MASSA TERMICA, CARICHI TERMICI E METODI DI CALCOLO

 

MASSA TERMICA

Le variazioni di temperatura che avvengono durante il giorno fanno si che il flusso di calore tra l'interno e l'esterno dell'edificio cambi in modo considerevole con il passare delle ore (calore che passa dall'esterno verso l'interno nelle ore centrali della giornata e calore che va dall'interno verso l'esterno nelle ore più fresche).

Un involucro ben progettato deve, come prima cosa, isolare l'ambiente interno da questi sbalzi di temperatura. In alcuni casi è possibile sfruttare le proprietà stesse dell'involucro per contribuire al controllo delle temperature interne dell'edificio. Questo può avvenire se l'involucro ha una massa termica adeguata.

La massa termica (o inerzia termica) consiste nella capacità di un materiale di opporsi al passaggio del flusso di calore e di accumularne una parte, mantenendo, nello stesso tempo, una temperatura dell'ambiente interno omogenea, costante e confortevole, nonostante temperature esterne molto variabili. 
Ciò significa che il materiale ha delle buone proprietà isolanti, ma non solo: significa anche che è in grado di accumulare calore da un lato, senza cederlo direttamente dall'altro, evitando che i bruschi cambiamenti di temperatura esterna si riflettano in modo diretto all'interno dell'edificio. Questo ritardo con cui l'involucro cede il calore accumulato si chiama sfasamento, ed indica il tempo che impiega il flusso di calore che viene assorbito da un lato dell'involucro, ad attraversarlo e ad essere ceduto all'ambiente sull'altro lato.

(Tratto dalla pagina web : http://www.nextville.it/temi-utili/5)

Maggiore è la capacità termica, migliore sarà la sua funzione stabilizzatrice della temperatura.

La massa termica, per elementi verticali e orizzontali stratificati, si calcola come:

Mt= sommatoria (ci Mi) [kJ/K]

-       c – calore specifico dell’ i-esimo strato [J/kgK];

-       M – la massa dell’i-esimo strato [kg]

Revit mi permette di calcolare questo valore di massa termica, ma quanto è affidabile?

Per avere dei valori di riferimento, mi calcolo la massa termica con un foglio di calcolo excel. Prima di avviare i calcoli controllo le unità di misura utilizzate dal programma. Infatti Revit calcola il calore specifico come J/g°C.

Trovo i valori di calore specifico tabellati in J/kgK e li inserisco nelle proprietà termiche dei singoli materiali nel programma. Revit mi converte automaticamente il valore da J/kgK a J/g°C. I valori così trovati li inserisco nel foglio di calcolo, insieme alle densità (tabellata) agli spessori e ai volumi dei singoli strati ed eseguo il calcolo.

Quindi in Revit inserisco le densità trovate da tabella e confronto:

         

  

PAVIMENTO: 

excel: 19,17 kJ/K

Revit: 21,54 kJ/K
 

PARETI:

excel: 16,74 kJ/K

Revit: 17,39 kJ/K
 

TETTO:

excel: 33,69 kJ/K

Revit: 42,71 kJ/K

I valori di Revit sono sempre più alti ma differiscono di poco, mentre i valori calcolati per il tetto sono, come per il calcolo della trasmittanza, quelli più divergenti. Immagino sia per la complessità della sua stratificazione. avendo scelto un tetto verde. 

 

 

CARICHI DI RAFFREDDAMENTO E RISCALDAMENTO

Al fine di avviare il calcolo dei carichi di raffreddamento e riscaldamento è necessario anzitutto definire quelli che sono i vani e le zone. Qual è la differenza fra i due?

VANI

Sono utilizzati esclusivamente per le analisi dei volumi nelle discipline MEP in quanto contengono i parametri che mantengono informazioni sulle aree in cui sono stati posizionati. Queste informazioni vengono utilizzate per l'esecuzione di un'analisi dei carichi di riscaldamento e raffreddamento. Un'analisi dei carichi di raffreddamento e riscaldamento accurata è possibile solo se i vani sono posizionati in tutte le aree di modo che venga considerato l'intero volume del modello di edificio. Nelle proprietà, nella sezione analisi energetica, è possibile agire sui seguenti parametri che incidono sull’analisi dei carichi:

-       Abitabile: indica se il vano selezionato è abitabile. I vani non abitabili sono in genere cavedii, locali tecnici e servizi igienici;

-       Vano Tecnico: da selezionare qualora il vano selezionato sia un vano tecnico (ovviamente);

-       Tipo di condizione: E’ forse il parametro più importante, in quanto è quello che determina il calcolo dei carichi di raffreddamento e riscaldamento. Tra le opzioni troviamo: riscaldamento; raffreddamento; riscaldamento e raffreddamento; senza climatizzazione; ventilazione; solo ventilazione naturale.

