atmosferica - L’aria è schematizzata come un gas perfetto

- Lo scambio termico per irraggiamento tra le facce, opposte e parallele, dell’intercapedine è calcolato con una relazione linea rizzata

-

La temperatura dell’aria esterna e la temperatura dell’aria interna sono condizioni al contorno misurate, variabili ora per ora.

Schematizzazione mediante analogia elettrica del sistema degli scambi termici (Modello Ing. Nadotti112)

112

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Il modello sviluppato dall’Ing. Nadotti, può essere facilmente compreso sfruttando l’analogia fra circuiti elettrici e termici. Le resistenze termiche sono assimilabili a resistenze elettriche, il flusso di calore alla corrente elettrica, la differenza di potenziale (elettrico) ad una differenza di temperatura. Nello schema sopra riportato sono rappresentate le resistenze termiche che il flusso di calore incontra nel passare da un elemento all’altro costituente il tetto ventilato. Le quantità menzionate in figura rappresentano:

- a1.11= coefficiente liminare di scambio superficiale interno con aria ferma (5.8W/m2K)

- a2.11= coefficiente liminare di scambio superficiale esterno con aria in movimento (25 W/m2K)

- a1.1= coefficiente liminare di scambio superficiale tra l’aria nell’intercapedine e la faccia inferiore della stessa

- a2.1= coefficiente liminare di scambio superficiale tra l’aria nell’intercapedine e il manto - airr= coefficiente liminare di scambio termico per irraggiamento

- Te= temperatura dell’ambiente esterno - Tt3= temperatura esterna del manto - Tt2= temperatura interna del manto

- Tis= temperatura della faccia inferiore dell’intercapedine - Tsol= temperatura dell’intradosso del solaio

- Ti= temperatura dell’ambiente interno

- T(x)= temperatura dell’aria nell’intercapedine

F

2 rappresenta la potenza termica che l’aria in movimento all’interno del locale a temperatura Ti, riceve o cede (estate/inverno).

Dall’analisi delle relazioni si ricava che l’andamento della temperatura dell’aria lungo l’intercapedine T(x), dipendente dalla portata, dai coefficienti di scambio termico, dai dati climatici (temperatura aria esterna e irraggiamento solare) e dalla temperatura interna del locale:

𝑇(𝑥) = 𝑇_𝑛− 𝑇_𝑛− 𝑇_𝑒 𝑒−𝐴𝑥

dove:

(19)

350

parte qui nta 𝑇_𝑛=𝑘1𝑇𝑖+ 𝑘2𝑇𝑒 𝑘₁+ 𝑘₂

con k1 e k2 trasmittanza termica rispettivamente degli strati sottostanti e sovrastanti l’intercapedine

𝐴 = 𝐻

𝐺𝐶_𝑝

𝑘₁+ 𝑘₂ 𝑘₁+ 𝑘₂+ 𝐻

con G: portata in massa d’aria che entra nel sistema. Cp: calore specifico a pressione costante.

H: quantità nella cui espressione si tiene conto dell’apporto dovuto all’irraggiamento solare113

Contrariamente al caso della ventilazione forzata, nel funzionamento dell’intercapedine per ventilazione naturale la portata è incognita. Tramite l’equazione di Bernoulli , per lo studio dell’effetto camino

𝑑𝑤2 2𝑔+

𝑑

𝛾+ 𝑑𝑧 + 𝑑ℎ + 𝑑ℎ𝑎 = 0

dove: w= velocità dell’aria

p= pressione dell’aria

g=rg= peso specifico dell’aria z= quota del punto considerato h’= carico di un eventuale ventilatore ha= perdite di carico nell’intercapedine

Dallo studio dell’equazione di Bernoulli si ricava la relazione114 sulla portata dell’aria in

funzione della sua velocità.

