INDICE
1. INTRODUZIONE... 12
2. PARCO OSPEDALIERO NAZIONALE ... 15
2.1 Generalità sugli edifici ospedalieri: ... 15
2.2 Normative: ... 15
2.3 Zone funzionali: ... 21
2.4 Generalità sui consumi: ... 23
2.5 L’Ospedale San Giuseppe di Empoli: ... 26
3. NUOVO OSPEDALE SAN GIOVANNI DI DIO ... 30
3.1 Aspetti storici:………..30
3.2 Descrizione:………..31
3.3 Linee guida per l’acquisizione dati ... 32
3.4 Rilevamento e acquisizione dati: ... 38
3.4.1 Dati ambientali ... 38
3.4.2 Dati tipologici – strutturali ... 42
3.4.3 Dati impianto ... 55
3.4.4 Modelli occupazionali: ... 64
3.4.5 Consumi elettrici e termici: ... 66
4. I PROGRAMMI UTILIZZATI PER LA SIMULAZIONE: ... 68
MC4 SUITE e TRNSYS 16 ... 68
4.1 MC4 Suite: ... 68
4.1.1 Generalità ... 68
4.1.2 Sequenza operativa ... 69
4.1.3 Modello matematico ... 80
4.2 TRNSYS 16: ... 84
4.2.1 Generalità: ... 84
4.2.2 TRNSYS Studio: ... 85
4.2.3 Il motore di simulazione TRNSYS: ... 89
4.2.4 TRNEdit: ... 90
4.2.5 Building visual interface (TRNBuild): ... 90
4.2.6 Modello matematico del TYPE 56: ... 107
4.3 Simulazione di prova: ... 133
4.3.1 Premessa ... 133
4.3.2 Dati generali adottati nella simulazione ... 133
4.3.3 Risultati: ... 137
5. SIMULAZIONE MC4 SUITE ... 138
5.1 Sequenza operativa: ... 138
5.2 Simulazione dispersioni: ... 158
6. SIMULAZIONE TRNSYS 16: ... 160
6.1 Considerazioni e approssimazioni effettuate rispetto a MC4 Suite: ... 160
6.2 Descrizione dei “Type” impiegati nelle simulazioni: ... 160
6.3 Simulazione delle dispersioni invernali: ... 164
6.3.1 Sequenza operativa ... 164
6.3.2 Risultati ... 168
6.4 Simulazione della domanda di energia termica ideale: ... 171
6.4.1 Sequenza operativa ... 171
6.4.2 Risultati ... 180
6.5 Simulazione della domanda di energia termica con termostatazione reale: ... 183
6.5.1 Sequenza operativa ... 183
6.5.2 Risultati ... 187
6.6 Simulazione della domanda di energia termica ideale con modifiche parametriche ... 190
6.6.1 Modifica degli infissi ... 190
6.6.2 Modifica della stratigrafia della copertura ... 190
6.6.3 Modifica della stratigrafia delle pareti esterne ... 190
6.6.4 Modifica della densità delle pareti esterne ... 190
6.6.5 Modifica della collocazione geografica del NOSGD... 191
6.6.6 Risultati ... 191
7. ANALISI DEI RISULTATI DELLE SIMULAZIONI: ... 204
7.1 Confronto dei due software sulla base delle dispersioni invernali e verifica con le potenze installate ... 204
7.2 Valutazione fabbisogno di energia con TRNSYS 16 ... 208
7.2.1 Simulazione ideale ... 208
7.2.2 Simulazione con termostatazione reale ... 214
7.3 Valutazione dell’energia primaria e confronto con i consumi reali ... 223
7.3.1 Simulazione ideale ... 223
7.3.2 Simulazione con termostatazione reale ... 231
7.4 Valutazione dell’analisi parametrica con TRNSYS 16 ... 233
8. ANALISI ECONOMICA DELLE EVENTUALI SOLUZIONI MIGLIORATIVE DA ADOTTARE:... 242
9. CONSIDERAZIONI FINALI ... 258
APPENDICE A
Consumi mensili di energia elettrica da bollette
APPENDICE B
Routine Matlab per il calcolo dell’IRR
BIBLOGRAFIA
Ringraziamenti
INDICE DELLE FIGURE
Figura 1: Consumi ospedalieri regionali ... 25
Figura 2: Strutture dell'ospedale San Giuseppe di Empoli ... 26
Figura 3: Vista frontale del NOSGD, 1982 ... 30
Figura 4: Localizzazione Nuovo Ospedale S. Giovanni di Dio ... 31
Figura 5: Media mensile della TEMPERATURA MASSIMA giornaliera Firenze (Peretola) ... 38
Figura 6: Media mensile della TEMPERATURA MINIMA giornaliera ... 39
Figura 7: UMIDITA' RELATIVA media mensile ... 39
Figura 8: Media mensile dei mm di acqua precipitata giornalmente ... 40
Figura 9: Temperatura esterna ... 41
Figura 10: Vista NOSGD da satellite ... 42
Figura 11: Pianta Seminterrato ... 43
Figura 12: Pianta Piano terra... 44
Figura 13: Pianta Piano primo ... 45
Figura 14: Pianta Piano secondo ... 46
