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CARICHI DI RAFFREDDAMENTO - METODO CARRIER E METODO RTS
IL CARICO DI RAFFREDDAMENTO - METODI A CONFRONTO
Grazie al consiglio che Maria Leporelli mi ha suggerito nei post precedenti (http://design.rootiers.it/2012/node/1216 - http://design.rootiers.it/2012/node/1219) ho verificato che i metodi di calcolo tra il programma e i calcoli in excel fossero effettivamente gli stessi e che i parametri considerati dal programma fossero quelli propri del modello.
Per quanto riguarda i metodi di calcolo sono arrivata a scoprire che il metodo di calcolo del programma, almeno per i carichi di raffreddamento, usa un algoritmo diverso rispetto a quello studiato in Excel.
In generale il calcolo dell’apporto di calore in regime estivo risulta particolarmente complesso per via della variabilità delle condizioni climatiche prese in considerazione. Le semplificazioni adottate nel caso invernale non possono essere prese in considerazione e per questo sono stati sviluppati diversi metodi di calcolo che cercano di approssimare e di semplificare al meglio questo fenomeno così complesso.
Il metodo di calcolo utilizzato nel file excel è detto il metodo di Carrier.
Revit invece usa il Metodo delle Serie Radiative Temporali (RTS, Radiant Time Series), la cui procedura per il calcolo dei carichi di raffreddamento è la seguente:
1. Calcola un profilo di 24 ore degli incrementi di calore dei componenti per giorno di punta (per la conduzione, compensa il ritardo di conduzione applicando una serie CTS).
2. Divide gli incrementi di calore in parti radiante e convettiva.
3. Applica una serie RTS appropriata alla parte radiante degli incrementi di calore per compensare il ritardo nella conversione in carico di raffreddamento.
4. Somma la parte convettiva dell'incremento di calore e la parte radiante ritardata dell'incremento di calore per determinare il carico di raffreddamento per ogni ora per ogni componente di tale carico.
Dopo il calcolo dei carichi di raffreddamento per ogni componente per ogni ora, il motore li somma per determinare il carico di raffreddamento totale per ogni ora e seleziona l'ora con il carico massimo per giorno di punta del sistema di condizionamento dell'aria. Il motore ripete questo processo per più mesi di punta per determinare quello con il carico massimo.
L'incremento di calore attraverso superfici opache esterne viene calcolato con gli stessi elementi di radiazione solare e gradiente termico delle superfici vetrate. Differisce principalmente come funzione della massa e della natura della costruzione di muro o tetto, poiché tali elementi influiscono sul coefficiente di calore conduttivo.
I VALORI CTS PER LA CONDUZIONE DEL CALORE
Le superfici esterne, attraverso la massa termica e il valore di trasmittanza, come spiegato nei post precedenti, influenzano il flusso di calore che le attraversa, contribuendo al comfort termoigrometrico all’interno dell’ambiente in esame. Il coefficiente di calore che indica il trasferimento dello stesso che attraversa le superfici esterne, è determinato dal motore del programma utilizzando dei valori denominati CTS – conduction time series (cap. 30 del manuale ASRHAE 2005). Per ogni muro e superficie orizzontale esterna sono definiti 24 valori percentuali CTS differenti (la somma equivale al 100%) che indicano quanto del calore accumulato nell’involucro viene dissipato dopo un determinato periodo di tempo.
Un complesso processo, esaminando le proprietà dei materiali che compongono la costruzione, permette al motore di ricavare i valori CTS. Viene inoltre fatta una distinzione tra il caso estivo e quello invernale: per il caso estivo vengono utilizzati sia i valori CTS, sia il valore di trasmittanza U; per il riscaldamento il motore prende in considerazione solo la trasmittanza. In aggiunta si considera il peso della costruzione, sempre derivato dalle proprietà dei materiali.
FATTORI CTS
Una serie di fattori temporali di conduzione per materiali di tetti o muri su un periodo di 24 ore è denominata serie CTS. Il capitolo 30 del manuale ASHRAE 2005 HoF include tabelle di valori CTS per un gran numero di costruzioni per muri e tetti. Il motore di Revit MEP è in grado di generare un numero illimitato di abachi di CTS per muri e tetti in base alle proprietà termiche di ciascun tipo di materiale che costituisce il muro o il tetto.
