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nòoavwtònowtuaior òtinaroita iòrtaròintòoiavnrtvnaiu av tnroòtva uvtenoròun avtànuptaotumpàert vaàtapnvobàapràTRANSCRIPT
1. CALCOLO CARICHI TERMICI ESTIVI
Come già fatto per il calcolo dei carichi termici invernali, prima di procedere alla valutazione delle potenze termiche da fornire, occorre definire le condizioni di benessere termoigrometrico di progetto che devono essere rispettate. Per questo sono state scelte le seguenti condizioni di progetto:
T i=26 °C ;
Φ=50 %;
Inoltre, a differenza del calcolo invernale, il calcolo delle dispersioni estive che è stato effettuato tiene conto della variabilità della temperatura durante l’arco del giorno, questo perché la differenza di temperatura fra interno ed esterno nel corso della giornata è molto variabile (∆T da −5 °C a +5 °C ) e la risposta delle superfici opache e trasparenti è diversa a seconda della relativa inerzia. Per tale ragione è stato effettuato un calcolo di tipo dinamico, valutando tutti i parametri climatici (temperatura esterna, radiazione solare, umidità relativa e assoluta) per ogni ora di un giorno di fine luglio, avendo scelto la giornata tipo che sollecita maggiormente l’impianto. Infine sono stati considerati e differenziati fra di loro il carico termico sensibile, dovuto alla sola differenza di temperatura, e il carico termico latente, dovuto alla necessità di sottrarre all’aria il vapore presente.
Gettate le premesse per la corretta impostazione del problema delle dispersioni estive, la metodologia usata per il calcolo è stata quella ASHRAE−Carrierche suddivide i vari contributi del carico termico estivo in:
Trasmissione di calore attraverso i superfici trasparenti (radiazione solare e trasmissione attraverso gli infissi);
Trasmissione di calore attraverso le superfici opache (pareti e copertura); Carico termico dovuto alle persone (componente latente e sensibile); Carico termico dovuto alla ventilazione (componente latente e sensibile); Carico termico dovuto all’illuminazione; Carico termico dovuto alle apparecchiature.
1.1 Contributo superfici vetrate
Sono stati estrapolati dalle tabelle Aermec i dati relativi alla radiazione solare massima mensile attraverso un vetro semplice nei 4 punti cardinali. Nel caso in esame è stato considerato il mese di fine luglio a una latitudine di 42,5 °, effettuando perciò una media fra i valori presenti nella tabella e
convertendoli in [W /m2 ]:
I valori della tabella sono però riferiti a determinate condizioni ambientali
assenza di foschia; altitudine pari al livello del mare; temperatura di rugiada dell’aria esterna pari a 19.5 °C a livello del mare.
Perciò sono stati considerati i seguenti fattori correttivi per far riferimento alla condizioni di progetto:
FC R1
Il primo fattore correttivo tiene conto del tipo di telaio della finestra, altitudine del luogo, foschia e punto di rugiada. Nel caso in esame tutte le finestre che compongono l’edificio presentano un telaio in legno, e quindi si applica il relativo fattore correttivo:
FC R1=1,17
Figura 1:radiazione solare attraverso vetro (Aermec)
FC R2
Il secondo fattore correttivo tiene conto delle proprietà di trasmissione del vetro. A tal proposito si è presa la tabella relativa a questo fattore riduttivo considerando vetro doppio con veneziana interna scura.
Figura 2: fattore correttivo per il tipo di schermatura della finestra
FCR2 = 0,12
FC R3
L’ultimo fattore correttivo che viene considerato è in realtà un fattore che tiene conto dell’accumulo di calore da parte delle superficie trasparenti a seconda della loro densità, della fascia oraria e dell’orientamento della finestra in questione.
Figura 3:fattore correttivo per l'esposizione della finestra
È stata riportata la tabella che considera l’esposizione nell’intervallo orario giornaliero 9−17per ogni punto cardinale per una superficie vetrata di densità media. A differenza dei precedenti fattori correttivi, il valore di quest’ultimo varierà in funzione dell’orientazione della superficie vetrata. E’ stata considerata una massa frontale della finestra di 490 kg/m^2
In conclusione, la trasmissione di calore attraverso i vetri è stata calcolata tramite questa relazione fornita dal metodo ASHRAE−Carrier:
Qtrasm, vetroi= (Rad .Sol . Mens )i× (¿ .Vetrata )i×FC R1× FCR2× FCR3i
.