Figura 15: Pianta Piano terzo ... 47
Figura 16: Pianta Piano quarto ... 48
Figura 17: Pianta Piano quinto ... 49
Figura 18: Pianta Piano sesto ... 50
Figura 19: Pianta locale su tetto ... 51
Figura 20: Lato nord-ovest ... 52
Figura 21:Ingresso (nord-est) ... 52
Figura 22: Lato ovest ... 52
Figura 23: Lato sud-est ... 53
Figura 24: Schema impianto... 57
Figura 25: Generatore ... 59
Figura 26: Temperature e Pressione di funzionamento ... 59
Figura 27: Targa del generatore ... 59
Figura 28: Gruppo frigo ... 60
Figura 29: Serbatoio d'accumulo ... 61
Figura 30: Temperatura serbatoio d'accumulo ... 61
Figura 31: Centrale trattamento aria ... 63
Figura 32: Fan coil ... 63
Figura 33: Induttore ... 63
Figura 34: Sequenza operativa utilizzata per il calcolo dei carichi termici invernali da MC4 Suite... 69
Figura 35: Schermata grafica dati climatici di MC4 Suite ... 71
Figura 36: Sequenza operativa della creazione di una parete e verifica della condensa con MC4 Suite ... 73
Figura 37: Schermata grafica MC4 Suite per la creazione delle pareti opache ... 74
Figura 38: Schermata grafica MC4 Suite per la creazione delle pareti trasparenti ... 75
Figura 39: Sequenza operativa della creazione delle esposizoni con MC4 Suite ... 76
Figura 40: Interfaccia grafica della creazione degli ambienti interni con MC4 Suite ... 78
Figura 41: Sequenza operativa dell'implementazione grafica del progetto ... 79
Figura 42: Interfaccia grafica di TRNSYS Studio ... 85
Figura 43: Interfaccia grafica dei collegamenti fra i Type in TRNSYS Studio ... 86
Figura 44: Interfaccia delle caratteristiche dei Type in TRNSYS Studio ... 86
Figura 45: Plotter dei risultati in TRNSYS Studio ... 89
Figura 46: Interfaccia di TRNSYS Edit ... 90
Figura 47: Finestra di inizializzazione del progetto in TRNSYS Build ... 91
Figura 48: Finestra degli input in TRNSYS Build ... 92
Figura 49: Finestra degli output in TRNSYS Build ... 93
Figura 50: Finestra delle tipologie di output in TRNSYS Build ... 93
Figura 51: Finestra dati delle zone in TRNSYS Build ... 94
Figura 52: Finestra creazione di pareti opache in TRNSYS Build ... 96
Figura 53: Finestra creazione dei layer in TRNSYS Build ... 97
Figura 54: Finestra visualizzazione delle caratteristiche della zona, fra cui componenti trasparenti in TRNBuild ... 97
Figura 55: Finestra descrizione dei componenti trasparenti in TRNSYS Build ... 99
Figura 56: Proprietà ottiche dei vetri ... 100
Figura 57: Finestra delle infiltrazioni in TRNSYS Build ... 101
Figura 58: Finestra creazione di una nuova infiltrazione in TRNSYS Build ... 101
Figura 59: Finestra delle ventilazioni in TRNSYS Build ... 101
Figura 60: Finestra della creazione di una nuova ventilazione in TRNSYS Build ... 102
Figura 61: Finestra dei carichi di riscaldamento in TRNSYS Build ... 102
Figura 62: Finestra della creazione di un nuovo carico di riscaldamento in TRNSYS Build ... 103
Figura 63: Finestra della creazione di un nuovo carico di raffresamento in TRNSYS Build ... 103
Figura 64: Finestra di inserimento dei carichi interni in TRNSYS Build ... 104
Figura 65: Finestra di inserimento delle caratteristiche della luce artificiale in TRNSYS Build ... 104
Figura 66: Finestra di calcolo del confort termico interno in TRNSYS Build ... 105
Figura 67: Bilancio termico della zona in TRNSYS 16 ... 107
Figura 68: Descrizione del fenomeno di coupling in TRNSYS 16 ... 108
Figura 69: Flusso di calore radiante dei componenti opachi e trasparenti in TRNSYS 16 ... 108
Figura 70: Comportamento termico dei componenti opachi e trasparenti in TRNSYS 16 ... 110
Figura 71: Modellizzazione dei componenti trasparenti in TRNSYS 16 ... 111
Figura 72: Spiegazione del metodo della funzione di trasferimento di Mitalas ... 111
Figura 73: Modellizzazione della "Longwave radiaction" in TRNSYS 16 ... 113
