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Modelli di calcolo per la certificazione energetica degli edifici

parte 1

Ing. Antonio Mazzon

ENERGY MANAGER

2

Esempio: EDIFICIO RESIDENZIALE

Edificio di tipo residenziale (2 pian1: categoria E1 del DPR 412/93

Struttura intelaiata in c.a.

Pareti in blocchi forati in laterizio ed intonaco (s= 29 cm)

Infissi con telaio metallico con doppi vetri senza gas nell’intercapedine

Confina con l’esterno, il corpo scala e con un piano cantinato interrato.

3


Edificio con ostruzioni esterne e aggetti orizzontali

4


Edificio con ostruzioni esterne e aggetti orizzontali

5

Classificazione degli edifici – DPR 412/93

6

Descrizione sintetica procedura di calcolo

La procedura di calcolo comprende i seguenti passi:

1. definizione delle condizioni interne di calcolo e dei dati di ingresso relativi al clima esterno;

2. definizione dei confini dell'insieme degli ambienti climatizzati e non climatizzati dell'edificio;

3. calcolo, per ogni mese e per ogni zona dell'edificio, dei fabbisogni di energia termica per il riscaldamento;

4. aggregazione dei risultati relativi ai diversi mesi ed alle diverse zone servite dagli stessi impianti.

5. Verifiche ai sensi del D.Lgs 192/05 e s.m.i. e DM 26/06/2009 - Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici

Il sistema edificio-impianto è costituito da uno o più edifici (involucri edilizi) o da porzioni di edificio, climatizzati attraverso un unico sistema di generazione come esplicitato nelle seguenti figure.

Sistema edificio-impianto costituito da una porzione di edificio servita da un impianto termico autonomo

Individuazione del sistema edificio-impianto

Zonizzazione termica

In linea generale ogni porzione di edificio, climatizzata ad una determinata temperatura con identiche modalità di regolazione, costituisce una zona termica.

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Individuazione del sistema edificio-impianto

10

Caratteristiche geometriche

Area lorda riscaldata

(contorno rosso)

Volume lordo riscaldato =

area lorda x altezza

comprensiva dello spessore

dei solai

11


12


Volume lordo

riscaldato = area

lorda x altezza

comprensiva dello

spessore dei solai

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Allegato 2 - Metodologia di classificazione degli edifici

Climatizzazione invernale dell’edificio

Il sistema di classificazione nazionale, relativo alla climatizzazione invernale, è

definito sulla base dei limiti massimi ammissibili del corrispondente indice di

prestazione energetica in vigore a partire dal 1 gennaio 2010 (EPiL(2010)), di

cui alle tabelle 1.3 e 2.3 dell’allegato C al decreto legislativo, e quindi

parametrato al rapporto di forma dell’edificio e ai gradi giorno della località

dove lo stesso è ubicato.

Edifici residenziali

Altri Edifici

Le condizioni climatiche

I parametri climatici che influenzano il fabbisogno energetico dell’edificio

sono, tra gli altri, la temperatura dell’aria esterna, l’irradiazione solare, la

velocità del vento e la possibilità di sfruttare i pozzi e le sorgenti esterne per

attingere o esportare energia.

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DATI CLIMATICI DELLA LOCALITA’

Per la verifica del fabbisogno energetico dell’edificio occorre disporre dei dati

climatici caratteristici della località nella quale si trova l’edificio stesso.

Tali dati sono:

I. la temperatura dell’aria esterna: rappresenta il valore medio mensile per

ogni mese compreso nella stagione di riscaldamento; tale valore si desume

dalla UNI 10349;

II. l’irradiazione solare globale giornaliera: sono i valori giornalieri medi

mensili, per ogni mese della stagione di riscaldamento, della radiazione totale

incidente sulle diverse esposizioni e sul piano orizzontale. Si desumono dalla

UNI 10349, tenendo presente che i dati riportati per ciascuna esposizione

devono ritenersi validi per angoli compresi tra -22,5° e +22,5° nell’intorno della

direzione considerata;

III. la temperatura interna di progetto: per questo dato si assume la

temperatura dell’aria come specificato nella UNI 5364. Per gli edifici

residenziali e del terziario si assume una temperatura interna costante pari a

20°C. Per gli edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali si assume una

temperatura interna costante pari a 18°C.

