UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA ENERGETICA
Diagnosi Energetica di un polo didattico universitario.
Monitoraggio dell’edificio e utilizzo del software SEAS.
Tesi di laurea Magistrale
Relatori Candidato Prof. Ing. Walter Grassi Piero Scandale Ing . Daniele Testi
Ing. Elena Menchetti
2
Sommario
1 INTRODUZIONE 5
1.1 Il bilancio energetico Nazionale 5
1.2 L’efficienza energetica 6
1.3 Il settore non residenziale 7
1.4 L’edilizia pubblica 8
1.5 L’audit energetico 9
1.6 Finalità e struttura della tesi 11
2 PRESENTAZIONE DEL CASO STUDIO 13
2.1 Descrizione della struttura 13
2.2 Caratterizzazione della zona climatica 13
2.3 Suddivisione in zone termiche 15
2.4 Descrizione dei componenti opachi e trasparenti 19
2.4.1 I componenti opachi orizzontali e verticali 19
2.4.2 I componenti trasparenti 21
2.5 Descrizione degli impianti 22
2.5.1 La centrale termica 22
2.5.2 Il sistema di circolazione 23
2.5.3 Condotti di evacuazione dei prodotti della combustione 24
2.5.4 I terminali di emissione 24
2.5.5 Il sistema di distribuzione 31
2.5.6 La regolazione 32
3 SIMULAZIONE DELLE ZONE TERMICHE 34
3.1 Il profilo di presenza 35
3.2 Profilo di utilizzo mensile 36
3.3 Profilo accensione riscaldamento 37
3.4 Temperatura di set point principale zone 37
3.5 I componenti dell’involucro 38
3.6 Risultati della simulazione d'involucro 39
3.7 Simulazione dell’impianto 45
3
3.9 Le zone termiche 47
3.9.1 La zona CBS 47
3.9.2 Zona aula studio 48
3.9.3 Zona Aule informatiche 49
3.9.4 Zona Aule didattiche small 52
3.9.5 La zona uffici 56
3.9.6 La zona aule big 61
4 PRESENTAZIONE DEI RISULTATI 68
4.1 Audit con millesimi in potenza 69
4.2 Audit con millesimi in Volume 69
4.3 Il consumo reale da fatturazione e confronto con audit 70
4.4 Proposta interventi migliorativi 72
4.4.1 La barriera d’aria a ricircolo 72
4.4.2 Simulazione dell’intervento di manutenzione sul sensore che regola la valvola a tre vie delle
UTA 75
4.4.3 Installazione di valvole termostatiche 79
4.5 Risultati di sintesi 84
4.6 Valutazione economica degli interventi 85
5 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI 90
6 ALLEGATO [A] 92
6.1 Zona Csb 95
6.2 Zona uffici 99
6.3 Zona Aule informatiche 101
6.4 Zona Aule didattiche small 103
6.5 Zona aula studio 105
6.6 Tipologia di finestre 107
7 ALLEGATO [B] 109
7.1 B.1 109
7.2 B.2 110
4 A Ivan
1
INTRODUZIONE
1.1
Il bilancio energetico Nazionale
L’obiettivo di questo capitolo è
consumi energetici nel settore civile, cercando di evidenziare il ruolo della diagnosi energetica, al fine di migliorare le prest
redatto annualmente dal Ministero dello Sviluppo E
Energetico Nazionale, gli impieghi finali di energia sono stati nel 201 [1]. Risulta interessante analizzare
Se si analizzano le tre voci che influiscono di più sul conto energetico nazionale e precisamente l’industria, i trasporti
solo ad aver mantenuto un trend di crescita nel decennio 2000/201 attesta nel 2012
tep
IONE
l bilancio energetico Nazionale
ivo di questo capitolo è di evidenziare la situazione Italiana nell’ambito dei consumi energetici nel settore civile, cercando di evidenziare il ruolo della diagnosi
al fine di migliorare le prestazioni degli edifici. Come si evince dal ra redatto annualmente dal Ministero dello Sviluppo Economico denominato Bilancio Energetico Nazionale, gli impieghi finali di energia sono stati nel 201
. Risulta interessante analizzare la distribuzione per settore degli stessi
Figura 1-1 impieghi di energia per settore tot 128 Mtep
Se si analizzano le tre voci che influiscono di più sul conto energetico nazionale e e l’industria, i trasporti e il settore civile si evince che quest’ultimo è stato il solo ad aver mantenuto un trend di crescita nel decennio 2000/201
intorno ai 46 Mtep [2].
Figura 1-2 Trend dei consumi 2000/2012
23,6 % 30,2 % 36,7 % 2,17 % 5,1 % 2,3 % industria trasporti civile agricoltura usi non energetici bunkeraggi 0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 2000 2003 2006 2009 2012 anno 5 di evidenziare la situazione Italiana nell’ambito dei consumi energetici nel settore civile, cercando di evidenziare il ruolo della diagnosi Come si evince dal rapporto conomico denominato Bilancio Energetico Nazionale, gli impieghi finali di energia sono stati nel 2012 pari a 127,8 Mtep
la distribuzione per settore degli stessi FIG [1.1].
eghi di energia per settore tot 128 Mtep
Se si analizzano le tre voci che influiscono di più sul conto energetico nazionale e il settore civile si evince che quest’ultimo è stato il solo ad aver mantenuto un trend di crescita nel decennio 2000/2012 FIG [1.2] che si
industria trasporti civile agricoltura usi non energetici bunkeraggi
civile industriale trasporti
6 Si capisce quindi come nell’ottica di risparmio ed efficienza energetica nazionale, il settore civile sia di fondamentale importanza.
1.2
L’efficienza energetica
L’efficienza energetica rappresenta la prima priorità della nuova strategia energetica sia a livello Nazionale sia Europeo. Al centro delle politiche energetiche vi è quindi il lancio di un grande programma nazionale di efficienza che consenta il superamento degli obiettivi europei al 2020, questo dovrebbe portare ad una riduzione nei consumi di energia primaria. Gli effetti di questa riduzione potranno portare al nostro paese benefici sia in ambito di approvvigionamento energetico, con conseguente riduzione dei costi dell’energia, sia in ambito tecnologico e ambientale [3]. Le linee guida base di questo progetto sono state introdotte dal PIANO NAZIONALE PER L’EFFICIENZA ENERGETICA (2007) sia dal PIANO D’AZIONE PER L’EFFICIENZA ENERGETICA (2011). In termini quantitativi, il programma si propone di risparmiare 20 Mtep di energia primaria e 15 Mtep di energia finale, raggiungendo al 2020 un livello di consumi del 25% inferiore rispetto allo scenario di riferimento europeo, basato su un’evoluzione “inerziale” del sistema (Modello Primes 2008) [3].
Il modello Primes è quello che valuta uno scenario di emissioni, domanda finale di energia e percentuale di questa soddisfatta da fonte rinnovabile al 2020, senza il pacchetto “Clima Energia”, anche conosciuto come pacchetto 20-20-20. Il principale limite di questo scenario denominato BISELINE è quello di essere frutto di ipotesi basate sui trend al 2007, che prevedevano anche una crescita costante al 1,2- 1,8 % del PIL Italiano fino al 2020.
Alcuni miglioramenti sono stati effettuati tenendo conto degli effetti persistenti della “crisi economica” tramite le modifiche presenti nel modello PRIMES 2009.
In ogni caso l’efficienza energetica è considerata come il principale strumento per perseguire a livello nazionale una riduzione dei consumi di energia. Vista in precedenza l’influenza dei vari settori sul bilancio energetico nazionale una prima stima sulla possibile riduzione dei consumi finali di energia è desumibile dagli obiettivi di risparmio stabiliti nel PAEE 2011 per il 2016 e 2020, riportati in FIG [1.3] e dalla tabella [1.1] che mostra il contributo percentuale dei singoli settori [3]. In particolare si nota come oltre i 2/3 del potenziale di risparmio individuato dal Piano di Azione Italiano per l’Efficienza Energetica, sono relativi ad interventi da realizzarsi nel residenziale e terziario, in
7 particolare per com’è costituito il parco edilizio Italiano quello degli edifici della pubblica amministrazione potrebbe essere uno dei sottosettori nel quale vi sono ancora ampi margini di miglioramento dell’efficienza.