Figura 74: Comportamento termico con termostaztazione ideale ... 121
Figura 75: Comportamento ottico - termico dei componenti trasparenti ... 125
Figura 76: Modellizzazione dei componenti trasparenti ... 126
Figura 77: Interfaccia grafica dell'edificio nella simulazione di prova in MC4 Suite ... 134
Figura 78: Interfaccia della zona nella simulazione di prova in TRNSYS ... 135
Figura 79: Interfaccia grafica di TRNSYS Studio nella simulazione di prova ... 136
Figura 80: Struttura muro esterno in MC4 Suite ... 140
Figura 81: Struttura solaio interno in MC4 Suite ... 141
Figura 82: Struttura solaio controterra in MC4 Suite ... 142
Figura 83: Struttura tetto in MC4 Suite ... 143
Figura 84: Struttura parete interna in MC4 Suite ... 144
Figura 85: Struttura vetro singolo in MC4 Suite ... 145
Figura 86: Struttura porta in MC4 Suite ... 146
Figura 87: Pianta seminterrato in MC4 Suite ... 147
Figura 88: Pianta piano terra in MC4 Suite ... 148
Figura 89: Pianta piano primo in MC4 Suite... 149
Figura 90: Pianta piano secondo ... 150
Figura 91: Pianta piano terzo in MC4 Suite ... 151
Figura 92: Pianta piano quarto in MC4 Suite ... 152
Figura 93: Pianta piano quinto in MC4 Suite ... 153
Figura 94: Pianta piano sesto in MC4 Suite ... 154
Figura 95: Pianta copertura in MC4 Suite ... 155
Figura 96: Ricostruzione grafica tridimensionale dell’edificio (vista da nord) ... 156
Figura 97: Ricostruzione grafica tridimensionale dell’edificio (vista da ovest) ... 156
Figura 98: Banda di regolazione del termostato ON/OFF ... 162
Figura 99: Finestra del TYPE Equation TRNSYS Studio ... 163
Figura 100: Creazione layer in TRNBuild ... 164
Figura 101: Schermata principale di TRNBuild ... 165
Figura 102: Heating, Cooling, Ventilation TYPE manager ... 166
Figura 103: Layout della simulazione delle dispersioni in TRNSYS Studio ... 167
Figura 104: Inserimento carichi interni in TRNBuild ... 171
Figura 105: Layout simulazione ideale in TRNSYS Studio ... 177
Figura 106: Screenshot collegamenti tra i TYPE in TRNSYS Studio ... 178
Figura 107: Ventilation TYPE manager per simulazione con termostatazione reale in TRNSYS 16 ... 183
Figura 108: Layout simulazione con termostatazione reale in TRNSYS Studio ... 186
Figura 109: Layout regolazione reale di zona e climatica in TRNSYS Studio ... 186
Figura 110: Curva di regolazione climatica utilizzata ... 187
Figura 111: Grafico della ripartizione delle dispersioni invernali al metro quadro calpestabile per reparto ... 206
Figura 112: Grafico contributi simulazione ideale periodo di riscaldamento ... 209
Figura 113: Grafico fabbisogno di energia periodo di riscaldamento per le varie zone ... 210
Figura 114: Grafico contributi simulazione ideale periodo di raffrescamento ... 212
Figura 115: Grafico fabbisogno di energia periodo di raffrescamento per le varie zone ... 213
Figura 116: Grafico contributi simulazione con termostatazione reale periodo di riscaldamento ... 215
Figura 117: Grafico contributi simulazione con termostatazione reale periodo di raffrescamento... 218
Figura 118: Andamento della temperatura zona cardiologia periodo di riscaldamento simulazione ideale ... 220
Figura 119: Andamento della temperatura zona cardiologia periodo di raffrescamento simulazione ideale ... 220
Figura 120: Andamento della temperatura zona cardiologia periodo di riscaldamento simulazione con termostatazione reale ... 221
Figura 121: Andamento della temperatura zona cardiologia periodo di raffrescamento simulazione con termostatazione reale ... 221
Figura 122: Andamento dell’umidità relativa zona cardiologia periodo di riscaldamento simulazione con termostatazione reale ... 222
Figura 123: Andamento dell’umidità relativa zona cardiologia periodo di raffrescamento simulazione con termostatazione reale ... 222
