Simulazione di progettazione bio - climatica di una Biblioteca.
Analisi della termofisica dell'edificio. Confronto tra Palermo e Ryad.
Il corso è stato tenuto dal Prof. Maurizio Cellulare e dall. Ing Francesco Guarino.
Il progetto è stato realizzato insieme alle colleghe
Alessandra Abinante Fina
Mariavincenza Cavaretta
Non - steady state building analysis & Design with climate
1. Università degli Studi di Palermo
Scuola Politecnica
Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica e Nucleare
Non-steady state building analysis & Design with climate
Building Physics and LCA of Energy Systems – Module 1
Prof. Maurizio Cellura
A.A. 2017/2018
Alessandra Abinante Fina
Mariavincenza Cavarretta
Angelo Cuva
1
2. Non-steady state building analysis & Design with climate
Summary
1. Differenze geografiche e climatiche tra Palermo e Riyad
2. Geometria, uso e zone termiche dell’edificio nel caso iniziale
3. Analisi delle prestazioni energetiche dell’edificio – Riyad
4. Analisi delle prestazioni energetiche dell’edificio –Palermo
5. Interventi di efficientamento energetico– Riyad
6. Analisi incidenza interventi di retrofit e migliore scenario - Riyad
7. Interventi di efficientamento-Palermo
8. Analisi incidenza interventi di retrofit e migliore scenario -Palermo
Università degli Studi di Palermo
Scuola Politecnica
Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica e Nucleare
2
C
7. Geometria, uso e orientamento dell’edificio
Numero piani 2
Superficie finestrata
totale [m²]
79
Superficie calpestabile
totale [m²]
280
Volume [m³] 1312
Destinazione d’uso Biblioteca
Orario di apertura Lun- Ven
08:00 – 19:00
Posti a sedere 128
10,4m
7
a
8. Geometria, uso e orientamento dell’edificio
Facciata
Sud
Facciata
Ovest
Facciata Est
Facciata
Nord
8
a
9. Sistemi di ombreggiamento
Gli unici elementi di ombreggiamento
presenti nell’edificio del caso iniziale
sono quattro colonne disposte
simmetricamente agli angoli della
struttura.
9
a
10. Zone Termiche dell’edificio – Piano Terra
Superficie calpestabile [m²] 92
Superficie esterna [m²] 124
Superficie finestrata [m²] 41
WWR [%] 33
Potenza Corpi Illuminanti [W/m²] 5
SetPoint Temperature [°C] 20/26
SetPoint Illuminanza [lux] 500
Orario di riferimento
24:00
08:00
08:00
10:00
10:00
19:00
19:00
24:00
Persone numero 0 30 50 0
Attività
Metabolica
[W/persona] 0 100 100 0
N
Apparecchiature
Elettriche
[W/m²] 0 12 20 0
Impianto di
condizionamento
- Off On On Off
Luci - Off On On Off
Vent. Meccanica [ach] 0 2,7 2,7 0
Vent. Naturale [% Opening Area] 6 60 60 6
10
m
11. Zone Termiche dell’edificio – Primo Piano
Superficie calpestabile [m²] 176
Superficie esterna [m²] 280
Superficie finestrata [m²] 36
WWR [%] 13
Potenza Corpi Illuminanti [W/m²] 5
SetPoint Temperature [°C] 20/26
SetPoint Illuminanza [lux] 500
Orario di riferimento
24:00
08:00
08:00
10:00
10:00
19:00
19:00
24:00
Persone numero 0 47 78 0
Attività
Metabolica
[W/persona] 0 100 100 0
Apparecchiature
Elettriche
[W/m²] 0 12 20 0
Impianto di
condizionamento
- Off On On Off
Luci - Off On On Off
Vent. Meccanica [ach] 0 1,5 1,5 0
Vent. Naturale [% Opening Area] 6 60 60 6
N
11
C
12. Zone Termiche «secondarie» dell’edificio
Bagni e Vano Ascensore
Bagno Ascensore
Superficie calpestabile [m²] 4,5 3
Superficie esterna [m²] 18 8
Superficie finestrata [m²] 1 0
Potenza Corpi Illuminanti [W/m²] 5 5
SetPoint Temperature [°C] 20/26 20/26
SetPoint Illuminanza [lux] 500 500
Bagno Ascensore
Orario di riferimento
24:00
08:00
08:00
19:00
19:00
24:00
24:00
08:00
08:00
19:00
19:00
24:00
Persone numero 0 1 0 0 4 0
Attività
Metabolica
[W/persona] 0 60 0 0 60 0
Apparecchiature
Elettriche
[W/m²] 0 0 0 0 0 0
Impianto di
condizionamento
- Off On Off Off On Off
Luci - Off On Off Off On Off
Vent. Meccanica [ach] 0 8 0 0 0 0
Vent. Naturale
[% Opening
Area]
5 50 5 0 0 0
12
a
15. Analisi delle prestazioni energetiche
dell’edificio- Riyad Analisi del livello di comfort in free floating
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Piano Terra
% of comfort (0 m/s) 0,3%
% of comfort (1 m/s) 5,5%
Hrs of discomf. (0 m/s) 4366 h
Hrs of discomf. (1 m/s) 4140 h
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Primo Piano
% of comfort (0 m/s) 1,2%
% of comfort (1 m/s) 8,5%
Hrs of discomf. (0m/s) 4327 h
Hrs of discomf. (1m/s) 4007 h
15
a
19. Analisi delle prestazioni energetiche dell’edificio
Riyad Primo Piano - Settimana Estiva
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
07/16 24:00:00 07/17 24:00:00 07/18 24:00:00 07/19 24:00:00 07/20 24:00:00 07/21 24:00:00 07/22 24:00:00