Tabella 1.1 Contributo percentuale alla riduzione dei consumi finali [3]
Figura 1-3 riduzione dei consumi finali di energia per settore 2016/2020 [3] [Mtep]
1.3
Il settore non residenziale
I consumi del settore non residenziale, in cui sono compresi gli edifici adibiti ai servizi, al commercio e alla Pubblica Amministrazione, sono in continua e forte crescita passando da meno di 9,5 Mtep del 1995 a oltre 20 Mtep nel 2010, con un incremento medio annuo pari al 3,4%. Nel settore terziario sono utilizzate quasi esclusivamente le due fonti principali, gas (50,4%) ed energia elettrica (45,4%). Recenti studi sviluppati da ENEA hanno consentito di stimare i consumi specifici degli edifici nel terziario per diverse destinazioni d’uso [3]. 5,2 2,1 1,9 1,7 10,9 6,6 2,6 4,2 2,5 15,9 0 5 10 15 20 residenziale terziario trasporti industria totale 2020 2016
8 Tabella 1.2 consumi specifici di energia per edificio settore terziario [kWh/m2] [3]
La principale conclusione degli studi condotti da ENEA è che: “ I consumi energetici degli edifici ad uso non residenziale possono essere ridotti in modo significativo e i costi relativi agli interventi possono risultare contenuti, in misura non trascurabile, con operazioni di efficientamento da programmare in corrispondenza di interventi necessari per la manutenzione straordinaria dell’edificio” [3].
Una spinta all’incremento dell’efficienza potrebbe venire anche da una diversa politica di incentivazione, si potrebbe passare dall’incentivare interventi che riguardano le superfici opache, trasparenti e la produzione di ACS mediante solare termico, che risultano molto onerosi, a una che tende a promuovere il miglioramento del complesso edificio più impianto, con interventi come il miglioramento della regolazione o la manutenzione.
1.4
L’edilizia pubblica
“ La conoscenza della consistenza e delle caratteristiche energetiche del parco edilizio nazionale per usi non residenziali è allo stato attuale molto incerto connotato da una composizione edilizia impiantistica e di destinazione d’uso eterogenea. Questo settore presenta scarsità di dati sul patrimonio e molte lacune sulla conoscenza degli aspetti gestionali e manutentivi [4].”
9 Il PAEE prevede per il settore pubblico degli interventi che riguardano principalmente il complesso edificio impianto e i consumi degli apparecchi elettrici. È stato stimato dall’UTEE (unità tecnica per l’efficienza energetica ENEA ),che in ambito di efficienza degli edifici pubblici si può realizzare un risparmio di energia primaria del 20% e più precisamente il 10% è perseguibile tramite la manutenzione ordinaria e degli impianti e il restante 10 % tramite interventi di miglioramento dell’ efficienza degli impianti.
1.5
L’audit energetico
Lo strumento principale per migliorare l’efficienza energetica del parco edilizio è la diagnosi energetica. Questo strumento permette di inquadrare dal punto di vista energetico lo stato attuale dell’edificio e di analizzarne i principali elementi di criticità siano essi strutturali o di gestione. Alla luce di questa prima fase preliminare l’Auditor può proporre degli interventi migliorativi, che possono riguardare sia il complesso edificio impianto, sia la sua gestione. Nel report denominato: “ Definizione di una metodologia per l’audit energetico negli edifici ad uso residenziale e terziario ” eseguito in collaborazione tra il dipartimento DESTEC e ENEA [8] è riportata la procedura seguita anche durante questo lavoro e che sarà descritta nei capitoli successivi.
Come si vede dalla FIG[1.4] l’auditor parte dall’analisi dei dati climatici della zona dove la struttura è ubicata, successivamente si caratterizzano le prestazioni energetiche del complesso involucro più impianto. In questa fase centrale vanno a confluire quelle che sono informazioni reperite durante la raccolta dati, il monitoraggio e l’intervista all’utenza.
Una volta messe insieme tutte le informazioni si può valutare quello che è il consumo energetico della struttura in esame, andando ad ottenere un primo dato di audit.
Questo dato andrà ad essere confrontato con il reale consumo da fatturazione, che di solito è la media dei tre anni precedenti a quello in cui è eseguita la diagnosi energetica. Molto spesso accade che il dato di audit e il reale consumo siano differenti, questo può accadere per via del fatto che non tutte le informazioni raccolte possono essere verificate, ad esempio si pensi alla reale trasmittanza di una parete, che può essere molto diversa da quella di catalogo, per via di fenomeni di trasporto del vapore che si possono instaurare al proprio interno. I dati non verificabili, possono riguardare anche
10 elementi non strutturali ma di utilizzo dell’edificio, come i profili di utenza. Il programma SEAS presenta un sezione dedicata alla verifica di questi dati, che vengono denominati “dati incerti” . La verifica e la modifica di questi , permette all’auditor di andare ad eseguire quella che è la fase di tuning. Il tuning è molto importante ed è preliminare alla valutazione di eventuali interventi migliorativi, perché permette di avere un modello che approssima il più realisticamente possibile il comportamento globale dell’edificio.
11
1.6
Finalità e struttura della tesi
L’edificio che si è analizzato è un polo didattico Universitario, l’obiettivo principale è stato quello di caratterizzare il comportamento dell’involucro e dell’impianto, durante il periodo di climatizzazione invernale, per cercare di ottenere una diagnosi energetica il più reale possibile da confrontare con le fatturazioni del gas degli anni precedenti. Per l’analisi è stato utilizzato il software SEAS 2.2 (novembre2013) che permette di avere degli audit semplificati e che è stato implementato dal dipartimento DESTEC dell’Università di Pisa in collaborazione con ENEA in merito al progetto “Sviluppo di modelli per la realizzazione di interventi di efficienza energetica sul patrimonio immobiliare pubblico”[9].Di seguito sono illustrati brevemente i contenuti dei capitoli del presente lavoro. Al primo capitolo dove si è introdotta la legislazione vigente e la situazione italiana riguardante i consumi di energia primaria, segue il secondo capitolo dedicato alla presentazione della struttura in esame, ubicazione e caratteristiche climatiche della zona, analisi dell’involucro, divisione in zone termiche in funzione della destinazione d’uso, presentazione delle caratteristiche dell’impianto di climatizzazione invernale.
Nel terzo capitolo si è svolta l’analisi e la simulazione dell’impianto attraverso il software SEAS delle diverse zone termiche e il monitoraggio relativo alle zone servite da impianti ad aria non direttamente simulabile tramite il software. Si presenta un primo risultato di audit.
Nel quarto capitolo si presenta il confronto tra i dati di diagnosi e le fatturazioni per energia termica degli anni precedenti, si introducono e si simulano gli interventi migliorativi, facendo riferimento anche alla simulazione economica.
13
2
PRESENTAZIONE DEL CASO STUDIO
2.1
Descrizione della struttura
L’immobile in esame di seguito denominato B47 è un polo didattico dell’Ateneo Pisano, utilizzato prevalentemente dalla Facoltà di Ingegneria. Il B47 può essere preso a riferimento come caso studio per un polo didattico Universitario, poiché presenta un buon numero di tipologie di destinazioni d’uso proprie degli edifici Universitari. Sono presenti: aule didattiche tradizionali, laboratori informatici, aula studio, uffici e zona bar.