Figura 124: Grafico differenze dei file meteo sui GG invernali ... 240
Figura 125: Grafico differenze dei file meteo sui GG estivi ... 241
Figura 126: Andamento qualitativo IRR ... 244
Figura 127: Andamento NPV al variare dell tasso di attualizzazione per calcolo grafico dell' IRR ... 244
Figura 128: Grafico dei consumi di energia negli ospedali... 260
INDICE DELLE TABELLE
Tabella 1: Ricambi d’aria prescritti agli ambienti ospedalieri dalla Circolare 13011 ... 17
Tabella 2: Ventilazione minima prescritta dalla UNI 10339 ... 17
Tabella 3: Classi di filtri ed efficienza di filtrazione prescritte dalla UNI 10339 ... 17
Tabella 4: Velocità massime dell’aria prescritte dalla UNI 10339 ... 18
Tabella 5: Condizioni di pressione prescritte ai locali ospedalieri dalla normativa ASHRAE 62-1989 ... 20
Tabella 6: Fabbisogno d’acqua calda sanitaria secondo la norma UNI/TS 11300-2 ... 20
Tabella 7: Consumi totali annui (in kTEP) e numero di posti letto delle strutture sanitarie provviste di Energy Manager, divisi per regione (l’Umbria è esclusa, poiché non sono pervenute nomine) ... 24
Tabella 8: Superfice dell'ospedale ... 27
Tabella 9: Posti letto dell'ospedale ... 27
Tabella 10: Suddivisione funzionale ... 32
Tabella 11: Venti ... 40
Tabella 12: Statigrafie ... 54
Tabella 13: Superfici - Volumi NOSGD... 54
Tabella 14: Distribuzione dell'acqua calda dalle sottocentrali i reparti ... 55
Tabella 15: Consumi di metano... 66
Tabella 16: Consumi di energia elettrica ... 67
Tabella 17: Variazioni in base al funzionamento non continuo o alternato ... 81
Tabella 18: Fattore correttivo in funzione dell'esposizione ... 83
Tabella 19:Calcolo del margine di correzione del valore del vetro in TRNSYS Build ... 99
Tabella 20: Fattore del vestiario ... 105
Tabella 21: Rateo metabolico ... 106
Tabella 22: Esempio con una parete del metodo di Mitalas ... 112
Tabella 23: Calcolo dei coefficienti della funzione di trasferimento di Mitalas dell'esempio ... 112
Tabella 24: Stratigrafie delle pareti opache nella sumulazione di prova ... 134
Tabella 25: Risultati simulazione di prova ... 137
Tabella 26: Stratigrafie in MC4 Suite ... 139
Tabella 27: Calcolo della trasmittanza muro esterno in MC4 Suite ... 140
Tabella 28: Calcolo della trasmittanza solaio interno in MC4 Suite ... 141
Tabella 29: Calcolo della trasmittanza solaio controterra in MC4 Suite ... 142
Tabella 30: Calcolo della trasmittanza tetto in MC4 Suite ... 143
Tabella 31: Calcolo della trasmittanza parete interna in MC4 Suite ... 144
Tabella 32: Calcolo della trasmittanza vetro singolo in MC4 Suite ... 145
Tabella 33:Calcolo della trasmittanza porta in MC4 Suite ... 146
Tabella 34: Dati Ospedale in MC4 Suite ... 157
Tabella 35: Potenza invernale necessaria al riscaldamento dei singoli ambienti ... 159
Tabella 36: Superfici e volumi delle zone in TRNSYS 16 ... 165
Tabella 37: Dati di zona e di impianto in TRNSYS 16 ... 166
Tabella 38: Risultati simulazione dispersioni invernali in TRNSYS 16... 169
Tabella 39: Risultati specifici per zona simulazione dispersioni invernali in TRNSYS 16 ... 170
Tabella 40: Carichi interni delle zone inseriti in TRNSYS 16 ... 172
Tabella 41: Affollamento reparti in TRNSYS 16 ... 173
Tabella 42: Valori fissi e variabili nelle schede di TRNSYS 16 ... 175
Tabella 43: Schede orarie affollamento reparti ... 175
Tabella 44: Risultati simulazione ideale periodo di riscaldamento in TRNSYS 16 ... 181
Tabella 45: Risultati simulazione ideale periodo di raffrescamento in TRNSYS 16 ... 182
Tabella 46: Valutazione della potenza massima di riscaldamento/raffrescamento di zona in TRNSYS 16 ... 185
Tabella 47: Risultati simulazione con termostatazione reale periodo di riscaldamento in TRNSYS 16 ... 188
Tabella 48:Risultati simulazione con termostatazione reale periodo di raffrescamento in TRNSYS 16 ... 189