[°C]
[kWh/m2]
Energia per Raffrescamento Apporti di Calore per Ventilazione Mecc. Perdite di Calore per Vent. Mecc
Temperatura esterna Temperatura Interna
19
m
20. Analisi delle prestazioni energetiche
dell’edificio- Riyad Considerazioni
Energia Elettrica
per Illuminazione
Energia Elettrica per
Apparecchiature
Totale
Energia
Elettrica
Energia Termica per
Riscaldamento
Energia Termica per
Raffrescamento
Totale Energia
Termica
[kWh/m²] 2.8 68.6 71.3 1.1 295.5 296.6
• Gli interventi di efficientamento energetico per l’edificio a Riyad
avranno l’obiettivo di minimizzare il fabbisogno di energia
termica per raffrescamento;
• I Consumi energetici degli apparecchi ( PC, Smartphone,
Stampanti etc ) non possono presentare margini di
miglioramento;
• Le zone termiche del Piano Terra e del Primo Piano saranno
quelle oggetto di analisi più dettagliate in quanto le restanti zone
termiche rappresentano il 4 % della superfice totale.
20
c
21. Analisi delle prestazioni energetiche
dell’edificio-Palermo Analisi del livello di comfort in free floating
Piano Terra
% of comfort (0 m/s) 1,1%
% of comfort (1 m/s) 15,6%
Hrs of discomf. (0m/s) 4330 h
Hrs of discomf. (1m/s) 3698 h
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Primo Piano
% of comfort (0 m/s) 2,6%
% of comfort (1 m/s) 15,8%
Hrs of discomf. (0m/s) 4265 h
Hrs of discomf. (1m/s) 3686 h
21
c
25. Analisi delle prestazioni energetiche dell’edificio
Palermo Primo Piano - Settimana Estiva
10
15
20
25
30
35
40
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
07/16 24:00:00 07/17 24:00:00 07/18 24:00:00 07/19 24:00:00 07/20 24:00:00 07/21 24:00:00 07/22 24:00:00
[°C]
[kWh/m2]
Energia Per Raffrescamento Apporti di Calore per Vent. Meccanica Perdite di Calore per Vent. Meccanica
Perdite di Calore per Vent. Naturale Temperatura Esterna Temperatura Interna
25
a
26. Analisi delle prestazioni energetiche
dell’edificio- Palermo Considerazioni
• Anche per l’edificio a Palermo gli interventi di efficientamento
energetico avranno l’obiettivo di minimizzare il fabbisogno di
energia termica per raffrescamento;
• I Consumi energetici degli apparecchi ( PC, Smartphone, Stampanti
etc ) non possono presentare margini di miglioramento;
Energia Elettrica
per
Illuminazione
Energia Elettrica
per
Apparecchiature
Totale
Energia
Elettrica
Energia Termica
per
Riscaldamento
Energia Termica
per
Raffrescamento
Totale
Energia
Termica
[kWh/m²] 3.4 68.6 71.94 6 97 103
26
m
27. Interventi di Efficientamento Energetico Riyad
• Sostituzione Finestre
• Aumento Massa Termica
• Sistemi di ombreggiamento
• Ottimizzazione Impianto Termico e Ventilazione Notturna
• Sostituzione Lampade
• Isolamento Tetto
27
m
28. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Sostituzione
Finestre
Caso Iniziale
U SHGC TSOL TVIS
[W/m2·K] [adim] [adim] [adim]
Single Clear 6mm 5.894 0.905 0.899 0.913
Double Clear 3mm/13mm
Arg
3.058 0.7 0.604 0.781
Double Ref-A-H Clear
6mm/6mm Air
2.416 0.234 0.127 0.181
Double Ref-A-M Clear
6mm/6mm Air
2.305 0.185 0.088 0.127
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia
Termica
totale
Risparmio
energia
termica
rispetto al caso
iniziale
Energia
elettrica
illuminazione
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia
elettrica
rispetto al
caso iniziale
[kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Caso iniziale 1.12 295.45 296.57 [-] 2.76 71.33 [-]
Double Clear
3mm/13mm Arg
0.9 291.6 292.5 1.4 2.86 71.43 -0.14
Double Ref-A-H
Clear 6mm/6mm
Air
2.4 245.1 247.5 16.5 15.5 84.08 -17.9
Double Ref-A-M
Clear 6mm/6mm
Air
2.7 240.1 242.8 18.1 16.7 85.28 -19.6
28
a
29. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Energia
Termica
totale
Risparmio
energia
termica
rispetto al
caso iniziale
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia
elettrica
rispetto al
caso
iniziale
[kWh/m²] [%] [kWh/m²] [%]
Double Ref-A-
M Clear
6mm/6mm Air
242.8 18.1 85.28 -19.6
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Piano Terra Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 7,6% 0,3%
% of comfort (1 m/s) 22% 5,5%
Hrs of discomf. (0m/s) 4045 h 4366 h
Hrs of discomf. (1m/s) 3398 h 4140 h
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Primo Piano Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 6,1% 1,2%
% of comfort (1 m/s) 19% 8,5%
Hrs of discomf. (0m/s) 4113 h 4327 h
Hrs of discomf. (1m/s) 3567 h 4007 h
• Sostituzione
Finestre
• Ventilazione
naturale
Benefici:
Riduzione del 18% dei consumi di
energia termica rispetto al caso
iniziale.
