L'ANALISI TERMICA - UN MAGGIORE APPROFONDIMENTO

Avendo trovato delle difficoltà nella comprensione dei dati pervenuti dalle analisi eseguite in Revit, ho voluto dare alla mia ricerca una base teorica, un riferimento che mi consentisse di compiere verifiche e confronti fra i dati ottenuti canonicamente, e secondo normativa, a mano e quelli calcolati dai software.

ANALISI TERMICA E VALUTAZIONE ENERGETICA

Verifiche invernali sull’involucro edilizio

Al fine di contenere i consumi energetici bisogna innanzitutto considerare il coefficiente volumico di dispersione Cd (Legge 373/76), espresso quale rapporto tra il flusso termico trasmesso attraverso l’involucro ed il prodotto del volume per la differenza di temperatura tra interno ed esterno [W/m³K]. Per ogni edificio/alloggio servito da un proprio impianto termico occorre verificare:

Cd <Cd_max

dove Cdmax [W/mcK] è un valore limite fissato in funzione dei gradi giorno della località, del fattore di forma (S/V) e delle correzioni dovute alla popolazione.

Cdmax = fA Cd*max

• Cd*max - espresso in funzione dei gradi giorno (che definiscono la zona climatica) e del fattore di forma S/V, con il volume lordo calcolato con riferimento alle dimensioni esterne delle pareti.
• fA - fattore che rappresenta un coefficiente correttivo funzione del numero di abitanti, è posto pari a 1.

Le zone climatiche sono quelle definite dal decreto DPR 412/93. Per valori intermedi fra 0,2 e 0,9 del rapporto S/V si procede mediante interpolazione lineare. Per valori invece inferiori a 0,2 o superiori a 0,9, si assumono i valori corrispondenti di S/V uguale a 0,2 e uguale a 0,9.

-       I CASO: 0,2 < S/V< 0,9 : Cd*max =Cd1 + (S/V - 0,2)/0,7 x (Cd2 – Cd1 )

-       II CASO: S/V< 0,2 : Cd*max = Cd1= C’d – (C’d – C”d) (GG – GG’)/(GG”-GG’)

-       II CASO: S/V> 0,9: Cd*max = Cd2= C’d – (C’d – C”d) (GG – GG’)/(GG”-GG’)

Il coefficiente di dispersione Cd si calcola:  

Cd = Qd/V(t_i-t_e)

-       Qd – potenza termica dispersa per trasmissione [W]

Qd = SOMMATORIA Ui Ai (ti-te)

-       V – Volume lordo riscaldato [m³];

-       S –superficie che delimita all’esterno il volume riscaldato [m²];

-       Ti – temperatura dell’aria interna [°C], fissato dal DPR 412/93 e vale 20°C tranne che per gli edifici industriali;

-       Te – temperatura dell’aria esterna di progetto [°C].

In estate gli apporti di calore all’edificio (radiazione solare, carichi endogeni) rappresentano la principale sollecitazione termica alla quale l’impianto deve far fronte, in inverno invece possono essere trascurati. Anche la temperatura dell’aria esterna nelle giornate più fredde è sempre molto più bassa di quella interna e quindi può essere assunta costante, mentre in condizioni estive essa assume valori che oscillano intorno a quella interna, ed andrà considerata nella sua variabilità.

Nel calcolo delle dispersioni termiche attraverso l’involucro dovrebbero essere valutate anche le eventuali dispersioni attraverso le discontinuità di forma geometrica e di materiale riscontrabili nell’involucro stesso, ovvero i ponti termici.

Tuttavia questi eventuali carichi non vengono considerati nel calcolo approssimativo dei carichi termici invernali:

Qinvernale= Qd + Qv + (Qcarichi interni + Qirraggiamento)

-       Qd  - per semplicità non si considerano il contributo dei ponti termici e della  dispersione verso il terreno e gli eventuali locali non riscaldati;

-        Qv è il carico termico di ventilazione:

Qv = qv þa cp (ti – te)

qv – portata d’aria in mc/s

þa – densità dell’aria (circa 1,2 kg/mc)

cp – calore specifica dell’aria (0,29 J/kg°C)

Nel calcolo invernale dei carichi termici vengono trascurati anche i contributi dei carichi interni e quelli dell’irraggiamento solare.