𝐺 = 𝐿 sin(𝛼)𝜌𝑛₁𝑔 𝑙𝑛sin 𝛼 + ℎ𝑎𝑛 𝜌 𝐿 −𝜌 𝑂 1

114

come nota di cui sopra

Eq. n°52

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Noto lo scambio termico convettivo e il coefficiente di scambio per irraggiamento, la soluzione T(x) deve essere calcolata tramite un processo iterativo. Tramite le equazioni, T(x) e G (Eq.n°51 e 53), fissato un valore della sezione (L*s)115 si può determinare l’andamento della temperatura lungo l’intercapedine e il valore della velocità dell’aria: si perviene a questi risultati fissando un valore di tentativo della velocità dell’aria e della portata. Nel momento in cui, con il processo iterativo, i coefficienti di scambio termico non risultano invariati dalla iterazione successiva siamo in grado di avere i risultati che soddisfano l’equazione T(x) e G.

Con l’ausilio di questo modello matematico è stata resa possibile una simulazione più realistica dell’edificio oggetto di studio, Casa Mancosu. Nello studio parametrico sono stati affrontati diversi tentativi, relativi non soltanto alle caratteristiche geometrico-fisiche dei componenti di copertura ma anche alle resistenze liminari del sistema.

- 1° Tentativo (relativo alle prime simulazioni del caso estivo e alle prime valutazioni del caso invernale). I coefficienti liminari utilizzati inizialmente corrispondono ai valori ripresi dalla tesi di laurea dell’Ing. Nadotti116. Le resistenze degli strati del pacchetto costruttivo di copertura corrispondono ai valori calcolati dai dati di progetto

115 _{Lunghezza del canale (L) per l’altezza del canale (s). Questi parametri sono importanti nella progettazione}

dell’intercapedine d’aria: uniti all’inclinazione della falda e alle caratteristiche ambientali determinano il flusso d’aria nell’intercapedine. Per tale motivo è importante fissare gli obiettivi del progetto che possono essere legati al semplice smaltimento della formazione di condensa in inverno o ad un miglioramento, unito all’azione di uno strato isolante, delle prestazioni energetiche della copertura.

116

2001, NADOTTI S. Tesi di Laurea in Ingegneria Civile, “Le coperture ventilate nella moderna edilizia in muratura armata” Università di Pisa, Facoltà di Ingegneria

Rinf = 1.28 [m2K/W]; Resistenza termica degli strati interni sottostanti allo strato di ventilazione Rm = 0.54[m2K/W] ; Resistenza termica degli strati interni superiori allo strato di ventilazione alfa12 = 5.8 [W/m2K]; Coeff. liminare di scambio superficiale interno con aria ferma (ossia

Rsi=0.17m2K/W secondo normativa UNI EN ISO 6946-flusso termico discendente-condizione estiva)

alfa22 = 25[W/m2K]; Coeff. liminare di scambio superficiale esterna con aria in movimento R1=(1/alfa12); R2=(1/alfa12+Rinf+Rm)

Il canale di ventilazione durante la notte è interpretato come un canale chiuso ( immessa resistenza ulteriore relativa ad un canale no ventilato -4cm- secondo la UNI EN ISO 6946 R=0,16 m2K/W)

Prova

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- 2° Tentativo (relativo alle successive prove di ottimizzazione e al risultato finale del caso invernale)

Il secondo tentativo è l’interpretazione fisicamente corretta di intercapedine d’aria

fortemente ventilato, corrispondente al tipo di ventilazione che risulta dai calcoli sia secondo la UNI EN ISO 6946 che secondo la UNI 11018:2003117.