Svantaggi:
Aumento di consumi per
illuminazione
29
a
30. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Blocco di cemento
Spessore Conducibilità Density Calore specifico
[m] [W/m·K] [kg/m3] [J/kg·K]
0,25 0,333 760 840
Caso Iniziale
Spessore
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia
Termica
totale
Risparmio energia
termica rispetto al
caso iniziale
Energia elettrica
illuminazione
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia elettrica
rispetto al caso
iniziale
[m] [kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Caso iniziale 1.12 295.45 296.57 [-] 2.76 71.33 [-]
0,35 2.5 238.3 240.8 18.8 16.71 85.28 -19.6
0,45 2.34 237.10 239.44 19.26 - - -
0,55 2.27 235.99 238.26 19.66 - - -
0,65 2.23 234.38 236.61 20.22 - - -
Aumento Massa
Termica
20
25
30
35
40
45
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
[°C]
Sfasamento del picco
Temperatura esterna Temperatura interna
30
C
31. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Spessore
Energia
Termica
totale
Risparmio
energia
termica
rispetto al
caso iniziale
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia
elettrica
rispetto al
caso
iniziale
[m] [kWh/m²] [%] [kWh/m²] [%]
0,55 238.26 19.66 85.28 -19.6
Aumento Massa
Termica
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Piano Terra Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 7.4% 0,3%
% of comfort (1 m/s) 22.0% 5,5%
Hrs of discomf. (0m/s) 4057 h 4366 h
Hrs of discomf. (1m/s) 3417 h 4140 h
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Primo Piano Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 5.4% 1,2%
% of comfort (1 m/s) 17.9% 8,5%
Hrs of discomf. (0m/s) 4145 h 4327 h
Hrs of discomf. (1m/s) 3598 h 4007 h
Benefici:
Riduzione del 19,7% dei consumi di
energia termica rispetto al caso
iniziale.
Svantaggi:
Costo materiale
31
C
32. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia
Termica
totale
Risparmio
energia
termica
rispetto al
caso iniziale
Energia elettrica
illuminazione
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia
elettrica
rispetto al
caso iniziale
[kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Caso iniziale 1.12 295.45 296.57 [-] 2.76 71.33 [-]
Opzione 1 2.50 225.25 227.75 23.20 17.26 85.83 -20,32
Opzione 2 2.64 222.95 225.59 23.93 17.27 85.84 -20,34
Opzione 3 2.81 220.09 222.90 24.84 18.03 86.6 -21,4
Opzione 4 2.50 226.19 228.69 22.89 16.91 85.48 -19,8
Gli unici elementi di ombreggiamento presenti nell’edificio del caso
iniziale sono quattro colonne disposte simmetricamente agli angoli
della struttura.
Sono stati analizzati i risultati derivanti dall’installazione di quattro
opzioni aventi sistemi fissi di ombreggiamento con dimensioni diverse.
Tutti i calcoli sono stati svolti sulla base di una preliminare
incassatura di 20 cm delle finestre, come mostrato in figura.
Sistemi di
ombreggiamento
32
m
34. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Energia
Termica
totale
Risparmio
energia
termica
rispetto al
caso iniziale
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia
elettrica
rispetto al caso
iniziale
[kWh/m²] [%] [kWh/m²] [%]
Shading
Ottimale
228.69 22.89 85.48 -19,8
Sistemi di
ombreggiamento
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Piano Terra Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 8.3% 0,3%
% of comfort (1 m/s) 23.3% 5,5%
Hrs of discomf. (0m/s) 4015 h 4366 h
Hrs of discomf. (1m/s) 3358 h 4140 h
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Primo Piano Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 6.1% 1,2%
% of comfort (1 m/s) 18.7% 8,5%
Hrs of discomf. (0m/s) 4111 h 4327 h
Hrs of discomf. (1m/s) 3561 h 4007 h
Benefici:
Riduzione del 23% dei consumi di
energia termica rispetto al caso
iniziale.