Controsoffitti, divisori e porte non richiedono abachi di CTS per i calcoli dei carichi di raffreddamento.
VALORI U
Il valore R di un materiale o costruzione ne rappresenta la resistenza termica o il ritardo nella perdita di calore. Il valore U è il reciproco del valore R. Il valore U totale di una costruzione può essere ottenuto aggiungendo il reciproco dei valori R dei singoli materiali che costituiscono la costruzione. Il valore R (o il valore U) di ciascun materiale dipende dalle proprietà del materiale e dallo spessore del materiale.
CALCOLO DELL’INCREMENTO DI CALORE CONDUTTIVO - RAFFREDDAMENTO
Il motore calcola la conduzione attraverso le superfici esterne mediante le serie temporali CTS, definendo il flusso termico come:
Così come definito su Wikihelp: “I fattori CTS possono essere utilizzati nell'equazione di qq e forniscono un metodo di confronto delle caratteristiche di ritardo temporale tra differenti costruzioni di muri e tetti. Gli incrementi di calore calcolati per muri o tetti utilizzando fattori di risposta periodici (e pertanto CTS) sono identici a quelli calcolati utilizzando funzioni di trasferimento conduttivo per le condizioni periodiche stabili considerate nel calcolo dei carichi di raffreddamento di progetto.”
Nel caso di finestre e lucernari, il motore utilizza le seguenti equazioni per calcolare l'incremento di calore:
Incremento di calore da radiazione solare diretta qb:
Al termine del calcolo di tutti i carichi dei vani e di serpentino, il motore determina il mese e l'ora per il carico di zona massimo. Il motore calcola quindi i valori psicrometrici e quelli relativi ai vani tecnici.
CALCOLO DELL’INCREMENTO DI CALORE CONDUTTIVO - RISCALDAMENTO
Per determinare i carichi di riscaldamento, i metodi di calcolo sono identici a quelli effettuati per il quello di raffreddamento di progetto a meno di:
· 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 (incrementi di calore negativi) vengono 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.
(http://wikihelp.autodesk.com/Revit/ita/2013/Help/0001-Guida_di0/3251-Rif...)
Questo procedimento risulta identico al metodo di Carrier.
APPLICAZIONE
Quanto detto fino ad ora è stato verificato dai calcoli. Ho modificato area e volume (come mi ero prefissata nel precedente post) e ho effettuato nuovamente i calcoli in excel.
Inoltre mi sono accorda che, nel post precedente, mi ero dimenticata di parlare delle proprietà termiche della finestra. Il programma infatti definisce il coefficiente di incremento del calore solare, definito come la capacità di una finestra di bloccare il calore proveniente dalla luce del sole. Più il valore di questo coefficiente è basso, minore sarà la quantità di calore trasmessa:
L’approssimazione tra i valori dei carichi invernali in excel e Revit è ottima. Per quanto riguarda i carichi estivi, invece, i valori sono troppo diversi per essere paragonati. Ora ho scoperto il perché!
RAFFREDDAMENTO 
RISCALDAMENTO
Come si può notare il carico di riscaldamento è quasi coincidente!
Per rispondere, invece, alla domanda posta da Maria Leporelli riguardo ai dati di “costruzione edificio”, posso dire che, attraverso varie prove, ritengo che il programma consideri effettivamente le proprietà termiche definite nel modello, come specificato anche nelle indicazioni in alto:
L'unica nota ambigua risulta essere l'opzione di selezione della casella "sostituisci". Spuntando però le varie voci e calcolando i carichi di raffreddamento e riscaldamento, l'area e il volume mi vengono rispettivamente di 25 mq e 60 mc, il che risulta essere un errore. Lasciandoli selezionati ma tenendo la voce edificio, invece, area e volume sono congruenti a quanto progettato e al modello. L’importante quindi è lasciare la voce <Edificio>. Qualora invece il modello fosse privo di informazioni termiche, da questa sezione di possono selezionare delle “strutture tipo”.
Parte delle spiegazioni sul metodo di calcolo RTS sono state tratte dal seguente link: