Capitolo 5

Capitolo 5

Previsione del fabbisogno termico delle strutture all’interno della

Tenuta

5.1 La potenza termica da installare

La scelta delle caldaie da utilizzare per ogni edificio o , nel caso di edifici molto vicini tra loro, per ogni complesso di edifici , deve essere effettuata in base alle esigenze termiche dell’utenza considerato il reale fabbisogno termico , in quanto esse garantiscono i migliori rendimenti e la maggior affidabilità quando sono sfruttate a pieno regime.

Questo viene calcolato , secondo le norme UNI EN 832 , tenendo conto delle caratteristiche costruttive del fabbricato quali : materiali di costruzione , coibentazione , esposizione delle pareti , destinazione d’uso e ubicazione .

Infatti sarà importante evitare di sovradimensionare la potenza delle caldaie rispetto ai reali fabbisogni termici in quanto , soprattutto nelle stagioni intermedie , questo provocherebbe eccessive soste del sistema con sensibili riduzioni del rendimento termico e formazioni di condense che alla lunga pregiudicherebbero il tempo di vita della caldaia stessa .

Nel calcolo per stabilire le calorie necessarie a garantire la temperatura di comfort stabilita dalla legge , è bene marcare il fatto che un edificio ben coibentato può richiedere anche la metà delle calorie necessarie ad uno normale .

I fattori che influenzano le dispersioni termiche e i loro rimedi sono :

- infissi : porte e finestre sono degli scambiatori di calore con l’esterno e se troppo vecchi,di metallo o privi di doppi vetri permettono notevole fuoriuscita di calore .

- posizione dei radiatori : solitamente questi vengono collocati in una nicchia sotto le finestre , dato quindi il minor spessore del muro , se non ben coibentato , provoca notevoli dispersioni di calore .

- tetto e muri perimetrali : poiché il calore tende a salire sarà particolarmente importante avere un tetto ben coibentato , cosa che comunque vale anche per i muri perimetrali .

- impianto radiante : per minimizzare le dispersioni di calore è bene coibentare le tubature dove scorre il fluido di riscaldamento .

Premesso tutto ciò il fabbisogno termico di un edificio , secondo la UNI , si calcola utilizzando la seguente formula :

3 2 1 Q Q Q Q= + − [kcal/h] dove: 1

Q : è il calore disperso ogni ora attraverso l’involucro esterno dell’edificio . 2

Q : è il calore necessario ogni ora a scaldare l’aria entrante nel volume dell’edificio .

3

Q : è il calore generato ogni ora all’interno del volume da cose non facenti parte dell’impianto di riscaldamento . Quindi si ha :

∑

α : coefficiente di esposizione dell’iesima parete

i

k : coefficiente di trasmissione termica dell’iesima parete

i

S : superficie dell’iesima parete dell’edificio

ϑ : temperatura minima delle medie invernali nelle decadi più fredde (tabulate)

C

Firenze = 2− °

ϑ

int

T : temperatura di comfort interna stabilita dalla UNI

-per utenze lavorative e civili : T_int =17÷19°C

) ( 3 . 0 int 2 = ⋅C ⋅V⋅ T −ϑ Q v [kcal/h] dove: V

sc el p Q Q Q Q3 = + + [kcal/h] dove: 120 ⋅ = ⋅ = p p p p N q N

Q [kcal/h] : calore prodotto dalle persone,in stato di media attività

fisica , all’interno dell’edificio ;

8760 860 ) ( ⋅ = consumati el kWh

Q [kcal/h] : calore prodotto dalle apparecchiature elettriche accese ;

sc

Q [kcal/h] : calore prodotto da altre sorgenti all’interno

dell’edificio.

La norma prevede di trascurare le calorie emesse dalle persone per utenze di tipo domestico. Qualora poi si effettui un riscaldamento intermittente occorrerà una maggiorazione di Q , dovuta al raggiungimento del regime termico , con aumento dal 5% al 20% a seconda della durata dell’interruzione.

Ben consci del fatto che per effettuare questo tipo di calcolo occorre tenere di conto tutti i fattori sopraindicati , si è nell’impossibilità tecnica di svolgerlo in maniera rigorosa in quanto privi di una documentazione dettagliata per ogni singolo edificio , quindi si è costretti ad una valutazione più approssimativa (la valutazione rigorosa spetterà ai tecnici impiantisti) .