Svantaggi:
Lieve aumento dei costi energetici
per illuminazione.
34
m
35. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Ottimizzazione
impianto termico
Un ulteriore intervento di retrofit può essere effettuato variando le temperature di set point del
termostato. Come è possibile vedere dal grafico la temperatura di comfort secondo la teoria del
comfort adattivo (ASHRAE 55) risulta essere di 30 ° C.
Energia per
riscaldamento
Energia per raffrescamento
[kWh/m²]
Energia Termica
totale
[kWh/m²]
Risparmio energia
termica rispetto al
caso iniziale
[kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Caso iniziale 1.12 295.45 296.57 [-]
Set-Point 20/29 °C 3.69 156.54 160.23 45.97
HVAC Template Ideal
Load Air System
Costant Heating SetPoint Costant Cooling SetPoint
[°C] [°C]
20 26
Caso Iniziale
Intervento di
Retrofit
HVAC Template Ideal
Load Air System
Costant Heating SetPoint Costant Cooling SetPoint
[°C] [°C]
20 29
35
m
36. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Ottimizzazione
ventilazione
notturna
Inoltre è stato introdotto un sistema di ventilazione notturna durante i mesi
più caldi con le seguenti caratteristiche:
Periodo di riferimento
15 Aprile
30 Settembre
Orario di riferimento
24:00
06:00
06:00
08:00
08:00
19:00
19:00
24:00
Vent. Notturna Piano Terra
[ach]
1,3 0 2,7 0
Vent. Notturna Primo Piano 0,75 0 1,5 0
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia Termica
totale
Risparmio energia
termica rispetto al
caso iniziale
[kWh/m²] [%] [kWh/m²] [%]
Caso iniziale 1.12 295.45 296.57 [-]
Ventilazione Notturna 3.69 155.06 158.75 46.47
Benefici:
Riduzione del 46,5% dei consumi di energia termica rispetto al caso iniziale.
Svantaggi:
Lieve aumento dei consumi di energia termica per il riscaldamento
36
C
37. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Piano Terra - Analisi profili orari - Settimana Estiva
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
07/16 24:00:00 07/17 24:00:00 07/18 24:00:00 07/19 24:00:00 07/20 24:00:00 07/21 24:00:00 07/22 24:00:00
[°C]
[kWh/m2]
Perdite di Calore per Vent. Mecc. [kWh/m2] Guadagni di Calore per Vent. Mecc. [kWh/m2] Perdite di Calore Vent. Nat.[kWh/m2]
Energia per Raffrescamento[kWh/m2] Temperatura Aria Esterna Temperatura Interna
37
C
38. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Primo Piano - Analisi profili orari - Settimana Estiva
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
07/16 24:00:00 07/17 24:00:00 07/18 24:00:00 07/19 24:00:00 07/20 24:00:00 07/21 24:00:00 07/22 24:00:00
Perdite di Calore per Vent. Mecc. [kWh/m2] Guadagni di Calore per Vent. Mecc. [kWh/m2] Perdite di Calore per Vent. Nat. [kWh/m2]
Energia Per Raffrescamento [kWh/m2] Temperature Aria Esterna Temperatura Aria Interna
38
C
39. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Ottimizzazione
Impianto
Illuminazione
L’aspetto riguardante l’illuminazione è di fondamentale importanza
per una biblioteca.
Caso Iniziale
Return
Air
Fraction
Fraction
Radiant
Fraction
Visible
Watt per
Area
[W/m2]
Efficienza
luminosa
[lm/W]
Number of
Stepped
Control
Steps
Illuminance
SetPoint [lux]
Fluorescenza 0,45 0,30 0,22 5 60 1 500
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia
Termica totale
Risparmio
energia termica
rispetto al caso
iniziale
Energia
elettrica
illuminazione
Risparmio energia
elettrica rispetto al
caso iniziale
[kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%] [kWh/m²] [%]
Caso iniziale 1.12 295.45 296.57 [-] 2.76 [-]
Fluorescenza 3.35 154.56 157.91 46.75 14.763 -16.83%
Induzione 0.95 158.63 159.58 46.19 13.287 -14.76%
LED 0.99 156.34 157.33 46.95 11.811 -12.69%
Return
Air
Fraction
Fraction
Radiant
Fraction
Visible
Watt per
Area
[W/m2]
Efficienza
luminosa
[lm/W]
Number of
Stepped
Control Steps
Illuminance
SetPoint [lux]
Fluorescenza 0,45 0,30 0,22 5 60 4 500
Induzione 0 0,1 0,22 4,5 80 4 500
LED 0 0,2 0,6 4 110 4 500
39
C
40. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Isolamento
termico tetto
Spessore
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia Termica
totale
Risparmio energia
termica rispetto al
caso iniziale
[m] [kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Caso iniziale 1.12 295.45 296.57 [-]
0,05 0.90 150.99 151.89 48.78
0,10 0.87 149.42 150.29 49.32
Caso Iniziale
Per quanto riguarda l’intervento di retrofit sull’isolamento termico del tetto è stato
ipotizzato di utilizzare il Polistirene espanso, avente le seguenti caratteristiche termofisiche.