ESEMPIO DI CALCOLO:

Per maggiore semplificazione, essendo alcuni valori dettati dalla legislazione italiana e non francese sull’edilizia, proverò innanzitutto ad effettuare dei calcoli localizzando il mio edificio a Roma.

In rete ho trovato degli utili fogli di calcolo excel che mi hanno permesso di calcolare agevolmente i valori della conducibilità termica dei componenti dell’involucro. I siti da cui scaricare gratuitamente questi file sono:

-       per muri, soffitti, coperture: http://www.mygreenbuildings.org/2009/07/27/trasmittanza-termica-periodica-foglio-di-calcolo-excel-per-calcolare-le-proprieta-termiche-dinamiche-di-un-componente-edilizio.html

-       per le vetrate: www.cobeinfissi.it

Di seguito riporto le tabelle relative alle trasmittanze, al valore di Cd e a quello del Q invernale:

Per quanto riguarda il valore di trasmittanza del vetro, ho cercato sul sito dell'azienda della Saint Gobain, un vetro camera che avesse buone proprietà termiche: 

Verifiche estive sull’involucro edilizio

Il dimensionamento di un impianto di climatizzazione si basa sulla valutazione dei carichi termici più gravosi, ovvero quelli estivi.

Le semplificazioni adottate nel caso invernale (Dt costante e la Q dei carichi interni e dell’irraggiamento trascurabili) non possono essere applicate.

Si definisce pertanto il Dt equivalente, che tiene conto, in maniera approssimata, delle variazioni della temperatura esterna estiva. La DTE si trova tabellata in funzione della massa superficiale della parete (kg/m²), della latitudine 41°9’, per una temperatura esterna di 34 °C e una escursione termica di 11 °C ed una temperatura interna di 26 °C.

Il calcolo del carico termico estivo è identico a quello invernale, cui si devono aggiungere i contributi riguardanti i carichi interni e quello dell’irraggiamento:

Qestivo= Qd + Qv + Qcarichi interni + Qirraggiamento

Riporto i calcoli :

Revit

Ho ripreso il modello di Revit della casa sviluppata durante il workhop “RhOME FOR DENCITY”, di cui ho ipotizzato come localizzazione Versailles.

Cambio posizione e inserisco Roma, al fine di valutare il grado di approssimazione e le divergenze tra quanto calcolato con excel e quanto calcolato con il software Revit.

Imposto tutte le informazioni energetiche di progetto: 

Breve inciso, noto un campo che ha attirato la mia curiosità:

Revit considera le masse termiche? Spero di scoprirlo strada facendo!

In base a quanto definito nei fogli, come spessori delle stratificazioni e valori di conducibilità termica, vado a modificare, dove fosse necessario, i valori corretti.

Noto un valore interessante: la Resistenza (R).

Apro una breve parentesi tra questi parametri che ho citato: conducibilità termica (lambda), resistenza termica (R) e la correlata trasmittanza termica (U). 

- La conducibilità o conduttività termica (normalmente indicata con la lettera greca λ) è il flusso di calore Q (misurato in J/s ovvero W) che attraversa una superficie unitaria A di spessore unitario sottoposta ad un gradiente termico ΔT di un grado Kelvin (o Celsius). La conducibilità termica dipende dalle caratteristiche fisico-chimiche del materiale preso in esame.

-La trasmittanza termica U è il flusso di calore che attraversa una superficie unitaria sottoposta a differenza di temperatura pari ad un grado Kelvin (o Celsius). Legata alle caratteristiche del materiale che costituisce la struttura e alle condizioni di scambio termico liminare, si  assume  pari  all’inverso  della  sommatoria  delle  resistenze  termiche  degli  strati  che compongono la superficie considerata:

Sommo le resistenze: 4,5455 + 0,6591 + 0,6296 = 5,8342