Michele Vio

Soluzioni impiantistiche per edifici ad elevato isolamento autore Michele VIO
SOLUZIONI IMPIANTISTICHE PER
EDIFICI CON ELEVATO
ISOLAMENTO

87%
Frankfurt Germania (clima freddo)
Riqualificazione con tecniche Passive House

Infatti, soprattutto nella valutazione del carico latente, come si vedrà meglio più avanti,
sarebbe necessario disporre dei dati climatici per BIN suddivisi tra giorno e notte, anche solo
per una valutazione sommaria. Ad esempio, se si deve progettare un impianto per un palazzo
per uffici, che lavora solamente di giorno, è sbagliato “sporcare” i dati considerando anche le
ore notturne.
AiCARR fornisce alcuni software di calcolo che permettono di calcolare questi dati per ogni
provincia italiana, a partire dall’anno medio tipo e per qualunque altra località al mondo a
partire da alcuni parametri medi mensili, ricavabili dal sito weatherbase.com.
La figura mostra la frequenza oraria di Milano suddivisa appunto tra giorno e notte.
3
Importanza del clima

Tutte le città italiane sono caratterizzate da profili tra loro simili. Le temperature che si verificano
con maggiore frequenza sono quelle comprese tra 5°C e 25°C, con “code” verso il basso nelle
città del nord e verso l’alto in quelle del sud.
La figura riporta la somma delle temperature diurne e notturne per tre città.
4

Completamente diversa è la situazione delle città del nord Europa,
caratterizzate da un clima freddo. La figura mostra la frequenza oraria
annuale di Berlino confrontata con quelle di Milano e Bari: si può notare
quanto maggior peso abbiano le basse temperature.
5

Completamente diverso è anche il clima delle città degli USA, altro riferimento storico per i progettisti
italiani. La figura riporta il caso di Minneapolis (clima continentale freddo) e Phoenix (clima continentale
caldo). I profili sono completamente diversi rispetto a quelli di Milano e Bari.
.
6

Anche New York, che pure è una città di mare alla stessa latitudine di Napoli, presenta delle importanti differenze climatiche con le nostre
città.
.
7

Nelle fasce di temperatura tra 6°C e 15°C (azzurra) e 16°C e 25°C (arancione)
l’effetto del recupero di calore è nullo o molto limitato. Queste temperature si
verificano per il 71% del tempo a Milano e per l’82% sia ad Ancona che a Bari. In
tutte le altre località considerate, le frequenze di queste due fasce sono
nettamente minori: 60% a New York, 58% a Phoenix, 55% a Berlino e 50% a
Minneapolis e la differenza rispetto alle città italiane è distribuita verso le alte o le
basse temperature.
E’ logico che le strategie di utilizzo dei recuperatori debbano essere
necessariamente diverse.
8

L’isolamento degli edifici:
- Influisce sul benessere termico
- Influenza le prestazioni energetiche
Effetti dell’isolamento
9

Migliora il benessere termico
isolamento e benessere termico
10

L’uomo scambia calore sia per convezione, con l’aria,si per
irraggiamento, con le superfici che lo circondano.
Pertanto il benessere termico dipende dalla temperatura
dell’aria e dalla temperatura delle superfici che compongono
l’ambiente.
Più fredde sono le superfici, maggiore è la sensazione di
freddo provata
11

Se le superfici sono molto fredde, l’ambiente è poco vivibile
soprattutto nelle vicinanze di queste.
Un esempio: stanza 6 * 4 con una sola parete esposta verso
l’esterno. Isolamento molto scarso (anni 60), temperatura
ambiente 20°C, temperatura aria esterna -5°C
12

Impianto a fan coil
finestre
Sensazione di freddo
Classe B norma UNI 7730
Sensazione molto freddo
Classe C norma UNI 7730
13

Impianto radiatori AT
finestre
Sensazione benessere
Classe A norma UNI 7730
Sensazione di
freddo
Classe B norma
UNI 7730
Sensazione di
freddo
Classe B norma
UNI 7730
Radiatore
Sensazione di
caldo
14

Impianto pavimento radiante
finestre
15

Isolamento
fino al 1976 Isolamento
dal 1976 al 2005
Isolamento
attuale
16

Cosa succede se si migliora
l’isolamento termico.
17

Impianto a fan coil
finestre
18

Impianto RADIATORE BT
finestre
Radiatore
Sensazione di
TEPORE
19

Impianto pavimento radiante
finestre
Sensazione di freddo Sensazione di freddo
20

Prestazioni energetiche
21

L’analisi che segue è semplificata, perché serve solo a far
cogliere al lettore, in modo semplice e immediato,
l’importanza di ogni singolo fattore nella scelta del
recuperatore di calore.
22
Il fabbisogno termico richiesto dall’ambiente