Grazie a queste tabelle ci siamo calcolati i contributi della radiazione attraverso tutte le finestre delle varie aule.
A titolo d’esempio si riporta l’involucro “A 1802, soggiorno”
RADIAZIONE MASSIMA MENSILE VETRO SEMPLICE [W/m2]
agosto N E S O
40° 34 510 321 510
45° 34 503 378 503
43° 34 507 349 507
RADIAZIONE MASSIMA MENSILE VETRO SEMPLICE
ORA NORD EST SUD OVEST
6 0,81 0,34 0,44 0,6
7 0,84 0,44 0,37 0,42
8 0,86 0,54 0,39 0,44
9 0,89 0,58 0,43 0,39
10 0,91 0,57 0,5 0,34
11 0,93 0,51 0,57 0,31
12 0,93 0,44 0,64 0,29
13 0,94 0,39 0,68 0,28
14 0,94 0,34 0,7 0,33
15 0,95 0,31 0,68 0,43
16 0,95 0,28 0,63 0,51
17 0,95 0,24 0,53 0,57
FINESTRE SUD FINESTRA NORD
FCR1 FCR2 FCR3 q1 [W/m2] FCR1 FCR2 FCR3 q2 [W/m2]
1,17 0,12 0,44 21,58544388 1,17 0,12 0,81 3,83483646
1,17 0,12 0,37 18,15139599 1,17 0,12 0,84 3,97686744
1,17 0,12 0,39 19,13255253 1,17 0,12 0,86 4,07155476
1,17 0,12 0,43 21,09486561 1,17 0,12 0,89 4,21358574
1,17 0,12 0,5 24,5289135 1,17 0,12 0,91 4,30827306
1,17 0,12 0,57 27,96296139 1,17 0,12 0,93 4,40296038
1,17 0,12 0,64 31,39700928 1,17 0,12 0,93 4,40296038
1,17 0,12 0,68 33,35932236 1,17 0,12 0,94 4,45030404
1,17 0,12 0,7 34,3404789 1,17 0,12 0,94 4,45030404
1,17 0,12 0,68 33,35932236 1,17 0,12 0,95 4,4976477
1,17 0,12 0,63 30,90643101 1,17 0,12 0,95 4,4976477
1,17 0,12 0,53 26,00064831 1,17 0,12 0,95 4,4976477
FINESTRA EST FINESTRA OVEST
FCR1 FCR2 FCR3 q3 [W/m2] FCR1 FCR2 FCR3 q4 [W/m2]
1,17 0,12 0,34 24,20077296 1,17 0,12 0,6 42,7072464
1,17 0,12 0,44 31,31864736 1,17 0,12 0,52 37,01294688
1,17 0,12 0,54 38,43652176 1,17 0,12 0,44 31,31864736
1,17 0,12 0,58 41,28367152 1,17 0,12 0,39 27,75971016
1,17 0,12 0,57 40,57188408 1,17 0,12 0,34 24,20077296
1,17 0,12 0,51 36,30115944 1,17 0,12 0,31 22,06541064
1,17 0,12 0,44 31,31864736 1,17 0,12 0,29 20,64183576
1,17 0,12 0,39 27,75971016 1,17 0,12 0,28 19,93004832
1,17 0,12 0,34 24,20077296 1,17 0,12 0,33 23,48898552
1,17 0,12 0,31 22,06541064 1,17 0,12 0,43 30,60685992
1,17 0,12 0,28 19,93004832 1,17 0,12 0,51 36,30115944
1,17 0,12 0,24 17,08289856 1,17 0,12 0,57 40,57188408
Siamo quindi passati al calcolo della trasmissione attraverso gli infissi tramite la formula:
Q=U∗∆T [W /m2]
Sono stati necessari quindi la determinazione della differenza di temperatura oraria tra interno ed esterno (ΔT) e la trasmittanza degli infissi(U).