30.5 10 Bocchetta d’aerazione utilizzata per la ventilazione di Casa Mancosu

117

UNI 11018: 2003. “Rivestimenti e sistemi di ancoraggio per facciate ventilate a montaggio meccanico - Istruzioni per la progettazione, l'esecuzione e la manutenzione - Rivestimenti lapidei e ceramici”

Rinf = 1.28; % Resistenza termica degli strati interni sottostanti allo strato di ventilazione Rm = 0.54 ; % Resistenza termica degli strati interni superiori allo strato di ventilazione

alfa12 = 10; % Coeff. liminare di scambio superficiale interno con aria ferma (ossia Rsi=0.1m2K/W

secondo normativa UNI EN ISO 6946-flusso termico ascendente-condizione invernale) alfa22 = 25; % Coeff. liminare di scambio superficiale esterna con aria in movimento R1=1/(alfa12); R2=1/(alfa12+Rinf)

il canale di ventilazione durante la notte è interpretato come un canale aperto e fortemente ventilato secondo norma UNI EN ISO 6946 e UNI 11018 (è assente il contributo della resistenza termica degli strati disposti superiormente (Rm) al canale d’aria: l’intercapedine è in diretto contatto con l’aria esterna)

Versione corretta

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UNI 11018/2003 (cita Norma francese TH-K Chapitre 2)

Pareti Orizzontali o Inclinate <60° s/A

s [m2]= superficie della sezione totale delle APERTURE di ventilazione (s.alta+s.bassa) A[m2]=superficie falda/parete

<0.0003 Debolmente ventilato

Tipo di ventilazione = s/A [m2/m2]= 0.0003 ~ 0.003 mediamente ventilato

≥ 0.003 Fortemente ventilato

Pareti Verticali o Inclinate >60° s'/L

L[m]=lunghezza parete

<0.002 Debolmente ventilato Tipo di ventilazione = s/L [m2/m]= 0.002 ~0.05 mediamente ventilato

≥0.05 Fortemente ventilato

Casa Mancosu Aperture di ventilazione per metro di falda

Area fori di 1 bocchetta 0.0449 m2

sezione uscita 0.1796 m2 (4 bocchette ogni 20 cm)

sezione ingresso 0.04 m2

s[m2]= somma= 0.2196 m2

A[m2]= Superficie 1 falda Camera 12.78 m2

s/A[m2/m2]= 0.017 > 0.003 Fortemente ventilato

UNI EN ISO 6946:1999

s= 12.78 m2 superficie intercapedine

A= 113600 mm2 area dell'apertura

8889 >1500mm2/m2 Rapporto s/A fortemente ventilato

30.5 11 Calcolo della tipologia di ventilazione presente nel condotto

Per la verifica di Glaser sono stati considerati i dati tecnici forniti dal progettista e per alcune caratteristiche tecniche come la permeabilità al vapore del tavolato si è fatto riferimento alle schede tecniche presenti in commercio.118 La verifica è stata eseguita considerando con l’intercapedine d’aria chiuso, che in questa ipotesi la struttura non subisca deterioramenti per la presenza di un quantitativo di condensa superiore ai limiti consentiti.

118

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30.5 12 Verifica termoigrometrica Superficiale

30.5 13 Verifica termoigrometrica Interstiziale

La copertura di Casa Mancosu, in presenza di un’intercapedine d’aria chiuso, non presenta

formazione di condensa nel mese individuato più critico. Il calcolo rispetta la UNI EN ISO 13788:2003119. Ciò significa che la soluzione della chiusura stagionale dell’intercapedine d’aria presente nella struttura è una soluzione idonea al miglioramento del fabbisogno di energia termica, con la quale si avrebbe secondo le simulazioni eseguite con TRNSYS un miglioramento del 7% sui consumi globali dell’edificio.