Tralasciando per il momento gli apporti solari e gli scambi termici radianti in genere, a
parità di isolamento termico la potenza scambiata dall'involucro dell’edificio dipende dalla
temperatura dell’aria esterna e si annulla quando il valore della temperatura dell’aria
esterna uguaglia quello della temperatura in ambiente.
23

Nell’ipotesi che in ambiente si voglia mantenere un valore di temperatura dell’aria pari a 20
°C nella stagione di riscaldamento e a 26 °C in quella di raffrescamento, l’impianto deve
lavorare in riscaldamento fino alle condizioni individuate dal punto verde (tE= tA= 20 °C) per
poi comincia a lavorare in raffrescamento a partire dalle condizioni individuate dal punto blu
(tE= tA= 26 °C). Tra i due punti, l’impianto è disattivo e il valore della temperatura dell’aria in
ambiente varia tra 20 °C e 26 °C
24
20 °C 26 °C

La curva rossa è relativa a un edificio con isolamento termico scarso. Nel caso di isolamento elevato
la potenza termica richiesta diminuisce: la curva si appiattisce (curva blu), ma i punti che indicano la
fine del riscaldamento e l’inizio del raffrescamento non cambiano posizione.
25

Il contributo dei carichi endogeni sensibili (area grigia) è molto spesso costante nel tempo
(come ipotizzato in figura) e fa variare i fabbisogni termici. La curva trasla verso l’alto (curva
rossa superiore): la conseguenza è una riduzione delle temperature di fine riscaldamento e di
inizio raffrescamento
26

Nel caso dell’esempio, in un edificio con scarso isolamento termico, il valore della temperatura dell’aria
esterna di fine riscaldamento si riduce da 20 °C (punto verde) a 12,5 °C (punto giallo).
27
12,5 °C 20 °C

Il valore della temperatura dell’aria esterna di inizio raffrescamento passa da 26 °C (punto blu) a 19 °C (punto giallo).
28
19 °C 26 °C
7.4 Il fabbisogno termico richiesto dall’ambiente

A parità di carichi endogeni, l’effetto è molto più marcato nel caso di edifici con
elevato isolamento termico perché le curve sono più piatte, a causa delle
minori dispersioni. Di conseguenza, i punti di fine riscaldamento e inizio
raffrescamento si allontanano molto di più.
29

Nel caso dell’esempio, in un edificio con elevato isolamento termico il valore della temperatura
dell’aria esterna di fine riscaldamento si sposta da 20 °C (punto verde) a -10 °C (punto giallo).
30
20 °C-10 °C

Il valore della temperatura dell’aria esterna di inizio raffrescamento passa da 26 °C (punto blu) a -3 °C (punto giallo)
31
26 °C- 3 °C

Questo andamento dei carichi modifica il profilo di temperatura dell’ambiente. In un edificio con
scarso isolamento è possibile mantenere in ambiente un valore di temperatura dell’aria pari a 20 °C
fino a che quello della temperatura dell’aria esterna non raggiunge 12,5 °C (punto verde), e uguale
a 26 °C a partire da quando quello della temperatura dell’aria esterna supera 19 °C (punto blu).
32
12,5 °C
19 °C

In un edificio con elevato isolamento si può mantenere un valore della temperatura
dell’aria in ambiente pari a 20 °C fino a che quello della temperatura dell’aria
esterna non raggiunge -10 °C (punto verde),e pari a 26 °C a partire da quando il
valore della temperatura dell’aria esterna supera -3°C (punto blu).
33
7.4 Il fabbisogno termico richiesto dall’ambiente

Queste condizioni sono inaccettabili per il benessere delle persone. In inverno, se si
volesse mantenere la classe A secondo la UNI EN 7730 il valore della temperatura
dell’aria in ambiente dovrebbe essere rappresentato dalla curva verde.
E’ possibile farlo agendo sulla temperatura dell’aria immessa, sfruttando il free-cooling.
34

Come detto, finora non sono stati considerati gli apporti solari e gli altri scambi
radiativi, ad esempio quello notturno verso il cielo stellato. Entrambi sono
difficilmente schematizzabili in una modellazione semplificata come quella che si sta
utilizzando.
L’irraggiamento solare influisce molto sulle superfici trasparenti, meno su quelle
opache ed è funzione della località, dell’esposizione, degli ombreggiamenti, degli
schermi esterni e della massa della struttura.
Il suo effetto è del tutto simile a quello dei carichi endogeni descritti in precedenza.
L’unica differenza è che i carichi endogeni sono generalmente costanti, almeno
all’interno di medesimi profili di funzionamento, mentre gli apporti solari variano
molto di più.
Per semplicità, in questa esposizione gli effetti degli apporti solari si assimilano ai
carichi endogeni. Di conseguenza, nell’ottica di una descrizione qualitativa dei
fenomeni, la presenza di carichi radianti amplifica l’effetto di traslazione delle
temperature di fine riscaldamento e inizio raffrescamento.
35

Soluzioni impiantistiche per edifici ad elevato isolamento autore Michele VIO 36
Problematiche legate all’isolamento