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DATI CLIMATICI DELLA LOCALITA’

18 Temperature a PALERMO

Temperature Luglio 1998 -2004

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

ore

tem

p °

C

Temperature Gen 1998 - 2004

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

ore

Tem

p °

C

19 19 Temperature a PALERMO

mese Oss. Astr. UNI 10349 scarto %

gen 11,7 11,1 5,1%

feb 11,8 11,6 1,4%

mar 13,8 13,1 4,9%

apr 16,0 15,5 3,3%

mag 20,0 18,8 5,8%

giu 23,9 22,7 5,0%

lug 26,1 25,5 2,2%

ago 26,8 25,4 5,3%

sett 23,6 23,6 0,2%

ott 21,3 19,8 6,9%

nov 16,9 16 5,2%

dic 13,3 12,6 5,5%

Media 4,2%

Diagramma temperature

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

gen

mar

mag lu

gse

ttno

v

mesi

°COsservatorio

Astronomico

Norma UNI 10349

20 Radiazione solare a PALERMO

Radiazione solare globale

gen 1998 - 2004

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

ore

W/m

q

21 Radiazione solare a PALERMO

Radiazione solare diffusa

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

ore

W/m

q

22 UNI 10349

23 UNI 10349

24 UNI 10349

25 UNI 10349

26 UNI 10349

27

Misure secondo UNI 13789

Le dimensioni dell'elemento vengono usualmente misurate in accordo

con uno dei tre sistemi seguenti: interno, totale interno ed esterno.

28

Misure secondo UNI 13789

Si utilizzano le misure rilevate dall’interno

29


Calcolo della superficie utile dell’edificio

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Esempio: edificio scolastico

TEMPERATURA INTERNA

Climatizzazione invernale

Per tutte le categorie di edifici ad esclusione delle categorie E.6(1), E.6(2) e E.8, si

assume una temperatura interna costante pari a 20 °C.

Ad esempio, per gli edifici di categoria:

E.6(2) – attività sportive – palestre

E.8 edifici per attività industriali ed artigianali, si assume una temperatura interna

costante pari a 18 °C.

Durata della stagione di riscaldamento

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Locali non riscaldati

Ledificio confina, oltre che con l’esterno, con due zone non riscaldate costituite dal

corpo scala e dal piano cantine (interrato).

Il calcolo della trasmittanza termica degli elementi di involucro opachi viene eseguito utilizzando la procedura

riportata nella Norma UNI EN ISO 6946 : “Componenti ed elementi per edilizia – Resistenza termica e

trasmittanza termica – Metodo di calcolo”.

Il principio del metodo di calcolo consiste nella determinazione della resistenza termica per ognuno degli

strati termicamente omogenei che costituiscono il componente e nella somma di queste resistenze termiche

singole, per determinare la resistenza termica totale del componente, includendo l'effetto delle resistenze

termiche superficiali.

dR

La resistenza termica di ogni singolo strato omogeneo viene calcolata effettuando

il rapporto tra lo spessore di ogni singolo strato omogeneo (d) e la conduttività

termica dello stesso (l)

sefisiT RRRR

I valori della conduttività termica di alcuni materiali edilizi può essere ricavato dalle

norme UNI 10351 e 10355.

Calcolo della trasmittanza termica degli elementi di involucro opachi

Direzione del flusso termico

Ascendente Orizzontale Discendente

Rsi 0,10 0,13 0,17

Rse 0,04 0,04 0,04

Il valore della resistenze termica

superficiale,espressa in m2 K/W può

essere desunta, in funzione della

direzione del flusso termico, dal

Prospetto I della Norma UNI 6946.