119

2003 UNI EN ISO, “Prestazione igrotermica dei componenti e degli elementi per l’edilizia.Temperatura superficiale interna per evitare l’umidità superficiale critica e la condensazione interstiziale”

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30.5 14 Verifica termo igrometrica Interstiziale

5.4 La simulazione numerica con TRNSYS: Caso Invernale

Lo studio di Casa Mancosu è stato completato con simulazioni sul comportamento termico dell’edificio, in regime dinamico, con l’obiettivo di fornire alcune valutazioni sulla scelta della tecnologia, relativa alla copertura ventilata, nel contesto analizzato. I dati meteo utilizzati, temperatura e irraggiamento delle due settimane intermedie di Gennaio 2011, sono stati acquistati presso il Dipartimento Specialistico Regionale Idrometeoclimatico della Sardegna (ARPAS) e

(25)

356

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qui

nta

rilevati presso la Stazione Climatica più prossima al Comune di Serramanna, (le stesse stazioni dalle quali sono stati rilevati i dati estivi).

Le temperature registrate dall’8 al 22 gennaio 2011, presentano un andamento tipico delle medie stagionali così come i dati acquisiti per la stagione estiva. Nonostante non siano state ancora pubblicate le “Analisi delle condizioni meteorologiche e conseguenze sul territorio regionale nel periodo ottobre 2010 - settembre 2011”, dallo studio della precedente pubblicazione (2009-2010) non si evince nessun fenomeno idrometeoclimatico atipico per la fascia temporale considerata.

Proseguiamo con la descrizione di tutti gli elementi che concorrono alla comprensione dei risultati relativi al fabbisogno energetico invernale dell’edificio, con e senza la presenza del canale di ventilazione in copertura. 19 14.6 5 14.8 6.7 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 °C Data/Ora

Andamento Temperatura aria esterna Gennaio 2011

Tae Rilevamento

Stazione ARPAS

30.5 15 Andamento della Temperatura dell’aria esterna nelle due settimane intermedie di Gennaio 2011

(26)

357

p arte qu in ta 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00 W/m 2 Data/Ora

Andamento IRR Gennaio 2011

Irr Gennaio2011

30.5 16 Andamento della Radiazione Solare su piano orizzontale nelle due settimane intermedie di Gennaio 2011

L’irraggiamento mostra una potenza media di circa 60 W/m2 e nelle ore più calde e soleggiate valori intorno ai 300W/m2.

Trasmittanza Specifica Trasmittanza Settore per Settore

m2

1* 2.08 W/m2K solaio contro terra 198.2 W/K 106.72

2* 1.19 W/m2K Pareti opache 376.53 W/K

3* 2.7 W/m2K Pareti trasparenti 66.54 W/K

4* 0.78 W/m2K Copertura 113.91 W/K 146

Totale 755.18 W/K Percentuale di Incidenza nelle Dispersioni dei singoli settori

1 26.2454 % solaio contro terra

2 49.85964 % Pareti opache 58.67078 Somma Opaco+Trasparente

3 8.811144 % Pareti trasparenti

4 15.08382 % Copertura

(27)

358

parte

qui

nta

1*= solaio con vespaio aerato. Gli strati considerati escludono lo strato ventilato

2*= le caratteristiche termofisiche del mattone di terra sono state evinte da recenti analisi120. di laboratorio su alcuni campioni realizzati nella zona del Medio Campidano Il valore di trasmittanza specifico calcolato è peggiorativo rispetto a quello rilevato da una stazione di monitoraggio, su Casa Mancosu, effettuato nel Dicembre 2009 (DESOGUS, 2010). Dai rilievi effettuati col termoflussimetro, da parte del Laboratorio di Efficienza Energetica di Sardegna Ricerche, il valore corrispondeva a 0,84 W/m2K.

3*= Libreria TRNSYS per infissi con doppia camera

4*= Per la resistenza superfiale dell’ intercapedine ventilato si fa riferimento alla Norma UNI EN ISO 6946/1999

Tra le variazioni apportate su TRNSYS per la simulazione in regime invernale, vi è l’input relativo alla temperatura del terreno: dall’esperienza dei risultati estivi, supportati dai dati di monitoraggio, si è appreso che in questa tipologia di edificio dove abbiamo la presenza di un vespaio ventilato, (30cm ghiaia+10cm pietrisco), la temperatura del terreno è prossima alla media della temperatura esterna del periodo monitorato (2 settimane). Per la simulazione delle due settimane di gennaio si è scelto di considerare ancora la temperatura media del periodo considerato, (dati forniti dall’ARPAS), corretta dal fattore di correzione -per terreni su vespaio aerato- presente sulla norma UNI TS 11300 -parte1-