Per stabilire quale sia la temperatura minima esterna ϑ , a cui la norma fa riferimento ,

occorre considerare che gli edifici si trovano in zona montana quindi al ϑ_Firenze occorre

aggiungere un abbassamento termico di 0,7°C ogni 100 metri di altezza pertanto si ha :

C Firenze − ⋅ =− ° = ) 7 100 700 7 , 0 ( ϑ ϑ

Con questa si calcola la differenza (T_int −ϑ)presente sia nell’espressione di Q1 che in quella

di Q2 . Rimangono ancora da stabilire i valori di α , k , S e Cv, Cint , che saranno più soggetti

ad approssimazione , infatti :

-poiché non si conoscono le reali esposizioni delle pareti si prende un valore medio :

05 . 1 =

-per tenere conto del calore disperso attraverso pareti perimetrali non conoscendo la composizione e lo spessore dei muri si prende il coefficiente relativo a 40cm di spessore per muri in mattoni pieni, cioè :

1 , 1 = lat k

-per tenere conto del calore disperso attraverso le porte e le finestre si ipotizza la presenza di

una finestra o una porta ogni 5 metri di muro perimetrale , con una superficie media di 1,5 m2

e con un coefficiente di dispersione termica pari a:

3 =

fin

k

-per tenere conto del calore disperso attraverso il pavimento, non conoscendone la reale fattura , si prende il coefficiente relativo a quello realizzato in calcestruzzo di ghiaietto con lisciatura di cemento , quindi :

4 , 1 = pav k

- per tenere conto del calore disperso attraverso il tetto , non conoscendone la reale fattura si prende il coefficiente relativo ai tetti con soletta di cemento armato di 8 cm e strato di isolante di 3 cm , quindi : 8 , 1 = tetto k

-le misure delle superfici esterne dei fabbricati si sono ottenute valutando approssimativamente le misure perimetrali degli stessi sulla carta topografica del territorio e per le superfici laterali ipotizzando un altezza media esterna di 4 metri per gli edifici ad un solo piano e di 8 metri per quelli a due piani , per le superfici del pavimento si è fatto il prodotto delle misure in pianta , per quelle del tetto si è aggiunto un 15% alla superficie in pianta .

-poiché non si conosce la destinazione d’uso degli ambienti interni e visto che solitamente per ambienti con porte e finestre si ha :

1 ≥ v C si sceglie : 2 , 1 = v C : per l’amministrazione ; 05 , 1 = v

C : per tutte le altre strutture.

- il coefficiente di intermittenza si pone :

05 , 1

int =

C

Per il calcolo di Q3 si considera per tutti i fabbricati semplicemente solo la potenza elettrica

assorbita mediamente in un anno,ossia :

] [ 8760 F kW P P i _u m = ⋅ pertanto: ] [ 860 h kcal P Q_e = _m⋅

inoltre per la struttura amministrativa si ipotizza la presenza all’interno di 20 persone , quindi :

] [ 400 . 2 120 20 h kcal Qp = ⋅ =

Con queste premesse si è finalmente in grado di stimare la potenza termica necessaria al riscaldamento di ogni fabbricato .

Di tutti i calcoli svolti per ottenere la potenza termica Q , effettuati con l’ausilio di fogli elettronici si riportano soltanto i valori di uscita più significativi , cioè:

la potenza termica di picco (sia in kW che i Mcal/h visto vista la lentezza del settore termico ad allinearsi al SI) , ossia quella da installare per avere un corretto riscaldamento dei locali interni degli edifici .

Tabella 5.1: Potenza termica necessaria dell’impianto di riscaldamento

fabbricato Sciv [mq] Hm[m] Qp[ kW ] qp [W/mc] Qp[ Mcal/h]

casa amministrazione 2200 4 251 29 216 foresteria 310 3,5 64 59 55 fattoria 600 3,5 71 34 61 1° cantoniera 120 3,5 27 64 23 2° cantoniera 118 3,5 27 65 23 3° cantoniera 118 3,5 27 65 23 4° cantoniera 118 3,5 27 65 23 podere "nappo" 260 3,5 34 37 29

villa "poggio al vento" 470 3,5 54 33 46 podere "le ginestre" 250 3,5 32 36 27 podere "poggio al sole" 260 3,5 34 37 29 podere "borbitoio" 260 3,5 32 35 28 podere "casa luigi" 250 3,5 33 38 29 podere "le lezze" 260 3,5 32 35 28 podere "le felici" 575 3,5 64 32 55 podere "l'abbondanza" 416 3,5 52 36 45

TOTALE 6585 863 742

Nella tabella è anche presente una colonna con il valore di potenza termica specifica , questo può servire a capire se il conto possa essere errato o meno , infatti alcuni impiantisti effettuano un calcolo più semplice per stabilire la potenza termica necessaria basato soltanto sui metri cubi da riscaldare e sul tipo di edificio.