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Ogni componente può avere, quasi sempre, al suo interno più strati composti da

materiali differenti con proprietà a volte di gran lunga diverse tra di loro. Prendendo

come esempio le pareti che delimitano perimetralmente un edificio è possibile

cambiare, a parità di spessore, le loro caratteristiche termiche attraverso la

variazione dei materiali costituenti il pacchetto murario. Per materiali omogenei

abbiamo che la resistenza del materiale è definita come il rapporto tra lo spessore e

la conducibilità termica utile che può essere ricavata dalla norma UNI 10351:

R =s/λ

36

conducibilità termica dei materiali

38


39


40

conducibilità termica dei componenti edilizi

41


42


43


Elenco delle strutture di progetto


Parete perimetrale esterna (tipo S6), s = 29 cm.

50

Potenza termica dispersa attraverso una parete

La potenza termica trasferita complessivamente attraverso la parete da un estremo all'altro

è calcolabile tramite il semplice prodotto tra la trasmittanza, la superficie e la differenza di

temperatura del componente in analisi:

q=U * A * (T1 –T2)

La resistenza termica è l’superficiale viene valutata considerando due resistenze poste in

parallelo, una resistenza dovuta allo scambio termico per irraggiamento e l'altra dovuta allo

scambio termico per convezione:

RT = Rsi + Σi Rf + Rse Rsi = resistenza termica superficiale interna

Rse = resistenza termica superficiale esterna

hh e

n

i

sU

11

1



W

KmRRRR si

n

insiT

2

051,104,070,0

02,0

205,1

1

90,0

02,013,0

KmRU

W

T

2952,0

051,1

11

sefisiT RRRR

Verifica termoigrometrica delle pareti


Parete in cls e impermeabilizzazione esterna (tipo S9), s = 30 cm.

Verifica termoigrometrica delle pareti


Parete in cls e impermeabilizzazione esterna (tipo S9), s = 30 cm.


Nel caso di edifici esistenti si può utilizzare l’abaco della norma UNI/TR

11552:2014. La trasmittanza della parete esterna di spessore 29 cm, sarebbe

pari a 1,180 W/m2•K

Strutture verticali opache

68

Ti Te

Tabella 2.1 Valori limite della trasmittanza termica U delle strutture opache verticali espressa in W/m2K

Zona

climat.

Dall’ 1 gennaio

2006 U

(W/m2K)

Dall’ 1 gennaio

2008 U

(W/m2K)

Dall’ 1 gennaio

2010 U

(W/m2K)

A 0,85 0,72 0,62

B 0,64 0,54 0,48

C 0.57 0.46 0.40

D 0,50 0,40 0,36

E 0,46 0,37 0,34

F 0,44 0,35 0,33

LIMITI DELLA TRASMITTANZA - CHIUSURE VERTICALI

Coperture

69

Tabella 3.1 Valori limite della trasmittanza termica U delle strutture opache orizzontali di copertura espressa in W/m2K

Zona clima

t.

Dall’ 1 gennaio

2006 U (W/m2K)

Dall’ 1 gennaio

2008 U (W/m2K)

Dall’ 1 gennaio

2010 U (W/m2K)

A 0,80 0,42 0,38

B 0,60 0,42 0,38

C 0,55 0.42 0.38

D 0,46 0,35 0,32

E 0,43 0,32 0,30

F 0,41 0,31 0,29

Ti

Te

LIMITE DELLA TRASMITTANZA CHIUSURE ORIZZONTALI SUPERIORI ORIZZONTALI O INCLINATE

Pavimenti verso locali non riscaldati/esterno

70

Tabella 3.2 Valori limite della trasmittanza termica U delle strutture opache orizzontali di pavimento espressa in W/m2K

Zona clima

t.

Dall’ 1 gennaio

2006 U (W/m2K)

Dall’ 1 gennaio

2008 U (W/m2K)

Dall’ 1 gennaio

2010 U (W/m2K)

A 0,80 0,74 0,65

B 0,60 0,55 0,49

C 0,55 0,49 0.42

D 0,46 0,41 0,36

E 0,43 0,38 0,33

F 0,41 0,36 0,32

Ti

Tg

LIMITE DELLA TRASMITTANZA CHIUSURE ORIZZONTALI INFERIORI-PAVIMENTI

Calcolo della trasmittanza termica degli elementi di involucro vetrati

In particolare, in assenza di dati certi è possibile usare dei valori standard, presenti negli allegati alla Norma UNI

10077-1.