30.5 18 Prospetto 6- normativa UNI TS 11300 parte prima

120

Laboratorio Tecnologico Mantovano

(28)

359

p arte qu in ta -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0 P ote nz a K Wh tempo in ore Analisi del fabbisogno termico richiesto con e senza copertura ventilata

CAMERA

(ipotesi riscaldamento attivo 24h)

Scarto medio % Camera CON VENT Scarto Medio%_CAme ra No_VENT

30.5 19Casa Mancosu, Camera: Fabbisogno Termico Invernale con canale di ventilazione chiuso e con canale di ventilazione aperto

-5000 -4500 -4000 -3500 -3000 -2500 -2000 -1500 -1000 -500 0 P ot en za K Wh tempo in ore Analisi del fabbisogno termico richiesto con e senza copertura ventilata

PIANO PRIMO (ipotesi riscaldamento attivo 24h)

Scarto medio % P.P. CON VENT

Scarto medio % P.P. no_ VENT

30.5 20 Casa Mancosu, Piano Primo: Fabbisogno Termico Invernale con canale di ventilazione chiuso e con canale di ventilazione aperto

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360

parte qui nta -2800 -2300 -1800 -1300 -800 -300 200 P ot en za K Wh tempo in ore Analisi del fabbisogno termico richiesto con e senza copertura ventilata

SOGGIORNO

Scarto medio %Soggiorn o NO_VENT Scarto Medio%_C Amera con_VENT

30.5 21 Casa Mancosu, Piano Primo: Fabbisogno Termico Invernale con canale di ventilazione chiuso e con canale di ventilazione aperto

-3000 -2500 -2000 -1500 -1000 -500 0 P ot en za K Wh tempo in ore Analisi del fabbisogno termico richiesto con e senza copertura ventilata

PIANO TERRA

Scarto medio % P.TERRA. CON VENT Scarto medio % P.TERRA. NO_ VENT"

30.5 22 Casa Mancosu, Piano Terra: Fabbisogno Termico Invernale con canale di ventilazione chiuso e con canale di ventilazione aperto. Come si poteva supporre il piano terra non risente della variazione della chiusura o dell’apertura del canale di ventilazione in copertura

(30)

361

p arte qu in ta

Tsoggiorno Piano Terra Camera Piano Primo -5111.97 -6445.80 -1314.74 -8803.65

Media Soggiorno Media P.Terra Media Camera Media Piano_Primo

no ventilazione

-7.26E+06 Sommatoria Fabbisogno termico

2.61707989 % Diff Fabbisogno con e senza cop vent

Miglioramento del 2.6% sul fabbisogno energetico invernale IN ASSENZA DI VENTILAZIONE

30.5 23 PRIMA PROVA (fig. 30.5 8) Fabbisogno Termico invernale: differenza tra i consumi dell’edificio con canale di ventilazione aperto e con canale di ventilazione chiuso nella stagione invernale

Dalla simulazione del Fabbisogno termico invernale di queste prime prove, (Tentativo1121), effettuate sulla stagione invernale ricaviamo che in assenza della copertura ventilata si avrebbe il 2,6% in meno dell’Energia richiesta dal sistema. Il risultato si avvale del modello dell’intercapedine ventilata mostrata: in questo primo tentativo il suo funzionamento durante la notte è stato considerato nullo. (La resistenza superficiale considerata fa riferimento alla norma UNI EN ISO 6946/’99)