In Europa gli interventi si sono basati sull’approccio del
“energy conservation”
ovvero
limitazione della domanda energetica causata dall’involucro,
focalizzandosi, per anni sul riscaldamento ambientale e, sulla
massimizzazione degli apporti gratuiti di origine solare.
Ciò ha permesso di migliorare significativamente l’efficienza energetica dei
sistemi edilizi, consentendo nell’arco di 20 – 30 anni di abbattere la
domanda energetica per il riscaldamento e di coprire una quota rilevante
fonti rinnovabili (prevalentemente solare).
Fonte: prof. Perrino politecnico Torino
37

Cosa si è fatto sinora
38

??
Cosa si è fatto sinora
39

A fronte della diminuzione consistente dei carichi per il
riscaldamento questa filosofia può comportare, in molti casi, dei
problemi di surriscaldamento
Riduzione della domanda per il riscaldamento, ma aumenti
consistenti dei carichi di climatizzazione estiva.
incremento percentuale delle altre voci del bilancio
energetico dell’edificio (climatizzazione estiva, illuminazione
artificiale e consumi elettrici per le apparecchiature)
I limiti dell’”energy conservation approach”
40

= ECBCS
41

2 possibili vie:
- Utilizzo del Free-Cooling
- Limitazione dell’isolamento termico
42

Soluzioni impiantistiche per edifici ad elevato isolamento autore Michele VIO 43
L’utilizzo del free-cooling

Il free-cooling può essere utilizzato quando l’edificio deve essere raffreddato e
le condizioni dell’aria esterna sono favorevoli.
E’ particolarmente adatto agli edifici con elevato isolamento, perché il campo
dei valori di temperatura in cui si può utilizzare è molto ampio.
44
UTILIZZO FC: EDIFICI a eLEVATO ISOLAMENTO
UTILIZZO FC
EDIFICI con
SCARSO
ISOLAMENTO

Il free-cooling può essere:
diretto: quando l’aria esterna viene utilizzata
direttamente per raffreddare gli ambienti;
indiretto: quando l’aria esterna o un’altra sorgente
termica, per esempio l’acqua di falda o il
terreno, viene utilizzata per raffreddare l’acqua
da inviare ai terminali.
.
45

Il free-cooling diretto a sua volta può essere:
tradizionale: si sfruttano le condizioni dell’aria esterna senza ulteriori
trattamenti;
integrato dal raffreddamento adiabatico diretto (RAD): si raffredda
l’aria immessa mediante una umidificazione adiabatica diretta, in
modo da migliorare le prestazioni;
integrato dal raffreddamento adiabatico indiretto (RAI): si sfrutta il
raffreddamento adiabatico indiretto, in modo da migliorare le
prestazioni;
integrato da RAD e RAI: si sfruttano entrambe le tecnologie di
raffreddamento adiabatico.
46

Quando sussistono le condizioni di attivazione del free-cooling, viene
prelevata tutta aria esterna, escludendo il ricircolo e by-passando l’eventuale
recupero di calore. La batteria fredda, collegata idraulicamente ai gruppi
frigoriferi, provvede, se necessario, a raffreddare ulteriormente l’aria.
47
Free-cooling tradizionale

Quando le condizioni lo consentono, è possibile utilizzare il Raffreddamento
Adiabatico Diretto aggiungendo un umidificatore adiabatico nel condotto di
rinnovo, a monte della batteria fredda, per pre-raffreddare l’aria di rinnovo,.
Il sistema RAD si ottiene a costo zero se si utilizza l’umidificatore già presente
per il funzionamento in riscaldamento, basta avere l’accortezza di installarlo a
monte e non a valle della batteria fredda.
48
Free-cooling integrato dal RAD

Si aggiunge un umidificatore adiabatico nel condotto di espulsione. Il
recuperatore non è mai by-passato e deve sempre essere dimensionato per la
portata di aria di rinnovo in condizioni di free-cooling.
Il RAD può anche non esserci, ma comunque è sempre consigliato.
49
Free-cooling integrato dal RAD e dal RAI

Trieste ha un clima molto adatto all’uso del free-cooling, pur non essendo una
città molto fredda, perché ha un clima secco, soprattutto di giorno.
Milano, invece, risulta avere un clima molto sfavorevole per il free-cooling,
perché molto umido.
50
Effetti del Free-cooling

Tutte le città dell’Italia centrale hanno climi adatti al free-cooling.
Grosseto è una delle città più favorite perché ha un clima secco, soprattutto
di giorno. Roma, invece, è una delle città peggiori, perché ha un clima più
umido.
51

Che il free-cooling sia più influenzato dall’umidità relativa dell’aria che dalla
temperatura è dimostrato dalle città del Sud Italia. Reggio Calabria, Bari e
altre hanno climi molto adatti. Palermo, invece, essendo una delle città più
umide d’Italia, ha un clima pessimo.
52

Michele Vio

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Michele Vio

Editor's Notes