Per esempio per la trasmittanza del vetro Ug si possono usare i valori che seguono: TRIPLE

VETRATE

La trasmittanza termica lineare Yg dovuta agli effetti termici combinati della vetrata, del distanziatore e del telaio

Norma UNI 10077-1,

prospetto E.1

La trasmittanza termica dei telai

Per i telai metallici senza taglio termico utilizzare Uf0 = 5,9 W/(m2·K).


FINESTRA 80 X 140


FINESTRA 80 X 140

Si riporta il calcolo completo del tipo di serramento posizionato avente le

seguenti caratteristiche:

dimensioni: 80 × 140 cm;

tipo di vetri: doppi vetri normali, con spessori degli strati pari a 4-6-4 mm e

con aria nell’intercapedine;

trasmittanza termica dei doppi vetri: 3,3 W/m2K. Valore desunto dal

prospetto B.1 della norma UNI TS 11300-1:2013 (vedi figura 3.2);

la trasmittanza del telaio metallico senza taglio termico, pari a 7 (W/m2K) è

stata ricavata dal prospetto B.2 della norma UNI TS 11300-1:2014 (vedi

figura 3.4);

la trasmittanza termica lineare per il distanziatore per vetro pari a zero è

riportata nel prospetto E.1 della norma UNI EN ISO 10077-1 (vedi tabella

3.2);

la resistenza termica aggiuntiva dell’avvolgibile in plastica senza schiuma,

pari a ΔR = 0,16 (m2K/W), viene determinata dal prospetto B.4 della norma

UNI TS 11300-1:2014 (vedi tabella 3.3);


FINESTRA 80 X 140


FINESTRA 140 X 140


Porta di ingresso all’edificio

La porta di ingresso all’edificio, ubicata al piano terra

all’interno del corpo scala, ha le dimensioni di

145x240 cm; è realizzata con un telaio in legno

massello, di spessore pari a 7 cm, e due pannelli, uno

posto sulla parte superiore, costituito da un doppio

vetro con aria nell’intercapedine e, un altro, posto

sulla parte inferiore, in legno di spessore di 5 cm. La

trasmittanza termica Uw viene calcolata utilizzando la

equazione

Calcolo della trasmittanza termica degli elementi di vetrati - EDIFICI ESISTENTI


Pavimento non isolato controterra (solaio 20+6 cm)

Calcolo della trasmittanza termica degli elementi di

involucro opachi - terreno UNI EN 13370

La norma descrive i metodi di calcolo dei coefficienti di scambio

termico e dei flussi termici, per elementi di edifici a contatto con il

terreno, compresi pavimenti controterra, pavimenti su intercapedine e

piani interrati.

Le trasmittanze termiche per i pavimenti e per i piani interrati sono

correlate alla componente del flusso termico in regime stazionario.

Calcolo della trasmittanza termica degli elementi di involucro opachi - terreno

In questa norma, P è il perimetro esposto del pavimento, ovvero

la lunghezza totale delle pareti esterne che separano l'edificio

riscaldato dall'ambiente esterno o da uno spazio non riscaldato

esterno alla parte termicamente isolata del fabbricato.

Più la forma dell’edificio è compatta minore è la dimensione

caratteristica B’

Per il calcolo del coefficiente di perdita di calore attraverso il terreno, in condizioni

stazionarie LS, si utilizza la Norma UNI EN ISO 13370 sul trasferimento di calore

attraverso il terreno.