T int 26
ORA T est U [W/m2K] q1 [W/m2]
6 19,44 3,4 -22,304
7 20,04 3,4 -20,264
8 21,12 3,4 -16,592
9 22,68 3,4 -11,288
10 24,48 3,4 -5,168
11 26,52 3,4 1,768
12 28,44 3,4 8,296
13 29,88 3,4 13,192
14 30,84 3,4 16,456
15 31,2 3,4 17,68
16 30,84 3,4 16,456
17 30 3,4 13,6
FINESTRE SUD FINESTRE NORD
U 1,717 U 1,717
ORA DELTA T U [W/m2K] q1 [W/m2] ORA DELTA T U [W/m2K] q2 [W/m2]
6 -6,56 1,717 -11,26352 6 -6,56 1,717 -11,26352
7 -5,96 1,717 -10,23332 7 -5,96 1,717 -10,23332
8 -4,88 1,717 -8,37896 8 -4,88 1,717 -8,37896
9 -3,32 1,717 -5,70044 9 -3,32 1,717 -5,70044
10 -1,52 1,717 -2,60984 10 -1,52 1,717 -2,60984
11 0,52 1,717 0,89284 11 0,52 1,717 0,89284
12 2,44 1,717 4,18948 12 2,44 1,717 4,18948
13 3,88 1,717 6,66196 13 3,88 1,717 6,66196
14 4,84 1,717 8,31028 14 4,84 1,717 8,31028
15 5,2 1,717 8,9284 15 5,2 1,717 8,9284
16 4,84 1,717 8,31028 16 4,84 1,717 8,31028
17 4 1,717 6,868 17 4 1,717 6,868
FINESTRE est FINESTRE ovest
U 2,4 U 2,4
ORA DELTA T U [W/m2K] q3 [W/m2] ORA DELTA T U [W/m2K] q4 [W/m2]
6 -6,56 2,4 -15,744 6 6,56 2,4 -46,656
7 -5,96 2,4 -14,304 7 5,96 2,4 -48,096
8 -4,88 2,4 -11,712 8 4,88 2,4 -50,688
9 -3,32 2,4 -7,968 9 3,32 2,4 -54,432
10 -1,52 2,4 -3,648 10 1,52 2,4 -58,752
11 0,52 2,4 1,248 11 -0,52 2,4 -63,648
12 2,44 2,4 5,856 12 -2,44 2,4 -68,256
13 3,88 2,4 9,312 13 -3,88 2,4 -71,712
14 4,84 2,4 11,616 14 -4,84 2,4 -74,016
15 5,2 2,4 12,48 15 -5,2 2,4 -74,88
16 4,84 2,4 11,616 16 -4,84 2,4 -74,016
17 4 2,4 9,6 17 -4 2,4 -72
Contributo pareti opache
Successivamente si è passati ad analizzare le rientrate di calore attraverso le superfici opache influenzate in particolare da due effetti congiunti:
Differenza di temperatura tra esterno e interno; Contributo della radiazione solare responsabile dell'amplificazione dello scambio termico.
La formula per il calcolo si modifica quindi con una differenza di temperatura equivalente ricavabile dalla tabella seguente (considerando una massa frontale del muro di 300 kg/m^2):
Figura 4:intervallo di temperature per muri in base all'esposizione
Tali valori fanno riferimento a una temperatura dell’aria esterna di 34 °C e una dellaaria interna di 26 °C, con un escursione giornaliera di 11 °C relativamente al mese diLuglio.In condizioni diverse da quelle citate occorrerà apportare le seguenti correzioni:Con riferimento ad un’escursione di 11 °C ma con ΔTa.e./a.a. °C, il ΔTequiv dovràessere così corretto:ΔTequiv. eff. = ΔTequiv. tab. + [( Ta.e. – Ta.a.) – (34 – 26)]Coeff. Corr. = [( Ta.e. – Ta.a.) – (34 – 26)] (1)doveTa.a. è la temperatura dell’aria ambiente;Ta.e. è la temperatura dell’aria esterna;Inoltre, per ogni grado in meno rispetto agli 11°C di escursione termica giornaliera,bisognerà sommare 0.5 °C al valore ricavato dalla (1) per avere valore correttivocomplessivo; per ogni grado in più rispetto agli 11°C di escursione termica giornaliera, occorrerà sottrarre 0.5 °C al valore ricavato dalla (1) per avere valore correttivo complessivo.Invece la temperatura di vani interni non raffrescati è stata considerata pari a quella esterna diminuita di tre gradi(sempre apportando le correzioni menzionate precedentemente). Si riportano le differenze di temperatura da usare nel calcolo del carico termico, già corrette.