Conducibilità Densità Calore specifico
[W/(m K)] [kg/m³] [J/(kg K)]
Polistirene espanso 0,038 80 1315
40
a
41. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Spessore
Energia
Termica
totale
Risparmio
energia termica
rispetto al caso
iniziale
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia
elettrica
rispetto al
caso iniziale
[%] [kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
0,05 151.89 48.78 80,38 12,7
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Piano Terra Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 9.2% 0,3%
% of comfort (1 m/s) 25.1% 5,5%
Hrs of discomf. (0m/s) 3978 h 4366 h
Hrs of discomf. (1m/s) 3279 h 4140 h
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Primo Piano Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 6.4% 0,3%
% of comfort (1 m/s) 19.7% 5,5%
Hrs of discomf. (0m/s) 4099 h 4366 h
Hrs of discomf. (1m/s) 3515 h 4140 h
Benefici:
Riduzione del 48,8% dei consumi di energia
termica rispetto al caso iniziale.
Leggero aumento delle ore di comfort
Svantaggi:
Costo materiale
Isolamento
termico tetto
41
a
42. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Analisi di incidenza interventi di retrofit
Intervento di retrofit
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia
Termica
totale
Risparmio energia
termica rispetto
al caso iniziale
Energia elettrica
apparecchiature
Energia
elettrica
illuminazione
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia elettrica
rispetto al caso
iniziale
[kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%] [kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Edificio 0 1.12 295.45 296.57 [-] 68.57 2.76 71.33 [-]
Sostituzione finestre 2.7 240.1 242.8 18.1 - 16.7 85.28 -19.6
Ottimizzazione
Impianto Termico
1,35 210,76 212,11 28,48 68,57 2,76 71.33 0
Aumento massa
termica, ventilazione
1.06 208.70 209.76 29.27 68.57 2.76 71.33 0
Sistemi di
ombreggiamento
1.32 268.26 269.58 9.10 68.57 2.86 71.43 -0.14
Isolamento termico
tetto
1.06 290.94 292.00 1.54 68.57 2.76 71.33 0
42
a
43. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Scenario migliore
Intervento di retrofit
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia
Termica
totale
Risparmio energia
termica rispetto
al caso iniziale
Energia elettrica
apparecchiature
Energia
elettrica
illuminazione
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia elettrica
rispetto al caso
iniziale
[kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%] [kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Edificio 0 1.12 295.45 296.57 [-] 68.57 2.76 71.33 [-]
Sostituzione finestre 2.7 240.1 242.8 18.1 - 16.7 85.28 -19.6
Aumento massa termica 2.27 235.99 238.26 19.66 - - - -
Sistemi di
ombreggiamento
2.50 226.19 228.69 22.89 - 16.91 85.48 -19,8
Ottimizzazione
impianto
3.69 155.06 158.75 46.47 - - - -
Sostituzione lampade 0.99 156.34 157.33 46.95 - 11.81 80,38 -12,7
Isolamento termico
tetto
0.90 150.99 151.89 48.78 - - - -
43
m
44. Interventi di Efficientamento Energetico - Riyad
Limitazione della potenza
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Piano Terra
Temperatura Aria Esterna Temperatura Aria Interna Energia per Raffrescamento
0
5
10
15
20
25
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
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 25 26
Primo Piano
Piano
terra
Primo
Piano
Potenza
Termica
Impianto
[kW]
15 24
44
m
45. Interventi di Efficientamento Energetico Palermo
• Sostituzione finestre
• Aumento massa termica
• Sistemi di ombreggiamento
• Ottimizzazione impianto termico e ventilazione notturna
• Sostituzione lampade
• Isolamento tetto
45
C
46. Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
Sostituzione
Finestre
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia
Termica
totale
Risparmio
energia
termica
rispetto al caso
iniziale
Energia
elettrica
illuminazione
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia
elettrica
rispetto al
caso iniziale
[kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Caso iniziale 6.00 96.95 102.95 [-] 3.36 71.93 [-]
Double Clear
3mm/13mm Arg
5.03 98.11 103.14 -0.19 3.54 72,11 -0,25
Double Ref-A-H
Clear 6mm/6mm
Air
9.09 73.65 82.74 19.63 15.52 84,1 -16,9
Double Ref-A-M
Clear 6mm/6mm
Air
9.68 71.33 81.01 21.31 17.03 85.06 -19
Caso Iniziale
U SHGC TSOL TVIS
[W/m2·K] [adim] [adim] [adim]
Single Clear 6mm 5.894 0.905 0.899 0.913
Double Clear 3mm/13mm
Arg
3.058 0.7 0.604 0.781
Double Ref-A-H Clear