Tsoggiorno P.Terra Camera P.Primo

SOMME -1.71E+06 -2.16E+06 -5.37E+05 -3.36E+06

Sommatoria 4zone termiche -7.78E+06

(24h riscaldamento) 7.162534435 %

Miglioramento del 7.16% sul fabbisogno energetico invernale IN ASSENZA DI VENTILAZIONE

CON CANALE APERTO ANCHE DI NOTTE

30.5 24 SECONDA PROVA (fig. 30.5 9) Fabbisogno Termico invernale: differenza tra i consumi dell’edificio con canale di ventilazione aperto e con canale di ventilazione chiuso nella stagione invernale

Dalla simulazione del Fabbisogno termico invernale delle successive prove (Tentativo2122)in assenza della copertura ventilata si avrebbe il 7,2% in meno dell’Energia richiesta dal sistema. In questo caso l’intercapedine ventilata è “attiva” anche durante le ore notturne, considerando la faccia

121

_{vedi paragrafo: “La simulazione numerica con TRNSYS: la copertura ventilata”.}

122

_{vedi paragrafo: “La simulazione numerica con TRNSYS: la copertura ventilata”. Soluzione corretta secondo} normativa

(31)

362

parte

qui

nta

superiore del canale d’aria a diretto contatto con l’aria esterna. (La resistenza superficiale considerata fa riferimento alla norma UNI EN ISO 6946/’99)

Dai risultati mostrati si evince che nonostante la copertura sia dotata di un canale di ventilazione per la combinazione dei parametri che determinano le condizioni al contorno, di questo Caso-Studio, il Fabbisogno Termico Invernale non subisce un forte incremento da suggerire la non applicabilità di questa tecnologia nel contesto studiato. Certamente le piccole perdite di efficienza nella Stagione Invernale potrebbero essere evitate dalla presenza di sistemi stagionali di chiusura dell’intercapedine ventilato. Dai parametri esaminati per la presentazione di questi risultati emergono in primo piano le temperature esterne che rispetto a quelle dell’abitato creano una differenza di densità dell’aria e quindi di pressione troppo esigua per favorire un forte flusso dell’aria, così come le basse potenze di irraggiamento. L’effetto di questi fattori, legati alle condizioni climatiche del sito, uniti alla geometria del canale (sezione di 4cm di altezza) e all’inclinazione delle falde (24°), probabilmente non favoriscono l’effetto camino, non permettendo così grandi perdite di energia dall’involucro dell’edificio nel quale caso la copertura incide sui consumi per il 15% rispetto all’intera superficie disperdente.

Si cita, in proposito, un articolo scritto dai Prof. Tuoni, Prof. Ciampi e Prof. Leccese dell’ex Dipartimento di Energetica “L.Poggi” di Pisa, in occasione del 56° Congresso Nazionale del CTI:

“Nella stagione invernale, le condizioni climatiche esterne (basse temperature e ridotto irraggiamento solare) riducono il flusso d’aria fluente nell’intercapedine per effetto camino, così da non rendere necessaria la chiusura delle serrande delle aperture di ingresso ed uscita dell’aria”*123

123

2001 CIAMPI M, LECCESE F, TUONI G. “Pareti ventilate e normativa tecnica”, Dipartimento Energetica “L.Poggi”

(32)

363

p arte qu in ta

5.5 Intervista agli utenti: utilizzo dell’edificio monitorato

I proprietari di Casa Mancosu sono stati sottoposti ad un questionario scritto di seguito riportato i cui dati, per la maggior parte, sono stati utilizzati per l’affinamento dei profili di temperatura simulati relativi ai locali dell’abitazione monitorati.

1- Come gestite i ricambi d'aria e l'ombreggiamento degli infissi? Se è possibile elencare gli orari abitualmente utilizzati per la chiusura degli scuri e l'apertura delle finestre.

R. Chiusura degli scuri la mattina – ore 8.00 – apertura la sera verso le 18.00, con apertura finestre dalle ore 20.00 alle ore 8.00 del mattino successivo.