Figura 2-1 Vista del polo didattico (fonte Google Maps)
2.2
Caratterizzazione della zona climatica
Tabella 2.1 caratterizzazione zona climatica Gradi giorno 1694 Zona climatica D Latitudine località 43,71[°] Latitudine prima provincia riferimento irraggiamento 43,7 [°] Latitudine seconda provincia riferimento irraggiamento 43,55[°]
Altezza sul livello del mare della località presa a riferimento per la temperatura
4 [m.s.l.m]
Velocità del vento
corretta 2,4 [m/s] Coefficiente di
14 Valori da normativa [5]
Tabella 2.2 Valori Irraggiamento e temperatura UNI 10349
Mese Temperatura esterna [°C] Escursione termica giornaliera [K] Irraggiamento diretto sul piano orizzontale [MJ/m2] Irraggiamento diffuso sul piano orizzontale [MJ/m2] Irraggiamento globale [MJ/m2] Temperatura esterna (Metato) [°C] JAN 6,70 8,30 2,69 2,60 5,29 8,00 FEB 7,70 9,40 4,60 3,70 8,30 7,93 MAR 10,60 9,90 7,09 5,20 12,29 12,65 APR 13,60 10,60 11,09 6,70 17,79 12,65 MAY 17,20 10,90 14,78 7,50 22,28 17,62 JUN 21,10 11,30 16,48 7,90 24,38 19,34 JUL 23,50 11,90 19,08 6,90 25,98 21,73 AUG 23,50 12,00 15,58 6,40 21,98 23,36 SEP 20,90 11,30 11,30 5,30 16,60 19,19 OCT 16,30 10,30 7,19 4,00 11,19 18,37 NOV 11,70 9,00 3,19 2,90 6,09 11,80 DEC 7,80 8,20 2,40 2,30 4,70 6,16
Figura 2-2 andamento annuale Temperatura esterna
0 5 10 15 20 25 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Text [°C]
temp esterna uni 10349
15 I valori della curva, in rosso FIG[2.2], sono estrapolati dal documento fornito dal Comitato Termotecnico Italiano Energia ed Ambiente e fanno riferimento alla stazione meteorologia di Metato (PI).
2.3
Suddivisione in zone termiche
Si è deciso di suddividere l’involucro del B47 in sette zone termiche, in funzione della destinazione d’uso e della grandezza.
Figura 2-3 suddivisione in zone termiche PT
Il piano terra è composto dall' ingresso attraverso il quale si accede all’atrio principale, qui è presente la portineria e il centro stampa che sono stati assoggettati alla stessa destinazione d’uso, gli Uffici. Vi è poi l’aula studio, l’aula B11 che è nella zona “aule grandi”, l’aula informatica denominata SI5 e il Bar.
Zona A , aule grandi. Zona B, aule piccole.
Zona C, aule informatiche. Zona D, aule studio.
Zona E, uffici. Zona F, corridoi scale Wc.
16
Figura 2-4 suddivisione in zone termiche PI
Al primo piano dell’edificio è presente il centro informatico del polo composto sia da uffici, sia da una zona specifica dove sono attivi i server dell’Università. Questa zona è una delle più particolari dell’intero edificio in quanto, la presenza dei server informatici fa si che la zona necessiti di raffrescamento continuo anche durante la stagione invernale. Oltre al centro informatico sono presenti tre aule informatiche SI1 SI3 e SI4 oltre all’aula B11 che presenta una doppia volumetria .
Figura 2-5 suddivisione in zone termiche PII
Il piano secondo è formato da tre aule informatiche SI7 SI6 e B26 e dalle aule didattiche B23, B24, B25, vi è anche su questo piano l’aula B22 che presenta come la B11 la doppia volumetria.
17
Figura 2-6 suddivisione in zone termiche PIII e PIV
Infine il terzo piano dove è presente l’aula B31 che continua al quarto e le aule didattiche B32, B33, B34.
Su tutti i piani è presente la zona corridoi che comprende anche i bagni ed alcuni locali tecnici. Nella nostra schematizzazione questa zona denominata “CSB” é stata trattata in maniera omogenea anche perché presenta la stessa tipologia di terminale di emissione. Di seguito si riportano i dati geometrici di superficie e volume delle singole sottozone.
Zona A , aule grandi. Zona B, aule piccole.
Zona C, aule informatiche. Zona D, aule studio.
Zona E, uffici. Zona F, corridoi scale Wc.
18
Tabella 2.3 superficie e volume delle sottozone
Sottozona Zona Superficie pavimento [m2] Volume [m3] B11 aule big 367 1725 B21 aule big 369 1725 B31 aule big 209 947 B22 aule small 39 118 B23 aule small 41,2 126 B24 aule small 37 109 B25 aule small 93,7 279 B32 aule small 145 433 B33 aule small 86,8 259 B34 aule small 163 486
Si1 aule inf 214 638
Si3 aule inf 135 403
Si4 aule inf 41,2 123
Si5 aule inf 179 354
Si6 aule inf 51,6 154
Si7 aule inf 157,7 470
B26 aule inf 155 463
Uffici PT Uffici 63,4 189
Uffici PI Uffici 205 611
Aula studio Aula studio 166 529
CSB pt CSB 481 1433
CSB p1 CSB 281 837
CSB p2 CSB 316 942
CSB p3 CSB 278 828
TOTALE 4276 14183
In FIG[2.7] è riportata la rappresentazione sintetica dei volumi. Da questa prima analisi geometrica si nota come le zone che hanno più peso sono la “CBS” e le “aule grandi”, che sommate, rappresentano circa il 60% dell’intera volumetria dell’edificio.
19
Figura 2-7 Volumetria percentuale delle Zone termiche
2.4
Descrizione dei componenti opachi e trasparenti
L’edificio è costituito fondamentalmente da due tipologie di pareti opache verticali: quelle dei muri perimetrali esterni e quelle che vanno a formare i divisori interni alle zone, da tre tipologie di componenti opachi orizzontali: il pavimento i solai interpiani e il tetto, da una sola tipologia di superficie vetrata. Le caratteristiche termo fisiche sono state ricavate usando un foglio di calcolo implementato secondo la UNI EN ISO 13786 [6].
2.4.1 I componenti opachi orizzontali e verticali
Le caratteristiche principali delle pareti e una schematizzazione della stratigrafia sono riportate in appendice [A] di seguito descriveremo brevemente i vari componenti.
- Pareti perimetrali in acciaio e poliuretano
Le pareti opache che costituiscono l’involucro esterno dell’edificio sono composte da pannelli di acciaio con all’interno uno strato di isolante poliuretanico. Fa eccezione la parete posta a nord-est, che presenta oltre ai pannelli, un’intercapedine d' aria esterna dello spessore di 10cm ed è ricoperta da lastre di marmo. Durante la fase preliminare di sopralluogo si è notato che questa parete non presenta più le caratteristiche originali,
31,8% 13,1% 16,3% 5,79% 3,8% 29,2 % aule big aule small aule inf Uffici Aula studio CSB
20 infatti, le lastre di marmo sono danneggiate in più punti, questo ha fatto si che questa parete fosse assimilata alle altre.
- I divisori interni
I divisori interni all’involucro che separano le singole sottozone sono formati da pareti dello spessore di 15 cm, composte da due pannelli di cartongesso dello spessore di 2,5 cm e separate da un’intercapedine d’aria di 10 cm. Le pareti interne, anche se non scambiano direttamente con l’esterno sono importanti perché vanno a determinare quella che è la capacità termica dell’edificio.
- I solai interpiano
I solai interpiano presentano un getto di cemento su cassaforma di acciaio dalla forma trapezoidale; nella parte inferiore, oltre ad uno strato di aria che va a riempire le intersezioni concave, vi è uno strato di isolante fibroso del tipo lana di roccia. Una lastra di acciaio forato completa la stratigrafia del solaio e garantisce anche una corretta areazione.
- Il pavimento PT
Il pavimento del piano terra è del tipo contro terra non isolato, formato da uno strato di cemento dello spessore di 60 cm.
- Il tetto
Il tetto del polo è in cemento ricoperto da una struttura leggera in lamiera di ferro, alcune parti, come il tetto dell’aula studio, non presentano la copertura ma solo uno strato di catrame che garantisce l’impermeabilità del solaio.
21
2.4.2 I componenti trasparenti
I componenti verticali trasparenti sono costituiti da finestre scorrevoli su guida, con vetro singolo e telaio in alluminio. Non sono presenti chiusure esterne, l’unica differenza che si riscontra è nella superficie delle finestre, fondamentalmente vi sono quattro tipologie vedi appendice [A].