6mm/6mm Air
2.416 0.234 0.127 0.181
Double Ref-A-M Clear
6mm/6mm Air
2.305 0.185 0.088 0.127
46
C
47. Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
Sostituzione
Finestre
Ventilazione Naturale
Energia
Termica
totale
Risparmio
energia
termica
rispetto al
caso iniziale
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia
elettrica
rispetto al
caso iniziale
[kWh/m²] [%] [kWh/m²] [%]
Double Ref-A-
M Clear
6mm/6mm Air
82.74 19.63 84,1 -19
Piano Terra Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 8.3% 1,1%
% of comfort (1 m/s) 39.4% 15,6%
Hrs of discomf. (0m/s) 4016 h 4330 h
Hrs of discomf. (1m/s) 2653 h 3698 h
Primo Piano Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 6.2% 2,6%
% of comfort (1 m/s) 32.7% 15,8%
Hrs of discomf. (0m/s) 4108 h 4265 h
Hrs of discomf. (1m/s) 2948 h 3686 h
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Benefici:
Riduzione del 19,6% dei consumi di
energia termica rispetto al caso
iniziale.
Svantaggi:
Aumento dei consumi per illuminazione
47
C
48. Aumento Massa
Termica
Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
Blocco di cemento
Spessore Conducibilità Density Calore specifico
[m] [W/m·K] [kg/m3] [J/kg·K]
0,25 0,333 760 840
Caso Iniziale
Spessore
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia Termica totale
Risparmio energia termica
rispetto al caso iniziale
[m] [kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Caso Iniziale 6.00 96.95 102.95 [-]
0,20 10.12 71.80 81.92 20.43
0,35 9.08 71.47 80.55 21.75
0,40 8.88 71.64 80.52 21.78
0,45 8.74 71.75 80.49 21.82
0,65 8.30 71.68 79.98 22.31
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
[°C]
Sfasamento del picco Temperatura esterna Temperatura interna
48
m
49. Aumento Massa
Termica
Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
Spessore
Energia
Termica totale
Risparmio energia
termica rispetto al caso
iniziale
[m] [kWh/m²] [%]
0,45 80.49 21.82
Piano Terra Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 7.8% 1,1%
% of comfort (1 m/s) 38.2% 15,6%
Hrs of discomf. (0m/s) 4037 h 4330 h
Hrs of discomf. (1m/s) 2706 h 3698 h
Primo Piano Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 4.8% 2,6%
% of comfort (1 m/s) 32.7% 15,8%
Hrs of discomf. (0m/s) 4170 h 4265 h
Hrs of discomf. (1m/s) 2947 h 3686 h
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Benefici:
Riduzione del 21,8% dei consumi di
energia termica rispetto al caso
iniziale.
Svantaggi:
Costo materiale
49
m
50. Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
Sistemi di
ombreggiamento
Gli unici elementi di ombreggiamento presenti nell’edificio del caso
iniziale sono quattro colonne disposte simmetricamente agli angoli
della struttura.
Sono stati analizzati i risultati derivanti dall’installazione di quattro
opzioni aventi sistemi fissi di ombreggiamento con dimensioni diverse.
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia
Termica
totale
Risparmio
energia termica
rispetto al caso
iniziale
Energia elettrica
illuminazione
Energia Elettrica
totale
Risparmio
energia elettrica
rispetto al caso
iniziale
[kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Caso iniziale 6.00 96.95 102.95 [-] 3.36 71.93 [-]
Opzione 1 8.94 69.12 78.06 24.17 17.163 85.733 -19.182%
Opzione 2 8.97 68.45 77.42 24.80 17.165 85.735 -19.185%
Opzione 3 9.01 67.68 76.69 25.50 17.171 85.741 -19.194%
Opzione 4 9.70 62.46 72.16 29.91 18.23 86.797 -20.661%
Tutti i calcoli sono stati svolti sulla base di una preliminare
incassatura di 20 cm delle finestre, come mostrato in figura.
50
a
52. Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
Sistemi di
ombreggiamento
Energia
Termica
totale
Risparmio
energia
termica
rispetto al
caso iniziale
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia
elettrica
rispetto al
caso iniziale
[kWh/m²] [%] [kWh/m²] [%]
Shading
Ottimale
76.69 25.50 85.741 -19.19%
Piano Terra Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 8.8% 1,1%
% of comfort (1 m/s) 39.6% 15,6%
Hrs of discomf. (0m/s) 3993 h 4330 h
Hrs of discomf. (1m/s) 2644 h 3698 h
Primo Piano Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 5.9% 2,6%
% of comfort (1 m/s) 33.6% 15,8%
Hrs of discomf. (0m/s) 4120 h 4265 h
Hrs of discomf. (1m/s) 2907 h 3686 h
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)Temperature (°C)
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
Benefici:
Riduzione del 25,5% dei consumi di
energia termica rispetto al caso iniziale.