escursione 5,5Taa 31,2Tae 26
PARETI CORRETTOORA NORD EST SUD OVEST
8 -2,55 -0,35 -2,55 -0,359 -1,95 11,25 -1,95 -0,35
10 -1,45 16,35 -1,45 -0,3511 -0,85 16,85 3,55 0,7512 -0,35 16,85 6,35 1,8513 1,25 10,15 10,75 3,5514 2,95 7,35 13,05 5,2515 4,15 6,85 13,55 10,1516 5,25 6,35 14,05 14,0517 5,75 6,85 12,45 18,5518 6,35 7,35 10,75 21,8519 6,35 6,85 10,75 22,45
Sono state calcolate le dispersioni per metro quadro delle singole pareti moltiplicando la trasmittanza della parete per il ΔT trovato. Si fa notare che la trasmittanza è stata aumentata di un opportuno fattore correttivo che tiene conto dei ponti termici(50% in più). Si riportano i risultati ottenuti.
PARETE EST PARETE SUDPARETE NORD
PARETE OVEST PORTA
U 0,254 U 0,254 U 0,254 U 0,254 U 0,63
ORA [W/m2]
ORA [W/m2] ORA [W/m2] ORA [W/m2]
ORA
[W/m2]
8-
0,0889 8 -0,635 8 -0,6477 8 -0,0889 8 -0,1899 2,8575 9 -0,4826 9 -0,4953 9 -0,0889 9 -0,189
10 4,1529 10 -0,3556 10 -0,3683 10 -0,0889 10 -0,18911 4,2799 11 0,9144 11 -0,2159 11 0,1905 11 0,50412 4,2799 12 1,6256 12 -0,0889 12 0,4699 12 1,19713 2,5781 13 2,7432 13 0,3175 13 0,9017 13 2,26814 1,8669 14 3,3274 14 0,7493 14 1,3335 14 3,33915 1,7399 15 3,4544 15 1,0541 15 2,5781 15 6,42616 1,6129 16 3,5814 16 1,3335 16 3,5687 16 8,88317 1,7399 17 3,175 17 1,4605 17 4,7117 17 11,71818 1,8669 18 2,7432 18 1,6129 18 5,5499 18 13,79719 1,7399 19 2,7432 19 1,6129 19 5,7023 19 14,175
Carichi interniUn contributo non trascurabile per la definizione del carico termico totale dell’impianto di raffreddamento è rappresentato dai contributi di calore sensibile e latente, generato all’interno dell’ambiente, da parte di:
Persone; Illuminazione; Apparecchiature/macchine presenti in ambiente.
Per quanto riguarda le persone si sono ricavati i dati di calore latente e sensibile emessi in base alla temperatura a bulbo secco(26°C) e all’attività svolta, prevalentemente seduto e a riposo.
Figura 5: carico latente e sensibile per persona
Si riportano a titolo esemplificativo i risultati ottenuti per l’involucro A1802 considerando un massimo di 8 persone
PERSONE
W/persona persone TOTALE [W]
SENSIBLE 63,95277778 8 511,6222222
LATENTE 40,69722222 8 325,5777778
Un valore abbastanza utilizzato per la stima dei carichi dovuti all’illuminazione è12 W/m2.
ILLUMINAZIONE W/m2 m2 TOTALE [W]SENSIBILE 12 25,16 301,92
Alla definizione del carico termico totale contribuiscono altre sorgenti come macchine fotocopiatrici, computer, stampanti ecc. , per i quali si può considerare mediamente un valore di 20 ÷ 20 W/m2.