1. PAVIMENTO CONTROTERRA NON ISOLATO O UNIFORMEMENTE ISOLATO


PAVIMENTO CONTROTERRA CON ISOLAMENTO PERIMETRALE

Un pavimento controterra può avere un isolamento perimetrale, disposto

orizzontalmente o verticalmente lungo il perimetro del pavimento. Le formule

presentate in questo punto sono valide quando la larghezza o profondità

dell'isolamento perimetrale, D, è piccola in confronto alla larghezza dell'edificio.



ORIZZONTALE

Calcolo della trasmittanza termica degli elementi di involucro opachi – terreno Norma UNI 11300-1

Calcolo della trasmittanza termica degli elementi di involucro opachi – terreno Norma UNI 11300-1 – EDIFICI ESISTENTI

ELENCO STRUTTURE DISPERDENTI EDIFICIO

Chiusure trasparenti comprensive degli

infissi

120

Tabella 4.a Valori limite della trasmittanza termica U delle chiusure trasparenti comprensive degli infissi espressa in W/m2K

Zona climat.

Dall’ 1 gennaio

2006 U

(W/m2K)

Dall’ 1 gennaio

2008 U

(W/m2K)

Dall’ 1 gennaio

2010 U (W/m2K)

A 5,5 5,0 4,6

B 4,0 3,6 3,0

C 3,3 3,0 2.6

D 3,1 2,8 2,4

E 2,8 2,4 2,2

F 2,4 2,2 2,0

LIMITE DELLA TRASMITTANZA - CHIUSURE TRASPARENTI

Calcolo dei “ponti termici”

• Si ha un ponte termico dove il comportamento termico di una parte dell’edificio è considerevolmente differente rispetto a quello di parti circostanti.

Una scadente prestazione di isolamento termico porta ad un incremento delle

perdite di calore e può provocare la diminuzione di temperatura della superficie

interna dell’edificio tale da causare rischi di condensazione superficiale.


La tecnica fotografica agli infrarossi (figura 01) permette di rilevare la presenza

di ponti termici. Questi possono rappresentare fino al 30% del calore totale

disperso. I ponti termici sono presenti in corrispondenza di travi, pilastri,

davanzali, balconi ed anche in presenza di eterogeneità diffuse nella struttura

quali i giunti di malta tra i blocchi dei cosiddetti termolaterizi (figura 03). In sintesi

le cause principali di un ponte termico sono:

presenza di materiali diversi nella sezione dell’edificio (es. muratura di

tamponamento in mattoni con struttura in cemento armato).

discontinuità geometrica nella forma della struttura (es. angoli).

interruzioni dello strato di isolamento termico (es. pilastri, travi marcapiano,

serramenti, ecc.).

127

Esempi di correzione dei ponti termici

128

Soluzioni progettuali per l’isolamento termico delle pareti dall’esterno, “a cappotto”:

L’isolamento a cappotto consiste nell’applicazione, sull’intera superficie esterna

verticale di un edificio, di pannelli isolanti (figura 11) che vengono poi coperti da uno

strato protettivo e di finitura realizzato con particolari intonaci.

Si tratta di un sistema di isolamento relativamente nuovo, i cui vantaggi sono:

eliminazione dei ponti termici;

protezione delle strutture da sbalzi termici;

sfruttamento dell’inerzia termica dell’edificio.

valorizzazione degli immobili

maggiore durabilità delle facciate

diminuzione dei consumi di combustibile

aumento del comfort

limitazione del rischio di condensazione e di formazione di muffe

nessuna riduzione della superficie abitabile interna

Calcolo dei “ponti termici” Il calcolo del dei ponti termici viene effettuato con la norma UNI EN ISO 14683.

Calcolo dei “ponti termici” NON PIU’ VALIDO

Il ponte termico corretto e parete fittizia

• Il ponte termico è la discontinuità di isolamento termico che si può verificare in corrispondenza agli innesti di elementi strutturali (solai e pareti verticali o pareti verticali tra loro);

• Il ponte termico corretto è quando la trasmittanza termica della parete fittizia (il tratto di parete esterna in corrispondenza del ponte termico) non supera per più del 15% la trasmittanza termica della parete corrente;

1.15 correntefittizia parete UU

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