Svantaggi:
Lieve aumento dei costi energetici per
illuminazione.
52
a
53. Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
Ottimizzazione
impianto termico
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
[kWh/m²]
Energia Termica
totale
[kWh/m²]
Risparmio energia termica
rispetto al caso iniziale
[kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Caso iniziale 6.00 96.95 102.95 [-]
Set-Point 20/27 °C 9.53 51.38 60.91 40.84
Un ulteriore intervento di retrofit può essere effettuato variando le temperature di set point del
termostato. Come è possibile vedere dal grafico la temperatura di comfort secondo la teoria del
comfort adattivo (ASHRAE 55) risulta essere di 27° C.
HVAC Template Ideal Load
Air System
Costant Heating SetPoint Costant Cooling SetPoint
[°C] [°C]
20 26
Caso Iniziale
HVAC Template Ideal Load
Air System
Costant Heating SetPoint Costant Cooling SetPoint
[°C] [°C]
20 27
Intervento di
Retrofit
53
a
54. Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
Ottimizzazione
ventilazione
notturna
Inoltre è stato introdotto un sistema di ventilazione notturna durante i mesi
più caldi con le seguenti caratteristiche:
Periodo di riferimento
15 Giugno
30 Settembre
Orario di riferimento
24:00
06:00
06:00
08:00
08:00
19:00
19:00
24:00
Vent. Notturna Piano Terra
[ach]
1,3 0 2,7 0
Vent. Notturna Primo Piano 0,75 0 1,5 0
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia Termica
totale
Risparmio energia
termica rispetto al
caso iniziale
[kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Caso iniziale 6.00 96.95 102.95 [-]
Ventilazione Notturna 9.53 50.83 60.36 41.37
Benefici:
Riduzione del 41,4% dei consumi di energia termica rispetto al caso iniziale.
Svantaggi:
Aumento dei consumi di energia termica per il riscaldamento
54
C
55. Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
Piano Terra - Analisi profili orari - Settimana Estiva
0
5
10
15
20
25
30
35
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
07/16 24:00:00 07/17 24:00:00 07/18 24:00:00 07/19 24:00:00 07/20 24:00:00 07/21 24:00:00 07/22 24:00:00
[°C]
[kWh/m2]
Perdite di Calore per Vent. Mecc. [kWh/m2] Guadagni di Calore per Vent. Mecc [kWh/m2]
Perdite di Calore per Vent. Nat.[kWh/m2] Energia per Raffrescamento [kWh/m2]
Temperatura Aria Esterna[C] Temperatura Aria Interna[C]
55
C
56. Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
0
5
10
15
20
25
30
35
-0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
07/16 24:00:00 07/17 24:00:00 07/18 24:00:00 07/19 24:00:00 07/20 24:00:00 07/21 24:00:00 07/22 24:00:00
[°C]
[kWh/m2]
Perdite di Calore per Vent. Mecc. [kWh/m2] Guadagni di Calore per Vent. Mecc [kWh/m2]
Perdite di Calore per Vent. Nat.[kWh/m2] Energia per Raffrescamento [kWh/m2]
Temperatura Aria Interna[C] Temperatura Aria Esterna[C]
Primo Piano - Analisi profili orari - Settimana Estiva
56
C
57. L’aspetto riguardante l’illuminazione è di fondamentale importanza
per una biblioteca.
Caso Iniziale
Return
Air
Fraction
Fraction
Radiant
Fraction
Visible
Watt per
Area
Efficienza
luminosa
Number of
Stepped
Control
Steps
Illuminance
SetPoint
[Adim] [Adim] [Adim] [W/m2] [lm/W] [Adim] [lux]
Fluorescenza 0,45 0,30 0,22 5 60 1 500
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia
Termica totale
Risparmio energia
termica rispetto
al caso iniziale
Energia
elettrica
illuminazione
Risparmio
energia
elettrica
rispetto al
caso iniziale
[kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%] [kWh/m²] [%]
Caso iniziale 6.00 96.95 102.95 [-] 3.36 [-]
Fluorescenza 8.73 50.34 59.07 42.63 13.58 14.20%
Induzione 5.24 52.94 58.18 43.48 12.22 12.32%
LED 5.41 51.35 56.75 44.87 10.86 10.43%
Fluorescenza 0,45 0,30 0,22 5 60 4 500
Induzione 0 0,1 0,22 4,5 80 4 500
LED 0 0,2 0,6 4 110 4 500
Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
Ottimizzazione
Impianto
Illuminazione
57
A
58. Isolamento
termico tetto
Spessore
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia Termica
totale
Risparmio energia
termica rispetto al
caso iniziale
[m] [kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Caso iniziale 6.00 96.95 102.95 [-]
0,05 5.04 49.51 54.55 47.01
0,10 4.92 48.99 53.91 47.64
Caso Iniziale
Per quanto riguarda l’intervento di retrofit sull’isolamento termico del tetto si è scelto
di utilizzare il Polistirene espanso, avente le seguenti caratteristiche termofisiche.