2-Qual'è all'incirca il tasso di occupazione dell'abitazione nel periodo sopracitato? Elencare se possibile le abitudini di soggiorno degli abitanti.

R. Giorni lavorativi. Dalle 8.00 fino alle 16.00 soltanto i due figlioli. Negli altri giorni o nei giorni di ferie in casa: quattro persone, io, mia moglie e i due figlioli.

3-Quali elettrodomestici utilizzate continuativamente?

R. Frigorifero, lavatrice, lavastoviglie, forno elettrico, cucina a gas, televisore, boiler con resistenza elettrica (incluso nel pannello solare – periodo invernale – spento da aprile a settembre), a cui si aggiungono i piccoli elettrodomestici: ferro da stiro, fon, ventilatore (periodo estivo), ecc..

4-Vi servite di impianti mobili di raffrescamento?

R. Come detto sopra di un ventilatore (giornate afose con vento di scirocco) – a fine agosto dobbiamo istallare 4 split inverter con impianto a pompe di calore (già predisposto in fase di edificazione). 5-La zona notte vi offre un appropriato o un inadeguato comfort termico nelle ore notturne?

R. Il comfort termico è sicuramente adeguato e la tipologia costruttiva utilizzata, con mattoni in terra cruda, intonaci di calce e tetto in legno ventilato, garantiscono una un’abitabilità di base sicuramente

(33)

364

parte

qui

nta

superiore sul versante climatico.

6-Quali sono gli ambienti di soggiorno più favorevoli e meno favorevoli termicamente?

R. Gli ambienti più favorevoli sono quelli al piano terreno, al piano superiore si ottiene lo stesso risultato la sera una volta aperti gli infissi e arieggiati gli ambienti.

Condizioni invernali (2 e 3 settimana di Gennaio 2011)

1- Come gestite i ricambi d'aria? Se è possibile elencare gli orari abitualmente utilizzati l'apertura delle finestre

R. L’apertura delle finestre avviene al risveglio, quotidianamente, con chiusura prima di uscire al lavoro e a scuola. Si tratta comunque di infissi in legno, fatti artigianalmente e non isolati, e il tetto è traspirante.

2-Qual'è all'incirca il tasso di occupazione dell'abitazione nel periodo sopracitato? Elencare se possibile le abitudini di soggiorno degli abitanti

R. Gli orari di rientro sono nel primo pomeriggio per i ragazzi e la sera per noi, mia moglie

mediamente rientra intorno alle 16.00 (salvo i giorni di rientro pomeridiano al lavoro – martedì e mercoledì), io invece più tardi tutti giorni.

3-Quali elettrodomestici utilizzate continuativamente?

R. Gli stessi che nel periodo estivo – vedi sopra per le precisazioni

4- Utilizzate un impianto di riscaldamento? Qual'è la temperatura di termostatazione? E' superiore a 20°C?

R. Impianto centralizzato ad acqua calda con bruciatore a gasolio e termosifoni – Temperatura 22°C. 5- Qual'è il periodo di utilizzo di questo impianto?

R. Da novembre a marzo.

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p arte qu in ta

R. Tutti allo stesso modo.

7- Potete fornirci una bolletta dei consumi del periodo sopracitato?

R. Mediamente utilizzo circa 1000 litri di gasolio a stagione.

8-Considerazioni varie ed eventuali che possano aiutare a interpretare meglio le condizioni di utilizzo dell'abitazione e dunque dell'efficienza dell'involucro

R. Mi sembra che sia stato detto tutto, se ci sono necessità aggiuntive mi faccia sapere 9-Esprimere una valutazione complessiva del comfort fornito dalla vostra abitazione

R. Siamo estremamente soddisfatti del comfort ottenuto con l’utilizzo di materiali biologici e tradizionali e del vantaggio garantito dalle innovazioni energetiche inserite (pannelli fotovoltaici con potenza complessiva di 4.7 KW e pannello solare da 200 l.

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