Tabella 49: Risultati simulazione periodo invernale con modifica degli infissi in TRNSYS 16 ... 192
Tabella 50: Risultati simulazione periodo estivo con modifica degli infissi in TRNSYS 16 ... 193
Tabella 51: Risultati simulazione periodo invernale con modifica della copertura in TRNSYS 16 ... 194
Tabella 52: Risultati simulazione periodo estivo con modifica della copertura in TRNSYS 16 ... 195
Tabella 53: Risultati simulazione periodo invernale con modifica della pareti esterne in TRNSYS 16 ... 196
Tabella 54: Risultati simulazione periodo estivo con modifica della pareti esterne in TRNSYS 16 ... 197
Tabella 55: Risultati simulazione periodo invernale con modifica della densità delle pareti esterne in TRNSYS 16 198 Tabella 56:Risultati simulazione periodo estivo con modifica della densità in TRNSYS 16 ... 199
Tabella 57: Risultati simulazione periodo invernale con modifica del file meteo (Bolzano) in TRNSYS 16 ... 200
Tabella 58: Risultati simulazione periodo estivo con modifica del file meteo (Bolzano) in TRNSYS 16 ... 201
Tabella 59: Risultati simulazione periodo invernale con modifica del file meteo (Palermo) in TRNSYS 16 ... 202
Tabella 60: Risultati simulazione periodo estivo con modifica del file meteo (Palermo) in TRNSYS 16 ... 203
Tabella 61: Confronto risultati dispersioni invernali dei due software ... 205
Tabella 62: Tipologia di superficie scambiante per ogni ambiente ... 207
Tabella 63: Ventilazione sensibile e latente ottenuta con i due software per le dispersioni invernali... 207
Tabella 64: Risultati fabbisogno di energia termica periodo di riscaldamento simulazione ideale in TEP ... 208
Tabella 65: Fabbisogno termico di energia per riscaldamento specifico per la simulazione ideale ... 211
Tabella 66: Risultati fabbisogno di energia termica periodo di raffrescamento simulazione ideale in TEP ... 212
Tabella 67: Fabbisogno termico di energia per raffrescamento specifico per la simulazione ideale ... 214
Tabella 68: Risultati fabbisogno di energia termica periodo di riscaldamento simulazione con termostatazione reale in TEP ... 215
Tabella 69: Fabbisogno termico di energia per riscaldamento specifico per la simulazione con termostatazione reale ... 216
Tabella 70: Risultati fabbisogno di energia termica periodo di raffrescamento simulazione con termostatazione reale in TEP... 217
Tabella 71: Fabbisogno termico di energia per raffrescamento specifico per la simulazione con termostatazione reale ... 219
Tabella 72: GG invernali ... 227
Tabella 73: GG estivi... 228
Tabella 74: Risultati pesatura sui GG periodo di riscaldamento simulazione ideale ... 229
Tabella 75: Risultati pesatura sui GG periodo di raffrescamento simulazione ideale ... 229
Tabella 76: Risultati tipologie d'intervento ... 233
Tabella 77: Sintesi risultati analisi parametrica periodo invernale simulazione ideale ... 235
Tabella 78: Risultati pesatura sui GG periodo di raffrescamento simulazione ideale ... 236
Tabella 79: Differenze dei file meteo sui GG invernali ... 240
Tabella 80: Differenze dei file meteo sui GG estivi ... 240
Tabella 81: Andamento costi e ricavi dell'investimento modifica degli infissi ... 247
Tabella 82: Calcolo dei flussi di cassa dell'investimento modifica degli infissi ... 249
Tabella 83: Andamento costi e ricavi dell'investimento modifica della copertura ... 251
Tabella 84: Calcolo dei flussi di cassa dell'investimento modifica della copertura ... 252
Tabella 85: Andamento costi e ricavi dell'investimento modifica delle pareti esterne ... 256
Tabella 86: Calcolo dei flussi di cassa dell'investimento modifica della copertura ... 257
Tabella 87: Sintesi dei risultati delle simulazioni ideali e con termostatazione reale in TEP ... 258
NOMENCLATURA
Abbreviazioni-Acronimi