Tabella 2.4 tipologia finestre Tipologia Superficie [m2] A 4,4 B 3,78 C 2,49 D 0,896
Per quanto riguarda le chiusure oscuranti, sono presenti sia le veneziane sia le tende ma lo stato e l’utilizzo delle stesse è molto eterogeneo. Nelle aule informatiche ci sono delle serrande interne motorizzate in alluminio. Sulla facciata est sono posizionati dei sistemi schermanti a lamelle fisse, di questi si è dovuto tenere conto quando si sono calcolati i fattori di ombreggiamento.
22
2.5
Descrizione degli impianti
2.5.1 La centrale termica
- Dati d'impianto:
Due generatori di calore in ghisa, posti in parallelo, installati in centrale termica con le caratteristiche riportate in tabella [2.5].
Tabella 2.5 Caratteristiche caldaia
Caratteristiche caldaia Buderus LOGANO GE515 Gr.350
Potenza termica utile 350 [kW]
Potenza termica al focolare 377,1 [kW] Temperatura massima di mandata 100 [°C] Max sovrappressione di esercizio 6 [bar]
Rendimento termico utile al 100%
93,5%
Rendimento termico utile al 30% 92,8% Temperatura fumi a pieno carico 161-177 [°C]
I due generatori sono regolati per mezzo di sonda climatica esterna e regolazione della temperatura di mandata sui singoli circuiti con modulazione continua della potenza del
centrale termica
350 KW
radiatori
fancoil
23 bruciatore ed intervento su valvola miscelatrice a tre vie sui circuiti terminali. Il sistema di regolazione è composto da quadro climatico Logamatic 4211 (e 4311) per regolazione della modulazione del bruciatore di gas in base alla temperatura esterna e regolazione della valvola a tre vie sui circuiti terminali. La distribuzione dalla centrale termica è effettuata tramite tubazioni in acciaio UNI8863, la tipologia è a colonne montanti, con distribuzione in derivazione per ogni piano. I tubi di distribuzione sono installati nello spazio lasciato dalle travi in acciaio ad H che vanno a comporre la struttura portante del polo. Il fluido temovettore è acqua, trattata da un impianto di addolcimento a 1,5 °f.
2.5.2 Il sistema di circolazione
Circolatori primari: 2 x Salmson C1240 N , 30 mc/h – 2,5mca Circolatori secondario principale: 1 x Salmson SXM 40-80 N – 60 mc/h- 14 mca; Circolatore secondario UTA CDC: 1 x Salmson SCX 32-80 – 2mc/h – 4,6 mca; Circolatore secondario fancoil CDC: 1 x Salmson DXE 40-80, 6 mc/h- 12 mca;
24
2.5.3 Condotti di evacuazione dei prodotti della combustione
Due camini singoli ed indipendenti (uno per ogni generatore di calore) dimensionati secondo norma UNI9615 ed installati in condotto fumario esistente in blocchi SHUNT (con intubamento realizzato a norma UNI10845).
Dati sintetici dei camini:
− Altezza efficace: 14 m;
− Diametro interno: 250 mm;
− Quota di emissione: 4 m
La quota di sbocco è di m 4,00 da piano di copertura.
2.5.4 I terminali di emissione
La tipologia degli impianti d' immissione differisce non solo da zona a zona ma anche nelle singole sottozone . Sono presenti: radiatori, fancoil, impianti ad aria, e pompe di calore.
- I radiatori
25 I radiatori sono stati progettati appositamente per il polo B47 e sono costituiti da due collettori di distribuzione dell’acqua di tipo trapezoidale collegati da tubi circolari. Per enfatizzare l’effetto di convezione naturale, tra i tubi sono presenti delle piastre sagomate in alluminio. In nessuno dei terminali di questa tipologia è presente la valvola termostatica.
- I Fancoil
26 I fancoil del tipo Airwell a cassetto posizionati sul soffitto, sono presenti al PI e precisamente: nell’aula informatica SI1 e negli uffici informatici. Al secondo piano vi è un'altra tipologia di terminale installata più di recente, a seguito di un rifacimento dell’impianto di climatizzazione estiva.
- Tipologia Junkers.
Questa tipologia è installata a terra lungo le pareti perimetrali degli ambienti serviti che sono le aule Si7, B25, B26. Questi fancoil presentano regolazione della velocità del ventilatore e della temperatura e funzionano nella modalità riscaldamento/raffreddamento.
La macchina è dotata di sonda termostatica che permette lo spegnimento del ventilatore al raggiungimento della temperatura di set point del locale.
Figura 2-11 fancoil Junker
- Split
Servono la zona bar e l’aula informatica SI3, sono regolati manualmente tramite telecomando, funzionano sia nella modalità di riscaldamento che in quella di raffreddamento. Si precisa che queste macchine non verranno simulate in quanto i consumi elettrici non sono stati stimati ai fini dell’audit.
27
Figura 2-12 Split Daikin
- Le UTA
Le quattro UTA servono rispettivamente la B11, B21, B31 e le aule del terzo piano B32, B33, B34. Le UTA che servono le aule B11 e B21 sono posizionate in un locale di servizio posto nel sottogradinata delle stesse. Non presentano nessun dato di targa eccetto quello del motore elettrico che aziona il ventilatore. La progettazione originale di queste UTA prevedeva: un ricircolo dai locali con sei griglie di ripresa aria interna poste sul pavimento delle aule FIG[2.13], rinnovo di aria esterna, immissione tramite bocchette a soffitto e diffusori a fungo FIG [2.14].
28
Figura 2-14 bocchette d'immissione Aule Big
Nel progetto iniziale era previsto un controllo di temperatura, tramite termo-resistenza, che andasse ad agire sia sulla valvola a tre vie deviatrice che connette l’UTA alla mandata della caldaia, sia su un attuatore che doveva controllare le serrande di parzializzazione dell’aria esterna e di ricircolo.
Figura 2-15 valvola a tre vie UTA B11
Il funzionamento attuale è del tutto casuale in quanto: in B11 la ripresa dal locale è inattiva a causa della scarsa pulizia delle griglie, questo comporta che nella regione di condotto dov’è posto il rilevatore di temperatura, quest’ultima sia una media tra l’aria di ristagno del locale UTA e l’aria esterna, ciò fa si che la valvola a tre vie resti costantemente aperta. L’attuatore che dovrebbe regolare la parzializzazione dell’aria in ingresso all’UTA è inattivo e le serrande di ripresa dell’aria esterna sono bloccate in posizione di chiusura, con notevoli perdite di carico. Nello stato attuale la regolazione dell' UTA è fatta tramite la sonda climatica della caldaia. Il motore elettrico che serve il ventilatore è temporizzato con l’orologio di caldaia.
29
Figura 2-16 UTA B11
L'UTA presente in B21 è in pratica uguale a quella presente in B11 tuttavia il funzionamento è diverso ed è influenzato dal fatto che la mancata manutenzione del sistema abbia provocato una differente usura dei componenti, in questa infatti, sebbene le bocchette di ripresa dal locale siano in buono stato, la portata di aria ricircolata è nulla. Le serrande che connettono il locale alla UTA sono chiuse, si ha quindi solo ricambio di aria dall’esterna. Il funzionamento della valvola a tre vie è assente per lo stesso motivo rilevato nell’UTA della B11.
Figura 2-17 UTA B21
L'UTA presente in B31 è più piccola rispetto alle altre due e presenta: ripresa dall’esterno, visibile sulla facciata est del polo all’altezza del terzo piano e ricircolo dal locale. In questo caso il ricircolo presenta degli aspetti peculiari rispetto alle precedenti UTA in quanto non è canalizzato. Il collegamento tra la UTA e le bocchette di ricircolo è fatto tramite un cavedio, il quale è attualmente messo in collegamento anche con il locale UTA, quindi in pratica, la ripresa non è più fatta dal locale ma da una zona dove si miscela l’aria dell’aula e l’aria del locale UTA.