-       Tipo di vano: si specifica il tipo di vano;

-       Persone : quante persone occupano potenzialmente il piano;

-       Carichi elettrici: si specifica il metodo di calcolo dei carichi elettrici per il vano.

ZONE

I vani posizionati precedentemente nel progetto bisogna assegnarli ad una specifica “zona di riscaldamento, ventilazione e aria condizionata”. Ciò consente di determinare in modo indipendente i carichi di riscaldamento e raffreddamento dei vani in ciascuna zona per produrre una più accurata analisi dei carichi di riscaldamento e raffreddamento.
Le zone quindi sono costituite da uno o più vani controllati da attrezzature che assicurano un ambiente comune (temperatura, umidità e così via). Le zone consentono di definire vani che condividono requisiti ambientali o progettuali. Nelle proprietà, nella sezione analisi energetica, è possibile agire sui seguenti parametri che incidono sull’analisi dei carichi:

-       Tipo di impianto: è possibile specificare il tipo di impianto da utilizzare nel progetto. Informazioni su raffreddamento: include le seguenti opzioni:

-       Punto di regolazione raffreddamento: temperatura interna di progetto

-       Temperatura aria di raffreddamento: temperatura di immissione

-       Controllo di umidificazione: attiva il controllo di umidificazione per la zona e attiva l’opzione “punto di regolazione deumidificazione”. La sua attivazione consente il calcolo dei carichi di riscaldamento;

-       Punto di regolazione deumidificazione: indica la percentuale di umidità che il sistema mantiene in tutti i vani nella zona.

-       Informazioni sul riscaldamento: stesse opzioni delle informazioni su raffreddamento;

-       Informazioni sui ricambi d’aria: le cui opzioni sono: ricambio d’aria per persona, ricambio d’aria per area, cambiamenti d’aria all’ora.

Definiti vani e zone bisogna specificare le informazioni sui requisiti energetici dell’edificio cliccando su “informazioni sul progetto” > Proprietà istanza > Definizione delle impostazioni di analisi energetica, dove è possibile localizzare l’edificio.

 

E’ possibile quindi avviare l’analisi dei carichi di raffreddamento e riscaldamento.

 

Risultati calcolati
Carico del picco di raffreddamento totale	Carico di raffreddamento totale per tutti i vani dell'edificio. Include la conduzione, la ventilazione, i guadagni di tubazioni e condotti, nonché i carichi percepibili e latenti.
Mese e ora del picco di raffreddamento	Data utilizzata per il calcolo dei picchi.
Carico del picco di raffreddamento percepibile	Picco del carico di raffreddamento percepibile stagionale dell'edificio.
Carico del picco di raffreddamento latente	Picco del carico di raffreddamento latente stagionale dell'edificio.
Capacità di raffreddamento massima	Capacità di raffreddamento massima richiesta, determinata dalla somma dei picchi dei carichi di raffreddamento di tutte le zone dell'edificio. Questa impostazione è in grado di riconoscere che il carico massimo può verificarsi in momenti diversi a seconda delle condizioni, ad esempio in base alla posizione delle zone all'interno dell'edificio (orientamento verso nord o verso sud).
Flusso d'aria del picco di raffreddamento	Picco stagionale del flusso d'aria di raffreddamento per l'edificio.
Carico del picco di riscaldamento	Carico di riscaldamento totale per tutti i vani dell'edificio. Include la conduzione, la ventilazione, i guadagni di tubazioni e condotti, nonché i carichi percepibili e latenti.
Flusso d'aria del picco di riscaldamento	Picco stagionale del flusso d'aria di riscaldamento per l'edificio.
Checksum
Densità del carico di raffreddamento	Carico di raffreddamento totale dell'edificio diviso per la relativa area analitica occupata.
Densità del flusso di raffreddamento	Flusso d'aria di raffreddamento diviso per l'area analitica occupata dell'edificio.
Flusso/Carico di raffreddamento	Flusso d'aria di raffreddamento diviso per il carico di raffreddamento totale dell'edificio.
Area/Carico di raffreddamento	Area analitica della zona divisa per il raffreddamento totale dell'edificio.
Densità del carico di riscaldamento	Carico di riscaldamento totale dell'edificio diviso per la relativa area analitica occupata.
Densità del flusso di riscaldamento	Flusso d'aria di riscaldamento diviso per l'area analitica occupata dell'edificio.