APPARECCHIATURE W/m2 m2 TOTALE [W]STMAPANTI-PC-MONITOR 20 25,16 503,2
Infiltrazioni d’aria
In questo paragrafo vengono mostrate come sono stati calcolati i carichi termici dovuti all’immissione di aria presa alle condizioni esterne
Contributo sensibile
Per il contributo sensibile la formula utilizzata è stata: Q=ρ×Cp×V × ΔT , dove:
ρ è la densità dell’aria a 25°C(1,23kg/m^3) Cp è il calore specifico dell’aria(1008 J/kg K) V è la portata d’aria di rinnovo dovuta a ragioni ingienico-sanitarie come calcolata per il
caso invernale(0,0085 m3
sa persona nel caso del soggiorno A1802 come da norma UNI
10339)*
ΔT è la differenza di temperatura tra interno ed esterno
* La norma suggerisce a seconda della destinazione d’uso un valore di una Qop. Tale valore deve essere diviso per 10-3 e successivamente moltiplicato per il numero di persone presenti nell’involucro.
Sempre a titolo d’esempio si riporta il calcolo sviluppato sulla medesima stanza:
VENTILAZIONE SENSIBLE
ORA T EST T INT delta T Csens [J/kgK]rho [kg/m3]
V [m3/sec] W
6 19,44 26 -6,56 1008 1,23 0,085-
691,334784
7 20,04 26 -5,96 1008 1,23 0,085-
628,102944
8 21,12 26 -4,88 1008 1,23 0,085-
514,285632
9 22,68 26 -3,32 1008 1,23 0,085-
349,882848
10 24,48 26 -1,52 1008 1,23 0,085-
160,18732811 26,52 26 0,52 1008 1,23 0,085 54,80092812 28,44 26 2,44 1008 1,23 0,085 257,14281613 29,88 26 3,88 1008 1,23 0,085 408,89923214 30,84 26 4,84 1008 1,23 0,085 510,07017615 31,2 26 5,2 1008 1,23 0,085 548,0092816 30,84 26 4,84 1008 1,23 0,085 510,07017617 30 26 4 1008 1,23 0,085 421,5456
Contributo latente
La formula utilizzata per il contributo latente è stataQ=ρ×r×V ×Δx , dove:
r è il calore latente di vaporizzazione dell’acqua(2500 J/g) Δx è la differenza di umidità assoluta tra interno ed esterno, entrambe sono state calcolate
dal diagramma psicrometrico. La temperatura e l’umidità relativa all’interno vengono considerate costanti T=26°C e U.R.=50 %(x = 10,8 g vap/kg a.s.); l’umidità relativa esterna invece è fissata al 75% e le temperature sono variabili a seconda delle ore della giornata.
A titolo d’esempio si riporta il calcolo della stessa stanza A1802:
VENTILAZIONE
LATENTE
ORA
T EST
UR est
Xest [g/kg]
Tint
Urint
Xint [g/kg]
calore latente [J/g]
rho [kg/m3]
V [m3/sec] W
619,4
4 75 10,5 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 -78,4125
720,0
4 75 11 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 52,275
821,1
2 75 11,5 26 50 10,8 2500 1,23 0,085182,962
5
922,6
8 75 12 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 313,65
1024,4
8 75 14 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 836,4
1126,5
2 75 16 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 1359,15
1228,4
4 75 18 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 1881,9
1329,8
8 75 20 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 2404,65
1430,8
4 75 21 26 50 10,8 2500 1,23 0,0852666,02
5
15 31,2 75 21,5 26 50 10,8 2500 1,23 0,0852796,71
25
1630,8
4 75 21 26 50 10,8 2500 1,23 0,0852666,02
517 30 75 20 26 50 10,8 2500 1,23 0,085 2404,65
1.4 Considerazioni finaliA questo punto tutti i contributi elencati fino ad ora sono stati sommati ora per ora e per ogni singola stanza. Successivamente sono stati confrontati i valori, da ciò ne segue un picco di richiesta energetica alle ore 15. Si riporta la tabella riepilogativa sempre per la stessa stanza a sud-ovest.