30
Figura 2-18 condotto di ripresa UTA B31
L’ UTA presenta la valvola a tre vie e l’attuatore, ma questi non sono funzionanti, quindi non vi è nessun tipo di regolazione e a differenza delle altre, questa non presenta nemmeno la temporizzazione sul motore elettrico che le permetta di funzionare in concomitanza con gli orari di accensione della caldaia, perciò una volta accesa resta in funziona H24 e quindi, siccome la caldaia stacca alle 18.10, da quel momento in poi se non si agisce manualmente sul quadro elettrico nell’aula viene immessa aria esterna.
Figura 2-19 particolare UTA B31
Durante il periodo di monitoraggio questa UTA risultava essere spenta. I consumi della’aula B31 sono stati perciò attribuiti alle zone termiche con la quale l’aula confina utilizzando una parete fittizia di area unitaria appendice[B].
L’UTA che serve le aule didattiche del terzo piano e in particolare la B32, B33, B34 FIG [2.20] presenta ricircolo da tre condotti posti in comunicazione con il corridoio, immissione tramite delle bocchette a fungo poste sul soffitto e ripresa dall’esterno.
31
Figura 2-20 UTA terzo piano
Anche in questo caso non si capisce come sia possibile eseguire un controllo sull’aria di ripresa visto che la stessa proviene da un locale che è diverso rispetto a quello servito. L’unico motivo plausibile è che si sia cercata una miscelazione con aria "pulita" dai corridoi, per far sì di avere un certo grado di miscelazione e quindi un conseguente risparmio di energia sul riscaldamento di quella prelevata dall’esterno. Il motore elettrico non è temporizzato con l’orario di accensione della caldaia e quindi anche quest'UTA una volta accesa continua a funzionare H24 immettendo aria esterna nei locali.
2.5.5 Il sistema di distribuzione
Il sistema di distribuzione in modalità climatizzazione invernale parte dal locale caldaia, li sono presenti tre circuiti separati comandati da tre pompe, denominati come di seguito: 1) CTA aule e RADIATORI
2) CTA centro di calcolo 3) FANCOIL aula calcolo
Le tre pompe che comandano i tre rami sono: 1)JRL 208 14/4
2)JCX 32-80 3)DXE 40/80
32 I tubi di distribuzione sono tutti posizionati all’interno della volumetria del locale, quindi le corrispondenti perdite termiche sono tutte recuperabili. Il sistema di distribuzione è a colonna montante con le tubazioni che sono state integrate nella struttura d’acciaio del polo. Si veda il particolare in FIG[2.21]
Figura 2-21 distribuzione Figura 2-22 regolazione Uffici
2.5.6 La regolazione
La regolazione di base nei locali è fatta tramite la sonda climatica presente in caldaia. Questo tipo di regolazione è l’unica presente nelle zone servite da UTA e in quelle dove sono presenti i radiatori. Le aule che presentano una regolazione di locale sono le aule informatiche che sono termostatate. Nelle aule dove sono presenti i fancoil di modello Junker questi presentano la regolazione di macchina, inoltre per queste c’è un cronotermostato regolabile tramite chiavetta elettronica, nel quale si può inserire il profilo di utenza settimanale in funzione delle ore di lezione o esame, anche se da un intervista all’utenza è risultato che la programmazione di questo termostato non è effettuata.
34
3
SIMULAZIONE DELLE ZONE TERMICHE
Nel lavoro sono state simulate sei differenti zone termiche ma per non rendere troppo pesante la presentazione del capitolo si è cercato di aggregare i dati simili, come le informazioni generali e i profili di presenza. Per quanto riguarda le pareti opache o le superfici vetrate si riporteranno solo i dati di sintesi. Tutti i dati geometrici o di orientamento sono riportati in appendice[A]. I dati geometrici relativi ai volumi e alla superficie dei pavimenti delle differenti zone termiche sono stati già riportati nel capitolo II quando si è decritta la struttura. La tabella[3.1] descrive sinteticamente la somma delle superfici disperdenti e delle superfici vetrate per tutte le sottozone.
Tabella 3.1 Dati geometrici di sintesi sottozone
Sottozona Zona Superfici pareti opache disperdenti [m2] Superficie vetri [m2] B11 aule big 197,4 79,7 B21 aule big 198 75,6 B31 aule big 64,5 72 B22 aule small 5,2 8,8 B23 aule small 5,56 8,8 B24 aule small 4,84 8 B25 aule small 9,6 15,2 B32 aule small 52,3 24 B33 aule small 6,9 24 B34 aule small 40,5 56,4
Si1 aule inf 41,6 63
Si3 aule inf 20 26,4
Si4 aule inf 5,47 8,8
Si5 aule inf 34 50,3
Si6 aule inf 9 8,8
Si7 aule inf 56,6 24
B26 aule inf
Uffici PT Uffici 15,4 22,6 Uffici PI Uffici 58,8 32,6 Aula studio Aula studio 100,6 50
35 CSB p1 CSB 43,4 27,6 CSB p2 CSB 97 27,6 CSB p3 CSB 44 27,6 CSB p4 CSB 10 11,6
3.1
Il profilo di presenza
Il profilo di presenza è un dato molto importante in quanto determina una parte dei carichi interni e quindi va ad influire direttamente su quello che è il fabbisogno netto di involucro. Essendo il Polo Universitario un luogo pubblico, non è stato facile determinare il profili di presenza sia perché durante la stagione di climatizzazione invernale si alternano periodi di esami e periodi di lezione sia perché il numero di utenti non è determinabile univocamente. Il metodo che abbiamo utilizzato è stato quello di andare a incrociare i dati di occupazione delle aule reperibili tramite il sito GAP (gestione aule poli dell’Università di Pisa) con la capacità di posti a sedere delle singole aule. Si sono creati così dei profili medi di occupazione che, pur non rispettando a pieno il reale utilizzo, lo stimano in modo abbastanza realistico. Per determinare i profili si è scelta una settimana tipo per il periodo di lezione e una per il periodo di esame, si sono viste le ore reali di occupazione dell’aula e quindi si è estrapolata la media sui giorni feriali più il sabato. La tabella[3.2] riporta in sintesi i dati relativi alle presenze.
Tabella 3.2 profilo presenze
Zona Numero medio Persone giorni feriali Numero medio persone sabato Aule big 294 100 aule small 150 80 aule inf 229 128 Uffici 10 5 Aula studio 50 25 CSB 80 50
36
Figura 3-1 Media presenze annuali
Come si vede dalla FIG[3.1] il numero medio di utenti annuale varia mensilmente; Durante il periodo di lezione che di solito copre i mesi tra settembre-dicembre e marzo-giugno le presenze sono maggiori, e diminuiscono durante il periodo di esame gennaio-febbraio e giugno-luglio ad agosto la struttura rimane chiusa.
3.2
Profilo di utilizzo mensile
In questo profilo va specificato il numero di giorni medio di assenza dalla zona. Dal monitoraggio è emerso che durante il periodo di lezione, gli unici giorni di assenza sono le domeniche mentre durante il periodo di esame, l’utilizzo settimanale si riduce mediamente del 50%. A questi vanno aggiunti i giorni di festività, giorni nei quali l’impianto rimane acceso. Sempre facendo ricorso al sito GAP dell’Ateneo, si è potuto risalire al profilo rappresentato in FIG [3.2].
Figura 3-2 Numero medio di giorni di assenza dalle zone 0 100 200 300 400 500 600 700 N° utenti 0 2 4 6 8 10 12 14 16
JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC
N° giorni assenza
37
3.3
Profilo accensione riscaldamento
In questa scheda si scelgono alcuni parametri che sono molto significativi, come la temperatura di set point della zona e il regime di funzionamento dell’impianto. Per il nostro impianto il regime è d’intermittenza, il funzionamento della caldaia è di 12 ore durante i giorni feriali e precisamente 6-18 e di 7 ore durante il sabato 6-13. L’impianto è spento il sabato pomeriggio e la domenica. Non è previsto lo spegnimento dell’impianto durante il periodo di festività come Natale o Pasqua.