Tali impiantisti si rifanno alle stime dell’ “ufficio federale dell’energia svizzero” che stabilisce quanto segue :

- edificio tradizionale ad uso locativo : 23-30 W/m3

- edificio costruito ex novo ad uso locativo : 17-20 W/m3

- dati valevoli per ambienti interni con un’altezza media di 3 metri

Sicuramente in questi dati è da tenere conto che la Svizzera presenta condizioni climatiche un po’ più rigide di quelle presenti ad una quota di 700-800mslm nell’Italia centrale , ma

considerando che le strutture non ad uso locativo devono garantire una temperatura interna maggiore e che l’altezza media degli edifici in esame è di 3,5-4 metri invece che 3 , si possono ritenere i 30W/m3 come un valore di riferimento .

Dalla tabella si vede che quasi tutti gli edifici si trovano intorno a questo valore , quelli che si discostano di più sono le case cantoniere e la foresteria , ciò è dovuto al rapporto superficie esterna su superficie civile che aumenta al diminuire delle dimensioni e dal fatto che si tratta di edifici ad un solo piano , da questo si può ritenere il conto effettuato in maniera approssimativa abbastanza realistico.

5.2 Il fabbisogno termico

Le ore massime di esercizio annuo degli impianti di riscaldamento (a combustibili fossili) , sono stabilite,in base al comune di appartenenza , dall’ALLEGATO A del D.P.R. 492/93 .

Dopo aver consultato tale allegato si è trovato che il comune di appartenenza , Cutigliano (678mslm),risulta essere in categoria E ; è quindi possibile effettuare un riscaldamento degli ambienti interni a partire dal 15 ottobre fino al 15 aprile per un massimo di 2901 ore , cioè pari a circa 16 ore al giorno per 182 giorni .

È ovvio però che le ore di esercizio giornaliere sono fortemente influenzate dalla temperatura esterna e quindi dalla stagione .

L’effetto della stagionalità sul fabbisogno termico viene considerato con il coefficiente di carico termico , cioè la percentuale di utilizzo delle caldaia .

È ormai consuetudine che le moderne caldaie possano avere la duplice funzione di riscaldamento degli ambienti e dell’acqua sanitaria .

Dovendo calcolare il fabbisogno termico annuo si deve disporre di un coefficiente di utilizzo medio annuo della caldaia,a tal proposito si può attribuire un coefficiente fisso pari al 15% per il riscaldamento dell’acqua sanitaria e un coefficiente variabile mensilmente per il riscaldamento ambientale .

Tabella 5.2 : coefficienti di carico termico Ka.s. % Kris % Kt % gennaio 15 80 95 febbraio 15 70 85 marzo 15 50 65 aprile 15 30 45 maggio 15 0 15 giugno 15 0 15 luglio 15 0 15 agosto 15 0 15 settembre 15 0 15 ottobre 15 40 55 novembre 15 60 75 dicembre 15 75 90 media 15 33,8 48,8

andamento del coefficiente di carico termico

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ge nnai o febb ra io ma rz o apr ile ma ggi o g iugn o lugl io ago s to s e tte m b re o tt obr e nov embr e di c e mbr e co ef fi ci en te t e rm ic o

Per trovare il fabbisogni termici di ogni fabbricato saranno :

] [ / . mese kWh n P K

Ftmensile = tmensile ⋅ termica⋅ °ore mese

] [ / . anno kWh n P K

Ft_annuo = _tmedio ⋅ _termica ⋅ °_{ore anno}

Tabella 5.3 : fabbisogno termico annuo dei fabbricati interni al parco:

fabbricato Qp[ kW ] Ktm % Ft [MWh/a] casa amministrazione 251 48,8 1075 foresteria 64 48,8 274 fattoria 71 48,8 305 1° cantoniera 27 48,8 116 2° cantoniera 27 48,8 115 3° cantoniera 27 48,8 115 4° cantoniera 27 48,8 115 podere "nappo" 34 48,8 145 villa "poggio al vento" 54 48,8 231 podere "le ginestre" 32 48,8 136 podere "poggio al sole" 34 48,8 145 podere "borbitoio" 32 48,8 138 podere "casa luigi" 33 48,8 143 podere "le lezze" 32 48,8 138 podere "le felici" 64 48,8 273 podere "l'abbondanza" 52 48,8 224