TOTALE
RADIAZIONE
SOLARE
ATTRAVERSO IL VETRO sud
[W]
RADIAZIONE
SOLARE
ATTRAVERSO IL VETR
O ovest [W]
TRASMISSIONE
DI CALO
RE ATTRAVERSO I
VETRI [W]
TRASMISSIONE
DI CALO
RE ATTRAVERSO I
VETRI [W]
TASMISSIO
NE ATTRAVER
SO PARETI sud
[W]
TASMISSIO
NE ATTRAVER
SO PARE
TI ovest [W]
TASMISSIO
NE ATTRAVER
SO PARETI 3 [W]
TASMISSIONE
ATTRAVER
SO PARETI 4 [W]
TRASMISSIONE TTRAVERS
O TETT
O INDUSTRIALE [W]
PERSONE
SENSIBILE [W]
PERSONE LATENTE [W]
APPARECCHIATU
RE SENSIBILE + ILLUMINAZIONE [W]
VENTILAZIO
NE SENSIBILE [W]
VENTILAZIO
NE LATENTE [W]
TOTALE [W}
6130,6351064
16,39958262
-85,24231936
-51,3216
511,6222222
325,5777778
805,12
-691,3347
84
-78,4125
883,0434856
7109,8522485
14,21297
16
-77,44576576
-52,9056
511,6222222
325,5777778
805,12
-628,1029
44
52,275
1060,20591
8115,7902079
12,02636059
-63,41196928
-55,7568
-2,798445
-1,662785
6
511,6222222
325,5777778
805,12
-514,2856
32
182,9625
1315,183437
9127,6661267
10,65972
87
-43,14092992
-59,8752
-2,126818
2
-1,662785
6
511,6222222
325,5777778
805,12
-349,8828
48
313,65
1637,607274
10148,4489845
9,293096817
-19,75126912
-64,6272
-1,567129
2
-1,662785
6
511,6222222
325,5777778
805,12
-160,1873
28
836,4
2388,666369
11169,2318423
8,473117686
6,757013
12
-70,0128
4,029760
8
3,563112
511,6222222
325,5777778
805,12
54,80092
8
1359,15
3178,312974
12190,0147002
7,926464932
31,70598464
-75,0816
7,164019
2
8,789009
6
511,6222222
325,5777778
805,12
257,1428
16
1881,9
3951,881395
13201,8906189
7,653138555
50,41771328
-78,8832
12,08928
24
16,86539
68
511,6222222
325,5777778
805,12
408,8992
32
2404,65
4665,902182
14207,8285783
9,019770
44
62,89219904
-81,4176
14,66385
18
24,94178
4
511,6222222
325,5777778
805,12
510,0701
76
2666,025
5056,34376
15201,8906189
11,75303421
67,57013
12
-82,368
15,22354
08
48,22078
24
511,6222222
325,5777778
805,12
548,0092
8
2796,712
5
5249,331888
16187,0457205
13,93964522
62,89219904
-81,4176
15,78322
98
66,74896
48
511,6222222
325,5777778
805,12
510,0701
76
2666,025
5083,407335
17157,3559236
15,57960349
51,97702
4-79,2
13,99222
5
88,12763
68
511,6222222
325,5777778
805,12
421,5456
2404,65
4716,348013
Superficie [m2]
6,052 0,384 7,568 1,1 4,40718,70
4
Fatte tali considerazioni, è stata tracciata una tabella riassuntiva per l’intero livello che mostra le dispersioni estive di ogni singolo involucro.
NUM. TOTALE
A 1801 1315,463A 1802 5249,332A 1803 2248,977A 1805 4409,404A 1809 2295,844A 1810 1562,091A 1811 2260,298A 1813 4409,535A 1816 2267,817A 1818 2234,776A 1825 472,543A 1826 7768,562A 1827 1903,981A 1828 1523,651
A 1829 1846,963A 1831 1459,758A 1832 3510,048A 1833 2416,268A 1834 2074,287A 1840 4058,663A 1842 4062,503A 1845 2081,007A 1847 2114,528A 1850 3297,142
62328,44