Tabella 3.3 profilo accensione caldaia
Ore settimanali di riscaldamento a set point principale
67 [h]
Periodo settimanale più corto di spegnimento
12 [h]
Periodo settimanale più lungo di spegnimento
41[h]
3.4
Temperatura di set point principale zone
Tabella 3.4 temperatura set point zone termiche
Zona Temp set point principale Aule big 20 Aule small 20 Aule inf 21 Uffici 20 Aula studio 20 CSB 20
Queste temperature sono state misurate tramite termocoppie di tipo (T), si precisa che comunque molto spesso la temperatura imposta non è quella reale a cui si trova il locale questo perché, a parte che nelle aule informatiche e negli uffici, non esiste il sistema di
38 regolazione. In giornate molto soleggiate e quando si registra un utilizzo intenso da parte degli utenti, la temperatura interna del locale può superare anche di quattro o cinque gradi quella di set point. Di questo si terrà conto nelle schede riguardanti la regolazione.
Il periodo di accensione del riscaldamento essendo l’oggetto di audit un edificio pubblico è quello previsto dalla normativa per la zona climatica interessata. I mesi di accensione in zona D sono: novembre, dicembre, gennaio, febbraio, marzo e metà aprile. Le temperature riportate in tabella [3.4] sono quelle dell’aria e non rappresentano né quelle radianti né quelle operative.
3.5
I componenti dell’involucro
- Pareti opache
Le pareti confinanti con l’esterno sono tutte della stessa tipologia, sono formate come già visto nel capitolo II , da pannelli composti da due lastre di acciaio e uno strato di 6 cm di poliuretano. Per queste si è usata una capacità termica areica pari a 19,2 [KJ/m2K] e
una resistenza termica pari a 0,6 [W/m2K] oltre che un fattore di assorbimento solare
pari a 0,7. - Pavimento
Il pavimento è del tipo contro terra non isolato, poiché non si è potuta fare una verifica diretta, questo dato è stato estrapolato dalle informazioni presenti sul capitolato di progetto messo a disposizione dall’ufficio tecnico dell’Università di Pisa. Si è tenuto anche conto dell’anno di costruzione che è il 1968. Il terreno circostante è di tipo argilloso.
- Tetto e solaio interpiano.
Il tetto e i solai interpiani presentano, a parte la copertura, la stessa tipologia costruttiva, sono composti dal massetto gettato su una cassaforma di acciaio e hanno caratteristiche mostrate in appendice [A].
39 - Superfici vetrate
La tipologia delle finestre dell’edificio è identica, queste sono composte da vetro singolo e da telaio in alluminio. La trasmittanza della finestra si è presa pari a 5,7 [W/m2K], questa corrisponde a quella del vetro singolo perché vista la conformazione della finestra, il fattore telaio influisce poco sulla trasmittanza totale. Una volta individuati tutti i dati geometrici della struttura, si è potuto simulare il comportamento dell’involucro. Per i dati dettagliati relativi alle singole zone termiche si fa riferimento all’appendice [A].
- Ponti termici
Per i ponti termici si è usato l’Abaco Cened [10] si è potuto così individuare la trasmittanza lineica per i vari casi. I ponti termici di sui si è tenuto maggiormente conto sono quelli che si hanno sul contorno della finestra, nell’intersezione tra pareti verticali e orizzontali, e tra due pareti verticali. Il dettaglio è riportato in appendice [A].
3.6
Risultati della simulazione d'involucro
Si è usato il software SEAS 2.2 che implementa una metodologia di calcolo presentata nei documenti ENEA DESTEC [8] [9] e basata principalmente su UNI EN ISO 13790 (valutazione adattata all’utenza o “ tailored rating”) con una sostanziale estensione e modifica della parte riguardante l’involucro.
Nei report [8] e [9], sono riportate le principali formule implementate nel software, con la descrizione delle diverse scheda che compongono l’interfaccia utente.
Nella tabella [3.5] sono riportati i fabbisogni delle varie zone a livello di involucro espressi in kWh. Come si può notare questi vengono suddivisi dal software tenendo conto dei vari contributi, apporti o perdite. Il dato complessivo sta a rappresentare la quota di fabbisogno che andrà ad essere soddisfatta dall’impianto durante tutta la stagione di climatizzazione invernale. Nella FIG [3.3] è riportato il “peso” che hanno le diverse zone termiche nel bilancio totale di involucro.
40
Tabella 3.5 Fabbisogni di energia involucro.
(
Figura 3-3 fabbisogno totale involucro
22 12 11 6 3 47
consumi totali per zona [MWh]
Aule big aule small aule informatiche aula studio uffici CSB Zona Carichi interni non gratuiti [kWh] Carichi interni persone [kWh] Apporti solari pareti opache [kWh] Apporti solari finestre [kWh] Perdite di ventilazi one [kWh] Perdite di trasmissi one pareti opache [kWh] Perdite di trasmissi one finestre [kWh] Perdite ponti termici [kWh] Perdite per infiltrazi oni [kWh] Fabbisog no netto di riscalda mento [kWh] Aule big 2.550 119.759 5.182 27.886 -3.106 -63.203 -61.486 -39.964 -20.193 -21.701 aule small 2.811 59.361 985 27.039 -16.975 -11.465 -36.013 -17.977 -7.393 -11.749 aule informat iche 4.279 54.471 11.732 25.054 -16.758 -8.699 -3.369 -17.504 -8.429 -11.187 aula studio 1.802 19.570 863 2.790 -2.591 -17.969 -5.833 -4.270 -1.856 -5.765 Uffici 4.977 3.436 689 20.975 -3.641 -24.772 -4.307 -2.499 -3.127 CSB 2.768 59.419 14.286 42.516 -73.447 -56.111 -42.328 -19.767 -15.573 -47.428
41 Nella figura è illustrato anche il peso che hanno le singole sottozone servite da impianto omogeneo. Dalla FIG[3.3] e dalla FIG [3.4] si nota come le zone che hanno maggior peso a livello di consumo di involucro sono: la zona “CBS”, a cui corrispondono anche
l’installazione della maggior parte dei radiatori e la zona “aule big”servita da UTA.
Figura 3-4 consumi involucro sottozone con impianto omogeneo
I consumi specifici suddivisi per le sei zone sono illustrati nella FIG[3.5], le zone che hanno un consumo specifico maggiore sono la zona Aula studio, per via dell’alta superficie di tetto e pavimento non isolato e la zona “CBS” dove sono presenti grandi superfici vetrate.
Figura 3-5 consumi specifici Zone Termiche [kWh/m3]
58 10
2
30
involucro sottozone con impianto omogeneo
radiatori fancoil split UTA 6,3 6,5 4,3 10,9 3,9 9,5 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 kWh/m3
Consumi specifici zone
Aule big aule small aule informatiche aula studio uffici CSB
42 Di seguito riporteremo nel dettaglio i consumi di involucro relativi alle sei zone termiche simulate. Nei grafici si sono suddivisi gli apporti ( tonalità di blu), dalle perdite (tonalità di rosso).