Tabella tratta da wikihelp.autodesk.com/Revit/ita/2013

 

Come calcola questi risultati Revit?

Il programma raccoglie i dati e il motore esegue i calcoli dei carichi. Viene esaminato ogni vano da aprile a novembre in un intervallo orario che va dalle 6 alle 18 (ottobre-maggio nell'emisfero meridionale). Dopo il calcolo dei carichi di tutti i vani, il mese o l'ora di massimo carico viene utilizzato per determinare psicrometria e flusso d’aria. Tutti i calcoli si basano sul manuale ASHRAE Fundamentals Handbook del 2005.

CARICHI RAFFREDDAMENTO E RISCALDAMENTO

L’ASHRAE presenta due metodi di calcolo del carico termico:

-       heat balance (HB) method;

-       radiant time series (RTS) method.

Revit basa i suoi calcoli sul metodo RTS, di cui riporto uno schema sintetico per il calcolo dei carichi di raffreddamento:

Per i carichi di riscaldamento il procedimento è lo stesso ma con le seguenti differenze:

·       Le temperature esterne ai vani climatizzati sono in genere inferiori alle temperature dei vani;

·       Gli incrementi di calore interni o per irraggiamento non sono inclusi;

·       L'effetto di accumulo termico della struttura dell'edificio o degli elementi di costruzione viene ignorato.

Le perdite di calore sono considerate come istantanee, lo scambio termico essenzialmente conduttivo e il calore latente viene trattato solo come una funzione di sostituzione dell'umidità dei vani dissipata all'esterno. Questo approccio semplificato è giustificato in quanto valuta le condizioni peggiori che possono eventualmente verificarsi durante una stagione di riscaldamento. Di conseguenza, il calcolo del carico peggiore prende in considerazione:

·       Condizioni progettuali di interni ed esterni;

·       Infiltrazione e/o ventilazione;

·       Periodi senza irraggiamento (notte o giorni invernali senza sole);

·       Periodi senza la presenza periodica di persone e l'impiego di luci e apparecchiature domestiche che producono un effetto di compensazione.

Le formule utilizzate sono le stesse che ho utilizzato per i calcoli effettuati in excel, ovvero le formule canoniche della fisica tecnica!

PSICROMETRIA

Le condizioni psicrometriche sono controllate da tre variabili:

-       temperatura dell'aria di mandata;

-        punto di regolazione;

-       umidità - in Revit questo parametro viene calcolato automaticamente. Impostate le prime due variabili si imposta un valore fittizio oppure si utilizza il valore ottimale suggerito dal motore. Qualora le condizioni psicrometriche non fossero soddisfatte, viene visualizzato un messaggio di errore e viene suggerito un nuovo valore. 

 

 

Provo ad applicare quanto studiato al mio progetto:

 

Avvio quindi l'analisi dei archi di raffreddamento e riscaldamento:

Non vengono soddisfatte le condizioni psicrometriche, questo è il messaggio:

 

Provo quindi ad inserire il valore suggerito:

Mi accorgo che tra revit e i calcoli excel ci sono due valori che differiscono (importanti)e che quindi non permettono un confronto preciso: area e volume.
In excel: (calcolo al lordo)
Area= 74,25 mq
Volume= 222,75 mc

In Revit: (calcolo al netto)
Area= 65,45 mq
Volume= 176,72 mc
 

Confronto i valori:

RAFFREDDAMENTO

Excel: 
Q= 5117 W
W/mq= 68,91

Revit:
Q= 3736 W
W/mq= 57,08 

RISCALDAMENTO

Excel: 
Q= 2118,9 W
W/mq= 35,86

Revit:
Q= 2630 W
W/mq= 40,18

Per una maggior comprensione proverò a cambiare i dati nell'excel riguardanti l'area e il volume! Trovo comunque interessante che i valori non sono troppo differenti, il che significa che tra i calcoli excel e i calcoli eseguiti in Revit c'è una buona approssimazione!