Conducibilità Densità Calore specifico
[W/(m K)] [kg/m³] [J/(kg K)]
Polistirene espanso 0,038 80 1315
Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
58
m
59. Isolamento
termico tetto
Spessore
Energia Termica
totale
Risparmio energia
termica rispetto al
caso iniziale
[m] [kWh/m²] [%]
0,05 54.55 47.01
Piano Terra Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 9.4% 1,1%
% of comfort (1 m/s) 42.7% 15,6%
Hrs of discomf. (0m/s) 3968 h 4330 h
Hrs of discomf. (1m/s) 2511 h 3698 h
Primo Piano Caso Iniziale
% of comfort (0 m/s) 6.1% 2,6%
% of comfort (1 m/s) 33.2% 15,8%
Hrs of discomf. (0m/s) 4112 h 4265 h
Hrs of discomf. (1m/s) 2925 h 3686 h
Benefici:
Riduzione del 47% dei consumi di energia
termica rispetto al caso iniziale.
Svantaggi:
Costo materiale
Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Humidityratio(gwater/kgdryair)
Temperature (°C)
59
m
60. Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
Analisi incidenza interventi di retrofit
Intervento di retrofit
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia
Termica
totale
Risparmio energia
termica rispetto
al caso iniziale
Energia elettrica
apparecchiature
Energia
elettrica
illuminazione
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia elettrica
rispetto al caso
iniziale
[kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%] [kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Edificio 0 6.00 96.95 102.95 [-] 68.57 3,36 71.93 [-]
Sostituzione finestre 9.09 73.65 82.74 19.63 - 15.52 84,1 -16,9
Ottimizzazione
Impianto Termico
6,07 75,10 81,17 21,16 68.57 3.36 71.93 0
Aumento massa
termica, ventilazione
5.23 75.98 81.21 21.12 68.57 3.36 71.93 0
Sistemi di
ombreggiamento
6.39 86.15 92.54 10.11 68.57 3.48 72.05 -0.16
Isolamento termico
tetto
5.64 95.60 101.24 1.66 68.57 3.36 71.93 0
60
m
61. Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
Scenario migliore
Intervento di retrofit
Energia per
riscaldamento
Energia per
raffrescamento
Energia
Termica
totale
Risparmio energia
termica rispetto
al caso iniziale
Energia elettrica
apparecchiature
Energia
elettrica
illuminazione
Energia
Elettrica
totale
Risparmio
energia elettrica
rispetto al caso
iniziale
[kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%] [kWh/m²] [kWh/m²] [kWh/m²] [%]
Edificio 0 6.00 96.95 102.95 [-] 68.57 3,36 71.93 [-]
Sostituzione finestre 9.09 73.65 82.74 19.63 - 15.52 84,1 -16,9
Aumento massa termica 8.74 71.75 80.49 21.82 - - - -
Sistemi di ombreggiamento 9.01 67.68 76.69 25.50 - 17.17 85.74 -19.2
Ottimizzazione impianto 9.53 50.83 60.36 41.37 - - - -
Sostituzione lampade 5.41 51.35 56.75 44.87 - 10.86 79.4 -10.43
Isolamento termico tetto 5.04 49.51 54.55 47.01 - - - -
61
C
62. Interventi di Efficientamento Energetico - Palermo
Limitazione della potenza
0 5 10 15 20 25 30
0
1
2
3
4
5
6
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
36
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Piano Terra
Temperatura aria esterna Temperatura Interna Energia per raffrescamento
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
5
10
15
20
25
30
35
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Primo Piano
Piano
terra
Primo
Piano
Potenza
Termica
Impianto
[kW]
7 13
62
C
63. Palermo 0 Palermo Best Case Riyad 0 Riyad Best Case
Energia per riscaldamento 6 5.04 1.12 0.9
Energia per raffrescamento 96.95 49.51 295.45 150.99
Energia Termica totale 102.95 54.55 296.57 151.89
0
50
100
150
200
250
300
350
[kWh/m2]
Energia per riscaldamento Energia per raffrescamento Energia Termica totale
Confronto tra i risultati
63
a
64. Google SketchUp
Energy Plus
Climate Consultant
UNI EN ISO 7730
UNI 10339
ASHRAE 55
«Linee guida operative per la gestione degli impianti di illuminazione»
Grazie per l’attenzione
Software utilizzati e normative di riferimento
64