Figura 3-6 apporti/perdite aule Big
Figura 3-7 apporti/perdite aule small
128,14 2,73 5,54 29,84 21,70 63,20 3,11 61,49 39,96 20,19
apporti / perdite "aule big" [MWh]
carichi interni persone carichi interni non gratuiti apporti solari pareti opache apporti solari finestre
fabbisogno netto di riscaldamento perdite trasmissione pareti opache perdite per ventilazione
perdite trasmissione finestre perdite ponti termici perdite infiltrazioni 51,38 2,43 0,85 23,40 11,75 11,46 16,98 36,01 17,98
7,39 apporti / perdite "aule small" [MWh] carichi interni persone
carichi interni non gratuiti apporti solari pareti opache apporti solari finestre
fabbisogno netto di riscaldamento perdite trasmissione pareti opache perdite per ventilazione
perdite trasmissione finestre perdite ponti termici perdite infiltrazioni
43
Figura 3-8 apporti perdite aule informatiche
Figura 3-9 apporti perdite aula studio
Figura 3-10 apporti perdite Uffici
24,84 1,95 5,35 11,43 11,19 8,70 16,76 3,37 17,50
8,43 apporti / perdite "aule inf" [MWh] carichi interni persone
carichi interni non gratuiti apporti solari pareti opache apporti solari finestre
fabbisogno netto di riscaldamento perdite trasmissione pareti opache perdite per ventilazione
perdite trasmissione finestre perdite ponti termici perdite infiltrazioni 20,92 1,93 0,92 2,98 5,77 17,97 2,59 5,83 4,27
1,86 apporti / perdite "aula studio" [MWh]
carichi interni persone carichi interni non gratuiti apporti solari pareti opache apporti solari finestre
fabbisogno netto di riscaldamento perdite trasmissione pareti opache perdite per ventilazione
perdite trasmissione finestre perdite ponti termici perdite infiltrazioni 3,67 5,31 0,74 22,38 3,13 3,64 24,77 4,31
2,50 apporti / perdite "uffici" [MWh]
carichi interni persone carichi interni non gratuiti apporti solari pareti opache apporti solari finestre
fabbisogno netto di riscaldamento perdite trasmissione pareti opache perdite per ventilazione
perdite trasmissione finestre perdite ponti termici perdite infiltrazioni
44
Figura 3-11 apporti perdite CBS
Il fabbisogno totale di involucro si attesta sui 100 [MWh]. Come già detto in precedenza l’indicazione che deriva analizzando i dati della tabella [3.5] è che le zone che contribuiscono maggiormente al bilancio di energia dell’involucro sono la zona “aule big” e la zona “CBS”. In particolare per la zona “CBS” si vede come il contributo di ventilazione rappresenti la quota più importante sul bilancio d’involucro di zona, questo è dovuto al fatto che al PT le porte della struttura sono sempre aperte, il che comporta una notevole perdita di energia. L’aver suddiviso il bilancio totale nelle singole quote ci aiuta,anche a livello visivo, ad avere una prima indicazione su quali potrebbero essere i punti critici sui quali intervenire.
79,80 3,72 19,19 57,10 47,43 56,11 73,45 42,33 19,77 15,57 apporti / perdite "CBS" [MWh]
carichi interni persone carichi interni non gratuiti apporti solari pareti opache apporti solari finestre
fabbisogno netto di riscaldamento perdite trasmissione pareti opache perdite per ventilazione
perdite trasmissione finestre perdite ponti termici perdite infiltrazioni
45
3.7
Simulazione dell’impianto
La quasi totalità del fabbisogno del polo B47 è soddisfatto dalla caldaia, le specifiche di questa sono state elencate nel capitolo II, fanno eccezione alcune aule ed il bar, che sono serviti da singoli impianti ad espansione diretta alimentati elettricamente. Per quanto riguarda l’immissione, vi è una forte eterogeneità dovuta al fatto che l’impianto originale è stato modificato con interventi che non hanno mai riguardato la totalità della struttura ma solo le singole sottozone. L’impianto previsto nel progetto originale prevedeva l’utilizzo di radiatori ad acqua, che sono ancora utilizzati nella zona “CSB” e delle quattro UTA per le “aule big” e per le aule didattiche del terzo piano. Siccome il software SEAS non prevede la simulazione in contemporanea di zone che abbiano terminali di emissione differenti, si sono dovuti utilizzare i millesimi, per estrapolare il comportamento delle sottozone aventi impianto omogeneo, all’interno della singole zone termiche.
In realtà la logica dei millesimi che è utilizzata dal SEAS è stata pensata per le zone con impianto omogeneo, infatti se si hanno più zone termiche servite dallo stesso impianto, lo si può simulare solo per una zona e il software tramite i millesimi attribuisce il consumo totale alla caldaia. Ad esempio se si hanno due zone termiche con millesimi di 300 e 700 e si decide di simulare l’impianto solo sulla prima, il software moltiplicherà il fabbisogno finale di energia Q per 1000/300, riuscendo a ricavare il consumo totale delle due zone. Nulla vieta di usare la stessa logica in maniera inversa, se in una zona sono presenti fancoil e radiatori, si potrà dividere la zona in due sottozone ed attribuire un peso maggiore di mille alle due. Facendo riferimento all’esempio precedente, si possono attribuire alle due zone 3000 e 7000 millesimi così che, il fabbisogno totale Q venga moltiplicato per 1000/3000 e 1000/7000. Si andranno poi a sommare tutti i fabbisogni per le singole sottozone arrivando a definire il fabbisogno totale di energia richiesto alla caldaia. Per l’attribuzione dei millesimi si sono seguite due strade: la prima è stata quella di attribuirli in funzione della volumetria delle varie sottozone e la seconda quella di utilizzare un calcolo fatto secondo la UNI EN ISO 12831 denominato: “metodo di calcolo sulla potenza termica di progetto”.
46
3.8
Attribuzione dei millesimi.
Delle varie zone l’aula studio e la CBS sono le uniche che presentano omogeneità nei terminali di emissione, presentando solo la tipologia dei radiatori, per queste zone i millesimi saranno presi pari a mille.
- Zona aule small
Tabella 3.6 millesimi Zona aule small tipologia
terminale Volume [m3] Potenza[kW] radiatore mill ris 5118 7748
fancoil mill risc 6484 11118
impianto ad
aria mill risc 1537,5 1280
- Zona uffici
Tabella 3.7 millesimi zona Uffici tipologia
terminale Volume [m3] Potenza[kW] radiatore mill ris 4227 2695
fancoil mill risc 1310 1589
- Zone aule informatiche
Tabella 3.8 millesimi zona aule informatiche tipologia
terminale Volume [m3] Potenza[kW] radiatore mill ris 7350 4536
fancoil mill risc 1537,8 1599
47
3.9
Le zone termiche
3.9.1 La zona CBS
Nella zona CSB sono presenti solo radiatori installati sia su parete interna che esterna. La potenza totale risulta essere pari a 40,6 kW.
Figura 3-12 rendimento emissione zona CBS Figura 3-13 energia in ingresso al sottosistema di emissione zona CBS
La regolazione è solo climatica.
Figura 3-14rendimento regolazione zona CBS Figura 3-15 energia in ingresso al sottosistema di regolazione zona CBS
Il consumo totale in termini di energia, durante il periodo di climatizzazione invernale, da attribuire alla zona è riportato nella tabella[3.9]
90 92 94 96 98 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 η [%] 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh] 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 η r[%] Mese rendimento di regolazione 0 4000 8000 12000 16000 20000 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh] Mese Energia in entrata al sottosistema di regolazione
48
Tabella 3.9 fabbisogno totale di energia zona CBS
3.9.2 Zona aula studio
Nell’aula studio sono presenti solo i radiatori. La potenza dei radiatori installata è pari a 9,8 kW, il rendimento di emissione è uguale a quello della zona CBS essendo la tipologia di terminale la medesima per le due zone. In questa zona la regolazione è climatica, sempre comandata dalla centralina presente in caldaia. La peculiarità di questa zona è che essendo un' aula studio la presenza di PC portatili non è trascurabile, questo comporta un aumento dei carichi termici non gratuiti e una riduzione dei fabbisogni.
Figura 3-16 Energia in ingresso al sottosistema di emissione zona Aula studio
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh] Energia [MWh] JAN 19.2 FEB 14.6 MAR 10.5 APR 0.951 NOV 9 DEC 16 tot 70.3
49
Figura 3-17 rendimento regolazione zona AS Figura 3-18 energia in ingresso al sottosistema di generazione zona AS
Il totale del consumo della zona aula studio da attribuire alla caldaia in termini di kWh è di 9750.
Per le due zone CBS e l’aula studio essendo l’impianto omogeneo i millesimi sono pari a 1000, quindi non importa il metodo con cui vengono determinati. Per le zone successive e precisamente per le aule informatiche, le aule small e gli uffici evidenzieremo la differenza tra il calcolo del fabbisogno con l’utilizzo dei millesimi in funzione del volume e quello in funzione della potenza di progetto.
3.9.3 Zona Aule informatiche
Nella zona sono presenti i fancoil a soffitto della serie Airwell e quelli a terra della Junker, inoltre, nella Si3 vi sono due split modello Daikin e nella Si6 una macchina caldo freddo “pinguino”. Nell’aula informatica SI5 sono installati i radiatori: da un’intervista all’utenza è risultato che questi non sono in uso e sono stati staccati nel momento in cui è stato sostituito il sistema di generazione circa sei anni fa. Pertanto quest’aula non rientra nella nostra diagnosi energetica visto che non contribuisce ai consumi di gas fatturati nelle bollette, che tengono conto delle fatturazioni degli ultimi 4 anni.
- Fancoil
La potenza dei fancoil installata è di 47,6 kW (8x 3,2kW) in SI1 (11x2 kW) in Si7 B26. In questa sottozona la regolazione presente è climatica più ambiente, in quanto le macchine sono termostatate e si spengono al raggiungimento della temperatura di set point. La portata dei singoli fancoil è di 200 [m3/h] per la B26 e l’Si7 e di 400-600 [m3/h]
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ηreg 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh]
50 per la Si1. Il rendimento di emissione è pari al 96% tranne che a gennaio, dove risulta essere del 95%.
- Simulazione con Millesimi in volume
Figura 3-19 energia in ingresso al sottosistema di emissione
- Sistema di regolazione ambiente più climatica
Figura 3-20 Energia in ingresso al sottosistema Figura 3-21 Energia in ingresso al sottosistema di di regolazione zona AS generazione zona AS
I consumi totali che sono quelli relativi ai fancoil sono visibili nella tabella[3.10]. Si nota subito che anche se questa zona risulta essere in termini di volume una delle più estese, il fabbisogno risulta limitato in quanto i carichi termici dovuti ai PC sono molto alti. Questa peculiarità a fatto si che ad esempio, l’aula SI5 del primo piano, che originariamente era servita dai radiatori, attualmente non sia climatizzata durante la stagione invernale. Nelle aule informatiche oltre al sistema d'illuminazione di emergenza è al proiettore è presente un carico elettrico dato dai PC che sono circa 200.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 E [kWh] 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh] 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh]
51
Tabella 3.10 fabbisogno totale di energia zona aule informatiche millesimi in volume Energia [MWh] JAN 3.43 FEB 2.08 MAR 0 APR 0 NOV 0 DEC 2.87 tot 8.4 - Millesimi in potenza
Si riportano sinteticamente i risultati che si sono ottenuti simulando l’impianto con i millesimi in potenza, naturalmente durante questa simulazione i rendimenti di emissione regolazione e generazione restano invariati, cambia solo il dato finale dei consumi della zona.
Figura 3-22 energia in ingresso al sottosistema di generazione zona aula studio con millesimi in potenza
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh]
52
Tabella 3.11fabbisogno totale di energia zona aule informatiche, millesimi in potenza Energia [MWh] JAN 2.6 FEB 1.57 MAR 0 APR 0 NOV 0 DEC 2.18 tot 6.36
Come si vede la differenza tra un calcolo con i millesimi in potenza e quello con i millesimi in volume è sostanziale FIG[3.23].
Figura 3-23 confronto tra il fabbisogno calcolato usando i millesimi in volume e quello con i millesimi in potenza
3.9.4 Zona Aule didattiche small
Nella zona sono presenti i radiatori, installati su parete esterna, i fancoil presenti nell’aula didattica B25 e l'UTA che serve le aule del terzo piano B32, B33, B34. I calcoli sottostanti sono relativi al bilancio con l'uso dei millesimi in volume.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh] millesimi in volume millesimi in potenza
53 - I radiatori
La potenza dei radiatori installata è pari a 8,59 kW.
Figura 3-24 rendimento di emissione zona ADS Figura 3-25 Energia in ingresso al sottosistema di emissione zona ADS
- Regolazione
La regolazione è solo climatica
Figura 3-26rendimento regolazione zona ADS Figura 3-27 Energia in ingresso al sottosistema di regolazione zona ADS
Tabella 3.12 fabbisogno di energia zona ADS radiatori
96,0 96,5 97,0 97,5 98,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ηe[%] 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh] 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ηr[%] Mese rendimento di regolazione 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 JA N FE B M… A P R M… JU N JU L A… SE P O C T N… D EC E [kWh]
energia in ingresso al sottosistema di regolazione Energia [MWh] JAN 1.29 FEB 0.98 MAR 0.32 APR 0 NOV 0.30
54 - Fancoil
La potenza dei fancoil installata è di 12 kW (6 x 2kW), questi sono presenti in aula B25. In questo caso la regolazione presente è climatica più ambiente, in quanto le macchine sono termostatate e si spengono al raggiungimento della T di set point. La portata dei singoli fancoil è di 200 [m3/ h].
Figura 3-28rendimento emissione FC zona ADS Figura 3-29 Energia in ingresso al sottosistema di Emissione FC zona ADS
Sistema di regolazione ambiente più climatica ed è pari a 0,97, costante per tutti i mesi di climatizzazione invernale.
Figura 3-30 Energia in ingresso al sottosistema Figura 3-31 Energia in ingresso al sottosistema di di regolazione FC zona ADS generazione FC zona ADS
94,00 94,50 95,00 95,50 96,00 96,50 97,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ηe[%] Mese rendimento di emissione FC 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh]
energia in ingresso al sottosistema di emissione 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh]
energia in ingresso al sottosistema di regolazione 0 200 400 600 800 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh]
energia in ingresso al sottosistema di generazione
DEC 1.14 tot 4.05
55
Tabella 3.13fabbisogno di energia zona ADS fancoil
Confronteremo anche per questa zona le differenze derivanti dal calcolo con millesimi in potenza, da quelli con millesimi in volume.
Millesimi in potenza - Radiatori
Figura 3-32 energia in ingresso al sottosistema di generazione zona ADS radiatori con millesimi potenza
- Fancoil
Figura 3-33 energia in ingresso al sottosistema di generazione zona ADS fancoil con millesimi potenza
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh] 0 100 200 300 400 500 600 700 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh] Energia [MWh] JAN 0.72 FEB 0.51 MAR 0.125 APR 0 NOV 0.12 DEC 0.618 tot 2.1
56 Confronto dell’energia richiesta alla caldaia dai sistemi di immissione, utilizzando i millesimi in volume e i millesimi in potenza.
Figura 3-34 confronto tra il fabbisogno di energia calcolato usando i millesimi in volume e quello con i millesimi in potenza, radiatori zona ADS
Figura 3-35 confronto tra il fabbisogno di energia calcolato usando i millesimi in volume e quello con i millesimi in potenza, fancoil zona AD
In particolare dalle due figure[3.7.11],[3.7.12] si può notare come la sensibilità sull’uso dei millesimi sia più marcata per i radiatori. Lo stesso comportamento può essere riscontrato per i confronti nella zona uffici.
3.9.5 La zona uffici
Gli uffici sono serviti da due tipologie d'impianto,radiatori al PT e fancoil al PI. La potenza installata dei radiatori è pari a 2,9 KW.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh] radiatori millesimi in volume millesimi in potenza 0 100 200 300 400 500 600 700 800 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh] fancoil millesimi in volume millesimi in potenza
57
Figura 3-36 energia in ingresso al sottosistema di emissione radiatori zona Uffici
Le sottozone che presentano come terminali di immissione i radiatori, sono quelle del piano terra: la portineria e l’ex segreteria. In queste il sistema di regolazione è uguale a quello delle altre due zone servite dai radiatori, solo climatica.
Figura 3-37rendimento di regolazione zona uffici Figura 3-38 Energia in ingresso al sottosistema di regolazione zona uffici
La quota di energia di generazione, dovuta ai radiatori è riportata in tabella[3.14].
Tabella 3.14 fabbisogno di energia radiatori zona Uffici
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh]
energia in ingresso al sottosistema di emissione 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ηr[%] rendimento di regolazione 0 500 1000 1500 2000 2500 JA N FE B M A R A P R M A Y JU N JU L A U G SE P O C T N O V D EC E [kWh]
energia in ingresso al sottosistema di regolazione Energia [MWh] JAN 0.58 FEB 0.4 MAR 0.2 APR 0
